Brevet FR2942908A1 — publié le 20100910

Actionneur électromagnétique à aimant permanent La présente invention concerne un actionneur électromagnétique à aimant permanent comportant classiquement une armature magnétique, une palette mobile, un mécanisme à ressort et des moyens électriques comprenant au moins un conducteur dont le courant permet 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'ampères-tours générant cependant au niveau d'au moins un entrefer une variation de flux suffisante pour contrebalancer 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 armature qui est fermée, et ne comporte dès lors pas d'entrefer mais au moins une reluctance d'équilibre. Le flux produit a en revanche un effet visant à déséquilibrer lesdites reluctances vues par l'aimant, lequel rééquilibre le système et permet de rompre û au niveau des entrefers concernés par les variations de flux û 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 palette créant au moins un entrefer avec l'armature et mobile entre au moins une position d'ouverture et une position de fermeture, des moyens mécaniques de rappel de la 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'armature forme une boucle magnétique fermée dans laquelle le ou les conducteurs sont aptes à générer un flux magnétique, l'aimant étant disposé dans la palette mobile et générant des flux dans deux circuits magnétiques en parallèle dont l'un comporte une portion de l'armature et l'autre, formé dans la palette, comporte une zone bouchon saturable par l'aimant ou une zone d'air. Le principe de la structure de l'invention consiste à générer une forte variation de flux sur la ou les surfaces polaires de la palette avec un minimum d'ampères-tours, grâce à la modification de l'équilibre des reluctances obtenue dans l'ensemble dudit circuit. Selon une configuration possible, la palette comporte deux entrefers. Plus précisément encore, la palette peut être en forme de U dont les jambages sont reliés par l'aimant. Dans cette configuration, l'un des deux circuits magnétiques en parallèle est constitué par l'aimant, deux portions des jambages et la base du U. La zone bouchon saturable est alors de préférence située dans ladite base du U. Le second circuit en parallèle est alors constitué, outre l'aimant, par les portions restantes des jambages, les entrefers, et le tronçon de l'armature reliant les surfaces polaires formant les entrefers avec la palette. Alternativement la palette peut être en forme de U dont les jambages 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 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 diverses formes, par exemple rectangulaire, d'allure circulaire, etc. Selon une possibilité, un conducteur est bobiné autour d'une portion de l'armature. Il se crée alors, en cas de passage d'un courant dans la bobine, un flux magnétique dans l'armature, et par conséquent dans le tronçon de cette dernière qui fait partie du second circuit magnétique alimenté en flux par l'aimant en parallèle avec la base du U. La variation de la reluctance qui en résulte dans cette portion du second circuit provoque un déséquilibre dans les deux branches de reluctances vues par l'aimant, qu'il compense en faisant varier le flux dans le premier circuit en parallèle, rompant du même coup l'équilibre avec les forces mécaniques de rappel. Selon une variante, au moins deux fils conducteurs traversent la fenêtre centrale de l'armature. 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 d'actionneur pour l'invention, avec une bobine entourant une portion de l'armature ; et - La figure 2 montre le schéma électromagnétique équivalent à la structure de la figure 1. En référence à la figure 1, l'armature (1) forme une boucle surmontée par les deux jambages latéraux (3, 4) du U constituant la palette (2). Un aimant permanent (5) joint ces deux jambages (3, 4). La boucle de l'armature (1) est dotée d'une bobine (6) entourant une de ses branches. La base de la palette (2) comporte une zone bouchon (7) saturable par l'aimant (5). Le fonctionnement magnétique est expliqué en figure 2. Sans défaut électrique, l'aimant voit globalement deux branches de réluctances magnétiques en parallèle. Il sature tout d'abord la réluctance Rshunt_pal de telle sorte que l'inégalité suivante soit vraie : Rshunt pal(phil)+ Rpal hautl(phil)+ Rpal haut2(phil) > Rentl +Rent2+ Rpal bas 1(phi2) + Rpal bas2(phi2) +R1(phi2) Il génère alors dans chaque branche un flux magnétique tel que : Rshunt pal(phil)*phil+ Rpal hautl(phil) *phil+ Rpal haut2(phil) *phil = Rent1 *phi2+Rent2*phi2+Rpal bas 1 (phi2) *phi2+Rpal bas2(phi2) *phi2+R1 (phi2) *phi2 avec phil+phi2 = flux généré par l'aimant (aux fuites magnétiques près). Les réluctances liées au matériau comme Rpal, R1 et R2 sont non linéaires et saturables Les réluctances Rmat_gauche et Rmat_droit 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 magnétique dans la branche Rbas, R1 et R2. Cela a pour effet d'augmenter la valeur de R1 et de R2. Cela est valable quelque soit le sens du courant mais la valeur des ampères-tours nécessaires dépend du sens du courant. Le flux de la bobine tend par conséquent à augmenter R1(phi)*phi et à augmenter R2(phi)*phi. Vu de l'aimant, l'équilibre précédent est dès lors modifié. L'aimant génère alors plus de flux magnétique dans le circuit contenant la base du U (Rshunt_pal(phil)*phi1+ Rpal_hautl(phil) *phi1+ Rpal_haut2(phil) *phil) que dans l'autre circuit en parallèle. Phi1 augmente et Phi2 diminue, ce qui entraîne une variation de flux et donc de force magnétique, avec une conséquence immédiate sur l'équilibre avec les forces mécaniques de l'actionneur, qui est rompu : l'actionneur change d'état. Cette solution est très avantageuse dans la mesure où, avec peu de flux magnétique généré par la bobine, il est possible de créer une forte variation de flux sur la palette. Comme déjà mentionné en référence aux valeurs des réluctances Rmat_gauche et Rmat_droit, l'aimant peut être fixé à la palette mais peut aussi ne pas l'être, sans rien changer à l'équilibre intrinsèque du circuit magnétique. Bien d'autres configurations que celle représentée en figure 1 sont possibles, l'exemple tel qu'illustré ne pouvant être considéré comme exhaustif de l'invention. Ainsi, les formes respectives de l'armature et de sa fenêtre intérieure peuvent varier, dans la mesure où la contrainte du circuit magnétique fermé est respectée. De même, la palette n'est pas nécessairement en U droit, dès lors que l'aimant est disposé selon les caractéristiques mises en lumière auparavant.5