Brevet FR2965600A1 — publié le 20120406

BATTEUR ACTIF A GUIDAGE OPTIMISE [0001] L'invention porte sur le domaine des dispositifs antivibratoires actifs communément appelés batteurs actifs. De tels dispositifs peuvent notamment être employés sur un véhicule automobile pour la réduction des phénomènes vibratoires et acoustiques. [0002] Un véhicule automobile est soumis à un certain nombre de sources vibratoires, au premier rang desquelles figure le moteur thermique et plus généralement le groupe motopropulseur communément employé pour la propulsion du véhicule. [0003] Les bruits et vibrations générés par le groupe motopropulseur sont notamment liés au déplacement du moteur sur ses points d'attache à la structure du véhicule, et proviennent de mouvements rotatifs de différentes pièces du moteur (vilebrequin, manetons excentrés par rapport à l'axe de rotation du vilebrequin, etc.), de mouvements de translation d'autres pièces (piston et masses attachées) et de mouvements composés (bielles, par exemple). Les vibrations sont générées par des forces dont l'intensité, la direction et le point d'application varient à une vitesse très élevée. Elles sont néfastes : elles créent des points de fragilité et sont la cause d'inconfort pour les utilisateurs du véhicule. Les vibrations doivent être limitées. [0004] Différents systèmes passifs existent pour réduire les vibrations, parmi lesquels on connaît les cales moteurs, les systèmes de créations d'excentriques ou balourds destinés à s'opposer aux excentriques qui sont sources de vibrations, les systèmes d'équilibrage dans lesquels on ajoute des masses en nombre, position et valeur variées sur le vilebrequin et les arbres d'équilibrage, les systèmes de biellettes anti-couples et les systèmes basés sur des supports hydrauliques (avec action spécifique en fonction de la bande des fréquences et le type des sollicitations vibratoires à contrôler). [0005] D'autres systèmes, dits systèmes actifs, sont également utilisés parmi lesquels les systèmes d'isolation actifs pour la suppression des phénomènes de résonance, tels que les cales moteur active, les biellettes actives, les systèmes de contrôle actif antivibratoire mettant en jeu un batteur actif piloté, et les systèmes de filtrage dit auto adaptatif , etc. [0006] Parmi les systèmes de limitation des vibrations, le plus efficace actuellement connu est le système de contrôle actif antivibratoire. Un tel système repose sur le principe de génération d'une contre vibration, et comprend, de manière classique et connue, un actionneur ou batteur actif souvent placé sur la structure du véhicule, et un calculateur qui génère les signaux de contrôle antivibratoire par l'intermédiaire du batteur. [0007] Un dispositif actif de ce type est décrit par exemple dans le document EP0574574, ou dans le document EP1521352. L'utilisation d'un tel système antivibratoire pour améliorer les prestations vibro-acoustiques d'un véhicule est en outre connue au travers du document US5332061. [0008] Un batteur actif comporte une masse présentant un déplacement en translation alternative linéaire selon une direction prédéfinie dans laquelle elle est guidée. L'actionneur privilégié est de type électromagnétique. [0009] La masse, qui est constitué de l'ensemble des éléments mobiles du batteur, généralement constituée d'une pièce massique, d'une bobine électrique, d'un surmoulage de protection de ces éléments, et d'un couvercle ou capot d'étanchéité permettant de fermer le batteur. [0010] Dans le cadre d'une application sur un véhicule automobile à moteur thermique, le batteur est dimensionné pour générer un effort important à bas régime, proche de la fréquence de résonnance du système masse ressort constitué par la partie magnétique (effort magnétique) et par une partie mécanique (masse + ressort, effort mécanique). [0011] Ces deux efforts donnent l'effort final de l'actionneur. [0012] L'actionneur disposé de sorte à générer cet effort essentiellement suivant un axe défini, axe le long duquel la masse est guidée en translation. Cependant, ce type d'actionneur, tel que connu dans l'état de la technique, ne génère pas seulement un effort selon l'axe prédéfini, mais, du fait de mouvements parasites dans d'autres directions rendu possibles par les tolérances mécaniques du système, il génère aussi des moments suivant deux axes orthogonaux à l'axe prédéfini (afin de définir ainsi conventionnellement les efforts dans un repère orthonormé), moments qui génèrent des bruits et vibrations parasites qu'il faut éliminer. [0013] L'invention tend à résoudre ce problème en proposant un actionneur conformé pour limiter la génération de moments selon tout axe non confondu avec l'axe de déplacement de la masse (car une rotation de la masse sur un axe de révolution parallèle à la direction de déplacement n'est en rien problématique). [0014] Plus précisément, l'invention porte donc sur un batteur actif pour la réduction des vibrations dans une structure mécanique, du type comportant une masse mobile se translatant sensiblement linéairement dans un mouvement alternatif selon une direction de déplacement donnée, caractérisé par des moyens de guidage de la masse formant glissière empêchant sa rotation selon tout axe parallèle à la direction de déplacement. Bien que ce ne soit pas en soi la rotation qui est préjudiciable au bon fonctionnement du batteur (une rotation libre de la masse, si cette dernière présente une forme de révolution, autour de son axe de révolution n'entraine aucun