Brevet FR2889621A1 — publié le 20070209

ACTIONNEUR ÉLECTROMAGNÉTIQUE COMPORTANT UN TUBE MAGNETIQUE ET DESTINE À ACTIONNER UNE VANNE HYDRAULIQUE OU PNEUMATIQUE La présente invention se rapporte au domaine technique général des électroaimants, et plus particulièrement au domaine technique des actionneurs électromagnétiques. Ces derniers sont par exemple utilisés pour actionner des vannes hydrauliques ou pneumatiques. On connaît les actionneurs électromagnétiques comportant une bobine électrique montée dans une culasse magnétique présentant une première partie polaire et une seconde partie polaire, solidaires de la culasse, lesquelles s'étendent chacune au voisinage d'un côté d'un espace libre dans lequel se déplace un noyau magnétique, mobile en translation sous l'effet de l'alimentation électrique de la bobine électrique et de l'apparition d'une polarité magnétique différente aux parties polaires. On connaît par exemple les électro-aimants utilisés dans les actionneurs électromagnétiques, lesquels comportent un circuit magnétique discontinu. Les bobines électriques logées dans ce circuit magnétique génèrent un flux magnétique dans un noyau lorsqu'un courant les parcourt. Les noyaux magnétiques servent alors à canaliser le flux magnétique qui forme une boucle magnétique nord/sud. Sous l'effet du flux magnétique, le noyau mobile est alors entraîné vers la position qui favorisera une circulation optimale de ce flux magnétique. On a donc recours à des actionneurs électromagnétiques dans lesquels le noyau magnétique est positionné de façon asymétrique, signifiant que ledit noyau n'est pas dans une position où les flux magnétiques présentent une configuration symétrique. La position stable dans laquelle la configuration du flux magnétique est symétrique correspond à la position dans laquelle se placera le noyau magnétique sous l'effet du champ magnétique. L'apparition du champ magnétique aura donc pour conséquence de déplacer le noyau magnétique et de fournir une force d'actionnement. Dans ce principe de construction, on retrouve toujours des interruptions dans le circuit magnétique, soit pour favoriser le déplacement du noyau magnétique par le biais d'un jeu radial, soit pour ne pas mettre les pôles magnétiques nord et sud de la bobine en court-circuit magnétique. 3 5 La discontinuité du circuit magnétique entre les pôles induit des défauts d'alignement du noyau mobile produisant, de par des forces électromagnétiques radiales, des frottements nuisibles pouvant aller jusqu'à un phénomène appelé "collage magnétique" du noyau mobile. 2889621 2 Afin de pallier à ce genre de problème, il convient d'avoir recours à des constructions complexes, encombrantes et coûteuses de par la nécessité d'utiliser davantage de pièces constitutives d'un actionneur électromagnétique. En outre, pour des électrovannes comportant des noyaux immergés dans un circuit fluide, par exemple liquide, et nécessitant une étanchéité vers l'extérieur on a recours à des dispositifs interposés entre l'espace libre dans lequel se déplace le noyau magnétique et la bobine. Ces dispositifs constituent des entrefers nuisibles à la bonne circulation des flux magnétiques. Ces entrefers, réalisés en matériaux amagnétiques, favorisent les inconvénients précités. Lors de la fabrication d'actionneurs électromagnétiques, il est donc souvent nécessaire de concevoir des dispositifs pour assurer l'étanchéité de la partie électrique, pour garantir le guidage et la mobilité du noyau et pour éviter des courts-circuits magnétiques. Ces dispositifs constituent des entrefers, notamment radiaux, au niveau du noyau mobile ou des parties polaires magnétiques et ce par l'utilisation d'un matériau amagnétique. De façon connue, un court-circuit magnétique contribuerait à une diminution sensible des performances de l'actionneur électromagnétique. Le but de la présente invention vise à optimiser les performances d'un actionneur électromagnétique tout en réduisant les coûts liés à la construction dudit actionneur ainsi qu'à la fabrication de ses pièces constitutives. II est donc recherché de simplifier l'actionneur électromagnétique sans nuire à ses performances. Un autre but de la présente invention vise