Brevet FR2979065A1 — publié le 20130222

BATTEUR ACTIF A GUIDAGE AMELIORE [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 souvent placé sur la structure du véhicule, et un calculateur qui génère les signaux de contrôle antivibratoire par l'intermédiaire du batteur. Un dispositif par exemple du type accéléromètre permet de vérifier en un point de contrôle que le système fonctionne correctement et à mettre à jour les paramètres du pilotage. Enfin, une source de vibrations (par exemple un accéléromètre sur bloc moteur ou une roue dentée) sert de référence à/aux l'harmonique(s) à traiter. [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 1 défini, axe le long duquel la masse est guidée en translation. Cependant, la demanderesse a constaté que 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 rendus possibles par les tolérances mécaniques du système qui entrainent un guidage en translation imparfait, 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 est donc essentiellement dictée par la découverte du fait qu'il convient d'optimiser le guidage de la partie mobile du batteur de sorte à en empêcher autant que possible son bagotement (oscillations erratiques). [0014] Ainsi l'invention porte-t-elle 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, comportant un corps principal dans lequel la masse est contenue, et des moyens de guidage entre la périphérie extérieure de la masse et le corps principal. Le guidage de la masse par sa surface extérieure limite fortement ses possibilités de basculement selon tout axe orthogonal à son axe de translation. [0015] De préférence, les moyens de guidage comportent un palier. Le palier peut être de hauteur faible relativement aux dimensions de la masse, de sorte à réduire les surfaces de guidage. Plusieurs paliers peuvent être employés pour assurer le guidage. [0016] De préférence, le palier est fixé à la masse mobile. [0017] De préférence, le batteur actif comportant une platine de fixation, cette dernière et le corps principal sont formés d'un seul tenant. [0018] De préférence, la masse comporte une structure magnétique supérieure et une bobine, ladite masse étant disposée autour d'un noyau ferromagnétique. [0019] De préférence, la masse comporte en outre une structure magnétique inférieure. [0020] De préférence, un capot est fixé sur le corps principal, de sorte à enfermer de manière étanche la masse. [0021] De préférence, des moyens de suspension de la masse sont interposés entre ladite masse et le capot. [0022] De préférence, le corps principal est constitué d'un matériau amagnétique [0023] De préférence, la masse est de forme cylindrique percée selon son axe principal. De préférence, la masse est alors équilibrée autour de son axe principal. Ceci permet d'éviter des phénomènes de moments ou balourds. [0024] La figure 1 présente schématiquement en coupe un batteur tel que connu dans l'art antérieur. [0025] La figure 2 présente un repère orthogonal lié à un véhicule automobile, tel qu'on peut le définir pour caractériser l'objet de l'invention. [0026] La figure 3 présente une vue d'un batteur conforme au mode de réalisation préférentiel de l'invention. [0027] La figure 4 présente une vue de détail d'une partie d'un batteur tel que représenté en figure 3. [0028] Un batteur actif, tel que connu dans l'état de la technique antérieur et représenté en figure 1 comporte une masse M mobile en translation selon un axe de déplacement D, la masse comportant une structure magnétique supérieure 1, et une bobine électrique 2. [0029] La bobine permet de générer des efforts électromagnétiques vis-à-vis d'une structure magnétique inférieure 3, efforts qui permettent de provoquer le déplacement de la masse. Un palier de guidage 4 permet de guider la masse en translation selon l'axe de déplacement D. Dans l'état de la technique connu, la masse étant en déplacement autour d'un noyau 10, le palier de guidage est naturellement positionné entre le noyau 10 et la masse. Ce palier de faible diamètre présente une tolérance mécanique importante relativement à son diamètre, ce qui permet de légers mouvements d'oscillation de la masse qui génèrent des moments [0030] Des moyens de suspensions 5 sont positionnés entre la masse (en l'occurrence ici au niveau de la structure magnétique supérieure) et une partie fixe du batteur, et peuvent