Brevet FR2836755A1 — publié le 20030905

L'invention concerne un actionneur électromagnétique destiné notamment à actionner une soupape de moteur. On connaît des actionneurs électromagnétiques comportant une tige d'actionnement reliée à une palette pour former un ensemble mobile associé à un organe moteur qui propulse l'ensemble mobile d'une position extrême à une autre, les positions extrêmes correspondant aux positions ouverte et fermée de la soupape. L'organe moteur comprend au moins une bobine équipée d'un noyau, une face de la palette étant adaptée à venir au contact d'une face du noyau de la bobine lorsque la soupape est dans l'une des positions ouverte ou fermée. La bobine sert à déplacer la palette et à retenir celle-ci pour maintenir l'ensemble mobile dans la position extrême correspondante. Lors du fonctionnement de l'actionneur, la bobine est alimentée en courant, ce qui a pour effet de créer un flux magnétique qui se referme dans la palette. La bobine exerce ainsi un effort d'attraction sur la palette. Lorsque la palette est encore éloignée du noyau de la bobine, l'entrefer total que doit franchir le flux entre la palette et le noyau est important. La bobine doit alors être alimentée avec un courant de forte intensité afin que l'effort d'attraction qu'elle développe surmonte l'effort résistant que subit l'ensemble mobile. Mais, lorsque la palette arrive au voisinage du noyau, l'entrefer total entre la palette et le noyau diminue très rapidement, et l'électronique d'alimentation n'est en général pas suffisamment rapide pour faire baisser l'intensité du courant d'alimentation en proportion de la diminution de l'entrefer. L'effort d'attraction exercé par la bobine sur la palette en fin de course dépasse de beaucoup l'effort résistant s'exerçant sur l'ensemble mobile. La palette arrive donc contre le noyau avec une vitesse importante, ce qui produit un bruit de claquement indésirable, et empêche un bon contrôle de la vitesse d'accostage de la soupape contre son siège en position fermée. On a pensé à diminuer l'effort d'attraction en fin de course en limitant l'intensité du flux pouvant s'établir dans la palette. Or la palette est en général dimensionnée pour fonctionner à la limite de saturation magnétique pour le flux maximal développable par la bobine qui s'établit lorsque la palette est éloignée du noyau. Une limitation du flux permettrait certes de diminuer l'effort d'attraction en fin de course, mais dégraderait les performances de l'actionneur lorsque la palette est éloignée du noyau. L'invention vise à proposer un moyen pour adapter l'effort d'attraction de la bobine sur la palette en fin de course sans dégrader les performances de l'actionneur lorsque la palette est éloignée du noyau. Selon l'invention, on propose un actionneur électromagnétique comportant un organe d'actionnement relié à une palette qui est mobile sous l'effet d'un organe moteur comportant au moins une bobine équipée d'un noyau ayant une face s'étendant en regard d'une face de la palette, dans lequel les faces en regard comportent au moins une portion d'adaptation qui s'étend en retrait par rapport à la face comportant cette portion d'adaptation. Ainsi, lorsque la face de la palette est éloignée de la face du noyau d'une distance qui est grande devant la distance de retrait de la portion d'adaptation, la valeur du flux dans le noyau est déterminée principalement par la distance entre la palette et le noyau, de sorte que la portion d'adaptation n'a qu'une influence négligeable sur les performances de l'actionneur. Lorsque la palette arrive au voisinage du noyau, la distance de re- trait de la portion d'adaptation devient importante par rapport à l'espace résiduel subsistant entre les faces en regard. L'entrefer total que doit franchir le flux est donc augmenté. A courant constant, L'effort d'attraction exercé par la bobine sur la palette est donc diminué. Ainsi l'invention permet, pour une même dynamique de l'électronique d'alimentation, de faire baisser l'effort d'attraction en fin de course, de sorte que la palette arrive moins vite contre le noyau et le bruit de claquement s'en trouve diminué. L'invention permet donc d'augmenter la variation de l'effort d'attraction pour une variation de courant donnée. Pour un actionneur dont le noyau comporte une branche centrale et deux branches latérales ayant des extrémités qui définissent la face du noyau, la portion d'adaptation s'étend avantageusement sur la face de la palette en regard d'au moins l'une des branches du noyau. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, la palette comporte des portions d'adaptation qui s'étendent chacune en regard d'une des branches latérales du noyau, de préférence de façon symétrique par rapport à l'organe d'actionnement. De préférence, la portion d'adaptation déborde transversalement de la branche en regard d'une distance au moins égale à la distance de retrait de la portion d'adaptation par rapport à la face de la palette. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, la portion d'adaptation s'étend transversalement aux trois branches, en regard de chacune d'elles. Selon un aspect particulier de l'invention, le noyau comporte une première zone s'étendant à l'aplomb des portions d'adaptation et une seconde zone sur laquelle les faces peuvent venir en contact, la première zone et la seconde zone étant magnétiquement isolées. Cette disposition évite la migration du flux vers la seconde zone où il pourrait plus facilement s'établir, ce qui affaiblirait l'efficacité des portions d'adaptation. De préférence, le noyau est composé d'un empilage de tôles, au moins une barrière magnétique étant insérée dans l'empilage de tôles pour séparer les tôles composant la première zone et la seconde zone du noyau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. Il sera fait référence aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1A est une vue en coupe schématique selon le plan IA de la figure 2A d'un actionneur selon l'invention sur laquelle la palette est illustrée éloignée du noyau ; - la figure 1B est une vue en coupe schématique selon le plan IB de la figure 2B sur laquelle la palette est illustrée en contact avec le noyau ; - la figure 2A est une vue en perspective partielle d'un premier mode de réalisation de l'invention sur laquelle la palette est illustrée éloignée du noyau, le conducteur de la bobine ayant été omis ; - la figure 2B est une vue partielle analogue à la figure 2A sur laquelle la palette est illustrée en contact avec le noyau ; - la figure 3A est une vue en perspective partielle d'un deuxième mode de réalisation de l'invention sur laquelle la palette est illustrée éloignée du noyau, le conducteur de la bobine ayant été omis ; - la figure 3B est une vue analogue à la figure 3A sur laquelle la palette est illustrée en contact avec le noyau ; - la figure 4 est une vue en perspective partielle d'un actionneur selon une variante du deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue de côté schématique de l'actionneur des figures 3A et 3B ; - la figure 6 est une vue de côté schématique de l'actionneur de la figure 4. Sur les figures les échelles n'ont pas été respectées, afin de mieux faire comprendre l'invention. En référence aux figures 1A et 1B, l'actionneur illustré comprend de façon connue en soi deux bobines disposées en regard l'une de l'autre. Une seule bobine 1 a été représentée pour alléger le dessin. La bobine 1 comporte un noyau 2 présentant une branche centrale 3 et deux branches latérales 4. Un conducteur 5, dont on aper- çoit les spires en coupe, est enroulé autour de la branche centrale 3 du noyau 2. Une tige d'actionnement 6 est montée à coulissement dans un alésage de la branche centrale 3 selon une direction perpendiculaire à une face 7 du noyau 2 définie par l'extrémité de la branche centrale 3 et des branches latérales 4. La tige d'actionnement 6 est solidaire d'une palette 8 qui possède une face 9 parallèle à la face 7 du noyau 2, et qui est astreinte à se déplacer entre les bobines. Une électronique d'alimentation, non représentée, alimente le conducteur 5 en courant pour établir un flux 11 entre le noyau 2 et la palette 8 en vue d'exercer sur la palette 8 un effort d'attraction. Le flux magnétique 11 circule dans le noyau 2 par la branche centrale 3 et chacune des branches latérales 4. Le flux magnétique 11 se referme dans la palette 8 en franchissant un entrefer total égal à l'espace séparant la palette 8 du noyau 2 au niveau de la branche centrale 3 augmenté de l'espace séparant la palette 8 du noyau 2 