Brevet FR3038679A1 — publié le 20170113

- 1 - « Actionneur compact pour étrier motorisé de frein à disque » L'invention se rapporte à un actionneur de frein, notamment intégrable à un frein à disque, du type avec réducteur épicycloïdal et mécanisme vis-écrou. Selon l'invention : - le piston entoure le mécanisme vis-écrou, dont la vis porte le pignon planétaire, - le pignon planétaire est entraîné par engrenage avec un groupe de deuxièmes satellites, d'un diamètre différent du sien, portés par un porte satellites libre en rotation, - lesdits deuxièmes satellites sont entrainés par engrenage avec un groupe de premiers satellites portés par le même porte-satellites, - lesdits premiers satellites sont entrainés par engrenage avec une couronne à denture intérieure mobile en rotation, et - laquelle couronne, du côté du piston, est portée par un disque coaxial qui porte un cercle d'aimants permanents sur sa face opposée au piston, formant ainsi le stator d'un moteur à plat dont les bobinages sont juxtaposés en cercle autour de l'axe du rotor. Elle concerne en outre un étrier de frein ou un frein incluant un tel actionneur, ainsi qu'un véhicule ou sous-ensemble de véhicule les incluant. Etat de la technique Le domaine de l'invention est celui des actionneurs linéaires utilisés dans des freins de véhicules, typiquement avec une motorisation électrique, par exemple de véhicules routiers et plus particulièrement des véhicules automobiles légers et utilitaires, et notamment à quatre roues. Dans un tel véhicule, la fonction de frein de service consiste principalement à ralentir le véhicule et obtenir son arrêt. Dans la plupart des automobiles actuelles, le frein de service est assuré par des freins à tambour ou des freins à disque, ou à disques à l'avant du véhicule et à tambours à l'arrière à véhicule. La fonction de frein de stationnement consiste à maintenir un véhicule immobilisé de façon continue pendant de longues durées. La fonction de frein de secours consiste à ralentir un véhicule en mouvement 3038679 - 2 - de façon exceptionnelle, par exemple en cas de défaillance du circuit de commande du frein de service. Très souvent, ce fonctionnement est réalisé par le même mécanisme que le frein de stationnement, et le plus souvent uniquement sur les freins arrière. 5 Depuis longtemps, les freins sont en général actionnés par une pression hydraulique pour les freins de service, et pour les freins de stationnement par traction d'un câble en général à l'aide d'un levier à cliquet. Depuis une dizaine d'années, il est devenu courant de prévoir un 10 système motorisé voire automatisé de gestion du frein de stationnement, en commandant un actionneur électrique. L'actionneur électrique est souvent situé à l'extérieur du frein lui-même, et fonctionne par exemple en exerçant une traction sur un câble en lieu et place de la commande manuelle. Une telle gestion extérieure présente différents inconvénients, 15 par exemple complexité et coût de fabrication et de maintenance. Dans le même temps, il est recherché aussi de réaliser des freins à fonctionnement purement électrique, c'est à dire y compris la fonction de frein de service. Ainsi, il est intéressant de réaliser un frein dont le ou les actionneurs 20 électriques soient entièrement compris dans le mécanisme de base du frein ou "base de freinage", "foundation brake" en Anglais, c'est à dire la partie qui est directement située sur ou autour de la roue. Qu'il s'agisse de freins à disque ou de freins à tambour, a cinématique de ces mécanismes utilise un déplacement assez faible mais 25 nécessite un effort de serrage assez important. Pour cette raison, les motorisations électriques sont souvent choisies à vitesse de rotation élevée, ce qui permet de limiter leur taille et leur poids pour une puissance donnée, mais oblige à prévoir une très grande démultiplication. Plus particulièrement pour les freins à disque, le document 30 US 4 804 073 propose par exemple un étrier de frein dont le boîtier reçoit un actionneur électrique comprenant un mécanisme vis-écrou situé à l'intérieur du piston hydraulique, entraîné coaxialement par un réducteur épicycloïdal différentiel à double couronne, lui-même entraîné par un moteur. Ce réducteur utilise une couronne fixe et une mobile, laquelle est 3038679 - 3 - accouplée en rotation avec la tête d'une vis qui pénètre à l'intérieur de la chambre hydraulique, et coopère avec un écrou maintenu fixe en rotation. Lorsqu'il est déplacé en translation par la rotation de la vis, cet écrou déplace le piston qui appuie sur une garniture de frottement. 