être constitués d'un ou plusieurs ressorts, d'un matériau élastomère, etc. [0031] Un capot 6 ou couvercle, amagnétique, préférentiellement en matériau plastique, chapeaute l'ensemble de la masse du batteur pour en assurer l'étanchéité et la protection contre la corrosion. La majeure partie de la masse présente en outre un surmoulage 7 amagnétique, par exemple en matériau plastique, pour en assurer la protection. Le capot 6 est fixé au surmoulage dans une zone supérieure de la masse, préférentiellement par clippage. Dans le batteur ici représenté, la masse est donc constituée de la structure magnétique supérieure 1, de la bobine 2, du surmoulage 7 et du capot 6. [0032] Un système de fixation 8, constitué d'une vis et d'un écrou, permet la fixation sur une platine 9 d'un noyau cylindrique 10 préférentiellement en fer doux (permettant l'obtention d'un champ magnétique élevé pour un courant donné circulant dans la bobine). [0033] La platine 9 est dotée de moyens pour la fixation du batteur sur la structure dans laquelle on veut réduire les vibrations, par exemple des alésages pour la fixation de la platine par des vis (non représentées). [0034] La figure 2 présente un repère orthogonal lié à un véhicule automobile, tel qu'il peut être employé pour caractériser l'invention. [0035] Par convention, on utilise les mots de repérage spatial (gauche, droite...) du point de vue du conducteur installé au poste de conduite avec direction à gauche. Le repère véhicule est constitué par un ensemble de 3 plans orthogonaux dont l'intersection au point O constitue l'origine des axes de référence. [0036] Plans origines des axes: - Plan XOZ : Plan origine Y, vertical longitudinal médian du véhicule - Plan YOZ : Plan transversal perpendiculaire au plan XOZ - Plan XOY : Plan perpendiculaire aux plans XOZ et YOZ [0037] Sens des axes: - Axe X + : Dirigé vers l'arrière du véhicule - Axe Y + : Dirigé vers la droite du véhicule - Axe Z + : Dirigé vers le haut du véhicule. 25 [0038] Origine: - A déterminer selon le cas d'utilisation (véhicule, moteur, machine, ...). [0039] On peut caractériser les défauts du dispositif selon l'état de la technique, tel que représenté en figure 1, de la manière suivante. [0040] Ce type d'actionneur génère tout d'abord des moments non souhaités selon les 30 axes X et Y tels que précédemment définis, tandis que seul un effort selon l'axe Z est 20 souhaité. Ces moments suivant X et Y, qui se traduisent par des bruits et vibrations parasites dégradent la prestation vibro-acoustique du véhicule. [0041] Pour la fixation sur la caisse d'un véhicule, l'interface entre l'actionneur et la platine 9 doit être sécurisée afin d'interdire toute désolidarisation des composants et perte de pièces sur la chaussée. De plus, la platine 9 génère ses propres modes impactant la prestation de l'actionneur. Les moments générés amplifient le phénomène de bagotement de la masse M mobile, et peuvent engendrer une augmentation de la bruyance parasite. [0042] La mise en oeuvre de plusieurs zones d'étanchéité (capot 6, surmoulage de la masse M mobile,...), afin de garantir le fonctionnement du système, sa protection contre la corrosion, et éviter les risques de courts circuits, est complexe. [0043] Dans l'état de la technique, la distorsion n'est pas satisfaisante car la structure magnétique supérieure 1 est mobile par rapport à structure magnétique inférieure 3. Ainsi, les déplacements selon l'axe Z de la masse M mobile font varier l'efficacité du champ magnétique. Ceci entraine la nécessité de trouver un compromis entre distorsion et jeu de fonctionnement, ce qui est complexe. [0044] La figure 3 présente une vue schématique en coup d'un batteur conforme au mode de réalisation préférentiel de l'invention. [0045] Selon le mode préférentiel de réalisation de l'invention ici représenté, la masse M mobile comporte non seulement une structure magnétique supérieure 1, une bobine 2, mais également une structure magnétique inférieure 3. La masse peut ainsi être obtenue par un assemblage d'éléments de formes simples, pouvant être facilement assemblés (par exemple par emmanchement en force, sertissage, etc.) [0046] Dans l'invention, le batteur comporte un corps principal 11 dans lequel la masse M mobile est positionnée. Le corps principal 11 peut être formé d'un seul tenant avec la platine 