Brevet FR3149065A1 — publié le 20241129

La présente invention concerne un actionneur (1) électromécanique comprenant un boîtier (2), un moteur électrique, un système de transmission de puissance par engrenages, un élément de sortie de couple (10) mobile en rotation autour d’un axe Z entre deux positions extrêmes et un élément support (20). L’élément de sortie de couple (10) est guidé en rotation par un organe de roulement (30) et cet organe de roulement est monté dans l’élément support (20). Figure pour l’abrégé : Figure 3 Actionneur électromécanique L’invention concerne un actionneur électromécanique. Plus précisément, l’invention concerne un actionneur pour un système de verrouillage en stationnement d’une boîte de vitesses de véhicule, notamment un véhicule automobile équipée d’une boîte de vitesses automatique, par exemple un véhicule hybride. L’invention s’applique également à un système de verrouillage en stationnement d’un réducteur associé à un moteur de véhicule électrique. La boîte de vitesses ou le réducteur seront plus généralement appelés boîte de transmission. Ce système de verrouillage est mieux connu par son terme en anglais « park-lock » ou « parking lock » . Un tel actionneur permet le blocage en stationnement de la boîte de transmission au moyen d’un levier venant en prise avec une denture de la boîte de transmission. Des actionneurs de ce type sont connus et sont classiquement conçus avec un système d’engrenage roue dentée et vis sans fin pour transmettre le mouvement de rotation d’un moteur électrique à un élément de sortie de couple de l’actionneur. Un tel actionneur est décrit dans la demande DE 102019100300 A1. Cet actionneur comprend un boîtier, un moteur électrique, un système de transmission de puissance par engrenages avec un système de vis sans fin et un élément de sortie de couple mobile en rotation entre une position de verrouillage et une position de déverrouillage. Cet élément de sortie de couple est guidé en rotation par un élément support. Cet actionneur de l’art antérieur présente un premier inconvénient au niveau du couple transmissible. L’élément de sortie de couple et l’élément support sont en plastique et l’élément de sortie de couple est guidé en rotation par l’élément support par contact plastique/plastique. Cette conception ne permet pas de transmettre un couple élevé. Une solution serait d’utiliser un moteur électrique plus puissant mais cela implique un poids plus important au risque de dégrader le système de transmission de puissance par engrenages. Il existe ainsi un besoin d’améliorer l’actionneur existant afin de permettre de transmettre un couple important, c’est-à-dire de l’ordre de 15 Nm sans dégrader les composants de l’actionneur. Ainsi, l’invention propose un actionneur électromécanique comprenant un boîtier, un moteur électrique, un système de transmission de puissance par engrenages, un élément de sortie de couple mobile en rotation autour d’un axe Z entre deux positions extrêmes et un élément support. L’élément de sortie de couple est guidé en rotation par un organe de roulement et cet organe de roulement est monté dans l’élément support. Cet agencement est plus robuste que toutes les autres solutions avec des pièces d'interfaces en plastique. De plus, les efforts générés par le moteur électrique et le système de transmission de puissance par engrenages sont repris par l’élément de support et l’organe de roulement grâce à leur rigidité et ce sans détériorer le boîtier. Selon l’invention, les deux positions extrêmes sont une position de verrouillage et une position de déverrouillage. Selon l’invention, l’organe de roulement est distinct de l’élément support. En d’autres termes, l’organe de roulement est un élément additionnel. Selon l’invention, le boîtier est en plastique et l’élément support est en métal. De préférence, le boîtier est en PA ou PBT renforcé en fibres de verre. De préférence, l’élément support est en alliage d’aluminium. De préférence, l’élément support est obtenu par moulage sous pression. Selon une caractéristique de l’invention, l’élément support comprend un fût et l’organe de roulement est monté dans ce fût. Le fût s’étend selon l’axe Z. De préférence, l’organe de roulement est serti dans le fût de l’élément support. De préférence le fût est obtenu par usinage ce qui permet une