Brevet FR2849100A1 — publié le 20040625

L'invention concerne un actionneur électromagnétique monobobine à palette pivotante. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION On connaît des actionneurs électromagnétiques de soupape à palette montée mobile entre deux positions extrêmes sous l'effet de ressorts montés en opposition et d'une bobine associée à un noyau ayant une partie principale qui passe dans la bobine et qui présente de part et 10 d'autre de la bobine deux extrémités qui comportent des premières portions de face active qui sont en contact avec la palette lorsque celle-ci est dans l'une ou l'autre des positions extrêmes. Dans les actionneurs de soupape connus, lorsque 15 la soupape est dans la position fermée, le poussoir actionné par la palette est en général décollé de la soupape pour garantir l'appui de la soupape contre son siège Le ressort lié à la soupape cesse donc d'agir sur le poussoir qui n'est plus alors soumis qu'à la force de 20 l'autre ressort L'effort à développer pour maintenir la palette dans la position extrême correspondant à la position fermée de la soupape est donc plus important que l'effort à développer pour maintenir la palette dans la position extrême correspondant à la position ouverte de 25 la soupape. Dans l'actionneur du document EP-A 1 174 596, la partie principale est séparée en deux éléments de noyau par un aimant permanent de sorte que le flux de celui-ci se referme dans la palette lorsque celle-ci est dans 30 l'une ou l'autre des positions extrêmes L'effort de maintien exercé par l'aimant permanent sur la palette est sensiblement identique pour chacune des positions extrêmes. Pour tenir compte de la différence d'effort de 35 maintien entre les positions extrêmes, il faut donc di- mensionner l'aimant permanent pour qu'il soit apte à fournir un flux magnétique capable d'induire sur la palette l'effort de maintien le plus important. Cet effort, plus important que nécessaire pour 5 retenir la palette en position extrême correspondant à la position ouverte de la soupape, pénalise alors la dynamique de la palette, et oblige à alimenter la bobine avec un courant plus important que nécessaire pour décoller la palette dans la position extrême correspondant à la posi10 tion ouverte de la soupape. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un actionneur monobobine à aimant permanent, dans lequel l'action de l'aimant sur la palette peut être différencié selon les positions ex15 trêmes. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Dans un actionneur selon l'invention, le noyau comporte au moins une partie additionnelle adjacente à l'une des extrémités de la partie principale et qui est 20 magnétiquement associée à cette extrémité par l'intermédiaire d'un aimant permanent, la partie additionnelle comportant une deuxième portion de face active qui s'étend pour être en contact avec la palette lorsque celle-ci est en contact avec la première portion de face 25 active portée par l'autre extrémité de la partie principale de noyau. Ainsi, le flux de l'aimant permanent se referme, dans la palette uniquement pour la position extrême dans laquelle la palette est en contact avec la deuxième por30 tion de face active portée par la partie additionnelle de noyau Quand la palette est dans l'autre position extrême, le flux de l'aimant permanent ne peut se refermer dans la palette de sorte que l'aimant permanent n'exerce pas d'effort de maintien sur celle- ci. Il est donc possible, dans un actionneur monobo- bine selon l'invention, de rendre l'action de l'aimant permanent dissymétrique dans l'une ou l'autre des positions extrêmes. Selon un mode particulier de réalisation, la par5 tie additionnelle de noyau comporte une troisième portion de face active qui s'étend pour être en contact avec la palette lorsque celle-ci est en contact avec la première portion de face active portée par l'extrémité de la partie principale de noyau magnétiquement associée à la par10 tie additionnelle de noyau. Ainsi, le flux de l'aimant se referme de deux facons différentes, selon que la palette est dans l'une ou l'autre des positions extrêmes: dans l'une des positions extrêmes, le flux de 15 l'aimant permanent se referme par la deuxième portion de face active de la partie additionnelle de noyau et par la première portion de face active de l'autre extrémité en passant au travers de la bobine dans la partie principale de noyau d'une extrémité à l'autre; dans l'autre des positions extrêmes, le flux de l'aimant permanent se referme en transitant dans la palette par la troisième portions de face active de la partie additionnelle de noyau et par la première portion de face active de l'extrémité associée, donc en restant dans 25 la zone d'extrémité sans passer au travers de la bobine. Ces deux trajets distincts, n'aboutissant pas aux mêmes zones de contact avec la palette, permettent à l'aimant permanent d'exercer sur la palette des moments de maintien dans les deux positions extrêmes, ces moments 30 étant distincts. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 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 schématique d'un ac- tionneur selon l'invention illustrant le trajet des flux magnétiques lors de la phase d'attraction de la palette; la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 illustrant le trajet des flux magnétiques lors de la phase de maintien de la palette; la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 1 illustrant le trajet des flux magnétiques lors de la phase de décollement de la palette. 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 comprend une palette 2 en maté15 riau ferromagnétique montée à rotation autour d'un axe 3. La palette 2 a une extrémité qui est pincée entre d'une part l'extrémité de la soupape 1 qui est pressée contre la palette 2 par un premier ressort 5, et d'autre part l'extrémité d'un guide 6 monté coulissant coaxialement à 20 la soupape 1, qui est pressée contre la palette 2 par un deuxième ressort 7 monté en opposition par rapport au premier ressort 5. Les ressorts 5,7 définissent une position d'équilibre de la palette 2 correspondant à une position 25 semi-ouverte de la soupape 1, entre deux positions extrêmes de la palette 2 correspondant respectivement à la position ouverte et à la position fermée de la soupape. L'actionneur comprend un noyau 8 en matériau ferromagnétique, comprenant une partie principale de noyau 9 30 ayant la forme générale d'un C qui passe au travers d'une bobine 14 La partie principale de noyau 9 présente deux extrémités 11 de part et d'autre de la bobine 14. Des parties additionnelles de noyau 12 sont adjacente à chacune des extrémités 11 et leur sont magnéti35 quement associées au moyen d'aimants permanents 13 qui sont disposés de sorte que leur aimantation soit dirigée dans le même sens, symbolisé sur les figures par les flèches 30. Les extrémités 11 de la partie principale de 5 noyau 9 et les parties additionnelles de noyau 12 comportent des faces actives avec lesquelles la palette 2, lorsqu'elle est dans une position voisine de l'une ou l'autre des positions extrêmes, présente un entrefer nul ou très faible. Chacune des faces actives comporte: une première portion de face active 15 qui s'étend en regard d'une première face de la palette 2 et qui est formée dans l'une des extrémités 11 de la partie principale de noyau 9; une deuxième portion de face active 16 qui s'étend en regard de la seconde face de la palette 2 et qui est formée dans l'autre partie additionnelle de noyau 9, en s'étendant de l'autre côté par rapport à l'axe 3 de la palette 2; et enfin, une troisième portion de face active 17 qui s'étend en regard de la première face de la palette et qui est formée dans la partie additionnelle de noyau 12 associée à l'extrémité 11 portant la première portion de face active 15, la troisième portion de face 25 active 17 s'étendant du même côté par rapport à l'axe 3 de la palette 2 que la première portion de face active 15. Pour la description du fonctionnement qui suit, il sera fait référence à une partie inférieure et une 30 partie supérieure relativement à un plan médian passant par l'axe 3 de la palette 2. Le fonctionnement de l'actionneur selon l'invention est le suivant. On suppose, comme cela est illustré à la figure 35 1, que la palette 2 est plus proche de la position ex- trême correspondant à la position fermée de la soupape. Pour attirer la palette 2 vers cette position extrême, la bobine 14 est alimentée pour générer un flux magnétique 34 qui circule dans la partie principale de 5 noyau 9 jusqu'à l'extrémité 11 supérieure, traverse l'aimant permanent 13 supérieur, circule dans la partie additionnelle de noyau 12 supérieure pour transiter dans la palette 2 en franchissant l'entrefer entre la face supérieure de la palette 2 et la deuxième portion de face 10 active 16 supérieure. Puis le flux magnétique 34 circule dans la palette 2 pour transiter dans l'extrémité 11 inférieure en franchissant l'entrefer entre la face inférieure de la palette 2 et la première portion de face active 15 infé15 rieure, et ainsi se refermer dans la partie principale de noyau 9. Ce flux exerce sur la palette 2 un moment autour de l'axe 3, qui provoque la rotation de la palette à l'encontre du ressort 