9. [0047] Par ailleurs, dans l'invention, le guidage en translation de la masse M mobile est assuré par des moyens de guidage 12 à la périphérie externe de la masse M mobile. Il peut notamment s'agit d'un ou plusieurs paliers. Afin de limiter les frottements, le ou les paliers peuvent être de faible hauteur par rapport à la hauteur de la masse M mobile. Le palier peut présenter une hauteur de l'ordre de quelques millimètres. Le ou les paliers sont préférentiellement fixés sur la masse. [0048] Un guidage de la masse sur sa surface externe permet ainsi d'en limiter le bagotement. De manière remarquable dans l'invention, le guidage est maintenant dissocié des éléments actifs de pilotage du système, et notamment du noyau 10, qui reste préférentiellement disposé selon un axe central de la masse (notamment si celle-ci est cylindrique). [0049] Un capot 6 permet d'assurer l'étanchéité du dispositif. Un joint souple, par exemple en caoutchouc, peut assurer l'étanchéité entre le capot et le corps principal. [0050] De manière préférentielle et tel que représenté dans le mode de réalisation ici détaillé, des moyens de suspension 5 de la masse M mobile sont disposés entre la masse M mobile et le couvercle 6. [0051] Selon une autre variante de l'invention non représentée, les moyens de suspension 5 peuvent être disposés entre la masse M mobile et la platine 9. [0052] Selon encore une autre variante de l'invention non représentée, des moyens de suspension 5 sont disposé entre la masse M mobile et le couvercle 6 d'une part, et entre la masse M mobile et la platine 9 d'autre part. [0053] Dans toutes ces variantes les moyens de suspension peuvent comporter un ou plusieurs ressorts mécaniques, ou être en matériau élastomère, adhérisé ou non aux éléments entre lesquels ils sont positionnés. [0054] De préférence, le corps principal 11 de l'actionneur est en matière amagnétique. Il peut notamment s'agir de plastique ou d'aluminium. Le corps principal peut être d'un seul tenant avec la platine 9 et dans ce cas il sert à la fois de « platine » pour la fixation à la caisse, de maintient du noyau ferromagnétique, et de protection pour la partie mobile interne du système. Le corps principal 11 facilite aussi le montage et l'assemblage des composants et l'étanchéité de l'ensemble. [0055] La figure 4 présente une vue de détail d'une partie du dispositif conforme à l'invention présentée en figure 3. La partie présentée en figure 4 correspond à la zone entourée en pointillés sur la figure 3, et représente l'entrefer e du dispositif, c'est-à-dire l'espace ménagé entre le noyau 10 et la masse M (consituée de la structure magnétique supérieure 1, de la bobine 2, et la structure magnétique inférieure 3). [0056] L'entrefer e, qui est l'espace entre le noyau 10 d'une part et les structures ferromagnétique 1, 3 et la bobine 2 d'autre part est la partie où circule le champ magnétique. L'entrefer e doit être de faible dimension pour assurer le bon fonctionnement du dispositif. L'entrefer e doit néanmoins être supérieur au jeu de guidage entre le palier fixé sur la masse M (moyen de guidage 12) et le corps principal 11 de l'actionneur. [0057] Le déplacement de la masse est essentiellement engendré par des forces dues aux variations de réluctance du circuit magnétique. En effet, le déplacement de la masse par rapport au noyau 10 est engendré par des forces correspondant à des lignes du champ magnétique générées par la bobine. Les lignes de champ magnétique sont concentrées dans la masse et dans le noyau, le champ magnétique circule dans l'entrefer « e ». [0058] Selon cette variante de l'invention dans laquelle la structure magnétique inférieure 3 est solidaire de la structure magnétique supérieure 1, l'entrefer e est rendu invariant lors des déplacements de la masse, et le champ magnétique reste constant quelle que soit la position de l'ensemble. [0059] L'invention ainsi développée permet l'obtention d'un ou plusieurs avantages ci-après détaillés, selon la variante considérée. [0060] Elle permet la limitation des moments selon X et Y (ces axes étant tels que précédemment définis) qui sont la principale cause de bruits parasites. Ce résultat est obtenu par un meilleur guidage de la masse mobile grâce à l'utilisation d'un palier extérieur au système magnétique constituant la masse mobile. Cela permet l'augmentation