FR2742915A1 - Commutateur electrique pour tableau de commande, notamment de dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation de vehicule automobile - Google Patents

Abstract

Un commutateur électrique comprend un jeu de pistes implantées sur une zone annulaire d'une plaque-support (7), électriquement conductrices, sensiblement coplanaires et de géométries individuelles choisies, le jeu comportant des pistes primaires (29) et une piste secondaire d'alimentation (28), et un corps (3) rotatif comprenant un organe de commande (3a) supérieur logé sur une paroi (5) et un disque (19) conducteur électriquement comprenant deux plots de contact (20) pour établir une liaison électrique entre une piste primaire et la piste secondaire d'alimentation. La paroi (5) comporte sur une face inférieure (21), des moyens (22) pour immobiliser axialement et radialement le corps (3) dans une position parmi plusieurs. La partie inférieure du corps comprend des moyens (25, 26) pour entraîner en rotation le disque libre axialement, et le corps (3) comprend, aux extrémités de prolongements radiaux (12) d'une partie centrale, des moyens de pression (12-17) qui coopèrent avec les moyens (22) pour immobiliser les plots de contact (20) du disque (19) sur les pistes.

Description

Commutateur électriaue pour tableau de commande. notamment de dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation de véhicule automobile
L'invention concerne le domaine des commutateurs électriques, et plus précisément les commutateurs de puissance pour tableau de commande, notamment de dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation de véhicule automobile.

Cette invention concerne plus particulièrement un commutateur électrique, du type comprenant un jeu de pistes implanté dans une zone annulaire d'une plaque-support, lesdites pistes étant électriquement conductrices, sensiblement coplanaires et de géométries individuelles choisies, ledit jeu de pistes comportant une pluralité de pistes primaires et une piste secondaire d'alimentation, et un corps, monté à rotation autour d'un axe perpendiculaire au plan des pistes, et comprenant, dans une partie supérieure, un organe de commande logé en regard d'une face supérieure d'une paroi, et dans une partie inférieure, solidaire de l'organe de commande, un disque conducteur électriquement comprenant deux plots de contact destinés à établir, en certaines positions du corps, une liaison électrique entre une piste primaire et la piste secondaire d'alimentation.

Un tel commutateur est généralement utilisé pour commander un appareil électrique, comme par exemple un moteur électrique d'un groupe moto-ventilateur. Certaines des pistes du jeu sont connectées à des résistances de valeurs différentes permettant ainsi, selon la position du corps de commutateur, de forcer ledit moteur à tourner à une vitesse choisie par l'utilisateur.

Dans certains dispositifs connus, le disque assurant la liaison électrique entre la piste secondaire d'alimentation et l'une des pistes primaires est solidaire du corps du commutateur et réalisé dans un matériau flexible pour que le contact soit établi durablement.

Or, dans certaines conditions d'utilisation, comme par exemple lorsque la température s'élève, ou bien simplement lorsque le matériau vieillit, le disque peut présenter des variations dimensionnelles qui modifient sa souplesse, ce qui fait que la liaison électrique n'est plus parfaitement assurée. Un tel comportement nuit au confort aérothermique des passagers du véhicule, et peut avoir des conséquences graves en cas dtinterruption prolongée de la liaison.

En conséquence, un but de l'invention est de procurer un commutateur électrique, pour tableau de commande, qui ne présente pas les inconvénients des commutateurs de la technique antérieure.

L'invention propose à cet effet un commutateur électrique du type décrit précédemment, dans lequel, d'une première part, la paroi comporte, en des endroits choisis d'une face inférieure, des moyens propres à immobiliser axialement et radialement le corps dans une position parmi plusieurs, d'une seconde part, la partie inférieure du corps comprend des moyens propres à entraîner en rotation le disque, lequel est libre de se déplacer axialement, et d'une troisième part, le corps comprend, aux extrémités de prolongements radiaux d'une partie centrale, des moyens de pression propres à coopérer avec les moyens d'immobilisation pour déplacer axialement le disque, de sorte que ses plots de contact établissent ladite liaison entre la piste secondaire d'alimentation et l'une des pistes primaires lorsque le corps est immobilisé axialement et radialement dans la position correspondant à la piste primaire contactée.

