Brevet FR3059070A1 — publié le 20180525

Vanne de circulation d'air DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L'invention se rapporte à un dispositif destiné à réguler la circulation d'air dans un véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention se réfère à une vanne associée à, et commandée par, un motoréducteur compact. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002]11 est connu de l'état de l'art des réalisations de vannes formées d'un corps de vanne et d'un motoréducteur, comme par exemple dans la demande de brevet américain US20030178004. Le moteur est à courant continu, volumineux et positionné à côté du corps de vanne. Le train réducteur est placé au-dessus du corps de vanne. L'ensemble réalisé est relativement encombrant mais permet d'utiliser un train d'engrenages réducteur formé d'un seul étage de par les bras de levier importants permis par cette réalisation volumineuse. [0003] Par ailleurs, le brevet américain US7591245 présente une vanne motorisée plus compacte dont le motoréducteur est situé au-dessus du corps de vanne et n'utilisant aussi qu'un seul étage de réduction. Cependant, de par le bras de levier plus court imposé par la réalisation plus compacte en largeur, le moteur sans balai utilisé pour le motoréducteur est relativement volumineux pour fournir un couple généreux, et forme une protubérance au-dessus du corps de vanne qui rend la réalisation peu compacte en hauteur, au-dessus du corps de vanne. [0004] Les documents EP1134383, JP3948230, JP4198616, JP4979490, W02000063542 et JP2002188464 sont encore des exemples de réalisation de vannes motorisées qui permettent des encombrements améliorés, toujours par rapport à la demande de brevet US20030178004, mais qui ne présentent pas un encombrement en hauteur optimisé avec un réducteur à simple étage de réduction. 3059070 2 EXPOSE DE L'INVENTION [0005] Le but de l'invention est de proposer une amélioration des réalisations de l'art antérieur en proposant une vanne motorisée particulièrement compacte, bénéficiant d'un moteur sans balai de taille réduite par rapport à l'état de l'art tout 5 en permettant de conserver un étage de réduction unique. L'invention n'est toutefois pas restreinte à l'utilisation d'un étage unique de réduction. [0006] Plus particulièrement l'invention concerne une vanne de circulation d'air motorisée comprenant un motoréducteur, un corps de vanne, un axe rotatif muni d'un obturateur, ledit axe rotatif étant déplacé en rotation par ledit motoréducteur, 10 ledit motoréducteur comprenant un train d'engrenages réducteur, un moteur électrique sans balai formé d'un rotor présentant N paires de pôles aimantés liées à un pignon dudit train d'engrenages réducteur, ledit pignon entrainant une roue de sortie solidaire dudit axe rotatif caractérisée en ce que le moteur électrique comprend une partie statorique présentant au moins deux bobines, ladite partie 15 statorique présentant 2 secteurs angulaires alphal et alpha2, de rayons respectifs R1 et R2, avec R1 supérieur à R2, le centre des rayons et les secteurs angulaires étant définis relativement au centre de rotation du rotor, le secteur angulaire alpha1 étant défini par l'écart angulaire entre les axes des premières et dernières bobines considérées selon un sens circonférentiel du moteur, en ce que le secteur 20 angulaire alpha1 est inférieur à 180° et comporte lesdites bobines, le secteur alpha2 étant dépourvu de bobine entièrement inscrite, en ce qu'une extrémité du motoréducteur définit un flanc du motoréducteur et en ce que le secteur angulaire alpha2 de la partie statorique est positionné en regard du flanc. [0007] L'invention est particulièrement intéressante lorsque ledit pignon engrène 25 directement la roue de sortie, ledit motoréducteur présentant un seul étage de réduction. [0008] De manière non imitative mais préférentielle, ladite partie statorique présente un stator comportant des dents larges et des dents étroites respectivement