Brevet FR3136528A1 — publié le 20231215

La présente invention concerne un actionneur (1, 1’) pour système de transmission de véhicule automobile, l’actionneur étant un électroaimant comprenant un boitier (2) définissant un espace annulaire d’axe X, une bobine annulaire (5) logée à l’intérieur du boitier (2), et un piston annulaire (3) destiné à transmettre un effort d’actionnement au système de transmission, le piston (3) étant disposé de manière coaxiale à l’axe X et monté mobile axialement selon l’axe X entre une position rétractée (R) et une position déployée (D) en fonction du flux magnétique produit par la bobine (5), un aimant permanent (30) est agencé radialement entre l’axe X et l’électroaimant. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Actionneur pour un système de transmission de véhicule automobile L’invention concerne un actionneur pour un système de transmission d’un véhicule automobile. L’invention concerne plus particulièrement un actionneur électromagnétique qui est destiné à être logé à l’intérieur d’un carter de transmission de la chaîne de transmission en étant lié à un dispositif d’accouplement. Le document US 20170159726 A1 divulgue un actionneur électromagnétique pour actionner un dispositif d’accouplement équipant un système différentiel. Le dispositif d’accouplement présente un état désaccouplé dans lequel le différentiel est libre de distribuer un couple provenant d’un moteur vers deux arbres de roue d’un essieu du véhicule et un état accouplé qui désactive la fonction « différentiel » de sorte que les deux arbres de roue ne peuvent pas tourner à des vitesses différentes. L’actionneur électromagnétique comporte un boîtier qui est destiné à être fixé dans un carter de transmission dans lequel est également logé le système de différentiel. Par ailleurs, l’actionneur électromagnétique comporte un boitier présentant un espace annulaire dans lequel sont logés une bobine et un piston monté mobile entre une position rétractée et une position déployée. Lors de la présence de matériau ferromagnétique doux à proximité de l’actionneur électromagnétique, par exemple un arbre de transmission traversant l’actionneur, une partie du flux magnétique de l’actionneur se dirige vers le carter de transmission ou dans le banc d'essai lors des phases de tests de l’actionneur par l’intermédiaire de l’arbre de transmission. L’arbre de transmission est vu comme un perturbateur, ce qui implique une dégradation des performances de l’actionneur électromagnétique. Pour éviter cela, l’invention propose un actionneur pour système de transmission de véhicule automobile, l’actionneur étant un électroaimant comprenant un boitier définissant un espace annulaire d’axe X, une bobine annulaire logée à l’intérieur du boitier, et un piston annulaire destiné à transmettre un effort d’actionnement au système de transmission, le piston étant disposé de manière coaxiale à l’axe X et étant monté mobile axialement selon l’axe X entre une position rétractée et une position déployée en fonction du flux magnétique produit par la bobine, caractérisé en ce qu’un aimant permanent est agencé radialement entre l’axe X et l’électroaimant. En d’autres termes, un aimant permanent est agencé radialement entre l’axe X et l’un des composants de l’électroaimant. L’utilisation d’un aimant permanent dans l’actionneur permet d’assurer une concentration du flux magnétique dans l’actionneur par une loi simple due à la superposition des ondes magnétiques. Selon l’invention, l'aimant permanent est intégré dans l’électroaimant. Ainsi, cet aimant permanent permet de concentrer le flux magnétique dans l’électro-aimant afin que toute l'énergie magnétique nécessaire à déplacer le piston soit contenue dans l’électroaimant de l’actionneur. Dans la présente invention, le piston, la bobine et le boiter formant le circuit magnétique constituent l'électro-aimant. Selon l’invention, l’aimant permanent a une forme annulaire. Selon l’invention, le piston peut être logé à l’intérieur du boitier. Dans ce cas de figure l’aimant permanent est au contact du boitier. En d’autres termes, l’aimant permanent est au contact du boitier sur une face du boitier au regard de l’axe X. De préférence, l’aimant permanent est collé au boitier. En variante, le piston peut être logé à l’extérieur du boitier. Dans ce cas de figure l’aimant permanent est au contact du piston. En d’autres termes, l’aimant permanent est au contact du piston sur une face du piston au regard de l’axe X. De préférence, l’aimant permanent est collé au piston. Selon l’invention, la longueur de l’aimant permanent selon l’axe