Brevet FR2846805A1 — publié le 20040507

L'invention se rapporte à un actionneur destiné à la manoeuvre d'un élément de protection, d'occultation ou de fermeture enroulable sur un tube d'enroulement entraîné par un réducteur réversible attaqué par un moteur à courant continu, l'actionneur étant muni de moyens de blocage en position de l'élément. On entend par réducteur réversible, un réducteur de vitesse mécanique tel que l'application d'un couple mécanique sur l'arbre de sortie du réducteur entraîne la rotation de l'arbre d'entrée du réducteur. Dans le cas d'un actionneur tubulaire disposé à l'intérieur du tube d'enroulement d'un volet roulant, les contraintes de construction imposent en général d'utiliser entre le moteur et le tube d'enroulement un réducteur comprenant un train épicycloidal. Ce type de réducteur est 15 réversible, ainsi, si l'on ne prévoit aucun dispositif de blocage dans la chaîne cinématique permettant l'entraînement du volet, dans certaines positions, le poids de celui-ci est susceptible d'entraîner le moteur. Ceci est en particulier le cas dans les actionneurs o il n'existe pas de dispositif de compensation du poids de l'élément mobile de manière à en 20 réduire l'effort de manoeuvre. En effet, après une phase d'alimentation du moteur, on peut désirer arrêter l'élément mobile dans une position intermédiaire entre la position haute, o il se trouve totalement enroulé et la position basse. Dans ce cas, le poids de la partie déroulée crée un couple mécanique appelé couple de charge autour du tube 25 d'enroulement. On a représenté à la figure 1, une courbe caractéristique du couple de charge C exercé par la partie déroulée de l'élément, en fonction de l'angle d'enroulement de l'élément 0 ainsi que trois positions PI, PM et P2 de l'élément mobile 2 par rapport à une ouverture 3 dans un bâtiment. Le couple de charge est défini comme étant le produit du poids de la partie déroulée de l'élément mobile par le rayon d'enroulement. Le poids de la partie déroulée diminue lorsque l'angle d'enroulement augmente, et le diamètre d'enroulement augmente lorsque l'angle d'enroulement augmente. En position Pi, l'élément est fermé et, par conséquent, repose sur le sol ou le rebord de la fenêtre. En position PM, le couple de charge passe par un maximum noté Cmax. En position haute, le couple de charge est nul si on enroule complètement l'élément. En pratique, on se garde d'enrouler l'élément jusqu'à ce point o il risquerait de sortir des coulisses de guidage. Une partie de l'élément reste donc suspendue lorsque l'élément est 15 complètement ouvert. Cette position est référencée P2 sur la figure 1. L'actionneur tubulaire permettant la mise en mouvement d'un élément tel que décrit précédemment doit nécessairement être dimensionné pour pouvoir fournir un couple au moins égal au couple de charge maximal 20 Cmax lorsqu'il est alimenté. De manière courante, la fonction de blocage de l'élément mobile est assurée par un dispositif électromécanique spécifique permettant d'activer le blocage dès que l'actionneur n'est plus alimenté. Ce dispositif 25 doit lui aussi être capable de supporter le couple de charge Cmax. Il doit en outre être capable de supporter des couples impulsionnels supérieurs au couple de charge Cmax, résultant de l'inertie de l'élément en mouvement qui doit être arrêté, mais pouvant aussi résulter 30 d'évènements tels qu'une bourrasque de vent ou une tentative de relèvement de l'élément, survenant alors que l'élément est au repos. A titre d'exemple, pour un couple de charge maximal Cmax de 10 N.m, on demande au frein de pouvoir supporter un couple d'au moins égal 12 ou 15 N.m. Du brevet EP 0 728 906, on connaît un dispositif de frein dit " coulissant " pour un moteur électrique. Dans ce dispositif, on utilise le bobinage du moteur et un circuit de flux particulier pour déplacer, contre l'action d'un ressort, un plateau mobile libérant le rotor dès que le moteur 10 est sous tension. Ce dispositif présente néanmoins plusieurs inconvénients. Il nécessite un allongement de l'axe du rotor et des chignons de bobinage, un choix délicat du ressort d'application de la force de friction et un réglage d'entrefer étroit. D'autres solutions ont par conséquent été envisagées. De la demande de brevet EP 1 070 827, on connaît un frein à hystérésis magnétique, intercalé entre un moteur électrique et un réducteur. Le principal avantage de cette solution est qu'elle évite des