5 Cependant, la réduction de l'ordre de 1/115 fournie par un tel réducteur peut être insuffisante, en particulier pour fournir des efforts importants, et/ou impose une taille de moteur qui devient gênante sur le plan de l'encombrement. A cet effet, par exemple dans la fig.9 du même document, il a été proposé de réaliser un ensemble motoréducteur 10 comprenant un étage supplémentaire de pignons extérieurs, dont le moteur est monté sur le côté du piston avec un arbre sortant du côté opposé à celui du piston. Cependant une telle configuration présente encore des contraintes d'encombrement, et potentiellement un poids supérieur. De plus, la taille des motoréducteurs les rend plus accessibles et plus 15 vulnérables, et aussi plus difficiles à étanchéifier, en particulier dans des environnements sévères. Un but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'état de la technique, et en particulier de fournir un actionneur électrique compact, 20 produisant un meilleur compromis entre une grande réduction et un faible poids et encombrement, pour tous types de frein, uniquement électriques ou mixtes hydrauliques, et en particulier pour les freins à disque. Cet objectif est recherché conjointement avec des avantages en matière de simplicité, coût et fiabilité, de fabrication et d'entretien, en 25 particulier en environnements sévères. Exposé de l'invention L'invention propose un actionneur de frein de véhicule, notamment de frein à disque, destiné à être monté ou intégré dans ledit frein, du type 30 comprenant un motoréducteur à train épicycloïdal dont la sortie entraîne coaxialement un mécanisme vis-écrou et dans lequel ce mécanisme vis-écrou appuie coaxialement sur un piston de frein agencé pour déplacer une garniture de frottement d'une piste de frottement mobile en rotation et la serrer contre elle de façon à produire un couple de freinage. 3038679 - 4 - Selon l'invention, le mécanisme vis-écrou est disposé à l'intérieur du piston et est entraîné en rotation par un élément de sortie d'un train épicycloïdal dont l'élément d'entrée est coaxial avec, et est entraîné par ou porte lui-même un disque formant un rotor à aimants permanents au sein 5 d'un moteur à plusieurs bobinages plats, lesquels sont juxtaposés sur une surface plane formant stator où ils sont répartis de façon circulaire autour de l'axe dudit rotor. De préférence, ce moteur "plat" est à courant continu d'un type dit "sans balais" ou "brushless". Son fonctionnement est de type à "commande 10 vectorielle ou "booléenne", géré par électronique. Selon d'autres particularités de l'invention, pouvant être combinées entre elles : - le mécanisme vis-écrou comprend : o d'une part un écrou, notamment à tête hémisphérique, qui est 15 maintenu fixe en rotation pas une forme de guidage formée à l'intérieur du piston, et o d'autre part une vis qui déplace l'écrou en rotation en prenant appui par l'intermédiaire d'une butée à rouleaux sur le fond d'un logement qui accueille ledit piston dans un boîtier de frein. 20 Cette vis présente alors une partie d'entraînement qui traverse ladite butée et le fond dudit logement pour accéder à l'élément de sortie du réducteur épicycloïdal et être entraînée par lui. - le rotor du moteur porte la couronne du train épicycloïdal, lequel entraîne le mécanisme vis-écrou par son pignon planétaire central. 25 - le train épicycloïdal comprend au moins deux groupes de satellites qui engrènent entre eux et sont portés par un même porte-satellites de façon concentrique l'un par rapport à l'autre, lesdits groupes de satellites comprenant au moins un premier groupe qui engrène avec la couronne et au moins un deuxième groupe qui engrène avec le pignon planétaire. 30 Ainsi qu'on le comprend, la combinaison en série et en superposition d'un moteur plat avec un réducteur épicycloïdal permet une plus grande compacité, pour un niveau de performances données. 3038679 - 5 - En particulier, l'utilisation d'un train épicycloïdal à double groupe de satellites permet d'obtenir une encore plus grande démultiplication, d'un type pouvant être qualifié d'harmonique ou différentiel, dès lors que le diamètre et le nombre de dents des satellites, en particulier intérieures, ne 5 sont pas identiques à ceux du pignon planétaire. A titre d'ordre de grandeur, un moteur plat de ce type est capable de fournir de lui-même un couple supérieur à 1 Nm et une puissance d'environ 100W, pour un encombrement d'environ 10cm de diamètre et 2cm d'épaisseur. 