Brevet FR3057501A1 — publié le 20180420

-1- Motoréducteur compact Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui de la circulation de fluide à l'intérieur d'un véhicule automobile (par exemple : volets de climatisation, vanne d'eau thermostat,...) et concerne aussi la circulation pilotée d'air venant de l'extérieur (par exemple volet de grille d'air). Il concerne plus particulièrement un motoréducteur compact formé d'un boitier contenant un moteur électrique et un train d'engrenages réducteur. Dans le cas des volets d'entrée d'air, beaucoup de véhicules actuels prévoient un ou plusieurs volets d'entrée d'air extérieur, disposés dans la calandre au niveau du compartiment moteur. Ces volets peuvent être déplacés entre une position fermée permettant d'isoler le compartiment moteur, par exemple pour améliorer l'aérodynamique du véhicule, ou pour optimiser la maîtrise thermique du compartiment moteur, et une position ouverte permettant le renouvellement de l'air dans le compartiment moteur par l'air venant de l'extérieur. Ces volets sont commandés par un actionneur soit par le biais d'un système de tringlerie, soit par le biais d'une transmission par pignons, le degré d'ouverture des volets étant piloté par un calculateur. Pour des véhicules évoluant à grande vitesse (conditions de roulage sur autoroute par exemple), la pression pouvant s'exercer sur les volets atteint des valeurs élevées nécessitant des actionneurs puissants, mais restant de faible encombrement pour permettre une intégration discrète dans la calandre du véhicule. 3057501 - 2 - Etat de la technique On connait dans l'état de la technique la demande de brevet W02013191330 décrivant un exemple connu de groupe moteur destiné à équiper un dispositif de commande de volet 5 obturateur de calandre. On connaît aussi, par le brevet américain US9168828, un autre actionneur pour une grille d'obturation d'un véhicule. La demande de brevet européen EP2640590 décrit un 10 autre exemple de dispositif de réglage destiné à régler une entrée d'air d'un compartiment moteur d'un véhicule automobile. Inconvénients des solutions de l'art antérieur Les solutions de l'art antérieur sont mal adaptées 15 lorsque le motoréducteur doit fournir une puissance élevée, avec un rapport de démultiplication élevé, de l'ordre de 500 à 700, dans un encombrement minimal. Il arrive que les contraintes s'exerçant sur le mécanisme réducteur provoquent une usure prématurée voire une rupture de certains composants. 20 Par ailleurs, les volets d'entrée d'air doivent présenter un couple de résistance au repos en l'absence d'alimentation, pour résister au déplacement forcé des volets. Certaines solutions de l'art antérieur ne répondent pas à cette contrainte, soit en raison d'une transmission réversible 25 permettant de forcer le déplacement des volets, soit parce que les organes de sortie du motoréducteur ne résistent pas au couple exercé lors d'un déplacement forcé du volet. Un autre inconvénient de l'art antérieur concerne les bruits mécaniques provenant des vibrations de l'axe du 30 rotor ou de certains des composants du motoréducteur. 3057501 -3 Enfin, les actionneurs de l'art antérieur présentent un facteur de forme mal adapté à une intégration dans la calandre en raison du positionnement de l'axe de sortie à l'extrémité de l'actionneur. 5 Solution apportée par l'invention La présente invention se propose de résoudre les problèmes cités ci-dessus. Plus particulièrement, elle concerne un motoréducteur formé d'un boitier comprenant un moteur électrique entrainant un train d'engrenages réducteur 10 présentant au moins un engrenage intermédiaire et une roue de sortie, caractérisé en ce que : - Ladite roue de sortie est constituée par une pièce unique présentant une couronne dentée prolongée de part et d'autre par des prolongements axiaux cylindriques guidés 15 chacun par le boîtier, chacun desdits prolongements présentant à leur extrémité un moyen d'accouplement avec un organe extérieur à entraîner, - et en ce que ladite roue de sortie est coaxiale avec une roue dentée constituant l'un desdits engrenages 20 intermédiaires, ladite roue dentée étant libre en