WO2016005135A2 - Actionneur electromecanique a dispositif de freinage double fonction - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the displacement of a movable element relative to a fixed frame and more precisely to an electromechanical actuator operable for example in aeronautics including moving a flight control surface relative to the structure of an aircraft.
- a flight control surface is for example a fin, an elevon, a flap, a rudder, a elevator, a spoiler ...
- the aircraft generally comprise a fixed structure, such as a wing or empennage, on which are articulated flight control surfaces mounted on the fixed structure to rotate.
- Actuators mechanically connect the moving surfaces to the fixed structure and are connected to be controlled by a control unit on which the pilot of the aircraft acts.
- Actuators comprising an electric motor and a motion transmission element driven by a rotor of the electric motor.
- the electric motor has a stator fixed to a frame fixed to the fixed structure and the transmission element drives an input element of a transmission system, such as a screw-nut assembly and or a reduction assembly, having an output member attached to the flight control surface such that a displacement of the output member causes a pivoting of the flight control surface between an extended position and a retracted position or a neutral position.
- a transmission system such as a screw-nut assembly and or a reduction assembly
- the transmission assembly generally comprises a freewheel which can be engaged in the event of failure of the motorization to oppose the pivoting of the transmission element in the direction corresponding to the displacement of the flight control surface. to his second position.
- the flight control surface tending to move to its deployed position exerts a torque on the transmission element, which torque is transmitted to the frame.
- this torque may be important and may deteriorate the entire transmission chain to the structure of the aircraft.
- An object of the invention is to overcome this disadvantage.
- an electromechanical actuator comprising a frame, an electric motor having a stator fixed to the frame and at least one element for transmitting motion rotatably connected to a rotor of the motor, said element being connected at the fixed frame via a unidirectional transmission member and a braking device, the braking device comprising at least one inner ring rotatably connected to a first part of the unidirectional transmission member and at least one outer ring rotatably connected to the frame .
- the unidirectional transmission member is directly mounted between the transmission element and the braking device and the braking device comprises an electrical activation member in such a way that, when the activation member is fed, the unidirectional transmission member is disengaged from the frame and that, when the activation member is not powered, the unidirectional transmission member is secured to the frame and opposes the pivoting of the transmission element in a direction of rotation up to a maximum transmittable torque which is defined by sliding between the inner ring and the outer ring and which is predetermined to prevent excessive force on the transmission element causes deterioration of the actuator or a support on which the actuator is fixed.
- the braking device will allow a sliding of the transmission element relative to the frame, thus limiting the risk of damage to the frame.
- the braking device therefore advantageously has a dual function of braking member and torque limiter.
- the actuator according to the invention thus has a particularly compact structure.
- the actuator according to the invention overcomes a dedicated additional torque limiter.
- the actuator comprises a housing in which the braking device and the unidirectional transmission member are housed.
- This embodiment makes it possible to integrate the braking device and the unidirectional transmission member in the same subassembly, which makes the actuator particularly compact.
- FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an actuator according to the invention.
- FIG. 2 is an exploded view of the braking device and the unidirectional transmission member of the actuator illustrated in FIG.
- the actuator according to the invention is here described in application to the displacement of a flight control surface relative to the structure of an aircraft.
- the flight control surface is movable between an extended position and a neutral or retracted position.
- the electromechanical actuator comprises a frame 1 and an electric motor 2 having a stator fixed to the frame 1 and a rotor rotatably connected to a movement transmission element.
- the frame 1 is provided with means known in itself for its attachment to the structure of the aircraft.
- the electric motor 2 is powered via a control unit, not shown, which is connected to the electrical network of the aircraft for its power supply and that of the actuator and which is connected to the cockpit of the aircraft to receive Deployment or retraction orders from the flight control surface.
- the motion transmission element here is a shaft 3 mounted in the frame 1 for pivoting and connected to the flight control surface via a motion transmission assembly, not shown.
- the motion transmission assembly comprises, for example, a reduction device and / or a motion control device such as a screw-nut assembly and an input member rotatably connected to the shaft 3 and an element output linked for example to the free end of a lever secured to the flight control surface.
