Brevet FR2853131A1 — publié le 20041001

La présente invention concerne un dispositif d'actionnement électromagnétique utilisable notamment pour actionner une soupape de moteur thermique. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Il est connu des dispositifs d'actionnement électromagnétiques de soupape, qui comprennent au moins une bobine associée à un noyau ferromagnétique délimitant un logement dans lequel un organe mobile ferromagnétique est monté pour coulisser selon un axe central du logement. 10 L'organe mobile comprend une palette solidaire d'un poussoir prenant appui sur l'extrémité libre de la queue de soupape et l'organe mobile est déplacé par l'action de la bobine entre une position d'ouverture de la soupape et une position de fermeture de la soupape. Pour ce faire, dans les dispositifs connus, la bobine est positionnée sur le noyau pour déboucher sur une face du logement en regard d'une face de la palette. Ainsi, la bobine engendre un flux magnétique canalisé par le noyau pour se refermer dans la palette en passant par 20 les faces précitées du logement et de la palette (ces faces sont dites actives) de manière à provoquer l'attraction de la palette vers la bobine. Cependant, du fait de sa position, la bobine diminue l'aire de la portion de la face active du logement 25 par laquelle passe effectivement le flux magnétique et la somme des entrefers dans le circuit magnétique ainsi réalisé est égale à deux fois la distance séparant les faces actives soit au maximum deux fois la course de l'organe mobile. Il en résulte qu'un tel dispositif d'actionnement 30 électromagnétique présente une réluctance relativement élevée et nécessite d'être alimenté par un courant de relativement forte intensité. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est de fournir un action35 neur électromagnétique engendrant une force d'attraction relativement élevée à partir d'un courant de relativement faible intensité. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un 5 dispositif d'actionnement électromagnétique comprenant au moins une bobine associée à un noyau ferromagnétique délimitant un logement dans lequel un organe mobile ferromagnétique est monté pour coulisser selon un axe central du logement, la bobine étant centrée sur l'axe central du 10 logement et ayant un contour interne ayant des dimensions transversales au moins égales à des dimensions correspondantes d'un contour externe de l'organe mobile, et l'organe mobile ayant au moins une face latérale et au moins une face frontale en regard de faces actives du 15 noyau ferromagnétique. La bobine est alors dégagée de la face active du logement se trouvant en regard de la face frontale de l'organe mobile. La totalité de la face frontale de l'organe mobile est de ce fait active, ce qui permet de limi20 ter le poids de l'organe mobile et donc son inertie. La somme des entrefers existant dans le circuit magnétique ainsi réalisé est égale à la somme de la distance entre la face frontale de l'organe mobile et la face active du logement correspondante (c'est-à-dire au maximum une fois 25 la course de l'organe mobile) et de la distance entre la face latérale de l'organe mobile et la face active du logement correspondante (c'est-àdire le jeu latéral nécessaire pour permettre le coulissement de l'organe mobile, ce jeu étant généralement très faible). De la sorte, en 30 conservant des faces actives ayant des aires relativement importantes et en ayant des entrefers relativement faibles, le dispositif d'actionnement électromagnétique conforme à l'invention présente une réluctance relativement faible. Pour un courant d'intensité donné, il est donc 35 possible de produire avec le dispositif d'actionnement électromagnétique de l'invention, une force d'attraction supérieure à celle produite par les dispositifs d'actionnement électromagnétiques de types connus. En outre, cette structure est relativement fermée, ce qui per5 met de limiter les flux de fuite. Ceci résout au moins en partie le problème de la protection magnétique des composants environnant le dispositif d'actionnement de l'invention lorsque celui-ci est implanté par exemple sur un véhicule. De préférence, la bobine s'étend autour d'au moins une partie du logement. Le dispositif d'actionnement électromagnétique peut alors avoir une structure particulièrement compacte. De préférence encore, la face frontale de 15 l'organe mobile a une forme tronconique concave et la face correspondante du logement comprend au moins une portion tronconique convexe. Ainsi, il est possible d'avoir une face latérale de l'organe mobile qui a une grande surface (ce qui per20 met de diminuer l'influence de l'entrefer au niveau de cette face) tout en conservant un organe mobile de poids raisonnable. De plus, l'entrefer réel entre la face frontale de l'organe mobile et la face active du logement, cet entrefer étant mesuré perpendiculairement à ses sur25 faces, est inférieur à la course de l'organe mobile qui est mesurée parallèlement à l'axe central du logement. Avantageusement, la face du logement correspondant à la face frontale de l'organe mobile comprend au moins une portion annulaire adjacente à la portion tron30 conique convexe et en retrait de celle-ci et, de préférence, deux portions annulaires de chaque côté de la portion tronconique convexe et en retrait de cette dernière. Ceci permet de provoquer une concentration du flux magnétique qui tend à augmenter l'effort 35 d'attraction exercé par la bobine sur l'organe mobile. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limita5 tifs de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un actionneur électromagnétique conforme à un mode de 10 réalisation de l'invention, suivant l'axe de coupe I-I de la figure 3, - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 de cet actionneur électrique, selon l'axe de coupe II-II de la figure 3, - la figure 3 est une vue de dessus de ce dispositif d'actionnement électromagnétique, - la figure 4 est une vue analogue à la figure 1 d'une variante de réalisation du dispositif d'actionnement électromagnétique. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures 1 à 3, le dispositif d'actionnement électromagnétique de l'invention comprend un noyau, généralement désigné en 1, qui est en matériau ferromagnétique et est divisé en une partie supérieure 2 25 et une partie inférieure 3 montées sur un élément support généralement désigné en 4. L'élément support 4 comprend deux manchons coaxiaux en une seule pièce, à savoir un manchon extérieur 5 relié à un manchon intérieur 6 par une collerette 30 7. Les parties supérieure et inférieure 2 et 3 coiffent et entourent le manchon extérieur 5. Une bobine supérieure 8 et une bobine inférieure 9 sont disposés entre le manchon extérieur 5 et le manchon intérieur 6 respectivement au-dessus et au-dessous 35 de la collerette 7. Les bobines 8 et 9 sont coaxiales au manchon intérieur 6 et sont reliées à des moyens non représentés de commande et d'alimentation en énergie électrique. L'élément support 4 comporte des méplats 10 (vi5 sibles sur la figure 3) réalisés sur le manchon extérieur de manière à ménager une ouverture dans le manchon extérieur 5, ce qui permet de limiter l'encombrement de l'élément support 4 selon une direction transversale de celui-ci et de permettre le passage des câbles de raccor10 dement des bobines 8 et 9 aux moyens d'alimentation en énergie électrique. On notera également à la figure 3 que le noyau 1 a une forme externe parallélépipédique avec deux faces opposées dans le prolongement des méplats 10 et deux autres faces opposées espacées d'une distance su15 périeure à celle séparant les méplats 10 pour que le noyau est une section transversale suffisante pour laisser passer le flux magnétique engendré par les bobines 8 et 9 comme cela sera expliqué plus en détail ci-après. Le noyau 1 comprend un logement 11 formé par le 20 manchon intérieur 6 et deux faces en regard appartenant respectivement à la partie supérieure 2 et la partie inférieure 3 du noyau 1. Le logement 11 a un axe central 14 correspondant à l'axe central de l'élément support 4. Le logement 11 est ainsi entouré par les bobines 8 et 9 qui 25 sont centrées sur l'axe central 14. Le manchon intérieur 6 a une surface interne formant une surface latérale 15 du logement 11 et les faces en regard appartenant à la partie supérieure 2 et la partie inférieure 3 du noyau 1 forment respectivement la 30 face d'extrémité supérieure 12 et la face d'extrémité inférieure 13 du logement 11. La surface latérale 15 est cylindrique à section circulaire. Les faces d'extrémités 12 et 13 comprennent une portion tronconique convexe présentant un demi-angle au sommet compris entre 400 environ 35 et 900 environ, ici 600. La surface latérale 15 et les faces d'extrémité 12 et 13 forment les faces actives du noyau 1. Le logement 11 reçoit un organe mobile généralement désigné en 16 qui est monté pour coulisser selon 5 l'axe central 14 du logement 11 entre une position supérieure et une position inférieure. L'organe mobile 16 est réalisé en un matériau ferromagnétique et comporte une surface latérale 17 de forme cylindrique circulaire de part et d'autre de laquelle s'étendent une face frontale 10 supérieure 18 et une face frontale inférieure 19. La surface latérale 17 est centrée sur l'axe central 14 du logement 11. La surface latérale 17 de l'organe mobile 16 a un diamètre externe légèrement inférieur à un diamètre de la surface interne du manchon intérieur 15 6 (qui est également la surface latérale 15 du logement 11) pour laisser un jeu suffisant pour permettre le mouvement de coulissement de l'organe mobile 16. Les bobines 8 et 9 ont un contour interne ayant des dimensions transversales supérieures à des dimensions correspondantes 20 d'un contour externe de l'organe mobile 16. En l'espèce, les bobines 8 et 9 ont un diamètre interne supérieur au diamètre externe de la surface latérale 17 de l'organe mobile. Les faces frontales supérieure 18 et inférieure 25 19 sont de forme tronconique concave avec