phénomènes de 20 bruit de claquement que l'on rencontre souvent dans le cas des freins coulissants de l'art antérieur. Cependant, elle reste complexe à mettre en oeuvre et nécessite l'usage d'une pièce aimantée, ce que l'on cherche le plus souvent à éviter dans les processus d'assemblage. De la demande de brevet EP 0 976 909, on connaît un autre dispositif mécanique de blocage. Ce dispositif consiste à rendre irréversible le réducteur mécanique. Ce dispositif nécessite la présence de pièces spécifiques de blocage, et notamment l'utilisation d'un ressort hélicodal. La rotation du réducteur dans un sens a pour effet d'élargir le diamètre 30 du ressort et de libérer le cylindre sur lequel il s'appuie. L'expérience a montré que dans certaines conditions d'utilisation (en particulier lors du déroulement de l'élément mobile), ce type de fonctionnement est hautement instable et provoque des mouvements en saccade. Il est connu de l'art antérieur de freiner un moteur à courant continu à 5 aimants permanents par la mise en court-circuit de son stator. Cet effet de freinage est strictement dynamique et constitue un équivalent électromagnétique à un amortissement de type visqueux. C'est en effet le mouvement qui induit dans le bobinage des courants s'opposant à la cause qui leur a donné naissance. Ainsi, les documents de l'état de la technique suggèrent très souvent de court-circuiter un moteur à courant continu lorsqu'on souhaite provoquer son arrêt. Le court-circuit peut être franc ou à travers une résistance selon la rapidité du freinage désiré. Le brevet US 3,919,611 décrit des 15 dispositifs de freinage mettant en oeuvre ce procédé. Bien souvent, les moteurs à courant continu sont couplés à des réducteurs de type irréversible, notamment de type à roue et vis sans fin. De ce fait, il n'est pas indispensable de prendre des précautions 20 particulières de blocage. On connaît par exemple, le brevet US 4,396,831 qui décrit un dispositif d'asservissement de l'orientation des lames d'un volet par la lumière. Dans ce dispositif aucun autre moyen que le réducteur irréversible n'est utilisé pour réaliser la fonction de blocage. La demande de brevet JP 2001-329768 se situe dans un domaine proche de celui de l'invention puisqu'il s'adresse à un volet roulant. Ce volet est destiné à se fermer spontanément et sous son propre poids en cas d'incendie, pour servir de paroi coupe-feu. Ce type de volet comprend généralement une compensation par ressort permettant de 30 limiter sur toute sa course la valeur du couple d'entraînement, et ainsi d'éviter une trop forte accélération de celui-ci lorsqu'il se ferme sous son propre poids. Cette demande de brevet décrit un mode d'alimentation d'un 5 motoréducteur à courant continu destiné à entraîner un câble permettant le débrayage du moteur d'entraînement du volet roulant. Ainsi, en cas de détection d'incendie, le motoréducteur est activé. Il provoque l'enroulement du câble qui commande par l'intermédiaire d'un 10 levier le débrayage d'un frein contenu dans le moteur d'entraînement. Le motoréducteur est ensuite court-circuité par le contact d'un relais pour favoriser son maintien en position bloquée. Pour des raisons de sécurité, le couple permettant le mouvement du 15 levier de commande est faible par rapport au couple nominal du motoréducteur. Par ailleurs, le motoréducteur doit être en mesure de maintenir le levier de commande pendant une durée au moins égale à la descente du volet 20 c'est à dire quelques secondes voire quelques minutes tout au plus. Ce dispositif utilise le freinage dynamique du moteur du motoréducteur. En effet, dès que le motoréducteur n'est plus alimenté, la rotation du rotor à une vitesse de quelques tours par minute a une très faible incidence sur l'enroulement du câble, et donc sur la position du levier. 