De la sorte, grâce à la coopération entre les moyens de pression et les moyens d'immobilisation, les plots de contact sont immobilisés fermement dans des positions respectives sur les pistes, en assurant une liaison électrique de qualité.

Préférentiellement, les plots de contact sont sensiblement diamétralement opposés, ce qui permet d'éviter les risques de déséquilibre du corps du commutateur, puisque la somme des moments des forces exercées par les plots de contact sur l'axe de rotation, et par conséquent sur le corps du commutateur, est nulle.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de pression comprennent au moins deux parties conformées formant colonnes axiales évidées, centrées respectivement en dessous des moyens d'immobilisation et sensiblement diamétralement opposées, chaque colonne logeant au moins partiellement, d'une part, une bille destinée à coopérer avec les moyens d'immobilisation, et d'autre part, un ressort dont des extrémités inférieure et supérieure sont respectivement en contact avec le disque et la bille.

Préférentiellement, chaque colonne est respectivement disposée sensiblement au dessus de l'un des plots de contact, ce qui permet d'améliorer encore le contact entre les pistes et les plots de contact.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'immobilisation comprennent une pluralité de crans disposés sur au moins une portion de cercle sur la face inférieure de la paroi et orientés axialement en direction des moyens de pression, chaque position d'immobilisation du corps étant comprise dans un espace entre deux crans adjacents, lesquels sont séparés les uns des autres d'une distance au moins supérieure au diamètre de la bille.

Ces crans sont préférentiellement réalisés sous forme de dents, ou de bombements, ce qui permet de parfaitement immobiliser axialement la bille, et par conséquent d'immobiliser axialement et radialement, avec précision, les plots de contact sur les pistes choisies.

Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'entraînement du disque comprennent au moins une patte, et préférentiellement deux pattes diamétralement opposées, prolongeant radialement la partie inférieure du corps et munie en une extrémité, opposée à l'axe de rotation, d'une saillie axiale, préférentiellement sertie sur le disque, et orientée vers les moyens de pression et destinée à coopérer avec un évidement réalisé dans le disque, de sorte que celui-ci puisse être entraîné en rotation par le corps.

Préférentiellement, chaque saillie est intercalée entre les plots de contact, sensiblement à mi-distance de chacun d'entre eux, ce qui permet d'améliorer encore l'équilibre du disque, et par conséquent la précision du positionnement des plots de contact.

Très avantageusement, la piste secondaire d'alimentation forme une bande annulaire sensiblement circulaire occupant la moitié au moins de la circonférence de la zone annulaire, tandis que les pistes primaires sont disposées sur la partie complémentaire de ladite zone annulaire.

Le disque étant symétrique, ses plots de contact peuvent donc l'un comme l'autre assurer la connexion entre la piste secondaire d'alimentation et l'une des pistes primaires, et par conséquent il n'est pas nécessaire de prévoir des butées d'arrêt.

Par ailleurs, pour éviter toute interférence entre pistes adjacentes tout en évitant les formations d'arcs électriques lors du passage de l'une à l'autre, celles-ci sont écartées les unes des autres d'une distance inférieure à la surface d'appui d'un plot de contact, de sorte que le plot qui contacte la piste primaire soit toujours en liaison électrique avec au moins cette piste et/ou celle vers laquelle il est dirigé.

Ainsi, lorsque deux pistes primaires sont connectées en même temps, c'est à dire lorsqu'elles sont court-circuitées, un courant électrique continue de circuler, ce qui permet d'assurer la continuité de l'alimentation du moteur.

Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant un commutateur selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, dans une vue en coupe transversale; - la figure 2 est un schéma développé du profil des moyens d'immobilisation selon l'invention, dans un mode de réalisation préféré; et - la figure 3 est un schéma illustrant le commutateur de la figure 1 dans une vue en coupe selon l'axe III-III.

