Brevet FR2460533A1 — publié le 19810123

La présente invention se rapporte d'une manière générale aux actionneurs électromagnétiques bistables et concerne plus particulièrement le circuit magnétique d'un tel actionneur. Un type d'actionneur électromagnétique connu comprend un aimant permanent mobile entre deux positions extrêmes et apte à être normalement plaqué sur l'un ou l'autre des noyaux de deux bobines situées en regard de chacune des faces extrêmes de l'aimant, l'excitation dans le sens convenable de la bobine en contact avec l'aimant provoquant par répulsion le déplacement de l'aimant vers la position opposée. Dans un tel actionneur, le circuit magnétique comprend principalement un capot recouvrant les parties supérieures latérales de l'appareil. Toutefois, un actionneur électromagnétique bistable du type décrit précédemment présente des inconvénients. En effet, la structure rudimentaire du circuit magnétique rend l'appareil relativement lourd. De plus, ce circuit magnétique provoque des court-circuits magnétiques et il donne lieu à des fuites magnétiques élevées en raison notamment d'un grand entrefer. Il en résulte que le rendement électromagnétique de l'appareil est faible. La présente invention a pour but notamment de remédier aux inconvénients indiqués en proposant un nouvel actionneur électromagnétique bistable dont la structure du circuit magnétique permet d'une part de diminuer le poids de l'actionneur et d'autre part d'augmenter notablement le rendement électromagnétique de l'appareil. A cet effet, l'invention a pour objet un actionneur électromagnétique, du type comprenant un aimant permanent mobile en translation entre deux positions extrêmes, deux bobines fixes axialement alignées suivant l'axe de déplacement dudit aimant et renfermant chacune un noyau en matériau magnétique, ledit aimant étant susceptible de se déplacer d'un noyau vers l'autre par effet de répulsion provoqué par une excitation appropriée de la bobine associée au noyau alors en contact avec l'aimant, caractérisé en ce que l'actionneur comprend également au moins deux pièces polaires reliées aux deux noyaux respectivement et possédant chacune une partie plane formant plaque sensiblement parallèle à l'axe de déplacement de l'aimant, lesdites pièces polaires étant montées respectivement de part et d'autre de l'aimant et reliées entre elles, au niveau de leurs parties planes, par au moins une traverse en matériau magnétique. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la traverse précitée comporte deux montants perpendiculaires aux deux parties planes des pièces polaires et montés respectivement de part et d'autre de l'aimant entre les deux positions extrêmes précitées, et par exemple vers le milieu de la distance séparant ces deux positions. On comprend ainsi que les deux pièces polaires montées de part et d'autre de l'aimant permanent, et reliées d'une part aux deux noyaux respectivement et d'autre part entre elles par deux montants en matériau magnétique disposés perpendiculairement par rapport à celles-ci, réalisent une liaison magnétique entre les noyaux respectifs des deux bobines. Cette liaison magnétique de forme particulière permettra alors d'améliorer le rendement électromagnétique de l'appareil. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux parties planes des pièces polaires sont décalées axialement suivant l'axe de déplacement de l'aimant, les deux montants reliant lesdites parties planes au voisinage des extrémités respectives de celles-ci qui sont éloignées des noyaux associés respectivement auxdites pièces polaires. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, chaque pièce polaire est reliée à son noyau par une plaque supplémentaire perpendiculaire à la partie plane de la pièce polaire, chaque plaque supplémentaire possèdant une ouverture alignée suivant l'axe de déplacement de l'aimant et dans laquelle est emmanchée l'extrémité associée dudit noyau-qui est opposée à celle destinée à être en contact avec l'aimant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective de la liaison magnétique entre les noyaux respectifs des deux bobines - la figure 2 est une vue en élévation de l'actionneur en coupe partielle dans son boitier dont on a enlevé le couvercle - la figure 3 est une vue en coupe partielle du bottier selon la ligne III-III de la figure 2, l'embout d'étancheité souple formant soufflet n'étant pas repré sente - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2, avec le couvercle - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 2, avec le couvercle - la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne brisée VI-VI de la figure 2, avec le couvercle ; et - la figure 7 est un graphique représentant les variations de la force électromagnétique en fonction de la course de l'aimant. Suivant un exemple de réalisation, et en se reportant aux