- the shaft 3 is guided in rotation relative to the frame 1 by bearings not shown and is connected to the frame 1 via a unidirectional transmission member, namely here a freewheel generally designated 4 and a braking device generally designated 6 gui are here both received in a housing 5.
- the housing 5 is rigidly fixed to the frame 1.
- the housing 5 is of generally cylindrical shape centered on the axis A of rotation of the shaft 3.
- the freewheel 4 comprises an inner part 4.1 integral with the shaft 3, an outer part 4.2 mounted to pivot on the inner part 4.1 and a ratchet assembly allowing rotation of the outer part 4.2 only in one direction of rotation. rotation.
- the outer portion 4.2 is here rotatably connected to a first inner ring 6.1 of the braking device 6 and has a second inner ring 6.2 of the braking device.
- the braking device 6 comprises a first outer ring 6.3 and a second outer ring 6.4.
- the two outer rings 6.3 and 6.4 are fixed with axial play on the casing 5.
- the two outer rings 6.3 and 6.4 are more precisely engaged on a fluted portion of the inner wall of the casing 5.
- the second inner ring 6.2 is fixed with a axial clearance on the outer part 4.2 (the second inner ring gear 6.2 is more precisely engaged on the grooves of the outer surface of the outer part 4.2) and has a portion which has faces each provided with a friction lining and which extends between friction linings carried by the two outer rings 6.3, 6.4.
- the first internal ring gear 6.1 is fixed with an axial clearance on the outer part 4.2 (the first inner ring gear 6.1 is more precisely engaged on splines on the outer surface of the outer part 4.2) and has a portion which has faces each provided with a friction lining which extends between friction linings carried by the first crown 6.3 and a cover 7 of the housing 5.
- Springs 6.5 extend between a bottom 8 of the housing 5 (bottom 8 opposite the cover 7 of said housing) and the second outer ring 6.4 to tighten the inner rings 6.2 and 6.1 between respectively the outer rings 6.3 and 6.4 and between the first outer ring 6.3 and the cover 7.
- the braking device 6 also comprises an electrical activation member 6.6 in the form of a solenoid sized to, when powered, attract the second outer ring 6.4 and discard internal rings 6.1 and 6.2 and the first outer ring 6.3 against the force exerted by the springs 6.5.
- the housing 5 thus comprises successively from its cover 7 to its bottom 8 along the axis A: the first inner ring 6.1, the first outer ring 6.3, the second inner ring 6.2, the second outer ring 6.4 and the d electrical activation 6.6. From the cover 7 to the bottom 8 along the axis A, the first inner ring gear 6.1, the first outer ring gear 6.3, the second inner ring gear 6.2 and the second outer ring gear 6.4 extend successively around the outer portion 4.2.
- the two inner rings 6.1 and 6.2, the two outer rings 6.3 and 6.4, the electrical activation member 6.6 and the freewheel 4 are here all centered on the axis A of rotation of the shaft 3.
- the housing makes it possible to integrate the braking device and the unidirectional transmission member in the same subassembly.
- the housing is particularly compact and easy to arrange.
- the springs 6.5 thus participate in the definition of the slip, and therefore the maximum torque transmissible, since they allow the transmission of a torque between the inner rings 6.1 and 6.2 and the outer rings 6.3 and 6.4.
- the braking device is configured so that the slip defines a maximum transmittable torque that is predetermined to prevent excessive force on the transmission member from causing damage to the actuator or a carrier on which the actuator is fixed.
- the braking device 6 thus allows at the same time to play the role of torque limiter and brake.
- the maximum transmittable torque is indeed defined by the braking device itself.
- the shaft 3 can pivot in two directions of rotation (it should be noted that, in the forward direction of the freewheel 4, the motor 2 does not drive or that little internal rings 6.1 and 6.2) and, when the activation member 6.6 is not powered, the freewheel 4 opposes the rotation of the shaft 3 in one of the two directions of rotation.
- the electric motor 2 which is also powered, drives the shaft 3 in rotation in both directions of rotation.
