Brevet FR2648637A1 — publié le 19901221

ACTIONNEUR LINEAIRE ELECTROMAGNETIQUE. La présente invention concerne un actionneur linéaire électromagnétique monophasé du type comportant un organe mobile et une structure statorique. L'organe mobile comprend une lame mince présentant au moins une partie aimantée transversalement, c'est-à-dire perpendiculairement à la direction de translation dudit orgar.e mobile. Des moyens de guidage assurent le positionnement de l'organe mobile à l'intérieur de l'entrefer de la structure statorique. Cette structure statorlque est constituée par un premier circuit $magnétique de très haute perméabilité comportant au moins une bobine électrique d'excitation, et par un deuxième circuit magnétique de très haute perméabilité. Ce deuxième circuit magnétique peut également comporter une bobine électrique d'excitation, ou au contraire ocrer un simple circuit passible de fermeture des flux magnétiques. e tels actionneurs existent dans l'état de l'art, et en particulier étaient décrits dans la demande de brevet PCT n 870063 déposée le ler juin 1987 sous priorité de la demande de brevet suisse n 222886 déposée le 2 juin 1986. Le guidage de l'organe mobile de tels actionneurs pose néanmoins quelques problèmes. En effet, les aimants les réalisés ~a-.s des alliages de haute performance magnétique tel que le néodyne présentent des coefficients de dilatation négatifs. Par ailleurs, les éléments de guldage,par exemple des rails latéraux, présentent un coefficient de dilatation positif ou au mieux nul pour certains alliages modernes tel que l'INVAR (Marque déposée). Ces phénomènes de dilatation viennent donc s additionner et il est par conséquence extrêmement difficile d'assurer un guidage précis et sans jeu de l'organe mobile, compte tenu des tolérances très faibles admises pour ce type d'actionneur, Par ailleurs, les moyens de guidage mis en oeuvre dans l'état de la technique ne présentent qu'une étanchéité imparfaite. De ce fait, des poussières peuvent pénétrer dans l'entrefer et à terme gêner le déplacement de l'organe mobile à l'intérieur de la structure statorique. L'objet de la présente invention est de proposer un actionneur électromagnétique remédiant à ces inconvénients. L'invention vise plus particulièrement à réaliser un guidage précis de l'organe mobile independamment des problèmes de dilatation. La présente invention concerne plus particulièrement un actionneur linéaire du type comportant un organe mobile comprenant une lame mince présentant au moins une partie aimantée transversalement, perpendiculairement à la direction de translation dudit organe mobile, des moyens de guidage mobile, des moyens ce guldage dudit organe mobile ainsi qu'une structure statorique constituée par un premier circuit magnétique de très haute perméabilité comportant au moins une bobine électrique d'excitation et par un deuxième circuit magnétique de très haute perméabilité. Les circuits magnetiques définissent entre eux un entrefer mince dans lequel se déplace l'organe mobile. L'organe mobile comporte un axe disposé selon la direction de translation, ce= axe étant positionne cans le slan perpendiculaire à son axe longitudinal à l'aide d'au moins un élément de guidage. La liaison entre ledit axe et ladite lame mince se fait le long d'une zone de raccordement unique de faible largeur. La lame mince est avantageusement collée sur l'axe, ou appliquée sur l'axe Far une lame flexible sous tension présentant en section transversale axiale une forme concave. Le guidage de l'organe mobile réalisé selon la présente invention évite un blocage des deux extrémités de la lame mince. De ce fait, la dilatation n'influe pas sur la mobilité de la lame mince. Avantageusement, la structure statorique est constituée de deux circuits magnétiques identiques disposés symétriquement Far rapport au plan médian de l'actionneur. I1 est ainsi possible de réduire le coût de production de tels actionneurs linéaires. Avantageusement, l'un au moins des circuits magnétiques présente une cavité longitudinale d'une section supérieure à la section de l'axe solidaire de l'organe mobile. Selon un mode de réalisation particulier, l'un au moins des circuits magnétiques comprend un bobine électrique auxiliaire. Cette bobine auxiliaire constitue un capteur de vitesse permettant d'asservir le déplacement de l'organe mobile. Les éventuels perturbations des phénomènes