Brevet FR2611307A1 — publié le 19880826

1. La présente invention concerne un dispositif de commande actionné par solénoide et, plus particulière- ment, un dispositif qui comporte une armature mobile dans le sens axial et présentant deux positions de fonction- nement stables. Les véhicules automobiles modernes présentent de nombreuses caractéristiques et commodités pour amélio- rer le confort, la sécurité etc. des occupants. Une de ces caractéristiques est la présence d'une porte ver- rouillable pour le système de remplissage en carburant. Beaucoup de véhicules de tourisme comportent une porte articulée dans le panneau du quart arrière o partie comprenant le coffre arrière, qui ferme le bouchon du système de remplissage du réservoir de carburant. Comme moyen permettant d'éviter le vol du carburant ou l'intro- duction de contaminants dans le réservoir, de nombreuses voitures sont équipées d'une porte verrouillable pour le 2. système de remplissage. Un type de porte comporte sa propre clé et son mécanisme de verrouillage à loquet. L'usager doit alors utiliser une clé de déverrouilla- ge de la porte pour pouvoir procéder au remplissage du réservoir. Pour disposer d'une porte verrouillable plus commode, on a imaginé diverses solutions permettant de coordonner le verrouillage de la porte avec le réser- voir. L'un de ses systèmes utilise un petit moteur électrique qui fonctionne à distance par l'intermédiai- re d'un câble flexible de manière à déplacer le verrou de la porte entre les positions verrouillée et déver- rouillée. Le montage à distance du moteur d'actionne- ment est utilisé pour simplifier l'installation du dispositif de commande et pour éviter la formation d'étincelles électriques à proximité des vapeurs inflam- mables provenant du réservoir de carburant. Bien que de tels dispositifs donnent satisfaction dans leur fonc- tionnement, il reste le souhait de réduire leur coût et d'améliorer leurs performances. Bien que les dispositifs de commande du type à solénoïde aient par inhérence l'avantage sur les au- tres moteurs électriques d'être moins chers et plus simples, ils souffrent de l'inconvénient que leur arma- ture mobile dans le sens axial n'est généralement stable que dans une seule position de fonctionnement. De maniè- re à maintenir l'armature du solénoide à une position décalée par rapport à sa position stable, il faut nor- malement un courant constant. Dans les applications concernant les véhicules automobiles, il est souhaita- ble de minimiser les besoins en courant électrique de manière à réduire la charge de l'alternateur et de plus, éviter l'épuisement de la batterie lorsque le véhicule ne fonctionne pas. Par conséquent, il y a un besoin pour un dispositif de commande actionné par solénoïde qui comporte une armature mobile entre deux positions 3. stables ne nécessitant pas le passage d'un courant à l'exception des périodes pendant lesquelles l'état du so- lénoide est modifié. Selon la présente invention, on prévoit un solénoïde d'actionnement bistable ayant des caractéris- tiques désirables venant d'être exposées. Le solénoi- de comporte une bobine entourant une armature mobile dans le sens axial. Un aimant permanent placé à une ex- trémité du solénoïde peut maintenir l'armature dans l'une des positions d'actionnement. Lorsqu'on souhaite dépla- cer l'armature du solénoide pour l'éloigner de l'aimant permanent, un courant électrique traverse la bobine dans un sens tel que le solénoïde produit un champ magnétique qui neutralise temporairement le champ magnétique dévelop- pé par l'aimant permanent, ce qui permet le mouvement de l'armature sous l'effet de la sollicitation d'un ressort. L'armature reste dans cette position car l'intensité du champ magnétique de l'aimant permanent et de la piè- ce polaire, et l'entrefer entre les composants et l'arma- ture ne fournissent pas une force d'attraction suffisan- te pour vaincre la force de sollicitation exercée par le ressort. Lorsqu'on souhaite ramener l'armature à la première position, un courant traverse la bobine du solé- noide dans le sens qui produit un champ magnétique renforçant le champ fourni par l'aimant permanent, d'o l'attraction de l'armature par l'aimant permanent. Lors de l'arrêt du courant, l'armature reste en position près de l'aimant permanent, s'opposant à la tension mécanique exercée par le ressort. Par conséquent, l'armature du solénoïde a deux positions de fonctionnement stables, et constitue par conséquent un moyen électromécanique équivalent à une porte simple de bascule électronique numérique. Bien qu'un tel dispositif de commande