Brevet FR2888627A1 — publié le 20070119

Dispositif de commande d'une boîte de vitesses, en particulier pour véhicule automobile L'invention concerne un dispositif de commande d'une boîte de vitesses, en particulier pour véhicule automobile, ce dispositif comprenant un actionneur électrique plat d'entraînement d'un organe de commande de la boîte de vitesses, en particulier d'un arbre de sélection d'une boîte de vitesses automatique. Un dispositif de commande de ce type est décrit dans le document EP-A1555463 et présente de nombreux avantages par rapport à l'état de la technique, où l'arbre de sélection d'une boîte de vitesses est traditionnellement entraîné par un système de câbles ou par une tringlerie, ou encore de façon plus récente par un moto-réducteur électrique qui a l'inconvénient d'avoir un temps de réponse très long par rapport à celui de l'actionneur électrique plat du document EP-A-1555463 (700ms pour le moto-réducteur électrique et moins de 50ms pour l'actionneur électrique plat) et d'être irréversible, ce qui impose une précision élevée de la commande. L'actionneur électrique plat décrit dans le document EP-A-1555463 est basé sur le principe du moteur à tranches décrit dans le document FRA-2638273 et comprend des aimants permanents plats portés par une culasse et une bobine plate montée à rotation entre les aimants autour d'un axe relié à l'axe de sélection de la boîte de vitesses, cette bobine comprenant des spires de fil conducteur qui sont enroulées autour d'un axe parallèle à l'axe de rotation de la bobine. Les aimants permanents utilisés dans cet actionneur électrique plat sont des aimants néodyme-fer-bore ou samarium-cobalt, qui génèrent un champ magnétique élevé d'environ 1 à 1,2T et qui sont très coûteux. Il serait donc intéressant de pouvoir réduire la masse et donc le prix de ces aimants tout en conservant un couple de rotation suffisant pour l'entraînement de l'arbre de sélection d'une boîte de vitesses, ce couple étant par exemple de 20 à 30Nm, et un temps de réponse aussi faible que possible. Toutefois, la diminution de la masse des aimants permanents dans cet actionneur électrique se traduit par une diminution du couple de rotation et par une augmentation du temps de réponse de l'actionneur. La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et peu coûteuse à ce problème. Elle propose à cet effet un dispositif de commande d'une boîte de vitesses, en particulier pour véhicule automobile, comprenant un actionneur électrique plat d'entraînement d'un axe rotatif de sélection de la boîte de vitesses, cet actionneur comprenant une bobine montée à rotation autour d'un axe entre des aimants permanents plats portés par une culasse, des moyens de liaison de l'axe de la bobine à l'axe de sélection de la boîte de vitesses et des moyens d'alimentation électrique de la bobine, caractérisé en ce que: - la culasse comprend deux plaques parallèles supérieure et inférieure portant chacune un aimant permanent plat, une plaque médiane s'étendant entre les deux plaques supérieure et inférieure parallèlement à celles-ci, et des montants latéraux reliant les plaques supérieure, inférieure et médiane à leurs extrémités, - les deux aimants permanents sont identiques et montés face à face avec des polarités identiques sur leurs faces en regard, ces aimants étant polarisés dans une direction perpendiculaire aux plaques et parallèle à l'axe de rotation de la bobine, - la bobine est formée de spires de fil conducteur enroulées sur un support entourant la plaque médiane de la culasse et contenues dans des plans passant sensiblement par l'axe de rotation de la bobine, le nombre de spires dans la direction perpendiculaire aux plaques étant au moins quatre fois inférieur au nombre de spires dans la direction de déplacement de la bobine. Grâce à cet ensemble de moyens, il est possible de réduire d'environ 40 % la masse des aimants permanents utilisés dans l'actionneur du document EPA-1555463, ce qui réduit leur coût de façon correspondante, et de conserver le même couple de rotation fourni par l'actionneur, qui est d'environ 30Nm dans un exemple de réalisation, moyennant une augmentation non préjudiciable de la dimension de la bobine et donc de l'actionneur dans la direction de déplacement de la bobine. De plus, la nouvelle configuration de la bobine, qui se traduit par une augmentation de sa dimension dans sa direction de déplacement et par une diminution de sa dimension dans la direction perpendiculaire aux plaques, se traduit aussi par une diminution d'environ 50 % de la masse de fil conducteur utilisée dans la bobine. Cette diminution de masse se traduit par une diminution de l'inertie de la bobine en rotation et par une diminution du temps de réponse de l'actionneur. Selon une autre