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Title:
LINEAR COMPACT ELECTRIC ACTUATOR HAVING A RESILIENT KINEMATIC CHAIN
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/197668
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electric actuator (20) comprising a casing (35) having a base (15), on which an electric motor (1) is fixed having a stator (22) with radially extending straight teeth and having a plurality of coils (23) and a rotor (24) formed by a plurality of magnets (25), said coils (23) extending in a plane parallel to the base (15) of said casing (35), said rotor (24) being extended by a pinion forming a worm gear (2) with an axis perpendicular to the orientation of said coils, said worm gear (2) meshing with a threaded rod (10) extending parallel to the base (15) of said casing (35), characterised in that said threaded rod is guided at the rear by a fixed smooth bearing (30a) or by a fixed nut (30), in that said smooth bearing (30a) or nut (30) is rigidly connected to a cover (5) of the casing (35), in that the axial end of said worm gear (2) is guided by said cover (5), and in that a printed circuit (37), to which the plurality of coils (23) is connected, is positioned between said stator (22) and said threaded rod (10).

Inventors:
FOUCAUT, Antoine (12 rue du Valère, Montarlot les Rioz, Montarlot les Rioz, 70190, FR)
THIERRY, Benjamin (8 rue Charles Simon, Maiche, 25120, FR)
Application Number:
EP2019/059558
Publication Date:
October 17, 2019
Filing Date:
April 12, 2019
Export Citation:
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Assignee:
MMT AG (6300 ZUG, 6300, CH)
International Classes:
H02K7/116; H02K7/06; H02K7/08; H02K11/38; H02P3/02; H02K1/14
Domestic Patent References:
WO2007028395A12007-03-15
WO2016048315A12016-03-31
WO2014173667A12014-10-30
WO2007131509A12007-11-22
WO2002029284A12002-04-11
WO2014173667A12014-10-30
WO2017068285A12017-04-27
Foreign References:
EP0847132A21998-06-10
EP0895346A21999-02-03
FR3056841A12018-03-30
US20120229005A12012-09-13
Attorney, Agent or Firm:
IP TRUST (2 rue de Clichy, PARIS, 75009, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1 - Actionneur électrique (20) comprenant un boîtier (35) présentant un fond (15) sur lequel est fixé un moteur électrique (1 ) présentant un stator (22) à dents droites s’étendant radialement et portant une pluralité de bobines (23) et un rotor (24) formé d’une pluralité d’aimants (25), lesdites bobines (23) s’étendant dans un plan parallèle au fond (15) dudit boitier (35), ledit rotor (24) étant prolongé par un pignon formant une vis sans fin (2) d’axe perpendiculaire à l’orientation desdites bobines, ladite vis sans fin (2) engrenant directement une tige filetée (10) s’étendant parallèlement au fond (15) dudit boitier (35) caractérisé en ce que la dite tige filetée est guidée à l’arrière par un palier lisse fixe (30a) ou par un écrou fixe (30), en ce que ledit palier lisse (30a) ou écrou (30) est solidaire dudit boitier (35), et en ce qu’un circuit imprimé (37) auquel est raccordé la pluralité de bobines (23) est positionné entre ledit stator (22) et ladite tige filetée (10).

2- Actionneur électrique (20) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit imprimé (37) est positionné au-dessus du stator (22).

3- Actionneur électrique (20) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l’extrémité axiale de ladite vis sans fin (2) est guidée par ledit couvercle (5).

4- Actionneur électrique selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit palier lisse ou écrou est solidaire du couvercle (5) de boitier, ledit couvercle (5) fermant ledit boitier.

5- Actionneur électrique (20) selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comprend une chaîne cinématique formée par au moins des éléments suivants : le moteur électrique (1) entraînant le rotor (24) portant la vis sans fin (2), ladite tige filetée (10) étant déplacée dans un mouvement rotatif au moyen de ladite vis (2) selon une transformation de type vis sans fin, ladite transformation étant irréversible, ladite tige filetée (10) entraînant un organe de commande (32) dans un mouvement linéaire selon une transformation d’un mouvement rotatif vers linéaire, ledit organe de commande (32) entraînant un bras de liaison (12), ledit bras de liaison (12) entraînant en une extrémité un organe d’obturation (9), ledit organe d’obturation (9) se déplaçant vers une position de fin de course, en butée sur un siège (6), caractérisé en ce que

-l’un quelconque ou une pluralité d’éléments formant ladite chaîne cinématique est en matière plastique déformable élastiquement en compression ou en flexion,

-la course de ladite chaîne cinématique est supérieure à la course dudit organe d’obturation (9) de manière à ce que l’organe d’obturation (9) applique un effort sur ledit siège (6) en ladite position de fin de course, même en l’absence d’alimentation du moteur électrique (1 ).