un demi-angle au sommet identique à celui des faces d'extrémité supérieure 12 et inférieure 13 du logement 11. Une tige-poussoir 20 s'étend depuis la face frontale inférieure 19 le long de l'axe central 14 du loge30 ment 11. La tige-poussoir 20 est reçue à coulissement dans un perçage 21 débouchant d'un côté dans le logement 11 et de l'autre côté à l'extérieur du noyau 1 et possède une extrémité libre qui s'étend en saillie du noyau 1 pour prendre appui sur l'élément à actionner. Une tige de guidage 22 s'étend depuis la face frontale supérieure 18 de l'organe mobile 16 le long de l'axe central 14. La tige de guidage 22 est reçue à coulissement dans un perçage 23 débouchant dans le logement 11. Dans une application à l'actionnement d'une soupape de moteur thermique, le dispositif d'actionnement est fixé sur la culasse du moteur thermique de manière connue en soi pour que l'extrémité libre de la tigepoussoir 20 prenne appui sur l'extrémité libre sur la 10 queue de la soupape. La position haute de l'organe mobile 16 correspond à la position fermée de la soupape et la position basse de l'organe mobile 16 correspond à la position ouverte de la soupape. Les bobines du dispositif d'actionnement électro15 magnétique peuvent servir à déplacer l'organe mobile 16, et donc la soupape, entre les deux positions précitées, ou, en association avec des moyens élastiques assurant l'essentiel du déplacement de l'organe mobile 16 et de la soupape entre ces deux positions, à attirer et maintenir 20 l'organe mobile 16 dans l'une ou l'autre de ces deux positions. Les bobines 8 et 9 du dispositif d'actionnement électromagnétique sont alimentées successivement pour créer un flux magnétique qui circule dans le noyau 1, 25 c'est-à-dire dans les parties 2 ou 3 ainsi que dans l'élément support 4 pour se refermer dans l'organe mobile 16, ce qui engendre une force d'attraction de l'organe mobile 16 vers l'une ou l'autre de ces positions. Le flux magnétique généré par la bobine supé30 rieure 8 passe ainsi dans l'organe mobile 16, d'une part, par l'intermédiaire de la face d'extrémité supérieure 12 du logement il du noyau 1 et de la face frontale supérieure 18 de l'organe mobile 16 et, d'autre part, par l'intermédiaire de la surface latérale 15 du logement 11 35 et de la surface latérale 17 de l'organe mobile 16. Le flux magnétique se referme ainsi en passant par l'organe mobile 16 qui est alors attiré vers la face d'extrémité supérieure 12 du logement 11. Le flux magnétique engendré par la bobine infé5 rieure 9 passe ainsi dans l'organe mobile 16, d'une part, par l'intermédiaire de la face d'extrémité inférieure 13 du logement 11 du noyau 1 et la face frontale inférieure 19 de l'organe mobile 16 et, d'autre part, par l'intermédiaire de la surface latérale 15 du logement 11 et la 10 surface latérale 17 de l'organe mobile 16. Le flux magnétique se referme ainsi en passant par l'organe mobile 16 qui est alors attiré vers la face d'extrémité inférieure 13 du logement 11. On notera que l'entrefer entre les faces actives 15 latérales du logement 11 et de l'organe mobile 16 est faible et constant au cours du mouvement de l'organe mobile 16. En outre, du fait de la forme des faces d'extrémité du logement l et des faces frontales de l'organe mobile, l'entrefer entre ces faces est inférieur à l'am20 plitude du déplacement de l'organe mobile 16. Ceci permet d'avoir une somme des entrefers qui est relativement faible. L'obtention de faces actives ayant des aires relativement importantes associée à la petitesse de la somme des entrefers permet d'avoir une réluctance particulière25 ment faible par rapport aux dispositifs connus. Lorsque des ressorts hélicoïdaux sont utilisés pour déplacer l'organe mobile 16, lors de leur compression ils tendent à faire pivoter celui-ci. L'utilisation d'un organe mobile 16 ayant une section transversale cy30 lindrique permet de ne pas entraver ce mouvement de pivotement et de diminuer les frottements et contraintes mécaniques exercés sur l'organe mobile 16. L'utilisation de bobines 8 et 9 circulaires permet de diminuer la longueur de fil par rapport à des bo35 bines rectangulaires. Les bobines 8 et 9 sont de la sorte moins lourdes, moins encombrantes et moins chères que des bobines rectangulaires des dispositifs connus. Dans la variante de la figure 4, le dispositif d'actionnement électromagnétique est identique à celui 5 précédemment décrit sauf en ce qui concerne le guidage en translation de l'organe mobile 16, ainsi qu'en ce qui concerne les faces d'extrémité du logement 11 et les faces frontales de l'organe mobile 16 (seules les références de ces faces ont été modifiées par rapport aux réfé10 rences indiquées sur les figures 1 à 3). Le guidage en translation de l'organe mobile 16 est ici assurée directement par la surface latérale 15 de sorte qu'il n'est plus nécessaire de prévoir une tige de guidage. La face frontale supérieure 58 de l'organe mobile 16 est de forme tronconique concave avec un demi-angle au sommet de 800. La face d'extrémité supérieure 