Brevet FR2951316A1 — publié le 20110415

ACTIONNEUR BISTABLE ROTATIF DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention est relative à un actionneur bistable rotatif comprenant un circuit magnétique possédant une culasse magnétique ayant une section en forme de E. La culasse comporte deux branches externes, au moins une branche centrale, et une première armature transverse solidarisée à une première extrémité des branches externes et centrale. Une seconde armature transverse est portée de manière à pivoter sur une seconde extrémité de ladite au moins une branche centrale entre deux positions stables. Un aimant génère un flux magnétique de maintien destiné à maintenir la seconde armature transverse dans une des deux positions stables. Au moins une bobine d'actionnement est destinée à générer un flux magnétique de déplacement s'opposant au flux magnétique de maintien pour favoriser le déplacement de la seconde armature transverse d'une première à une seconde position stable. ETAT DE LA TECHNIQUE L'utilisation d'actionneur bistable pour l'ouverture ou de fermeture des contacts d'un dispositif de commutation est décrite notamment dans les demandes de brevet (EP 0670584B1, FR1315982). Comme représenté sur les figures 1 à 3, le déplacement du ou des contacts mobiles 5A, 5B est lié à celui d'une armature magnétique pivotante 11 entre deux positions stables. Les actionneurs ayant une telle structure magnétique à armature pivotante comportent une bonne stabilité mécanique, et permettent de réduire l'encombrement. En effet, lorsque l'actionneur dispose d'une armature pivotante équilibrée, il devient insensible aux chocs ou aux vibrations, et les efforts nécessaires au maintien dans les positions stables s'en trouvent minimisés. De manière connue, l'actionneur bistable comprend un circuit magnétique 1 composé d'une culasse magnétique 10 et d'une armature transverse 11. Ladite armature transverse 11 est portée de manière à pivoter sur une branche centrale 10B du circuit magnétique en forme de E entre deux positions stables. Chaque position stable de l'armature 11 correspond à un état électrique ouvert ou fermé de contacts électrique 5A, 5B d'un dispositif de coupure. L'armature transverse 11 est maintenue dans une position stable grâce à l'action 5 simultanée d'une force magnétique fournie par un aimant 3. Ledit aimant génère un flux magnétique de maintien Dm. Pour passer d'un premier état stable à un second état stable, une bobine d'actionnement 2 est alimentée pour fournir un flux magnétique déplacement cDd s'opposant au flux magnétique de maintien cDm de l'aimant 3, dans la ou les zones 10 d'entrefer. L'annulation de la force magnétique de l'aimant 3 provoque alors le déplacement en rotation de l'armature transverse 11 dans une seconde position stable. Dans les structures magnétiques connues telles que représentées aux figure 1 à 3, une importante partie du flux magnétique déplacement Dd généré par la bobine, 15 passe majoritairement soit par un entrefer E important lié à la course de la partie mobile de l'actionneur, soit par un aimant 3 placé dans le circuit magnétique. On termes de consommation électrique, ces actionneurs bistables -présentent l'inconvénient d'être relativement peu efficaces. En effet, la reluctance du circuit magnétique vue de ladite bobine d'actionnement 2 est relativement importante. 20 En fonction de la structure magnétique du circuit magnétique 1, la reluctance est fortement dépendante de la taille de l'entrefer E entre l'armature transverse 11 et la culasse magnétique 10 et/ou de la reluctance équivalente de l'aimant 3 placé dans le circuit magnétique. Or, pour passer d'un premier état stable à un second état stable, les ampères-tours nécessaires à la production d'un flux magnétique 25 de déplacement suffisant pour annuler le flux magnétique de maintien Om généré par l'aimant 3 sont proportionnels à la réluctance vue de la bobine d'actionnement 2. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de 30 manière à proposer un actionneur bistable à basse consommation électrique. Au moins une des deux armatures transverse de la culasse magnétique de l'actionneur selon l'invention comporte une première et une seconde parties magnétiques alignées selon un axe longitudinal et reliées entre elles par un isolant magnétique, l'aimant étant positionné en contact avec les deux parties magnétiques de manière à polariser ladite au moins une armature transverse selon l'axe longitudinal. Avantageusement, l'aimant comporte deux pôles magnétiques placés respectivement sur une des deux parties magnétiques de ladite armature transverse. 10 De préférence, les deux pôles magnétiques de l'aimant sont positionnés de manière symétrique par rapport à l'isolant magnétique de ladite armature transverse. Selon un premier mode de développement de l'invention, l'aimant est positionné sur la seconde armature transverse, ledit aimant étant placé de manière 15 symétrique par rapport au point de rotation de ladite armature. Selon un second mode de développement de l'invention, l'aimant est positionné sur la première armature transverse. Avantageusement, la branche centrale de la culasse magnétique est composée de deux parties magnétiques isolées l'une de l'autre, les deux parties ayant une 20 seconde extrémité reliée respectivement à une partie magnétique distincte de la seconde armature transverse. Selon un mode particulier de développement de l'invention, l'actionneur bistable comporte une bobine enroulée autour de la branche centrale de la culasse en forme de E. 25 Selon un mode particulier de développement de l'invention, l'actionneur bistable comporte deux bobines enroulées respectivement autour des branches externe de la culasse en forme de E. De préférence, l'actionneur comporte un mécanisme d'actionnement pour l'ouverture de contacts électriques. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés sur lesquels : • Les figures 1 à 3 représentent des vues schématiques en coupe d'un actionneur bistable selon l'état de l'art dans différentes positions de fonctionnement ; • Les figures 4 à 7 représentent des schémas comprenant des reluctances équivalentes des éléments du circuit magnétique d'un actionneur bistable 10 respectivement selon les figures 1 à 3 ; • La figure 8 représente, en phase de maintien, un vue schématique en coupe d'un actionneur bistable selon un premier mode préférentiel de réalisation de l'invention ; • La figure 9 représente, en phase de déplacement, un vue schématique en 15 coupe d'un actionneur bistable selon la figure 8 ; • La figure 10 représente un schéma comprenant des reluctances équivalentes des éléments du circuit magnétique d'un actionneur bistable selon les figures 8 et 9; • Les figures 11 et 12 représentent des schémas comprenant des reluctances 20 équivalentes des éléments du circuit magnétique d'un actionneur bistable selon les figures 8 et 9, en phase de maintien et en phase de déplacement ; • La figure 13 représente, en phase de maintien, un vue schématique en coupe d'un actionneur bistable selon un second mode préférentiel de réalisation de l'invention ; 25 • La figure 14 représente, en phase de déplacement, un vue schématique en coupe d'un actionneur bistable selon la figure 13 ; • La figure 15 représente un schéma comprenant des reluctances équivalentes des éléments du circuit magnétique d'un actionneur bistable selon les figures 13 et 14; 30 • Les figures 16 et 17 représentent des schémas comprenant des reluctances équivalentes des éléments du circuit magnétique d'un actionneur bistable selon les figures 13 et 14, en phase de maintien et en phase de déplacement. 4 2951316 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Selon les modes de réalisation de l'invention, l'actionneur comprend un circuit magnétique 1 possédant une culasse magnétique 10. Ladite culasse a une section en forme de E avec deux branches externes 10A et une branche centrale 10B. Les deux branches externes 10A sont de préférence disposées de manière symétrique par rapport à la branche centrale 10B. Une première armature 10C transverse relie et solidarise une première extrémité des branches externes et centrale de la culasse magnétique Le circuit magnétique comporte une seconde armature transverse 11 portée de manière à pivoter sur la branche centrale 10B de la culasse magnétique 10 entre une première et une seconde position stable. Une zone de contact située au point de pivotement entre la seconde extrémité de ladite au moins une branche centrale et la seconde armature transverse 11 comporte au moins une reluctance équivalente dite de glissement Rg. Une première extrémité de la seconde armature transverse 11 est en contact avec une première branche externe 10A de la culasse magnétique 10 dans la première position stable. Une seconde extrémité de l'armature transverse 11 este en contact avec une seconde branche externe 10A de la culasse magnétique 10 dans la seconde position stable. La première extrémité de la seconde armature transverse 11 est séparée de la culasse magnétique 10 par un entrefer E lorsque la seconde extrémité est en contact avec la culasse magnétique 10 et réciproquement. L'entrefer E comporte une reluctance équivalente dite reluctance d'entrefer RE. En outre, la zone de contact entre une seconde extrémité d'une seconde branche externe et la seconde armature transverse 11 comporte une reluctance équivalente dite de contact Rc. Les reluctances de contact Rc et de glissement Rg sont négligeables en comparaison avec la reluctance d'entrefer RE. Le circuit magnétique comporte un aimant 3 générant un flux magnétique de maintien cpm destiné à maintenir la seconde armature transverse 11 dans une des 30 deux positions stables ; Le circuit magnétique comporte au moins une bobine d'actionnement 2 générant un flux magnétique de déplacement 4)d destiné à déplacer la seconde armature transverse 11 d'une première vers une seconde position stable. Le flux magnétique de déplacement Dd est destiné à s'opposer à un flux magnétique de maintien Om. Compte tenu de l'importance de l'entrefer E et de sa reluctance équivalente RE, le flux magnétique de déplacement Dd circule essentiellement dans le circuit magnétique fermé et notamment au niveau de la zone de contact entre une seconde extrémité d'une seconde branche externe 10A, 10B et la seconde 10 armature transverse 11. Autrement dit, l'architecture du circuit magnétique 1 selon les modes de développement de l'invention est conçue de manière à minimiser les entrefers vus de ladite au moins une bobine d'actionnement 2. Selon les modes de réalisation de l'invention tel que représentés sur les figures 8 et 13, l'actionneur bistable comporte une bobine d'actionnement 2 comportant 15 un axe longitudinal sensiblement confondu avec celui de la branche centrale de la culasse magnétique 10 en forme de E. En effet, ladite bobine d'actionnement 2 est enroulée sur