Brevet FR3086814A1 — publié le 20200403

ACTIONNEUR ELECTRIQUE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001]L'invention concerne le domaine des actionneurs électriques comprenant l'assemblage, dans un boitier et un couvercle, d'un moteur électrique, d'un circuit imprimé portant les composants électroniques de commande et d'un réducteur mécanique. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE [0002] II est déjà connu dans l'état de l'art de nombreux actionneurs électriques. Par 10 exemple, les documents W02010027447 et W02017123604 décrivent des constructions d'actionneurs comprenant un circuit imprimé positionné entre un moteur électrique et un réducteur mécanique. [0003] Ces réalisations, bien que compactes et aptes à produire des couples élevés, manquent de robustesse pour fournir des performances de tenue en vibration et 15 durée de vie suffisantes. En effet, les performances en endurance demandent un alignement, un centrage précis et maitrisé des éléments de guidage du réducteur mécanique ainsi qu'une gestion efficace de l'évacuation de l'énergie thermique produite au niveau des composants électronique et du moteur. Les réalisations revendiquées dans ces documents n'apportent aucune solution pour la maitrise 20 robuste du guidage précis du réducteur (guidage imparfait car uniquement présent d'un seul côté des roues formant ce réducteur, favorisant de préjudiciables porte-à-faux, absence de centrage précis entre le boitier et le couvercle formant les éléments de guidage supérieur et inférieur du réducteur, favorisant des défauts de coaxialité et de parallélisme). Ces réalisations n'apportent également aucune 25 solution pour la dissipation de l'énergie thermique, les composants électroniques présents sur le circuit imprimé n'ayant aucun pont thermique vers l'extérieur pour dissiper l'énergie thermique qu'ils produisent, favorisant de préjudiciables échauffements. Il en résulte des solutions peu robustes mécaniquement et incapables d'adresser des applications à haute température ambiante de 30 fonctionnement et/ou à forte charge de fonctionnement. 2 [0004] II existe des solutions résolvant les inconvénients cités ci-dessus, comme par exemple décrit dans le document W02010138455, grâce à l'utilisation d'une plaque intermédiaire située entre le moteur électrique avec son circuit imprimé d'une part et le réducteur mécanique d'autre part. 5 [0005]Cette solution permet de reprendre le guidage des arbres du réducteur mécanique et permet aussi une dissipation thermique améliorée au niveau du circuit imprimé par sa proximité avec celui-ci. Cette solution propose également un circuit de refroidissement liquide qui circule en proximité périphérique du moteur pour une meilleure évacuation de l'énergie thermique. [0006] Cependant, la mise en oeuvre de cette plaque intermédiaire n'est pas aisée : d'une part elle présente un appui rigide sur le couvercle mais elle est en appui côté boitier sur le circuit imprimé très peu rigide, et d'autre part elle n'intègre aucun élément de centrage permettant un guidage adéquat des trois éléments : boitier, couvercle et plaque intermédiaire. De plus, le document ci-dessus cité ne donne pas de solution à la situation mécanique hyperstatique conséquente de cet appui bilatéral et de la nécessité de fermer l'actionneur de manière étanche. EXPOSE DE L'INVENTION [0007] La présente invention a pour objet une amélioration des solutions actuelles, notamment en proposant une solution industrielle efficace permettant le centrage et le guidage viables des trois éléments cités ci-dessus. [0008] La présente invention a aussi pour objet de donner une solution au montage hyperstatique décrit ci-dessus, favorisant la robustesse du montage de l'actionneur. [0009]La présente invention a aussi pour objet d'améliorer le comportement thermique de l'actionneur, permettant son utilisation dans des environnements portés à haute température (typiquement supérieurs à 150°C). [0010]Plus particulièrement l'invention concerne un actionneur électrique comprenant un boitier, un moteur électrique comprenant