6- Actionneur électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit bras de liaison (12) ou ledit organe de commande (32) est sous forme d’une rotule afin de présenter au moins un degré de liberté par rapport, respectivement, à l’organe de commande (32) ou au bras de liaison (12).

7- Actionneur électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite tige filetée (10) coopère d’une part avec un écrou fixe (30) et d’autre part avec un écrou mobile (31 ) formant l’organe de commande (32) et en ce que ladite tige filetée (10) est déplacée dans un mouvement hélicoïdal.

8- Actionneur électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit écrou fixe (30) est soudé au couvercle (5) de l’actionneur.

9- Actionneur électrique selon l’une quelconque des revendications 5 à 8 caractérisé en ce que l’organe de commande (32) est solidaire d’un aimant permanent (40) s’étendant parallèlement à ladite tige filetée (10) et en ce qu’une sonde magnétosensible (39), fixe par rapport audit aimant permanent (40), est positionné sur un circuit imprimé (37) dans ledit actionneur (20) afin de déterminer la position linéaire dudit organe de commande (32). 10- Actionneur électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que l’aimant permanent (40) est encapsulé dans une matière plastique et en ce qu’il est guidé en translation par un palier fixe.

11 -Actionneur électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit palier est solidaire dudit écrou fixe (33).

12- Actionneur électrique selon la revendication 7 caractérisé en ce que l’écrou mobile (31 ) est guidé par le boîtier (35) de l’actionneur.

13- Procédé de pilotage d’un actionneur électrique (20) comprenant une chaîne cinématique formée au moins des éléments suivants : un moteur électrique (1 ) entraînant un rotor (24) portant une vis (2), une tige filetée (10), un organe de commande (32) et un bras de liaison (12), ladite tige filetée (10) étant déplacée dans un mouvement rotatif au moyen de ladite vis (2) selon une transformation de type vis sans fin, ladite transformation étant irréversible, ladite tige filetée (10) entraînant ledit organe de commande (32) dans un mouvement linéaire selon une transformation d’un mouvement rotatif vers linéaire, ledit organe de commande (32) entraînant un bras de liaison (12), ledit bras de liaison (12) entraînant en une extrémité un organe d’obturation (9), ledit organe d’obturation (9) se déplaçant vers une position de fin de course, en butée sur un siège (6), l’un quelconque ou une pluralité d’éléments formant ladite chaîne cinématique est en matière plastique déformable élastiquement en compression ou en flexion, la course de ladite chaîne cinématique est supérieure à la course dudit organe d’obturation (9) de manière à ce que l’organe d’obturation (9) applique un effort sur ledit siège (6) en ladite position de fin de course, même en l’absence d’alimentation du moteur électrique (1), ledit actionneur étant piloté suivant un succession d’impulsions électriques caractérisé en ce que

-une première succession d’impulsions électriques suivant un niveau moyen de courant électrique amène l’organe d’obturation (9) d’une position dite « ouverte » à une position dite « fermée » dans laquelle l’organe d’obturation (9) est en butée sur le siège (6) en fin de course, -une deuxième succession d’impulsions électriques suivant un niveau haut, supérieur au niveau moyen de la première succession d’impulsions électriques, déforme élastiquement le bras de liaison (12), l’organe d’obturation (9) appliquant un effort sur le siège (6) de butée,

-une troisième succession d’impulsions électriques suivant un niveau bas, inférieur au niveau moyen de la première succession d’impulsions électriques, maintient la position de l’organe d’obturation (9) sur son siège (6).

14- Procédé de pilotage d’un actionneur électrique selon la revendication 13 caractérisé en ce que le niveau bas est une valeur nulle.

15- Procédé de pilotage d’un actionneur électrique selon la revendication 13 caractérisé en ce que le niveau bas est une valeur inférieure à 100 mA.

Description:
ACTIONNEUR ELECTRIQUE COMPACT LINEAIRE ET A CHAINE

CINEMATIQUE ELASTIQUE

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

[0001] La présente invention concerne le domaine des actionneurs linéaires destinés à entraîner un organe mobile tel que, par exemple, l’obturateur d’une vanne EGR et plus généralement un organe devant rester en une position contre une charge, en consommant une énergie électrique minimale voire nulle.

[0002] En particulier, pour les actionneurs destinés à commander l’obturateur d’une vanne du circuit de recirculation de gaz d’échappement, appelée en anglais EGR cooler bypass valve, la commande est assurée par une tige de transmission transmettant un effort depuis un motoréducteur vers un organe à commander.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

[0003] Les vannes implantées depuis de nombreuses années sur les moteurs possédant une recirculation des gaz d’échappement sont généralement commandées au moyen d’un vérin pneumatique. Ce dispositif d’actionnement possède un avantage de compacité, de masse avec un niveau de force élevé, mais il requiert un circuit pneumatique coûteux ainsi qu’une pompe à vide fonctionnant en permanence. Lors de la commande pneumatique, le maintien de la position fermée de l’obturateur est réalisé sans difficulté étant donné le vide permanent crée par la pompe à vide. Cette pompe à vide sera très probablement supprimée sur les futures plates-formes automobiles et il devient donc important de trouver une alternative à ce vérin pneumatique, basée sur un actionnement purement électrique.

