Brevet FR2871617A1 — publié le 20051216

ACTIONNEUR BISTABLE, COUPE-CIRCUIT COMPORTANT LEDIT ACTIONNEUR ET DISPOSITIF DE SECURITE EQUIPE DUDIT COUPE- CIRCUIT La présente invention se rapporte à un actionneur bistable à commande électromagnétique, à un coupe-circuit intégrant ledit actionneur bistable ainsi qu'à un dispositif de sécurité. De façon connue, un coupe-circuit comprend deux plots reliés à un circuit électrique ainsi qu'un pont susceptible d'occuper deux positions, une première position dite "circuit fermé" dans laquelle il est en contact avec les deux plots et assure la continuité électrique, et une seconde position dite "circuit ouvert" dans laquelle il n'est plus en contact avec les plots et n'assure plus la continuité électrique. Ce pont est généralement rapporté à l'extrémité d'une tige d'un 1 o actionneur bistable. Selon une première solution, l'actionneur comprend un plongeur prolongé par une tige, disposé à l'intérieur d'un solénoïde, et des moyens de rappel sous forme d'un ressort qui tendent à maintenir le plongeur dans la position dite "circuit ouvert". En fonctionnement normal, le solénoïde est excité et maintient le plongeur en position "circuit fermé". En l'absence de courant, le solénoïde n'est plus excité si bien que le plongeur sous l'action des moyens de rappel prend la position "circuit ouvert". Cette solution a pour principal inconvénient une consommation excessive de courant. Une autre solution consiste à prévoir des moyens de retenue associés au plongeur susceptibles de maintenir ce dernier dans les deux positions stables "circuit fermé" et "circuit ouvert", ainsi qu'un solénoïde pour agir sur le plongeur 2871617 2 de manière à modifier l'état des moyens de retenue et par conséquence la position du plongeur. Cette solution a pour principal avantage de réduire la consommation d'énergie puisqu'une simple impulsion suffit à exciter le solénoïde et à modifier la position du plongeur. Toutefois, les pièces en mouvement constituant les moyens de retenue génèrent une usure du mécanisme et constituent une source de défaillances. Aussi, la présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un actionneur bistable de conception simple, fiable et à consommation d'énergie réduite. A cet effet, l'invention a pour objet un actionneur bistable comprenant un plongeur susceptible d'occuper deux positions stables, caractérisé en ce qu'il comprend - une carcasse en matériau magnétique, - un tube en matériau amagnétique à l'intérieur duquel est susceptible de coulisser le plongeur, ledit tube étant disposé à l'intérieur de la carcasse, - un élément de contact en matériau magnétique disposé à l'intérieur du tube offrant une surface de contact importante au droit du plongeur, ledit élément de contact étant en contact avec la carcasse, - un aimant permanent susceptible d'assurer le maintien du plongeur dans 20 la première position stable, disposé entre la carcasse et le tube, - une pièce en matériau amagnétique disposée entre la carcasse et le tube en matériau amagnétique pour isoler l'aimant permanent et permettre le bouclage du champ magnétique via l'aimant permanent, la carcasse, l'élément et le plongeur, - des moyens de rappel susceptibles d'assurer le maintien du plongeur dans la seconde position stable et la translation du plongeur de la première position stable vers la seconde position stable, 2871617 3 - des moyens, par exemple un solénoïde, susceptibles d'émettre un champ magnétique non permanent, disposés à l'extérieur du tube en matériau amagnétique entre l'élément de contact et l'aimant permanent, dont la valeur est telle que dans un premier état, l'effort généré sur le plongeur par le champ magnétique de l'aimant permanent est supérieur à celui des moyens de rappel alors que dans un second état, l'effort produit par les moyens de rappel est supérieur à celui produit par le champ magnétique de l'aimant permanent si bien que le plongeur se translate de la première position stable vers la seconde position