La présente invention concerne un dispositif de manoeuvre bistable, en
translation, d'un arbre mobile entre une première et une deuxième positions
stables.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la
réalisation d'un coupe-circuit de batterie d'accumulateurs d'une installation
électrique embarquée sur un véhicule.
D'autres applications avantageuses de l'invention sont notamment la
réalisation de dispositifs de manoeuvre d'électrovannes ou de dispositifs de
commande électromécanique, électro-hydraulique ou en encore
électro-pneumatique.
Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de manoeuvre
bistable comprenant des moyens pour déplacer en translation un noyau mobile,
enfilé sur l'arbre, ledit noyau comportant deux fûts de diamètres différents, à
savoir un premier fût de grand diamètre apte à prendre appui sur une butée
solidaire de l'arbre pour entraíner ledit arbre en translation et un deuxième fût de
petit diamètre comprenant des moyens de positionnement de l'arbre dans une
des deux positions stables.
On connaít déjà du document WO 02/065497 un dispositif de manoeuvre
bistable tel que précité dans lequel il est prévu, en tant que moyens de
positionnement de l'arbre dans ses deux positions stables, une piste ménagée
en creux dans le fût de petit diamètre du noyau et au moins un pion de guidage
solidaire d'un palier, apte à coopérer avec cette piste. Cette piste comprend
plusieurs modules identiques, chaque module de piste présentant deux positions
stables et deux positions intermédiaires de réception du pion correspondant,
disposées entre les deux positions stables, ainsi que des rampes de passage
d'une position à la position suivante.
Par rapport à l'état de la technique précité, la présente invention propose
un nouveau dispositif de manoeuvre bistable, en translation, d'un arbre mobile,
qui est simplifié et qui permet d'obtenir un ensemble compact, avec une faible
inertie, un temps de réponse très court. un nombre réduit de pièces, notamment
de pièces en mouvement, tout en augmentant la fiabilité du dispositif de
manoeuvre, notamment par le positionnement précis de l'arbre dans ses deux
positions stables, et en diminuant la consommation d'énergie nécessaire au
déplacement de l'arbre.
Plus particulièrement, l'invention propose un dispositif de manoeuvre
bistable tel que défini en introduction, caractérisé en ce que ledit noyau
comporte un décrochement formé à la jonction entre le premier et le deuxième
fûts, apte à prendre appui contre une partie fixe du dispositif de manoeuvre pour
positionner l'arbre dans l'autre des positions stables.
Ainsi, dans le dispositif de manoeuvre bistable selon l'invention, on utilise
avantageusement le décrochement situé à la jonction entre le premier et le
deuxième fûts du noyau pour former une butée apte à prendre appui sur une
partie fixe du dispositif de manoeuvre pour positionner l'arbre dans une de ses
positions stables, l'autre position stable de l'arbre étant donnée par des moyens
de positionnement solidaires du fût de petit diamètre du noyau.
D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du dispositif de
manoeuvre bistable selon l'invention sont les suivantes :
- il comprend des moyens de guidage en rotation dudit noyau autour
de l'arbre ;
- les moyens de guidage en rotation comprennent une piste ménagée
en creux dans le noyau et au moins un pion solidaire de ladite partie
fixe et destiné à coopérer avec ladite piste ;
- ladite piste comprend trois modules identiques juxtaposés couvrant
chacun un secteur angulaire de 120° et il est prévu trois pions
disposés à 120° sur ladite partie fixe ;
- la piste comprend, par module, une position stable et deux positions
intermédiaires de réception du pion correspondant, disposées de part
et d'autre de la position stable, ainsi que des rampes de passage
d'une position à la position suivante ;
- la piste et chaque pion forment lesdits moyens de positionnement de
l'arbre dans la deuxième position stable.
