Brevet FR2680855A1 — publié le 19930305

La présente invention concerne une soupape actionnable électromagnétiquement, comportant un noyau magnétique en plusieurs parties, déplaçable par segment, par l'intermédiaire duquel un obturateur de soupape peut être 5 actionné au moyen d'une bobine. Les soupapes actionnables électromagnétiquement sont largement connues et répandues dans l'état de la technique. Dans ce cas, essentiellement, un noyau magnétique en plusieurs parties, déplaçable par segment, est prévu, qui10 est muni d'une bobine En sollicitant la bobine par une tension électrique, il se produit un actionnement de l'obturateur de soupape et, ainsi, un actionnement de la soupape, par exemple par soulèvement ou fermeture des têtes de soupape de ou sur les sièges de soupape Il est de même15 connu de détecter la position de l'obturateur de soupape, pour fournir des indications sur l'état d'actionnement de l'entraînement électromagnétique ou de la soupape elle-même. On connaît de plus de multiples réalisations de l'entraînement électromagnétique de telles soupapes. De tels entraînements électromagnétiques sont constitués essentiellement par un noyau magnétique la plupart du temps en deux parties, qui est muni d'une bobine Le noyau magnétique, c'est-à- dire les deux segments du noyau magnétique, est constitué de plus de tôles pour25 transformateurs individuelles minces, disposées l'une sur l'autre jusqu'à former l'épaisseur du noyau magnétique Un tel noyau magnétique formé de tôles réduit les pertes par des courants de Foucault Lorsque la bobine est sollicitée par une tension électrique, le courant qui s'écoule ainsi30 dans la bobine crée un champ magnétique, lequel est guidé dans le noyau magnétique Ce champ magnétique créé par l'intermédiaire de la bobine entraîne que les deux segments du noyau magnétique s' attirent mutuellement et forment un circuit magnétique fermé De plus, le noyau magnétique est segmenté de sorte qu'il est constitué d'une partie fixe portant la bobine et d'une armature mobile L'armature, lors de l'utilisation d'un tel système magnétique, est également reliée de façon multiple à des éléments de commutation en formant un relais. Par le brevet DE-2 614 926, on connaît un entraînement électromagnétique, dans lequel un tel noyau magnétique qui peut être actionné au moyen d'une bobine est réalisé en tant que noyau magnétique à armature battante et est utilisé dans un relais de commutation Dans cet entraînement électromagnétique, il existe un entrefer entre l'armature et le segment de noyau magnétique fixe dans l'état non actionné Aussitôt que la bobine est soumise à une tension électrique ou à un courant électrique, les forces magnétiques résultantes ferment le circuit magnétique en attirant l'armature sur le noyau magnétique fixe Pour libérer à nouveau l'armature du noyau magnétique fixe, dans l'état non actionné de la bobine, l'armature est reliée à un ressort correspondant. L'entrefer nécessaire dans un système magnétique pour la course de l'armature crée, dans le circuit magnétique, une résistance magnétique élevée Pour atteindre la force magnétique nécessaire pour le déplacement de l'armature, on doit créer une tension magnétique élevée Cela est obtenu par un courant de bobine ayant une intensité correspondante, qui est déterminée par la résistance du fil de bobine. Lorsque l'armature a effectué sa course, l'entrefer est fermé Ainsi, la résistance du circuit magnétique est, dans cet état commuté, très faible et le flux magnétique augmente de façon correspondante L'intensité du flux magnétique, dans l'état commuté, est alors bien au- dessus de la valeur nécessaire pour maintenir l'armature La puissance apparente fournie ainsi à la bobine de façon quasiment non nécessaire entraîne un échauffement de la bobine, lorsque l'état de fonctionnement commuté est maintenu pendant un certain temps En conséquence, la puissance dissipée d'un tel entraînement électromagnétique est très forte En vérité, cela n'a pas d'importance dans le cas d'un agencement individuel d'un relais, mais cela s'additionne dans le cas d'un agencement multiple d'entraînements dans un circuit plus important Par le brevet DE-1 540 507, on connaît un entraînement électromagnétique, dans lequel, de façon dépendant de la trajectoire parcourue de l'armature, une dérivation magnétique réglable est obtenue par des pièces conductrices de flux Celles-ci sont constituées par des obturateurs coulissants en une matière non-magnétique, comportant des ouvertures réparties en direction longitudinale, dans lesquelles sont agencées des pièces rapportées en une matière magnétisable Ces obturateurs se déplacent lors du mouvement de l'armature, de sorte que la dérivation est plus ou