caractéristique de l'invention, les plaques supérieure et inférieure de la culasse sont en forme de secteurs circulaires centrés sur l'axe de rotation de la bobine et ayant un angle au centre d'au moins 90 environ, et sont reliées entre elles aux extrémités de la plaque intermédiaire de forme annulaire par des rondelles de matériau ferromagnétique interposées entre la plaque intermédiaire et chacune des plaques supérieure et inférieure. Les extrémités des plaques de la culasse et ces rondelles sont traversées par des vis de fixation en matériau ferromagnétique. On peut ainsi fermer de façon simple et efficace le circuit du flux magnétique dans la culasse tout en assurant l'assemblage des différentes parties de l'actionneur électrique. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la bobine comprend environ 240 spires de fil électroconducteur d'un diamètre d'un 30 millimètre environ et les aimants permanents utilisés sont des aimants néodyme-fer-bore ou samarium-cobalt générant un champ magnétique d'environ 1 à 1,2T, le couple de rotation produit étant d'environ 30 à 32Nm. L'enroulement de fil dans la bobine a une épaisseur ou dimension parallèle à l'axe de rotation d'environ 6 à 7mm et une largeur ou dimension 5 parallèle à la direction de déplacement de la bobine d'environ 40 à 45mm. Les aimants permanents ont une épaisseur d'environ 10mm et une longueur ou dimension parallèle à la direction de déplacement de la bobine d'environ 120mm. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique partielle d'un actionneur électrique plat du type décrit dans le document EP-A1555463; - la figure 2 est une représentation schématisée en coupe de cet actionneur, la coupe étant faite dans un plan parallèle à l'axe de rotation de la bobine; - la figure 3 est une vue correspondant à la figure 2 et représente le circuit du flux magnétique et les forces électromotrices de déplacement de 20 la bobine; - la figure 4 est une vue schématique en perspective d'un actionneur électrique selon l'invention; les figures 5 et 6 sont des vues de l'actionneur selon l'invention, correspondant aux figures 2 et 3 respectivement. En figure 1, la référence 10 désigne une plaque inférieure d'une culasse en matériau ferromagnétique, sur laquelle sont fixés deux aimants permanents 12 et 14 identiques, polarisés dans une direction perpendiculaire à la plaque 10 et montés l'un avec un pôle en contact avec la plaque 10 et l'autre avec le pôle opposé en contact avec la plaque 10. Une bobine 16 est montée à rotation sur la plaque 10 autour d'un axe 18 perpendiculaire à cette plaque et comporte un certain nombre de spires 20 de fil électriquement conducteur qui est bobiné autour d'un axe central de la bobine, parallèle à l'axe de rotation 18, et qui est relié à des moyens d'alimentation électrique en courant continu. Dans la vue de la figure 1, les spires 20 de la bobine ont une forme sensiblement trapézoïdale et comprennent chacune deux parties rectilignes 22 sensiblement radiales par rapport à l'axe de rotation 18, l'une de ces parties pouvant se déplacer au-dessus de l'aimant 12 et l'autre au-dessus de l'aimant 14 quand la bobine 20 tourne autour de l'axe 18 entre deux positions extrêmes. La culasse de l'actionneur comprend également une plaque 24 supérieure, qui est identique à la plaque inférieure 20 et qui porte deux aimants permanents 26, 28 identiques aux aimants 12, 14 précités et montés de la même façon de sorte que l'aimant 26 porté par la plaque supérieure 24 est aligné avec l'aimant permanent 12 porté par la plaque inférieure 10, leurs faces en regard ayant des polarités opposées, et que l'autre aimant permanent 28 porté par la plaque supérieure 24 est aligné avec l'aimant permanent 14 de la plaque inférieure 10, leurs faces en regard ayant des polarités opposées. Par commande de la polarité d'un courant électrique continu que l'on fait passer dans la bobine 16, on peut commander le déplacement de la bobine en rotation autour de l'axe 18 dans un sens ou dans l'autre entre deux positions d'extrémité, cette rotation étant transmise à un arbre de sélection d'une boîte de vitesses automatiques, cet arbre de sélection étant par exemple aligné avec l'axe de rotation 18 de la bobine. Le fonctionnement de l'actionneur est illustré de façon schématique en figure 3 où B désigne le vecteur de champ magnétique, et FI et F2 les forces électromotrices qui sont générées dans les branches radiales 22 des spires de la bobine 16, le sens de passage du courant électrique dans ces branches étant schématisé par des ronds lorsque le courant passe du dessous au dessus du plan du dessin et par des croix lorsqu'il passe du dessus au dessous du plan du dessin. Cet actionneur permet d'entraîner l'arbre de sélection d'une boîte de