Brevet FR2649244A1 — publié le 19910104

Système magnétique pour une soupape magnétique". L'invention concerne un système magnétique pour une soupape magnétique ouvrant vers l'extérieur avec un enroulement, un enduit portant le corps de soupape et un aimant permanent placé symétriquement par rapport à l'enroulement, dans lequel les circuits magnétiques fermés de l'électroaimant et de l'aimant permanent se chevauchent partiellement (circuit magnétique I, circuit magnétique II) en particulier pour les soupapes d'injection de carburant. Un induit libre de se déplacer avec un corps de soupape a sur les soupapes magnétiques l'avantage d'une masse se déplaçant sans heurt pour les guides de paliers, une fréquence propre plus élevée par suite d'une construction plus compacte, avec cela un meilleur amortissement. hydraulique de butée, avec une usure plus faible. Le travail de l'induit réduit par la construction compacte minimise les oscillations hydrauliques et les défauts de linéarité. Des problèmes d'amenée de carburant par les paliers' disparaissent. Le blocage de palier est éliminé. Les coûts sont diminués. Un induit libre de se déplacer nécessite, à cause des tolérances de trajectoire plus grandes, une forte réduction des efforts parasitaires et des masses en mouvement. On connait déjà des soupapes magnétiques, dans lesquelles l'aimant permanent est réalisé en plaque et les lignes de force magnétiques de l'aimant permanent et de la bobine de l'électro-aimant se développent en sens opposés et dans lesquels l'induit est réalisé comme corps de soupape et s'ouvre en direction du côté de basse pression; voir le document DE-OS 3 237 532. Toutefois avec une tension plus élevée et commutation de l'étage final de l'électronique, l'atraction de l'induit n'est pas empêchée. C'est pourquoi, on a aussi déjà projeté, de prévoir un deuxième aimant permanent. Dans un autre dispositif connu, à savoir la fermeture d'appareil photographique selon le document US 4 240 055, il est en vérité possible, de remplir l'exigence pour une masse plus faible, un rendement magnétique élevé, des sections de conducteur magnétique faibles, une position d'axe et un alignement stables, toutefois, l'inversion du champ magnétique avec tension d'alimentation variable ne peut pas être empêchée systématiquement et en plus la fermeture de l'appareil photographique à cause de l'induit en trois parties est chère et la mise en place non symétrique circulaire donne des tolérances de fabrication avec des forces parasitaires non désirées. Egalement l'atraction à tension plus élevée n'est pas bien évitée. La soupape magnétique, selon l'invention, est caractérisée en ce que à l'aimant permanent dans le circuit magnétique de l'électro-aimant est associé à un anneau en matériau ferromagnétique, qui recueille la moitié du flux de l'aimant permanent, et en ce que le circuit magnétique, poqur l'électro-aimant, est dimensionné pour la moitié du flux permanent et a l'avantage que l'inversion de polarité du champ principal peut être empêchée et ceci sans augmentation artificielle du flux de fuite. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, l'induit présente une symétrie circulaire. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, l'aimant permanent est inséré dans l'enduit. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, le temps d'attraction de l'aimant est prolongé et le temps de chute est raccourci par affaiblissement de l'aimant permanent. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, le circuit magnétique est bouclé par un tube central, une plaque de recouvrement se développant radialement, une enveloppe extérieure se développant axialement, ainsi qu'un pôle extérieur depuis l'enveloppe vers l'induit. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, un alésage dans le tube se poursuit dans l'aimant permanent et se prolonge dans l'induit. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, l'induit s'avance à l'intérieur de l'aimant permanent. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, l'aimant permanent est lié fixement au tube et se situe en face de l'induit. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, l'aimant permanent est placé en-dessous de l'enroulement et en face du pôle extérieur. Selon une autre caractéristique de l'i-nven- tion, l'anneau limite l'aimant permanent vers l'extérieur. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion, il existe un autre anneau en matériau ferromagnétique se trouvant en contact avec l'aimant permanent. Les figures 1 à 3 montrent chacune une coupe du système et pour trois possibilités différentes de réalisation. - la figure 1 représente un aimant permanent dans un induit ferromagnétique, - la figure 2 correspond à la figure 1, mais l'aimant permanent est placé dans la partie statique du système, - la figure 3 montre l'aimant permanent placé contre le pôle extérieur. La soupape d'injection de carburant représentée aux dessins est destinée à une installation d'injection de carburant et est utilisée par exemple pour-l'injection de carburant dans le tube d'aspiration de moteur à combustion interne à compression du mélange et à allumage commandé. A la figure 1 est encastré un aimant permanent 1 dans un induit ferromagnétique 2. En face de cet aimant permanent 1 est disposé entre autres un tube 3 en matériau