Brevet FR2896080A1 — publié le 20070713

L'invention concerne un actionneur électromagnétique comportant des aimants permanents disposés en V selon un agencement électromagnétiquement optimisé. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION On connaît du document FR 2 865 238 un actionneur électromagnétique comportant un organe d'actionnement associé à une palette mobile sous l'action d'un électroaimant comportant une bobine et un noyau adapté à canaliser un flux de la bobine pour qu'il se referme dans la pa- lette, le noyau comportant une base de laquelle s'étend des branches dont une branche centrale autour de laquelle s'étend la bobine. L'électroaimant comporte deux aimants permanents qui sont intégrés au noyau de sorte que ce dernier canalise un flux des aimants permanents pour qu'il se referme dans la palette, les aimants étant traversés par le flux de la bobine. Dans l'un des modes de réalisation illustrés dans ce document, les aimants permanents sont disposés obliquement dans les branches latérales du noyau, ce qui permet de loger dans le noyau des aimants ayant une longueur sensiblement égale à la hauteur de la bobine, sans pour autant augmenter la hauteur de l'électroaimant. Une telle disposition impose cependant de découper les tôles du noyau pour permettre l'insertion des ai- mants, ce qui affaiblit mécaniquement les tôles et pose des problèmes de montage. En outre, il est nécessaire de laisser subsister des portions de liaison sur les tôles pour maintenir solidaires les parties découpées des tôles, les portions de liaison formant autant de courts- circuits qui sont saturés par le flux de l'aimant voisin. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un actionneur électromagnétique à aimants obliques d'un rendement électromagnétique plus élevé.35 BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un Actionneur électromagnétique comportant un organe d'actionnement associé à une palette et mobile sous l'action d'au moins un électroaimant qui comporte une bobine, un noyau adapté à canaliser un flux de la bobine pour qu'il se referme dans la palette, le noyau comportant une base de laquelle s'étend des branches dont une branche centrale autour de laquelle s'étend la bobine, et deux ai- mants permanents qui sont associés au noyau de sorte que ce dernier canalise un flux des aimants permanents pour qu'il se referme dans la palette, les aimants étant traversés par le flux de la bobine. Selon l'invention, les deux aimants permanents sont disposés dans la branche centrale du noyau pour former un V qui sépare la branche centrale en une partie de support des aimants permanents solidaire de la base et une partie d'extrémité coiffant les aimants permanents, de sorte que, toute section du noyau ou de la palette susceptible d'être traversée par le flux de l'un ou de l'autre des aimants permanents ait une aire suffisamment importante pour éviter une saturation de ladite section par ce flux. Ainsi, le noyau est séparé en une partie principale intégrant la partie de support des aimants dont l'accès pour la mise en place des aimants permanents est totalement dégagé, et une partie d'extrémité qui est rapportée sur les aimants disposés sur la partie de support pour coiffer ceux-ci, la partie d'extrémité se centrant d'elle-même sur le V formé par les aimants permanents et n'ayant aucun contact avec la partie de support de sorte que le risque de court-circuit entre la partie de support et la partie d'extrémité est très faible. L'aire suffisante des sections du noyau ou de la palette évite en outre toute saturation par le flux des 35 aimants permanents, ce qui concourt à optimiser le rende- ment électromagnétique de l'actionneur. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures des des-5 sins annexés parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe schématique partielle d'un actionneur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique partielle de l'actionneur de la figure 1, illustré en cours de mon-10 tage; - la figure 3 est une vue en coupe schématique partielle d'un actionneur selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, l'actionneur électro- 15 magnétique de l'invention comporte un électroaimant 1 avec un noyau 2 et une bobine 3. L'électroaimant 1 exerce de façon commandée un effort électromagnétique sur une palette 4 solidaire d'un poussoir 5 mobile selon l'axe X. Un tel actionneur est par exemple utilisé pour 20 actionner une soupape de moteur à combustion interne l'actionneur étant disposé de sorte que le poussoir 5 s'étende selon l'axe de coulissement de la soupape. De façon connue en soi, l'actionneur comporte un autre électroaimant non représenté qui s'étend en regard de l'élec- 25 troaimant 1 pour attirer sélectivement la palette 4 dans l'autre sens. L'extrémité du poussoir 5 et l'extrémité de la soupape sont rappelées l'une vers l'autre par des ressorts antagonistes non représentés définissant une position d'équilibre de l'ensemble poussoir/soupape dans la- 30 quelle la palette s'étend sensiblement à mi-chemin entre les deux électroaimants. Le noyau 2 de l'électroaimant 1 comporte une base 10 de laquelle s'étend deux branches latérales 11 ainsi qu'une branche centrale autour de laquelle s'étend la bo- 35 bine 3. La branche centrale comporte deux portions 12 avec des faces inclinées en regard qui sont solidaires de la base 10. Les portions 12 forment une partie de support du noyau 2 adaptée à recevoir des aimants permanents 13 de sorte que ceux-ci s'étendent obliquement par rapport à l'axe X et forment un V dont la pointe est ici tournée vers la base 10. Dans le V ainsi formé s'étend un coin 14 formant une partie d'extrémité de la branche centrale. Le trajet des flux générés par les aimants permanents 13 qui transitent dans le noyau 2 pour se refermer dams la palette 4 est tracé en traits pointillés épais sur la figure 1. Le coin 14 comporte une face d'extrémité 15 sur laquelle une rainure 17 s'étend parallèlement aux aimants permanents 13. La rainure 17 assure une nette séparation des flux respectifs des deux aimants permanents 13 qui passent de part et d'autre de la rainure 17. Comme cela est visible à la figure 2 (sur la-quelle le noyau est illustré retourné par rapport à la figure 1), le montage de l'actionneur se fait comme suit. Après avoir constitué le noyau 2 en assemblant les tôles qui forment la base 10, les branches latérales 11 et les portions de support 12, on met en place les aimants permanents 13 sur les portions de support 12. A cet égard, les portions de support 12 comportent des redans 50 facilitant le positionnement des aimants 13. Puis après avoir constitué le coin 14 en assemblant les tôles correspondantes, on rapporte le coin 14 sur les aimants permanents 13 comme indiqué par la flèche. Le coin 14 coiffe alors les aimants permanents 13 et est autocentré par le V formé par les aimants permanents 13. Pour maintenir le tout, on utilise des brides 18 amagnétiques qui comportent chacune d'une part une partie élancée (visible en coupe à la figure 1) qui vient se loger dans la rainure 17 de la face active 15 du coin 14 et d'autre part des tirants qui s'étendent dans des orifices traversants du coin 14, puis entre les aimants permanents 13, et enfin dans des orifices du noyau 2 (non visibles) pour être fixés à ce dernier, par exemple par vissage ou encore par rivetage (en variante, les tirants pourraient traverser le noyau 2 pour être fixés directement au corps 100). Les brides permettent d'exercer un effort de pression pour rattraper, voire annuler l'entrefer résiduel pouvant subsister du fait des tolérances de fabrication entre d'une part les portions de support 12 et les aimants permanents 13, et d'autre part les aimants permanents 13 et le coin 14. Ce rattrapage d'entrefers permet d'augmenter le rendement magnétique de l'actionneur. Comme cela est visible à la figure 3, la géométrie du noyau 2 impose à la branche centrale de celui-ci des sections de passage critiques pour le flux des aimants permanents 13. Des premières sections critiques S1 s'étendent dans le coin 14 entre l'une des extrémités des aimants permanents 13 et l'axe central X. Des deuxièmes sections critiques S2 s'étendent chacune dans l'une des portions d'appui 12 entre l'une des extrémités des aimants permanents 13 correspondant et l'angle formé par la base 10 et la portion