meilleure précision pour intégrer l’organe de roulement. De manière avantageuse, l’élément de sortie de couple comprend une denture qui recouvre en partie le fût axialement selon l’axe Z de manière à ce que la denture et l’organe de roulement soient dans un même plan P. Cette caractéristique a pour effet de rigidifier la denture de l’élément de sortie de couple. Selon l’invention, l’organe de roulement comprend une bague interne et une bague externe, ladite bague externe est en butée axiale contre un épaulement de l’élément support et la bague interne est en butée axiale contre un épaulement de l’élément de sortie de couple. On entend par butée axiale une butée selon l’axe Z. L’organe de roulement est par exemple un roulement à billes ou à rouleaux. D’autres types de roulement sont bien évidemment possibles. Selon l’invention, l’élément de sortie de couple comprend une âme métallique sur laquelle est surmoulé une denture, notamment un secteur denté. L’âme métallique comprend un moyen de couplage sous la forme d’une empreinte mâle ou femelle. Selon une caractéristique additionnelle de l’invention, une cible magnétique est surmoulée sur l’élément de sortie de couple, ladite cible magnétique fait face à un capteur monté sur une carte électronique fixée sur l’élément support. Selon l’invention, ledit système de transmission de puissance par engrenages comprend un arbre ayant un système de vis sans fin et une roue dentée, ladite roue dentée engrène avec un pignon moteur du moteur électrique et le système de vis sans fin engrène avec l’élément de sortie de couple. De préférence, le système de vis sans fin est mobile en rotation autour d’un axe X. De préférence, le moteur électrique s’étend selon un axe X’ parallèle à l’axe X. Selon l’invention, l’élément support porte le moteur électrique et le système de transmission de puissance par engrenages. De préférence, l’élément de support comprend des moyens de blocage du moteur électrique dans le boîtier. De préférence, l’élément de support comprend des moyens de guidage en rotation de l’arbre, notamment deux paliers. Selon une autre caractéristique de l’invention, l’actionneur comprend un couvercle définissant avec le boîtier un volume interne dans lequel se trouve l’élément support, l’élément support étant fixé au boîtier. Le moteur électrique et le système de transmission de puissance par engrenages sont bien évidemment aussi dans le volume interne car montés sur l’élément support. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture qui suit d’un exemple de réalisation détaillé, en référence aux figures annexées : la représente une vue en perspective de dessus de l’élément support de l’actionneur selon l’invention ; la représente une vue en perspective de dessous de l’élément support de l’actionneur selon l’invention ; la représente une vue en coupe de l’actionneur selon l’invention ; la représente un vue agrandie du montage de l’organe de roulement dans l’élément support. 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 au mode de réalisation divulgué dans la description. En se référant à la , il est montré l’intérieur de l’actionneur 1 sans boîtier 2 ni couvercle 3. L’actionneur 1 comprend principalement un moteur électrique d’entrainement (non représenté), un système de transmission de puissance par engrenages, un élément support 20 et un élément de sortie de couple 10. L’élément de sortie de couple 10 est mobile en rotation entre deux positions extrêmes et est guidé en rotation par un organe de roulement 30 monté dans l’élément support 20. L’élément support peut également être appelé cadre intermédiaire. Le rôle de cet élément support 20 est de supporter les constituants de l’actionneur 1 afin qu’ils aient un référentiel commun ce qui facilite l’assemblage et la cotation fonctionnelle. Cet élément support 20 est réalisé en métal, notamment en alliage d’aluminium obtenu par moulage sous pression. Certaines parties de cet élément support 20 sont ensuite usinées afin d’obtenir des surfaces nécessitant des tolérances précises. L’élément support 20 comprend notamment un fût 21 et l’organe de roulement 30 est monté dans ce fût 21. Le fût 21 a préalablement été usiné pour recevoir l’organe de roulement 30. Le montage de l’organe de roulement 30 et son maintien dans le fût 21 sera décrit en relation avec la . La permet