puis- se avoir de nombreuses applications, on le décrit ici dans son utilisation pour déplacer un loquet de porte 4. pour système de remplissage de véhicule automobile en- tre les positions verrouillée et déverrouillée par l'intermédiaire d'un câble. La présente invention sera bien comprise lors de la description aivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue d'artiste du solénoide d'actionnement bistable selon la présente invention lorsqu'il est monté dans le panneau du quart arrière d'un véhicule de tourisme et communique avec un disposi- tif d'enclenchement de la porte d'un système de remplis- sage par l'intermédiaire d'un câble flexible; La figure 2 est une vue en coupe prise le long des lignes 2-2 de la figure 1 illustrant les détails intérieurs du mécanisme d'enclenchement selon la présen- te invention; La figure 3 est une vue en coupe longitudinale du solénoide d'actionnement bistable selon la présente invention, illustrant l'armature dans une position stable; et La figure 4 est une vue en coupe prise le long de la ligne 4-4 de la figure 3. La figure 1 illustre un solénoide d'actionne- ment bistable selon la présente invention qui est représen- tée dans ses grandes lignes par la référence 10, le dispo- sitif étant utilisé pour actionner un mécanisme 12 de verrouillage de la porte d'un système de remplissage de carburant. Le solénoide 10 est monté à l'intérieur du panneau du quart arrière 14 d'un véhicule automobile. Le solénoide 10 actionne linéairement un câble de com- mande 16 enfermé dans une gaine 18. Le mécanisme de ver- rouillage 12 est monté à l'intérieur d'une ouverture 20 ménagée dans le compartiment 22 du système de remplissa- ge en carburant. Les détails des organes de manoeuvre du 5. mécanisme de verrouillage 12 sont décrits en figure 2. La gaine 18 est fixée au châssis 24 du mécanisme de ver- rouillage. Le câble 16 est fixé à un taquet 26 de serru- re par un axe 28. Le taquet 26 peut tourner autour d'un axe 30 en réponse au mouvement du câble 16 afin d'être mobile entre une position de verrouillage illustrée en figure 2 et une position de déverrouillage dans laquelle il tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une mon- tre par suite du retrait du câble 16. Dans la position déverrouillée,la porte 32 peut être ouverte car le ta- quet 26 est désengagé de la barre de verrouillage 34.A titre de variante de configuration, le câble 16 aurait une ferrure emprisonnée avec jeu par le taquet 26 de façon à n'être accouplés qu'en réponse à la tension du câble. Pour une telle réalisation, un moyen de ressort serait prévu pour solliciter le taquet 26 vers une position de blocage, lui permettant ainsi de revenir à cette position lorsque le câble n'est plus soumis à une tension. On décrit en liaison avec la figure 3 les compo- sants constituant le solénoide d'actionnement 10. Un lo- gement 38 est de préférence constitué d'un matériau plas- tique en polymère et définit une embase 40 pour connecteur électrique. Une cosse 42 sert à brancher un connecteur électrique associé à l'intérieur de l'embase 40. Un tube 44 a sa longueur axiale qui est supérieure à celle du logement 38 de sorte qu'il est en saillie sur l'une des extrémités de celui-ci. Le tube 44 définit des rebords séparés 46 et 48 en saillie dans le sens radial qui définissent la longueur axiale de l'enroulement 50 du solénoide. Les extrémités du fil de l'enroulement 50 sont connectées électriquement à une paire de bornes 52 (seule une borne est visible en figure 3). Un disjonc- teur ou autre type de moyen de protection d'un circuit peut être connecté électriquement à l'une ou l'autre 6. des bornes 52. Le tube 44 comporte un alésage intérieur cylindrique allongé 54. Une armature 56 est constituée d'un élément cylindrique allongé, dimensionné de façon à pouvoir coulisser à l'intérieur de l'alésage 54. L'ar- mature 56 présente à l'une de ses extrémités un alésage conique 58 qui converge pour donner un trou borne 59, et à son autre extrémité axiale une embase 60 pour câ- ble. Une extrémité 62 à manchon est disposée à l'in- térieur de la partie en saillie du tube 44 et supporte la gaine 18 du câble. Le câble 16, qui est en saillie sur la gaine 18, entre dans l'alésage 64 ménagé à l'intérieur de l'embase 60. Le câble 16 est fixé dans l'alésage 64 par sertissage de l'extrémité 60 contre le câble. Le mou- vement linéaire de l'armature 56 se traduit par l'inser- tion du câble 16 dans la gaine 18, et par son extraction. Une poignée 66 de manoeuvre d'intervention s'engage dans une rainure annulaire 68 pratiquée dans l'armature 56 et permet