10 Combiné avec la démultiplication d'un réducteur d'un tel type, y compris dans la compacité que permet cette combinaison, un tel actionneur est tout à fait capable de faire fonctionner un frein à disque à étrier coulissant, voire à étrier fixe pour des modèles simples. 15 Selon d'autres aspects, il est proposé : - un étrier de frein comprenant, de façon solidaire, au moins un piston actionné par un actionneur tel qu'exposé ici. - un frein à disque de véhicule comprenant un tel étrier, - un frein de véhicule comprenant au moins une garniture de frottement 20 actionnée par un tel actionneur, possiblement pour d'autres types de frein, par exemple des freins à tambour. - un véhicule ou sous-ensemble de véhicule comprenant un tel actionneur, ou un tel étrier, ou un frein tel qu'exposé ici. 25 Dans tous ces différents aspects et particularités, l'invention peut être appliquée pour réaliser un frein entièrement électrique ou à fonction mixte électrique/hydraulique. Dans ce dernier cas, le frein comprend par exemple un piston actionné par un tel actionneur, dont le logement est agencé pour recevoir, alternativement ou en même temps, une pression hydraulique en 30 provenance d'un circuit hydraulique de freinage. Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici. 3038679 -6 Liste des figures D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des 5 dessins annexés sur lesquels : la FIGURE 1 est un schéma en coupe dans le plan de l'axe de l'actionneur, qui illustre un exemple de mode de réalisation selon l'invention ; - la FIGURE 2 est un schéma partiel en perspective qui illustre l'étage 10 de réduction épicycloïdale de l'actionneur de la FIGURE 1 ; et - la FIGURE 3 est une photo qui montre le stator bobiné d'un moteur à bobinage plat d'un type utilisable dans l'actionneur de la FIGURE 1. Description d'un exemple de mode de réalisation 15 Comme illustré en FIGURE 1, le piston est logé dans un logement de piston muni d'un joint d'étanchéité. Dans le présent exemple, ce logement comprend une arrivée de fluide hydraulique permettant de déplacer le piston par la seule pression hydraulique, par exemple lors d'un fonctionnement en frein de service. 20 Le piston entoure le mécanisme vis-écrou, dont la vis comprend une flasque d'appui qui s'appuie sur le fond du logement par l'intermédiaire d'une butée à rouleaux. L'extrémité de la vis traverse la butée et le fond du logement, et porte le pignon planétaire central d'un train épicycloïdal unique, par lequel est entraînée en rotation. 25 Comme illustré en FIGURE 2, ce pignon planétaire est entraîné par engrenage avec un groupe de deuxièmes satellites, d'un diamètre différent du sien, portés par un porte satellites. Celui-ci est libre en rotation et guidé par un pivot qui est maintenu dans un palier lisse (ici en bronze) monté sur la face intérieure du boîtier de motoréducteur, sur la droite de la FIGURE 1. 30 Ces deuxièmes satellites sont entrainés par engrenage avec un groupe de premiers satellites portés par le même porte-satellites. Ces premiers satellites sont entrainés par engrenage avec une couronne à denture intérieure mobile en rotation, qui est entraînée par le moteur électrique. 3038679 - 7 - Plus précisément, cette couronne est intégrée au moteur et forme une jupe qui dépasse, du côté du piston, d'un disque qui forme le rotor du moteur. Ce disque est coaxial à la couronne et au piston, et est guidé en rotation autour du pivot de porte satellites. Ce disque stator, avec la 5 couronne qu'il porte, est guidé ici par une butée à billes, possiblement apte à supporter une charge radiale. Optionnellement, il peut s'agir d'un roulement apte à supporter une charge axiale. Ce disque porte coaxialement un cercle d'aimants permanents qui sont fixés sur sa face opposée au piston, formant ainsi le stator d'un moteur 10 à plat. Les bobinages de ce moteurs sont disposés sur une surface portée par, ou constituée par, la face interne du boîtier de motoréducteur. Ils sont juxtaposés entre eux, disposés en cercle autour de l'axe du rotor avec leurs axes magnétiques sensiblement parallèles à l'axe du rotor à une même distance radiale, comme illustré par exemple par la FIGURE 3. 15 Dans le cas présent, la surface du stator est formé par la surface même de la face interne du boîtier de motoréducteur, laquelle surface constitue aussi une carte électronique qui intègre l'électronique nécessaire à la commande du moteur, et optionnellement au contrôle du frein et à sa communication avec le reste du véhicule. 