s'étendant radialement depuis une couronne annulaire, les dents 3059070 3 larges présentant une largeur supérieure ou égale au double de la largeur des dents étroites. [0009] Dans un mode de réalisation préféré, le pignon est de forme hélicoïdale. [0010]Avantageusement, le motoréducteur est situé au-dessus de l'obturateur, le 5 corps de vanne définissant un axe de conduit et la plus grande dimension dudit motoréducteur est orientée sensiblement parallèlement à l'axe de conduit. [0011]Alternativement, le motoréducteur est situé au-dessus de l'obturateur, le corps de vanne définissant un axe de conduit et la plus grande dimension dudit motoréducteur est orientée sensiblement perpendiculairement à l'axe de conduit. 10 [0012]Pour assurer une fonction de détection de position, le motoréducteur comprend préférentiellement un circuit imprimé sur lequel est connecté électriquement le moteur, une sonde magnétosensible est placée sur ledit circuit imprimé, ledit axe rotatif étant solidaire d'un aimant de capteur positionné en bout d'axe et en regard de ladite sonde magnétosensible. 15 [0013] Alternativement, ledit axe rotatif est solidaire d'un aimant de capteur sous la forme d'un secteur angulaire tournant en périphérie de l'axe et positionné en regard de ladite sonde magnétosensible. [0014] Dans un mode particulier, l'aimant de capteur est positionné radialement par rapport à l'axe, à l'opposé du moteur électrique. 20 [0015]Dans un mode particulier, ledit motoréducteur est formé par un prolongement du corps de vanne d'une part et d'un couvercle d'autre part. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0016] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture qui suit d'exemples de réalisation détaillés, en référence aux figures annexées qui 25 représentent respectivement : - la figure 1, une vue en perspective de deux vannes motorisées selon l'invention ; 3059070 4 - la figure 2, une vue de dessus, sans couvercle du motoréducteur, d'une vanne motorisée selon l'invention ; - la figure 3, une vue en coupe transversale d'une vanne motorisée selon l'invention selon un premier mode de réalisation du train d'engrenages ; 5 - la figure 4, une vue en coupe transversale d'une vanne motorisée selon l'invention selon un deuxième mode de réalisation du train d'engrenages ; - les figures 5a et 5b, des vues latérales des deux vannes motorisées de la figure 1 ; - les figures 6a et 6b, des vues de dessus des deux vannes motorisées des 10 figures 1, 5a et 5b ; - les figures 7 et 9, des vues en coupe transversale, respectivement latérale et en perspective éclatée, d'un mode de réalisation particulier d'une vanne selon l'invention ; - la figure 8, une vue en coupe transversale d'une vanne selon l'invention 15 selon un autre mode particulier. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION [0017]La figure 1 représente deux vannes motorisées selon l'invention. Elle permet de visualiser la compacité du motoréducteur (1) situé au-dessus du corps 20 de vanne (2) et la grande souplesse de réalisation permise par l'invention. En effet, sur cette figure 1, on apprécie particulièrement l'orientation possible donnée au motoréducteur (1) de par sa compacité en hauteur (épaisseur) et sa localisation entièrement au-dessus du corps de vanne (2). Le motoréducteur (1) peut être orienté suivant sa plus grande longueur selon l'axe du corps de vanne (2), à 25 gauche sur la figure 1, ou perpendiculairement par rapport à cet axe de corps de vanne (2), à droite sur la figure 1, ou bien selon toute orientation angulaire autour de l'axe de corps de vanne (2). L'axe de corps de vanne, ou axe de conduit (13), est visualisé en figures 6a et 6b pour une meilleure compréhension. [0018]La figure 2 illustre l'intégration suivant la présente invention d'un motoréducteur (1) composé d'un moteur électrique sans balai (6) et d'un étage d'engrenages, vu de dessus sans couvercle. 