moins efficace, selon l'état de commutation De cette façon, l'adaptation de la force consommée dépend du déplacement de l'armature Egalement dans ce cas, aucune réduction directe de la puissance électrique amenée à la bobine n'a lieu, et, en principe, on se trouve confronté aux mêmes inconvénients que dans l'état de la technique ci-dessus décrit Lors du montage de tels entraînements électromagnétiques dans des parties d'installation par exemple mobiles ou vibrantes, il existe par ailleurs le risque que l'armature battante se soulève brusquement en raison d'oscillations mécaniques et, ainsi, ouvre temporairement, par exemple, un contact électrique fermé Egalement, l'encrassage des surfaces du noyau magnétique, qui se trouvent l'une sur l'autre après fermeture de l'entrefer, entraîne souvent un flottement des segments du noyau magnétique et, ainsi, des contacts électriques ainsi formés De plus, selon le type des pièces mises en circuit par de tels entraînements, il peut se créer des états de fonctionnement dangereux Par ailleurs, un tel entraînement est extrêmement inapproprié pour être utilisé pour l'actionnement de soupapes. En conséquence, l'invention a pour objet de développer l'entraînement électromagnétique d'une soupape de sorte que les pertes en puissance électrique soient réduites et que la sécurité de fonctionnement soit augmentée relativement à l'utilisation spécifique dans une soupape. A cet effet, une soupape actionnable électromagnétiquement, du type indiqué ci-dessus, est remarquable, selon l'invention, en ce que la partie mobile du noyau magnétique présente une liaison par adhérence au poussoir ou à l'obturateur de la soupape, en ce que le noyau magnétique est relié à un capteur de flux magnétique pour détecter une15 grandeur proportionnelle au flux magnétique, et en ce que le capteur de flux magnétique est relié à un dispositif de réglage électronique, de sorte que la puissance électrique amenée à la bobine et, ainsi, l'actionnement du poussoir de soupape sont réglables par l'intermédiaire de la grandeur20 proportionnelle au flux magnétique détectée. La présente invention présente une série d'avantages Comme la résistance magnétique et, ainsi, le flux magnétique dans le circuit magnétique dépendent de la valeur de l'entrefer, on peut les influencer, par l'intermédiaire du capteur de25 flux magnétique, par un réajustage de la puissance amenée à la bobine Lorsque le circuit magnétique est ouvert, c'est-à-dire présente un écartement dû à l'entrefer, une puissance électrique correspondante est amenée à la bobine pour fermer le circuit magnétique Si maintenant le circuit30 magnétique est fermé, la résistance magnétique dans le circuit magnétique chute et le flux magnétique augmente de façon correspondante, ce qui peut être enregistré par le capteur de flux magnétique Lors de l'utilisation d'un élément à effet Hall en tant que capteur de flux magnétique, la grandeur proportionnelle au flux magnétique est la tension Hall ainsi créée Cette tension Hall, en tant que grandeur d'entrée, est reliée à un circuit de réglage 5 électronique et influence de façon continue, selon la valeur du flux magnétique, la puissance ou la tension électrique amenée à la bobine Cela signifie que, de façon très simple, après fermeture du circuit magnétique, la puissance électrique amenée à la bobine est réduite à la valeur qui est nécessaire pour maintenir fermé le circuit magnétique. Ainsi, les pertes en puissance sont réduites de façon importante et la température de fonctionnement de la bobine ou de l'ensemble de l'entraînement électromagnétique est de même réduite Egalement dans le cas o le circuit15 magnétique, pour n'importe quelle raison, flotte, une compensation correspondante est obtenue par ce dispositif de réglage, de sorte que le circuit magnétique, dans l'état actionné, reste toujours fermé Dans le cas o l'armature se soulève de façon involontaire, le capteur de flux magnétique20 enregistre une chute du flux magnétique et ouvre ainsi le dispositif de réglage électronique de sorte qu'une tension électrique plus grande soit amenée temporairement à la bobine, jusqu'à ce que l'armature, ou le circuit magnétique, soit à nouveau fermé Cela entraîne, à côté de la réduction25 des pertes en puissance et de la température de travail, une sécurité de fonctionnement améliorée, en particulier pour l'utilisation d'éléments de commutation dans des pièces d'installation mobiles A part la possibilité d'utiliser un élément à effet Hall, en tant que capteur de champ magnétique, il existe, dans une autre réalisation avantageuse de l'invention, la possibilité de réaliser le capteur de champ magnétique en tant que pont à résistances, muni d'une résistance électrique sensible