un stator bobiné et un rotor monté sur un arbre de rotor, un circuit imprimé servant à l'alimentation dudit stator 3 et au pilotage dudit moteur, une plaque intermédiaire, un réducteur mécanique entrainé par ledit rotor et formé de roues dentées montées sur des axes, un couvercle, deux pions de centrage, ledit boitier définissant une première cavité dans laquelle est logé ledit stator, ledit boitier servant au guidage dudit arbre de rotor sur 5 une première extrémité, ledit circuit imprimé étant logé dans ladite première cavité au-dessus dudit stator, ladite plaque intermédiaire étant située au-dessus dudit circuit imprimé, ledit couvercle définissant une seconde cavité munie de moyens de guidage l'une des extrémités desdits axes dudit réducteur mécanique et étant situé au-dessus de ladite plaque intermédiaire, ladite plaque intermédiaire présentant des 10 moyens de guidage de l'autre extrémité dudit arbre de rotor, et servant au guidage des autres extrémités desdits axes dudit réducteur mécanique, caractérisé en ce que dans la première cavité dudit boitier présente un premier couple de trous de centrage recevant lesdits deux pions de centrage, dans ladite plaque intermédiaire présente un deuxième couple de trous de centrage recevant lesdits deux pions de 15 centrage, dans ledit couvercle présente un troisième couple de trous de centrage recevant lesdits deux pions de centrage, ladite plaque intermédiaire est en contact avec ledit boitier et ledit couvercle sur des surfaces d'appui localisées autour des trous de centrage, deux desdits premier, deuxième et troisième couples de trous sont composés d'un centreur cylindrique et d'un centreur dégagé, les centreurs 20 cylindriques et les centreurs dégagés correspondants, l'autre desdits premier, deuxième et troisième couples de trous est composé de deux centreurs cylindriques. [0011]Ainsi, un actionneur selon l'invention pourra résoudre les problèmes ci-dessus, quel que soit l'élément (couvercle, boitier ou plaque intermédiaire) qui 25 présente les deux centreurs cylindriques. [0012] Préférentiellement, ledit boitier comprend un pourtour de boitier présentant au moins deux premiers perçages de fixation et en ce que ledit couvercle comprend un pourtour de couvercle présentant au moins deux deuxièmes perçages de fixation de manière à ce que la fixation dudit couvercle et dudit boitier soit réalisée par vissage à l'aide desdits premiers et deuxièmes perçages, lesdits pourtours de boitier 4 et de couvercle n'étant pas jointifs lorsque ledit couvercle et ledit boitier sont en appui sur ladite plaque intermédiaire avant le vissage et étant en appui et au moins partiellement jointifs après le vissage, de manière à contraindre et bloquer le mouvement de ladite plaque intermédiaire. Le problème d'hyperstatisme décrit ci- 5 dessus est ainsi tourné à l'avantage de l'actionneur et du maintien de la plaque intermédiaire. [0013] Dans une variante de réalisation, le couvercle forme un corps de vanne. [0014] Préférentiellement, les différentes portées de guidage desdits arbres et axes du train d'engrenages réducteur sont réalisées par le boitier, la plaque intermédiaire 10 et le couvercle, lesdites portées de guidages étant des roulements à billes ou des paliers lisses. [0015]Dans une variante de réalisation, lesdits deux pions de centrage et ladite plaque intermédiaire forment une seule et même pièce, afin de faciliter la réalisation globale et le montage. 15 [0016] Dans une autre variante de réalisation, le boitier est réalisé par surmoulage d'une matière plastique et présente sur un des trous du couple de trous de centrage deux centreurs coaxiaux, l'un cylindrique, l'autre dégagé. Cette configuration permet d'envisager un seul boitier, quel que soit le mode de réalisation choisi pour le montage et l'assemblage de l'actionneur, en jouant sur la longueur du pion de 20 centrage engageant ce trou de centrage. [0017] Dans une autre variante de réalisation, le boitier est réalisé par surmoulage d'une matière plastique et il comprend un connecteur intégré au surmoulage. [0018]Afin de tenir des températures de fonctionnement plus élevées, dans un mode de réalisation particulier, le circuit imprimé présente une première face 25 accueillant des composants électroniques et une deuxième face libre de composants, ladite première face faisant face au moteur électrique et au fond du boitier, ladite deuxième face faisant face à la plaque intermédiaire. 