de la portée en périphérie de la masse mobile. Les fonctions de guidage de la masse et de pilotage ferromagnétique sont ainsi séparées, ce qui concoure à permettre l'obtention du résultat recherché. [0061] La limitation des moments parasites est également augmentée par suppression de la platine (platine et corps principal assurant le guidage de la masse étant formés d'un seul tenant). Le corps principal de l'actionneur est directement fixé sur la caisse du véhicule équipé dans le cadre d'une application automobile, et cela avec une raideur importante. [0062] Une plus grande sureté de fonctionnement est également obtenue. En effet, la masse mobile étant contenue dans un corps principal fermé, elle n'est plus directement en contact avec l'environnement extérieur. Par ailleurs, la limitation du nombre de pièces (platine et corps d'un seul tenant) ainsi que le confinement de la masse mobile limite les risques de pertes de pièces en utilisation, ce qui constituerait une défaillance grave et potentiellement dangereuse du dispositif. Comme l'invention protège intrinsèquement de ce risque, tout moyen supplémentaire pour l'éviter peut être supprimé, ce qui réduit le coût du dispositif. [0063] La fiabilité du dispositif est améliorée par une meilleure étanchéité du système par l'ajout d'un capot de fermeture pouvant être équipé de parties élastomères faisant joint aux interfaces, le corps principal (et éventuellement la platine) constituant par ailleurs une enceinte hermétique. [0064] La distorsion est améliorée par la solidarisation des parties supérieure et inférieure ferromagnétiques en mouvement autour d'un axe ferromagnétique. La solidarisation de l'ensemble structure supérieure, inférieure et bobine, permet de garantir un champ magnétique constant et donc une réduction forte de la distorsion. [0065] D'une manière générale, l'invention permet une réduction de la complexité du système et le nombre de composants le constituant. Cela en réduit le coût. Par exemple, la masse mobile est plus facile à réaliser et monter que dans l'état de la technique connu. Les solutions mises en oeuvre pour l'étanchéité sont simplifiées. [0066] Enfin, l'invention permet l'amélioration de l'effort généré par l'augmentation de la masse de la masse mobile sans générer de moment parasite inacceptable. Pour un dispositif de même volume que dans l'état de la technique, le dispositif peut fournir des efforts plus importants sur les différents harmoniques (H2, H4, H6, ...). REVENDICATIONS: 1. Batteur actif pour la réduction des vibrations dans une structure mécanique, du type comportant une masse (M) mobile se translatant sensiblement linéairement dans un mouvement alternatif selon une direction de déplacement donnée, caractérisé en ce qu'il comporte un corps principal (11) dans lequel la masse (M) est contenue, et des moyens de guidage (12) entre la périphérie extérieure de la masse (M) et le corps principal (11). 2. Batteur selon la revendication 1, dans lequel les moyens de guidage (12) comportent un palier. 3. Batteur selon la revendication 2, dans lequel le palier est fixé à la masse (M) mobile. 4. Batteur actif selon l'une des revendications précédentes comportant une platine (9) de fixation, dans lequel la platine (9) de fixation et le corps principal (11) sont formés d'un seul tenant. 5. Batteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la masse (M) comporte une structure magnétique supérieure (1) et une bobine (2), ladite masse (M) étant disposée autour d'un noyau ferromagnétique (10). 6. Batteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la masse (M) comporte en outre une structure magnétique inférieure (3). 7. Batteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un capot (6) est fixé sur le corps principal, de sorte à enfermer de manière étanche la masse (M). 8. Batteur selon la revendication 7, comportant en outre des moyens de suspension (5) de la masse (M) interposés entre ladite masse (M) et le capot. 9. Batteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le corps principal (11) est constitué d'un matériau amagnétique 1 0 . Batteur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la masse (M) est de forme cylindrique percée selon son axe principal.11 . Batteur selon la revendication 10, dans lequel la masse est équilibrée autour de son axe principal.