de mieux visualiser le système de transmission de puissance par engrenages. Sur la , on a illustré un repère X, Y, Z. La direction ou axe X correspond à une direction longitudinale. La direction ou axe Y, transversale, est définie comme étant perpendiculaire à la direction longitudinale X. Plus spécifiquement, les directions longitudinale et transversale X et Y peuvent par exemple appartenir sensiblement à un plan sensiblement horizontal. La direction ou axe Z correspond quant à elle à une direction verticale. Le système de transmission de puissance par engrenages réduit la vitesse et augmente le couple du moteur électrique et comprend un pignon moteur monté sur l’arbre de sortie du moteur électrique, une roue dentée 4 qui engrène avec le pignon moteur, un arbre 5 avec une vis sans fin 51 qui est lié à la roue dentée 4, un secteur denté 12 qui engrène avec la vis sans fin 51. L’élément de sortie de couple 10 est lié avec le secteur denté 6. L’arbre 5 s’étend selon un axe X. L’élément support 20 s’étend sensiblement dans le plan XY. L’élément support 20 comprend une extension 26 qui s’étend dans le plan YZ dans laquelle se trouve une ouverture 27 apte à recevoir le moteur électrique, notamment sa face avant. Le moteur électrique s’étend selon un axe X’ parallèle à l’axe X. Le moteur électrique est ainsi bloqué axialement selon l’axe X et transversalement selon l’axe Y. La face arrière du moteur électrique est maintenue par une plaque de fixation vissée dans l’élément support 20, notamment dans les inserts 29. L’arbre 5 est guidé en rotation par deux paliers 24, 25 issus de matière avec l’élément support 20. Les portées des paliers 24, 25 ont préalablement été usinées. L’arbre 5 comprend un épaulement 28 servant d’arrêt axial selon l’axe X de l’arbre 5 contre une face d’un des paliers 25. Comme illustré sur la , le boîtier 2 et le couvercle 3 forment, une fois assemblés entre eux, un volume interne dans lequel sont logés le moteur électrique, le système de transmission de puissance par engrenages, l’élément support 20, l’élément de sortie de couple 10 et une carte électronique 40. Le boîtier 2 et le couvercle 3 peuvent être assemblés entre eux par tous types de fixation étanche, par exemple vissage, collage ou par soudure laser, ultrasons. Le boîtier 2 et le couvercle 3 sont réalisés en plastique, notamment renforcé en fibre de verre. Le boîtier 2 comprend également un connecteur électrique 6 afin de relier l’actionneur 1 à une source électrique du véhicule. La carte électronique 40 est à la fois reliée au connecteur électrique 6 et au moteur électrique via des broches conductrices. L’actionneur 1 est apte à être fixé à une boîte de transmission du véhicule. L’élément de sortie de couple 10 est réalisé sous la forme d’un arbre dont une extrémité a la forme d’une prise femelle en étoile dans laquelle est apte à venir s’engager une tige d'actionnement (non représentée) d’un système de verrouillage de sorte à verrouiller ou déverrouiller une denture de la boîte de transmission (non représentée) via un levier d’actionnement ou loquet (non représenté). De manière alternative, l’élément de sortie de couple 10 peut être réalisé sous la forme d’une prise mâle. Plus précisément, l’élément de sortie de couple 10 comprend une âme 11 métallique sur laquelle est surmoulé le secteur denté 12. Ce secteur denté 12 a une denture semi-globique c’est-à-dire que la denture est l’association d'une moitié de denture hélicoïdale et d'une moitié de denture globique. Cette denture à pour intérêt de pouvoir transmettre un couple plus élevé qu’une denture hélicoïdale classique. L’élément de sortie de couple 10 recouvre en partie le fût 21 axialement selon l’axe Z. En d’autres termes, cela revient à dire que le secteur denté 12 se trouve axialement selon l’axe Z au même niveau que l’organe de roulement 30 ce qui permet une meilleure reprise par l’élément support 20 des contraintes générées par la vis sans fin 51 sur le secteur denté 12. La denture du secteur denté 12 et l’organe de roulement 30 sont dans un même plan P défini selon les directions X, Y. Le boîtier 2 comprend une ouverture sous la forme d’un fût 7 de guidage dans laquelle vient se monter l’élément de sortie de couple 10. L’élément support 20 comprend en outre une ouverture coaxiale à l’axe de rotation Z de l’élément de