électromagnétiques existants au niveau de la bobine principale assurant la translation de l'organe mobile se retrouvent de façon identique au niveau de cette bobine auxiliaire. En conséquence, le courant généré dans cette bobine auxiliaire est une reproduction exacte des effets crées par la bobine principa Avantageusement, l'épaisseur de l'entrefer est déterminée par une entretoise rigide disposée entre le premier et le second circuit magnétique, à l'extérieur de la zone parcourue par l'organe colle. Cette entretoise peut en particulier être réalisée sous forme d'une goupille longitudinale en corde à piano. Selon un mode de réalisation avantageux, la lame aimantée est réalisée e un alliage ferromagnêtique revêtu d'une couche de protection anti-oxydante à faible coefficient de frottement. Cette couche de protection est, selon un mode de réaiisation particulier, réalisée en parylène pur. Dans la description qui va suivre, un exemple de réalisation, non limitatif, fera ressortir plus clairement les caractéristiques, avantages et possibilités d'application, de l'invention. Cette description sera illustrée par les dessins dans lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe du dispositif, - la figure 2 représente une vue de face du premier circuit magnétique, - la figure 3 représente une vue de face de l'organe mobile, - la figure 4 représente une vue en coupe transversale de l'organe mobile. - la figure 5 représente une vue en perspective d'une pièce de guidage. La figure ' représente une vue e coupe médiane de l'actionneur selon l'invention. Cet actionneur comporte un premier circuit magnétique (1), un deuxième circuit magnétique (2) ainsi qu'un organe mobile (3). Le premier circuit magnétique, représenté plus en détail dans la figure 2, est constitué par une pièce en matériau magnétique doux, massif ou éventuellement par un empilement de tôles de très haute perméabilité magnétique. Il comporte des rainures (3, 4, 5, 6) permettant de loger une bobine prinoipale (7) et une bobine auxiliaire (8). La bobine principale (7), définit triois pôles (9, 10, 11) du stator representè sur la figure 2. Avantageusement, le stator est constitué en fer pur, par exemple en fer Armco.. A titre d'exemple, la bobine (@) est réalisée en fil thermo-adhérant, d'un diamètre de 0,16 mm. Le bobinage est d'une longueur moyenne de 30 mm et d'une haute@@ moyenne de 8 mm. La bobine est constitué de 195 spires La bobine auxiliaire (8) est constituée par du fil thermo-adhérant d'un diamètre de 0,11 mm, bobiné sur 162 spires, selon un exemple réalisé par la demanderesse, la longueur de cette bobine (8) est de 6 mm et la hauteur moyenne de 8 mm également. Les fils de liaison de la bobine principale (7) et de la bobine auxiliaire (9) sont raccordes à un circuit imprimé (12) sur lequel peut être soudé un connecteur de type connu en soi. L'organe mobile a été représenté en figures 3 et 4. Il est constitué par une lame mince (13) et d'un axe perpendiculaire (14). Dans l'exemple décrit, la lame mince (13) présente quatre zones (15, 16, 1T, 18) aimantées transversalement, c'est-à-dire perpendiculairement au plan généré par la translation de l'organe mobile. Deux bandes aimantées @uxtaposées son= aimantées dans des sens opposés. La hauteur d'une bande aimantée (15, 16, 17, 18) correspond sensiblement à la hauteur pole statorique (o, 10, 11) augmentée de la auteur de l'encoche entre deux piles adjacents. Cette lame mince (11) est fixée sur l'axe (14) d'une part par collage, et d'autre part par application d'un ressort cambré (35) maintenu par deux pièces de fixation (19, 20). La dilatation de la lame mince au niveau de la zone de collage sur l'axe (14) est insuffisante pour provoquer un cisaillement de la colle. Même si la colle devait se dégrader dans le temps, le ressort (35) assurerait une solidarisation suffisante de la lame mince avec l'axe (14). L'axe (14) est mobile en translation à l'intérieur d'une cavité (21) de section légèrement supérieur à la section de l'axe. Le premier circuit magnétique (1) présente une cavité symétrique par rapport au plan médian. Cette cavité permet la mise en place des bobinages. Une goupille longitudinale (23) définit la taille de l'entrefer. L'axe (14) est positionné à l'aide d'une pièce de guidage (25) représentée n figure 5. Cette pièce de guidage (25) comporte un orifice (26) dans leguel est introduite une bague