[0004] Il existe de nombreux actionneurs électriques aptes à commander des vannes de régulation de fluides et résistant aux ambiances sévères de la ligne d’échappement et notamment les températures élevées.

[0005] Par exemple, on connaît le document WO2014/173667 qui présente un actionneur électrique destiné à déplacer linéairement un organe au moyen d’une vis mobile de manière hélicoïdale à l’aide d’un motoréducteur. La solution technique présentée est intéressante et pertinente mais le document ne précise pas comment est lié l’organe à l’application ou au volet à déplacer. Il ne donne aucune incitation pour permettre de limiter la consommation électrique de l’actionneur lorsque l’obturateur à commander est en position fermée.

[0006] On connaît aussi le document WO2017/068285 qui présente un autre type de solution d’actionnement linéaire, ici sous la forme d’un actionneur à entrainement direct, sans transformation de mouvement, qui présente notamment une ou deux positions stables de fin de course. [0007] Il existe par ailleurs une multitude de solutions similaires d’actionnement linéaires permettant de réaliser des positions stables basées sur des principes électromécaniques, par exemple piézoélectriques et qui ne sont pas détaillés ici.

[0008]Aucune des solutions d’actionnement de l’art antérieur ne permet de remplacer la solution pneumatique actuelle en conservant ses avantages de compacité, de masse réduite, et présentant une force au blocage élevée avec une aptitude à encaisser les pulsations des gaz importantes. Ces pulsations sont en effet issues des cylindres très proches de ladite vanne sous des températures élevées, pouvant atteindre 140°, et sont transmises par la tige de commande de l’obturateur de la vanne. [0009] Par ailleurs, aucune des solutions de l’art antérieur ne prévoit de réaliser ces fonctions de blocage sans induire de consommation électrique importante. La solution présentée dans le document WO2017/068285 est intéressante dans ce but, mais elles sont peu contrôlables du fait des lois de force hautement non linéaires et elles présentent une densité massique de force relativement faible. De plus, il est difficile de permettre la fermeture étanche d’un obturateur car celle-ci se fait obligatoirement par le biais d’un entrefer magnétique résiduel dans l’actionneur. En effet, dans ce cas d’utilisation, il faut alors sur-dimensionner l’effort magnétique de manière à pallier aux tolérances de positionnement de l’actionneur relativement à la position de l’obturateur. Il en résulte des actionneurs volumineux et peu efficaces.

[0010] Les solutions de l’art antérieur ne répondent donc globalement pas à l’ensemble des fonctionnalités qui sont d’obtenir une densité massique de force élevée, une étanchéité de l’obturateur et une consommation électrique nulle ou faible en regard de la consommation nécessaire pour déplacer l’obturateur.

[0011] La problématique technique liée à cette application de vanne motorisée pour échangeur thermique de recirculation de gaz d’échappement - problématique qui n’est cependant pas exclusive à cette application - réside dans la combinaison de plusieurs caractéristiques techniques, qui sont réunies avec la solution d’actionneur pneumatique, mais qui ne sont pas satisfaites avec les solutions d’actionneurs électriques de l’état de l’art.

[0012] En effet, l’actionneur d’échangeur de recirculation de gaz doit cumuler l’ensemble des caractéristiques suivantes : - Sa masse doit être réduite au possible pour ne pas provoquer des dégâts sur l’échangeur sur lequel il est fixé et résister lui-même aux fortes vibrations du moteur.

Ses dimensions externes doivent être également réduites car il doit pouvoir remplacer l’actuel actionneur pneumatique, et ce dans toutes les différentes configurations d’implantation de moteur, y compris celles qui proposent des espaces disponibles réduits. Idéalement, l’actionneur électrique doit conserver les dimensions externes de l’actionneur pneumatique utilisé aujourd’hui, qui est particulièrement compact. Cette caractéristique de compacité est la condition pour garantir son utilisation sans risque de devoir modifier les pièces métalliques complexes et coûteuses qui constituent le corps de l’échangeur thermique sur lequel est fixé le dit actionneur.

Sa consommation de courant doit être faible voire nulle, tout au moins sur les positions stables de la vanne, qui correspondent aux positions, soit complètement ouverte, soit complètement fermée. Ce qui signifie, que l’actionneur doit avoir une grande raideur pour tenir la vanne fermée contre les pulsations de pression, sans nécessiter un courant élevé.

Sa densité de force doit être élevée pour permettre, dans un encombrement réduit et avec un courant faible, d’offrir des performances de force de haut niveau.