- ladite partie fixe comprend un palier dans lequel est engagé le
deuxième fût du noyau ;
- le dispositif de manoeuvre bistable comprend un ressort de rappel
interposé entre ledit noyau et une autre partie fixe dudit dispositif de
manoeuvre;
- les moyens pour déplacer en translation ledit noyau comprennent
une bobine destinée à être alimentée en courant électrique pour
générer un champ magnétique engendrant l'effort de traction dudit
noyau ;
- le noyau est disposé dans le corps de la bobine où il est mobile en
translation ;
- le dispositif de manoeuvre bistable comprend une carcasse
renfermant ladite bobine et dont est solidaire chaque partie fixe dudit
dispositif de manoeuvre ;
- le décrochement du noyau est destiné à positionner l'arbre dans la
première position stable qui est une position en saillie, et lesdits
moyens de positionnement du deuxième fût du noyau sont aptes à
positionner l'arbre dans la deuxième position stable qui est une
position en retrait ;
- le noyau est monobloc ; et
- le dispositif de manoeuvre bistable fait partie d'un coupe-circuit de
batterie d'accumulateurs d'une installation électrique embarquée sur
un véhicule.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à
titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention
et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée d'un
dispositif de manoeuvre bistable selon l'invention ;
- les figures 2A à 2C sont des vues en coupe longitudinale du dispositif
de manoeuvre bistable selon l'invention dans trois positions différentes de l'arbre,
à savoir ses première et deuxième positions stables ainsi qu'une position
intermédiaire ;
- la figure 3A montre une vue schématique en perspective d'un
coupe-circuit intégrant le dispositif de manoeuvre bistable selon l'invention, avec
un arraché partiel au niveau de sa carcasse et de sa bobine d'alimentation ;
- les figure 3B et 3C montrent des vues de détail du noyau du dispositif
de manoeuvre bistable représenté sur la figure 3A positionné dans deux
positions de l'arbre, à savoir une position intermédiaire et la deuxième position
stable ; et
- la figure 4 montre une vue de détail d'un module de la piste de guidage
portée par le deuxième fût de petit diamètre du noyau du dispositif de manoeuvre
bistable selon l'invention.
Sur la figure 3A on a représenté un coupe-circuit 1 de batterie
d'accumulateurs d'une installation électrique à embarquer sur un véhicule. Ce
coupe-circuit 1 comprend un boítier 1A dans lequel sont disposés deux contacts
fixes 3 et un contact mobile 2 destiné à venir au contact des contacts fixes 3.
Chaque contact fixe 3 est raccordé par le biais d'une tige métallique 9 à une
borne 4 d'amenée de courant électrique. Un des contacts fixes 3 est raccordé à
la borne de pôle négative tandis que l'autre contact fixe 3 est raccordé à la borne
de pôle positive identifiée par une bague 4' de couleur. Le contact mobile 2 apte
à être déplacé en translation entre deux positions, à savoir une première position
dans laquelle le contact mobile 2 est en appui contre les contacts fixes 3 et une
deuxième position dans laquelle il est placé à distance des contacts fixes 3. Ce
contact mobile 2 est solidarisé par l'intermédiaire d'un écrou 7 d'un arbre 20
mobile entre une première et une deuxième positions stables correspondant aux
première et deuxième positions du contact mobile 2 explicitées ci-dessus.
Le boítier 1A du coupe-circuit 1 contient également, et c'est l'objet de la
présente invention, un dispositif de manoeuvre bistable 100 de l'arbre 20. Ce
dispositif de manoeuvre bistable 100 est apte à déplacer en translation l'arbre 20
entre ses première et deuxième positions stables.
Comme le montrent plus particulièrement les figures 1, 2A, 2B et 2C, ce
dispositif de manoeuvre bistable 100 comporte une carcasse 10 de forme
cylindrique de révolution et définissant intérieurement un logement 11 fermé à
l'avant par un flasque avant 90 et à l'arrière par un flasque arrière 40. L'arbre 20
est positionné à l'intérieur de la carcasse 10, centré selon son axe et fait saillie
au travers du flasque avant 90. L'arbre 20 est réalisé de préférence en matériau
amagnétique.
Comme le montre plus particulièrement la figure 1, le flasque avant 90
est un disque traversé en son centre par un alésage qui débouche, du côté de
sa face intérieure tournée vers la carcasse 10, sur un palier 91 cylindrique. Le
flasque avant 90 comporte de part et d'autre du palier 91 des trous 92 dans
lesquels s'engagent des organes de fixation 82, ici des vis, d'une bobine 80.
L'arbre 20 porte à proximité de son extrémité située du côté du flasque
arrière 40 un noyau 30 mobile. Ce noyau 30, ici monobloc et réalisé en matériau
magnétique, comporte deux fûts 31, 31 de diamètres différents, à savoir un
premier fût 31 de grand diamètre et un deuxième fût 32 de petit diamètre. Le
premier et le deuxième fûts 31, 32 du noyau 30 présentent une forme cylindrique
de révolution et sont percés d'un alésage axial dans lequel est engagé l'arbre 20.