à un champ magnétique Dans ce cas, la résistance sensible à un champ35 magnétique est reliée directement au noyau magnétique, et est reliée aux autres résistances non sensibles à un champ magnétique pour former un pont à résistances Lorsque l'on utilise la résistance, en raison d'une modification du flux magnétique, les conditions de tension se modifient dans le pont à résistances, ce qui est alors utilisable en soit en tant que grandeur proportionnelle au flux magnétique à l'entrée du dispositif de réglage. L'invention concerne ainsi un élément électromagnétique en tant qu'élément d'actionnement d'une soupape Dans ce cas, l'actionnement du poussoir de soupape ou de l'obturateur de soupape a lieu par l'intermédiaire du noyau magnétique en plusieurs parties Cela signifie que la partie mobile du noyau magnétique en plusieurs parties présente la liaison par adhérence avec l'obturateur de soupape Un tel élément électromagnétique dans une soupape met alors en circuit des fluides gazeux ou liquides ou des fluides de pression Les avantages indiqués ci- dessus des états commutables fiables du noyau magnétique sont également fournis par la liaison par adhérence avec l'obturateur de soupape, en ce que des états commutés de la soupape sont maintenus de façon fiable et sûre. En totalité, on obtient, pour toutes les possibilités de réalisation, l'avantage particulier consistant en la réduction de la puissance consommée dans l'état commuté. L'utilisation selon l'invention d'un amplificateur opérationnel en tant que dispositif de réglage électronique présente, dans chaque réalisation de l'invention, l'avantage que l'amplificateur opérationnel délivre, à la sortie, un domaine de tension important variable, de sorte qu'il est possible de commander des bobines ou des électroaimants de différentes puissances, à chaque fois, par l'intermédiaire du même amplificateur opérationnel. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 montre un entraînement électromagnétique comportant un noyau magnétique à armature battante. La figure 2 montre un entraînement électromagnétique comportant une sonde à effet Hall dans un entrefer supplémentaire. La figure 1 montre l'agencement d'un entraînement électromagnétique comportant une bobine et un noyau magnétique à armature battante Au noyau magnétique, est relié un capteur de champ magnétique 3, qui détecte le flux magnétique à l'intérieur du circuit magnétique par l'intermédiaire d'une grandeur proportionnelle au flux15 magnétique Le noyau magnétique est constitué d'une partie fixe formant un noyau magnétique 1 en forme de U, sur lequel, à l'extrémité ouverte, est agencée, de façon basculante, une armature battante 2 Dans l'état représenté ici, le circuit magnétique est ouvert, c'est-à-dire qu'il20 existe un entrefer entre l'armature battante 2 et le noyau magnétique fixe 1 Le capteur de champ magnétique peut de plus être constitué par un élément à effet Hall, lequel délivre une tension Hall proportionnelle au flux magnétique. Une autre possibilité de réalisation consiste à réaliser le25 capteur de champ magnétique en tant que résistance sensible à un champ magnétique, qui est reliée à un pont à résistances Les deux possibilités de réalisation enregistrent généralement le flux de fuite magnétique autour du noyau magnétique et sont agencées à l'extérieur du noyau30 magnétique Une autre possibilité de réalisation en utilisant un élément à effet Hall est décrite ci-dessous en référence à la figure 2 La grandeur proportionnelle au champ magnétique délivrée par le capteur de champ magnétique 3 est amenée, en tant que grandeur d'entrée 6, à un amplificateur opérationnel Ce dispositif de réglage électronique 5, réalisé en tant qu'amplificateur opérationnel, délivre alors, à la sortie 7, une tension de sortie proportionnelle à la grandeur proportionnelle au flux magnétique, qui est amenée à la bobine 4 de l'entraînement électromagnétique Si le champ magnétique décroît à l'intérieur du noyau magnétique, c'est- à-dire si l'armature se soulève du reste du noyau magnétique, la tension de la10 bobine est finalement augmentée par l'amplificateur opérationnel et, en vérité, avec une valeur telle et jusqu'à ce que l'armature soit à nouveau attirée et que le circuit magnétique soit refermé. La réalisation du capteur de champ magnétique en tant que résistance sensible à un champ magnétique à l'intérieur d'un pont à résistances qui lui est relié, présente, à cause de sa simplicité, des avantages constructifs De plus, cette résistance sensible à un champ magnétique, qui est reliée directement au noyau magnétique, n'enregistre pas le champ20 magnétique guidé dans le noyau magnétique, mais le champ de fuite existant autour du noyau magnétique Comme