rotation par rapport à l'un desdits prolongements axiaux. Dans un mode préféré mais non limitatif ladite roue de sortie présente une cavité axiale traversante. Pour permettre l'accouplement à un organe extérieur 25 à piloter l'un au moins desdits moyens d'accouplements peut être formé par une empreinte creuse ou par deux empreintes creuses coaxiales. Avantageusement, le moteur d'une part, et au moins l'un desdits engrenages intermédiaires d'autre part, sont 3057501 -4- situés de part et d'autre du plan transversal passant par l'axe de l'étage de sortie. Préférentiellement, le boitier présente deux paliers de guidage desdits prolongements axiaux de l'étage de 5 sortie. Possiblement, ledit moteur peut comporter un arbre de sortie muni d'une vis sans fin. Même si non représentée, il s'agit en effet d'une alternative à l'utilisation d'un motoréducteur à engrenages droits, même si préférentiellement, 10 l'axe du rotor dudit moteur est parallèle à l'axe de ladite de sortie et est muni d'une roue dentée entrainant le premier desdits engrenages intermédiaires. Dans un mode de réalisation alternatif un motoréducteur selon l'invention peut aussi présenter un rotor 15 dudit moteur muni d'un patin de frottement sec, ceci afin de permettre une minimisation des vibrations et l'irréversibilité du motoréducteur. Pour cette réalisation, le motoréducteur peut comporter un rotor comprenant une roue dentée et un flasque guidant en rotation le rotor autour de l'axe, ainsi 20 qu'un ressort et un contre-palier de sorte que le ressort presse le contre-palier sur l'axe de rotation afin d'exercer un effort de friction. Préférentiellement, le stator dudit moteur est 25 constitué par un empilement de tôles présentant N dents s'étendant radialement, N étant compris entre 6 et 12, deux au moins desdites dents étant bobinées. Préférentiellement toujours, ledit premier engrenage intermédiaire entraîne un second engrenage 30 intermédiaire coaxial avec l'étage de sortie. 3057501 -5 Avantageusement, l'une au moins des dents bobinées s'étend dans l'espace délimité par la couronne de sortie d'une part et la couronne de l'un desdits engrenages intermédiaires d'autre part. 5 Dans une réalisation alternative non représentée, on peut envisager un moteur axial, l'une au moins des dents bobinées étant logée, selon la direction parallèle à l'arbre de sortie, entre la surface de la couronne de sortie d'une part et la surface supérieure de la couronne de l'un desdits 10 engrenages intermédiaires d'autre part. Toujours dans une idée de compacité, avantageusement, ledit engrenage coaxial avec la roue de sortie entraîne un engrenage intermédiaire additionnel constitué par une pièce présentant deux couronnes dentées 15 coaxiales de sections différentes. Pour permettre le chassage du circuit imprimé sans déformer le stator, il est aussi dans l'objet de l'invention que de permettre une insensibilité par l'action un corps de bobine présentant des épaulements venant en appui sur le bord 20 des dents adjacentes au pôle portant ladite bobine, ledit corps de bobine présentant des connecteurs aptes à interconnecter un circuit imprimé par un ajustement en force, selon une direction perpendiculaire au plan d'appui desdits épaulements. 25 Il est aussi dans l'objet de l'invention que de permettre la mise à la masse électrique du stator par l'aide d'un ressort de compression guidé par un pion s'étendant parallèlement à l'axe de rotation du moteur, sur le fond du boîtier, la longueur dudit ressort étant supérieure à 30 l'épaisseur du stator, ledit ressort de compression venant en contact mécanique et électrique avec la surface non isolée du bord du paquet de tôles statorique et une surface non isolée 3057501 -6- du circuit imprimé lorsqu'il est mis en compression par ledit circuit imprimé superposé au stator. A titre d'exemple particulier pouvant être adressé avec l'invention, citons le réglage des grilles d'entrée d'air 5 d'un compartiment moteur d'un véhicule automobile, ou bien encore des vannes de régulation thermique, ces applications n'étant pas limitatives. Description détaillée d'un exemple non limitatif de réalisation d'un actionneur