X est sensiblement égale à la longueur du piston. Cette caractéristique a pour effet d’avoir un aimant permanent avec une densité d’énergie permettant une compacité radiale de l’actionneur. Selon une autre caractéristique de l’invention, l’aimant permanent peut être un plasto-aimant. Un plasto-aimant est un matériau composite constitués d'un liant thermoplastique ou thermodurcissable et d'une poudre magnétique. La fabrication de ce plasto-aimant s'effectue par injection sous pression ou compression à froid. L'aimantation est réalisée soit pendant le moulage, soit après le moulage. Ces technologies offrent la possibilité de formes complexes. Les propriétés mécaniques de ce matériau plasto-aimant permettent de tenir des contraintes de températures élevées de l’ordre de 100°C à 180°C. Selon l’invention, l’aimant permanent peut avoir une densité de flux magnétique compris entre 0,1 et 1,2 Tesla. Plus la densité est élevée, plus l’aimant permanent sera de petite taille. Au contraire, plus la densité est faible, plus l’aimant permanent sera de grande taille. Dans le cadre de la présente invention, il est préférable que l’aimant permanent soit le plus petit possible afin de rendre l’actionneur compact. L’invention a également pour objet un ensemble comprenant un actionneur selon l’une des caractéristiques ci-dessus et un élément perturbateur du système de transmission s’étendant selon l’axe X et traversant au moins partiellement le boitier de l’actionneur, l’aimant permanent est agencé radialement entre l’élément perturbateur et l’électroaimant. De manière préférée, l’élément perturbateur est un arbre de transmission réalisé en un matériau ferromagnétique, notamment un matériau ferromagnétique doux. De ce point de vue, l’arbre du système de transmission (ou l’arbre du banc de test le cas échéant) est un élément perturbateur ferromagnétique. L'aimant permanent a pour rôle d'éviter que le flux magnétique utile dans la boucle magnétique de l'actionneur puisse se dissiper dans le perturbateur. L'aimant permanent permet de réorienter la direction les lignes de flux magnétiques de l’actionneur pour qu'elles ne partent pas dans l'élément perturbateur. L’invention vise ainsi à assurer la saturation des parties extérieures du perturbateur à l'aide de l’aimant permanent. Le perturbateur en saturation devient équivalent à l'air. Ainsi le comportement magnétique du perturbateur est assimilé aux propriétés magnétiques de l'air, la perméabilité magnétique devient alors µ0. De manière générale, l'aimant permanent est conçu pour assurer une saturation magnétique partielle ou totale du perturbateur. La saturation magnétique du perturbateur par l’aimant permanent limite ainsi les fuites de flux magnétiques de l’actionneur et concentre ainsi toute l'énergie magnétique pour assurer une force optimisée développée par l'électroaimant de l'actionneur. Pour toute position du piston de l’actionneur, l'aimant permanent assure cette limitation de ces fuites de flux magnétique. La conception de l'aimant permanent (volume, géométrie, intensité de l'induction magnétique, sens de l'aimantation...) dépend du volume du perturbateur et du matériau qui la constitue. La magnétisation de l'aimant permanent est optimale avec une direction normale à la ligne magnétique du perturbateur. L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés : La représente un actionneur vu en coupe selon un premier mode de réalisation ; La représente un actionneur vu en coupe selon un deuxième mode de réalisation ; La représente une courbe en statique de la force développée par un actionneur selon l’invention ; La représente une courbe en transitoire de la force développée par un actionneur selon l’invention. Il est à noter que les figures divulguent l’invention d’une manière suffisamment détaillée pour sa mise en œuvre, lesdites figures aidant à mieux définir l’invention au besoin. L’invention ne devrait cependant pas être limitée aux modes de réalisations divulgués dans la description. La représente un actionneur 1 selon un premier mode de réalisation de l’invention. Cet actionneur 1 est un électroaimant apte à être logé dans un carter de transmission. Le carter de transmission peut être constitué par n’importe quel carter de la chaine de transmission d’un véhicule, notamment un carter de différentiel. L’actionneur 1 est ici un électroaimant apte à être lié à un dispositif d’accouplement (non représenté) d’une transmission de véhicule automobile. Il comporte un boîtier 2 qui est destiné à être fixé à un carter de transmission (non représenté). Dans ce boitier 2 sont disposés une bobine