3059070 5 [0019]Ces éléments s'inscrivent dans une empreinte définie par le corps de vanne (2), le moteur électrique (6) étant placé au plus proche du flanc (12) du corps de vanne (2), le flanc (12) délimitant une extrémité du motoréducteur (1). [0020] La figure 2 illustre l'utilisation particulière du moteur électrique (6), qui est 5 semblable au moteur décrit dans la demande de brevet W02009034270 mais utilisé ici de manière inattendue. En effet, le moteur (6) est positionné par rapport au train d'engrenages réducteur de manière à ce que les bobines (11) de la partie statorique (10) soient installées au-dessus de la roue de sortie (9). Cette configuration inédite permet de maximiser le rapport de réduction en réduisant la 10 distance entre l'axe de rotation du rotor (7) et le flanc (12) du motoréducteur (1) et donc en maximisant l'entraxe entre le pignon (8), visible en figures 3 et 4, solidaire du rotor (7), et la roue de sortie (9), favorisant ainsi l'utilisation d'un seul étage de réduction tout en permettant une multiplication de couple apte à l'obturation du corps de vanne (2). 15 [0021]La configuration du moteur (6) est telle qu'il comprend deux principales zones délimitées par les secteurs angulaires al (alphal) et a2 (alpha2). Le secteur angulaire al est celui comprenant les bobines électriques (11) du moteur (6), le secteur étant délimité par l'axe de bobinage des première et dernière bobines (11), comptées de manière circonférentielle autour de l'axe de rotation du 20 rotor (7). Cette zone délimitée par le secteur angulaire al présente un rayon R1, qui est le rayon le plus grand du moteur (6). [0022]11 est à noter que le nombre de bobines n'est pas limité à l'exemple du brevet qui considère un moteur triphasé avec trois bobines. Il peut par exemple être envisagé d'utiliser, selon l'invention, un moteur diphasé présentant deux 25 bobines. [0023] La zone délimitée par le secteur angulaire a2 présente globalement un rayon R2 plus petit que le rayon R1. La distance entre R2 et l'axe de rotation du rotor (7) est ainsi minimisée, principalement définie par le rayon interne de l'aimant du rotor (6), le jeu mécanique entre rotor (7) et partie statorique (10) et épaisseur 3059070 6 des dents, ou pôles (19) non bobinés de la partie statorique (10) et du fond de cette dernière. En étant positionnée au plus près du flanc (12), la zone délimitée par le secteur angulaire a2 permet ainsi de minimiser la distance entre l'axe de rotation du rotor (7) et ce flanc (12). Cela amène à la maximisation de la distance 5 entre l'axe de rotation du rotor (7) et l'axe de rotation (3) de l'obturateur (4) du corps de vanne (2). La partie statorique (10) peut présenter des dents (19) de largeur variée selon les besoins de couple sans et avec courant demandés par l'application, mais préférentiellement elle comporte des dents larges et des dents étroites respectivement s'étendant radialement depuis une couronne annulaire, les 10 dents larges présentant une largeur supérieure ou égale au double de la largeur des dents étroites. [0024]11 est illustré en figures 3 et 4, un motoréducteur (1) composé d'un étage de réduction à denture hélicoïdale - le pignon (8) - dont la valeur de l'angle d'hélice au cercle primitif peut évoluer. En figure 3, la denture hélicoïdale présente un angle 15 d'hélice au cercle primitif de 40° et en figure 4 la denture hélicoïdale présente un angle d'hélice au cercle primitif de 25°. L'utilisation d'une denture hélicoïdale autorise l'utilisation d'un pignon (8) à nombre de dents réduit permettant ainsi d'accroitre le rapport d'engrainement. Afin de minimiser les efforts axiaux engendrés, il s'avère pertinent de réduire l'angle d'hélice au cercle primitif. 20 [0025]La partie externe du motoréducteur (1) est formée d'une part par le prolongement du corps de vanne (2) et d'autre part par un couvercle (5), ces deux parties formant un boitier hermétique. Il est à noter qu'il est possible d'envisager un boitier formé de deux parties distinctes découplées du corps de vanne (2). Ainsi, le motoréducteur peut être entièrement monté puis rapporté sur le corps de 25 vanne (2). [0026] Est représenté sur la vue en coupe de la figure 3 un guidage en rotation réalisé par le biais de deux paliers (17) type roulements à billes répartis de part et d'autre de l'axe du rotor (7). 