selon l'invention 10 La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'un exemple non limitatif de réalisation qui suit, se référant aux dessins annexés où : - les figures la, lb et lc représentent des vues, respectivement, du dessus, du dessous et en perspective avant 15 de l'actionneur dans un mode de réalisation préféré, - la figure 2 représente une vue du dessus ouvert (sans couvercle, ni joint couvercle) du moteur des figures la à lc, - la figure 3 représente une vue de coupe du moteur 20 des figures la à lc qui passe par l'axe de la roue de sortie et l'axe du rotor permettant d'illustrer la sortie débouchant aux deux extrémités, les engrenages coaxiaux et le concept de patin du rotor, - la figure 4 représente une vue du train 25 d'engrenages permettant d'illustrer l'enchainement des roues, - la figure 5 représente une vue du stator et du train d'engrenages permettant d'illustrer la bobine du stator qui se trouve entre deux engrenages dans l'axe vertical, 3057501 - 7 - - la figure 6 représente une vue du stator permettant d'illustrer les appuis des corps de bobines sur le paquet de tôles pour éviter la flexion lors du chassage du circuit imprimé, 5 - la figure 7 représente une vue de coupe du moteur permettant d'illustrer le concept de mise à la masse du stator et de patin sur le rotor. Description générale de l'actionneur L'actionneur selon l'invention est constitué par un 10 boîtier (1) présentant sur ses deux faces principales des ouvertures pour le passage des moyens d'accouplement. La figure la représente la vue de la face principale supérieure du boîtier (1). Dans l'exemple décrit, le moyen d'accouplement est une pièce unique de sortie, 15 cylindrique (3), présentant un canal médian (4) débouchant aux deux extrémités. L'interface mécanique entre l'organe à commander (par exemple : un volet) et l'actionneur électrique est généralement réalisée par un axe mâle, côté volet, qui 20 s'insère dans une roue de sortie femelle, côté actionneur. L'interface mécanique doit être capable de transmettre le couple généré par l'actionneur. Pour certaines applications où les volets sont apparents sur la calandre, l'actionneur doit avoir une 25 interface de sortie de chaque côté de l'actionneur afin d'être compatible avec différents systèmes de volet : o un premier système de volet a besoin d'un couple de l'ordre de 6 Nm et n'utilise qu'une seule interface de sortie, 3057501 -8 o un second système de volet a besoin d'un couple de l'ordre de 4 Nm et utilise les deux interfaces de sortie de part et d'autre de l'actionneur. Le dimensionnement du moteur électrique et du train 5 d'engrenages de l'actionneur selon l'invention permet de gérer des couples de l'ordre de 6 Nm. L'interface de sortie est un organe de sortie débouchant de chaque côté de l'actionneur à axe creux, car l'empreinte femelle traverse tout l'actionneur. Dans cet exemple non limitatif, la partie terminale 10 au moins du canal médian (4) présente une zone crénelée (5). Cette zone (5), correspondant à une première empreinte, pourrait présenter d'autres configurations connues pour permettre la transmission d'un couple de rotation, par exemple une section intérieure polygonale ou ovale. En particulier, la 15 section peut présenter la forme d'une étoile à 8 branches formées par 2 carrés. Dans cet exemple, cette zone (5) est entourée par une deuxième zone crénelée (6) coaxiale correspondant à une deuxième empreinte. 20 L'empreinte (5) intègre des cannelures permettant de transmettre au mieux les efforts de l'ordre de 4 Nm. Une seconde empreinte (6) est disposée autour de la première. Grâce à son diamètre et à son nombre de dents plus élevés, elle permet de transmettre des couples typique de 6 Nm. Afin 25 d'assurer l'étanchéité des actionneurs, des épaulements sont intégrés de part et d'autre de la roue de sortie. Ils permettent l'insertion de deux joints (11, 12) de diamètres différents. Enfin, deux paliers (23, 24) sont présents afin d'assurer respectivement le guidage dans le boîtier et le 30 couvercle. 