Brevet FR2933805A1 — publié le 20100115

Actionneur électromagnétique à dérivation de flux La présente invention concerne un actionneur électromagnétique à aimant permanent comportant classiquement une armature magnétique, au moins une palette mobile, un mécanisme à ressort et des moyens électriques comprenant au moins un conducteur dont les variations de courant permettent de faire varier le flux dans le circuit magnétique en vue de modifier l'équilibre entre la force magnétique et celle du ressort. Le but de l'invention est de réaliser un actionneur à très haute sensibilité, c'est à dire fonctionnant avec une valeur minimale d'ampèreltours générant cependant au niveau d'au moins un entrefer une variation de flux suffisante pour contre balancer la force mécanique et provoquer le déplacement d'une palette. L'idée à la base de l'invention est de travailler sur un schéma à dérivation de flux, la modification du flux au niveau de l'entrefer ou des entrefers étant obtenue indirectement du fait d'une configuration du circuit magnétique dans laquelle se produit un déséquilibre des reluctances magnétiques vues par l'aimant. Dans cette hypothèse, le ou les conducteurs aptes à générer du flux par passage du courant qui le(s) parcourt coopère(nt) avec une ou plusieurs portion(s) de l'armature qui est(sont) fermée(s), et ne comporte(nt) dès lors pas d'entrefer mais au moins une réluctance d'équilibre. Le flux produit a en revanche un effet visant à déséquilibrer lesdites reluctances vues par l'aimant, lequel compense le déséquilibre et permet de rompre - au niveau des entrefers concernés par les variations de flux -- l'équilibre avec les forces mécaniques de rappel. A cet effet, l'actionneur de l'invention, comportant plus précisément un aimant permanent, une armature ferromagnétique, une ou deux palette(s) créant au moins un entrefer avec l'armature et mobile(s) entre au moins une position d'ouverture et une position de fermeture, des moyens mécaniques de rappel de chaque palette en position d'ouverture et au moins un conducteur électrique apte à générer un flux magnétique dans l'armature, se caractérise à titre essentiel en ce que l'aimant, l'armature et les palettes sont agencés de sorte que l'aimant génère des flux dans deux circuits magnétiques en parallèle comportant chacun au moins une portion de l'armature, une branche commune comprenant l'aimant et une des deux palettes ou une fraction de la palette séparée de ladite portion d'armature par au moins un entrefer, le ou les conducteurs étant aptes à générer, dans au moins une boucle magnétique additionnelle fermée de l'armature comportant au moins une branche commune avec lesdits circuits en parallèle, un flux qui s'additionne au flux créé par l'aimant dans un des circuits et s'y soustrait dans l'autre. Le principe de la structure de l'invention consiste à générer une forte variation de flux sur la ou les palettes avec un minimum d'ampères-tour dans une portion fermée du circuit magnétique global, grâce à la modification de l'équilibre des reluctances obtenue dans l'ensemble dudit circuit. Selon une configuration possible, l'actionneur peut comporter une unique palette disposée sensiblement perpendiculairement à l'aimant ou à une branche de l'armature comprenant l'aimant, la boucle fermée de l'armature coopérant avec le ou les conducteurs étant alors disposée à l'opposée de la palette par rapport à l'aimant. Plus précisément encore, la palette peut être constituée d'une poutrelle rectiligne rejoignant deux branches latérales de l'armature entourant une branche centrale comportant l'aimant, lesdites branches étant reliées entre elles par une portion de la boucle fermée de l'armature. Alternativement la palette peut être en forme de U dont les jambages 25 sont placés de part et d'autre de la branche centrale comportant l'aimant, leurs extrémités libres formant deux entrefers avec une portion de la boucle fermée de l'armature. Selon l'invention, la boucle magnétique fermée peut soit comporter une bobine enroulée autour d'une partie de la boucle fermée de l'armature 30 distincte des circuits magnétiques parallèles, soit entourer au moins deux conducteurs d'alimentation d'un circuit électrique. La boucle fermée de l'armature peut évidemment prendre diverse forme, par exemple rectangulaire, d'allure circulaire etc. Selon une alternative configurationnelle, l'actionneur de l'invention peut comporter deux palettes dont les extrémités forment des entrefers distincts avec les deux boucles magnétiques additionnelles fermées disposées aux deux extrémités de la branche commune de l'armature comportant l'aimant, lesdites boucles entourant au moins deux conducteurs d'alimentation d'un circuit électrique. Diverses configurations sont alors possibles, par exemple avec une 10 branche commune en V ou en U, l'aimant en