sortie de couple 10, afin de permettre le passage d’un système de détection de la position angulaire de l’élément de sortie de couple 10. Le système de détection comprend une cible magnétique 14 disposée sur l’élément de sortie de couple 10 et un capteur 41 disposé sur la carte électronique 40. La cible magnétique 14 est surmoulée sur le secteur denté 12 à l’extrémité de l’élément de sortie de couple 10 opposée à la prise femelle. La carte électronique 40 est fixée sur l’élément support 20, notamment par des vis. La montre plus précisément le montage de l’organe de roulement 30 dans le fût 21 de l’élément support 20. L’organe de roulement 30 est inséré dans le fût 21 suite à une opération d’usinage de l’élément support 20 afin de créer une portée de roulement. L’organe de roulement 30 est un roulement à billes et comprend ainsi une bague interne 31 et une bague externe 32 entre lesquelles sont disposées les billes. La bague externe 32 est en butée axiale contre un épaulement 22 de l’élément support 20 et la bague interne 31 est en butée axiale contre un épaulement 13 de l’élément de sortie de couple 10. Une fois que l’organe de roulement 30 est inséré dans le fût 21 et en butée contre l’épaulement 22, les lèvres 23 sont pliées contre l’organe de roulement 30, notamment la bague externe 32 par une opération de sertissage. L’organe de roulement 30 est ainsi maintenu dans l’élément support de manière permanente. Ces opérations d’usinage des paliers 24, 25 et du fût 21 permettent des précisions d’entraxes des engrenages bien meilleurs qu’avec un élément support en plastique ce qui a pour effet de limiter l’usure dans le temps du système de transmission de puissance par engrenages. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, 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) électromécanique comprenant un boîtier (2), un moteur électrique, un système de transmission de puissance par engrenages, un élément de sortie de couple (10) mobile en rotation autour d’un axe Z entre deux positions extrêmes et un élément support (20), caractérisé en ce que l’élément de sortie de couple (10) est guidé en rotation par un organe de roulement (30) et cet organe de roulement est monté dans l’élément support (20). Actionneur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (2) est en plastique et l’élément support (20) est en métal. Actionneur (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’élément support (20) comprend un fût (21) et l’organe de roulement (30) est monté dans ce fût (21). Actionneur (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’élément de sortie de couple (10) comprend une denture (12) qui recouvre en partie le fût (21) axialement selon l’axe Z de manière à ce que la denture (12) et l’organe de roulement (30) soient dans un même plan P. Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’organe de roulement (30) comprend une bague interne (31) et une bague externe (32), ladite bague externe (32) est en butée axiale contre un épaulement (22) de l’élément support (20) et la bague interne (31) est en butée axiale contre un épaulement (13) de l’élément de sortie de couple (10). Actionneur (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l’élément de sortie de couple (10) comprend une âme (11) métallique sur laquelle est surmoulé la denture (12), notamment un secteur denté. Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une cible magnétique (14) est surmoulée sur l’élément de sortie de couple (10), ladite cible magnétique (14) fait face à un capteur (41) monté sur une carte électronique (40) fixée sur l’élément support (20). Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit système de transmission de puissance par engrenages comprend un arbre (5) ayant un système de vis sans fin (51) et une roue dentée (4), ladite roue dentée (4) engrène avec un pignon moteur du moteur électrique et le système de vis sans fin (51) engrène avec l’élément de sortie de couple (10). Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément support (20) porte le moteur électrique et le système de transmission de puissance par engrenages. Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un couvercle (3) définissant avec le boîtier (2) un volume interne dans lequel se trouve l’élément support (20), l’élément support (20) étant fixé au boîtier (2).