25 Le but de l'invention est de fournir un dispositif palliant les inconvénients précités et améliorant les dispositifs de l'art antérieur. L'invention se propose en particulier de fournir un actionneur simple, silencieux, fonctionnant de manière stable et présentant des moyens de blocage en 30 position de l'élément mobile. L'actionneur selon l'invention est caractérisé en ce que les moyens de blocage en position de l'élément consistent en l'ensemble des frottements de la chaîne cinématique constituée par le moteur, le réducteur, le tube d'enroulement et l'élément enroulable, en le couple de détente du moteur et en un moyen de mise en court-circuit du moteur. En effet, l'ensemble des frottements de la chaîne cinématique crée un couple s'opposant au couple de charge et bloque l'élément en position. La mise en en court-circuit du moteur permet d'éviter le déplacement de 10 l'élément mobile suite à des efforts intempestifs sur celui-ci. Ce courtcircuit provoque un amortissement de type visqueux d à l'énergie nécessaire pour déplacer le rotor du moteur entre deux positions de réluctance minimale. Cette disposition est particulièrement importante pour éviter que la moindre perturbation ne provoque la rupture de 15 l'équilibre au voisinage d'une position d'arrêt dans laquelle le couple de charge est élevé. De manière préférée, certaines pièces de la chaîne cinématique en contact de roulement ou de glissement entre elles lors du déplacement 20 de l'élément présentent entre elles un coefficient de frottement statique supérieur à 0,25 et un coefficient de frottement dynamique inférieur à 0, 2. Ces pièces présentant un coefficient de frottement statique supérieur à 0, 25 et un coefficient de frottement dynamique inférieur à 0,2 sont de 25 préférence situées dans le premier étage du réducteur. Ainsi, le couple de frottement statique est multiplié par les autres étages du réducteur et donne au niveau de l'arbre de sortie un couple important s'opposant au couple de charge. De manière préférée, le rapport des vitesses entre l'arbre d'entrée du réducteur et l'arbre de sortie du réducteur est supérieur à 300. Le moyen de mise en court-circuit du moteur peut consister en un relais. Un produit thixotrope peut avantageusement être contenu dans au moins un étage du réducteur. Un tel produit présente une valeur de viscosité au repos sensiblement différente de la valeur de sa viscosité lorsqu'on lui applique des contraintes de cisaillement. Cette particularité permet d'augmenter la 10 différence entre les couples résistant statique et dynamique dans le réducteur. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'actionneur selon l'invention. La figure 1 représente la valeur du couple de charge en fonction de l'angle d'enroulement de l'élément mobile. La figure 2 est un schéma d'un actionneur selon l'invention installé dans 20 un élément mobile destiné à fermer une ouverture d'un bâtiment. La figure 3 est un schéma d'un actionneur selon l'invention. L'actionneur tubulaire 1, représenté de manière schématique en figure 2 25 est installé dans le tube d'enroulement 22 d'un volet roulant. Il comprend une enveloppe cylindrique 10 et une pièce de fixation 13 permettant de le lier à la structure 21 d'un bâtiment. L'actionneur transmet un mouvement de rotation de son arbre de sortie 12 au tube d'enroulement 22 via une roue d'entraînement 23 liée d'une part à l'arbre de sortie 12 et d'autre 30 part au tube d'enroulement 22 par des liaisons rigides ou des butées. Le tube d'enroulement 22 repose, à l'une de ses extrémités, sur un premier palier 14 solidaire de l'actionneur et, à son autre extrémité, sur un deuxième palier, non représenté. Le volet roulant est lié à l'une de ses extrémités au tube 22. De cette manière, il s'enroule sur ce tube ou se déroule selon le sens de rotation de l'actionneur 1. L'actionneur 1 représenté à la figure 3 comprend principalement à l'intérieur de son enveloppe cylindrique 10, une carte électronique d'alimentation et/ou de commande 15 reliée à un moteur à courant 10 continu 17 entraînant un réducteur 19. Des câbles d'alimentation traversent l'enveloppe 11 pour alimenter la carte électronique 15 depuis une source d'énergie électrique extérieure à l'actionneur 1. Le mouvement de rotation du moteur 17 est transmis au réducteur via un arbre 18. Le palier 14 peut être muni d'un système de comptage électronique ou électromécanique ou être muni d'un capteur de position. Sauf dans le cas o le câble 11 est relié à une source continue, la carte 15 comprend un convertisseur de tension alternative en tension continue. 20 Le moteur 17 à courant continu est du type à aimants permanents. Le réducteur épicycloldal 19 comporte plusieurs étages. Le premier étage est désigné par la référence 191, tandis que les étages suivants sont globalement désignés par la référence 192. Ce réducteur est réversible. 