Brevet FR2774824A1 — publié le 19990813

ACTIONNEUR LINÉAIRE AMÉLIORÉ La présente invention concerne le domaine des actionneurs linéaires à aimant permanent mince. De tels actionneurs linéaires comportent une structure statorique à deux pôles excités par une bobine électrique, et une partie mobile comportant une culasse et une partie aimantée. Le principe général de tels actionneurs est décrit dans le brevet FR 97/10585. De tels actionneurs mettent en oeuvre une structure magnétique composée de trois aimants minces aimantés en sens alternés. Un premier inconvénient des actionneurs de l'art antérieur est de nécessiter trois aimants permanents. Les aimants performants sont relativement chers, et les structures de l'art antérieur présentent de ce fait un coût de fabrication élevé. Un second inconvénient est lié au fait que l'alternance de polarité des aimants minces oblige à aimanter les aimants avant assemblage, puis de coller les trois aimants sur la culasse. Un troisième inconvénient des actionneurs de l'art antérieur provient du fait que la force magnétostatique produit par l'architecture de ces actionneurs tend à ramener la partie mobile en milieu de course, ce qui peut s'avérer gênant pour certaines applications. L'objet de la présente invention est de proposer un actionneur amélioré, remédiant à ces inconvénients tout en conservant une force par ampères-tours satisfaisante. A cet effet, l'invention concerne un actionneur linéaire comportant une structure statorique à deux pôles excités par une bobine électrique, et une partie mobile comportant une culasse et une partie aimantée caractérisé en ce que la partie mobile présente un aimant permanent mince unique aimanté selon une direction perpendiculaire au plan de l'entrefer, l'aimant permanent étant logé dans une cavité de forme complémentaire à celle de l'aimant prévue dans la culasse mobile réalisée en un matériau ferromagnétique. Selon une première variante, la structure statorique présente deux branches entourées chacune par une bobine électrique. Selon une deuxième variante, la structure statorique est de forme tubulaire et présente à un logement annulaire intérieur dans lequel est logée une bobine annulaire, la partie mobile étant formée par une culasse tubulaire ferromagnétique présentant un logement annulaire dans lequel est positionné un aimant tubulaire aimanté radialement. Selon une troisième variante, l'actionneur selon l'invention comporte une structure statorique intérieure de forme tubulaire et présente à un logement annulaire dans lequel est logée une bobine annulaire, la partie mobile étant formée par une culasse tubulaire extérieure ferromagnétique présentant un logement annulaire dans lequel est positionné un aimant tubulaire aimanté radialement. Selon une variante, l'actionneur linéaire selon l'invention comporte deux parties mobiles en opposition. L'invention sera illustrée dans ce qui suit en référence aux dessins annexés où - la figure 1 représente une vue en coupe médiane d'un premier exemple de réalisation - la figure 2 représente une vue en coupe d'un deuxième exemple de réalisation - la figure 3 représente une vue en coupe d'un troisième exemple de réalisation. Selon une première variante préférée, la largeur des pôles magnétiques est supérieure ou égale à C+E, où C désigne la course utile de l'organe mobile dans la zone de force résiduelle en l'absence de courant sensiblement nulle, et E désigne l'entrefer entre la culasse mobile et la partie statorique. Selon une deuxième variante avantageuse, la largeur des prolongements ferromagnétiques mobiles, de chaque coté de l'aimant, est sensiblement égale à C+2E, où C désigne la course utile de l'organe mobile dans la zone de force résiduelle en l'absence de courant sensiblement nulle, et E désigne l'entrefer entre la culasse mobile et la partie statorique. La figure 1 représente une vue en coupe d'un premier exemple de réalisation. L'actionneur est formé par une partie statorique (1) et une partie mobile (2). La partie statorique (1) est formée par une pièce en un matériau ferromagnétique (3) présentant deux branches (4, 5) présentant des épanouissements polaires respectivement (6, 7), de largeur sensiblement égale à C+E. Chacune des branches statoriques (4, 5) est entourée par une bobine électrique respectivement (8, 9). La partie mobile est formée par une culasse (10) de forme trapézoïdale. La culasse est réalisée en un matériau ferromagnétique. Elle présente une cavité parallélépipédique (11) à l'intérieur de laquelle est logée un aimant permanent mince unique (12) aimanté perpendiculairement au plan de l'entrefer. Cet aimant mince (12) présente une largeur correspondant sensiblement à l'écartement des pôles statoriques. La culasse se prolonge de part et d'autre de l'aimant (12) par des prolongements ferromagnétiques (13, 14) de largeur sensiblement égales à C+2E, où - C désigne la course utile de