3057501 -9 La face opposée au couvercle présente également une empreinte permettant d'accoupler un autre organe d'entrainement. Il est ainsi possible d'accoupler différents arbres 5 sans nécessiter de changer d'actionneur, ou d'entraîner deux arbres de sortie, par exemple pour des volets de chaque côté du boitier (1). Le boîtier présente un connecteur (7) entourant la connectique électrique, ainsi que des oreilles de fixation (8 10 à 10). Comme visible en figures 2 et 6, le boitier (1) comporte un moteur électrique (20) relié électriquement et mécaniquement à un circuit imprimé (21). Le moteur électrique (20) présente une structure 15 décrite dans le brevet EP2171831. En effet, le facteur de forme particulier de ce moteur permet de mieux intégrer les éléments de la présente invention. Le moteur électrique (20) comporte un stator (40) formé par un assemblage de tôles découpées, présentant 6 dents 20 larges (50) et 6 dents étroites (60), et un rotor (100), visible en figure 5, présentant N paires de pôles aimantés (préférentiellement radialement ou en feston) en sens alternés. Les bobinages (70) sont placés autour de trois des 25 dents larges (50) ce qui permet d'obtenir le maximum de couple par ampère-tour du moteur. Le rotor (100) présente typiquement un diamètre de 18 mm et comporte des aimants permanents de type NdFeB (rémanence typique de 0,75T). 3057501 - 10 - Comme visible en figures 4 et 5, une série d'engrenages transmet le mouvement du rotor (100) du moteur (20) à la roue de sortie (600). Ce train d'engrenages est constitué de 5 étages 5 répartis de part et d'autre de la roue de sortie (600) qui est constituée par une pièce unique, en matière plastique moulée dans l'exemple décrit. La roue de sortie (600) est formée par un organe cylindrique traversant creux, présentant une couronne dentée de transmission (601). Une des roues 10 intermédiaires (300) de l'engrenage est concentrique avec la roue de sortie (600). Le réducteur comprend une succession de roues (100, 200, 300, 400, 500, 600). Le rapport de transmission est typiquement de 550:1. La roue de sortie (600) est disposée, 15 longitudinalement, entre le moteur (20) et les roues intermédiaires (400) et (500). Avantageusement, une bobine (70a) du stator se trouve entre deux engrenages (200, 600) dans l'axe vertical. Sur la figure 4, on remarque schématiquement la place disponible entre ces deux engrenages 20 (600) et (200), le moteur n'étant ici pas représenté. Le boitier (1) comprend un palier (23) dont le diamètre intérieur sert de guidage pour la roue de sortie (600) et dont le diamètre extérieur sert de guidage à la roue mobile concentrique (300). Cela permet de gérer plus 25 précisément les jeux et maitriser l'usure des paliers. Le premier étage de réduction est constitué par un pignon denté (101) monté sur l'axe du rotor (100) qui entraine une roue dentée (201) montée sur un axe (203) traversant le stator. La roue dentée (201) est accouplée à un pignon (202), 30 l'accouplement peut être réalisé par moulage pour former une seule pièce en matière plastique. 3057501 Le deuxième étage de réduction est constitué par le pignon (202) qui entraîne la roue dentée (301), coaxiale avec l'organe de sortie à axe creux (600). Cette roue dentée (301) est accouplée à un pignon (302) pour former une seule pièce 5 (300). Le troisième étage de réduction est constitué par le pignon (302) qui entraîne la roue dentée (401) accouplée à un pignon (402) pour former ensemble la pièce (400). Le quatrième étage de réduction est constitué par 10 le pignon (402) qui entraîne la grande roue (501) accouplée à une petite roue (502) pour former ensemble la pièce (500). Le cinquième étage de réduction est constitué par le pignon (502) qui entraîne enfin la couronne dentée (601) solidaire de l'organe de sortie à axe creux (600) et 15 concentrique avec la pièce (300). Montage du moteur Les bobinages (70) présente des broches de connexion (80) à emmanchement (connecteurs de type « press-fit ») s'étendant parallèlement à l'axe du rotor (100). 20 Lors de l'assemblage, le circuit imprimé (21) est pressé contre les broches s'étendant perpendiculairement à la surface transversale du moteur, les broches étant emmanchées dans des trous transversaux métallisés du circuit imprimé (21). 