stable. Cet agencement permet d'obtenir un mécanisme fiable en raison d'un nombre réduit de pièces en mouvement et à faible consommation d'énergie, une simple impulsion suffisant à assurer le changement d'état de l'actionneur. L'invention a également pour objet un coupe-circuit comprenant deux plots reliés respectivement à un circuit, un pont susceptible d'occuper deux états, un premier état correspondant à la position "circuit fermé" dans laquelle le pont est en contact avec les plots et un second état correspondant à la position "circuit ouvert" dans laquelle le pont est écarté et n'est plus en contact avec les deux plots, ledit pont étant relié à un actionneur bistable selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1A est une vue en coupe d'un actionneur bistable selon l'invention dans un premier état correspondant à une première position stable, - la figure 1B est une vue en coupe de l'actionneur de la figure 1A dans un second 25 état correspondant à une seconde position stable, - la figure 2A est une vue en coupe d'un coupe-circuit dans une première position dite "circuit fermé", - la figure 2B est une vue en coupe du coupe-circuit de la figure 2A dans une seconde position dite "circuit ouvert", - la figure 3A est un schéma électrique illustrant un dispositif de sécurité dans un premier état correspondant à un fonctionnement normal, et - la figure 3B est un schéma électrique illustrant le dispositif de la figure 3A dans un second état correspondant à la détection d'un incident. Sur les figures 1A et 1B, on a représenté un actionneur bistable 10 comprenant un plongeur 12, prolongé par une tige 14, logé en partie ou en totalité dans un boîtier 16, susceptible d'occuper deux états, un premier état correspondant à une première position stable illustrée par la figure 1A, et un second état correspondant à une seconde position stable illustrée par la figure 1B. Le changement d'état se traduit par une translation de la tige 14, cette dernière étant plus sortie du boîtier 16 dans la première position stable dans l'exemple choisi. Cette tige est en matériau insensible aux champs magnétiques. Le plongeur 12 comprend un corps en matériau sensible au champ magnétique, à une extrémité duquel la tige 14 en matériau amagnétique est solidarisée, par vissage par exemple. Le corps du plongeur 12 est susceptible de coulisser dans un alésage 18 ménagé dans un tube 20 en matériau amagnétique intégré dans le boîtier 16. Des moyens d'arrêt en translation sont prévus pour limiter le mouvement de translation du plongeur 12, chaque moyen d'arrêt matérialisant une position stable. Selon un mode de réalisation, le boîtier 16 comprend une carcasse 22 en matériau magnétique à l'intérieur de laquelle est disposé le tube 20, un orifice 24 permettant le passage de la tige 14 dont le diamètre est inférieur à celui du corps du plongeur. Ainsi, dans la première position stable illustrée par la figure 1A, le corps du plongeur vient s'immobiliser contre la carcasse 22 ou un élément solidaire de la carcasse, alors que dans la seconde position stable illustrée par la 2871617 5 figure 1B, c'est un épaulement 26 ménagé au niveau de la tige 14 qui vient en butée contre la carcasse 22 ou un élément lié à la carcasse. Selon une caractéristique de l'invention, l'actionneur 10 comprend un aimant permanent 28 susceptible d'assurer le maintien du plongeur 12 dans la première position stable comme illustré par la figure 1A, et des moyens de rappel 30 susceptible d'assurer le maintien du plongeur 12 dans la seconde position stable comme illustré par la figure 1B et la translation du plongeur de la première position stable vers la seconde position stable. En complément, l'actionneur 10 comprend des moyens, par exemple un solénoïde 32, susceptibles d'émettre un champ magnétique non permanent dont la valeur est telle qu'en son absence, l'effort généré par le champ magnétique de l'aimant permanent 28 est supérieur à celui des moyens de rappel 30 alors qu'en sa présence, l'effort