La cinématique de transmission de l’actionneur de vanne doit être irréversible pour filtrer les pulsations de gaz qui naissent sur le clapet d’obturation de la vanne et se propagent par les leviers de transmission. Cette irréversibilité permet de protéger le rotor d’entrainement de ces sollicitations répétées, afin de garantir la durée de vie de l’actionneur électrique.

Une modularité de design pour permettre d’ajouter facilement un capteur de position, ou un soufflet d’étanchéité sans changement de forme du produit pour s’adapter au niveau d’exigence propre à chaque constructeur.

[0013] L’état de la technique fait donc apparaitre le besoin pour des actionneurs électriques basés sur des motoréducteurs avec des facteurs de réduction de mouvement importants, permettant d’offrir les qualités de densité de force et irréversibilité attendues.

EXPOSE DE L’INVENTION

[0014] La solution selon l’invention propose, en comparaison des solutions de l’état de l’art, les avantages techniques suivants :

La structure du moteur électrique d’entrainement est de forme plate et la hauteur du paquet de tôles qui forme son stator est très réduite, de l’ordre de 5 mm, conduisant à un volume et une masse minimale.

Cette structure magnétique plate permet de placer une électronique de pilotage pour former un ensemble compact et apte à recevoir un capteur de position.

Le rotor entraine un réducteur de mouvement à vis sans fin, dont le rapport de réduction est important dans un encombrement très réduit. Les pièces sont en matière plastique et présentent une masse très réduite et des propriétés élastiques. - Le rotor est prolongé par un pignon formant une vis sans fin engrenant directement une tige filetée. On entendra au sens du présente par « engrenant directement « un engrenage par le contact mécanique direct sans intermédiaire entre la vis sans fin et la tige filetée.

Alternativement, la transformation de mouvement utilise un espace parallèle à celui de la structure particulière du moteur de façon à optimiser la compacité globale de l’actionneur électrique.

Le pas de l’hélice des portions filetées de la vis sans fin est choisi faible, de façon à garantir l’irréversibilité de la transformation de mouvement et à filtrer les pulsations des gaz pour protéger le réducteur à engrenage plastique ainsi que les guidages du rotor, eux aussi réalisés en matière plastique.

Dans un mode secondaire de réalisation, la structure magnétique du moteur polyphasé permet de déporter toutes les bobines du même côté de l’axe du rotor et décentrer ce dernier par rapport au centre géométrique de l’enveloppe du boîtier d’actionneur. De cette façon, l’association avec un réducteur par vis sans fin, qui présente un décalage d’axe, permet de recentrer l’arbre fileté dans le boîtier de l’actionneur et optimiser les dimensions externes de ce dernier.

Dans un mode secondaire de réalisation, l’organe de commande de l’actionneur linéaire, mobile en translation dans la liaison glissière qui le lie au boîtier, est composé d’un écrou qui collabore avec l’arbre fileté et d’un embout sphérique qui permet une connexion mécanique avec un levier primaire de transmission. Ce levier primaire de transmission doit pivoter au cours du mouvement pour autoriser la rotation du levier secondaire lié au clapet d’obturation de la vanne. La liaison sphérique de l’organe de sortie de l’actionneur linéaire avec le levier primaire est particulièrement adaptée pour transmettre le mouvement en réduisant au maximum les contraintes et frictions parasites.

[0015] Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un actionneur électrique comprenant un boîtier présentant un fond sur lequel est fixé un moteur électrique présentant un stator à dents droites s’étendant radialement et portant une pluralité de bobines et un rotor formé d’une pluralité d’aimants, lesdites bobines s’étendant dans un plan parallèle au fond dudit boîtier, ledit rotor étant prolongé par un pignon formant une vis sans fin d’axe perpendiculaire à l’orientation desdites bobines, ladite vis sans fin engrenant directement une tige filetée s’étendant parallèlement au fond dudit boîtier caractérisé en ce que la dite tige filetée est guidée à l’arrière par un palier lisse fixe ou par un écrou fixe, en ce que ledit palier lisse ou écrou est solidaire d’un couvercle de boîtier, en ce que l’extrémité axiale de ladite vis sans fin est guidée par ledit couvercle, et en ce qu’un circuit imprimé auquel est raccordé la pluralité de bobines est positionné entre ledit stator et ladite tige filetée.