- the electric motor 2 is also not powered so that only aerodynamic forces exerted on the flight control surface can cause a pivoting of the 3. Because of the free wheel 4 which opposes the rotation of the shaft 3 in one of the two directions of rotation, the shaft 3 prevents the moving the flight control surface from its neutral position to its deployed position, the displacement of the flight control surface to its neutral position being left free. However, if the aerodynamic forces exerted on the flight control surface generate on the shaft 3 a torque greater than the maximum torque transmissible between the outer and inner rings of the braking device 6, the inner rings will pivot relative to the rings external and allowing the rotation of the shaft 3 and a displacement of the flight control surface to its deployed position. The braking device 6 thus limits the torque transmissible to the structure of the aircraft and to the frame 1 via the shaft 3 and the freewheel 4 when the activation member is not powered.
- the braking device may comprise a different number of inner and outer rings.
- the actuator may comprise no housing in which the braking device and the unidirectional transmission member are received.
- the unidirectional transmission device may employ ratchets, rollers or elements r bracing.
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Abstract
Actionneur électromécanique comprenant un bâti (1) et un moteur électrique (2) entraînant au moins un élément (3) de transmission de mouvement relié au bâti via un dispositif de freinage (6) et un organe de transmission unidirectionnelle (4), le dispositif de freinage comprenant un organe d'activation électrique (6.6) de telle manière que, lorsque l'organe d'activation est alimenté, l'organe de transmission unidirectionnelle est désolidarisé du bâti et que, lorsque l'organe d'activation n'est pas alimenté, l'organe de transmission unidirectionnelle est solidarisé au bâti et s'oppose au pivotement de l'élément de transmission dans un sens de rotation jusqu'à un couple maximal transmissible défini le dispositif de freinage.
Description
ACTIONNEUR ELECTROMECANIQUE A DISPOSITIF DE FREINAGE DOUBLE FONCTION
La présente invention concerne le déplacement d'un élément mobile par rapport à un bâti fixe et a plus précisément pour objet un actionneur électromécanique utilisable par exemple en aéronautique notamment pour déplacer une surface de commande de vol par rapport à la structure d'un aéronef. Une telle surface de commande de vol est par exemple un aileron, un élevon, un volet, une gouverne de direction, une gouverne de profondeur, un spoiler...
Les aéronefs comprennent généralement une structure fixe, telle qu'une aile ou un empennage, sur laquelle sont articulées des surfaces de commande de vol montées sur la structure fixe pour pivoter. Des actionneurs relient mécaniquement les surfaces mobiles à la structure fixe et sont reliés pour être commandés à une unité de commande sur laquelle le pilote de l'aéronef agit .
Il est connu des actionneurs comprenant un moteur électrique et un élément de transmission de mouvement entraîné par un rotor du moteur électrique. Généralement, dans ces actionneurs, le moteur électrique a un stator solidaire d'un bâti fixé à la structure fixe et l'élément de transmission entraîne un élément d'entrée d'un système de transmission, tel qu'un ensemble vis-écrou et/ou un ensemble de réduction, ayant un élément de sortie fixé à la surface de commande de vol de sorte qu'un déplacement de l'élément de sortie engendre un pivotement de la surface de commande de vol entre une position déployée et une position rétractée ou une position neutre.
En cas de défaillance du moteur ou de ses moyens de commande, il peut être préférable, selon le type de surface de commande de vol, de laisser libre le mouvement de la surface de commande de vol vers une de ses
positions mais d'empêcher le mouvement de la surface de commande de vol vers la seconde de ses positions par exemple sous l'effet de forces aérodynamiques. A cette fin, l'ensemble de transmission comprend généralement une roue libre qui peut être embrayée en cas de défaillance de la motorisation pour s'opposer au pivotement de l'élément de transmission dans le sens correspondant au déplacement de la surface de commande de vol vers sa seconde position.
Lorsque la roue libre est embrayée, la surface de commande de vol tendant à se déplacer vers sa position déployée exerce un couple sur l'élément de transmission, couple qui est transmis au bâti. Dans certains cas, ce couple peut être important et risque de détériorer toute la chaîne de transmission jusqu'à la structure de 1' aéronef .
Un but de l'invention est de remédier à cet inconvénient .