au niveau de chaque branche latérale 4. Selon le premier mode de réalisation de l'invention, les faces de la palette 8 présentent cha- cune quatre portions d'adaptation 10 en retrait sur une distance r de la face portant la portion d'adaptation 10 considérée. Les portions d'adaptation 10 s'étendent chacune en regard d'une des branches latérales 4 du noyau 2 et sont disposées de façon symétrique par rapport à la tige d'actionnement 6. Sur les figures, les portions d'adaptation 10 sont illustrées sur chacune des faces de la palette 8 car la palette 8 coopère également avec une autre bobine non représentée qui s'étend en regard de l'autre face de la palette 8. Pour les besoins de la description, seules les portions d'adaptation 10 réalisées dans la face 9 en regard du noyau seront prises en considération. Dans la position illustrée à la figure lA, la palette 8 est éloignée du noyau 2 et le retrait r des portions d'adaptation 10 est négligeable devant la distance d mesurée entre la face 9 de la palette 8 et la face 7 du noyau 2. L'entrefer total que doit franchir le flux est donc sensiblement égal à deux fois la distance d, la présence des portions d'adaptation 10 ayant une influence négligeable. A titre d'exemple, le retrait r est de l'ordre de 0,2 millimètres pour une distance d maximale de l'ordre de huit millimètres. L'effort d'attraction exercé par la bobine 1 n'est donc pas perturbé par la présence des portions d'adaptation 10 lorsque la palette 8 est encore éloignée du noyau 2. Dans la position illustrée à la figure 1B, la face 9 de la palette 8 et la face 7 du noyau 2 sont en contact. En raison des défauts de surface du noyau et de la palette il subsiste entre les deux faces en contact un espace résiduel E bien inférieur à la distance de retrait des portions d'adaptation 10. L'entrefer total que doit franchir le flux est donc sensiblement égal à la dis- tance de retrait r en regard des portions d'adaptation 10, alors qu'il aurait été égal à deux fois l'espace résiduel E en l'absence des portions d'adaptation 10. A courant donné, la force d'attraction exercée par la bobine 1 sur la palette 8 varie en fonction inverse du carré de l'entrefer. Lorsque la palette arrive au voisinage du noyau 2 la force d'attraction est donc diminuée de façon très importante en regard des portions d'adaptation de sorte que pour une dynamique de réduction de courant donnée l'invention permet de réduire plus rapidement la vitesse de la palette lors de son accostage sur le noyau. En outre l'entrefer additionnel des portions d'adaptation diminue l'effet inductif de la palette sur la bobine 1 et permet donc d'améliorer la dynamique de réduction du courant dans la bobine. Dans le premier mode de réalisation de l'invention illustré aux figures 2A et 2B, les portions d'adaptation 10 ne s'étendent pas sur toute la longueur des branches latérales 4, mais uniquement sur une partie de celle-ci. Les portions d'adaptation 10 délimitent longitudinalement une première zone 12 de la palette 8 et du noyau 2 pour laquelle l'entrefer total que doit franchir le flux est sensiblement égal à la distance de retrait r des portions d'adaptation 10, et une seconde zone 13 de la palette 8 et du noyau 2 pour laquelle l'entrefer total est égal à deux fois l'espace résiduel E entre les faces 7 et 9. En modifiant la longueur relative des zones 12 et 13, il est possible de moduler l'affaiblissement en fin de course de l'effort d'attraction, entre une absence d'affaiblissement correspondant à une palette sans portion d'adaptation 10 et un affaiblissement maximal obtenu lorsque les portions d'adaptation 10 s'étendent sur toute la longueur des branches latérales 4. A ce propos on notera qu'après mise en contact de la palette sur le noyau, le maintien de la palette contre le noyau nécessite alors d'alimenter la bobine avec un courant de maintien qui est d'autant plus important que la distance de retrait r et la surface des portions d'adaptation sont grandes. La surface des portions d'adaptation résulte donc d'un compromis entre la réduction de force recherchée en vue d'augmenter la variation d'effort d'attraction et une augmentation raisonnable du courant de maintien. En pratique on a déterminé que pour une distance de retrait de 0,2 mm une surface des portions d'adaptation