figures 2 et 3, un actionneur électromagnétique bistable 1 conforme à l'invention comprend un aimant permanent 2, de préférence du type en ferrite, mobile en translation entre deux positions extrêmes A et B, et deux bobines fixes 3 et 4 axialement alignées suivant l'axe de déplacement 5 de l'aimant 2. La bobine 3, comportant par exemple 600 spires, est placée sur un support 6 et est recouverte d'une bague fendue 7, par exemple en matière plastique. Cette bobine 3 renferme un noyau 8 plein en matériau magnétique muni à l'une de ses extrémités d'une rondelle 9 constituée par exemple par la tôle zinguée. De même, la bobine 4, comportant-par exemple 520 spires, est placée sur un support 6 et recouverte d'une bague fendue 7. Cette bobine 4 renferme un noyau 10 creux en matériau magnétique muni à l'une de ses extrémités d'une rondelle 9 constituée également, par exemple, par de la tôle zinguée. On a représenté en 11 sur les figures 2 et 3 une tige montée coulissante dans le noyau 10 de la bobine 4, dont une extrémité 12 supporte l'aimant 2 et dont l'autre extrémité 13 est reliée, par l'intermédiaire d'une chape 14, à un élément de commande (non représenté) possèdant deux positions de manoeuvre correspondant respectivement aux deux positions extrêmes A et B de l'aimant 2. En se reportant aux figures 2 et 5, l'aimant 2 comporte quatse nervures rectilignes 15 qui sont deux par deux en regard d'une même rondelle 9 du noyau 8 ou 10. L'aimant 2 est normalement plaqué sur l'un ou l'autre des noyaux 8 ou 10 grace au contact réalisé entre les deux nervures 15 et la rondelle 9 du noyau 8 ou 10 (dans l'exemple représenté sur la figure 2, les deux nervures 15 de l'aimant sont en contact avec la rondelle 9 du noyau 10 associé à la bobine 4), la force portante de l'aimant étant suffisante pour que ces deux positions soient stables.L'excitation dans le sens convenable de la bobine 3 ou 4 associée au noyau 8- ou 10 respectivement en contact avec l'aimant 2 (dans l'exemple illustré, il s'agit de la bobine 4 associée au noyau 10) provoque, par répulsion, le déplacement de l'ensemble constitué par l'aimant 2 et la tige il vers la position stable opposée. A cet effet, il est prévu à une extrémité de l'appareil trois lames de contact 16, logées à-l'intérieur d'un connecteur 17, permettant d'exci-ter l'une ou l'autre des deux bobines 3 et 4, afin de produire une force électromagnétique de décollage supérieure à la force portante de l'aimant 2. On notera ici que l'autre extrémité de l'appareil comporte un embout d'étancheité souple 18 (figure 2) solidaire de la tige 11 et apte à se déformer à la manière d'un soufflet pour suivre les déplacements précités de la tige 11. Comme on le voit sur les figures 3 à 6, l'actionneur électromagnétique 1 est enfermé dans un boîtier constitué d'un corps 19 et d'un couvercle 20 encliquetabl comme on l'expliquera plus précisément par la suite. La structure générale de l'actionneur décrite précédemment est connue en soi. En se reportant à la figure 7, la courbe P représente les variations de la force électromagnétique F (exprimée en gramme) en fonction de la course C (exprimée en millimètres) de l'aimant permanent 2, pour un actionneur du type classique. Ainsi, l'aimant 2 étant plaqué par exemple sur le noyau 10 de la bobine 4 (C = O mm), il faut exciter la bobine4de façon à produire une force électromagnétique de décollage Fd de l'ordre de 400 g (Fd étant évidemment supérieure à la force portante de l'aimant). Lorsque l'aimant 2 arrive à la fin de sa course C (de l'ordre de 15 mm) la force électromagnétique de collage F c est de l'ordre de 450 g. Entre C = O mm et C = 15 mm, la force électromagnétique subit les variations représentées par la courbe P, et on notera qu'à mi-course (C = 7,5 mm) la force F est minimum (de l'ordre de 300 g). Cette courbe P montre bien que le rendement électomagnétique de l'actionneur est faible. Dans le but d'en augmenter le rendement électromagnétique, et en se reportant maintenant aux figures 1 et 2, l'actionneur 1 conforme à l'invention comporte un circuit magnétique 30 réalisant une liaison entre les noyaux respectifs 8 et 10 des deux bobines 3 et 4. Ce circuit magnétique 30 est constitué par deux pièces polaires 31a et 31b reliées aux deux noyaux 8 et 10 respectivement et possèdant chacune une partie plane rectangulaire formant plaque (32, 33) parallèle à l'axe de déplacement 5 de l'aimant 2. Les pièces polaires 31a et 31b sont montées respectivement de part et d'autre de l'aimant et elles sont reliées entre elles, au niveau de leurs parties planes 32 et 33, par une traverse en matériau magnétique, par exemple en tôle zinguée.Cette traverse comporte deux montants 34a et 34b perpendiculaires aux deux parties planes 32 et 33 des pièces polaires et montés respectivement de part et d'autre de l'aimant 2 entre les deux positions extrêmes A et B, et par