A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un actionneur électromécanique comprenant un bâti, un moteur électrique ayant un stator fixé au bâti et au moins un élément de transmission de mouvement lié en rotation à un rotor du moteur, ledit élément étant relié au bâti fixe via un organe de transmission unidirectionnelle et un dispositif de freinage, le dispositif de freinage comprenant au moins une couronne interne liée en rotation à une première partie de l'organe de transmission unidirectionnel et au moins une couronne externe liée en rotation au bâti. Selon l'invention, l'organe de transmission unidirectionnel est directement monté entre l'élément de transmission et le dispositif de freinage et le dispositif de freinage comporte un organe d' activation électrique de telle manière que, lorsque l'organe d' activation est alimenté, l'organe de transmission unidirectionnelle est désolidarisé du bâti et que,
lorsque l'organe d'activation n'est pas alimenté, l'organe de transmission unidirectionnelle est solidarisé au bâti et s'oppose au pivotement de l'élément de transmission dans un sens de rotation jusqu'à un couple maximal transmissible qui est défini par un glissement entre la couronne interne et la couronne externe et qui est prédéterminé pour éviter qu'un effort excessif sur l'élément de transmission provoque une détérioration de l'actionneur ou d'un support sur lequel l'actionneur est fixé.
Ainsi, en cas de couple excessif, le dispositif de freinage va autoriser un glissement de l'élément de transmission par rapport au bâti, limitant ainsi le risque de détérioration du bâti. Le dispositif de freinage a donc avantageusement une double fonction d'organe de freinage et de limiteur de couple. L'actionneur selon l'invention a ainsi une structure particulièrement compacte. En outre, l'actionneur selon l'invention s'affranchit d'un limiteur de couple supplémentaire dédié.
De préférence, l'actionneur comporte un boîtier dans lequel le dispositif de freinage et l'organe de transmission unidirectionnelle sont logés.
Ce mode de réalisation permet d' intégrer le dispositif de freinage et l'organe de transmission unidirectionnelle dans un même sous-ensemble ce qui rend l'actionneur particulièrement compact.
D' autres caractéristiques et avantages de 1' invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un actionneur selon l'invention ;
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4
- la figure 2 est une vue éclatée du dispositif de freinage et de l'organe de transmission unidirectionnel de l'actionneur illustré à la figure 1.
L'actionneur selon l'invention est ici décrit en application au déplacement d' une surface de commande de vol par rapport à la structure d'un aéronef. La surface de commande de vol est mobile entre une position déployée et une position neutre ou rétractée.
En référence aux figures, l'actionneur électromécanique comprend un bâti 1 et un moteur électrique 2 ayant un stator fixé au bâti 1 et un rotor lié en rotation à un élément de transmission de mouvement .
Le bâti 1 est pourvu de moyens connus en eux- mêmes de sa fixation à la structure de l'aéronef.
Le moteur électrique 2 est alimenté via une unité de commande, non représentée, qui est relié au réseau électrique de l'aéronef pour son alimentation et celle de l'actionneur et qui est relié au poste de pilotage de l'aéronef pour en recevoir des ordres de déploiement ou de rétraction de la surface de commande de vol.
L'élément de transmission de mouvement est ici un arbre 3 monté dans le bâti 1 pour pivoter et relié à la surface de commande de vol via un ensemble de transmission de mouvement, non représenté. L'ensemble de transmission de mouvement comprend par exemple un dispositif de réduction et/ou un dispositif de t ansformation de mouvement tel qu'un ensemble vis-écrou et a un élément d'entrée lié en rotation à l'arbre 3 et un élément de sortie lié par exemple à l'extrémité libre d'un levier solidaire de la surface de commande de vol. L'arbre 3 est guidé en rotation par rapport au bâti 1 par des paliers non représentés et est relié au bâti 1 via un organe de transmission unidirectionnelle, à savoir ici une roue-libre généralement désignée en 4 et un
dispositif de freinage généralement désigné en 6 gui sont ici tous deux reçus dans un boîtier 5. Le boîtier 5 est rigidement fixé au bâti 1. Le boîtier 5 est de forme généralement cylindrique centrée sur l'axe A de rotation de l'arbre 3.
La roue-libre 4 comprend une partie intérieure 4.1 solidaire de l'arbre 3, une partie extérieure 4.2 montée pour pivoter sur la partie intérieure 4.1 et un ensemble à cliquets n' autorisant la rotation de la partie extérieure 4.2 que dans un seul sens de rotation. La partie extérieure 4.2 est ici liée en rotation à une première couronne interne 6.1 du dispositif de freinage 6 et a une deuxième couronne interne 6.2 du dispositif de freinage .