ferromagnétique, qui constitue le noyau d'un électro-aimant comportant des enroulements 17. Le circuit magnétique de cet électro-aimant est fermé par les parties ferromagnétiques d'un tube 3, d'une plaque de recouvrement 4 et d'une enveloppe 5. L'alésage 6 du tube 3 se continue dans un autre alésage dans l'aimant permanent 1 et dans l'induit 2. L'alésage 6 peut donc servir pour l'alimentation du carburant, qui arrive au siège étanche 8 par quelques trous radiaux 7 dans l'enduit 2, la course exactement définie de l'induit 2 fixant la quantité admise de combustible entre le siège étanche 8 et le corps de soupape 24. La surface d'appui 9 dans la plaque de base 10 peut être réalisée en forme de cône ou de surface de révolution en arcs de cercle de centre M. Quand les surfaces de travail de l'induit 2 sont réalisées par exemple en calottes sphériques, qui peuvent être aussi approximativement un cône, alors les forces magnétiques radiales sont décomposées. A soupape ouverte, le film de carburant est dirigé, avec un angle approprié - au tourbillonnement, sur une arête coudée 11 de la surface d'appui 9 du corps de soupape 24 o a lieu alors la pulvérisation proprement dite. La plaque de base 10 est mise en place de façon étanche sur l'enveloppe 5. La surface de butée 12 du corps de soupape 24 sur le siège d'étanchéité 8 et concourrant à la surface d'appui 9, la butée 13 de l'induit 2 et l'entrefer 14 situé-entre l'induit 2 muni de l'aimant permanent 1 et le tube 3 sont réalisés en segments sphériques, par exemple de centre M. Pour diriger le carburant déplacé par le soulèvement, on a prévu des rainures 15 et un canal annulaire 16 dans la plaque de base 10 autour de l'induit 2. Comme on peut le voir aux dessins, les enroulements 17 sont disposés sur un corps de bobine 18 et un fil de bobinage 19 est soudé sur un guide d'assemblage 20. Si un courant d'intensité I Iab dans le sens correct, alors le champ principal attractif, parallèle à l'axe est réduit et une force répulsive prend naissance d'un champ de fuite sur le périmètre de l'aimant permanent' 1, c'est-à-dire la soupape s'ouvre sous la pression du carburant arrivant. Si le courant I = Iab, le champ principal attractif est à nouveau réduit, mais il se crée pour I > x l'attraction se produisant à nouveau pour une grande valeur de I peut être réduite. L'inversion de polarité du champ principal peut alors être complètement empêchée, si on forme de façon appropriée les voies I et II du flux de l'aimant permanent, tandis que en plaçant un anneau 21 en matériau ferromagnétique, qui court-circuite alors pratiquement une partie de l'enveloppe 5 et du tube 3 dans la zone de l'induit 2. Si l'anneau 21 peut recueillir avant la saturation avec 0:,= exactement la moitié du flux de l'induit en magnétisme permanent, il en résulte o-2ax = o::max et la voie II doit être dimensionnée de façon correspondante à la moitié du flux permanent. Si maintenant un flux -20Ii=ax est opposé par le courant électrique 0X:, alors le flux de l'entrefer devient O et la force du champ principal devient également 0. Une autre élévation du flux au- dessus de 2o:zax, peut être empêchée, si cette voie est saturée par + 0 :ax. L'inversion de polarité du champ principal est donc empêchée, même sans que le flux de fuite ne soit enlevé artificiellement. Par I, on désigne le flux magnétique de l'aimant permanent 2 et par II le flux magnétique de l'électro-aimant. On doit signaler, que par diminution de la force magnétique de l'aimant permanent 1, le temps d'attraction de l'aimant peut être allongé et le temps de chute peut être réduit. Avec cela, il s'ensuit aussi la possibilité d'égalisation dynamique. La surface enveloppe 25 de l'induit 2 peut aussi être placée à l'intérieur de l'aimant permanent 1, alors que le diamètre de l'aimant permanent est agrandi en conséquence. L'aimant permanent 1 se trouve donc alors en face du p8le extérieur, le fer doux en face du pôle intérieur. La figure 2 correspond à la figure 1, toutefois dans ce cas l'aimant permanent est placé dans la partie statique du système. Avec cela disparaît-complètement la régulation de toute façon faible de l'induit 2 par le courant I interposé. L'inversion du champ peut toutefois être influencée arbitrairement par le rapport 0: 0.: de nouveau par saturation de OIim=. Avec cela, on n'est pas plus instruit sur la répulsion, grâce à l'accord du ferromagnétisme de l'anneau 21 pour la pression hydraulique, OIImax = 0: (y compris le flux de fuite) peut être créé. Il est surtout avantageux, si la partie de 0I non déjà fixée par suite de la dispersion est stabilisée par saturation magnétique. L'empêche- ment d'inversion de champ est aussi important pour le temps d'attraction le plus court pour I -> 0, puisque la course du champ, sur le temps, est alors plus faible. Au pôle intérieur, l'entrefer 14 est élargi, pour créer une voie pour le carburant déplacé. Comme on peut le voir à la figure 2, l'anneau 21 limite ici le périmètre radial de l'aimant permanent 1 vers l'enveloppe 5 et le circuit magnétique de l'aimant permanent peut être maintenu relativement petit. A la figure 3, qui correspond également à la figure 1, l'aimant permanent fixe 1 est plan et est placé contre le pôle extérieur 23. Ici. surtout est significative la présence près de l'anneau 21, d'un anneau 22 ferromagnétique 