À la jonction entre le premier et le deuxième fûts 31, 32, il est formé un
décrochement 33 annulaire. Le flasque arrière 40 présente également la forme
d'un disque percé en son centre d'un alésage qui débouche, du côté de sa face
intérieure tournée vers la carcasse 10, sur un palier 41 dont le diamètre intérieur
correspond au jeu près au diamètre extérieur du deuxième fût 32 de petit
diamètre du noyau 30. Le deuxième fût 32 de petit diamètre du noyau 30 est
engagé dans le palier 41 porté par le flasque arrière 40. À l'extrémité libre du
palier 41, il est prévu un joint annulaire 50. Les flasques avant et arrière 90, 40
sont fixés à la carcasse 10, par sertissage par exemple et sont donc des parties
fixes du dispositif de manoeuvre bistable 100. Du côté du flasque avant 90,
l'arbre 20 porte un ressort de rappel 70 enfilé sur l'arbre 20 et engagé au moins
partiellement dans le palier 91 du flasque avant 90. Le ressort de rappel 70 est
maintenu sur l'arbre 20 entre deux butées 71, 72 portées par des cylindres
enfilés sur l'arbre, un des cylindres portant la butée avant 71 étant engagé dans
l'alésage du flasque avant 90 et venant en butée contre le fond dudit palier 91.
Du côté de la butée arrière 72, il est prévu un clip 60 formant butée engagé dans
une rainure annulaire de l'arbre 20 pour être solidarisé à ce dernier.
Comme le montrent les figures 2A à 2C ainsi que la figure 3A, le premier
fût 31 de grand diamètre du noyau 30 prend appui sur le clip 60 formant butée.
Le ressort de rappel 70 est un ressort qui travaille en compression et, comme
cela sera décrit ultérieurement, il est capable de ramener l'arbre 20 depuis de sa
deuxième position stable vers sa première position stable. Le travail du ressort
de rappel 70 est aidé par un autre ressort de rappel 5 monté sur l'extrémité de
l'arbre 20 qui dépasse du dispositif de manoeuvre bistable 100. Cet autre ressort
de rappel 5 plus important est comprimé entre l'écrou 7 qui maintient le contact
mobile 2 et une rondelle 8 fixée sur l'arbre 20 au moyen d'un clip 6 engagé dans
une autre rainure annulaire de l'arbre 20.
En outre, il est prévu dans le dispositif de manoeuvre bistable 100 des
moyens de déplacement à translation du noyau 30 depuis le flasque arrière 40
vers le flasque avant 90. Ici, selon l'exemple représenté, les moyens de
déplacement à translation du noyau 30 comprennent une bobine 80 positionnée
dans le logement 11 intérieur de la carcasse 10 de sorte que son corps 80A
entoure le noyau 30, cette bobine 80 étant destinée à être alimentée par des
impulsions de courant électrique pour générer un champ magnétique engendrant
l'effort de traction du noyau 30 depuis le flasque arrière 40 vers le flasque avant
90.
Comme le montrent les figures, le corps 80A cylindrique de révolution de
la bobine 80 comporte un alésage intérieur 83 dont le diamètre est égal au jeu
près au diamètre externe du premier fût 31 de grand diamètre du noyau 30. Le
corps 80A de la bobine 80 porte, à chaque extrémité, des flasques 81, 84 venant
se positionner contre les faces internes des flasques arrière 40 et avant 90
fermant la carcasse 10. Le corps 80A de la bobine 80 porte extérieurement un
enroulement de fils conducteurs 80B pour former la bobine 80.
Par ailleurs, comme le montrent les figures 1, 2A à 2C et 3A à 3C, le
deuxième fût 32 de petit diamètre du noyau 30 comporte des moyens de
positionnement 34 de l'arbre 20 dans une de ses positions stables. Ici, ces
moyens de positionnement 34 portés par le deuxième fût 32 du noyau sont aptes
à positionner l'arbre 20 dans la deuxième position stable qui est une position en
retrait matérialisée sur les figures 2C et 3C. Cette deuxième position stable
correspond à !a mise en contact du contact mobile 2 avec les contacts fixes 3.
Ces moyens de positionnement comprennent une piste 34 ménagée en creux
sur le deuxième fût 32 de petit diamètre du noyau 30 et au moins un pion 42
solidaire du palier 41 et destiné à coopérer avec la piste 34. Cette piste 34
associée au pion 42 forme également des moyens de guidage en rotation du
noyau 30 autour de l'arbre 20. Ici, la piste 34 comprend trois modules identiques,
dont un est représenté en détail sur la figure 4, juxtaposés et couvrant chacun un
secteur angulaire de 120°. Il est prévu également sur le palier 41 trois pions 42
disposés à 120° l'un de l'autre.