Le commutateur électrique 1 représenté à la figure 1 fait partie d'un tableau de commande 2 qui peut, par exemple, servir à piloter un dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation de véhicule automobile (non représenté sur la figure).

Ce commutateur comprend un corps 3 propre à être entraîné en rotation autour d'un axe XX par un utilisateur souhaitant obtenir un réglage particulier d'un élément du dispositif.

Cet élément peut être par exemple un moteur électrique 4 de pulseur d'un groupe moto-ventilateur GMV (voir figure 3). Le corps 3 comporte une demi-partie supérieure 3a, formant bouton (ou organe) rotatif de commande, et solidaire d'une demi-partie inférieure 3b.

La demi-partie supérieure 3a est positionnée à rotation libre, par exemple par enclipsage, dans un orifice ménagé dans la paroi 5 du tableau de commande 2. Il peut ainsi être entraîné en rotation sur la face supérieure 6 de cette paroi 5.

La demi-partie inférieure est positionnée à rotation libre dans un orifice ménagé dans une plaque de support 7 solidaire de la paroi 5, réalisée dans un matériau isolé électriquement, et sur laquelle on reviendra plus loin. Ce positionnement est réalisé par exemple par un enclipsage 8 qui coopère avec la face inférieure 9 de la plaque-support 7 et par un prolongement radial annulaire 10 de la partie centrale inférieure 3b du corps 3 qui repose sur la face supérieure 11 de la plaque-support 7 en formant un plateau de stabilisation.

Le corps du commutateur est ainsi parfaitement maintenu par les deux guides que constituent les orifices de la paroi 5 et de la plaque-support 7, ainsi que par le plateau de stabilisation 10.

La demi-partie inférieure 3b du corps comprend en outre, dans sa partie supérieure, deux prolongements radiaux 12, préférentiellement diamétralement opposés, et dont les extrémités sont prolongées par une colonne axiale 13 évidée en son centre pour former une cavité cylindrique 14 de rayon donné. Chaque cavité 14 loge un ressort 15 dont l'extension axiale à vide est sensiblement égale à l'extension axiale de la colonne 13, et dont l'extrémité supérieure 16 supporte une bille 17, de préférence métallique et de rayon légèrement inférieur à celui de la cavité 14.

L'extrémité inférieure 18 de chaque ressort 15 s'appuie sur un disque 19 monté flottant autour de la partie centrale de la demi-partie inférieure 3b du corps, en dessous des colonnes 13, et réalisé dans un matériau conducteur électriquement. Ce disque 19 supporte deux plots de contact 20 qui sont préférentiellement diamétralement opposés et sertis en dessous des positions prévues respectivement pour chaque colonne 13. Ainsi, chaque ressort 15, comprimé par la bille 17 qui le surmonte, exerce une pression axiale sur une moitié du disque 19, qui tend à plaquer les plots de contact de façon symétrique sur la plaque-support 7.

Bien entendu, les plots de contact peuvent être réalisés par conformation locale de la plaque 19. Mais ils peuvent également être vissés ou soudés ou bien encore brasés.

Par ailleurs, la partie supérieure de la bille 17, qui est opposée au ressort 15, est au contact de la surface inférieure 21 de la paroi 5 du tableau de commande 2. Par conséquent, l'action exercée par la bille 17 sur le ressort 15 est renforcée par le fait que celle-ci est immobilisée axialement par la paroi 5.

On se réfère maintenant à la figure 2.

Afin de pouvoir maintenir immobile axialement et radialement le corps 3 du commutateur 1 dans différentes positions, on prévoit sur la face inférieure 21 de la paroi 5 des moyens d'immobilisation 22 réalisés préférentiellement sous la forme de crantages axiaux.