25 On appelle R le rapport inverse de réduction c'est à dire le rapport entre la vitesse de l'arbre d'entrée 18 et celle de l'arbre de sortie 12. Contrairement aux dispositifs décrits dans l'art antérieur, l'actionneur 1 pour volet roulant non compensé ne présente pas de dispositif de 30 blocage du volet. Le moteur 17 présente un couple de détente Cd, parfois appelé couple réluctant, correspondant à l'effort à fournir, lorsque aucun courant ne traverse le moteur, pour passer, par rotation du rotor, d'une position de réluctance minimale à la position de réluctance minimale suivante. On définit le couple résistant Cb (au niveau de l'arbre de sortie 12) comme étant la somme du couple de détente Cd et du couple de frottement sec du premier étage du réducteur Csi. Le dimensionnement du moteur et des constituants du premier étage du réducteur sont choisis de manière telle que le couple résistant Cb est au moins égal à Cmax sur l'ensemble de la course du volet. Dans le cas o l'actionneur n'est pas destiné à un volet particulier, on 15 prendra le couple nominal de l'actionneur Cnom comme critère dimensionnant au lieu de Cmax, étant entendu qu'on a intérêt à ce que ce couple, tout en étant supérieur à Cmax, ne s'en écarte pas trop. Le dimensionnement de l'actionneur décrit dépend du choix du couple de 20 détente du moteur Cd, du couple de frottement sec du réducteur Csi et du rapport de réduction R. Le cahier des charges impose en général une vitesse de l'arbre de sortie 12, qui est relativement faible, par exemple 12 tr/min. On est donc 25 généralement tenté de prendre un moteur dont la vitesse de rotation est suffisamment faible pour ne pas surdimensionner inutilement le réducteur. A puissance égale, la réduction de vitesse peut être obtenue en multipliant le nombre de paires de pôles du moteur. Cependant, l'invention incite à choisir un rapport de réduction élevé, et donc, à choisir un moteur présentant une vitesse nominale élevée. En effet, pour une puissance utile donnée, plus la vitesse de rotation de l'arbre de sortie 18 du moteur est grande, plus faible est le couple utile correspondant, donc les dimensions du moteur 17. Il se trouve que, de 5 manière générale, à contraintes constructives équivalentes, le couple de détente d'un moteur est proportionnellement beaucoup plus important quand le volume du moteur est faible. Ceci résulte de la plus grande difficulté à lisser les variations de réluctance lorsque les pièces présentent de petites dimensions. Dans le cadre de l'invention, cet 10 inconvénient devient alors un avantage puisqu'il augmente la part de l'effort de détente sans qu'il soit nécessaire d'adjoindre un dispositif spécifique ou de modifier la conception du moteur, celui-ci pouvant alors être choisi parmi les produits de grande série, appliqués à d'autres usages. Ainsi donc, on choisit un rapport inverse de réduction R au moins supérieur à 300, alors que le rapport des réducteurs traditionnellement utilisés pour les actionneurs de volets roulants est compris entre 100 et 200. Préférentiellement, il est utilisé un premier étage de réducteur 191 dont le couple de frottement sec est voisin du couple de détente du moteur à courant continu. Dans ces conditions, le couple de détente et le couple de frottement sec interviennent sensiblement à parts égales dans le 25 blocage de l'arbre moteur 18. Ce choix de couple de frottement sec Csl permet de réduire la contribution requise du couple de détente Cd pour obtenir une valeur donnée de couple résistant Cb. Ceci est avantageux pour diminuer les vibrations et/ou éviter la conception d'un moteur à réluctance spécifique. Le fait d'imposer un couple de frottement sec au premier étage du réducteur ne se fait pas nécessairement au détriment du rendement de ce réducteur. En effet, on peut choisir des matériaux présentant entre eux un coefficient de frottement statique nettement supérieur au 5 coefficient de frottement dynamique (par exemple le double). Ainsi, pour une même valeur de rendement, un réducteur utilisé dans le cadre de l'invention peut présenter un couple de frottement statique deux fois plus élevé. Ce choix ne pénalise pas l'ensemble de l'actionneur. En effet, il est connu qu'un moteur à courant continu présente un couple de démarrage supérieur à son couple nominal de fonctionnement. Ce surcouple peut être utilisé pour vaincre un couple de frottement sec Csl important. A titre d'exemple, on peut utiliser pour réaliser le réducteur épicyclodal, les matériaux suivants: du polyamide pour la couronne, un élastomère thermoplastique pour les satellites et de l'acier pour le planétaire. Les coefficients de frottement statique et dynamique