Brevet FR2959266A1 — publié le 20111028

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des machines électriques et elle concerne plus particulièrement un dispositif d'obturation dont l'ouverture rapide est commandée à partir d'un actionneur électrique qui transforme le mouvement de rotation d'un moteur électrique en un mouvement de translation de l'obturateur. ~o Art antérieur On trouve des actionneurs électriques permettant un déplacement axial dans deux sens opposés dans de nombreuses applications industrielles. Toutefois, lorsqu'un tel déplacement doit être effectué très rapidement (typiquement un déplacement de 50mm en moins de 20 15 millisecondes), les solutions classiques à base de mécanisme réversible vis/écrou ne peuvent convenir du fait des problèmes dynamiques résultant de la mise en mouvement rapide de ces pièces comme de la grande vitesse de rotation alors exigée du moteur électrique de l'actionneur. 20 But et objet de l'invention La présente invention a donc pour objet de proposer un dispositif d'obturation dont les vitesses d'ouverture et de fermeture sont différentiées et plus particulièrement un dispositif qui permette une ouverture rapide de l'obturateur sans que celle-ci ne vienne perturber la 25 dynamique du dispositif. Ce but est atteint avec un dispositif d'obturation pour déplacer linéairement un obturateur devant une fenêtre d'un boitier, comportant . un galet solidaire dudit obturateur via une pièce support, . un chemin de roulement ayant une première partie en pente douce le long de laquelle roule ledit galet lors du passage dudit obturateur d'une position d'ouverture à une position de fermeture et une seconde partie à forte pente le long de laquelle roule ledit galet lors du passage dudit obturateur de ladite position de fermeture à ladite position d'ouverture, . un élément élastique monté entre ledit boitier et ladite pièce support qui est comprimé lors du passage dudit galet sur ladite première partie dudit chemin de roulement et ensuite détendu lors du passage dudit galet sur ladite seconde partie dudit chemin de roulement, et io . un actionneur rotatif pour, en commandant une rotation dudit chemin de roulement, assurer ledit déplacement linéaire dudit obturateur entre lesdites positions d'ouverture et de fermeture. Ainsi, avec cette structure à double rampe, l'une en pente douce et l'autre à forte pente, on obtient un mécanisme d'obturation parfaitement 15 différentié avec une ouverture pouvant être très rapide (notamment avec une pente verticale) alors que la fermeture se déroule selon un rythme plus lent du fait de cette montée en pente douce. Selon un mode de réalisation préférentiel, ledit chemin de roulement comporte une rampe hélicoïdale partant d'un premier niveau 20 correspondant à ladite position d'ouverture de l'obturateur et se terminant à un second niveau correspondant à ladite position de fermeture de l'obturateur, un méplat disposé audit second niveau et assurant à ladite position de fermeture un état stable et une rampe vertical redescendant dudit second niveau au dit premier niveau pour assurer une ouverture 25 rapide dudit obturateur sous l'effet de la détente dudit élément élastique. Ledit méplat peut comporter en son centre une forme légèrement incurvée. De préférence, le dispositif comporte en outre un mécanisme de fin de course linéaire pour obtenir une information sur la position dudit galet lorsque celui-ci arrive à l'extrémité de ladite rampe hélicoïdale et un mécanisme de fin de course angulaire pour obtenir cette information de position lorsque ledit galet se trouve sur ledit méplat. Avantageusement, ledit chemin de roulement est réalisé sur une face externe d'un élément tubulaire comportant sur une face interne une couronne dentée en prise via un réducteur avec ledit actionneur rotatif. De préférence, ledit élément tubulaire est supporté en rotation dans ledit boitier par un premier palier à billes et il prend appui axialement dans ledit boitier au moyen d'un second palier à billes. Avantageusement, ledit galet, via un palier, est monté libre sur un axe enchâssé dans ladite pièce support et ladite pièce support comporte à sa base une partie annulaire destinée à recevoir une pluralité de tirants fixés à la base dudit obturateur et répartis régulièrement autour de ladite pièce support. 