25 Ces broches (80) peuvent être des broches massives (qui ne se tordent pas au cours de l'insertion) ou des broches adaptables (qui se compressent ou « s'adaptent » mécaniquement au cours de l'insertion). 3057501 - 12 - Pour diminuer la déformation du stator lors de l'insertion en force du circuit imprimé (21), le corps de bobine (71) présente deux épaulements (81, 82) de chaque côté, transversalement, de la bobine (70). Ces épaulements (81, 82) 5 permettent une répartition de l'effort d'insertion (typiquement de 200N) en trois points, effort repris par le stator (40) au niveau du pôle central et de deux appuis sur les pôles latéraux entourant le pôle central. Cet effort, réparti sur le stator (40), est transmis lors de l'insertion 10 du circuit imprimé (21) sur les bobines (70). Le rotor (100) présente une fonctionnalité permettant de limiter les vibrations lors du fonctionnement par introduction d'un léger frottement. Cette fonctionnalité est permise par l'utilisation 15 d'un flasque (102) supplémentaire monté après l'insertion d'un contre palier (ou patin) (104) et d'un ressort (103) qui applique son effort sur l'axe (105) de rotation du rotor (100) par le biais dudit patin (104). Ce flasque (102) au rotor (100), illustré aux 20 figures 3 et 7 présente les avantages suivants : - Réalisation d'un guidage par deux fonctions de paliers cylindres concentriques. - Si l'effort radial magnétique (par attraction du rotor vers le stator), lors de l'utilisation du moteur, est 25 supérieur à l'effort crée par le patin (104), le flasque (102) limitera le basculement du rotor (100) et ainsi le bruit. - Constitution d'un réservoir de graisse. - Suppression du risque de perte du contre palier (104) et 30 du ressort (103) en particulier en cas de vibrations élevées dues au mouvement du moteur thermique, le flasque 3057501 - 13 - permettant de garantir que le contre palier (104) ne sort pas de son logement. Dans le cas d'utilisation du motoréducteur pour activer des grilles d'entrée d'air d'un compartiment moteur 5 d'un véhicule automobile, et afin de garantir que le volet d'entrée d'air ne peut pas être ouvert par une pression exercée sur les lames du volet lorsque le véhicule est à l'arrêt (alimentation électrique absente), l'introduction du frottement par le patin (104) permettra d'augmenter le couple 10 résiduel du moteur et assurer l'irréversibilité mécanique. Le motoréducteur comprend aussi une fonctionnalité de mise à la masse (électrique) du stator. Pour cela, il comporte un ressort de compression (90) guidé par un pion (91) s'étendant parallèlement à l'axe de rotation du moteur (20), 15 sur le fond du boîtier et formé intégralement avec le boitier (1). La longueur à vide dudit ressort (90) étant supérieure à l'épaisseur du stator (40), ledit ressort de compression (90) venant en contact mécanique et électrique avec la surface non isolée du bord (92) du paquet de tôles statorique et une 20 surface non isolée du circuit imprimé (21) lorsqu'il est mis en compression par ledit circuit imprimé (21) inséré sur le stator (40). REVENDICATIONS1 - Motoréducteur formé d'un boitier (1) comprenant un moteur électrique (20) entrainant un train d'engrenages réducteur présentant au moins un engrenage intermédiaire (200, 300, 400, 500) et une roue de sortie (600), caractérisé en ce que : - Ladite roue de sortie (600) est constituée par une pièce unique présentant une couronne dentée (601) prolongée de part et d'autre par des prolongements axiaux cylindriques guidés chacun par le boîtier (1), chacun desdits prolongements présentant à leur extrémité un moyen d'accouplement avec un organe extérieur à entraîner, - et en ce que ladite roue de sortie (600) est coaxiale avec une roue dentée (300) constituant l'un desdits engrenages intermédiaires, ladite roue dentée (300) étant libre en rotation par rapport à l'un desdits prolongements axiaux. 2 - Motoréducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite roue de sortie (600) présente une 20 cavité axiale traversante (4). 3 - Motoréducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'un au moins desdits moyens d'accouplements est formé par une empreinte creuse. 