5 [0019]Alors, avantageusement et optionnellement, les première et deuxième faces du circuit imprimé sont recouvertes au moins partiellement avec une pâte thermique étant aussi en contact au moins partiellement avec, respectivement, le boitier et la plaque intermédiaire. 5 [0020]Afin d'améliorer les performances de l'actionneur, dans une autre variante de réalisation, le stator bobiné présente des dents statoriques prolongées tangentiellement par des collecteurs de champ magnétique, au moins une partie desdites dents portent des bobines et sont rapportées sur le stator et lesdites bobines présentent une forme tronconique. 10 [0021]Dans ce cas de réalisation, dans une autre variante de réalisation, chaque dent statorique portant une bobine présente, avec deux dents adjacentes, une forme de W, les flancs extérieurs de la bobine tronconique étant parallèles aux flancs intérieurs desdites dents adjacentes. [0022]Pour optimiser les performances de ce mode de réalisation, si D désigne le 15 nombre de dents statoriques et GAP désigne la distance tangentielle entre les collecteurs de champ entre deux dents adjacentes, on privilégiera la relation : GAP est égal à 360 / (8xD) ±5%. [0023]Toujours dans ce même mode de réalisation, pour optimiser les performances, si E désigne l'épaisseur radiale de l'aimant du rotor, si EP1 désigne 20 l'épaisseur radiale minimale à l'extrémité du collecteur de champ et EP2 désigne l'épaisseur radiale maximale à la naissance du collecteur de champ, on privilégiera la relation : EP2 z 0.75xE et EP1 REVENDICATIONS1. Actionneur (1) électrique comprenant un boitier (2), - un moteur électrique comprenant un stator (20) bobiné et un rotor (21) monté sur un arbre de rotor (29), - un circuit imprimé (22) servant à l'alimentation dudit stator (20) et au pilotage dudit moteur, une plaque intermédiaire (3), - un réducteur mécanique (24) entrainé par ledit rotor (21) et formé de roues dentées (45a, 45b, 45c) montées sur des axes (46a, 46b, 46c), - un couvercle (4), - deux pions de centrage (8a, 8b), ledit boitier (2) définissant une première cavité (15) dans laquelle est logé ledit stator (20), et comprenant des moyens de guidage dudit arbre de rotor (29) sur une première extrémité, ledit circuit imprimé (22) étant situé dans ladite première cavité (15) au-dessus dudit stator (20), ladite plaque intermédiaire (3) étant située au-dessus dudit circuit imprimé (22), ledit couvercle (4) définissant une seconde cavité (25) présentant des moyens de guidage des extrémités desdits axes (46a, 46b, 46c) dudit réducteur mécanique (24), ledit couvercle (4) étant situé au-dessus de ladite plaque intermédiaire (3), ladite plaque intermédiaire (3) servant au guidage de l'autre extrémité dudit arbre de rotor (29), et servant au guidage des autres extrémités desdits axes (46a, 46b, 46c) dudit réducteur mécanique (24), caractérisé en ce que - la première cavité (15) dudit boitier (2) présente un premier couple de trous de centrage recevant lesdits deux pions de centrage (8a, 8b), 20 - ladite plaque intermédiaire (3) présente un deuxième couple de trous de centrage recevant lesdits deux pions de centrage (8a, 8b), - ledit couvercle (4) présente un troisième couple de trous de centrage recevant lesdits deux pions de centrage (8a, 8b), 5 - ladite plaque intermédiaire (3) est en contact avec ledit boitier (2) et ledit couvercle (4) sur des surfaces d'appui (13, 14) localisées autour des trous de centrage, - deux desdits premier, deuxième et troisième couples de trous sont composés d'un centreur cylindrique (7a, 9a, 12a) et d'un centreur 10 dégagé (7c, 9c, 12c), les centreurs cylindriques (7a, 9a, 12a) et les centreurs dégagés (7c, 9c, 12c) correspondants, - l'autre desdits premier, deuxième et troisième couples de trous est composé de deux centreurs cylindriques (7a, 7b, 9a, 9b, 12a, 12b). 