[0016] Préférentiellement, l’invention concerne aussi un actionneur électrique comprenant une chaîne cinématique formée au moins des éléments suivants : un moteur électrique entraînant un rotor portant une vis, une tige filetée, un organe de commande et un bras de liaison, ladite tige filetée étant déplacée dans un mouvement rotatif au moyen de ladite vis selon une transformation de type vis sans fin, ladite transformation étant irréversible, ladite tige filetée entraînant ledit organe de commande dans un mouvement linéaire selon une transformation d’un mouvement rotatif vers linéaire, ledit organe de commande entraînant un bras de liaison, ledit bras de liaison entraînant en une extrémité un organe d’obturation, ledit organe d’obturation se déplaçant vers une position de fin de course, en butée sur un siège, caractérisé en ce que l’un quelconque ou une pluralité d’éléments formant ladite chaîne cinématique est en matière plastique déformable élastiquement en compression ou en flexion, la course de ladite chaîne cinématique est supérieure à la course dudit organe d’obturation de manière à ce que l’organe d’obturation applique un effort sur son siège en ladite position de fin de course, même en l’absence d’alimentation du moteur électrique.

[0017] De manière préférentielle mais non limitative ledit bras de liaison ou ledit organe de commande est sous forme d’une rotule afin de présenter au moins un degré de liberté, respectivement, par rapport à l’organe de commande ou au bras de liaison. [0018] Dans un mode de réalisation préféré, ladite tige filetée coopère d’une part avec un écrou fixe et d’autre part avec un écrou mobile formant l’organe de commande et en ce que ladite tige filetée est déplacée dans un mouvement hélicoïdal. Ledit écrou fixe peut être soudé au couvercle de l’actionneur.

[0019] Dans un mode de réalisation alternatif, l’organe de commande est solidaire d’un aimant permanent s’étendant parallèlement à ladite tige filetée et une sonde magnétosensible, fixe par rapport audit aimant permanent, est positionnée sur un circuit imprimé dans ledit actionneur afin de déterminer la position linéaire dudit organe de commande. L’aimant permanent peut être encapsulé dans une matière plastique et est guidé en translation par un palier fixe. Ledit palier peut être rendu solidaire dudit écrou fixe.

[0020] Dans un mode de réalisation préféré, l’écrou mobile est guidé par le boîtier de l’actionneur.

[0021] L’invention concerne aussi un procédé de pilotage d’un actionneur électrique comprenant une chaîne cinématique formée au moins des éléments suivants : un moteur électrique entraînant un rotor portant une vis, une tige filetée, un organe de commande et un bras de liaison, ladite tige filetée étant déplacée dans un mouvement rotatif au moyen de ladite vis selon une transformation de type vis sans fin, ladite transformation étant irréversible, ladite tige filetée entraînant ledit organe de commande dans un mouvement linéaire selon une transformation d’un mouvement rotatif vers linéaire, ledit organe de commande entraînant un bras de liaison, ledit bras de liaison entraînant en une extrémité un organe d’obturation, ledit organe d’obturation se déplaçant vers une position de fin de course, en butée sur un siège, l’un quelconque ou une pluralité d’éléments formant ladite chaîne cinématique est en matière plastique déformable élastiquement en compression ou en flexion, la course de ladite chaîne cinématique est supérieure à la course dudit organe d’obturation de manière à ce que l’organe d’obturation applique un effort sur ledit siège en ladite position de fin de course, même en l’absence d’alimentation du moteur électrique, ledit actionneur étant piloté suivant un succession d’impulsions électriques caractérisé en ce que

- une première succession d’impulsions électriques suivant un niveau moyen de 20 courant électrique amène l’organe d’obturation d’une position dite « ouverte » à une position dite « fermée » dans laquelle l’organe d’obturation est en butée sur le siège en fin de course,

- une deuxième succession d’impulsions électriques suivant un niveau haut, supérieur au niveau moyen de la première succession d’impulsions électriques, déforme élastiquement le bras de liaison, l’organe d’obturation appliquant un effort sur le siège de butée,

- une troisième succession d’impulsions électriques suivant un niveau bas, inférieur au niveau moyen de la première succession d’impulsions électriques, maintient la position de l’organe d’obturation sur son siège.

[0022] L’invention concerne aussi un procédé de pilotage d’un actionneur électrique comprenant une chaîne cinématique formée au moins des éléments suivants : un rotor portant un pignon, une tige filetée, un organe de commande et un bras de liaison, ladite tige filetée étant déplacée dans un mouvement rotatif au moyen dudit pignon entraîné par un moteur électrique selon une transformation de type vis sans fin, ladite transformation étant irréversible, ladite tige filetée entraînant ledit organe de commande dans un mouvement linéaire selon une transformation d’un mouvement rotatif vers linéaire, ledit organe de commande entraînant un bras de liaison, ledit bras de liaison entraînant en une extrémité un organe d’obturation, ledit organe d’obturation se déplaçant vers une position de fin de course, en butée sur un siège, l’un quelconque ou une pluralité d’éléments formant ladite chaîne cinématique étant déformable élastiquement en compression ou en flexion dans la direction de déplacement dudit bras de liaison, la course de ladite chaîne cinématique étant supérieure à la course de ladite extrémité du bras de liaison, ledit actionneur étant piloté suivant un succession d’impulsions électriques caractérisé en ce que -une première succession d’impulsions électriques suivant un niveau moyen de courant électrique amène l’organe d’obturation d’une position dite « ouverte » à une position dite « fermée » dans laquelle l’organe d’obturation est en butée en fin de course,

-une deuxième succession d’impulsions électriques suivant un niveau haut, supérieur au niveau moyen de la première succession d’impulsions électriques, déforme élastiquement le bras de liaison, l’organe d’obturation appliquant un effort sur le siège de butée,

-une troisième succession d’impulsions électriques suivant un niveau bas, inférieur au niveau moyen de la première succession d’impulsions électriques, maintient la position de l’organe d’obturation sur son siège.