Ces crantages 22 peuvent être par exemple fixés par soudage sur une portion de cercle, ou sur tout un cercle défini sur la paroi 5 et dont le rayon est sensiblement égal à la distance séparant le centre des colonnes 13 de l'axe de rotation XX. Ainsi, ces moyens d'immobilisation 22 sont en permanence situés au-dessus des billes 17 logées dans les colonnes 13.

Sur l'exemple illustré figure 2, les crans sont en forme de dents espacées d'une distance sensiblement supérieure au diamètre de la bille 17. Cet espace entre deux dents voisines 23 forme un logement pour la bille 17 qui l'immobilise aussi bien axialement que radialement. A chaque espace entre dents 23 correspond ainsi une position de fonctionnement du commutateur.

Afin que la bille 17 ne puisse jamais sortir complètement de sa colonne 13, la distance D qui sépare l'extrémité d'une colonne de la face inférieure 21 de la paroi (ou du fond d'un espace entre dents 23) est de l'ordre du rayon de la bille. Par ailleurs, la dimension axiale des dents est prévue légèrement plus grande que D afin de pouvoir servir de guide pour les colonnes, ce qui renforce la stabilité du commutateur. A cet effet, on réalise à l'extrémité supé rieure des faces de chaque colonne 13, des évidements 24 propres à autoriser le passage des extrémités des dents 22.

Le mode de coopération entre les moyens d'immobilisation et de pression est donné ci-après.

Lorsque le corps 3 du commutateur est entraîné en rotation d'une position donnée vers une position voisine, le cran 22 (dent ou bombement) pousse la bille 17 dans la cavité 14 ménagée à l'intérieur de la colonne 13, ce qui comprime le ressort 15 presque totalement, renforçant ainsi le contact avec la plaque-support 7, tout en interdisant la possibilité d'immobilisation de la bille 17 sur l'un des pans d'une dent ou sur son sommet. Une fois le sommet de la dent atteint, la bille est alors contrainte, sous l'action du ressort, à plonger dans l'espace entre dents suivant, où elle est de nouveau immobilisée jusqu'au prochain déplacement du corps 3.

Bien entendu, de nombreux autres moyens pour réaliser l'immobilisation des billes peuvent être envisagés. Ainsi, au lieu de dents, on peut utiliser des bombements.

On se réfère maintenant à la figure 3 pour décrire plus en détail la plaque-support 7, le disque 19 et le fonctionnement du commutateur.

Pour permettre l'entraînement conjoint du corps 3 et du disque 19 qui comprend les plots de contact 20, on réalise dans le plateau 10 au moins une extension radiale 25, et de préférence deux, sous forme de pattes radiales diamétralement opposées et intercalées entre les plots de contact 20, sensiblement à mi-distance de chacun d'entre eux.

Chaque patte radiale 25 comprend, en une extrémité opposée à l'axe de rotation XX, une saillie axiale 26 orientée vers la face inférieure de la paroi 5 et destinée à coopérer avec un évidement 27 réalisé dans le disque 19 et de dimension égale, par valeur supérieure, à celle d'une saillie axiale 26. Le disque 19 peut ainsi être entraîné en rotation efficacement par les saillies axiales 26 lorsque le corps du commutateur passe d'une position à une autre.

Dans l'exemple illustré, les ouvertures 27 sont pratiquées sur la périphérie externe du disque. Mais il est clair que ces ouvertures peuvent être réalisées en d'autres endroits.

Le commutateur décrit étant destiné à la commande de l'alimentation d'un moteur électrique, il comprend pour ce faire un jeu de pistes 28 et 29 électriquement conductrices sensiblement coplanaires implantées sur une zone annulaire de la surface supérieure 11 de la plaque-support 7.

Un jeu comprend une pluralité de pistes primaires (quatre dans l'exemple illustré) 29-1 à 29-4 et une piste secondaire d'alimentation 28 reliée à un générateur de courant ou de tension (non représenté sur la figure 3). Afin de simplifier la notation, on référencera désormais une piste primaire 29i (i=l à 4 dans l'exemple non limitatif illustré). Les pistes sont agencées les unes à côté des autres dans la zone annulaire, en dessous du disque 19 et couvrent la quasi totalité de la trajectoire des plots de contact.