exemple vers le milieu de la distance séparant ces deux positions. De plus, les deux parties planes 32 et 33 des pièces polaires sont décalées axialement suivant l'axe de déplacement 5 de l'aimant 2, les deux montants 34a et 34b reliant les parties planes 32 et 33 au voisinage des extrémités 35 et 36 respec- tives de celles-ci qui sont éloignées des noyaux 8 et 10 associés respectivement aux pièces polaires 31a et 31b. Plus précisément, les deux montants 34a et 34b sont respectivement en contact avec les bords longitudinaux (37, 38) et (39, 40) des deux parties planes 32 et 33. Comme on le voit sur la figure 2, la pièce polaire 31a est reliée à son noyau 8 par une plaque supplémentaire 41 perpendiculaire à la partie plane 32. De même, la pièce polaire 31b est reliée à son noyau 10 par une plaque supplémentaire 42 perpendiculaire à la partie plane 33. On notera que la partie plane 32 ou 33 et la plaque supplémentaire 41 ou 42 de chaque pièce polaire 31a ou 31b sont réalisées en une seule pièce. De plus, chaque plaque supplémentaire 41 ou 42 possède une ouverture 43 ou 44 alignée suivant l'axe de déplacement 5 de l'aimant 2 et dans laquelle est emmanchée l'extrémité associée du noyau 8 ou 10 qui est opposée à celle destinée à être en contact avec l'aimant 2. Le circuit 30 décrit précédemment et qui réalise une liaison magnétique entre les noyaux respectifs 8 et 10 des deux bobines 3 et 4, possède une forme générale en S. On notera en outre que la partie plane 32 de la pièce polaire 31a se prolonge par une autre partie plane 45 plus petite, ces deux parties planes 32 et 45 possèdant chacune un trou fileté 46 permettant de fixer le boitier sur un support quelconque. En se reportant à la figure 2, on peut voir que le circuit magnétique 30 est parfaitement maintenu en place dans le boitier. En effet, la partie plane 45 de la pièce polaire 31a vient en butée sur le corps 19 en 47, et la partie plane 33 de la pièce polaire 31b vient également en butée sur le corps 19 en 48. On notera que les bobines 3 et 4 sont maintenues fixes grâce aux plaques 41 et 42 et aux rondelles 9. D'autre part, le montant 34a est solidaire du corps 19 par l'intermédiaire de quatre clips 49 et le montant 34b est maintenu axialement en place par deux pattes 50 et 51 (en forme de coins) disposées de part et d'autre du montant 34b au niveau de la partie plane 32 et par une autre patte 52 (en forme de coin. ! disposée au niveau de la partie plane 33.De plus, une partie déformable 53 du corps 19 (figures 3 et 5) assure un parfait contact entre le montant 34a et les bords des deux parties planes 32 et 33. De même, une partie déformable 54 du couvercle 20 (figures 3 et 5) assure un parfait contact entre le montant 34b et les bords des deux parties planes 32 et 33. Enfin, le couvercle 20 du boitier est fixé au corps 19 au moyen de quatre clips : deux clips 55 dont l'un est positionné dans un évidement 56 et dont l'autre s'engage dans un décrochement 57 (figures 2 et 4) ; et deux autrés clips 58 s'engageant respectivement dans deux évidements 59 et 60 tfi- gures 2 et 6). qur la figure 7, la courbe Q représente les vária- tions de la force électromagnétique F en fonction de la course C de l'aimant permanent 2, pour un actionneur possèdant un circuit magnétique 30 conforme à l'invention, reliant les noyaux respectifs des deux bobines 3 et 4. Ainsi, pour une force électromagnétique de décollage F d de l'ordre de 400 g, lsexpérience a montré qu'en fin de course (C = 15mm) la force électromagnétique de collage F'c est de l'ordre de 650 g, ce qui est nettement supérieur à Fc (de l'ordre de 450g) obtenue avec un actionneur du type classique.L'allure de la courbe Q montre bien que le rendement électromagnétique de l'appareil est supérieur Le fonctionnement et la manière d'utiliser l'actionneur électromagnétique selon l'invention se déduisent de la description qui précède et seront expliqués dans ce qui suit. L'aimant permanent 2 possède par exemple un p81e N et un pôle S tels que représentés sur la figure 2, et est en contact avec la rondelle 9 du noyau 10 associé à la bobine 4. En excitant convenablement la bobine 4, il est créé un pôle S1 au niveau de la rondelle 9 et un pôle N1 à l'autre extrémité du noyau 10. Par effet de répulsion, l'aimant 2 décolle du noyau 10 (la force électromagnétique de décollage étant supérieure à la force portante de l'aimant) et se dirige vers le noyau 8 associé à la bobine 3. Pour apprécier les avantages donnés par la forme particulière du circuit magnétique conforme à l'invention et notamment par la présence des deux montants, il apparaît nécessaire de faire la comparaison avec un circuit magnétique où la pièce polaire 31b possède une partie plane 33 reliée directement au noyau 8 associé à la bobine 3 (c'est-à-dire sans traverser l'axe de déplacement de l'aimant), si bien qu'il se crée un ple N1 au