vitesses automatique entre diverses positions P, R, N et D par exemple, de sélection d'un rnode de fonctionnement de la boîte de vitesses. Comme décrit dans le document EP-A-1555463, cet actionneur est réversible et des moyens de billage sont associés à l'arbre de sélection de la boîte de vitesses pour définir avec précision ces positions de sélection. De plus, un capteur de position, avantageusement du type sans contact à magnétorésistances, est monté sur l'axe 18 de rotation de la bobine et est relié par un circuit d'asservissement aux moyens d'alimentation électrique de la bobine. L'actionneur des figures 1 à 3 présente de nombreux avantages par rapport à l'état de la technique, mais utilise dans cet exemple de réalisation quatre aimants permanents en néodyme-fer-bore ou en samarium-cobalt, qui sont très coûteux. La forme de réalisation de l'actionneur représentée aux figures 4 à 6 permet de réduire de façon significative la masse des aimants utilisés et de réduire également la masse de la bobine, en conservant les mêmes performances et en améliorant même le temps de réponse. L'actionneur des figures 4 à 6 comprend une culasse en matériau électromagnétique formée de trois plaques parallèles, comprenant une plaque inférieure 30, une plaque intermédiaire 32 et une plaque supérieure 34, la plaque intermédiaire 32 ayant une épaisseur égale à deux fois l'épaisseur des plaques inférieure 30 et supérieure 34. Les plaques 30 et 34 sont en forme de secteur angulaire avec un angle au centre légèrement supérieur à 90 et sont reliées entre elles à leurs sommets par des rondelles 36 de matériau ferromagnétique, qui sont interposées entre les extrémités de la plaque intermédiaire 32 de forme annulaire et les sommets des plaques inférieure 30 et supérieure 34. Des vis de fixation 38, également en matériau ferromagnétique, traversent les plaques et les rondelles aux extrémités des périphéries en arc de cercle des plaques, pour assurer la fixation de l'ensemble. Un axe 40 de rotation d'une bobine 42 traverse les plaques 30, 34 et les rondelles au centre des arcs de cercle formés par les périphéries des plaques. Cet axe 40 forme l'arbre de sélection de la boîte de vitesses ou est relié à cet arbre par des moyens appropriés. La bobine 42 comprend un cadre support de forme carrée ou rectangulaire qui s'étend autour de la plaque annulaire 32 et qui peut se déplacer librement d'un bout à l'autre de celle-ci par rotation autour de l'axe 40. Les spires de fil électroconducteur de la bobine 42 sont également de forme rectangulaire ou carrée et s'étendent dans des plans perpendiculaires aux plaques 30, 32 et 34 et à la trajectoire de la bobine 42 le long de la plaque intermédiaire 32. Ces spires comprennent des parties 44, 46 qui sont sensiblement radiales par rapport à l'axe de rotation 40 et qui s'étendent entre la plaque intermédiaire 32 et la plaque supérieure 34 et entre la plaque intermédiaire 32 et la plaque inférieure 30 respectivement. Un aimant permanent plat 48 est fixé, par exemple par collage, sur la plaque inférieure 30 de la culasse et s'étend entre celle-ci et la face inférieure de la bobine 42. Un autre aimant permanent plat 50 du même type est fixé, par exemple par collage, sur la plaque supérieure 34 de la culasse et s'étend entre celle-ci et la face supérieure de la bobine 42. Les aimants permanents plats 48 et 50 sont polarisés dans une direction perpendiculaire aux plaques et ont des polarités de même signe sur leurs faces en regard. La bobine 42 de l'actionneur des figures 4 à 6 comprend le même nombre de spires que la bobine 16 de l'actionneur des figures 1 à 3 mais ces spires sont réparties de façon différente: le nombre de spires dans la direction perpendiculaire aux plaques, c'est-à-dire parallèle à l'axe de rotation 40, est nettement inférieur au nombre de spires dans la direction de déplacement de la bobine. Par exemple, le nombre de spires dans la direction perpendiculaire aux plaques est au moins cinq fois et de préférence au moins six fois inférieur au nombre de spires dans la direction de déplacement de la bobine. Cela se traduit par une réduction de l'entrefer entre les aimants permanents 48 et 50 et par une augmentation de la dimension de la bobine dans sa direction de déplacement. Toutefois, lorsque la bobine 42 comprend le même nombre total de spires que la bobine 16 des figures 1 à 3, la masse de fil conducteur utilisé pour former l'enroulement de la bobine 42 est inférieur d'environ 50 % à la masse du fil conducteur utilisé pour former l'enroulement de la bobine 16. Cette diminution de masse se traduit par une diminution de l'inertie de la bobine en rotation autour de l'axe 40, de sorte que, pour un couple de rotation donné, l'accélération angulaire de la bobine 42 sera