[0023] Préférentiellement, le niveau bas de courant est une valeur nulle, mais il peut être non nul et inférieur à une valeur typique de 100 mA.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0024] La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d’un exemple non limitatif de réalisation illustré par les dessins annexés où :

-la figure 1 représente un schéma cinématique de l’invention,

-la figure 2 représente une vue en perspective d’une vanne de court-circuit pour refroidissement EGR mettant en œuvre un actionneur selon l’invention,

-les figures 3a et 3b représentent respectivement, une vue en perspective d’un actionneur selon l’invention et d’un organe de commande selon un mode de réalisation,

-la figure 4 représente une vue en perspective d’un mode de réalisation de la chaîne cinématique d’un actionneur selon l’invention,

-la figure 5 représente en perspective d’un actionneur sans couvercle selon un mode de réalisation,

-la figure 6 représente une autre vue en perspective d’un mode de réalisation de la chaîne cinématique d’un actionneur selon l’invention,

-la figure 7 représente un autre mode de réalisation d’un actionneur selon l’invention, -la figure 8 représente une alternative de réalisation d’un actionneur selon l’invention,

Les figures 9, 10 et 11 présentent une autre alternative de réalisation d’un actionneur selon l’invention.

DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION

[0025] La solution selon l’invention sera décrite dans ce qui suit dans une réalisation concernant, à titre d’exemple, une vanne motorisée pour échangeur de recirculation de gaz d’échappement, comportant un dispositif de commande électronique associé à un actionneur linéaire (20). Ce dernier est composé d’un moteur électrique (1 ) possédant un stator de préférence de forme plate et un rotor entraînant une vis sans fin (2), une tige filetée (10) portant une roue dentée (26) engrènée sur la vis sans fin (2) et prolongée de deux portions filetées (3, 4), un écrou fixe (30), un écrou mobile (31 ) prolongé par un organe de commande (32), un bras de liaison (12) en liaison rotule avec l’organe de commande (32) et un levier de transmission secondaire (13) entraînant solidairement en rotation l’organe d’obturation (9) d’une vanne (42). La tige filetée (10) du dispositif de transformation de mouvement est guidée uniquement par deux liaisons de type hélicoïdale de sens d’hélice opposés et utilisant des écrous (30, 31 ) en matière plastique. Cette réalisation du mouvement de transformation est telle que présentée plus en détail dans la demande WO2014173667 et n’est pas exclusive car il peut être envisagé de réaliser la tige filetée (10) sous la forme d’une simple vis associée à la vis sans fin (2) de manière à obtenir uniquement un mouvement de rotation de la tige filetée (10), comme illustré en figure 7. La figure 2 présente un mode de réalisation réaliste de la vanne motorisée selon l’invention où l’on remarque aussi le siège (6) de la vanne sur lequel l’organe d’obturation vient en butée à la fin de sa course.

[0026] La figure 3a montre l’actionneur (20) dans un mode préféré de réalisation. L’organe de commande (32) est sous la forme d’une rotule dont on apprécie le détail en figure 3b. La rotule a notamment une forme hémisphérique pour faciliter son montage mais il ne s’agit que d’un exemple de réalisation. Cette rotule permet avantageusement de conférer un degré de liberté en rotation à l’accouplement de l’actionneur (20) au bras de liaison (12) qui peut donc accepter un désalignement de l’organe de commande (32) par rapport au bras de liaison (12). Le facteur de forme de l’actionneur (20) est ici mis en valeur, à travers la faible hauteur, transversalement par rapport au déplacement linéaire de l’organe de commande (32), conférant la forme d’une cassette plate à cet actionneur (20). Un autre intérêt de cette réalisation est aussi la possibilité de centrer la sortie de mouvement par rapport aux éléments de fixation (11 ) du boîtier (35), en formant un nez (35a) à égale distance des deux éléments de fixation (11 ).