niveau de la rondelle 9 du noyau 8 associé à la bobine non excitée 3. Dans ces conditions, l'aimant 2 est amené à rentrer, au fur et à mesure qu'il se rapproche de la rondelle 9 du noyau 8, dans un espace où est présent un champ magnétique perturbateur créé notamment par les deux pôles antagonistes N et N1. C'est pourquoi la forme particulière du circuit magnétique 30 conforme à l'invention permet d'éviter un tel inconvénient. En effet, la pièce polaire 31b possèdant un pôle N1, les deux montants 34a et 34b prennent la même polarité N1 et la pièce polaire 31a prend également la même polarité N1. il se crée donc un pôle N1 au niveau de la rondelle 9 du noyau 8 associé à la bobine non excitée 3, et la présence du pôle N1 des deux montants 34a et 34b crée. un espace magnétiquement "neutre" entre les deux montants et le noyau 8. Dès lors, l'aimant 2 vient convenablement se coller sur la rondelle 9 du noyau 8. Evidemment, si l'on désire ensuite faire d-écoller l'aimant 2 du noyau 8 associé à la bobine 3, il suffit d'exciter de façon appropriée cette bobine 3 et tout se passe d'une manière similaire comme précédemment. D'autre part, l'actionneur électromagnétique décrit précédemment peut, par exemple, être incorporé dans un système de servo-verrouillage de portière d'un véhicule automobile. De tels actionneurs sont montés dans chaque portière et sont commandés simultanément par la clé de verrouillage. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté et comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées sur l'esprit de l'invention et mise en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. - Actionneur électromagnétique, du type comprenant un aimant permanent mobile en translation entre deux positions extrêmes, deux bobines fixes axialement alignées suivant l'axe de déplacement dudit aimant et renfermant chacune un noyau en matériau magnétique, ledit aimant étant susceptible de se déplacer d'un noyau vers l'autre par effet de répulsion provoqué par une excitation appropriée de la bobine associée au noyau alors en contact avec ledit aimant, caractérisé en ce que ledit actionneur comprend également au moins deux pièces polaires reliées auxdits deux noyaux respectivement et possèdant chacune une partie plane formant plaque sensiblement parallèle audit axe de déplacement de l'aimant, lesdites pièces polaires étant montées respectivement de part et d'autre dudit aimant et reliées entre elles, au niveau de leurs parties planes, par au moins une traverse en matériau magnétique. 2. - Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la traverse précitée comporte deux montants perpendiculaires aux deux parties planes des pièces polaires précitées et montés respectivement de part et d'autre de l'aimant précité entre les deux positions extrêmes précitées, et par exemple vers le milieu de la distance séparant ces deux positions. 3. - Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux parties planes des pièces polaires précitées sont décalées axialement suivant l'axe de déplacement de l'aimant précité, les deux montants précités reliant lesdites parties planes au voisinage des extrémités respectives de celles-ci qui sont éloignées des noyauxassociésrespectivement auxdites pièces polaires. 4. - Actionneur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les deux parties planes des pièces polaires précitées sont sensiblement rectangulaires, et les deux montants précités sont respectivement en contact avec les bords longitudinaux desdites deux parties planes. 5. - Actionneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque pièce polaire précitée est reliée à son noyau par une plaque supplémentaire perpendiculaire à la partie plane précitée de la pièce polaire, chaque plaque supplémentaire possèdant une ouverture alignée suivant l'axe de déplacement de l'aimant précité et dans laquelle est emmanchée l'extrémité associée dudit noyau qui est opposée à celle destinée à être en contact avec ledit aimant. 6. - Actionneur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie plane et la plaque supplémentaire de chaque pièce polaire précitée sont réalisées en une seule pièce. 7. - Actionneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une tige montée coulissante dans l'un des noyaux précités, dont une extrémité supporte l'aimant précité et dont l'autre extrémité est reliée à un élément de commande possèdant au moins deux positions de manoeuvre correspondant respectivement aux deux positions extrêmes précitées de l'aimant. 8. - Actionneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est enfermé dans un boitier constitué de plusieurs pièces encliquetables. 9. - Véhicule automobile équipé d'un système de servoverrouillage de portière, caractérisé en ce que ce système comprend au moins un actionneur électromagnétique tel que défini par l'une des revendications précédentes.