supérieure à celle de la bobine 16. Par ailleurs, les aimants permanents 48 et 50 de l'actionneur des figures 4 à 6 ont également une dimension dans la direction de déplacement cle la bobine qui est supérieure à la dimension correspondante des aimants 12, 14, 26 et 28 de l'actionneur des figures 1 à 3. Mais comme l'actionneur des figures 1 à 3 utilise quatre aimants permanents et celui des figures 4 à 6 n'en utilise que deux, l'économie sur les aimants permanents est de 40 % en masse environ dans l'actionneur des figures 4 à 6, ce qui se traduit par une réduction significative de son coût pour des performances identiques. L'actionneur selon l'invention est par ailleurs associé aux mêmes moyens que l'actionneur des figures 1 à 3, à savoir des moyens d'alimentation de la bobine en courant continu et un capteur de position, par exemple à magnétorésistances, relié par des moyens d'asservissement aux moyens d'alimentation de la bobine. Le fonctionnement de l'actionneur selon l'invention est illustré schématiquement en figure 6 où comme en figure 3, les flèches B représentent la circulation du flux magnétique, les flèches FI et F2 sont les forces électromotrices appliquées aux parties radiales des spires de la bobine 42 et les sens de circulation du courant dans ces parties radiales sont représentés par des cercles et par des croix avec la même signification qu'en figure 3. De façon générale, l'invention permet de réduire le coût de l'actionneur électrique plat des figures 1 à 3, tout en conservant ses 5 performances et en diminuant son temps de réponse. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande d'une boîte de vitesses, en particulier pour véhicule automobile, comprenant un actionneur électrique plat d'entraînement d'un axe rotatif de sélection de la boîte de vitesses, cet actionneur comprenant une bobine (42) montée à rotation autour d'un axe (18) entre des aimants permanents plats (48, 50) portés par une culasse, des moyens de liaison de l'axe de la bobine à l'axe de sélection de la boîte de vitesses et des moyens d'alimentation électrique de la bobine, caractérisé en ce que la culasse comprend deux plaques parallèles inférieure (30) et supérieure (34) portant chacune un aimant permanent plat (48, 50), une plaque médiane (32) s'étendant entre les deux plaques inférieure et supérieure, parallèlement à celles-ci, et des montants latéraux (36) reliant les plaques inférieure, supérieure et médiane à leurs extrémités, en ce que les deux aimants permanents (48, 50) sont identiques et montés face à face avec des polarités identiques sur leurs faces en regard, ces aimants étant polarisés dans une direction perpendiculaire aux plaques (30, 32, 34), et en ce que la bobine (42) est formée de spires de fil conducteur enroulées sur un support entourant la plaque médiane (32) de la culasse et contenues dans des plans passant sensiblement par l'axe (40) de rotation de la bobine, le nombre de spires dans la direction perpendiculaire aux plaques étant au moins quatre fois inférieur au nombre de spires dans la direction de déplacement de la bobine (42). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques supérieure et inférieure (30, 34) sont en forme de secteurs circulaires centrés sur l'axe (40) de rotation de la bobine et ayant un angle au centre d'au moins 90 environ et sont reliées entre elles aux extrémités de la plaque intermédiaire (32) par des rondelles (36) de matériau ferromagnétique interposées entre la plaque intermédiaire (32) et les plaques inférieure (30) et supérieure (34). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les extrémités des plaques (30, 32, 34) et les rondelles (36) sont traversées par des vis de fixation (38) en matériau ferromagnétique. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport du nombre de spires de la bobine (42) dans la direction de déplacement de la bobine et dans la direction perpendiculaire aux plaques est au moins égal à six. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour produire un couple d'environ 30 à 32Nm, la bobine (42) comprend environ 240 spires de fil électroconducteur d'un diamètre d'un millimètre environ et les aimants permanents sont des aimants néodymeferbore ou samarium-cobalt générant un champ magnétique d'environ 1 à 1,2T. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enroulement de la bobine (42) a une dimension parallèle à l'axe de rotation (40) d'environ 6 à 7mm et une dimension parallèle à la direction de déplacement de la bobine d'environ 40 à 45mm. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aimants permanents plats (48, 50) ont une dimension 20 d'environ 10mm parallèlement à l'axe de rotation de la bobine et une dimension d'environ 120mm dans la direction de déplacement de la bobine.