Brevet FR2943171A1 — publié le 20100917

Actionneur électromagnétique à dérivation de flux La présente invention concerne un actionneur électromagnétique à aimant permanent comportant classiquement une armature magnétique, une palette mobile, un mécanisme de rappel en général 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. Un tel actionneur peut par exemple être utilisé comme relais, le conducteur précité prenant alors la forme d'une bobine. 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 contre balancer la force mécanique et provoquer le déplacement de la palette. En termes de relais, l'objectif est de maîtriser l'impédance de la bobine, qui dépend en fait de la valeur du circuit réluctant vu par la bobine. A cet effet, l'actionneur de l'invention, comportant plus précisément un aimant permanent, une armature ferromagnétique constituant une boucle fermée, une palette créant deux entrefers avec l'armature et mobile entre 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'actionneur, se caractérise à titre essentiel en ce que l'aimant, l'armature et la palette sont agencés de sorte que l'aimant génère des flux dans deux circuits magnétiques en parallèle comportant une portion de l'armature qui est saturée pour l'un au moins des circuits en parallèle, une branche commune comprenant l'aimant et une fraction de la palette séparée par un entrefer de ladite portion d'armature, et en ce que le ou les conducteurs sont aptes à générer, dans une boucle magnétique comportant la partie non saturée de l'armature, les entrefers et la palette, un flux qui s'additionne au flux créé par l'aimant dans un des entrefers et une des fractions de la palette, et s'y soustrait dans l'autre entrefer et l'autre fraction de la palette. Le principe de la structure de l'invention consiste à générer une forte variation de flux sur la palette avec un minimum d'ampères-tours dans une portion du circuit magnétique global, en s'opposant au flux généré par l'aimant. Dans l'hypothèse de l'invention appliquée à un relais à bobine inductrice, la réluctance vue par la bobine dépend des réluctances des portions saturées, de la partie non saturée de l'armature et, dans une moindre mesure, des réluctances d'entrefer. Compte tenu de la configuration du circuit magnétique de l'invention, si les réluctances des portions saturées sont petites devant celles des entrefers, la réluctance vue par la bobine sera sensiblement égale à la somme des réluctances des portions saturées et de la réluctance du reste de l'armature, qui sont connues, d'où la maîtrise recherchée de l'impédance de la bobine du relais. Selon une configuration possible, la palette peut être en forme de U dont les jambages sont placés de part et d'autre de l'aimant, leurs extrémités libres formant deux entrefers avec une partie de la boucle fermée de l'armature contenant les deux portions saturées conduisant chacune à la branche commune dotée de l'aimant permanent. 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, l'aimant permanent peut être solidarisé à l'armature ferromagnétique. Par ailleurs, les portions saturées peuvent être constituées de zones de l'armature de section réduite par rapport au reste de l'armature. La configuration de l'invention conduit à une structure qui est non polarisée magnétiquement, puisqu'elle permet un déclenchement quelque soit le sens du courant dans le ou les conducteurs des moyens électriques. 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 ; La figure 2 montre le schéma électromagnétique équivalent à la structure de la figure 1 ; et La figure 3 montre une variante de la figure 1. En référence à la figure 1, l'armature (1) forme une boucle fermée surmontée par une palette (2) à deux branches latérales (3, 4) au milieu desquelles se trouve un aimant permanent (5). L'armature (1) est parcourue par deux conducteurs (8, 9). Elle comporte par ailleurs au moins une zone saturée (6, 7) ou zone bouchon située au niveau ou à proximité de l'aimant (5). Deux entrefers (10, 11) sont ménagés entre la palette (2) et l'armature (1). Le fonctionnement magnétique est expliqué en figure 2. Sans défaut électrique, l'aimant (5) voit globalement deux branches de réluctances magnétiques en parallèle, correspondant à deux fractions de palettes respectivement parcourues par les flux phil et phi2. Il génère alors dans chaque branche un flux magnétique tel que : Rpai l (phi 1) x phi 1 + Rent l (phi 1) x ph/1 + Rma t haut(phi 1 +phi2) x (phi 1 +phi2) + Rma t bas (phi 1 +phi2) x (phi 1 +phi2)+R 1(phi 1) x ph/1 = Rpal2(phi2) x phi2 + Rent2(phi2) x phi2+ Rmat haut(phi 1 +phi2) x 25 (ph/1 +phi2) + Rmat bas(phil +phi2) x (ph/1 +phi2) + R2(phi2) x phi2 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. 30 Les réluctances liées au matériau comme Rpal, R1 et R2 sont non 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. R1 et R2 sont saturées. Lorsqu'un défaut électrique apparaît, les conducteurs ou la bobine (comme représenté) génèrent un flux magnétique Phi bob dans la branche Rbas, flux qui parcourt la boucle maximisée contenant les entrefers (10, 11) et la palette (2). Dans ce cas, le flux magnétique généré par les conducteurs va s'opposer à celui de l'aimant (5) sur une des surfaces polaires et va s'ajouter au flux de l'aimant pour l'autre surface polaire, comme le montrent les flèches apparaissant sur la figure 2. La figure 3 montre une variante à la figure 1, de forme différente et dans laquelle l'aimant n'est pas solidaire de l'armature (1), laquelle comporte une bobine (8') excitatrice. Le fonctionnement est cependant identique. Bien d'autres configurations sont possibles, les exemples illustrés ne pouvant être considérés comme exhaustifs de l'invention. REVENDICATIONS1. Actionneur électromagnétique à dérivation de flux comportant un aimant permanent (5), une armature ferromagnétique (1) constituant une boucle fermée, une palette (2) créant deux entrefers (10, 11) avec l'armature (1) et mobile entre 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 (8, 8', 9) apte à générer un flux magnétique dans l'actionneur, caractérisé en ce que l'aimant (5), l'armature (1) et la palette (2) sont agencés de sorte que l'aimant (5) génère des flux dans deux circuits magnétiques en parallèle comportant une portion de l'armature (6, 7) qui est saturée pour l'un au moins des circuits en parallèle, une branche commune comprenant l'aimant (5) et une fraction de la palette séparée par un entrefer (10, 11) de ladite portion d'armature (6, 7), et en ce que le ou les conducteurs (8, 8', 9) sont aptes à générer, dans une boucle magnétique comportant la partie non saturée de l'armature (1), les entrefers (10, 11) et la palette (2), un flux qui s'additionne au flux créé par l'aimant (5) dans un des entrefers (10, 11) et une des fractions de la palette (2), et s'y soustrait dans l'autre entrefer (11, 10) et l'autre fraction de la palette (2). 2. Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la palette (2) est en forme de U dont les jambages (3, 4) sont placés de part et d'autre de l'aimant (5), leurs extrémités libres formant deux entrefers (10, 11) avec une partie de la boucle fermée de l'armature (1) contenant deux portions saturées (6, 7) conduisant chacune à la branche commune dotée de l'aimant permanent (5). 3. Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'aimant permanent (5) est solidarisé à l'armature ferromagnétique (1). 4. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les portions saturées (6, 7) sont constituées de zones de l'armature (1) de section réduite par rapport au reste de l'armature (1).5