produit par les moyens de rappel 30 est supérieur à celui produit par le champ magnétique l'aimant permanent 28 si bien que le plongeur se translate de la première position stable vers la seconde. Ainsi, il suffit d'une simple impulsion électrique pour exciter le solénoïde 32 et générer la translation du plongeur de la première translation stable vers la seconde position stable. En variante, le solénoïde 32 est susceptible d'émettre dans un premier état un champ magnétique qui renforce les effets du champ magnétique de l'aimant permanent 28 et dans un second état un champ magnétique qui réduit ou annule les effets du champ magnétique de l'aimant permanent. Ainsi, le plongeur se translate par inversion de la polarisation du solénoïde 32. Selon un mode de réalisation préféré, illustré par les différentes figures, le dispositif comprend un élément 34 en matériau magnétique disposé en l'intérieur du tube 20 en matériau amagnétique, offrant une surface de contact 36 importante au droit du plongeur 12. Cet élément 34 est lié à la carcasse 22 et comprend un alésage 38 permettant le passage de la tige 14. L'aimant permanent 2871617 6 28 est disposé à l'intérieur de la carcasse 22 et à l'extérieur du tube 20 en matériau amagnétique et possède une surface en contact avec la carcasse 22. En complément, le solénoïde 32 est disposé à l'intérieur de la carcasse 22 et à l'extérieur du tube 20 en matériau amagnétique entre l'aimant permanent 28 et l'élément de contact 34. Selon une caractéristique importante de l'invention, l'actionneur 10 comprend une pièce en matériau amagnétique 39 disposée entre la carcasse 22 et le tube 20 en matériau amagnétique pour isoler l'aimant permanent 28 et permettre le bouclage du champ magnétique via l'aimant permanent 28, la carcasse 22, l'élément 34 et le plongeur 12. Cette pièce 39 permet également de relier les branches formant la carcasse 22 et d'assurer à l'ensemble la résistance mécanique requise. Le fait d'être en matériau amagnétique permet d'éviter le bouclage via cette pièce 39 et d'obtenir le collage nécessaire entre le plongeur 12 et l'élément 34 afin d'éviter un basculement d'état intempestif en raison notamment de vibrations. Le fait de prévoir un aimant 28 en contact avec la carcasse 22 permet d'augmenter la durée de vie dudit aimant permanent 28. En l'absence de champ magnétique produit par le solénoïde 32, l'aimant permanent 28 produit un champ magnétique via la carcasse 22 et l'élément de contact 34 qui engendre un effort de collage magnétique au niveau de la surface 36 entre le plongeur 12 et l'élément de contact 34. Au contraire, lorsque le solénoïde est excité, il produit un champ magnétique qui perturbe le champ magnétique de l'aimant permanent 28 si bien que l'effort de collage magnétique au niveau de la surface 36 est nul ou du moins inférieur à l'effort produit par les moyens de rappel 30 engendrant par conséquence la translation du plongeur 12 de la première position stable vers la seconde position stable. Cet agencement permet d'obtenir une surface de contact importante d'où un effort de collage magnétique plus important assurant un maintien fiable du 2871617 7 plongeur dans la première position stable. Par ailleurs, en disposant le plongeur 12 dans un tube 20 en matériau amagnétique, les mouvements du plongeur ne sont pas perturbés par les effets directs de l'aimant permanent 28 ou du solénoïde 32, le seul effort magnétique susceptible d'influencer le plongeur 12 étant celui produit par l'élément de contact 34 disposé à l'intérieur du tube 20. Par ailleurs, le solénoïde étant disposé au droit de la carcasse 22 entre l'aimant permanent 28 et l'élément de contact 34, le champ magnétique produit par le solénoïde perturbe de manière plus efficace le champ produit par l'aimant permanent. La translation du plongeur 12 de la seconde position stable vers la première position stable, appelée également réarmement de l'actionneur, peut être obtenue par différents moyens. Ainsi, la distance séparant le