couple parasite), le fait de limiter les degrés de liberté de la masse en améliore le guidage en translation. En particulier, les surfaces de guidage de la masse sont multipliées, ce qui en améliore le guidage. [0015] Dans une variante de l'invention, les moyens de guidage comportent au moins deux liaisons, présentant chacune un degré de liberté en translation selon un axe différent l'un de l'autre, parallèle à la direction de déplacement. En prévoyant une liaison glissière redondante, la masse est parfaitement guidée en translation dans sa direction de déplacement, et ses mouvements parasites sont limités. [0016] De préférence, le batteur comporte dans cette variante de l'invention : - un support, comportant au moins deux noyaux ferromagnétiques cylindriques droits; une masse comportant une bobine, ladite masse étant traversée par les noyaux et montée libre en translation sur ces derniers. La multiplication du nombre de noyaux est une solution permettant la mise en ceuvre de cette variante de l'invention, sans dégrader les performances du batteur. [0017] Selon une autre variante de l'invention, le batteur comporte : un support, comportant un noyau ferromagnétique cylindrique droit, mais non cylindrique de révolution; - une masse comportant une bobine, ladite masse étant traversée par le noyau et montée libre en translation sur ce dernier ; En donnant au noyau une forme différente d'un cylindre de révolution, on empêche la rotation de la masse. Par cylindre, on entend ici sa définition géométrique rigoureuse, à savoir celle d'un solide limité par la réunion de toutes les droites dites génératrices ayant la même direction et coupant une courbe donnée dite directrice. Un cylindre droit comporte en outre des droites génératrices orthogonales à la courbe directrice. [0018] Selon un mode de réalisation de cette variante, le noyau est cylindrique, de courbe directrice ovale. C'est une forme particulière de cylindre permettant une réalisation simple de l'invention. [0019] Selon un autre mode de réalisation de cette variante, le noyau est prismatique droit. Il est rappelé qu'un prisme est une forme particulière de cylindre dans lequel la courbe directrice définit un polygone. Selon le polygone adopté, le guidage de la masse sera plus ou moins amélioré, au prix d'une complexité de réalisation plus ou moins importante. [0020] De préférence, le batteur comporte un ou plusieurs paliers conformés et disposés entre la masse et le ou les noyaux. Ces paliers adaptés en forme et en constitution permettent un glissement aisé et sans jeu de la masse sur le ou les noyaux. [0021] De préférence, des moyens de suspension relient la masse à au moins un noyau, ou à une pièce mécanique liée rigidement à au moins un noyau. De préférence, les moyens de suspension sont essentiellement constitués d'un élément élastomère adhérisé. On obtient ainsi la caractéristique d'amortissement souhaitée dans le batteur. [0022] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement l'état de la technique et le système dans deux modes de réalisation préférentiels. [0023] La figure 1 présente schématiquement un batteur tel que connu dans l'état de la technique. [0024] La figure 2 présente schématiquement un batteur actif selon un premier mode de réalisation préférentiel de l'invention. [0025] La figure 3 présente un batteur actif selon un deuxième mode de réalisation préférentiel de l'invention. [0026] La figure 4 présente un batteur actif selon un troisième mode de réalisation préférentiel de l'invention. [0027] La figure 1 présente schématiquement un batteur actif, tel que connu dans l'état de la technique antérieur. Il comporte une masse 1 mobile en translation selon une direction de déplacement donnée, la masse 1 comportant essentiellement une bobine électrique 1. [0028] La bobine permet de générer des efforts électromagnétiques vis-à-vis d'une structure magnétique, efforts qui permettent de provoquer le déplacement de la masse 1. [0029] La masse peut ainsi se translater le long d'un noyau ferromagnétique 2. Des moyens de suspensions 3 sont positionnés entre la masse et une partie fixe du batteur, en l'occurrence le noyau 2, et peuvent être constitués d'un ou plusieurs ressorts, d'un matériau élastomère type caoutchouc, etc. [0030] Un système de fixation 4, constitué d'une vis et d'un écrou, permet la fixation sur une platine du noyau 2, qui est préférentiellement en fer doux (permettant l'obtention d'un champ magnétique élevé pour un courant donné circulant dans la bobine). Dans l'état de la technique connu, le noyau est de forme cylindrique de révolution. [0031] Un palier, non représenté, peut assurer un meilleur guidage entre la masse 1 et le noyau 2. Un tel palier, de forme adaptée au mode de réalisation considéré, peut être employé dans tout mode de réalisation de l'invention. [0032] Cependant, le guidage de la masse 1 autour du noyau 2, du fait des tolérances nécessaires à son bon coulissement, n'est pas suffisant pour éviter de légères déviations de la masse 1 qui se traduisent par la génération de couples parasites transmis à la platine (non représentée) sur laquelle le batteur est fixé. [0033] La figure 2 présente schématiquement un batteur actif selon un premier mode de réalisation préférentiel de l'invention. Selon ce premier mode de réalisation, le batteur comporte au moins deux noyaux, et en l'occurrence deux noyaux dans l'exemple ici représenté, à savoir un premier noyau 21 et un second noyau 22. [0034] Les premier et second noyaux 21, 22, sont