à assurer l'étanchéité entre la 25 partie électrique et la partie hydraulique d'un actionneur électromagnétique avec des moyens simples et peu coûteux. Selon l'invention, l'actionneur électromagnétique comporte une partie tubulaire en matériau magnétique, délimitant au moins en partie l'espace libre et entourant le noyau magnétique, pour guider le déplacement dudit noyau magnétique, ladite partie tubulaire présentant une continuité magnétique avec la ou les partie(s) polaire(s) de manière à réduire l'entrefer radial entre le noyau magnétique et la ou les partie(s) polaire(s) magnétique(s). Contrairement aux idées reçues, il est possible d'optimiser voire d'améliorer les performances d'un actionneur électromagnétique mettant les deux parties polaires en court-circuit magnétique pour guider le déplacement du noyau mobile et en réduisant l'entrefer radial entre ledit noyau et la ou les partie(s) polaire(s) au jeu fonctionnel minimal, nécessaire au déplacement relatif desdites pièces. La jonction magnétique entre les deux parties polaires n'est donc pas un inconvénient, selon la présente invention. 2889621 3 Selon un exemple de réalisation, la partie tubulaire présente du côté d'une partie polaire un fond constituant une butée pour le noyau magnétique. Selon un exemple de réalisation, la partie tubulaire est conformée et/ou positionnée pour réaliser une étanchéité entre l'espace libre et la partie électrique, comportant notamment la bobine électrique. Il est donc possible de supprimer toute partie ou dispositif d'étanchéité spécifique. En outre, on aboutit à une construction simplifiée de l'actionneur conforme à l'invention. Selon un exemple de réalisation, la partie tubulaire constituant une continuité magnétique entre les deux parties polaires présente au moins localement une paroi de faible épaisseur, choisie pour minimiser les fuites de flux magnétique entre les parties polaires. L'utilisation d'un court-circuit magnétique permet d'optimiser les performances de l'actionneur électromagnétique conforme à l'invention. Les effets d'un entrefer radial réduit, de par l'utilisation d'une partie tubulaire et magnétique, en continuité magnétique avec les parties polaires, compense largement les inconvénients liés à l'apparition d'un court-circuit magnétique ai travers de la partie tubulaire. Le court-circuit magnétique est contrôlé par le choix des dimensions de la section transversale de la partie tubulaire. L'absence de pièces de guidage et d'étanchéité spécifiques permet également d'augmenter la section du noyau mobile, améliorant ainsi les performances de l'actionneur conforme à l'invention. De telles performances remarquables ne pouvaient être obtenues avec des actionneurs électromagnétiques connus. On peut donc envisager, dans le cadre de la présente invention, de diminuer l'encombrement, notamment de la bobine électrique, tout en conservant les performances d'un actionneur électromagnétique connu. L'utilisation d'un matériau magnétique pour la partie tubulaire est également une solution technique plus économique que l'utilisation d'un matériau amagnétique, car il est désormais possible de faire d'une seule pièce les deux parties polaires et la partie tubulaire qui les séparait. En outre, on peut supprimer les bagues de guidage sur le noyau qui étaient nécessaires pour guider précisément le noyau du fait qu'il n'y a plus de défaut d'alignement. Selon un exemple de réalisation, la partie tubulaire présente une paroi d'épaisseur constante et faible, par exemple inférieure à quelques dixièmes de millimètres. Selon un autre exemple de réalisation, la partie tubulaire présente une section transversale réduite sur une portion de sa longueur. À titre d'exemple, la partie tubulaire est constitutive au moins partiellement de la seconde partie 2889621 4 polaire, dont une extrémité de liaison comportant la section transversale réduite est solidaire de la première partie polaire. Selon un exemple de réalisation, la partie tubulaire est constitutive au moins en partie des deux parties polaires, lesquelles sont séparées par la portion présentant la section transversale réduite. La partie tubulaire est rapportée par exemple sur la culasse magnétique. La