Brevet FR2648632A1 — publié le 19901221

ACTIONNEUR ELECTROMAGNETIQUE MONOPRASE DE FAIBLE ENCOMBREMENT. La présente invention concerne un actionneur électromagnétique monophasé comportant un rotor disposé dans un entrefer d'une structure statorique formé par un premier circuit magnétique comportant 2N pôles et au moins une bobine d'excitation, et un deuxième circuit magnétique. Les circuits magnétiques sont réalisés en un matériau de très haute perméabilité magnétique. Le rotor présente une partie mince aimantée constituée de 2N paires de pôles minces aimantés transversalement en sens opposé. L'aimantation est pratiquement uniforme et s'étend sur une longueur A mesurée selon le chemin de déplacement. De tels actionneurs sont destinés en partIculier à des actionneurs rotatifs ou encore à des indicateurs de tableau de bord. Ces attionneurs présentent la particularité de cosséder une grande zone dans laquelle la force est constante. De ce fait, il est possible de réaliser des actionneurs ayant une très grande reproductibilité et une trés grande précision angulaire par asservissement. De tels actionneurs présentent néanmoins un inconvénient pour des applications dans lesquelles une miniaturisation poussée est recherchée. En effet, la zone à force constante n'existe, selon i'enseignement de l'état de la technique, que si le circuit magnétique est fermé. Pour cela, le premier circuit magnétique est le second circuit magnétique sont dans tous les cas réunis par une pièce magnétique disposée à l'extérieur du chemin parcouru par l'organe mobile. Cette pièce magnétique réunissant les circuits magnétiques doit présenter une dimension suffisante pour permettre le passage des flux magnétiques et représente donc un encombrement supplémentaire préjudiciab . L'objet de la présente invention est de réalise: un actionneur électromagnétique monophasé présentant les mêmes qualités de reproductibilité et de précision angulaire d'un enccnbrement réduit. La présente invention est caractérisée par le fait que les deux circuits magnétiques sont reliés uniquement par des entretoises non magnétiques, et en ce que 7tD N est inférieur BE t E étant l'épaisseur de l'entrefer entre les deux circuits magnétiques et D étant le diamètre moyen de la structure statorique. Dans ces conditions, la demanderesse a pu réaliser, de façon surprenante et contrairement à tout enseignement de l'état de l'art, un actionneur électromagnétique dans lequel existe une zone étendue à force constante. Selon un premier mode de réalisation, l'actionneur comporte un rotor tubulaire aimanté radialement et présentant 2N paires de pôles alternés, le rapport entre l'épaisseur E de l'entrefer et la longueur Y desdits pôles étant inférieur à 0,25. La structure statorique est constituée par un premier circuit magnétique entourant le rotor et présentant 2N parties polaires excitées par les bobines électriques, et par un deuxième circuit magnétique constitué par un cylindre plein disposé à l'intérieur du rotor, le rotor et les deux circuits magnétiques étant coaxiaux. on peut réaliser, en choisissant des cylindres de très faible hauteur, des indicateurs extrêmement plats ou des actionneurs de très faible encombrement. Selon une variante avantageuse, les paires de pôles magnétiques du rotor sont solidaires du circuit magnétique. Le deuxième circuit magnétique constitue ainsi un support du rotor, relativement fragile, et peut supporter l'axe d'utilisation de l'actionneur. Selon un autre mode de réalisation, le rotor est constitué par un disque mince divisé en 2N secteurs angulaires aimantés transversalement dans des sens alternés, le rotor pouvant tourner autour d'un axe central entre un premier circuit magnétique constitué par 2N secteurs angulaires entourés par des bobines d'excitation et par un deuxième circuit magnétique constitué par un disque coaxial avec le rotor et le deuxième circuit magnétique. De préférence, l'épaisseur du deuxième circuit BO D2-d2 magnétique est au moins égale à 0,4 X X . BO Bsat Dstat représente l'induction de l'aimant, Bsat représente l'inductIon à saturation dans le fer, D représente ie diamètre extérieur de la partie aimantée de l'aimant, d représente le diamètre intérieur de ia partie aimantée située dans l'entrefer, et Dstat correspond au diamètre extérieur du deuxième circuit magnétique qui peut être plus grand que D. Le deuxième circuit magnétique ainsi réalisé permet un passage optimal des flux magnétiques. La zone à force constante est ainsi la plus étendue possible. Selon un mode de réalisation particulier le deuxième circuit magnétique est collé sur le rotor Gn constitue ainsi un ensemble rotor-deuxième magnétique d'une grande rigidité pouvant être utilisé en particulier comme indicateur de tableau de bord. Selon un mode de réalisation particulier, de la présente invention, l'un au moins des circuits magnétiques présente le long de l'une au moins de ses arètes polaires un chanfrein ou un bord incliné, Par bord incline il faut entendre que, dans le cas d'une réalisation dans laquelle le rotor est constitué par un disque, le bord de l'une au moins des pièces polaires forme avec une droite radiale séquente un angle compris entre C et 10 , et dans le cas d'une réalisation de type cylindrique que le bord de l'une au moins des pièces polaires forme un