de même composition qu'un noyau tel que connu dans l'état de la technique : ils sont de type ferromagnétique, par exemple et de manière préférentielle en fer doux. Le premier noyau 21 et le second noyau 22 sont dans l'exemple ici représenté de forme cylindrique de révolution. Toute autre forme permettant un coulissement de la masse sur les noyaux pourrait cependant être adoptée. [0035] Le guidage étant effectué par plusieurs noyaux, les tolérances de réalisation sont plus faibles, et la réalisation de fait plus complexe, mais le guidage de la masse 1 est largement amélioré par la réduction des degrés de liberté. [0036] La rotation de la masse 1 est empêchée par cette configuration, permettant l'atteinte de l'objectif de l'invention, bien que ce ne soit pas en soi l'effet recherché dans l'invention. En effet, une rotation libre de la masse 1, à supposer que la masse soit sensiblement en forme de cylindre de révolution, n'affecte en rien le bon fonctionnement du batteur dont le principe est de transmettre des efforts générés par les mouvements de translation de la masse. Cependant, la limitation du degré de liberté et la redondance des surfaces de guidage de la masse 1 garantissent une limitation des mouvements parasites de la masse, et des effets qu'ils induisent, notamment la génération de moments non souhaités, sur des axes non parallèles à la direction de déplacement. [0037] La figure 3 présente un batteur actif selon un deuxième mode de réalisation préférentiel de l'invention. Selon ce deuxième mode de réalisation, le batteur présente un seul noyau 2, mais celui-ci n'est pas cylindrique de révolution. [0038] Typiquement, le noyau 2 peut, tel que dans la variante ici représentée, prendre la forme d'un cylindre dont la base est ovalisée, autrement dit un cylindre de courbe directrice ovale. [0039] Plus généralement, le noyau 2 peut prendre dans cette variante toute forme cylindrique présentant une courbe directrice non circulaire. Cela a pour conséquence de bloquer la masse en rotation, mais surtout de multiplier les surfaces de guidage de la masse en translation, et d'améliorer ainsi ce dernier. Une courbe directrice en forme de « U » ou de fer à cheval permet par exemple d'améliorer fortement le guidage de la masse en translation. [0040] Selon un troisième mode de réalisation (qui est en fait une variante particulière du deuxième mode de réalisation), le noyau est en forme de prisme. [0041] Selon le polygone servant de base au prisme, l'amélioration du guidage sera plus ou moins améliorée, de même que la réalisation sera plus ou moins complexifiée. [0042] Dans tous les modes de réalisation de l'invention, la réalisation peut être simplifiée en adoptant une masse 1 cylindrique de révolution présentant un orifice axial suffisamment grand pour permettre le passage du ou des noyaux, puis en mettant en position dans cet orifice des paliers adapté en taille, nombre, et position aux noyaux, puis en fixant ces paliers dans la masse 1 par ajout de matière dans l'orifice de la masse 1, entre les paliers. [0043] La matière ainsi ajoutée vise essentiellement au bon maintien des noyaux, et pourra être de même composition que le noyau (pour augmenter le champ de force magnétique), ou être amagnétique de sorte à ne pas perturber le champ magnétique entre la bobine. [0044] L'adoption d'un tel batteur offre de nombreux avantages. Dans une application automobile notamment, elle évite la génération de phénomènes sonores et vibratoires désagréables pour l'utilisateur. En évitant la génération de vibrations incontrôlées, la fiabilité du batteur est également améliorée. REVENDICATIONS: 1. Batteur actif pour la réduction des vibrations dans une structure mécanique, du type comportant une masse (1) mobile se translatant sensiblement linéairement dans un mouvement alternatif selon une direction de déplacement donnée, caractérisé par des moyens de guidage de la masse (1) formant glissière, empêchant sa rotation selon tout axe parallèle à la direction de déplacement. 2. Batteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de guidage comportent au moins deux liaisons, présentant chacune un degré de liberté en translation selon un axe différent l'un de l'autre, parallèle à la direction de déplacement. 3. Batteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte : un support, comportant au moins deux noyaux (21, 22) ferromagnétiques cylindriques droits ; une masse (1) comportant une bobine, ladite masse étant traversée par les noyaux (21,22) et montée libre en translation sur ces derniers. 4. Batteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte : un support, comportant un noyau (2) ferromagnétique cylindrique droit, mais non cylindrique de révolution; une masse (1) comportant une bobine, ladite masse étant traversée par le noyau et montée libre en translation sur ce dernier. 5. Batteur selon la revendication 4, caractérisée en ce que le noyau (2) est cylindrique, de courbe directrice ovale. 6. Batteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le noyau (2) est prismatique droit. 7. Batteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé par un ou plusieurs paliers conformés et disposés entre la masse (1) et le ou les noyaux (2, 21, 22). 8. Batteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé par des moyens de suspension (3) reliant la masse au support. 9. Batteurs selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de suspension (3) sont essentiellement constitués d'un élément élastomère adhérisé.5