'supplémentaire avec grande induction de saturation pour la concentration des forces de champ faibles dans l'aimant permanent 1. Les espaces 15 pour l'acheminement du carburant sont simplement rattacher à l'anneau 22. L'induit 2 à de la figure 2 est plus léger que celui à la figure 1, car l'aimant permanent 1 mobile n'existe pas. La figure 3 rend possible un induit 2 encore plus léger et plus compact pour la même force, car le flux dans la zone de l'induit est encore plus concentré et la longueur de voie peut être écourtée par suite de l'anneau 22. La masse de l'induit 22 peut être plus faible que dans l'état de la technique à cause du-chemin magnétique court. La force par unité de surface est proportionnelle au carré de la densité de flux. L'anneau 22 protège aussi l'aimant permanent de la corrosion. A la figure 3, on peut choisir une surface spécialement grande de l'aimant permanent 1, avec laquelle la chute de tension magnétique pour le flux de l'électro-aimant peut être réduite. En outre, l'aimant permanent 1 est plan. Le flux de fuite 0::II de l'électro-aimant sur la voie II aux figures 2 et 3 augmente un peu à cause de l'entrefer par principe plus long; un inconvénient est compensé bien sûr par la longueur de la voie magnétique plus courte dans l'induit 2 et en plus par une masse plus faible. A saturation dans la partie fixe de la voie I, le flux de fuite 0o:I n'est pas augmenté dans la même mesure, mais par contre le flux 0: décharge de façon indésirable la partie fixe de la voie II de 50 % du flux magnétique. L'induit 2 des figures 2 et 3 est en une seule pièce. Les problèmes de fixation de l'aimant permanent sur le système à monter disparaissent. Dans tous les exemples de réalisation, l'induit 2 est en symétrie circulaire et on exécute- une réalisation et un montage précis et concentrique des pièces les unes par rapport aux autres et aussi des forces radiales indésirables sont réduites au minimum. Pour le mouvement de l'induit 2, aucun ressort n'est plus nécessaire et également des forces parasites sont supprimées. MCme en cas de manque de courant électrique, la soupape est fermée, puisque l'aimant permanent attire l'induit 2 sans courant, et interrompt avec la mise en circuit du courant électrique. Le fait de minimiser la masse de l'induit permet de maximiser les forces de surface disponibles de l'aimant. D'autre part, la puissance d'excitation du système magnétique peut aussi être maintenue basse; il en résulte que le coût de l'électronique et la dissipation de puissance sont diminués, c'est-à-dire l'énergie liée à l'électro-aimant et en conformité la chute de tension magnétique du flux principal peut être concentrée dans le sens de force unilatérale sur le volume engendré à haute résistance magnétique spécifique. REVENDICATIONS 1) Système magnétique pour une soupape magnétique ouvrant vers l'extérieur avec un enroulement (17), un enduit (2) portant le corps de soupape et un aimant permanent (1) placé symétrique- ment par rapport à l'enroulement dans lequel les circuits magnétiques fermés de l'électroaimant et de l'aimant permanent (1) se chevauchent partiellement (circuit magnétique I, circuit magnétique II) en particulier pour les soupapes d'injection de carburant, caractérisé en ce que, à l'aimant permanent (1) dans le circuit magnétique de l'électro-aimant est associé un anneau (21) en matériau ferromagnétique, qui recueille la- moitié du flux (Ij de l'aimant permanent (1), et en ce que le circuit magnétique pour l'électroaimant est dimensionné pour la moitié du flux permanent. 2 ) Système magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'induit (2) présente une symétrie circulaire. ) Système magnétique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'aimant permanent (1) est inséré dans l'enduit (2). 4 ) Système magnétique selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le temps d'attraction de l'aimant est prolongé et le temps de chute est raccourci par affaiblissement de l'aimant permanent (1). ) Système magnétique selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit magnétique est bouclé par un tube central (3), une plaque de recouvrement (4) se développant radialement, une enveloppe extérieure (5) se développant axialement, ainsi qu'un pâle extérieur depuis l'enveloppe (5) vers l'induit (2). 6-) Système magnétique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un alésage (6) dans le tube se poursuit dans l'aimant permanent (1) et se prolonge dans l'induit (2). 5.7) Système magnétique selon l'une ou l!autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'induit (2) s'avance à l'intérieur de l'aimant permanent (1). 8 ) Système magnétique selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'aimant permanent (1) est lié fixement au tube (3) et se situe en face de l'induit (2). 9 ) Système magnétique selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'aimant permanent (1) est placé en-dessous de l'enroulement (17) et en face du pôle extérieur. ) Système magnétique selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'anneau (21) limite l'aimant permanent (1) vers l'extérieur. 11 ) Système magnétique selon l'une ou l'autre des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il existe un autre anneau (22) en matériau ferromagnétique se trouvant en contact avec l'aimant permanent (1).