15 De préférence, pour assurer un guidage desdits tirants, ledit boitier comporte en outre des paliers de guidage monté sensiblement à mi-distance de la pièce support et de l'obturateur lorsque ledit obturateur est dans ladite position d'ouverture. Avantageusement, ledit obturateur est réalisé en deux parties 20 reliées entres elles par une pluralité d'éléments élastiques qui sont légèrement comprimés lors de la fermeture de l'obturateur pour assurer une étanchéité dans ladite position de fermeture. De préférence, il peut comporter en outre un amortisseur annulaire disposé sur un fond dudit boitier pour recevoir ladite pièce support 25 repoussée par ledit élément élastique lors de l'ouverture dudit obturateur. Brève description des dessins La présente invention sera mieux comprise en regard des dessins annexés, donnés à titre illustratif et non limitatif, sur lesquels : . la figure 1 montre en vue en coupe axiale dans une première position de l'obturateur un dispositif d'obturation selon l'invention, . la figure 2 montre en vue en coupe axiale dans une seconde position de l'obturateur un dispositif d'obturation selon l'invention, s . la figure 3 illustre en perspective la rampe héliocoïdale permettant le déplacement de l'obturateur, et . la figure 4 montre en vue en coupe axiale les mécanismes de fin de course associés à la commande de l'obturateur. Description de mode(s) de réalisation détaillé(s) Les figures 1 et 2 illustrent en coupe axiale, respectivement en position « ouverture » et en position « fermeture » de l'obturateur, un dispositif d'obturation selon l'invention. L'obturateur 10 est déplacé linéairement devant une fenêtre 12A '5 d'un boitier 12 à partir du déplacement d'un galet 14, solidaire de cet obturateur, le long d'un chemin de roulement 16A, 16B, 16C mobile en rotation, ayant une première partie en pente douce et une seconde partie à forte pente et dont la rotation est commandée par un actionneur rotatif 18. Comme le montre la perspective de la figure 3, ce chemin mobile de 20 roulement sur lequel va rouler le galet est en fait formé de trois parties successives : une rampe hélicoïdale 16A en pente douce partant d'un premier niveau correspondant à l'ouverture de l'obturateur et se terminant à un second niveau correspondant à la fermeture de l'obturateur, un méplat 16B disposé à ce second niveau et assurant à cette position de 25 fermeture un état stable (pour ce faire ce méplat comporte de préférence en son centre une forme légèrement incurvée) et une rampe verticale 16C redescendant de ce second niveau au premier niveau initial correspondant à l'ouverture de l'obturateur. En pratique, le dispositif comporte deux galets montés en opposition et le chemin de roulement se déroule sur deux fois 180°, la fermeture puis l'ouverture de l'obturateur étant alors effectuées sur un demi-tour. Lors de la montée du galet le long de la rampe hélicoïdale 16A, pour obtenir la fermeture de l'obturateur, un élément élastique 20 monté s entre une pièce 22 solidaire de l'obturateur et le boitier est comprimé. L'énergie accumulée dans cet élément élastique va permettre, lors de sa détente pour revenir à son état initial, au moment de la chute libre du galet le long de la rampe verticale 16C, une ouverture rapide de l'obturateur. Ainsi, on obtient un mouvement linéaire alternatif de io l'obturateur avec des vitesses de fermeture et d'ouverture très différentiées. Par exemple, pour une fermeture effectuée en 1,5 secondes on réalise une ouverture en moins de 20 millisecondes. Chacun des galets 14 est monté libre, via un palier 24 par exemple à rouleaux, sur un axe 26 enchâssé dans la pièce 22 support de l'élément (s élastique 20 et dont une partie annulaire 22A située à sa base est destinée à recevoir une pluralité de tirants 28 fixés à la base de l'obturateur 10 et répartis régulièrement autour de la pièce support. Des paliers de guidage 30 montés dans le boitier 12 sensiblement à mi-distance de la pièce support et de l'obturateur (dans la position d'ouverture) sont prévus pour 20 garantir un déplacement linéaire de l'obturateur. Le chemin de roulement est réalisé sur la face externe d'un élément tubulaire 16 et sa rotation est rendue possible par la présence sur la face interne de cet élément tubulaire d'une couronne dentée 16D en prise via un réducteur 32 avec l'actionneur rotatif 18, lequel est monté dans un 25 carter de protection de forme cylindrique 34 fermé par un capot de moteur 36. L'élément tubulaire est supporté en rotation dans le boitier via un capot de réducteur 38 qui lui est solidaire par un premier palier à billes 40 et il prend appui axialement dans le boitier via le carter de protection du moteur et son capot au moyen d'un second palier à billes 42. L'actionneur rotatif 18 comporte, dans l'exemple illustré, un moteur électrique sans balais (brushless) à commutation électronique dont le stator annulaire bobiné 44 est monté fixement dans le carter 34 et dont le rotor axial 46 séparé du stator par un entrefer annulaire est formé par un s arbre concentrique cylindrique portant plusieurs segments d'aimant permanent 48. L'arbre cylindrique du rotor est supporté en rotation d'une part dans le carter 34 et d'autre part