annulaire 5 ainsi qu’un piston annulaire 3. Le piston 3, la bobine 5 et le boiter 2 constituent l'électroaimant. Le boitier 2 sert de circuit magnétique afin de guider le flux magnétique de la bobine 5. L’actionneur 1 peut comporter un connecteur électrique (non représenté) qui est destiné au raccordement de la bobine 5 à un dispositif de commande qui est positionné à l’extérieur du carter. Le connecteur électrique permet d’alimenter électriquement cette bobine 5. La vue en coupe de la permet de mieux visualiser les éléments constitutifs de l’actionneur 1. L’actionneur 1 comprend ainsi un boitier 2 définissant un espace annulaire d’axe X dans lequel sont logés le piston annulaire 3 destiné à transmettre un effort d’actionnement à un dispositif d’accouplement et la bobine annulaire 5. Le piston 3 est disposé de manière coaxiale à l’axe X et est monté mobile axialement selon l’axe X entre une position rétractée R et une position déployée D. Le piston 3 est situé radialement à l’intérieur de la bobine 5. Vu en coupe, le boitier 2 est en forme de « U » et est réalisé dans un seul matériau, de préférence en acier magnétique. Cet acier a un taux de carbone qui est inférieur à 0.2%. Le boitier 2 comporte une jupe radialement interne 21 servant de surface de guidage au piston 3, une surface de fond 22 et une jupe radialement externe 23. La bobine annulaire 5 est constituée d'un enroulement de fil conducteur et est encapsulée de manière étanche par un revêtement 6 en matériau polymère par exemple en résine époxy, en polyuréthane ou en polyamide. Le revêtement 6 forme une extension radiale annulaire définissant une butée de fin de course du piston 3 lorsqu’il se trouve en position rétractée R. Le piston 3 est monté mobile dans un logement 11 défini entre la bobine 5 et la jupe interne 21 du boitier 2. L’espace annulaire du boitier 2 est fermé par un capot magnétique 8, le capot magnétique 8 définit une butée de fin de course du piston 3 lorsque le piston 3 se trouve en position déployée D. Le piston 3 comporte un épaulement destiné à venir en butée contre un épaulement du capot magnétique 8 lorsque le piston 3 est en position déployée D. Le piston 3 est en matériau ferromagnétique, tel que du fer ou de l’acier par exemple. Le piston 3 comporte en outre un embout 4 amagnétique, également de forme annulaire, qui est fixé au piston 3 et par lequel l’effort d’actionnement est transmis au dispositif d’accouplement. Amagnétique signifie un matériau ayant une absence de propriété magnétique. L’embout 4 amagnétique du piston 3 permet ainsi d’éviter des fuites indésirables de flux magnétiques vers les autres composant du dispositif d’accouplement. L’embout amagnétique 4 est par exemple en bronze ou en aluminium. Dans cette configuration un aimant permanent 30 est agencé radialement entre l’axe X et l’électroaimant. Un élément perturbateur 40 sous la forme d’un arbre du système de transmission s’étend selon l’axe X et traverse de part et d’autre le boitier 2 de l’actionneur 1 en son centre. L’élément perturbateur 40 est un arbre de transmission réalisé en un matériau ferromagnétique doux. En d’autres termes, selon ce premier mode de réalisation, l’élément perturbateur 40, l’aimant permanent 30, le boitier 2, le piston 3 et la bobine 5 se succèdent radialement en partant de l’axe X. L’aimant permanent 30 est ici au contact du boitier 2. De préférence, l’aimant permanent est collé au boitier. L’aimant permanent 30 est en contact avec le boitier 2 sur la surface de la jupe radialement interne 21 opposée à la surface servant de guidage au piston 3. L’aimant permanent 30 se trouve ainsi au regard de l’élément perturbateur 40. La longueur de l’aimant permanent 30 selon l’axe X est sensiblement égale à la longueur du piston 3. L’aimant permanent est de forme annulaire et est un plasto-aimant avec une densité de flux magnétique de 0,5 Tesla, de préférence. En relation avec la , on décrit un actionneur 1’ selon un deuxième mode de réalisation. Les éléments identiques portant la même référence numérique que sur la ne seront pas rediscutés. A la différence du premier mode de réalisation, le piston 3 est ici logé à l’extérieur du boitier 2. Le piston 3 est monté mobile sur la surface de la jupe interne 21 qui se trouve vers l’extérieur du boitier 2. L’aimant permanent 30 est ici au contact du piston 3. L’aimant permanent 30 est distinct du piston 3. De préférence, l’aimant permanent 30 est collé au piston 3. En d’autres termes, l’aimant permanent 30 est mobile avec le piston 3. La longueur de l’aimant permanent 30 selon l’axe X est sensiblement égale à la longueur du