4 - Motoréducteur selon la revendication 1 25 caractérisé en ce que l'un au moins desdits moyens d'accouplements est formé de deux empreintes creuses coaxiales. 5 - Motoréducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moteur d'une part, et au moins l'un 30 desdits engrenages intermédiaires (200, 300, 400, 500) d'autre 3057501 - 15 - part, sont situés de part et d'autre du plan transversal passant par l'axe de la roue de sortie (600). 6 - Motoréducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le boitier présente deux paliers (23, 5 24) de guidage desdits prolongements axiaux de l'étage de sortie. 7 - Motoréducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit moteur comporte un arbre de sortie muni d'une vis sans fin. 10 8 - Motoréducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'axe du rotor (100) dudit moteur (20) est parallèle à l'axe de ladite roue de sortie (600) et est muni d'une roue dentée (101) entrainant le premier (200) desdits engrenages intermédiaires (200, 300, 400, 500). 15 9 - Motoréducteur selon la revendication 8 caractérisé en ce que le rotor dudit moteur est muni d'un patin (104) de frottement sec. 10 - Motoréducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un rotor (100) comprenant une roue dentée (101) et un flasque (102) guidant en rotation le rotor autour de l'axe (105), ainsi qu'un ressort (103) et un contre-palier (104) de sorte que le ressort (103) presse le contre-palier (104) sur l'axe de rotation (105) afin d'exercer un effort de friction. 11 - Motoréducteur selon la revendication 8 caractérisé en ce que le stator (40) dudit moteur est constitué par un empilement de tôles présentant N dents s'étendant radialement, N étant compris entre 6 et 12, deux au moins desdites dents étant bobinées. 3057501 - 16 - 12 - Motoréducteur selon la revendication 8 caractérisé en ce que ledit premier engrenage intermédiaire (200) entraîne un second engrenage intermédiaire (300) coaxial avec la roue de sortie (600). 5 13 - Motoréducteur selon la revendication 11 caractérisé en ce que l'une au moins des dents bobinées (50) s'étend dans l'espace délimité par la roue de sortie (600) d'une part et la roue de l'un desdits engrenages intermédiaires (200, 300, 400, 500) d'autre part. 10 14 - Motoréducteur selon la revendication 13 caractérisé en ce que l'une au moins des dents bobinée (50) est logée, selon la direction parallèle à l'arbre de sortie, entre la surface de la roue de sortie (600) d'une part et la surface supérieure de la roue de l'un desdits engrenages 15 intermédiaires (200, 300, 400, 500) d'autre part. 15 - Motoréducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit engrenage coaxial (300) avec la roue de sortie (600) entraîne un engrenage intermédiaire additionnel (400) constitué par une pièce présentant deux 20 roues/pignons dentées coaxiales de sections différentes. 16 - Motoréducteur selon la revendication 11 caractérisé en ce que les bobines (70) sont supportées par un corps de bobine (71) présentant des épaulements (81, 82) venant en appui sur le bord des dents adjacentes au pôle 25 portant ladite bobine (70), ledit corps (71) de bobine présentant des broches de connexion (80) aptes à interconnecter un circuit imprimé (21) par un ajustement en force, selon une direction perpendiculaire au plan d'appui desdits épaulements (81, 82). 17 - Motoréducteur selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'il comporte un ressort de compression (90) guidé par un pion (91) s'étendant parallèlement à l'axe 3057501 -17- de rotation du moteur (20), sur le fond du boîtier (1), la longueur dudit ressort (90) étant supérieure à l'épaisseur du stator (40), ledit ressort de compression venant en contact mécanique et électrique avec la surface non isolée du bord 5 (92) du paquet de tôles statorique et une surface non isolée du circuit imprimé (21) lorsqu'il est mis en compression par ledit circuit imprimé (21) superposé au stator (40). 18 - Motoréducteur selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'il est utilisé pour le 10 réglage des grilles d'entrée d'air d'un compartiment moteur d'un véhicule automobile.