de déplacer manuellement l'armature entre des positions en cas de panne électrique ou autre mauvais fonctionnement entraînant l'absence de marche du disposi- tif pour le déplacer jusqu'à sa position déverrouillée. Un aimant permanent 70 est fixé à l'intérieur de l'alésage 54. Une pièce polaire 72 est montée en con- tact avec l'aimant permanent 70 et définit une surface conique 73 qui épouse la forme de l'alésage conique 58 de l'armature. L'aimant permanent 70 et la pièce polai- re 72 sont placés à l'intérieur d'une partie 74 de l'alé- sage 54 dont le diamètre est légèrement supérieur au res- te de l'alésage. Un ressort en spirale 88 est disposé dans des alésages 90 et 59 de la pièce polaire 72 et de l'armature 56, respectivement, pour solliciter l'armatu- re en l'éloignant de la pièce polaire. Un collecteur de flux 77 a une forme annulaire et est disposé autour du tube 44 contre le rebord 48. 7. Le châssis 76 du solénoide est en tôle et comporte une plaque de montage 78 pour la fixation du solénoide 10 à une structure associée. Le chassis 76 com- porte en outre une paire de pattes verticales 80 et 82. La patte 80 est placée de manière à se monter étroite- ment contre l'aimant permanent 70, et la patte 82 présen- te une fente centrale de façon à entourer le tube 44 près du collecteur de flux 77. Les pattes 80 et 82 forment un trajet de conduction pour le circuit magnétique du solé- noide 10. En liaison avec la figure 4, on voit mieux la façon de fixer le logement 38 dans le chassis 76. Le logement 38 comporte plusieurs pattes en saillie 84 qui se montent dans des fentes correspondantes 86 ménagées dans le châssis. Après combinaison de ces pièces, on chauf- fe les pattes 84 (de préférence avec de l'air chaud) pour bloquer le logement 38 dans le chassis 76. On décrira maintenant, en liaison plus par- ticulière avec la figure 3, le fonctionnement du solénoi- de d'actionnement 10. En figure 3, l'armature 56 est re- présentée dans sa position la plus à droite, laquelle cor- respond à la position o la porte 32 est verrouillée. L'armature 56 reste dans cette position, sans qu'il y ait application d'une force extérieure, grâce à la force de sollicitation exercée par le ressort 88. Lorsqu'on souhai- te déplacer l'armature 56 jusqu'à la positiongauche de déverrouillage, une tension est appliquée aux bornes 52, ce qui provoque le passage d'un courant dans la bobine 50 du solénoide dans une direction telle qu'il y a produc- tion d'un champ magnétique d'un sens tel qu'il se combine avec le champ développé par l'aimant permanent 70. Les pôles obtenus de cette manière créent des pôles en opposi- tion sur les surfaces de la pièce polaire 72 et de l'arma- ture 56 à leur interface, d'o le déplacement de l'arma- ture vers la pièce polaire. L'alésage conique 58 et la forme 8. conique de la surface polaire 73 améliorent la force d'attraction s'exerçant entre ces deux composants pour de grandes distances de séparation, comme cela est bien connu du technicien. Dès que l'armature 76 s'est dépla- cée vers la position la plus à gauche, on peut arrêter le passage du courant dans la bobine 50. Dans cette po- sition, le champ magnétique de l'aimant permanent 70 maintient l'armature 56 dans la position la plus à gau- che, ce qui déverrouille la porte 32 du système de rem- plissage. Comme l'entrefer entre l'armature 56 et la pièce polaire 72 est petit lorsque l'armature 56 se trouve dans cette position, le champ magnétique de l'ai- mant permanent 70 crée une force d'attraction élevée, de valeur suffisante pour maintenir l'armature à l'en- contre de la force de sollicitation exercée par le res- sort 88. Lorsqu'on souhaite ramener l'armature 56 vers la position la plus à droite, laquelle verrouille la por- te 32, on applique un courant aux bornes 52 d'une façon permettant d'obtenir une orientation des pôles magnéti- ques opposée à celle venant d'être décrite de sorte que le champ a une direction opposée à celle du champ déve- loppé par l'aimant permanent 70. Par suite de l'inductan- ce du bobinage 50> le courant le traversant et par con- séquent le champ magnétique développé augmentent dans le temps. Pendant l'établissement d'un tel champ magné- tique, la force d'attraction s'exerçant entre l'armatu- re 56 et la pièce polaire 72 est neutralisée et l'armatu- re 56 peut se déplacer jusqu'à sa position la plus à droi- te sous l'influence du ressort 88. De préférence, l'inten- sité du flux développé par la bobine 50 qui s'oppose au champ magnétique de l'aimant permanent 70 dans cette con- dition de fonctionnement est étudiée pour ne pas permet- tre le retour de l'armature contre la pièce polaire après leur séparation (sauf si la polarité est inversée). 