52 du logement 11 comprend une portion tronconique convexe 52.1 ayant un 20 demi-angle au sommet de 800. La portion tronconique convexe 52.1 a une grande base reliée à une portion annulaire cylindrique 52.2 et une petite base reliée à une porion annulaire plane 52.3. Les portions annulaires 52.2 et 52.3 sont en retrait de la portion tronconique convexe 25 de sorte que l'entrefer séparant les portions annulaires 52.2 et 52.3 de la face frontale supérieure 58 est supérieur à celui séparant la portion tronconique convexe 52.1 de la face frontale supérieure 58. Ceci permet de concentrer le passage du flux magnétique au niveau de la 30 portion tronconique convexe 52.1 tendant ainsi à augmenter l'effort d'attraction. La face frontale inférieure 59 de l'organe mobile 16 est de forme tronconique concave avec un demi-angle au sommet de 400. La face d'extrémité inférieure 53 du logement 11 comprend une portion tronconique convexe 53.1 ayant un demi-angle au sommet de 400. La portion tronconique convexe 53.1 a une grande base reliée à une portion annulaire cylindrique 53.2 et une petite base reliée à une 5 porion annulaire plane 53.3. Ceci permet de concentrer le passage du flux magnétique au niveau de la portion tronconique convexe 53.1 tendant ainsi à augmenter l'effort d'attraction. Une soupape de moteur thermique reste en général 10 plus longtemps fermée qu'ouverte, et l'effort à produire pour déplacer la soupape dans sa position d'ouverture est plus important que celui nécessaire pour la maintenir en position fermée en raison de la contre-pression exercée sur la soupape par les gaz présents dans le cylindre lors 15 de l'ouverture de la soupape. Les faces 58 et 52 qui sont utilisées dans le maintien en position de fermeture de la soupape sont pour cette raison faiblement coniques facilitant ainsi le collage de ces faces l'une sur l'autre alors que les faces 20 59 et 53 sont fortement coniques facilitant l'entraînement de l'organe mobile 16 vers la position d'ouverture de la soupape. Le demiangle de 600 utilisé dans le dispositif d'actionnement décrit en relation avec les figures 1 à 3 est lui un bon compromis entre ces deux exigen25 ces. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, bien que l'invention ait été décrite en relation avec un actionneur électromagnétique comportant deux bobines, l'invention est également applicable aux actionneurs électromagnétiques monobobine. Les faces frontales de l'organe mobile et les fa35 ces d'extrémité du logement 11 peuvent être planes ou co- niques. Le noyau peut avoir une forme différente de celle décrite et par exemple une forme cylindrique de section circulaire fermée. Cette forme est avantageuse car il y a 5 peu de rayonnement perturbateur avec une structure fermée. Le rayonnement perturbateur, quoique faible dans la structure représentée, y est un peu plus élevé que dans une structure fermée du fait de la présence des ouvertures créées par les méplats 10. Les bobines et l'organe mobiles peuvent avoir des formes différentes de celles décrites et par exemple une forme rectangulaire. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'actionnement électromagnétique comprenant au moins une bobine (8, 9) associée à un noyau 5 ferromagnétique (1) délimitant un logement (11) dans lequel un organe mobile (16) ferromagnétique est monté pour coulisser selon un axe central (14) du logement, caractérisé en ce que la bobine est centrée sur l'axe central du logement et a un contour interne ayant des dimensions 10 transversales au moins égales à des dimensions correspondantes d'un contour externe de l'organe mobile, et en ce que l'organe mobile a au moins une face latérale (17) et au moins une face frontale (18, 19) en regard de faces actives (15, 12, 13) du noyau ferromagnétique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine (8, 9) s'étend autour d'au moins une partie du logement (11). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la face frontale 20 (18, 19; 58, 59) de l'organe mobile (16) a une forme tronconique concave et la face correspondante (12, 13; 52, 53) du logement (11) comprend au moins une portion tronconique convexe (52.1, 52.3). 4. Dispositif selon la revendication 3, caracté25 risé en ce que la face (52, 53) du logement (11) correspondant à la face frontale (58, 59) de l'organe mobile (16) comprend au moins une portion annulaire (52.2, 52.3, 53.2, 52.3) adjacente à la portion tronconique convexe (52.1, 53.1) et en retrait de celle-ci. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la face (52, 53) du logement (11) correspondant à la face frontale (58, 59) de l'organe mobile (16) comprend deux portions annulaires (52.2, 52.3, 53.2, 52.3) de chaque côté de la portion tronconique convexe 35 (52.1, 53.1) et en retrait de cette dernière. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la face frontale (18, 19) de l'organe mobile (16) et la portion tronconique convexe de la face correspondante (12, 13) du logement (11) présentent un demi-angle au sommet d'environ 600.