égale au tiers de la surface des branches latérales du noyau constitue un compromis satisfaisant. Selon un aspect particulier de l'invention, les portions d'adaptation 10 débordent transversalement de la branche latérale en regard sur une distance 1 au moins égale au retrait r de la portion d'adaptation. Dans l'exemple illustré, les portions d'adaptation 10 sont délimitées transversalement par un congé 14 de rayon égal au retrait r des portions d'adaptation 10, le centre du congé 14 se situant sensiblement au niveau de l'arête interne 15 de la branche latérale 4 lorsque la palette 8 est en contact avec le noyau 2. Cette disposition minimise le passage du flux vers la zone 13 au voisinage de l'arête interne 15 dans laquelle la distance à franchir serait inférieure à la distance de retrait des portions d'adaptation, ce qui diminuerait l'efficacité des portions d'adaptation 10. Par ailleurs, le noyau 2 est avantageusement composé d'un empilement de tôles découpées qui limitent la migration longitudinale du flux. Cette disposition contrarie la tendance du flux devant normalement s'établir dans la zone 12 à migrer vers la zone 13 où l'entrefer total est plus faible. Afin de limiter encore cette mi- gration, une barrière magnétique 16, par exemple une pièce en matière amagnétique de même forme que les tôles formant le noyau peut-être insérée dans l'empilement de tôles pour isoler magnétiquement la partie de noyau correspondant à la zone 12 de la partie de noyau correspondant à la zone 13. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention illustré aux figures 3A et 3B les portions d'adaptation sont formées par des marches 17 qui s'étendent transversalement en regard de la branche centrale 3 et des branches latérales 4 du noyau 2. Dans ce cas, le retrait de la portion d'adaptation affecte le flux non seulement dans son passage entre une branche latéral et la palette mais également dans son passage entre la branche centrale et la palette. La marche 17 est plus facile à usiner que les portions d'adaptation 10 illustrées aux figures 2A et 2B et supprime tout risque de passage parasite de flux magnétique par-l'arête interne 15 des branches latérales 4. La marche 17 délimite deux zones 12 et 13 de la même façon que dans le mode de réalisation précèdent. Dans la zone 12 correspondant à la marche 17, le flux doit franchir une fois la distance r du retrait de la marche 17 dans l'entrefer avec la branche centrale 3 et une fois la même distance dans l'entrefer avec les branches latérales pour pouvoir s'établir. Pour un même affaiblissement que dans le premier mode de réalisation, il suffit donc que la distance de retrait r de la marche 17 soit égale à la moitié de la distance de retrait des portions d'adaptation 10. Dans une variante de ce mode de réalisation, illustrée à la figure 4, la marche 17 est remplacée par un biseau 18. La distance entre la face 7 du noyau 2 et le biseau 18 n'est pas constante mais augmente avec la distance par rapport au centre de la palette 8. Le biseau 18 a le même effet que la marche 17, mais il permet d'éviter des effets de bords indésirables qui pourraient subvenir le long de l'arête de la marche 17. Par ailleurs sur la figure 5, on a illustré, de façon exagérée, la position que la palette 8 à marche 17 est susceptible de présenter vis-à-vis du noyau 2 du fait des jeux de montage de l'actionneur. On constate que la distance entre la face 7 du noyau 2 et le fond de la marche 17 diminue en direction de l'extrémité de la palette 8, et le flux magnétique a tendance à se concentrer au niveau de l'arête terminale 19 de la palette 8, ce qui diminue les performances de l'actionneur. Sur la figure 6, on a illustré une palette 8 à biseau 18 dans la même configuration que précédemment. On constate que la distance entre la face 7 du noyau 2 et le biseau 18 reste croissante en direction de l'extrémité de la palette, le risque de concentration du flux magnétique sur l'arête terminale 20 de la palette 8 étant alors évité. Ce risque de déséquilibre de positionnement de la palette est en outre minimisé par une disposition symétrique des portions d'adaptation par rapport à l'organe d'actionnement 6. L'invention n'est pas limitée au mode particulier de réalisation qui vient d'être décrit, mais bien au contraire