angle compris entre 0 et 10 avec une génératrice sécante. Dans ce mode de réalIsation particulier, on maitrise l'effet de verrouillage du rotor en l'absence de courant électrique, lorsque le courant électrique a amené le rotor dans une position dans laquelle l'un des bords de la partie aimantée coopèrent avec le chanfrein ou lé bord incliné. De préférence, le chanfrein forme avec le plan du rotor un angle compris entre 30 et 600. La largeur du chanfrein est avantageusement comprise entre 1/5 et 1/20 de la longueur du pale développé. des pôles magnétiques de la structure statorique est entouré par une bobine d'asservissement délivrant un signal d'asservissement. La présente invention sera mieux comprise dans la description qui suit, ou s'appuyant sur les dessins où - la figure 1 représente une vue en coupe d'un actionneur rotatif, - la figure 2 représente une vue en coupe médiane du premier circuit magnétique dudit actionneur rotatif, - la figure 3 représente une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation, - la figure 4 représente la vue du premier circuit magnétique correspondant à cette deuxième variante, - les figures 5 à 9 représentent différentes variantes de bobinage d'un actionneur rotatif représenté en figure 4. L'actionneur représenté en figure 1 comporte un rotor cylindrique (1) et une structure statorique composée par un premier circuit magnétique (2) et par un deuxième circuit magnétique (3). Le rotor (1) est constitué par une jante rigide (4) sur laquelle est fixé un aimant mince de forme cylindrique (5). Cet aimant mince présente six parties polaires aimantées transversalement, en sens alterné. Le rotor (1) est monté sur un axe (6) guidé par un pallier (7), par exemple une douille à billes. Le premier circuit magnétique (2) est constitué par une pièce réalisée en un matériau de très haute perméabilité magnétique, emboutie pour arrivée à une forme de cuvette. Le premier circuit magnétique présente six parties polaires. Des bobines électriques (8) sont disposées autour des pôles magnétiques du premier circuit magnétique. Le deuxième circuit magnétique (3) est constitué par un disque réalisé en un matériau de très haute perméabilité magnétique. Il définit, avec le premier circuit magnétique (2), un entrefer (9) dans lequel se déplace le cylindre aimanté (5). La figure 2 représente une vue du premier circuit magnétique. On distingue six pôles magnétiques (10 à 15) ainsi que des bobines électriques (8, 16, 17). Les bobines (8 et 16) sont des bobines d'excitation alors que la bobine (17) est une bobine d'asservissement délivrant un signal électrique à un circuit électronique. Le pôle magnétique (11) présente deux arètes latérales chanfreinées (18, 19). . Comme on peut le constater sur la figure 1, le premier circuit magnétique (2) et le deuxième circuit magnétique (3) ne sont pas réunis par des pièces magnétiques mais seulement par des pièces de liaison non magnétiques (20) Dans le mode de réalisation illustré en figure 3, le rotor est constitué par une partie aimantée circulaire (21) montée sur jante rigide (22) non magnétique coopérant avec un axe (23). La partie aimantée circulaire t21) est divisée en deux pôles aimantés transversalement, en sens opposé. Le diamètre extérieur de la partie. aimantée D et le .diamètre intérieur d correspondent à la partie aimantée placée à l'intérieur de l'entrefer (9). La structure statorique est constituée par un premier circuit magnétique (2) et par un deuxième circuit magnétique (3). Le premier circuit magnétique (2) est constitué par un cylindre présentant selon deux génératrices cpposées une encoche permettant le passage de la bobine d'excitation (e). Le deuxième circuit magnétique (3) est constitué par un cylindre plein présentant, selon deux génératrices, symétriquement par rapport aux encoches de passage de la bobine (8), un usinage évitant le déséquilibre des forces s'exerçant sur la partie aimantée (21). Les deux circuits magnétiques (2, 3) sont réunis uniquement par le boîtier (24) en matière non magnétique. La figure 4 représente une vue en coupe médiane du premier circuit magnétique. On distingue une première partie polaire (25) constituée par un secteur angulaire d'un cylindre et une deuxième partie polaire (26) symétrique. Le bobinage (8) est disposé autour de la première partie polaire (25). Un deuxième bobinage (22) symétrique au premier bobinage (8) engendre sur le pôle (26) une polarité opposée à celle du premier pôle (25). Chacune des parties polaires (25, 26) présente un bord latéral respectivement (28, 29) incliné. Ces bords inclinés permettent de régler la force de verrouillage du rotor lorsque la jonction entre les deux parties polaires de la partie aimantée (21) se trouvent dans la zone dans laquelle règne une force de détente. Dans le mode de bobinage représenté en figure 5, les bobines (8, 27) sont disposées dans le plan transversal, autour des circuits magnétiques respectivement (25, 26). Le bobinage présente une partie active (30) s'étendant suivant un arc de cercle suivant de très près le circuit magnétique (25). La liaison s'effectue suivant un segment linéaire (31) reJoignant les deux extrémités de la partie active (30) . Ce segment de bobinage (31) passe de part et d'autre de l'axe (23) . Si les circuits magnétiques (25, 26) s'étendent