d'appui 12. Enfin, des troisièmes sections critiques S3 s'étendent dans le coin 14 entre une face externe et la rainure 17. Chacune de ces sections critiques S1, S2, S3 pré-sente une aire minimale et voit passer l'intégralité du flux de l'un des aimants permanents 13. Par ailleurs, la palette 4 présente également des quatrièmes sections S4 critiques voyant passer l'intégralité de flux de l'un ou l'autre des aimants per- manents 13. On sait que le matériau ferromagnétique constitutif du noyau 2 et de la palette 4 présente un seuil de saturation au-delà duquel il devient de plus en plus dit- ficile de faire passer un flux supplémentaire dans une section de passage donnée. Il importe que, sous le seul flux généré par les aimants permanents 13, le matériau constitutif du noyau 2 et de la palette 4 travaille, au niveau des sections critiques S1, S2, S3, S4, en dessous du seuil de saturation, afin de conserver une possibilité de passage du flux généré par la bobine et ainsi conférer à cette dernière une efficacité acceptable. Pour cela, il convient que les sections critiques S1, S2, S3, S4 aient des aires suffisamment importantes. On appelle respectivement dl, d2, d3 la largeur du noyau 2 au niveau des sections S1, S2, S3. Si L est la longueur du noyau (mesurée selon une direction perpendiculaire au plan de la figure), les sections critiques S1,S2,S3 ont pour aires respectivement: Al=L.dl, A2=L.d2 et A3=L.d3 De même, si d4 est la largeur de la palette au niveau de la section S4, et si la longueur de la palette est prise sensiblement égale à L, l'aire de la section S4 vaut A4=L.d4. Quant au flux des aimants permanents 13, il est sensiblement proportionnel à l'aire de la surface des aimants permanents en contact avec le noyau. Si H est la hauteur des aimants permanents, cette aire vaut : A=L.H Pour éviter que les sections critiques ne soient saturées, il convient de donner une limite supérieure au rapport du flux à l'aire de la section critique concernée, et donc de limiter les ratios : rl=A/Al, r2=A/A2, r3=A/A3 et r4=A/A4. La limite supérieure de ces ratios dépend de la nature du matériau constitutif du noyau 2 et de la palette 4. La limite supérieure des ratios rl, r2, r3, r4 est de préférence égale à : - 3,2 pour un noyau ou une palette en fer-silicium ; - 3,75 pour un noyau ou une palette en fer-cobalt - 4,15 pour un noyau ou une palette en fer-cobalt 48/50%. Dans la mesure où la longueur L intervient dans l'expression des aires A, Al, A2, A3 et A4 on notera que ces ratios peuvent également s'écrire rl=H/dl,r2=H/d2 r3=H/d3, et r4=H/d4 de sorte que les ratios représentent des rapports de longueur. Comme cela est visible sur la figure 3, le noyau 2 illustré ici est tel que le coin 14 se termine en pointe sensiblement aux extrémités des aimants permanents 13 opposées aux extrémités où sont prises les sections S1 dans le coin 14. De même, les portions d'appui 12 se ter-minent en pointe au niveau des extrémités des aimants permanents 13 opposées aux extrémités où sont prises les sections S2 dans les portions d'appui 12. Dans cette con-figuration, la tangente du demi-angle 1) du V formé par les aimants permanents 13 vaut sensiblement d2/H ou dl/H, soit l'inverse des ratios rl et r2. Il revient dès lors au même de donner aux ratios rl et r2 une limite supérieure, ou de donner au demi-angle au sommet cl) du V une limite inférieure. La limite inférieure du demi-angle au sommet cl) du V est de préférence égale à . - 17 pour un noyau en fer-silicium ; - 13,5 pour un noyau en fer-cobalt 17/18% ; - 12 pour un noyau en fer-cobalt 48/50%. Ces valeurs permettent d'éviter la saturation dans les sections critiques sous le seul flux des aimants permanents 13. En tout état de cause, le demi-angle au sommet (I)du V sera choisi supérieur ou égal à 10 . Il convient cependant que les ratios ri, r2, r3, r4 ne soient pas trop petits sous peine de conduire à des sections de passage trop importantes limitant l'efficacité des aimants permanents 13. En pratique, les 8 ratios ri, r2, r3, r4 sont de préférence choisis supérieurs ou égaux à 2. En termes d'angle, cette condition revient à limiter le demi-angle cl) du V à une valeur inférieure ou