Brevet FR2849262A1 — publié le 20040625

L'invention concerne un actionneur électromagnétique de soupape à aimant permanent. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION On connaît des documents EP-A-1 174 595 et EPA-1 174 596 des actionneurs électromagnétiques de soupape ayant un poussoir agissant sur la soupape et associé à une palette qui est mobile sous l'effet d'une ou deux bobines et de ressorts définissant un point d'équilibre du 10 poussoir entre deux positions extrêmes correspondant aux positions d'ouverture et de fermeture de la soupape. Le flux magnétique de la bobine est canalisé par un noyau magnétique pour se refermer dans la palette et ainsi exercer une force sur le poussoir. L'actionneur comprend en outre des aimants permanents associés aux bobines et générant un flux magnétique qui est canalisé par le noyau pour se refermer dans la palette de façon à retenir le poussoir dans l'une des positions extrêmes à l'encontre de l'un des ressorts lors20 que la bobine correspondante est inactive. Les actionneurs de soupape sont appelés à fonctionner à des températures comprises entre 100 et 200 degrés Celsius environ Pour des températures de cet ordre, le cycle de magnétisation/démagnétisation des aimants 25 permanents présente une hystérésis importante, de sorte que le flux nécessaire pour démagnétiser l'aimant permanent est alors plus faible que le flux nécessaire pour magnétiser l'aimant permanent. Dans ces conditions, il existe donc un risque que 30 l'intensité du flux alternatif généré par la bobine qui traverse l'aimant permanent se situe au dessus du seuil de démagnétisation de celui-ci, tout en étant en dessous du seuil de magnétisation, ce qui conduit à la démagnétisation progressive de l'aimant permanent pendant le fonc35 tionnement de l'actionneur Cette démagnétisation en- traîne une diminution de la capacité des aimants à retenir la palette dans les positions extrêmes, et une augmentation de la consommation électrique des bobines qui doivent compenser la perte d'effort exercé par les ai5 mants permanents. Pour diminuer ce risque, il a été proposé dans le document JP 11-350929 de placer les aimants permanents dans le noyau dans une position éloignée de la bobine de façon que les aimants permanents soient traversés par la 10 partie la moins intense du flux alternatif généré par la bobine De la sorte, l'intensité du flux magnétique traversant l'aimant permanent est inférieure au seuil de démagnétisation de celui-ci, ce qui évite les inconvénients précités. Néanmoins, le risque de démagnétisation n'est pas totalement éliminé, en particulier si l'actionneur est alimenté avec des courants supérieurs à ceux qui ont été prévus lors de la conception de l'actionneur. Il faut donc concevoir l'actionneur avec des mar20 ges de sécurité pénalisantes pour que l'intensité du flux traversant l'aimant permanent reste dans tous les cas inférieure au seuil de démagnétisation de celuici, même pour des courants d'intensité élevée. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un actionneur électromagnétique de soupape qui peut être alimenté par un courant pouvant varier dans de larges plages, sans risquer de démagnétiser les aimants permanents. 30 BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Selon l'invention, on propose un actionneur électromagnétique de soupape comportant un organe d'actionnement mobile entre deux positions extrêmes sous 35 l'effet d'un organe élastique et d'au moins une bobine, et au moins un aimant permanent agencé de façon à retenir l'organe d'actionnement dans au moins l'une des positions extrêmes à l'encontre de l'organe élastique lorsque la bobine n'est pas alimentée, la bobine et l'aimant perma5 nent générant chacun un flux magnétique qui est canalisé par un noyau pour se refermer dans l'organe d'actionnement de telle sorte que le noyau définit un chemin magnétique du flux magnétique généré par la bobine qui passe, à des pertes près, hors de l'aimant permanent. 10 Ainsi, quelque soit l'intensité du courant d'alimentation de la bobine, l'aimant permanent n'est traversé tout au plus que par une quantité infime de flux magnétique, restant en tout état de cause bien inférieure au seuil de démagnétisation de l'aimant permanent, de 15 sorte que le risque de démagnétisation de ce dernier est minimise. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le noyau comporte deux parties ayant des premières portions de surface en contact avec l'aimant 20 permanent et séparées d'une distance égale à une épaisseur de l'aimant permanent, et des deuxièmes portions de surface présentant entre elles un entrefer ayant une dimension très inférieure à l'épaisseur de l'aimant permanent. Ainsi, le flux généré par la bobine transite, à des pertes près, par les deuxièmes portions de surface, qui constituent ainsi un chemin magnétique de ce flux passant hors de l'aimant. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 30 L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures des dessins annexés parmi lesquelles: la figure 1 est une vue en coupe d'un actionneur selon l'invention installé sur une culasse de mo35 teur, illustrant les flux magnétiques circulant dans l'actionneur lors de la phase d'attraction de la palette contre le noyau; la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, illustrant les flux magnétiques circulant dans 5 l'actionneur lors de la phase de maintien de la palette; la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 1, illustrant les flux magnétiques circulant dans l'actionneur lors de la phase de séparation de la palette du noyau. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, l'actionneur 10 de l'invention est ici monté sur une culasse 4 d'un moteur pour actionner une soupape 1. L'actionneur 10 comporte un poussoir 11 qui coulisse coaxialement à la queue de la soupape 1. L'extrémité de la queue de la soupape 1 et l'extrémité du poussoir 11 sont rappelées l'une vers l'autre par deux ressorts 12 et 13 antagonistes agissant respectivement 20 sur le poussoir 11 et sur la queue de la soupape 1 Les ressorts 12, 13 définissent une position d'équilibre du poussoir 11 dans laquelle la soupape est dans une position mi-ouverte. Le poussoir 11 est solidaire d'une palette 14, en 25 matériau ferromagnétique, mobile à l'intérieur d'une cavité 15 réalisée dans un noyau ferromagnétique 16 composé de deux parties de noyau 17 La cavité 15 définit une face active supérieure 18 et une face active inférieure 19 s'étendant sur les deux parties de noyau 17 Lorsque 30 la palette 14 est dans une position voisine de l'une ou l'autre des positions extrêmes correspondant aux positions ouverte et fermée de la soupape, la palette 14 présente un entrefer nul ou très faible avec la face active correspondante. Dans le mode de réalisation illustré, l'actionneur est monobobine, et l'une des parties de noyau 17 s'étend au travers de l'unique bobine 20. En outre, les deux parties de noyau 17 comportent d'une part des premières portions de surface 21 qui sont 5 en contact avec les faces d'un aimant permanent 22, et d'autre part des deuxièmes portions de surface 23 qui s'étendent en regard l'une de l'autre avec un entrefer e très inférieur à l'épaisseur H de l'aimant permanent 22. Le fonctionnement de l'actionneur est le suivant. 10 On suppose ici que la palette 14 est plus proche de la face active supérieure que de la face active inférieure, de sorte qu'au départ les flux magnétiques qui se referment dans la palette passent par la face active supérieure Lorsqu'au cours de son déplacement la palette 15 est plus proche de la face active inférieure, les flux magnétiques se referment dans la palette en passant par la face active inférieure, ce qui a pour conséquence d'attirer la palette vers cette face. Pour attirer la palette 14 vers la face active 20 supérieure 18, la bobine 20 est alimentée de façon qu'elle génère un flux magnétique 30 de même sens que le flux magnétique 32 de l'aimant permanent 22, comme cela est illustré à la figure 1. Le flux magnétique 30 généré par la bobine 20 25 passe dans la palette 14 via la face active supérieure 18, et transite d'une partie de noyau à l'autre en passant en presque totalité par les deuxièmes portions de surface 23, en raison du très faible entrefer e entre les deuxièmes portions de surface 23, comparé à la distance H 30 séparant les premières portions de surface 21. Le flux magnétique 30 généré par la bobine 20 ajoute ses effets au flux magnétique 32 généré par l'aimant permanent 22 qui, lorsque l'entrefer entre la palette 14 et la face active supérieure 18 devient infé35 rieur à l'entrefer e, transite dans les parties de noyau 17 via les premières portions de surface 21 et se referme dans la palette 14 En fin de course, lorsque la palette 14 est proche de la face active supérieure 18, l'alimentation de la bobine 20 peut être coupée, voire 5 inversée dans le but de contrôler la vitesse d'accostage de la palette 14 contre la face active supérieure 18. Comme cela est visible à la figure 2, une fois la palette en butée contre la face active supérieure 18, le flux magnétique 32 de l'aimant permanent 22 est assez 10 fort pour maintenir la palette 14 en butée contre la face active supérieure 18 à l'encontre du ressort 12. A cet égard, les portions de face active en contact avec la palette ont des aires inférieures à l'aire des faces de l'aimant permanent 22, ce qui provoque une 15 concentration du flux qui tend à augmenter l'effort d'attraction exercée par l'aimant permanent 22 sur la palette 14 Pour décoller la palette 14, et comme cela est visible à la figure 3, la bobine 20 est alimentée pour 20 générer un flux magnétique inverse 31, de sens opposé au flux