sur un secteur angulaire plus important, ou si le diamètre de l'axe (23) interdit le mode de réalisation représenté en figure 5, le bobinage peut être réalisé comme représenté en figure 6 ou en figure 7. En figure 6, les deux extrémités de la partie active (30) du bobinage (9) sont reliés par un segment (31) formant sensiblement un arc de cercle contournant par l'extérieur l'axe (23). Dans le mode de réalisation représenté en figure 7, la partie de liaison (31) contourne l'axe (23) par l'extérieur. Selon un autre mode de réalisation représenté en figure (8), le bobinage s'effectue non pas dans le plan médian des circuits magnétiques mais dans le plan transversal. Le bobinage (8) passe à travers les encoches séparant les deux pôles (25, 26) du circuit magnétique (2) et passe alternativement de part et d'autre de l'axe (23) comme presenté en figure 9. I1 est bien entendu que ces exemples de bobinage sont décrits à titre d'exemple et ne constituent en aucune façon l'énumération exaustives des solutions envisageables. La présente invention n'est en aucune façon limitée au mode de réalisation qui précède mais s'étend au contraire à toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Actionneur électromagnétique monophasé comportant un rotor disposé dans l'entrefer de 'la structure statorique, formé par un premier circuit magnétique (2) comportant 2N pôles et au moins une bobine d'excitation (8), et un deuxième circuit magnétique (3), lesdits circuits magnétiques (2, 3) étant réalisés en un matériau de très haute perméabilité magnétique, le rotor présentant une partie mince (5) aimantée constituée de 2N paires de pôles aimantés transversalement, en sens alterné, l'aimantation étant pratiquement uniforme et s'étendant sur un chemin A mesuré le long du chemin de déplacement, caractérisé en ce que le premier circuit magnétique (2) est relié au second circuit magnétique (3) uniquement par des pièces de liaison ltD non magnétiques et en ce que N est inférieur à 8Et E étant l'épaisseur de l'entrefer mesurée entre les deux circuits magnétiques et D étant le diamètre moyen de la structure sta=oriaue. 2 - Actionneur électromagnétique monophasé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un rotor tubulaire (5) aimanté radialement, et présentar.t 2N paires de pôles alternés, le rapport entre l'épaisseur E de l'entrefer desdits poules et la longueur Y desdits poles mesurée sur la circonférence du rotor étant inférieur à 0,25, et en ce que la structure statorique est constituée par un premier circuit magnétique (2) entourant le rotor et présentant 2N parties polaires (10 à 15) excitées par des bobines électriques (8, 16) et par un deuxième circuit magnétique (3) constitué par un cylindre plein disposé à l'intérieur du rotor, le rotor et les deux circuits magnétiques étant coaxiaux. 3 - Actionneur électromagnétique monophasé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les paires de pôles magnétiques du rotor sont sclidaires du deuxième circuit magnétique (3). 4 - Actionneur électromagnétique monophasé selon la rvendication 1, caractérisé en ce que le rotor est constitué par un disque mince (9) divisé en 2N secteurs angulaires aimantés transversalement dans les sens alternés, ledit rotor étant mobile entre un premier circuit magnétique (2) constitué par 2N secteurs angulaires (25, 26) entouré, pour au moins certains d'entre eux, par des bobines d'excitation (8) et par un deuxième circuit magnétique (3) coaxial avec le rotor. 5 - Actionneur électromagnétique monophasé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur du deuxième circuit magnétique est au moins BO D2-d2 égale à X X 0,4 où BO représente l'induction de Bsat Dstat l'aimant, Bsat représente l'induction à saturation dans le fer, D représente le diamètre extérieur de la partie aimantée de l'aimant, å représente le diamètre interieur de la partie aimantée située dans l'entrefer, et Dstat correspond au diamètre extérieur du deuxième circuit magnétique cui peut être plus grand que D. 6 - Actionneur électromagnétique monophasé selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le deuxième circuit magnétique (3) est solidaire du rotor (21). 7 - Actionneur électromagnétique monophasé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins des circuits magnétiques présente le long de l'une au moins de ses arètes polaires un chanfrein ou un bord incliné. 8 - Actlonneur électromagnétique monophasé selon la revendIcatIon 7, caractérisé en ce que chacun des secteurs du premier circuit magnétique présente au moins une arète radiales présentant un chanfrein formant avec le plan du rotor un angle compris entre 30 et 600. 9 - Actionneur électromagnétique monophasé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la largeur du chanfrein est comprise entre 1/5 et 1/20 de la longueur du pôle développé. 10 - Actionneur électromagnétique monophasé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que N est supérieur à 1 l'un des deux circuits magnétiques au moins comporte en outre une bobine d'asservissement (27) non parcourru par le courant et non influencée par le flux du au courant des autres bobines. 11 - Actionneur électromagnétique monophasé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'un des éléments magnétiques comporte une bobine d'asservissement.