partie tubulaire peut aussi être rapportée sur la première partie polaire et sur la culasse. Selon un autre exemple de réalisation, la partie tubulaire est rapportée sur 10 les deux parties polaires, par exemple par soudure, emmanchement ou collage. L'actionneur électromagnétique conforme à l'invention présente également l'avantage d'une construction mécanique dans laquelle on supprime au mieux les pièces et les éléments mécaniques de liaison intermédiaire, réduisant par la même occasion le défaut de déplacement ou d'alignement entre les pièces. Ceci est particulièrement intéressant lorsqu'il convient d'aligner par exemple deux paliers d'arbre. Cet alignement sera d'autant meilleur que les paliers seront usinés simultanément dans une même pièce par exemple constitutive des deux parties polaires plutôt que dans des pièces séparées et assemblées entre elles. La présente invention se rapporte également ou concerne également une vanne hydraulique ou pneumatique comportant un actionneur électromagnétique, tel que présenté ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront également de la description détaillée figurant ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples, non limitatifs, dans lesquels: la figure 1 est une représentation en coupe d'un exemple de réalisation d'un actionneur électromagnétique conforme à l'invention, associé à une vanne; - la figure 2 est une représentation en coupe d'un autre exemple de réalisation d'un actionneur électromagnétique conforme à l'invention; - la figure 3 est une représentation en coupe d'un autre exemple de réalisation d'un actionneur électromagnétique conforme à l'invention, associé à une vanne; la figure 4 est une vue en coupe d'un autre exemple de réalisation d'un actionneur électromagnétique conforme à l'invention. L'actionneur électromagnétique conforme à l'invention et représenté aux figures 1 à 4 comporte une bobine électrique (1) montée dans une culasse magnétique (2). L'actionneur électromagnétique présente une première partie 2889621 5 polaire (3) et une seconde partie polaire (4) solidaires de la culasse (2). Les parties polaires (3) et (4) s'étendent avantageusement chacune au voisinage d'un côté d'un espace libre (5) dans lequel se déplace un noyau magnétique (6). Ce dernier est mobile en translation sous l'effet de l'alimentation électrique de la bobine (1) et de l'apparition d'une polarité magnétique différente des parties polaires (3) et (4). L'actionneur électromagnétique conforme à l'invention comporte également une partie tubulaire (7) en matériau magnétique. La partie tubulaire (7) délimite l'espace libre (5) au moins en partie et entoure le noyau magnétique (6), lequel présente par exemple une section transversale circulaire. La partie tubulaire (7) permet de guider le déplacement du noyau magnétique (6). En outre, la partie tubulaire (7) présente une continuité magnétique avec la ou les partie(s) polaire(s) (3) et (4) permettant de réduire au minimum l'entrefer radial entre le noyau magnétique (6) et la ou les partie(s) polaire(s) magnétique(s) (3) et (4) de par la suppression de tout défaut d'alignement entre elles. Il n'y a donc pas, dans l'actionneur conforme à l'invention, de partie intermédiaire amagnétique réalisant une interface de guidage entre les parties polaires magnétiques (3) et (4) et le noyau magnétique (6). La partie tubulaire (7), avantageusement constituée du même matériau magnétique que les parties polaires (3) et (4), permet ainsi de ne former plus qu'une seule partie dispensant ainsi d'avoir à créer des moyens de liaison et d'étanchéité indispensables lorsque les éléments sont constitués de matériaux différents. Selon un exemple de réalisation de la figure 1 ou 3, le noyau magnétique (6) présente des rainures périphériques (6a) dans lesquelles sont logés des anneaux ou des patins de guidage (6b) favorisant le déplacement et l'alignement dudit noyau magnétique (6) dans la partie tubulaire (7). L'actionneur électromagnétique des figures (1) et (3) comporte également un poussoir (8) traversant l'entrefer axial localisé dans l'espace libre (5) entre une extrémité axiale du noyau magnétique (6), et une extrémité axiale en vis-à- vis de la