Outre les deux couronnes internes 6.1 et 6.2, le dispositif de freinage 6 comprend une première couronne externe 6.3 et une deuxième couronne externe 6.4. Les deux couronnes externes 6.3 et 6.4 sont fixées avec un jeu axial sur le boîtier 5. Les deux couronnes externes 6.3 et 6.4 sont plus précisément engagées sur une portion cannelée de la paroi interne du boîtier 5. La deuxième couronne interne 6.2 est fixée avec un jeu axial sur la partie extérieure 4.2 (la deuxième couronne interne 6.2 est plus précisément engagée sur les cannelures de la surface externe de la partie extérieure 4.2) et a une portion qui a des faces pourvues chacune d'une garniture de friction et qui s'étend entre des garnitures de friction portées par les deux couronnes externes 6.3, 6.4. La première couronne interne 6.1 est fixée avec un jeu axial sur la partie extérieure 4.2 (la première couronne interne 6.1 est plus précisément engagée sur des cannelures de la surface externe de la partie extérieure 4.2) et a une portion qui a des faces pourvues chacune d'une garniture de friction et qui s'étend entre des garnitures de friction portées par la première couronne
externe 6.3 et par un couvercle 7 du boîtier 5. Des ressorts 6.5 s'étendent entre un fond 8 du boîtier 5 {fond 8 opposé au couvercle 7 dudit boîtier) et la deuxième couronne externe 6.4 pour serrer les couronnes internes 6.2 et 6.1 entre respectivement les couronnes externes 6.3 et 6.4 et entre la première couronne externe 6.3 et le couvercle 7. Le dispositif de freinage 6 comprend également un organe d'activation électrique 6.6 sous la forme d'un solénoide dimensionné pour, lorsqu'il est alimenté, attirer la deuxième couronne externe 6.4 et l'écarter des couronnes internes 6.1 et 6.2 et de la première couronne externe 6.3 en s' opposant à l'effort exercé par les ressorts 6.5.
Le boîtier 5 comporte ainsi successivement de son couvercle 7 à son fond 8 le long de l'axe A : la première couronne interne 6.1, la première couronne externe 6.3, la deuxième couronne interne 6.2, la deuxième couronne externe 6.4 et l'organe d'activation électrique 6.6. Du couvercle 7 au fond 8 le long de l'axe A, la première couronne interne 6.1, la première couronne externe 6.3, la deuxième couronne interne 6.2 et la deuxième couronne externe 6.4 s'étendent successivement autour de la partie extérieure 4.2.
Les deux couronnes internes 6.1 et 6.2, les deux couronnes externes 6.3 et 6.4, l'organe d'activation électrique 6.6 et la roue-libre 4 sont ici tous centrés sur l'axe A de rotation de l'arbre 3.
Le boîtier permet d'intégrer le dispositif de freinage et l'organe de transmission unidirectionnelle dans un même sous-ensemble. En outre, le boîtier est particulièrement compact et facile à agencer.
Le glissement entre les couronnes internes 6.1 et 6.2 et les couronnes externes 6.3 et 6.4, rendu possible par les ressorts 6.5 qui permettent de serrer les couronnes internes et externes ainsi que le couvercle 7
entre eux, définit un couple maximal transmissible des couronnes internes 6.1 et 6.2 aux couronnes externes 6.3 et 6.4. Les ressorts 6.5 participent donc ici à la définition du glissement, et donc du couple maximal transmissible , puisqu'ils permettent la transmission d'un couple entre les couronnes internes 6.1 et 6.2 et les couronnes externes 6.3 et 6.4.
Le dispositif de freinage est configuré de sorte que le glissement définisse un couple maximal transmissible qui est prédéterminé pour éviter qu'un effort excessif sur l'élément de transmission provoque une détérioration de l'actionneur ou d'un support sur lequel l'actionneur est fixé.
Le dispositif de freinage 6 permet ainsi tout à la fois de jouer le rôle de limiteur de couple et de frein. Le couple maximal transmissible est en effet défini par le dispositif de freinage lui-même.