l'actionneur, sur laquelle la force résiduelle sans courant est sensiblement nulle - E désigne l'entrefer entre la culasse mobile et la partie statorique (1), sans déduction de l'épaisseur de l'aimant. L'entrefer est déterminé par le plan passant sur la face de l'aimant opposée à la structure statorique, et le plan passant par la surface des pôles statoriques (6, 7). Un jeu de quelques dixièmes de millimètre subsiste entre la surface de l'aimant et la surface des pôles statoriques. La force produite par la circulation d'un nombre d'ampères-tours nI dans chacune des bobines a pour valeur F = 2. Br. L/(E+j).Z.2.nI, où * Br désigne l'induction rémanente de l'aimant * L désigne l'épaisseur de l'aimant * E désigne l'épaisseur de l'entrefer total * j est le jeu mécanique entre la culasse mobile et la partie statorique (1). j = E-L * z désigne la largeur de la piste utile de l'aimant perpendiculairement au plan de la figure 1 * nI désigne le nombre d'ampère-tour dans chaque bobine. A titre d'exemple, E = 1,5 mm L = 1,2 mm La culasse mobile est réalisée en un matériau ferromagnétique et présente une cavité parallélépipédique (11) à l'intérieur de laquelle est logée un aimant permanent mince unique (12) aimanté perpendiculairement au plan de l'entrefer. Cet aimant mince (12) présente une largeur correspondant sensiblement à l'écartement des pôles statoriques. La culasse se prolonge de part et d'autre de l'aimant (12) par des prolongements ferromagnétiques (13, 14) de largeur sensiblement égales à C+E, où : - C désigne la course utile de l'actionneur, les pôles statoriques (6, 7) doivent avoir une largeur au moins égale à C+E. Avantageusement, l'aimant unique (13) est aimanté après mise en place dans la culasse (10). La figure 2 représente une variante de réalisation de forme cylindrique. L'aimant (12) est un aimant unique de forme cylindrique. I1 est logé dans une cavité tubulaire (11) formée dans une culasse mobile tubulaire (10). De part et d'autre de l'aimant (12), la culasse mobile (10) présente des prolongements latéraux (13, 14). La partie statorique (1) est composé d'une pièce statorique (20) de forme cylindrique. Cette pièce statorique est disposée à l'extérieure de la culasse mobile (10), de façon concentrique. Elle présente un logement intérieur (21) pour une bobine électrique (22) de forme tubulaire. La figure 3 représente une variante de réalisation dans laquelle la culasse mobile (10) est extérieure. Elle entoure la partie statorique (1) (30) placée à l'intérieure de la culasse mobile, de façon coaxiale. REVENDICATIONS 1 - Actionneur linéaire comportant une structure statorique à deux pôles excités par au moins une bobine électrique, et au moins une partie mobile (2) comportant une culasse et une partie aimantée caractérisé en ce que la partie mobile présente un aimant (12) permanent mince unique aimanté selon une direction perpendiculaire au plan de l'entrefer, l'aimant (12) permanent étant logé dans une cavité de forme complémentaire à celle de l'aimant (12) prévue dans la culasse mobile réalisée en un matériau ferromagnétique. 2 - Actionneur linéaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que la structure statorique présente deux branches (4, 5) entourées chacune par une bobine électrique. 3 - Actionneur linéaire selon la revendication 1 caractérisé en ce que la structure statorique est de forme tubulaire et présente à un logement annulaire intérieur dans lequel est logée une bobine annulaire, la partie mobile étant formée par une culasse tubulaire ferromagnétique présentant un logement annulaire dans lequel est positionné un aimant (12) tubulaire aimanté radialement. 4 - Actionneur linéaire selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une structure statorique intérieure de forme tubulaire et présente à un logement annulaire dans lequel est logée une bobine annulaire, la partie mobile étant formée par une culasse tubulaire extérieure ferromagnétique présentant un logement annulaire dans lequel est positionné un aimant (12) tubulaire aimanté radialement. 5 - Actionneur linéaire selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte deux parties mobiles en opposition. 6 - Actionneur linéaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la largeur des pôles magnétiques est supérieure ou égale à C+E, où C désigne la course utile de l'organe mobile dans la zone de force résiduelle en l'absence de courant sensiblement nulle, et E désigne l'entrefer entre la culasse mobile et la partie statorique (1). 7 - Actionneur linéaire selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la largeur des prolongements ferromagnétiques mobiles (13, 14), de chaque coté de l'aimant, est sensiblement égale à C+2E, où C désigne la course utile de l'organe mobile dans la zone de force résiduelle en l'absence de courant sensiblement nulle, et E désigne l'entrefer entre la culasse mobile et la partie statorique (1).