plongeur 12 et l'élément de contact 34 dans la seconde position stable et/ou l'effort de collage magnétique produit par l'aimant permanent 28 peuvent être tels qu'en l'absence de champ magnétique produit par le solénoïde, le plongeur est soumis à l'effort d'attraction de l'élément de contact 34 et se translate de la seconde position stable vers la première position stable. En variante, la translation de la seconde position stable vers la première peut être obtenue par des moyens mécaniques qui agissent sur le plongeur 12, notamment un bouton poussoir actionné manuellement par un opérateur. L'actionneur qui vient d'être décrit être plus particulièrement destiné à un coupe-circuit 40 illustré par les figures 2A et 2B. Ce coupe-circuit comprend un boîtier 42 à l'intérieur duquel sont disposés deux plots 44.1 et 44.2 reliés respectivement à des bornes de connexion 46.1 et 46.2 à un circuit disposées à l'extérieur du boîtier 42 et un pont 48 susceptible d'occuper deux états, un premier état correspondant à la position "circuit fermé" illustrée par la figure 2A dans laquelle le pont 48 est en contact avec les plots 44 et assure la continuité électrique entre ces derniers, et un second état correspondant à la position "circuit ouvert" illustrée par la figure 2B dans laquelle le pont 48 est écarté, n'est plus en contact avec les deux plots 44 et n'assure plus ainsi la continuité électrique. Selon l'invention, le pont 48 est lié à la tige 14 en matériau amagnétique d'un actionneur bistable 10 tel que décrit précédemment, la première position stable de l'actionneur correspondant à la position "circuit fermé" et la seconde position stable correspondant à la position "circuit ouvert". L'actionneur 10 est intégré à l'intérieur du boîtier 42 du coupe circuit de telle manière que le pont 48 est relié à la tige 14 en position médiane et la translation de la tige 14 assure la mise en contact du pont 48 avec les plots 44 ou son écartement. Avantageusement, des moyens sont prévus pour maintenir le pont 48 dans un plan et limiter les mouvements de rotation de manière à ce que ledit pont 48 se trouve toujours au droit des plots 44. Selon une autre caractéristique, le pont 48 peut se translater légèrement le long de la tige 14 et des moyens 50 de rappel sont disposés de part et d'autre du pont 48 de manière à permettre un léger débattement du pont 48 par rapport à la tige. Ce léger débattement permet de faciliter le réglage du coupe-circuit et d'avoir des tolérances dimensionnelles plus larges tout en obtenant un contact efficace entre le pont 48 et les plots 44. Avantageusement, les moyens 50 de rappel assurent également la fonction des moyens 30 de rappel de l'actionneur bistable. En l'absence de champ magnétique produit par le solénoïde 32 comme illustré par la figure 2A, l'aimant permanent 28 maintient le plongeur 12 dans la première position, le pont 48 est en contact contre les plots 44, si bien que le coupe- circuit 40 est en positon "circuit fermé" et assure la continuité électrique. Lorsqu'une impulsion électrique est transmise au solénoïde 32, ce dernier excité produit un champ magnétique qui perturbe le champ magnétique de l'aimant permanent 28 si bien que les moyens de rappel produisent un effort sur le 2871617 9 plongeur 12 supérieur à l'effort magnétique de collage et engendrent la translation du plongeur de la première position stable vers la seconde position stable provoquant l'écartement du pont 48 des plots 44. Dans cet état, le coupe-circuit 40 est en position "circuit ouvert" et n'assure plus la continuité électrique. Des moyens de réarment sont prévus au niveau du coupe-circuit pour assurer le retour en position "circuit fermé" et la translation du plongeur 12 de la seconde position stable vers la première position stable comme évoqué précédemment. Avantageusement, le coupe-circuit décrit est utilisé en tant que coupe-batterie l'une des bornes de connexion étant reliée à l'une des bornes d'une batterie non représentée. Sur les figures 