formant la base, des palettes elles-mêmes rectilignes ou en U etc. L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence à des exemples illustrés par les figures annexées, pour lesquelles : La figure 1 représente schématiquement une première forme possible 15 d'actionneur pour l'invention, avec une boucle fermée ; La figure 2 montre le schéma électromagnétique équivalent à la structure de la figure 1 ; La figure 3 montre une variante de la figure 1 dans laquelle la boucle fermée entoure deux conducteurs ; 20 La figure 4 illustre une possibilité de configuration en V pour une version à deux boucles fermées ; et La figure 5 en montre une vue de côté. En référence à la figure 1, l'armature 1 comporte une boucle 2 surmontée par deux branches latérales 3 et 4 au milieu desquelles se trouve un aimant 25 permanent 5. Un palette rectiligne 6 joint les deux branches 3 et 4. La boucle 2 est dotée d'une bobine 7 entourant une de ses branches. Le fonctionnement magnétique est expliqué en figure 2. Sans défaut électrique, l'aimant voit globalement deux branches de réluctances magnétiques en parallèle. 30 II génère alors dans chaque branches un flux magnétique tel que : Rpall(phil) x phil+ Rentl(phil) x phil+ Rmat_haut(phil+phi2) x (phil+phi2) + Rmat_bas(phil+phi2) x (phil+phi2)+R1(phil) x phil = Rpal2(phi2) x phi2 + Rent2(phi2) x phi2+ Rmat_haut(phil+phi2) x (phil+phi2) + Rmat_bas(phil+phi2) x (phil+phi2) + R2(phi2) x phi2 5 Avec phil+phi2=flux généré par l'aimant (aux fuites magnétiques près) Dans cette hypothèse, l'aimant équilibre la valeur des flux pour équilibrer la valeur des réluctances. Les réluctances liées au matériau comme Rpal, R1 et R2 sont non 10 linéaires et saturables. Les réluctances Rmat_haut et Rmat_bas peuvent représenter un entrefer et/ou un matériau magnétique saturable. Les réluctances Rent1 et Rent2 représentent l'entrefer équivalent existant entre la palette et l'armature. Lorsqu'un défaut électrique apparaît, la bobine génère un flux 15 magnétique dans la boucle fermée Rbas, R1 et R2. Cela a pour effet de : • Soit diminuer R2 et augmenter R1 • Soit diminuer R1 et augmenter R2 En effet, dans le cas ou le flux de la bobine est dans le sens de celle de la figure 2, on a la relation suivante: 20 Rpall(phil) x phil+Rent1(phil) x phil + Rmat_haut(phil+phi2) x (phil+phi2) + Rmat_bas(phil+phi2) x (phil+phi2+phi_bob) + R1(philphi_bob) x (phil-phi_bob) = Rpal2(phi2) x phi2 + Rent2(phi2) x phi2 + Rmat_haut(phil+phi2) x (phil+phi2) + Rmat_bas(phil+phi2) x (phil+phi2) + 25 R2(phi2+phi_bob) x (phi2+phi_bob) Le flux de la bobine tend a diminuer R1(phi) x phi et à augmenter R2(phi) x phi. Vu par l'aimant, l'équilibre précédent est modifié. Il génère donc plus de flux magnétique d'un côté que de l'autre pour compenser ce déséquilibre 30 (dans l'exemple, on aura phil qui va augmenter et phi2 qui va diminuer). II se crée ainsi une variation de flux magnétique et donc de force magnétique sur les surfaces polaires. La démonstration ci-dessus est effectuée pour un sens du courant. Elle peut également l'être pour l'autre. L'avantage de cette solution réside dans le fait qu'avec peu d'ampères tour, la structure de l'invention génère une forte variation de flux sur la palette grâce à la modification de l'équilibre des réluctances. Différents types de structure peuvent appliquer ce principe, dont notamment celles des figures suivantes. Ainsi, en figure 3, la boucle fermée 2' est d'allure circulaire, alors que la palette 6' est en U, intégrant les branches latérales 3' et 4'. Dans cette configuration, les conducteurs d'alimentation sont directement entourés par l'actionneur de l'invention qui regroupe à la fois le tore de détection du déséquilibre de courant, en l'espèce la boucle 2', et la partie � relais � constituée par la partie supérieure de la structure 1' de l'invention. Les configurations 10, 10' des figures suivantes sont à deux boucles fermées, mais elles fonctionnent suivant le même principe. En figure 4, la branche commune 11 comporte un aimant 12 central et deux boucles 13, 13' d'extrémité. Deux palettes 14, 14' présente des surfaces polaires 15, 15' et 16, 16' faisant face à des côtés opposés 17, 17' et 18, 18' des boucles fermées 13, 13'. Deux conducteurs d'alimentation passent par lesdites boucles 13, 13'. Il s'agit des mêmes conducteurs dans les deux boucles 13, 13', car la structure est en V, la représentation est une vue de dessus. Une vue de côté en est montrée en figure 5. Le fonctionnement est basé sur le même principe, les flux 21, 21' (en traits pointillés) créés dans les deux boucles 13, 13' s'additionnant au flux 22' (en trait plein) de l'un des circuits en parallèle et se soustrayant au flux 22 de l'autre. Bien d'autres configurations sont possibles, les exemples illustrés ne 30 pouvant être considérés comme exhaustifs de l'invention.