En fonctionnement, lorsque l'organe d'activation 6.6 est alimenté, l'arbre 3 peut pivoter dans deux sens de rotation (on notera que, dans le sens passant de la roue-libre 4, le moteur 2 n'entraîne pas ou que peu les couronnes internes 6.1 et 6.2) et, lorsque l'organe d'activation 6.6 n'est pas alimenté, la roue-libre 4 s'oppose à la rotation de l'arbre 3 dans l'un des deux sens de rotation. Ainsi, lorsque l'organe d'activation 6.6 est alimenté, le moteur électrique 2, qui est lui aussi alimenté, entraîne l'arbre 3 en rotation dans ses deux sens de rotation.
Lorsque l'organe d'activation 6.6 n'est pas alimenté, le moteur électrique 2 n'est lui non plus pas alimenté de sorte que seuls des efforts aérodynamiques s' exerçant sur la surface de commande de vol peuvent provoquer un pivotement de l'arbre 3. Du fait de la roue- libre 4 qui s'oppose à la rotation de l'arbre 3 dans l'un des deux sens de rotation, l'arbre 3 empêche le
déplacement de la surface de commande de vol de sa position neutre vers sa position déployée, le déplacement de la surface de commande de vol vers sa position neutre étant lui laissé libre. Toutefois, si les efforts aérodynamiques s' exerçant sur la surface de commande de vol engendrent sur l'arbre 3 un couple supérieur au couple maximum transmissible entre les couronnes externes et internes du dispositif de freinage 6, les couronnes internes vont pivoter par rapport aux couronnes externes autorisant ainsi la rotation de l'arbre 3 et un déplacement de la surface de commande de vol vers sa position déployée. Le dispositif de freinage 6 limite de la sorte le couple transmissible à la structure de l'aéronef et au bâti 1 via l'arbre 3 et la roue-libre 4 lorsque l'organe d' activation n'est pas alimenté.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.
En particulier, le dispositif de freinage pourra comporter un nombre différents de couronnes internes et externes .
L'actionneur pourra ne comprendre aucun boîtier dans lequel le dispositif de freinage et l'organe de transmission unidirectionnelle sont reçus.
L'organe de transmission unidirectionnelle peut employer des cliquets, des rouleaux ou des éléments dr arc-boutement .
Claims
1. Actionneur électromécanique comprenant un bâti {1), un moteur électrique (2) ayant un stator fixé au bâti et au moins un élément (3) de transmission de mouvement lié en rotation à un rotor du moteur, ledit élément étant relié au bâti fixe via un organe de transmission unidirectionnelle (4) et un dispositif de freinage (6), le dispositif de freinage comprenant au moins une couronne interne (6.1, 6.2} liée en rotation à une première partie (4.2) de l'organe de transmission unidirectionnel et au moins une couronne externe (6.3, 6.4} liée en rotation au bâti, l' actionneur étant caractérisé en ce que l'organe de transmission unidirectionnel est directement monté entre l'élément de transmission et le dispositif de freinage et en ce que le dispositif de freinage comporte un organe d'activation électrique (6.6) de telle manière que, lorsque l'organe d'activation est alimenté, l'organe de transmission unidirectionnelle est désolidarisé du bâti et que, lorsque l'organe d'activation n'est pas alimenté, l'organe de transmission unidirectionnelle est solidarisé au bâti et s'oppose au pivotement de l'élément de transmission dans un sens de rotation jusqu'à un couple maximal transmissible qui est défini par un glissement entre la couronne interne et la couronne externe et qui est prédéterminé pour éviter qu'un effort excessif sur l'élément de transmission provoque une détérioration de 1' actionneur ou d'un support sur lequel l' actionneur est fixé.
2. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de freinage (6) comporte deux couronnes internes (6.1, 6.2) et deux couronnes externes (6.3, 6.4), les couronnes internes et externes étant alternées.
3. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel l'organe de transmission unidirectionnelle (4) est une roue-libre .
4. Actionneur selon la revendication 1, comportant un boîtier (5) dans lequel le dispositif de freinage (6) et l'organe de transmission unidirectionnelle (4} sont logés .
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