3A et 3B, on a représenté un dispositif de sécurité, plus particulièrement destiné à un véhicule. Il comprend un coupe-circuit 40 relié à un circuit de puissance 52, dans l'exemple d'un véhicule l'une des bornes de connexion 46 est reliée à la borne d'une batterie. Le coupe-circuit 40 comprend un actionneur bistable 10 dont le solénoïde 32 est intégré à un circuit dit de commande 52, comprenant un ou plusieurs détecteurs d'incident 54, tels qu'un détecteur de choc ou un détecteur d'inclinaison. En fonctionnement normal, sans incident tel qu'illustré par la figure 3A, les détecteurs d'incident 54 sont en position ouverte et aucune impulsion électrique n'est transmise au solénoïde 32 de l'actionneur bistable 10 si bien que le coupe circuit est en position "circuit fermé". En présence d'un incident tel qu'illustré par la figure 3B, le détecteur d'incident 54 transmet une impulsion électrique au solénoïde 32 de l'actionneur bistable 10 engendrant le changement d'état du coupe-circuit 40 qui passe en position "circuit ouvert" et dans le cas d'un véhicule coupe l'alimentation de la batterie. Le dispositif de l'invention est plus particulièrement intéressant car il ne comprend qu'un nombre limité de pièces en mouvement si bien que sa durée de vie est allongée et sa fiabilité améliorée. Par ailleurs, le dispositif de l'invention ne nécessite qu'une faible quantité d'énergie électrique pour fonctionner et changer d'état puisqu'une simple impulsion suffit et ne consomme pas d'énergie pour rester en position "circuit fermé". REVENDICATIONS 1. Actionneur bistable comprenant un plongeur susceptible d'occuper deux positions stables, caractérisé en ce qu'il comprend - une carcasse (22) en matériau magnétique, - un tube (20) en matériau amagnétique à l'intérieur duquel est susceptible 5 de coulisser le plongeur (12), ledit tube étant disposé à l'intérieur de la carcasse (22), - un élément de contact (34) en matériau magnétique disposé à l'intérieur du tube (20) offrant une surface de contact (36) importante au droit du plongeur (12), ledit élément de contact (34) étant en contact avec la carcasse 10 (22), - un aimant permanent (28) susceptible d'assurer le maintien du plongeur (12) dans la première position stable, disposé entre la carcasse (22) et le tube (20), - une pièce (29) en matériau amagnétique disposée entre la carcasse (22) 15 et le tube (20) en matériau amagnétique pour isoler l'aimant permanent (28) et permettre le bouclage du champ magnétique via l'aimant permanent (28), la carcasse (22), l'élément (34) et le plongeur (12), - des moyens de rappel (30) susceptibles d'assurer le maintien du plongeur (12) dans la seconde position stable et la translation du plongeur (12) de la 20 première position stable vers la seconde position stable, - des moyens, par exemple un solénoïde (32), susceptibles d'émettre un champ magnétique non permanent, disposés à l'extérieur du tube (20) en matériau amagnétique entre l'élément de contact (34) et l'aimant permanent (28), dont la valeur est telle que dans un premier état, l'effort généré sur le plongeur (12) par le champ magnétique de l'aimant permanent (28) est supérieur 2871617 12 à celui des moyens de rappel (30) alors que dans un second état, l'effort produit par les moyens de rappel (30) est supérieur à celui produit par le champ magnétique de l'aimant permanent (28) si bien que le plongeur (12) se translate de la première position stable vers la seconde position stable. 2. Actionneur bistable selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant permanent (28) est en contact avec la carcasse (22). 3. Actionneur bistable selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la tige (14) en matériau amagnétique est reliée au plongeur (12) et peut se translater de la première position stable à la seconde position stable. 14 4. Actionneur bistable selon les revendications 1 et 2, dont les moyens d'émission d'un champ magnétique non permanent sont reliés à un ou plusieurs détecteurs d'incident (54).