20 Un tel actionneur, aussi appelé actuateur, est particulier intéressant pour l'intégrer dans un étrier de type coulissant. Il peut aussi être mis en oeuvre dans un étrier fixe, en particulier si les contraintes d'encombrement et de performances ne sont pas trop sévères. 25 Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Actionneur de frein de véhicule, notamment de frein à disque, destiné 5 à être monté ou intégré dans ledit frein, du type comprenant un motoréducteur à train épicycloïdal dont la sortie entraîne coaxialement un mécanisme vis-écrou, lequel appuie coaxialement sur un piston de frein agencé pour déplacer une garniture de frottement d'une piste de frottement mobile en rotation et la serrer contre elle de façon à produire un couple de 10 freinage, caractérisé en ce que le mécanisme vis-écrou est disposé à l'intérieur du piston et est entraîné en rotation par un élément de sortie d'un train épicycloïdal dont l'élément d'entrée est coaxial avec, et est entraîné par ou porte lui-même un disque formant un rotor à aimants permanents au sein 15 d'un moteur à plusieurs bobinages plats, lesquels sont juxtaposés sur une surface plane formant stator où ils sont répartis de façon circulaire autour de l'axe dudit rotor. 2. Actionneur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le 20 mécanisme vis-écrou comprend : un écrou, notamment à tête hémisphérique, qui est maintenu fixe en rotation pas une forme de guidage formée à l'intérieur du piston, une vis qui déplace l'écrou en rotation en prenant appui par l'intermédiaire d'une butée à rouleaux sur le fond d'un logement qui 25 accueille ledit piston dans un boîtier de frein ; et en ce que ladite vis présente une partie d'entraînement qui traverse ladite butée et le fond dudit logement pour accéder à l'élément de sortie du réducteur épicycloïdal et être entraînée par lui. 30 3. Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor du moteur porte la couronne du train épicycloïdal, lequel entraîne le mécanisme vis-écrou par son pignon planétaire central. 3038679 - 9 - 4. Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le train épicycloïdal comprend au moins deux groupes de satellites qui engrènent entre eux et sont portés par un même porte-satellites de façon concentrique l'un par rapport à l'autre, lesdits groupes de satellites comprenant au moins un premier groupe qui engrène avec la couronne et au moins un deuxième groupe qui engrène avec le pignon planétaire. 5. Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston entoure le mécanisme vis-écrou, dont la vis est entraînée par, ou porte elle-même, le pignon planétaire, en ce que le pignon planétaire est entraîné par engrenage avec un groupe de deuxièmes satellites, d'un diamètre différent du sien, portés par un porte satellites libre en rotation, en ce que lesdits deuxièmes satellites sont entrainés par engrenage avec un groupe de premiers satellites portés par le même porte-satellites, en ce que lesdits premiers satellites sont entrainés par engrenage avec une couronne à denture intérieure mobile en rotation, laquelle couronne, du côté du piston, est solidaire de, ou portée par, un disque qui lui est coaxial et porte coaxialement un cercle d'aimants permanents sur sa face opposée au piston, formant ainsi le stator d'un moteur à plat dont les bobinages sont juxtaposés en cercle autour de l'axe du rotor. 6. Etrier de frein comprenant, de façon solidaire, au moins un piston actionné par un actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes. 7. Frein de véhicule comprenant un étrier selon la revendication précédente ou comprenant au moins une garniture de frottement actionnée par un actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 8. Frein selon la revendication précédente ou étrier selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend piston actionné par un 3038679 - 10 - actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et dont le logement est agencé pour recevoir, alternativement ou en même temps, une pression hydraulique en provenance d'un circuit hydraulique de freinage. 9. Véhicule ou sous-ensemble de véhicule comprenant un actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ou un étrier selon la revendication 6, ou un frein selon l'une quelconque des revendications 7 à 8. 5 10