magnétique 32 généré par l'aimant permanent 22 Le flux magnétique inverse 31 généré par la bobine 20 se referme donc en sens inverse de celui de la figure 1 et compense alors au moins partiellement le flux 32 de 25 l'aimant permanent 22 de sorte que l'effort d'attraction exercé sur la palette 14 n'est plus suffisant pour contrer l'effort du ressort 12 La palette 14 quitte alors la face active supérieure 18. Dans un actionneur de soupape selon l'invention, 30 le flux généré par la bobine 20, qu'il soit de même sens ou opposé au flux 32 de l'aimant permanent 22, transite donc par les deuxièmes portions de surface 23, qui forment ainsi dans le noyau 16 un chemin magnétique pour ce flux qui passe hors de l'aimant permanent 22 (à des per35 tes près). L'aimant permanent 22 n'est donc soumis tout au plus qu'à une partie marginale du flux généré par la bobine 20, cette partie marginale étant en tout état de cause bien inférieure au flux nécessaire pour démagnéti5 ser l'aimant permanent 22, y compris lorsque la bobine 20 est alimentée avec des courants de forte intensité. Selon un aspect important de l'invention, l'entrefer e doit être assez important pour éviter la fermeture du flux de l'aimant permanent par les deuxièmes 10 portions de surface 23, mais assez faible pour diminuer les pertes de flux de la bobine qui passent par les premières portions de surface au travers de l'aimant permanent. Selon un aspect particulier de l'invention, les 15 deuxièmes portions de surfaces 23 sont ici disposées par rapport à l'aimant permanent de sorte que l'entrefer e soit perpendiculaire à une direction d'aimantation 25 de l'aimant permanent 22 Dans le mode de réalisation illustré, les deuxièmes portions de surface 23 s'étendent vers 20 l'intérieur de l'actionneur 10 Les premières portions de surface et les deuxièmes portions de surfaces 23 s'étendent ainsi perpendiculairement les unes aux autres. Cette disposition permet de loger dans l'actionneur des premières portions de surface 21 et des 25 deuxièmes portions de surface 23 ayant des aires suffisantes pour permettre le passage de flux magnétiques importants, tout en n'augmentant pas l'encombrement total de l'actionneur A ce propos, on notera qu'il n'est pas nécessaire que les deuxièmes portions de surface 23 30 soient perpendiculaires aux premières portions de surface 21; elles peuvent au contraire faire entre elles n'importe quel angle adapté à la forme du noyau pour obtenir les surfaces souhaitées pour chacune des portions. L'invention n'est pas limitée au mode particulier 35 de réalisation qui vient d'être décrit, mais bien au con- traire englobe toute variante entrant dans le cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, bien que l'on ait illustré l'invention en référence à un actionneur monobobine à pa5 lette à déplacement linéaire, l'invention s'applique également à un actionneur monobobine à palette à déplacement rotatif, ainsi qu'à des actionneurs bibobine à palette à déplacement linéaire ou rotatif, dans lesquels au moins une bobine est associée à au moins un aimant permanent et 10 à un noyau définissant un chemin magnétique pour le flux de la bobine passant hors de l'aimant permanent. On peut ainsi réaliser l'invention avec un noyau classique avec un aimant permanent disposé comme dans l'actionneur bibobine illustré dans le document JP 1115 350929, le passage de la totalité du flux généré par la bobine en dehors de l'aimant permanent étant obtenu en prévoyant un entrefer de dimension très inférieure à l'épaisseur de l'aimant permanent. REVENDICATIONS 1 Actionneur électromagnétique de soupape comprenant un organe d'actionnement ( 11,14) mobile sous 5 l'effet d'un organe élastique ( 12, 13) et d'au moins une bobine ( 20), et au moins un aimant permanent ( 22) agencé de façon à retenir l'organe d'actionnement ( 11,14) dans au moins l'une des positions extrêmes à l'encontre de l'organe élastique ( 12,13) lorsque la bobine ( 20) n'est 10 pas alimentée, la bobine ( 20) et l'aimant permanent ( 22) générant chacun un flux magnétique qui est canalisé par un noyau ( 16) pour se refermer dans l'organe d'actionnement ( 14), caractérisé en ce que le noyau ( 16) définit un chemin magnétique ( 23) du flux magnétique 15 ( 30,31) généré par la bobine ( 20) qui passe, à des pertes près, hors de l'aimant permanent ( 22). 2 Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau ( 16) comporte deux parties ( 17) ayant des premières portions de surface 20 ( 21) en contact avec l'aimant permanent et des deuxièmes portions de surface ( 23) présentant entre elles un entrefer (e) ayant une dimension très inférieure à une épaisseur (H) de l'aimant permanent ( 22). 3 Actionneur électromagnétique selon la revendi25 cation 2, caractérisé en ce que l'entrefer (e) forme un angle avec une direction d'aimantation ( 25) de l'aimant permanent ( 22).