[0027] La figure 4 montre le moteur électrique (1 ) de l’actionneur (20) et qui est de forme plate. Il comprend trois phases électriques au stator (22) sous la forme de trois bobinages (23), et un rotor (24) qui comporte un aimant à cinq paires de pôles (25), surmoulé par un moyeu plastique, comportant une portion de vis sans fin (2). Cette vis sans fin (2) entraîne en rotation une roue dentée (26) solidaire d’une tige filetée (10) possédant de part et d’autre de la denture deux portions filetées (3, 4), l’une possédant un pas à droite et l’autre possédant un pas à gauche. Lors de la rotation du rotor (24), cette tige filetée (10) se visse dans un écrou fixe (30), en matière plastique et fixé, ici en étant soudé, au couvercle (5) de l’actionneur (20) à travers celui-ci, qui le force à suivre un mouvement hélicoïdal. Cette tige filetée (10) entraîne, au moyen de la seconde liaison hélicoïdale avec l’écrou mobile (31 ) de sens opposé, un organe de commande (32) en liaison glissière avec le boîtier d’actionneur (35), selon un mouvement de translation pure. Cette transformation de mouvement est particulièrement adaptée à l’application car des pulsations de gaz agissent sur l’organe d’obturation (9) puis les différents leviers de transmission, et génèrent des micro-déplacements axiaux de l’arbre fileté. Ces micro-déplacements sont supportés par les deux écrous (30) et (31), qui portent la tige filetée (10) et dont la longueur de filet ainsi que sa matière, avantageusement en plastique, permettent d’amortir les vibrations et d’assurer une bonne tenue à l’endurance, de la même façon que la membrane élastique du vérin pneumatique de la solution actuelle. En effet les différents éléments de la chaîne cinématique ainsi créée sont déformables et permettent d’amortir les charges s’y appliquant. De plus, la liaison de type vis sans fin qui est placée entre cette tige filetée (10) et le rotor (24) du moteur (1), protège ces microdéplacements axiaux d’une usure prématurée. Cette solution est un avantage déterminant par rapport aux solutions de l’état de l’art dont la cinématique inclut le plus souvent un roulement à billes qui supporte moins facilement ce type de contraintes alternées (pulsations) sur des positions fixes, puisque présentes uniquement sur les positions extrême de la course de la vanne. L’avantage qui découle de la déformation de la chaîne cinématique est la possibilité de réaliser une course plus importante de cette dernière relativement à la course de l’organe d’obturation, afin de mettre sous tension mécanique ce dernier sur le siège (6) de la vanne. Par l’arrêt du moteur et le caractère irréversible de la transformation de mouvement, le maintien en position fermée de l’organe d’obturation sera possible en appliquant une contrainte qui empêchera l’ouverture de l’organe d’obturation sous les fluctuations de charge, et ce même lorsque le moteur n’est plus alimenté.

[0028] Le bras de liaison (12), en liaison rotule avec l’organe de commande (32), entraîne à son tour un levier secondaire (13), ce dernier étant lié à l’organe d’obturation (9) de la vanne d’échangeur de recirculation de gaz. Cette transmission par leviers permet d’une part de créer le mouvement rotatif de l’organe d’obturation (9) de la vanne (42), et d’autre part de découpler thermiquement ce clapet, possédant une température de plusieurs centaines de degrés, à l’actionneur électrique (20) possédant des éléments de guidages (30, 31) et une électronique de pilotage (36) placée sur le circuit imprimé (37), sensibles aux hautes températures.

[0029] De manière privilégiée mais non limitative, le stator (22) présente trois bobines (23) étendues radialement du même côté, de façon à excentrer le rotor (24) du contour externe du stator et permettre l’utilisation d’un réducteur à vis sans fin dont la roue de sortie (26) reste centrée sur le contour du stator et donc sur le contour du boîtier de l'actionneur (20).

[0030] L’ensemble du mécanisme de transformation de mouvement rotatif en mouvement linéaire est construit pour se placer parallèlement au moteur utilisé et occuper un espace de longueur similaire. L’actionneur comprend aussi préférentiellement un joint (34) d’étanchéité solidaire du boîtier (35) dans lequel coulisse l’écrou mobile (31 ). Par ailleurs, l’étanchéité du boîtier (35) est complétée par le soudage par laser, à travers le couvercle (5), fermant ainsi l’actionneur sur son dessus. Le connecteur (14) présente aussi un joint (non visible) pour finaliser l’étanchéité.

[0031] Le circuit électronique (36) de commande est intégré parallèlement au moteur (1 ) et permet, à partir d’un signal de commande, d’effectuer un déplacement pour atteindre la position souhaitée de l’organe d’obturation (9) de la vanne de recirculation de gaz.

[0032] Des éléments magnétosensibles digitaux (non visibles), positionnés sur le circuit électronique de commande (36), permettent de connaître en permanence la position exacte du rotor (24). Un microprocesseur (38) est prévu apte à piloter les bobines du stator en fonction de cette position du rotor de façon à conserver un couple d’entrainement optimal.