15 2. Actionneur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit boitier (2) comprend une zone périphérique (16) présentant au moins deux premiers perçages de fixation (11) et en ce que ledit couvercle (4) comprend un zone périphérique (17) présentant au moins deux deuxièmes perçages (11) de fixation de manière à ce que la fixation dudit couvercle (4) et dudit boitier 20 (2) soit réalisée par vissage à l'aide desdits premiers et deuxièmes perçages (11), lesdites zone périphériques (16, 17) n'étant pas jointifs lorsque ledit couvercle (4) et ledit boitier (2) sont en appui sur ladite plaque intermédiaire (3) avant le vissage et étant en appui et au moins partiellement jointifs après le vissage, de manière à contraindre et bloquer le mouvement de ladite plaque 25 intermédiaire (3). 3. Actionneur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le couvercle (4) forme un corps de vanne (28). 30 4. Actionneur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les différentes portées de guidage dudit arbre de rotor (29) et desdits axes (46a, 21 55. 6. 10 7. 15 8. 20 9. 25 30 10. 46b, 46c) du réducteur mécanique (24) sont réalisées par le boitier (2), la plaque intermédiaire (3) et le couvercle (4), lesdites portées de guidages étant des roulements à billes (23a, 23b, 23c, 23d) ou des paliers lisses. Actionneur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits deux pions de centrage (8a, 8b) et ladite plaque intermédiaire (3) forment une seule et même pièce. Actionneur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le boitier (2) est réalisé par surmoulage d'une matière plastique et présente sur un des trous dudit couple de trous de centrage deux centreurs coaxiaux, l'un cylindrique (12b), l'autre dégagé (12c). Actionneur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le boitier (2) est réalisé par surmoulage d'une matière plastique et en ce qu'il comprend un connecteur (19) intégré au surmoulage. Actionneur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit imprimé (22) présente une première face (33) accueillant des composants électroniques et une deuxième (34) face libre de composants, ladite première face (33) faisant face au moteur électrique et au fond du boitier (2), ladite deuxième face (34) faisant face à la plaque intermédiaire (3). Actionneur électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que les première (33) et deuxième faces (34) du circuit imprimé (22) sont recouvertes au moins partiellement avec une pâte thermique étant aussi en contact au moins partiellement avec, respectivement, le boitier et la plaque intermédiaire (3). Actionneur électrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le stator (20) bobiné présente des dents statoriques (36a, 36b) prolongées tangentiellement par des collecteurs de champ magnétique (37), en ce qu'au moins une partie desdites dents (36b) portent des bobines (38) et sont 22 rapportées sur le stator (20) et en ce que lesdites bobines (38) présentent une forme tronconique. 11. Actionneur électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que 5 chaque dent statorique (36b) portant une bobine (38) présente, avec deux dents adjacentes (36a), une forme de W, les flancs extérieurs de la bobine (38) tronconique étant parallèles aux flancs intérieurs desdites dents adjacentes (36a). 10 12. Actionneur électrique selon la revendication 10 caractérisé en ce que, D désigne le nombre de dents statoriques (36a, 36b) et GAP désigne la distance tangentielle entre les collecteurs de champ (37) entre deux dents adjacentes (36a), avec GAP = (360 / (8xD))-±5% 15 13. Actionneur électrique selon la revendication 10 caractérisé en ce que ledit rotor (21) présente un aimant (35), en ce que E désigne l'épaisseur radiale dudit aimant (35)- EP1 désigne l'épaisseur radiale minimale à l'extrémité du collecteur de champ (37) et EP2 désigne l'épaisseur radiale maximale à la naissance du collecteur de champ (37), avec 20 EP2 0.75xE et EP1