9. En variante, le courant pourrait être interrompu dans la bobine 50 après une certaine durée afin d'éviter le "re- bondissement" de l'armature. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 26 1 1307 10. REVENDICATIONS 1 - Solénoide d'actionnement bistable, caractérisé en ce qu'il comprend: un bobinage (50) définissant une cavité cylindrique allongée (54), - une armature (56) disposée dans la cavité, dans laquelle celle-ci peut être animée d'un mouvement de translation entre des première et seconde positions, - un moyen d'aimant permanent (70) pour four- nir un champ magnétique et maintenir l'armature dans la première position; et - un moyen de ressort (88) pour solliciter l'ar- mature vers la seconde position et maintenir l'armature dans cette seconde position, o lorsque ladite armature se trouve dans la première position celle-ci peut être amenée jusqu'à la seconde position par le passage d'un courant dans la bobine d'une manière telle qu'elle pro- duit un champ magnétique ayant une polarité s'opposant au champ développé par l'aimant permanent, d'o l'annula- tion de la force d'attraction de l'armature vers l'aimant permanent et la libération de l'armature pour qu'elle se déplace jusqu'à la seconde position sous l'effet du moyen de ressort, et o l'armature peut être déplacée de la seconde position à la première position par le pas- sage d'un courant dans la bobine d'une manière telle qu'elle produit un champ magnétique ayant une polarité qui se combine avec le champ développé par l'aimant permanent pour attirer l'armature vers la première position,dans laquelle l'aimant permanent maintient ensuite l'armatu- re lorsqu'aucun courant ne traverse la bobine. 2 - Solénoide selon la revendication 1, dans lequel il est utilisé pour actionner un dispositif de verrouillage (12) de la porte (32) du système. de remplis- sage en carburant du véhicule, comprenant: - un organe de verrouillage (26) pouvant être 11. actionné entre des états verrouillé et déverrouillé, et - un câble flexible (16) accouplé à l'armatu- re (56) du solénoide et à l'organe de verrouillage, o le mouvement de l'armature entre les première et seconde po- sitions actionne l'organe de verrouillage entre les états verrouillé et déverrouillé. 3 - Solénoide selon la revendication 1, compre- nant en outre un élément de châssis (76) ayant des pre- mière et seconde pattes verticales (80, 82), la premiè- re patte étant placée en contact avec l'aimant permanent (70) et la seconde patte étant séparée de la première patte et entourant généralement le bobinage (50). 4 - Solénoide selon la revendication 1, dans lequel le moyen de ressort comprend un ressort en spira- le (88) disposé entre l'aimant permanent et l'armature. - Solénoide selon la revendication 1, com- prenant en outre une pièce polaire (72) disposée dans la cavité (54) du bobinage à proximité de l'aimant per- manent. 6 - Solénoide selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la pièce polaire (72) et l'armature (56) définissent des surfaces coniques complémentaires (73, 58) se montant l'une dans l'autre. 7 - Dispositif de verrouillage de la porte (32) d'un système de remplissage en carburant pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend: - une bobine (50) de solénoide définissant une cavité cylindrique allongée (54), - une armature (56) disposée dans la cavité, dans laquelle elle peut être animée d'un mouvement de translation linéaire entre des première et seconde posi- tions, - un moyen d'aimant permanent (70) pour fournir un champ magnétique et maintenir l'armature dans la première position, 12. - un moyen de ressort (58) pour solliciter l'arma- ture vers la seconde position et l'y maintenir, o lors- que l'armature se trouve dans la première position, celle- ci peut être déplacée jusqu'à la seconde position par le passage d'un courant dans la bobine d'une manière telle qu'elle produit un champ magnétique ayant une pola- rité s'opposant au champ développé par l'aimant permanent, d'o l'annulation de la force d'attraction de l'armatu- re vers l'aimant permanent et la libération de l'armatu- re pour qu'elle se déplace jusqu'à la seconde position sous l'effet du moyen de ressort, et o l'armature peut être déplacée de la seconde position à la première posi- tion par le passage d'un courant dans la bobine d'une ma- nière telle qu'elle produit un champ magnétique ayant une polarité qui se combine avec le champ développé par l'aimant permanent pour attirer l'armature vers la pre- mière position, dans laquelle l'aimant permanent main- tient ensuite l'armature lorsqu'aucun courant ne traver- se la bobine, - un organe de verrouillage (26) pouvant être actionné entre les états de verrouillage et de déverrouil- lage de la porte du système de remplissage; et - un câble flexible (16) accouplé à l'armature du solénoide et à l'organe de verrouillage, o le mouve- ment de l'armature entre les première et seconde posi- tions actionne l'organe de verrouillage entre les états de verrouillage et de déverrouillage. 