Brevet FR2756660A1 — publié le 19980605

Actionneur électromagnétique pour le déplacement en rotation d'un organe mobile sur une course limitée La présente invention concerne un actionneur électromagnétique pour le déplacement en rotation d'un organe mobile sur une course limitée, formé par une circuit magnétique principal comportant 2N pôles magnétiques et au moins une bobine électrique, et un deuxième circuit magnétique définissant avec le circuit magnétique principal un entrefer annulaire à l'intérieur duquel est placé un aimant mince aimanté radialement. De tels actionneurs sont connus dans l'art antérieur par les brevets FR2670629, WO90/16107 et FR2688105. Le but de l'invention est d'améliorer les performances de tels actionneurs, notamment en augmentant le couple pour un encombrement donné et un type d'aimant permanent donné. A cet effet, l'invention consiste en ce que le deuxième circuit magnétique est constitué par une culasse de retour de flux de forme cylindrique coaxiale avec l'aimant permanent tubulaire, le circuit magnétique principal étant disposé à l'intérieur dudit deuxième circuit magnétique. Le fait de placer le circuit magnétique principal portant la bobine à l'intérieur de l'aimant permanent permet d'optimiser l'encombrement de l'actionneur et d'augmenter le rayon moyen de l'aimant, à encombrement identique à celui d'un actionneur de l'art antérieur. Avantageusement, le circuit magnétique principal comporte une bobine unique. Selon une variante de réalisation, le circuit magnétique principal comporte une pluralité de bobines entourant chacune au moins un pôle magnétique. Selon une autre variante, l'aimant permanent est solidaire du circuit magnétique extérieur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins annexés où - la figure 1 représente une vue en coupe transversale d'une première variante de l'actionneur selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue selon une coupe AA de l'actionneur représenté en figure 1 - la figure 3 représente une vue en coupe transversale d'un actionneur pour le positionnement d'un organe tournant - la figure 4 représente une vue en coupe transversale d'une deuxième variante de l'actionneur selon l'invention ; - la figure 5 représente une vue selon une coupe AA de l'actionneur représenté en figure 4. La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'une première variante de l'actionneur selon l'invention. L'actionneur comporte une culasse extérieure de retour de flux (1) de forme cylindrique, réalisé en un matériau magnétique doux. La culasse extérieure (1) est mobile en rotation dans l'exemple décrit. A l'intérieur de cette culasse (1) est disposé un circuit magnétique principal (4) fixe présentant deux pôles magnétiques (14, 15) diamétralement opposés. Le circuit magnétique principal (4) est entouré par une bobine électrique (5). L'espace annulaire formé entre le circuit magnétique principal (4) et la culasse de fermeture de flux (1) constitue un entrefer. A l'intérieur de cet entrefer est placé un aimant permanent (2) formé de deux aimants (2, 2' > demi-cylindriques aimantés radialement, en sens alternés, séparés par des transitions (3, 6) . Les aimants permanents (2, 2') sont des aimants minces d'un rayon moyen Rm. Le couple d'action statorique sur les aimants est C = 2N Br L/E Z nI. Rm ou N désigne le nombre de paires de pôles d'aimant Br désigne l'induction rémanente de l'aimant permanent L désigne l'épaisseur radiale de l'aimant E désigne l'épaisseur radiale de l'entrefer, y compris l'épaisseur L de l'aimant, entre le stator intérieur (4) et la culasse de retour de flux (1) Rm désigne le rayon moyen de l'aimant nI désigne le nombre d'ampère-tours appliqués à la bobine (5). L'augmentation du rayon moyen Rm de l'aimant permanent, pour un encombrement extérieur constant, se traduit par une augmentation du couple. En outre, l'utilisation d'une bobine unique, dans le cas où N = 1, se traduit par une longueur de spire moyenne plus faible que dans les structures de l'état de la technique, puisque la bobine unique est bobinée sur le noyau (4). A puissance disponible égale, il est donc possible de mettre un plus grand nombre d'ampère-tours nI dans le circuit magnétique. Cette caractéristique se traduit également par une augmentation du couple. Les pôles magnétiques (14, 15) présentent une largeur développée Y définie par la relation suivante Y = C+2E où C désigne la course utile du rotor à couple sensiblement constant, mesurée sur le rayon moyen Rm ; E désigne l'épaisseur radiale de l'entrefer, y compris l'épaisseur L de l'aimant, entre le stator intérieur (4) et la culasse de retour de flux (1). Par ailleurs, la structure d'actionneur selon l'invention vérifie la relation suivante N afin que la variation de flux sans courant dans le noyau (4) soit une fonction linéaire de l'angle de rotation du rotor, et que le couple avec courant soit sensiblement constant tant que les transitions (3, 6) restent sensiblement dans la course utile définie par la largeur Y des pôles (14, 15). Dans l'exemple représenté en figure 1, la course utile est de l'ordre de 920. La figure 2 représente une vue selon une coupe AA de l'actionneur représenté en figure 1. La bobine (5) entoure le pôle statorique intérieur (4). La hauteur Z de l'aimant (2) peut être inférieure à la hauteur H de la culasse (1) de manière à augmenter la section de retour de flux de la culasse (1). Lorsque les dimensions de l'actionneur conduisent à un aimant permanent de dimensions importantes, il peut être opportun d'utiliser des aimants flexibles commercialisés sous forme de rouleaux d'épaisseur L. On découpe dans de tels aimants flexibles une bande de largeur Z et de longueur 7tRm, et on procède à une aimantation à plat à travers l'épaisseur L. On roule ensuite l'aimant flexible pour forme un demi-pôle d'aimant aimanté radialement. La figure 3 représente une vue en coupe transversale d'un actionneur pour le positionnement d'un organe tournant. Une application d'un tel actionneur est le couplage de la structure à un arbre de vanne (17) guidé en rotation par deux roulements (18, 19) et couplé à la culasse (1). La parti statorique (4) est fixée sur un support (16). Un tel actionneur est en particulier adapté à l'actionnement d'une vanne de papillon d'admission d'air. La figure 4 représente une vue en coupe transversale d'une deuxième variante de l'actionneur selon l'invention. Elle concerne une réalisation mettant en oeuvre deux bobines (5, 7) et 2 paires de pôles magnétiques (10 à 13). Il est possible de réaliser une structure présentant un nombre plus élevé de paires de pôles. Avec deux paires de pôles, la course maximale C à couple constant sera voisine de 820, puisqu'un espace d'air doit subsister d'air doit exister entre deux pôles statoriques adjacents. Dans le cas représenté en figure 4, seuls les pôles 11 et 13 sont entourés par une bobine. Il est également possible d'entourer chaque pôle (10 à 13) par une bobine. L'actionneur est représenté en milieu de course, les transitions NORD/SUD (3, 9, 6, 8) sont représentés au milieu des pôles (10, 13, 12, 11). La figure 5 représente une vue selon une coupe AA de l'actionneur représenté en figure 5. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif. R E VEND T C A T TONS 1 - Actionneur électromagnétique pour le déplacement en rotation d'un organe mobile sur une course limitée, formé par une circuit magnétique principal (4) comportant 2N pôles magnétiques et au moins une bobine électrique, et un deuxième circuit magnétique (1) définissant avec le circuit magnétique principal un entrefer annulaire à l'intérieur duquel est placé un aimant mince (2, 2' ) aimanté radialement caractérisé en ce que le deuxième circuit magnétique (1) est constitué par une culasse de retour de flux de forme cylindrique coaxiale avec l'aimant permanent tubulaire, le circuit magnétique principal étant disposé à l'intérieur dudit deuxième circuit magnétique. 2 Ac - Actionneur électromagnétique pour le déplacement en rotation d'un organe mobile selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit magnétique principal comporte une bobine unique. 3 Ac - Actionneur électromagnétique pour le déplacement en rotation d'un organe mobile selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit magnétique principal comporte deux bobines. 4 - Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'aimant permanent (2) est solidaire du circuit magnétique extérieur (1). 5 - Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les pôles magnétiques (14, 15) présentent une largeur développée Y définie par la relation suivante Y = C+E où C désigne la course utile du rotor à couple sensiblement constant, mesurée sur le rayon moyen Rm ; E désigne l'épaisseur radiale de l'entrefer, y compris l'épaisseur L de l'aimant, entre le stator intérieur (4) et la culasse de retour de flux (1). 6 - Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la structure d'actionneur vérifie la relation suivante N 8 - Actionneur électromagnétique pour le déplacement en rotation d'un organe mobile selon la revendication 3 caractérisé en ce que la course utile à couple sensiblement constant est de l'ordre de 820. 9 - Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'aimant permanent est un aimant flexible mince.