valent respectivement 0, 3 et 0,18 entre la couronne et les satellites et 0,3 et 0,18 entre les 20 satellites et le planétaire. La marge de sécurité garantissant le maintien en position stable du volet, quelle que soit sa position d'arrêt provient de l'ensemble des paramètres de frottement statique non pris en compte dans le dimensionnement tels 25 que les frottements au niveau des paliers du tube d'enroulement et frottement des lames de volet roulant dans les coulisses. Cet effet de blocage du volet peut paraître insuffisant. En effet, un effort violent sur le volet arrêté dans une position de couple maximum Cmax, 30 tel qu'une traction vigoureuse exercée à deux mains, peut suffire à vaincre le couple résistant. Le mouvement provoqué par cette action entraîne une chute brutale du couple de frottement sec dans le réducteur de telle sorte que le couple résistant peut se trouver inférieur au couple de charge. Dans ce cas, le volet continue sa course en descente. Pour pallier cet inconvénient, on court-circuite le moteur pour provoquer un amortissement de type visqueux, dont l'effet est d'empêcher qu'un mouvement impulsionnel puisse provoquer un couple instantané appliqué à l'arbre 12 ayant une valeur supérieure au couple résistant Cb. Ainsi donc, ce court-circuit n'est pas utilisé simplement en tant que freinage dynamique, pour absorber l'inertie d'une charge et/ou la conduire au voisinage de l'arrêt, mais comme dispositif amortisseur favorisant le maintien de l'arbre dans une zone de réluctance minimale qu'il lui est strictement interdit de quitter. Pour réaliser un tel court-circuit, la carte électronique 15 est avantageusement munie d'un relais 20, dont la bobine RX est alimentée lorsque l'actionneur 1 est en fonctionnement. Ce relais est du type dit à ouverture, c'est à dire que son contact rx est fermé et relie les deux fils 20 16 d'alimentation du moteur lorsque la bobine RX n'est pas alimentée. Les essais réalisés avec un volet montrent que l'actionneur ainsi réalisé se comporte comme un véritable verrou. L'invention est décrite dans le cas d'un volet roulant non compensé. Elle peut s'appliquer de façon générale à des éléments enroulables de protection, d'occultation ou de fermeture autre qu'un volet Elle peut également s'appliquer au cas d'éléments compensés ou partiellement compensés, pour réaliser une fonction de blocage. Ce blocage n'est plus 30 tant nécessité par la charge que par le besoin de résister à des impulsions mécaniques de forte valeur dues au vent ou à une tentative d'intrusion. On a utilisé pour maintenir le volet en position le frottement sec d'un 5 étage du réducteur. Cependant, n'importe quel élément de la chaîne cinématique peut être utilisé pour réaliser ou contribuer à cette fonction. Revendications: 1. Actionneur (1) destiné à la manoeuvre d'un élément de protection, d'occultation ou de fermeture enroulable sur un tube d'enroulement (22) entraîné par un réducteur réversible (19) attaqué par un moteur 5 à courant continu (17), l'actionneur étant muni de moyens de blocage en position de l'élément, caractérisé en ce que les moyens de blocage en position de l'élément consistent en l'ensemble des frottements de la chaîne cinématique constituée par le moteur (17), le réducteur (19), le tube d'enroulement (22) et l'élément enroulable, 10 en le couple de détente du moteur et en un moyen de mise en court-circuit du moteur (20). 2. Actionneur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins certaines pièces de la chaîne cinématique en contact de roulement ou de glissement entre elles lors du déplacement de 15 l'élément présentent entre elles un coefficient de frottement statique supérieur à 0,25 et un coefficient de frottement dynamique inférieur à 0,2. 3. Actionneur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les pièces présentant un coefficient de frottement statique supérieur à 20 0, 25 et un coefficient de frottement dynamique inférieur à 0,2 sont situées dans le premier étage (191) du réducteur (19). 4. Actionneur (1) selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le rapport des vitesses entre l'arbre d'entrée (18) du réducteur et l'arbre de sortie (12) du réducteur est supérieur à 300. 5. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de mise en court-circuit est un relais (20) . 6. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce qu'un produit thixotrope est contenu dans au moins un étage du réducteur (19).