Comme le montre plus particulièrement la figure 1, chaque pion 42 est
engagé dans un trou traversant la paroi cylindrique du palier 41 de telle sorte
qu'il forme une saillie à l'intérieur du palier 41 pour coopérer avec la piste 34 du
deuxième fût 32 du noyau 30 engagé dans ledit palier 41.
Comme le montre la figure 4, la piste 34 portée par le deuxième fût 32
du noyau 30 comprend, par module, une position stable P5 et deux positions
intermédiaires P3, P7 de réception du pion 42 correspondant, disposées de part
et d'autre de la position stable P5, ainsi que des rampes R1-R4 de passage d'une
position à la position suivante.
Avantageusement, et c'est plus particulièrement l'objet de la présente
invention, le décrochement 33 annulaire formé à la jonction entre le premier et le
deuxième fûts 31, 32 du noyau 30 est apte à prendre appui contre le bord
circulaire du palier 41, partie fixe du dispositif de manoeuvre bistable 100, pour
positionner l'arbre 20 dans l'autre des positions stables, ici dans sa première
position stable correspondant à la position dans laquelle le contact mobile 2 est
placé à distance des contacts fixes 3 de manière à être hors contact électrique.
En particulier, dans cette première position stable de l'arbre 20, le décrochement
33 du noyau 30 est positionné en appui contre le joint annulaire 50 porté par
l'extrémité du palier 41 et fait saillie vers l'extérieur du flasque arrière 40.
En référence aux figures 2A à 2C, 3A à 3C et 4, nous allons maintenant
décrire le fonctionnement du dispositif de manoeuvre bistable 100.
Sur les figures 2A et 3A, l'arbre 20 est positionné dans sa première
position stable qui est une position en saillie, c'est-à-dire une position dans
laquelle le deuxième fût 32 de petit diamètre du noyau 30 fait saillie du flasque
arrière 40 fermant le logement intérieur de la carcasse 10 du dispositif de
manoeuvre bistable 100. Dans cette position, le décrochement 33 formé à la
jonction des premier et deuxième fûts 31, 32 du noyau 30 est en appui contre
l'extrémité du palier 41 en comprimant le joint 50, et chaque pion 42 est
positionné dans chaque module de la piste 34 en position P1, P'1 à distance d du
fond de la piste 34. Cette distance d est préférentiellement de l'ordre du
millimètre.
Lorsque la bobine 80 est alimentée par une impulsion de courant
électrique, le noyau 30 est soumis à l'action d'une force de traction engendrée
par le champ magnétique généré par la bobine 80 qui tend à déplacer en
translation le noyau 30 de l'arrière vers l'avant, c'est-à-dire du flasque arrière 40
vers le flasque avant 90. La course du noyau est limitée par la mise en butée de
la face avant de son premier fût 31 contre l'extrémité du palier 91 porté par le
flasque avant 90 (voir figure 2B). Simultanément, le ressort de rappel 70
interposé entre ledit noyau 30 et le flasque avant 90 se comprime et vient se
loger complètement dans le palier 91 porté par ce flasque avant 90 (voir figure
2B). Le noyau 30, et plus particulièrement le premier fût 31 de grand diamètre,
prend appui sur la butée 60 solidaire de l'arbre 20 pour entraíner en translation
l'arbre 20 de l'amplitude du déplacement en translation du noyau 30 de telle
sorte que le contact mobile 2 se déplace en direction des contacts fixes 3.
Simultanément, le ressort de rappel 5 se comprime également.
Lors de ce mouvement en translation du noyau 30, chaque pion 42
coopère avec le module correspondant de la piste 34 pour prendre la position
intermédiaire P2 venant en appui contre la rampe R1 du module correspondant
de sorte que chaque rampe R1 guide chaque pion 42 vers la position
intermédiaire P3. Le mouvement de chacun des pions 42 dans chaque module
de la piste 34 provoque la rotation d'un angle de 30° du noyau 30 de façon
concomitante à son mouvement de translation.
Lorsque le noyau 30 atteint la position représentée sur la figure 2B en
appui contre le palier 91 porté par le flasque avant 90 du dispositif de
manoeuvre, chaque pion 42 a atteint la position intermédiaire P3 dans le module
correspondant de la piste 34.
L'impulsion électrique ayant cessé, l'alimentation de la bobine 80 étant
coupée, le noyau 30 se trouve alors soumis à la force de rappel du ressort de
rappel 70 aidé par le ressort de rappel 5 qui tend à ramener le noyau 30 vers sa
position initiale, c'est-à-dire en saillie du flasque arrière 40.