piston 3. L’aimant permanent est de forme annulaire et est un plasto-aimant avec une densité de flux magnétique de 0,5 Tesla, de préférence. Dans ce deuxième mode de réalisation, l’élément perturbateur 40 sous la forme d’un arbre du système de transmission s’étend selon l’axe X et traverse de part et d’autre le boitier 2 de l’actionneur 1. L’aimant permanent 30 est agencé radialement entre l’élément perturbateur 40 et le piston 3. L’élément perturbateur 40 est un arbre de transmission réalisé en un matériau ferromagnétique doux. En d’autres termes, selon ce deuxième mode de réalisation, l’élément perturbateur 40, l’aimant permanent 30, le piston 3, le boitier 2 et la bobine 5 se succèdent radialement en partant de l’axe X. Les figures 3 et 4 illustrent les avantages de l’invention. La montre une courbe 100 en statique d’une force (en N) développée par l’actionneur de la en fonction de la course du piston (en mm). Le résultat de cette courbe 100 a été obtenu avec un aimant permanent présentant une densité de flux magnétique de 0,5 Tesla. A titre de comparaison, la courbe 200 montre la force statique (en N) développée par un actionneur sans aimant permanent. Il ressort de cette comparaison que moins il y a de fuites de flux magnétique utile dans l’actionneur, plus il y a d'efforts transmissible par le piston de l’actionneur. La montre une courbe 300 en transitoire d’une force (N) développée par l’actionneur de la en fonction du temps (en ms). Le résultat de cette courbe 300 a été obtenu avec un aimant permanent présentant également une densité de flux magnétique de 0,5 Tesla. A titre de comparaison, la courbe 400 montre la force statique (en N) développée par un actionneur sans aimant permanent. Il ressort de cette comparaison que sans aimant permanent, l’actionneur ne peut pas s’ouvrir et qu’avec un aimant permanent l’actionneur s’ouvre. Dans le cas de la courbe 400, l’entrefer de l’actionneur reste grand et ne se ferme pas, la force reste constante sans pouvoir ouvrir l’actionneur. Dans le cas de la courbe 300, l’actionneur s’ouvre très rapidement jusqu’à sa butée car l’entrefer se ferme. En d’autres termes, la force augmente avec la fermeture de l’entrefer. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec deux modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits. Dans les revendications, les symboles de référence entre parenthèses ne doivent pas être interprétés comme une limitation de la revendication. Actionneur (1, 1’) pour système de transmission de véhicule automobile, l’actionneur étant un électroaimant comprenant un boitier (2) définissant un espace annulaire d’axe X, une bobine annulaire (5) logée à l’intérieur du boitier (2), et un piston annulaire (3) destiné à transmettre un effort d’actionnement au système de transmission, le piston (3) étant disposé de manière coaxiale à l’axe X et monté mobile axialement selon l’axe X entre une position rétractée (R) et une position déployée (D) en fonction du flux magnétique produit par la bobine (5), caractérisé en ce qu’un aimant permanent (30) est agencé radialement entre l’axe X et l’électroaimant. Actionneur (1, 1’) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le piston (3) est logé à l’intérieur du boitier (2). Actionneur (1, 1’) selon la revendication 2 caractérisé en ce que l’aimant permanent (30) est au contact du boitier (2). Actionneur (1, 1’) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le piston (3) est logé à l’extérieur du boitier (2). Actionneur (1, 1’) selon la revendication 4 caractérisé en ce que l’aimant permanent (30) est au contact du piston (3). Actionneur (1, 1’) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que la longueur de l’aimant permanent (30) selon l’axe X est sensiblement égale à la longueur du piston (3). Actionneur (1, 1’) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que l’aimant permanent (30) est un plasto-aimant. Actionneur (1, 1’) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que la densité de flux magnétique de l’aimant permanent (30) est comprise entre 0,1 et 1,2 Tesla. Ensemble comprenant un actionneur (1, 1’) selon l’une quelconque des revendications précédentes et un élément perturbateur (40) du système de transmission s’étendant selon l’axe X et traversant au moins partiellement le boitier (2) de l’actionneur (1, 1’), caractérisé en ce que l’aimant permanent (30) est agencé radialement entre l’élément perturbateur (40) et l’électroaimant. Ensemble selon la revendication précédente caractérisé en ce que l’élément perturbateur est un arbre de transmission réalisé en un matériau ferromagnétique.