3059070 7 [0027] Il est également possible d'utiliser d'autres formes de palier comme par exemple un palier (17) lisse avec un axe de guidage (18) planté dans le couvercle (5) guidant le rotor (7) comme représenté sur la figure 4. [0028] De manière alternative, comme présenté en figure 8, le motoréducteur (1) 5 peut présenter un couvercle (5) qui comprend les roulements (17) afin de bénéficier d'un ensemble motoréducteur (1) autonome venant se positionner sur le corps de vanne (2). Les roulements (17) sont par exemple surmoulés dans le couvercle (5). [0029] Dans une autre alternative, comme montrée en figures 7 et 9, une plaque 10 intermédiaire (21), se positionnant entre le motoréducteur (1) et le corps de vanne (2), est utilisée pour supporter notamment le roulement inférieur (17b), montré en figure 9 pré-positionné sur l'axe (3) du motoréducteur (1). [0030] En figure 4 est illustrée la partie statorique (10) intégrée au couvercle (5) et le circuit imprimé (14) rapporté au moteur électrique (6) permettant ainsi 15 l'alimentation électrique dudit moteur électrique (6) par le biais de connexion électrique (par exemple par soudure ou connexion de type press-fit). [0031] Le circuit imprimé (14) supporte un circuit de commande électronique qui permet de piloter le moteur électrique (6) et d'asservir en position la vanne de circulation d'air par le biais d'un retour d'information quant à la position de 20 l'obturateur (4). [0032] Cette information de position est illustrée sur les figures 3 et 4 par une sonde magnétosensible (15a) réalisant la lecture du champ magnétique émis par un aimant de capteur bout d'axe (16a). Il s'agit d'une version dite « capteur bout d'axe ». 25 [0033] Une deuxième version de lecture de champ magnétique faisant office de codeur est représentée sur les figures 3 et 4 par le biais de l'association d'une sonde magnétosensible (15b) et d'un aimant de capteur sous la forme d'un secteur (16b). il s'agit d'une version dite « capteur off-axis ». 3059070 8 [0034]L'utilisation conjointe des deux types de détection décrits n'est pas impérative et un seul capteur peut être utilisé. [0035]Ce principe de détection n'est pas limitatif, d'autres types de capteur peuvent être envisagés comme des capteurs ayant une lecture de champ 5 magnétique par magnétorésistance ou présentant une variation d'inductance (capteur inductif) ou encore des capteurs de type potentiométrique. [0036] Par exemple, en figures 7 et 9 est montré un capteur de type inductif utilisant un réseau de bobines (20). [0037]Les figures 5a et 6a illustrent le motoréducteur (1) dans l'alignement de 10 l'axe du conduit (13) c'est-à-dire ayant le vecteur normal au flanc (12) parallèle à l'axe du conduit (13). [0038] Les figures 5b et 6b illustrent le motoréducteur (1) orienté perpendiculairement à l'illustration des figures 5a et 6a, le vecteur normal au flanc (12) perpendiculaire à l'axe de conduit (13). 15 [0039] Les figures 5a, 5b, 6a et 6b illustrent la possibilité d'orienter angulairement le système motoréducteur autour de l'axe rotatif (3). Cette mobilité permet, suivant les cas, d'orienter au mieux le motoréducteur (1) afin de maximiser l'espace disponible pour les éléments extérieurs tels que les câbles de connexion, les conduites d'air, les radiateurs, ..., avec lesquels l'actionneur doit cohabiter. 