cependant cela est de même une mesure pour le champ magnétique guidé dans le noyau magnétique, cette possibilité peut être utilisée de façon appropriée et efficace Une modification25 du flux magnétique à l'intérieur du circuit magnétique entraîne de même également une modification du flux de fuite, de sorte que cet enregistrement du champ de fuite délivre également une grandeur proportionnelle au flux magnétique La résistance sensible à un champ magnétique est30 reliée à un pont à résistances Le pont à résistances peut de plus être tel que, dans l'état normal, c'est-à-dire fermé, du circuit magnétique, les conditions de résistance dans le pont à résistances sont symétriques Un soulèvement de l'armature battante provoque une modification de35 résistance dans la résistance sensible à un champ magnétique, ce qui a pour conséquence de rendre asymétriques les conditions de résistance dans le pont à résistances. Cette asymétrie crée, dans le pont à résistances, des différences de tension, qui finalement délivrent la grandeur proportionnelle au flux magnétique amenée au dispositif de réglage pour le réglage de la tension ou du courant de bobine Il est particulièrement avantageux, dans cet agencement, que le capteur de champ magnétique puisse être agencé de façon simple, à l'extérieur, sur le noyau magnétique. La figure 2 montre l'utilisation d'un élément à effet Hall, en tant que capteur de champ magnétique, avec une autre possibilité d'agencement dans le circuit magnétique Comme, la plupart du temps, un élément à effet Hall est constitué d'une lamelle mince, laquelle, pour avoir un rendement optimal, doit être traversée directement par les lignes de champ magnétique, il est prévu dans ce cas d'interrompre le circuit magnétique, en un endroit défini, par un entrefer le plus petit possible 8, dans lequel l'élément à effet Hall doit être alors inséré Dans ce cas, les lignes de champ magnétique sont exploitées de façon encore plus efficace. Cet entrefer supplémentaire crée bien sûr une résistance magnétique supplémentaire à l'intérieur du circuit magnétique Lors de l'utilisation d'un élément à effet Hall, lequel doit être très mince, celle-ci doit être cependant prise en compte Une modification du flux magnétique à l'intérieur du circuit magnétique a pour conséquence une modification de la tension Hall qui, de son côté, peut être amenée au dispositif de réglage 5, à l'entrée 6, en tant que grandeur proportionnelle au flux magnétique. Si, après que la bobine a été alimentée en tension, le circuit magnétique est fermé, la tension de bobine et, ainsi, le courant de bobine sont réduits, de façon correspondante, à la valeur qui est nécessaire pour maintenir fermé le circuit magnétique Ainsi, les pertes en puissance sont pratiquement nulles et, par ailleurs, une surveillance permanente de l'état de commutation de l'entraînement électromagnétique a lieu Une défaillance, c'est-à-dire une ouverture involontaire, est de plus toujours contrecarrée par réglage de la tension ou du courant de bobine. En totalité, la sécurité de fonctionnement de l'entraînement électromagnétique de la soupape est augmentée de façon importante, tout en obtenant, comme effet annexe, la réduction de la température de fonctionnement ou de travail d'un tel entraînement. il REVENDICATIONS 1 Soupape actionnable électromagnétiquement, comportant un noyau magnétique en plusieurs parties, déplaçable par segment, par l'intermédiaire duquel un obturateur de soupape peut être actionné au moyen d'une bobine,5 caractérisée en ce que la partie mobile ( 2) du noyau magnétique présente une liaison par adhérence au poussoir ou à l'obturateur de la soupape, en ce que le noyau magnétique ( 1,2) est relié à un capteur de flux magnétique ( 3) pour détecter une grandeur proportionnelle au flux magnétique, et en ce que le capteur de flux magnétique ( 3) est relié à un dispositif de réglage électronique ( 5), de sorte que la puissance électrique amenée à la bobine ( 4) et, ainsi, l'actionnement du poussoir de soupape sont réglables par l'intermédiaire de la grandeur proportionnelle au flux15 magnétique détectée. 2 Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de réglage électronique ( 5) est constitué d'un amplificateur opérationnel qui, à l'entrée ( 6), est relié au capteur de flux magnétique ( 3) et, à la sortie ( 7), est relié à la bobine ( 4). 3 Soupape selon la revendication l ou la revendication 2, caractérisée en ce que le capteur de flux magnétique ( 3) est constitué par un élément à effet Hall. 4 Soupape selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le capteur de flux magnétique ( 3) est constitué par un pont à résistances, muni d'une résistance électrique sensible à un champ magnétique.