7. Par ailleurs, l'aimant permanent 13 supérieur génère un flux magnétique 35 qui a le même cheminement que le flux magnétique 34 généré par la bobine 14 Le flux magnétique 35, qui passe au travers de la bobine 14, exerce donc sur la palette 2 un moment similaire à celui 25 imposé par le flux magnétique 34 généré par la bobine 14. Quant au flux magnétique 36 généré par l'aimant permanent 13 inférieur, il se referme en passant dans la palette 2 en franchissant d'une part l'entrefer entre la troisième portion de face active 17 inférieure et la face 30 inférieure de la palette 2, et d'autre part l'entrefer entre la face inférieure de la palette 2 et la première portion de face active 15 inférieure Ce flux ne passe donc pas au travers de la bobine 14 Les premières et troisièmes portions de face active étant situées du même 35 côté de l'axe 3 de la palette 2, ce flux exerce donc sur -7 la palette 2 un moment tendant à faire tourner celle-ci dans le même sens que les moments exercés par les flux magnétiques générés par la bobine 14 et par l'aimant permanent 13 supérieur. Les trois flux magnétiques 34,35,36 ajoutent leurs effets pour faire tourner la palette 2 à l'encontre du ressort 7 et attirer la palette 2 vers la position extrême correspondant à la position fermée de la soupape. En fin de course, lorsque la palette 2 est proche 10 de la face active, le flux magnétique 34 généré par la bobine 14 peut être coupé, voire inversé dans le but de ralentir la palette 2 et de contrôler la vitesse d'accostage de la palette 2 contre le noyau 8. Comme cela est visible à la figure 2, lorsque la 15 palette est en appui contre la face active du noyau 8, le flux magnétique 35 de l'aimant permanent 13 supérieur et le flux magnétique 36 de l'aimant permanent 13 inférieur sont alors suffisants pour maintenir la palette contre le noyau 8. A cet égard, les portions de face active 15,16,17 en contact avec la palette 2 ont des aires inférieures à celle des faces des aimants permanents 13, ce qui provoque une concentration des flux magnétiques qui tend à augmenter l'effort d'attraction exercée par les aimants 25 permanents 13 sur la palette 2. Pour décoller la palette 2, et comme cela est visible à la figure 3, la bobine 14 est alimentée pour générer un flux magnétique inverse 37 de sens opposé au flux magnétique 35 généré par l'aimant permanent 13 supé30 rieur et passant exactement par le même chemin que ce chemin flux. Le flux 37 exerce sur la palette 2 un moment opposé aux moments générés par les flux magnétiques 35,36 des aimants permanents 13, et compensent au moins par35 tiellement ceux-ci jusqu'à ce qu'ils ne soient plus suffisants pour retenir la palette 2 à l'encontre du ressort 7 La palette 2 quitte alors la position extrême dans laquelle elle était maintenue. Il est à noter que les deux aimants permanents 13 5 exercent des moments différents sur la palette Lorsque la palette est dans l'autre position extrême, les rôles des aimants permanents 13 sont inversés de sorte que l'aimant permanent 13 inférieur génère un flux magnétique qui passe au travers de la bobine 20, tandis que l'aimant 10 permanent 13 supérieur génère un flux magnétique qui reste au niveau de l'extrémité correspondante, sans passer au travers de la bobine. Chacun des aimants exerce donc sur la palette une action différente selon que la palette est dans l'une ou 15 l'autre des positions extrêmes. On pourra profiter de cette propriété pour rendre l'action totale des deux aimants dissymétrique, pour notamment tenir compte d'une différence d'effort imposé par les ressorts dans l'une ou l'autre des positions extrê20 mes Cette dissymétrie peut être obtenue en choisissant deux aimants de forces magnétiques différentes, ou encore en différenciant la position des premières, deuxièmes ou troisièmes portions de face active par rapport à l'axe de la palette pour l'une et l'autre des faces actives. Il est bien sr tout à fait possible de rendre l'actionneur parfaitement symétrique en choisissant des aimants identiques et en assurant une parfaite symétrie géométrique des parties inférieures et supérieures. Selon un aspect particulier de l'invention, les 30 deuxième et troisième portions de surface d'une même partie additionnelle de noyau 12 sont disposées de part et d'autre de l'axe 3 de la palette 2 et sont séparées par un évidement 20 s'étendant en regard de l'axe de la palette 2 Cet évidement a pour fonction de faire passer 35 majoritairement les flux par l'une ou l'autre des por- tions de face active, sans que ceux-ci puissent cheminer par le voisinage de l'axe de la palette 2, ce qui aurait pour conséquence de