dans le capot de moteur 36 au moyen de deux paliers à billes 50, 52 placés chacun à une de ses deux extrémités. A l'une ~o de ses extrémités est solidarisée par des cannelures une pièce en cloche 54 formant planétaire du réducteur 32 de type planétaire destiné à diviser dans un rapport proche de 100 la vitesse de rotation du moteur électrique afin d'entrainer en rotation l'élément tubulaire 16 dont la forme interne cylindrique épouse la forme externe également cylindrique du carter, 1s disposé coaxialement à l'arbre cylindrique du rotor et dont la couronne dentée 16D forme une couronne mobile du réducteur planétaire dont une couronne fixe 34A est formée dans son prolongement dans le carter de protection 34 de l'actionneur. Entre ces deux couronnes et le planétaire, montés sur un porte rouleaux satellites 56, sont disposés avec leurs axes 20 parallèles des rouleaux satellites 58 qui, pendant un mouvement de rotation du rotor, en roulant sur la dentelure de la couronne fixe et sur les cannelures du planétaire, tournent en synchronisme de manière planétaire autour de l'arbre du rotor et communiquent un mouvement de rotation à vitesse réduite à l'élément tubulaire 16 par l'intermédiaire de la couronne 25 mobile. Des dispositifs d'amortissement sont en outre prévus à l'ouverture et la fermeture. Tout d'abord, un amortisseur annulaire 60 est disposé sur le fond du boitier pour recevoir la pièce support 22 qui est repoussée par l'élément élastique 20 lors de l'ouverture de l'obturateur. Ensuite, l'obturateur est réalisé en deux parties 10A et 10B reliées entres elles par une pluralité d'éléments élastiques 62 qui sont légèrement comprimés à la fermeture lors du contact entre l'obturateur et le boitier pour, assurer une étanchéité dans cette position de fermeture. Des joints circulaires 64 sont en outre prévus sur l'obturateur pour assurer les étanchéités avec le milieu extérieur une fois celui-ci fermé. La figure 4 est une vue en coupe axiale du dispositif d'obturation selon un plan différent du précédent qui permet d'illustrer un détail de réalisation relatif aux butées de fin de course. En effet, le dispositif io comporte un mécanisme de fin de course linéaire 66 et un mécanisme de fin de course angulaire 68. Le mécanisme de fin de course linéaire 66 formé d'un contacteur 66A et de sa butée 66B permet d'obtenir une information sur la position du galet 14 lorsque celui-ci se trouve à l'extrémité haute (au bout) de la rampe hélicoïdale 16A alors que le 15 mécanisme de fin de course angulaire 68 comportant un contacteur 68A et une came 68B permet de connaître cette position lorsque le galet se trouve sur le méplat 16B. Par la connaissance de ces deux positions, il est en effet possible de commander avec précision l'arrêt du moteur dans la position de fermeture de l'obturateur. 20 Le fonctionnement du dispositif d'obturation est le suivant. On considérera tout d'abord que l'obturateur est en position d'ouverture (figure 1), la fenêtre 12A du boitier est donc ouverte. Pour assurer sa fermeture, l'actionneur est alors alimenté et comme il est connu, contrôlé en vitesse, position et courant par son électronique de commande en 25 fonction des données issues de capteurs moteurs non représentés. La rotation du moteur électrique va entrainer la mise en mouvement du réducteur planétaire 32 et corrélativement celle de la pièce tubulaire 16. Les galets 14 vont alors s'élever en roulant sur la rampe hélicoïdale 16A entrainant la fermeture progressive de l'obturateur 10. Dans son déplacement, l'obturateur est guidé linéairement par les paliers de guidage 30 et l'élément élastique 20 est comprimé. A l'extrémité de cette rampe hélicoïdale, la butée 66B entre en contact avec le contacteur 66A du mécanisme de fin de course linéaire provoquant l'arrêt de la commande du moteur, le galet 14 va alors, sous l'effet de l'énergie cinétique accumulée par la rotation du moteur, poursuivre sa course pour venir s'immobiliser sur le méplat 16B, plus précisément dans la cuvette de ce méplat actionnant le mécanisme de fin de course angulaire 68. Dans cette position de fermeture de l'obturateur (figure 2), la fenêtre 12A est io maintenant parfaitement fermée, les éléments élastiques 62 associés aux joints 64 assurant l'étanchéité du fait d'une course de l'obturateur légèrement plus grande que la dimension de la fenêtre. Dans cette position, il suffira d'une nouvelle commande du moteur pour entrainer une ouverture immédiate de la fenêtre du fait de la chute is libre du galet 14 le long de la rampe verticale 16C, cette chute entrainant l'obturateur 10 étant en outre accélérée par l'action de détente de l'élément élastique 20. En fin de course, la présence de l'amortisseur 60 amortira le choc avec le boitier 12 source de perturbation pour le dispositif. 