d'étanchéité (27) assurant le coulissement de l'axe (14). Les dimensions de cette pièce (25) correspondent aux dimensions des cavités (2i) des circuits magnéti rues (1, 2). ans ia partie inférieur de la pièce, ceux ergots (28) assurent le positionnement latéral de la pièce guidage. Ces ergots (28) coopèrent avec des cavités complémentaires, prévues sur les circuits magnétiques (1, 2). Un ergot central (29) assure le positionnement transversal de la pièce de guidage (25) ainsi que l'écartement des circuits (1, 2). La largeur des ergots correspond à la dimension de l'entrefer. L'axe de l'organe mobile comporte une partie centrale à Section carrée permettant la fixation de la lame mince (13) ainsi qu'une tige cylindrique (30) coulissant dans le barillet d'étanchéité. L'étendue de la course de l'organe mobile peut être modifiée à la jonction d'une ou de plusieurs rondelles à l'une ou à l'autre des extrémités de l'axe (i4). L'axe central laisse subsister un degré de liberté en rotation. Le jeu angulaire de l'axe central est limité par le frottement de l'extrémité (33) de l'aimant la plus éloignée de l'axe, sur les pâles du stator. Cette force de frottement est négligeable dans la mesure où la partie aimantée est recouverte par une pellicule de matériau tel qu du parylène. Le jeu moyen entre l'aimant mince at les pâles est de l'ordre de 0,1 millimètre. Le jeu angulaire oui en résulte est donc extrëmenent réduit. L'ensemble de la structure statorique est encapsulé dans un boîtier de protection rigide. Afin de préserver l'étanchéitè, le boitier est constitué de deux demi coquilles symétriques assemblées par serrage. Les espaces vides sont comblés par des matériaux déformables élastiquement, formant des joints. La présente invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif. Il est bien entendu que l'homme du métier sera à même de réaliser de nombreuses variantes sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Actionneur linéaire monophasé du type comportant un organe mobile comprenant une lame mince présentant au mcir.s une partie aimantée transversalement, perpendiculaire à la direction de translation dudit organe mobile, des moyens de guidage dudit organe, ainsi qu'une structure statorique constituée par un premier circuit magnétique de très haute perméabilité comportant au moins une bobine électrique d'excitation et par un deuxième circuit magnétique de très haute perméabilité, lesdits circuits magnétiques définissant entre eux un entrefer mince dans lequel se déplace ledit organe mobile, la lame mince aimantée (3) étant fixée sur un axe (14) unique disposé parallèlement à la direction de tra@@@lation de l'organe mobile (3), ledit axe (14) coopérant avec au moins un élément de guidage, la liaison entre ledit axe (14) et ladite lame min@e (23) se faisant le long d'une zone de raccordement unique de faible largeur. 2 - Actionneur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en se que la lame mince (3) est collée sur ledit axe (14). 3 - Actionneur linéaire selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la lame mince (3) est appliquée sur l'axe (14) par une lame (35) flexible sous tension présentant une section transversale axiale concave. 4 - Actionneur linéaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caracterisé en ce que la structure statorique est constituée par deux circuits magnétiques (1, 2) identiques disposés symétriquement par rapport au plan médian de l'actionneur. 5 - Actionneur linéaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins des circuits magnétiques (1, 2) présente une cavité longitudinale (21) d'une section supérieure à la section de l'axe (14). 6 - Actionneur linéaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins des circuits magnétique (1, 2) comprend une bobine électrique auxiliaire (8) 7 - Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'entrefer est déterminée par une entretoise (23) rigide disposée entre le premier circuit magnétique (1) et le second circuit magnétique (2), à l'extérieur de la zone parcourue par l'organe mobile (3). 8 - Actionneur linéaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la lame mince (3) est réalisée en un matériau aimanté revetu d'une couche de protection anti-oxydante et anti-adhésive. 9 - Actionneur linéaire selon la revendication 8, caractérisé er. ce que la lame mince (3) e ouverte d'une couche de paryléne.