égale à 25 degrés. L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais bien au contraire englobe toute va-riante entrant dans le cadre défini par les revendications. En particulier, bien que l'on ait illustré ici des actionneurs dont les aimants permanents forment un V dont la pointe est tournée vers la base du noyau, on pourra également disposer les aimants de sorte qu'ils forment un V avec la pointe dirigée vers la palette. La partie de support des aimants solidaire de la base corn- portera des faces inclinées qui ne sont plus en regard, mais qui sont tournés vers les branches latérales, tandis que la partie d'extrémité de la branche centrale n'aura plus une forme de coin, mais une forme de chapeau. Bien que l'on ait ici considéré des sections cri- tiques au niveau de la branche centrale, il est évident que les limites qui s'appliquent aux ratios rl, r2, r3, r4 s'appliquent également à tout ratio similaire associé à toute section prise dans le reste du noyau ou de la palette, ledit ratio étant alors égal à l'aire de la sur- face de l'aimant permanent à l'aire de la section consi- dérée. REVENDICATIONS 1. Actionneur électromagnétique comportant un or- gane d'actionnement associé à une palette (4) et mobile sous l'action d'au moins un électroaimant qui comporte : - une bobine (3) ; - un noyau (2) adapté à canaliser un flux de la bobine pour qu'il se referme dans la palette, le noyau comportant une base (10) de laquelle s'étend des branches dont une branche centrale autour de laquelle s'étend la bobine ; - deux aimants permanents (13) qui sont associés au noyau de sorte que ce dernier canalise un flux des aimants permanents pour qu'il se referme dans la palette, les aimants étant traversés par le flux de la bobine ; caractérisé en ce que les deux aimants permanents sont disposés dans la branche centrale du noyau pour for-mer un V qui sépare la branche centrale en une partie de support (12) des aimants permanents solidaire de la base et une partie d'extrémité (14) coiffant les aimants permanents, de sorte que, toute section (Sl, S2, S3, S4) du noyau (2) ou de la palette (4) susceptible d'être traversée par le flux de l'un ou de l'autre des aimants permanents ait une aire suffisamment importante pour éviter une saturation de ladite section par ce flux. 2. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, dans lequel chacune desdites sections (Sl, S2, S3) du noyau 2 est conformée pour présenter un ratio (ri, r2, r3, r4) entre une aire (A) d'une surface de contact avec le noyau (2) de l'aimant permanent (13) dont le flux passe par ladite section et une aire (Al, A2, A3, A4) de la dite section qui est inférieur ou égal à: - 3,2 pour un noyau ou une palette en fer-silicium ; - 3,75 pour un noyau ou une palette en fer-cobalt- 4,15 pour un noyau ou une palette en fer-cobalt 48/50%. 3. Actionneur électromagnétique selon la revendi- cation 2, dans lequel pour chacune desdites sections, le ratio (ri, r2, r3, r4) est supérieur ou égal à 2. 4. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, dans lequel l'une au moins des parties (12,14) du noyau est terminée en pointe au niveau d'une extrémité de l'un des aimants permanents (13), le V formé par les aimants permanents présentant un demi-angle au sommet (d)) suffisant pour éviter dans ladite partie une saturation d'une section (Si, S2) prise à une extrémité opposée du-dit aimant permanent. 5. Actionneur électromagnétique selon la revendication 2, dans lequel le demi-angle au sommet (4) du V formé par les aimants permanents (13) est supérieur ou égal à 10 . 6. Actionneur électromagnétique selon la revendi-20 cation 5, dans lequel le demi-angle au sommet (cl)) du V est supérieur ou égal à : - 17 pour un noyau en fer-silicium ; - 13,5 pour un noyau en fer-cobalt 17/18% ; - 12 pour un noyau en fer-cobalt 48/50%. 25 7. Actionneur électromagnétique selon la revendication 4, dans lequel le demi-angle au sommet (4) du V formé par les aimants permanents est inférieur ou égal à 25 . 8. Actionneur électromagnétique selon la revendi-30 cation 1, dans lequel le V formé par les aimants a une pointe tournée vers la base (10), la partie d'extrémité (14) ayant une forme de coin.