8 - Dispositif de verrouillage selon la revendi- cation 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un élément dedchâssis (76) ayant des première et seconde pat- tes verticales (80, 82), la première patte étant placée en contact avec l'aimant permanent (70) et la seconde patte étant séparée de la première patte et entourant généralement la bobine (50). 9 - Dispositif de verrouillage selon la 13. revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de res- sort (89) comprend un ressort en spirale disposé entre l'aimant permanent et l'armature. - Dispositif de verrouillage selon la reven- dication 7, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce polaire (70) disposée dans la cavité du bobinage à proxi- mité de l'aimant permanent. 11 - Dispositif de verrouillage selon la re- vendication 10, caractérisé en ce que la pièce polaire (70) et l'armature (56) définissent des surfaces coniques com- plémentaires (73; 58) se montant l'une dans l'autre. 12 - Solénoide d'actionnement bistable, carac- térisé en ce qu'il comprend: - un tube allongé (44) avec un alésage inté- rieur creux (54); - une bobine (50) enroulée autour du tube, - une armature (56) disposée dans l'alésage du tube et pouvant être animée d'un mouvement de trans- lation axial entre des première et seconde positions, - un aimant permanent (70) pour fournir un champ magnétique et maintenir l'armature dans la premiè- re position, l'aimant permanent étant disposé à une ex- trémité de l'alésage du tube; - un câble d'actionnement (16) fixé à une ex- trémité de l'armpture, - un élément de châssis (76) comportant des pre- mière et seconde pattes verticales (80, 82), les pattes agissant en collecteur de flux (77), la première patte enfermant l'aimant à l'intérieur de l'alésage du tube et la seconde patte étant séparée de la première et en- tourant généralement le tube, - un moyen de ressort (88) pour solliciter l'ar- mature vers la seconde position et l'y maintenir, o lors- que l'armature se trouve dans la première position, celle- ci peut être déplacée jusqu'à la seconde position par 14. le passage d'un courant dans la bobine d'une manière tel- le qu'elle produit un champ magnétique ayant une polarité s'opposant au champ développé par l'aimant permanent, d'o, l'annulation de la force d'attraction de l'armature vers l'aimant permanent et la libération de l'armature pour qu'elle se déplace jusqu'à la seconde position sous l'ef- fet du moyen de ressort, et o l'armature peut être dépla- cée de la seconde position à la première position par le passage d'uncourant dans la bobine d'une manière telle qu'elle produit un champ magnétique ayant une polarité qui se combine avec le champ développé par l'aimant per- manent pour attirer l'armature vers la première position, dans laquelle l'aimant permanent maintient ensuite l'ar- mature lorsqu'aucun courant ne traverse le bobinage. 13 - Solénoide d'actionnement bistable selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pièce polaire (72) en étroite proximité avec l'ai- mant, la pièce polaire définissant une première surface tronconique (73) et l'armature définissant une seconde sur- face tronconique (58), les surfaces ayant des formes complémentaires et se montant l'une dans l'autre. 14 - Solénoide d'actionnement bistable selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen de ressort (88) est un ressort en spirale disposé entre la pièce polaire et l'armature. - Solénoide d'actionnement bistable selon la revendication 12, caractérisé en ce que le solénoide (10) est utilisé pour actionner le dispositif de verrouillage de la porte d'un système de remplissage en carburant d'au- tomobile, caractérisé en ce qu'il comprend: - un organe de verrouillage (26) pouvant être actionné entre des positions de verrouillage et de déver- rouillage, et -un câble flexible (16) accouplé à l'armature du solénoide et à l'organe de verrouillage, o le 15. mouvement de l'armature entre les première et seconde posi- tions actionne l'organe de verrouillage entre les états verrouillé et déverrouillé.