diminuer les moments qui sont imposés à la palette 2. L'invention n'est pas limitée au mode particulier de réalisation de l'invention qui vient d'être décrit, mais bien au contraire englobe toute variante entrant dans le cadre de l'invention tel que défini par les revendications. Bien que dans le mode de réalisation illustré, l'actionneur de l'invention comporte deux aimants permanents, il est possible de supprimer l'un des aimants. Dans ce cas, l'aimant permanent restant aura naturellement une action dissymétrique sur la palette, en raison 15 des trajets différents du flux généré par l'aimant permanent lorsque la palette est dans l'une ou l'autre des positions extrêmes. Bien que dans le mode de réalisation illustré, les flux magnétiques générés par la bobine traversent 20 l'un ou l'autre des aimants, il est possible d'éviter cette situation en prévoyant, de façon adjacente aux aimants, des portions de surface de la partie principale de noyau et de la partie additionnelle de noyau correspondante qui présentent entre elles un entrefer très infé25 rieur à une épaisseur de l'aimant Les portions de surfaces définissent alors un chemin magnétique pour les flux magnétiques générés par la bobine qui passe, à des pertes près, hors des aimants permanents Cette disposition évite d'éventuels problèmes de démagnétisation des ai30 mants sous l'effet du flux généré par la bobine. Bien que l'on ait illustré les parties additionnelles de noyau comme comportant des deuxièmes et troisièmes portions de face active, on pourra supprimer la troisième portion de face active, rendant ainsi diffi35 cile, voire empêchant la fermeture du flux de l'aimant permanent selon un chemin qui ne passe pas au travers de la bobine. Bien que l'on ait illustré les parties additionnelles de noyau comme étant monobloc, celles-ci pourront 5 être réalisées en deux parties séparées par un insert ferromagnétique sur chacune desquelles s'étend l'une des deuxièmes ou troisième portion de face active. On pourra également concevoir des parties additionnelles de noyau pour lesquelles les deuxième et troi10 sième parties de face active sont confondues et consistent en des surfaces cylindriques en contact permanent avec un axe de la palette 2. REVENDICATIONS 1 Actionneur électromagnétique à palette ( 2) pivotante entre deux positions extrêmes sous l'effet d'un 5 organe élastique ( 5,7) et d'une bobine ( 14) associée à un noyau ( 8) comprenant une partie principale de noyau ( 9) qui s'étend à travers la bobine ( 14) et qui présente de part et d'autre de la bobine ( 14) deux extrémités ( 11) ayant des premières portions de face active ( 15) qui 10 s'étendent pour être sélectivement en contact avec la palette ( 2) lorsque celle-ci est dans l'une ou l'autre des positions extrêmes, caractérisé en ce que le noyau ( 8) comporte au moins une partie additionnelle de noyau ( 12) s'étendant en regard d'une des extrémités ( 11) de la par15 tie principale de noyau ( 9) et qui est magnétiquement associée à cette extrémité ( 11) par l'intermédiaire d'un aimant permanent ( 13), la partie additionnelle de noyau ( 12) ayant une deuxième portion de face active ( 16) qui s'étend pour être en contact avec la palette ( 2) lorsque 20 celle-ci est en contact avec la première portion de face active ( 15) de l'autre extrémité ( 11) de la partie principale de noyau ( 9). 2 Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la partie additionnelle de noyau ( 12) 25 comporte une troisième portion de face active ( 17) qui s'étend pour être en contact avec la palette ( 2) lorsque celle-ci est en contact avec la première portion de face active ( 15) de l'extrémité ( 11) de la partie principale de noyau ( 9) qui est magnétiquement associée à la partie 30 additionnelle de noyau ( 12). 3 Actionneur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le noyau ( 8) comporte deux parties additionnelles de noyau ( 12) qui s'étendent chacune en regard de l'une des extrémités ( 11) de la par35 tie principale de noyau ( 9) et qui sont magnétiquement associées à l'extrémité ( 11) correspondante par l'intermédiaire d'aimants permanents ( 13). 4 Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie additionnelle de noyau ( 12) pré5 sente avec la partie principale de noyau ( 8) un entrefer très inférieur à une épaisseur de l'aimant permanent ( 13) associé, de sorte qu'à des pertes près, le flux généré par la bobine ( 14) passe par l'entrefer en passant hors de l'aimant permanent ( 13). 5 Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie additionnelle de noyau ( 12) comporte un évidement ( 20) au voisinage d'un axe de rotation de la palette ( 2).