entend couvrir toute variante qui entre dans le cadre de l'invention tel que défini par les revendications. Bien que l'on ait illustré les portions d'adaptation sous forme de marche ou encore de biseau, les portions d'adaptation pourront plus généralement prendre toute forme apte à assurer un espace entre les portions d'adaptation et la face en regard lorsque les deux faces sont en contact, par exemple une série de rainures. Bien que l'on ait illustré l'invention avec des portions d'adaptation réalisées sur la palette, les portions d'adaptation pourront également être réalisées sur la face du noyau ou simultanément sur la palette et le noyau bien que cette solution apparaisse a priori plus complexe à réaliser que les portions d'adaptation sur la palette. Bien que l'on ait illustré les faces de la palette et du noyau comme étant planes, les faces pourront prendre toutes formes complémentaires aptes à permettre leur contact en dehors des portions d'adaptation. Bien que l'on. ait indiqué que les portions d'adaptation étaient délimitées transversalement par un congé, les portions d'adaptation pourront être délimitées par toute autre forme pourvu que les portions d'adaptation débordent transversalement de la branche latérale en regard d'une distance au moins égale à la distance de retrait. Bien que l'on ait indiqué que les portions d'adaptation s'étendent en regard des branches latérales, ou à cheval sur la branche centrale et les branches latérales, on pourra également prévoir des portions d'adaptation qui s'étendent seulement en regard de la branche centrale. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec un actionneur à deux bobines, elle s'applique également à un actionneur monobobine dont le noyau comporte des extrémités actives en regard des deux faces de la palette. REVENDICATIONS 1. Actionneur électromagnétique comportant un organe d'actionnement (6) relié à une palette (8) qui est mobile sous l'effet d'un organe moteur comportant au moins une bobine (1) équipée d'un noyau (2), ayant une face (7) s'étendant en regard d'une face (9) de la palette (8), caractérisé en ce que les faces (9,7) en regard comportent au moins une portion d'adaptation (10 ; 17 ; 18) qui s'étend en retrait par rapport à la face (9) comportant cette portion d'adaptation. 2. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau (2) comporte une branche centrale (3) et deux branches latérales (4) ayant des extrémités qui définissent la face (7) du noyau (2), et en ce que la portion d'adaptation (10 i17 i18) s'étend sur la face de la palette (9) en regard d'au moins l'une des branches du noyau. 3. Actionneur électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la palette (8) comporte des portions d'adaptation (10) qui s'étendent en regard des branches latérales (4) du noyau. 4. Actionneur électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les portions d'adaptation sont symétriques par rapport à l'organe d'actionnement 5. Actionneur électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la portion d'adaptation (10) déborde transversalement de la branche en regard sur une distance (l) au moins égale à la distance de retrait (r) de la portion d'adaptation (10) par rapport à l'organe d'actionnement. 6. Actionneur électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la portion d'adaptation (17,18) s'étend transversalement aux trois branches (4,3, 4) en regard de chacune d'elles. 7. Actionneur électromagnétique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la portion d'adaptation (17) est en forme de marche. 8. Actionneur électromagnétique selon la revendication 7, caractérisé en ce que la portion d'adaptation (17) est en forme de biseau. 9. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau comporte une première zone (12) s'étendant à l'aplomb des portions d'adaptation et une seconde zone (13) sur laquelle les faces (7,9) peuvent venir en contact, la première zone (12) et la seconde zone (13) étant magnétiquement isolées. 10. Actionneur électromagnétique selon la revendication 9, caractérisé en ce que le noyau est composé d'un empilage de tôles, au moins une barrière magnétique (16) étant insérée dans l'empilage de tôle pour séparer les tôles composant les première (12) et seconde (13) zones du noyau- (2).