La piste secondaire d'alimentation 28 forme une bande de forme générale circulaire dont l'un des contours occupe plus de la moitié de la circonférence interne de la zone annulaire. Les pistes primaires 29-i sont disposées sur la partie complémentaire de ladite zone annulaire. Chaque piste 28 ou 29-i est indépendante et électriquement isolée de ses deux voisines.

Le moteur électrique 4 est connecté aux différentes pistes primaires 29-i du jeu par l'intermédiaire de résistances R-i de valeurs différentes permettant, selon la position du commutateur, et notamment du corps 3, de forcer ledit moteur à tourner à une vitesse choisie par l'utilisateur.

Pour qu'aucun courant n'alimente le moteur électrique 4, ce qui correspond à la position "repos" du commutateur, il est nécessaire que la surface d'appui de chaque plot de contact 20 soit sur la piste secondaire d'alimentation 28.

En revanche, pour qu'un courant alimente le moteur 4, il est nécessaire que la surface d'appui de l'un des plots de contact soit sur le disque secondaire d'alimentation 28 et que la surface d'appui de l'autre plot de contact soit sur l'un des disques primaires 29-i.

Dans le mode de réalisation illustré, chaque piste primaire 29-i est située en dessous d'un plot de contact 20, d'une colonne 13 et de la bille associée 17, et d'un espace entre dents 23-i. Ainsi, lorsque la bille est immobilisée dans l'espace entre dents 23-2 (comme dans l'exemple illustré figure 3), les deux plots de contact 20 sont respectivement sur la piste secondaire 28 et la piste primaire 29-2, et par conséquent le courant circule dans la piste primaire 29-2 autorisant ainsi le moteur à fonctionner selon une seconde vitesse. Plus généralement, lorsque le courant circule dans la piste primaire 29-i, le moteur fonctionne selon une iième vitesse.

Pour éviter que le moteur ne soit pas alimenté lorsque le commutateur se trouve entre deux positions voisines, ou bien que des arcs électriques surviennent, la distance S séparant deux pistes primaires voisines 29-i et 29-(i+l) est inférieure à la surface d'appui d'un plot de contact, laquelle surface d'appui est préférentiellement inférieure ou égale à la dimension tangentielle T d'une piste primaire au niveau du contact avec ledit plot.

On entend par distance tangentielle, ou encore distance circonférentielle, la distance linéaire qui sépare deux points situés sur une même portion d'arc de cercle.

Il est ainsi possible, lorsque l'un des plots de contact 20 se déplace entre deux pistes primaires voisines 29-i et 29 (i+1), d'assurer en permanence l'alimentation du moteur électrique 4, soit par un mono-contact sur la piste 29-i ou sur la piste 29-(i+l), soit par un double contact sur les deux pistes 29-i et 29-(i+1) permettant de les courtcircuiter sans interrompre l'alimentation du moteur.

De par la symétrie du commutateur, il est clair que celui-ci peut fonctionner de la même façon lorsqu'on impose à son corps une rotation supérieure à 180 .

Par ailleurs, l'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit précédemment, mais elle embrasse toutes les variantes que pourra développer l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.

Ainsi, on peut envisager un commutateur utilisant une unique saillie axiale pour entraîner le disque, et/ou des plots de contacts non diamétralement opposés si la configuration des pistes l'impose, ou encore plus de deux plots de contact pour améliorer les liaisons électriques.