[0033]Ce pilotage en mode « auto commuté » permet de corriger la vitesse et le niveau de courant en fonction de la charge appliquée sur l’organe de commande pour ne jamais perdre le synchronisme entre le rotor et le champ statorique. Ce mode de pilotage confère une sécurité de commande supplémentaire en comparaison d’un pilotage de type pas à pas, correspondant à un pilotage en boucle ouverte, sans contrôle de position du rotor et donc sans sécurité de perte de pas. Le circuit électronique (36) du moteur peut également recevoir un second type de sonde magnétosensible (39), visible en figure 6, permettant de lire la position linéaire d’un aimant permanent (40) lié à l’écrou mobile (31 ). Ce capteur de position donne la position de l’organe d’obturation (9). Il permet aussi de gérer le déplacement de l’organe d’obturation (9) en autorisant une course plus importante au niveau de la chaîne cinématique décrite pour mettre sous tension mécanique l’organe d’obturation (9). L’aimant (40) est avantageusement encapsulé en une matière plastique qui forme alors, avec le palier fixe (33), un guidage qui favorise aussi le guidage de l’écrou mobile (31 ) et donc de la tige filetée (10).

[0034] Le circuit électronique (36) du moteur est prévu apte à recevoir indifféremment des signaux de commande de type analogique, PWM ou encore des messages selon un protocole LIN. Selon le cas on peut utiliser le protocole de communication LIN ou PWM pour retourner au calculateur du véhicule, des informations liées au capteur de position, ou bien utiliser une broche de connexion supplémentaire séparée dans le connecteur (41) pour délivrer ce signal de position.

[0035] La figure 7 présente un autre mode de réalisation d’un actionneur selon l’invention. Dans ce cas d’exemple, le stator (22) du moteur électrique (1 ) est ici un moteur plat triphasé présentant six bobines disposées à 60 degrés les unes des autres et portées par des dents de stator, s’étendant radialement sans tête de pôle, de même manière au moteur décrit en figure 4. Ce mode illustre aussi la possibilité d’utiliser une tige filetée (10) différente de celle utilisée dans les modes précédents. En effet, cette tige filetée (10) reste entraînée au niveau d’une roue dentée (26) par une vis sans fin (2), mais présente, sur partie arrière, une simple tige lisse (8) guidée par un palier lisse (30a), ladite tige filetée (10) n’ayant dans ce mode de réalisation qu’un degré de rotation autour de l’axe de la dite tige (10). Sur sa partie avant, de même qu’aux modes de réalisation précédents, la tige filetée est prolongée par une portion filetée (4) qui coopère avec un écrou mobile (31 ) qui fait avancer l’organe de commande (32). Ledit organe de commande (32) présente ici une ouverture (7) facilitant l’insertion du bras de liaison (22), non montré ici. Il est précisé que les choix technologiques pris pour la réalisation du moteur (1 ), de la transformation de mouvement vis sans fin (2, 10) et de l’organe de commande (32) ne sont pas limitatifs et peuvent, de plus, être pris indifféremment de l’une ou l’autre des figures 4 ou 7.

[0036] La figure 8 présente une alternative de réalisation compacte où l’écrou (30) est solidaire du fond (15) du boîtier (35) sans liaison avec le couvercle (5). Dans cet exemple non préféré, la résistance aux vibrations de l’écrou (30) sera cependant moindre que le cas préféré où l’écrou est solidaire du boîtier (35) et du couvercle (5) comme montré en figure 5. Le stator (22) du moteur électrique (1 ) est surmoulé dans le fond (15) du boîtier (35) afin d’améliorer la tenue mécanique et la dissipation de l’énergie thermique émise par ce dernier. L’étanchéité du moteur est ici assurée par un soufflet (43) qui est d’une part attaché de manière étanche à l’extrémité libre, attaché à l’organe mobile (32), de l’écrou mobile (31) et d’autre part au boîtier (35).

[0037] Les figures 9, 10 et 11 présentent un mode de réalisation alternatif d’un actionneur selon l’invention qui présente une sortie de mouvement rotatif par le biais d’une roue de sortie (44). Ce mode de réalisation se différentie notamment du premier mode montré précédemment en ce que la tige filetée (10) entraîne la roue de sortie (44), l’ensemble formé par la roue de sortie (44) et la tige filetée (10) formant une transformation de mouvement de type vis sans fin. De cette façon, l’axe de rotation de ladite roue de sortie (44) est perpendiculaire à ladite tige filetée (10) et, préférentiellement mais non limitativement, l’axe de rotation de la vis (2) lié au rotor (24) et l’axe de rotation de la roue de sortie (44) sont parallèles.

[0038] Dans ce mode de réalisation, le boîtier (35), préférentiellement réalisé en matière plastique injecté, présente deux logements alésés (45, 46) situés de part et d’autre de la tige filetée (35) réalisant deux paliers lisses recevant deux arbres (47, 48) guidant la tige filetée en rotation. Ces arbres (47, 48) sont aussi placés à l’intérieur de la tige filetée (10) dans des logements borgnes formant des paliers.