seconde partie polaire (4) ou d'une partie rapportée en continuité magnétique avec la seconde partie polaire (4). L'entrefer correspond ainsi à une portion de l'espace libre (5) que l'on peut apercevoir aux figures. Avantageusement, la partie tubulaire (7) présente un fond (7a) constituant une butée pour le noyau magnétique (6). Aux exemples de réalisation des figures 1 et 3, c'est le corps d'une vanne (9), par exemple hydraulique, qui constitue une partie de la seconde partie polaire (4) délimitant partiellement l'espace libre (5). La partie tubulaire (7) est conformée et/ou positionnée pour réaliser l'étanchéité entre l'espace libre (5) et la partie électrique de l'actionneur 2889621 6 électromagnétique, comportant notamment la bobine électrique (1). La partie tubulaire (7), conformément à l'invention, constitue une continuité magnétique entre les deux parties polaires (3) et (4) et présente au moins localement une paroi de faible épaisseur choisie pour minimiser des fuites de flux magnétiques. On peut ainsi minimiser l'effet appelé "court-circuit" magnétique entre les deux parties polaires (3) et (4). Selon l'exemple de réalisation des figures 1 et 3, la partie tubulaire (7) présente une paroi d'épaisseur constante et faible, par exemple inférieure à quelques dixièmes de millimètres. À titre d'exemple, l'épaisseur de la partie tubulaire (7) est comprise entre 35/100 et 55/100 de millimètre. Selon un autre exemple de réalisation, représenté par exemple aux figures 2 ou 4, la partie tubulaire (7) présente une section transversale réduite (7b) sur une portion de sa longueur. Par section transversale réduite, il convient d'entendre une épaisseur plus faible, prise selon une section transversale. Dans l'exemple de la figure 2, la partie tubulaire (7) est constitutive de la seconde partie polaire (4) dont une extrémité de liaison (7c) comporte la section transversale réduite (7b). Cette extrémité de liaison est en outre solidaire de la première partie polaire (3). Le noyau magnétique (6) est monté dans la partie tubulaire (7) ainsi qu'un ressort (10) participant au maintien de ce noyau en position. Le déplacement du noyau magnétique (6) entraîne également le déplacement d'une tige (11) solidaire dudit noyau magnétique (6). C'est cette tige (11) qui vient actionner par exemple la vanne (9) hydraulique ou pneumatique. Selon un exemple de réalisation, représenté par exemple à la figure 4, la partie tubulaire (7) est constitutive des deux parties polaires (3) et (4) , lesquelles sont séparées par une portion présentant la section transversale réduite (7b). Les deux parties polaires (3) et (4) sont ainsi réalisées en une seule pièce constitutive de la partie tubulaire (7) . Le fond (7a) de cette dernière permet également de constituer une butée pour le noyau mobile (6). La tige (11) actionnant par exemple une vanne hydraulique ou pneumatique traverse également une partie polaire complémentaire (4a) en continuité magnétique avec la seconde partie polaire (4). La partie polaire complémentaire (4a) permet avantageusement de délimiter axialement l'espace libre (5) et par conséquent l'entrefer axial s'y rapportant. La partie tubulaire (7) traverse ou pénètre la culasse magnétique (2) et peut être rapportée et le cas échéant fixée, sur la culasse magnétique (2) par exemple à l'aide de soudures, emmanchement, sertissage ou tout autre moyen d'assemblage. 2889621 7 Selon l'exemple de réalisation de la figure 2, la partie tubulaire (7) est rapportée et fixée sur la partie polaire (3) par un cordon de soudure (18). Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, la partie tubulaire (7) est rapportée directement sur la culasse magnétique (2). Dans les exemples de réalisation des figures 1 et 3, la partie tubulaire (7) est rapportée et fixée par tout moyen connu et notamment par un cordon de soudure et/ou par emmanchement dans les deux parties polaires (3) et (4). Des extrémités de fixation (12) peuvent aussi être prévues. La présente invention concerne également des vannes (9) hydrauliques ou pneumatiques, telles que représentées par exemple aux figures 1 et 3, et actionnées par un actionneur électromagnétique conforme à l'invention. Ces vannes (9) présentent un corps en continuité magnétique avec la seconde partie polaire (4) comme cela est représenté à la figure 1 ou un corps constitutif directement de ladite seconde partie polaire (4), tel que cela est représenté à la figure 3. La vanne (9) présente des orifices d'entrée (13) et de sortie (14) ainsi qu'un moyen de rappel élastique (15) sollicitant un organe d'obturation (16) actionné par le noyau magnétique (6). Les vannes (9) hydrauliques ou pneumatiques connues en tant que telles ne sont pas décrites plus en détail ici. Elles sont associées avantageusement à des joints d'étanchéité (17) permettant un raccord étanche sur un conduit non représenté. La partie tubulaire (7) d'un actionneur électromagnétique conforme à l'invention présente également l'avantage d'améliorer la précision de guidage et de déplacement du noyau magnétique (6) par rapport aux parties polaires (3) et (4). 8 2889621 Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie tubulaire (7) présente du côté d'une partie polaire, un fond (7a) constituant une butée pour le noyau magnétique (6). Actionneur électromagnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie tubulaire (7) est conformée et/ou positionnée pour réaliser une étanchéité entre l'espace libre (5) et la partie électrique comportant notamment la bobine électrique (1). Actionneur électromagnétique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie tubulaire (7) constituant une continuité magnétique entre les deux parties polaires (3) et (4) présente au moins localement une paroi de faible épaisseur, choisie pour minimiser les fuites de flux magnétique entre les parties polaires. 1. Actionneur électromagnétique comportant une bobine électrique (1) montée dans une culasse (2) magnétique, une première partie polaire (3) et une seconde partie polaire (4), solidaires de la culasse (2), lesquelles s'étendent chacune au voisinage d'un côté d'un espace libre (5) dans lequel se déplace un noyau magnétique (6), mobile en translation sous l'effet de l'alimentation électrique de la bobine électrique (1) et de l'apparition d'une polarité magnétique différente aux parties polaires (3) et (4), caractérisée en ce qu'il comporte une partie tubulaire (7) en matériau magnétique, délimitant au moins partiellement l'espace libre (5) et entourant le noyau magnétique (6), pour guider le déplacement dudit noyau magnétique (6), ladite partie tubulaire (7) présentant une continuité magnétique avec la ou les partie(s) polaire(s) (3, 4) de manière à réduire l'entrefer radial entre le noyau magnétique (6) et la ou les partie(s) polaire(s) magnétique(s) (3, 4). 2. 3. 4. REVENDICATIONS 9 2889621 5. Actionneur électromagnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie tubulaire (7) présente une paroi d'épaisseur constante et faible, par exemple inférieure à quelques dixièmes de millimètres. 6. Actionneur électromagnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie tubulaire (7) présente une section transversale réduite (7b) sur une portion de sa longueur. 7. Actionneur électromagnétique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie tubulaire (7) est constitutive au moins partiellement de la seconde partie polaire (4), et dont une extrémité de liaison comportant la section transversale réduite (7b), est solidaire de la première partie polaire (3). 8. Actionneur électromagnétique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie tubulaire (7) est constitutive des deux parties polaires (3) et (4), lesquelles sont séparées par la portion présentant la section transversale réduite (7b). 9. Actionneur électromagnétique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie tubulaire (7) est rapportée sur la culasse (2) magnétique. 10. Actionneur électromagnétique selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie tubulaire (7) est rapportée sur la première partie polaire (3) et sur la culasse (2). 11. Actionneur électromagnétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie tubulaire (7) est rapportée sur les deux parties polaires (3) et (4). 12. Vanne (9) hydraulique ou pneumatique, comportant un actionneur électromagnétique conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11.