Claims (13)

Revendications

1. Commutateur électrique pour tableau de commande, notamment de dispositif de chauffage, ventilation et/ou climatisation de véhicule automobile, du type comprenant un jeu de pistes (28,29) implantées sur une zone annulaire d'une plaque-support (7), électriquement conductrices, sensiblement coplanaires et de géométries individuelles choisies, ledit jeu de pistes comportant une pluralité de pistes primaires (29-1 à 29-4) et une piste secondaire d'alimentation (28), et un corps (3), monté à rotation autour d'un axe (XX) perpendiculaire au plan des pistes, et comprenant, dans une partie supérieure, un organe de commande (3a) logé en regard d'une face supérieure (6) d'une paroi (5), et dans une partie inférieure, solidaire de l'organe de commande, un disque (19) conducteur électriquement comprenant au moins deux plots de contact (20) destinés à établir, en certaines positions du corps, une liaison électrique entre une piste primaire (29-i) et la piste secondaire d'alimentation (28), caractérisé en ce que la paroi (5) comporte, en des endroits choisis d'une face inférieure (21), des moyens (22) propres à immobiliser axialement et radialement le corps (3) dans une position parmi plusieurs, en ce que la partie inférieure du corps comprend des moyens (25,26) propres à entraîner en rotation le disque, lequel est libre de se déplacer axialement, et en ce que le corps (3) comprend, aux extrémités de prolongements radiaux (12) d'une partie centrale, des moyens de pression (12-17) propres à coopérer avec les moyens d'immobilisation (22) pour déplacer axialement le disque (19), de sorte que ses plots de contact (20) établissent ladite liaison entre la piste secondaire d'alimentation et l'une des pistes primaires lorsque le corps est immobilisé axialement et radialement dans la position correspondant à la piste primaire contactée.

2. Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plots de contact (20) sont sensiblement diamétralement opposés.

3. Commutateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de pression (12-17) comprennent au moins deux parties conformées formant colonnes axiales (13) évidées, centrées respectivement en dessous des moyens d'immobilisation (22) et sensiblement diamétralement opposées, chaque colonne (13) logeant au moins partiellement, d'une part, une bille (17) destinée à coopérer avec les moyens d'immobilisation (22), et d'autre part, un ressort (15) dont des extrémités inférieure (18) et supérieure (16) sont respectivement en contact avec le disque (19) et la bille (17).

4. Commutateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque colonne (13) est respectivement disposée sensiblement au dessus de l'un des plots de contact (20).

5. Commutateur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens d'immobilisation (22) comprennent une pluralité de crans (22) disposés sur au moins une portion de cercle sur la face inférieure (21) de la paroi (5) et orientés axialement en direction des moyens de pression (12-17), chaque position d'immobilisation du corps étant comprise dans un espace entre deux crans (22) adjacents, lesquels sont séparés les uns des autres d'une distance au moins supérieure au diamètre de la bille (17).

6. Commutateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les crans (22) sont réalisés sous forme de dents.

7. Commutateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les crans (22) sont réalisés sous forme de bombements.

8. Commutateur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement (25,26) du disque (19) comprennent au moins une patte (24) prolongeant radialement la partie inférieure du corps (3b) et munie en une extrémité, opposée à l'axe de rotation, d'une saillie axiale (26) orientée vers les moyens de pression et destinée à coopérer avec un évidement (27) réalisé dans le disque (19), de sorte que celui-ci puisse être entraîné en rotation par le corps (3).

9. Commutateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement (25,26) comprennent deux pattes radiales (24) diamétralement opposées et intercalées entre les plots de contact (20), sensiblement à mi-distance de chacun d'entre eux.

10. Commutateur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les plots de contact (20) sont sertis sur le disque (19).

11. Commutateur selon lune des revendications précédentes, caractérisé en ce que la piste secondaire d'alimentation (28) forme une bande annulaire sensiblement circulaire occupant la moitié au moins de la circonférence de la zone annulaire, tandis que les pistes primaires (29) sont disposées sur la partie complémentaire de ladite zone annulaire.

12. Commutateur selon lune des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance (S) séparant deux pistes primaires (29) voisines est inférieure à la surface d'appui d'un plot de contact (20).

13. Commutateur selon la revendication 12, caractérisé en ce que la surface d'appui d'un plot de contact (20) est inférieure ou égale à la dimension tangentielle (T) d'une piste primaire (29) au niveau du contact avec ledit plot (20).