20 [0040] L'orientation étant adaptable, l'angle entre le vecteur normal au flanc (12) et l'axe de conduit (13) peut être défini en fonction du besoin. REVENDICATIONS1- Vanne de circulation d'air motorisée comprenant un motoréducteur (1), un corps de vanne (2), un axe rotatif (3) muni d'un obturateur (4), ledit axe rotatif (3) étant déplacé en rotation par ledit motoréducteur (1), ledit motoréducteur (1) comprenant un train d'engrenages réducteur, un moteur électrique sans balai (6) formé d'un rotor (7) présentant N paires de pôles aimantés liées à un pignon (8) dudit train d'engrenages réducteur, ledit pignon (8) entrainant une roue de sortie (9) solidaire dudit axe rotatif (3) caractérisée en ce que le moteur électrique (6) comprend une partie statorique (10) présentant au moins deux bobines (11), ladite partie statorique (10) présentant 2 secteurs angulaires alphal et alpha2, de rayons respectifs R1 et R2, avec R1 supérieur à R2, le centre des rayons et les secteurs angulaires étant définis relativement au centre de rotation du rotor (7), le secteur angulaire alpha1 étant défini par l'écart angulaire entre les axes des premières et dernières bobines (11) considérées selon un sens circonférentiel du moteur, en ce que le secteur angulaire alpha1 est inférieur à 180° et comporte lesdites bobines, le secteur alpha2 étant dépourvu de bobine entièrement inscrite, en ce qu'une extrémité du motoréducteur (1) définit un flanc (12) du motoréducteur (1) et en ce que le secteur angulaire alpha2 de la partie statorique est positionné en regard du flanc (12). 2- Vanne de circulation d'air motorisée selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit pignon (8) engrène directement la roue de sortie (9), ledit motoréducteur (1) présentant un seul étage de réduction. 3- Vanne de circulation d'air motorisée selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite partie statorique (10) comporte des dents larges et des dents étroites respectivement s'étendant radialement depuis une couronne annulaire, les dents larges présentant une largeur supérieure ou égale au double de la largeur des dents étroites. 3059070 10 4- Vanne de circulation d'air motorisée selon la revendication 1 caractérisée en ce que le pignon (8) est de forme hélicoïdale. 5 5- Vanne de circulation d'air motorisée selon la revendication 1 caractérisée en ce que le motoréducteur (1) est situé au-dessus de l'obturateur (4), en ce que le corps de vanne (2) définit un axe de conduit (13) et en ce que la plus grande dimension dudit motoréducteur (1) est orientée sensiblement parallèlement à l'axe de conduit (13). 10 6- Vanne de circulation d'air motorisée selon la revendication 1 caractérisée en ce que le motoréducteur (1) est situé au-dessus de l'obturateur (4), en ce que le corps de vanne (2) définit un axe de conduit (13) et en ce que la plus grande dimension dudit motoréducteur (1) est orientée sensiblement 15 perpendiculairement à l'axe de conduit (13). 7- Vanne de circulation d'air motorisée selon la revendication 1 caractérisée en ce que le motoréducteur (1) comprend un circuit imprimé (14) sur lequel est connecté électriquement le moteur (6), en ce qu'une sonde 20 magnétosensible (15a) est placée sur ledit circuit imprimé (14), ledit axe rotatif (3) étant solidaire d'un aimant de capteur (16a) positionné en bout d'axe (3) et en regard de ladite sonde magnétosensible (15a). 8- Vanne de circulation d'air motorisée selon la revendication 1 caractérisée 25 en ce que le motoréducteur (1) comprend un circuit imprimé (14) sur lequel est connecté électriquement le moteur (6), en ce qu'une sonde magnétosensible (15b) est placée sur ledit circuit imprimé (14), ledit axe rotatif (3) étant solidaire d'un aimant de capteur (16b) sous la forme d'un secteur angulaire tournant en périphérie de l'axe (3) et positionné en regard 30 de ladite sonde magnétosensible (15b). 3059070 11 9- Vanne de circulation d'air motorisée selon la revendication 8 caractérisée en ce que l'aimant de capteur (16b) est positionné radialement par rapport à l'axe (3), à l'opposé du moteur électrique (6). 5 10-Vanne de circulation d'air motorisée selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit motoréducteur (1) est formé par un prolongement du corps de vanne (2) d'une part et d'un couvercle (5) d'autre part.