Lors de ce déplacement en translation du noyau, chaque pion 42
navigue dans chaque module de la piste 34 de manière à prendre
successivement les positions P4 et P5. La position P4 de chaque pion 42
correspond à une mise en appui contre une rampe R2 de chaque module de la
piste 34, cette rampe R2 tendant à l'amener vers une position stable en fond de
piste, la position P5.
Lorsque chaque pion 42 passe de la position P3 à la position P5 qui
correspond à une position bloquée du pion en fond de chaque module de piste,
le noyau 30 pivote toujours dans le même sens d'un angle de 30° autour de
l'arbre 20. Cette position P5 de chaque pion 42 bloqué au fond d'un creux de
chaque module de la piste 34 correspond à la deuxième position stable de
l'arbre 20 qui est une position en retrait à l'intérieur du dispositif de manoeuvre
bistable 100 dans laquelle le contact mobile 2 est en contact avec les contacts
fixes 3.
Dans cette deuxième position stable de l'arbre 20, le ressort de rappel
70 est encore comprimé par rapport à la position initiale de l'arbre 20
correspondant à la première position stable représentée sur la figure 2A.
Lorsqu'une nouvelle impulsion électrique est donnée à la bobine 80,
celle-ci génère un champ magnétique engendrant une force de traction du noyau
30 de l'arrière vers l'avant, comme décrit précédemment.
Lors de ce déplacement en translation, chaque ressort de rappel, et en
particulier le ressort de rappel 70, se comprime à nouveau. Le noyau 30 entraíne
en translation l'arbre 20 par la mise en butée de son premier fût 31 contre la
butée 60 solidaire de l'arbre 20, et chaque pion 42 porté par le palier 41 se
déplace dans chaque module de la piste 34 de manière à prendre la position P6
en appui contre la rampe R4 pour arriver vers la position P7 qui est une position
intermédiaire. Le passage de la position P5 à la position P7 de chaque pion 42
provoque la rotation d'un angle de 30° du noyau 30 dans le même sens que les
rotations précédentes. Il n'y a pas de retour en arrière.
Enfin, l'alimentation de la bobine 80 étant de nouveau coupée, le ressort
de rappel 70 aidé par le ressort de rappel 5 tend à se détendre et à pousser de
nouveau le noyau 30 vers le flasque arrière 40 du dispositif de manoeuvre
bistable entraínant ainsi l'arbre 20 vers sa première position stable représentée
sur la figure 2A.
Lors de ce mouvement de translation, chaque pion 42 se déplace dans
chaque module de la piste 34 de façon à prendre successivement la position P8
en appui sur la rampe R4 du module correspondant de la piste 34 vers la position
P'1 d'origine. Ce passage de la position P7 à la position P'1 provoque la rotation
d'un angle de 30° du noyau 30 dans le même sens jusqu'à ce que celui-ci vienne
en butée par son décrochement 33 annulaire contre l'extrémité du palier 41 en
appui contre le joint annulaire 50. Le déplacement du noyau 30 entraíne le
déplacement de l'arbre 20 qui entraíne le contact mobile 2 en éloignement des
contacts fixes 3. L'arbre 20 reprend alors sa position d'origine qui est sa
première position stable dans laquelle il maintient le contact mobile 2 à distance
des contacts fixes 3.
Avantageusement, dans le dispositif selon l'invention, le positionnement
de l'arbre 20 dans ses deux positions stables n'est pas uniquement donné par la
coopération des pions 42 avec la piste 34 mais est donné, d'une part, par l'appui
du décrochement 33 annulaire formé à la jonction entre le premier et le
deuxième fûts 31,32 du noyau 30 contre une partie fixe du dispositif, et, d'autre
part, par la coopération des pions 42 avec le fond de la piste 34. Cela permet de
ménager mécaniquement les pions 42 qui ne sont pas sollicités mécaniquement
lorsque l'arbre 20 est positionné dans une de ses positions stables par l'appui
dudit décrochement 33 annulaire contre la partie fixe correspondante du
dispositif, puisque, dans ce cas, lesdits pions 42 sont positionnés à distance d du
fond de la piste 34.
Ainsi, le dispositif selon l'invention est plus fiable et présente une durée
de vie supérieure à celui de l'état de la technique.
La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation
décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante
conforme à son esprit. En particulier, on pourra prévoir que les moyens de
déplacement du noyau soient des moyens de déplacement manuel. D'autre part,
on notera que dans chaque position stable du noyau, l'arbre n'est pas
complètement solidaire du noyau et peut être tiré manuellement et déplacé
indépendamment de celui-ci.