20 Ainsi, avec l'invention, on obtient une ouverture extrêmement rapide sans commune mesure avec la fermeture qui s'effectue dans un temps « normal » correspondant au temps de réponse d'un actionneur électrique classique. La désolidarisation de la cinématique du moteur pendant l'ouverture évite toute mise en mouvement de l'actionneur autre 25 que la commande impulsionelle initiale du moteur. Bien entendu, on notera que s'il a été fait référence dans la description ci-avant à un moteur de type brushless, il est tout aussi envisageable de recourir à un autre type de moteur, par exemple un moteur pas à pas, un moteur couple ou encore un moteur plus traditionnel avec balais. REVENDICATIONS1. Dispositif d'obturation pour déplacer linéairement un obturateur (10) devant une fenêtre (12A) d'un boitier (12), comportant : . un galet (14) solidaire dudit obturateur via une pièce support (22), . un chemin de roulement (16A, 16B, 16C) ayant une première partie en pente douce le long de laquelle roule ledit galet lors du passage dudit obturateur d'une position d'ouverture à une position de fermeture et une seconde partie à forte pente le long de laquelle roule ledit galet lors du passage dudit obturateur de ladite position de fermeture à ladite position d'ouverture, . un élément élastique (20) monté entre ledit boitier et ladite pièce support qui est comprimé lors du passage dudit galet sur ladite première partie dudit chemin de roulement et ensuite détendu lors du passage dudit 15 galet sur ladite seconde partie dudit chemin de roulement, et . un actionneur rotatif (18) pour, en commandant une rotation dudit chemin de roulement, assurer ledit déplacement linéaire dudit obturateur entre lesdites positions d'ouverture et de fermeture. 20 2. Dispositif d'obturation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit chemin de roulement comporte une rampe hélicoïdale (16A) partant d'un premier niveau correspondant à ladite position d'ouverture de l'obturateur et se terminant à un second niveau correspondant à ladite position de fermeture de l'obturateur, un méplat (16B) disposé audit 25 second niveau et assurant à ladite position de fermeture un état stable et une rampe verticale (16C) redescendant dudit second niveau au dit premier niveau pour assurer une ouverture rapide dudit obturateur sous l'effet de la détente dudit élément élastique. 15il 3. Dispositif d'obturation selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit méplat comporte en son centre une forme légèrement incurvée. 4. Dispositif d'obturation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un mécanisme de fin de course linéaire (64) pour obtenir une information sur la position dudit galet lorsque celui-ci arrive à l'extrémité de ladite rampe hélicoïdale et un mécanisme de fin de course angulaire (66) pour obtenir cette information de position lorsque ledit galet se trouve sur ledit méplat. Io 5. Dispositif d'obturation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit chemin de roulement est réalisé sur une face externe d'un élément tubulaire (16) comportant sur une face interne une couronne dentée (16D) en prise via un réducteur (32) avec ledit actionneur rotatif. 6. Dispositif d'obturation selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément tubulaire est supporté en rotation dans ledit boitier par un premier palier à billes (40) et il prend appui axialement dans ledit boitier au moyen d'un second palier à billes (42). 20 7. Dispositif d'obturation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit galet, via un palier (24), est monté libre sur un axe (26) enchâssé dans ladite pièce support et ladite pièce support comporte à sa base une partie annulaire (22A) destinée à recevoir une pluralité de tirants (28) 25 fixés à la base dudit obturateur et répartis régulièrement autour de ladite pièce support. 8. Dispositif d'obturation selon la revendication 7, caractérisé en ce que pour assurer un guidage desdits tirants, ledit boitier comporte en outredes paliers de guidage (30) monté sensiblement à mi-distance de la pièce support et de l'obturateur lorsque ledit obturateur est dans ladite position d'ouverture. 9. Dispositif d'obturation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit obturateur est réalisé en deux parties (10A, 10B) reliées entres elles par une pluralité d'éléments élastiques (62) qui sont légèrement comprimés lors de la fermeture de l'obturateur pour assurer une étanchéité dans ladite position de fermeture. 10. Dispositif d'obturation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un amortisseur annulaire (60) disposé sur un fond dudit boitier pour recevoir ladite pièce support repoussée par ledit élément élastique lors de l'ouverture dudit obturateur.