la branche centrale de la culasse magnétique 10 de manière à ce que le flux magnétique de déplacement 4)d circule majoritairement dans un circuit fermé composé d'une des deux branches externes 10A, de la branche centrale 20 10B, d'une portion de la première armature transverse 10C et d'une portion de la seconde armature transverse 11 en contact avec ladite branche externe et la branche centrale. Selon les modes préférentiels de réalisation de l'invention, au moins une des deux armatures transverse 10C, 11 comporte une première et un seconde parties 25 magnétiques. Les deux parties magnétique sont alignées selon un axe longitudinal et sont reliées entre elle par un isolant magnétique. L'isolant magnétique se comporte comme un entrefer dit de séparation. Ledit entrefer de séparation comporte une reluctance équivalente dite de séparation Rs. Comme représenté sur les figures 10 et 15, ladite reluctance de séparation Rs 30 est montée en série avec ladite au moins une reluctance de glissement Rg. Ladite au moins une reluctance de glissement Rg est négligeable en comparaison avec 2951316 la reluctance équivalent de séparation Rs. L'aimant 3 est positionné en contact avec les deux parties magnétiques de manière à polariser ladite au moins une armature transverse 10C, 11 selon l'axe longitudinal. De préférence, l'aimant 3 comporte deux pôles magnétiques N, S placés respectivement sur une des deux parties magnétiques de ladite armature transverse 10C, 11. Selon le premier mode préférentiel de réalisation de l'invention tel que représenté sur les figure 8 et 9, l'aimant 3 est positionné sur la seconde armature 11 transverse. Ledit aimant est placé de préférence de manière symétrique par 10 rapport au point de rotation de ladite armature. Selon ce mode de réalisation, une première partie 11A de la seconde armature transverse 11 est reliée à une seconde extrémité reliée de la branche centrale 10B par un premier entrefer glissant. En outre, la seconde partie 11B de la seconde armature transverse 11 est reliée à la seconde extrémité de la branche centrale 10B par un second 15 entrefer glissant. Comme représenté sur la figure 10, les deux entrefers glissant comportent respectivement des reluctances Rg dites de glissement. Les deux reluctances de glissement sont sensiblement identiques. Les deux reluctances de glissement Rg sont montées en parallèle d'une part avec la reluctance de contact Rc et d'autre part avec la reluctance d'entrefer RE. Selon ce premier mode 20 préférentiel de réalisation, le flux magnétique de maintien Om généré par l'aimant 3 circule majoritairement dans un circuit magnétique fermé composé d'une de deux branches externes 10A de la culasse magnétique 10, de la branche centrale 10B de ladite culasse, d'au moins une partie de la première armature transverse 10C et d'au moins une partie de la seconde armature transverse. La reluctance 25 totale traversée par le flux magnétique de maintien cDm est sensiblement égale à la somme entre la reluctance Rc de contact et une reluctance de glissement Rg. La reluctance totale vue de l'aimant, peut s'exprimer sur la forme de l'équation suivante : Rtot Aim = Rg + Rc 30 Selon ce premier mode préférentiel de réalisation, le flux magnétique de déplacement cDd généré par la bobine d'actionnement 2 circule majoritairement dans un circuit magnétique fermé composé d'une de deux branches externes 10A de la culasse magnétique 10, de la branche centrale 10B de ladite culasse, d'au moins une partie de la première armature transverse 1OC et d'au moins une partie de la seconde armature transverse 11. Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, le flux magnétique de déplacement Dd généré par la bobine d'actionnement ne circule pas dans l'aimant 3. La reluctance totale traversée par le flux magnétique de déplacement cd est sensiblement égale à la somme de la reluctance Rc de contact et une reluctance de glissement Rg. La reluctance totale vue de la bobine peut s'exprimer sur la forme de l'équation suivante ~o Rtot_Bob = Rg + Rc La reluctance de la culasse magnétique n'est pas prise en compte dans le calcul de la reluctance totale du circuit magnétique fermé étant que la reluctance de la culasse est négligeable en comparaison avec des reluctances de contact et de glissement. 15 Selon le second mode préférentiel de réalisation de l'invention tel que représenté sur les figures 13 et 14, l'aimant est positionné sur la première armature 10C transverse. Selon ce mode de réalisation, la branche centrale 10B de la culasse magnétique 10 est composée de deux parties magnétiques isolées l'une de l'autre. Les deux parties ont respectivement une seconde extrémité reliée 20 à la seconde armature transverse 11 par un premier entrefer glissant. En outre, lesdites deux parties ont respectivement une première extrémité reliée à une partie magnétique distincte de la première armature 10C transverse. Comme représenté sur la figure 15, les deux entrefers glissants comportent respectivement des reluctances dites de glissement. Les deux reluctances de 25 glissement Rg sont sensiblement identiques. Les deux reluctances de glissement Rg sont montées en parallèle d'une part avec la reluctance de contact Rc et d'autre part avec la reluctance d'entrefer RE. Comme représenté sur les figures 13 et 14, les deux parties magnétiques isolées la branche centrale 10B de la culasse magnétique 10 sont séparées par un entrefer dit de séparation. Ledit 30 entrefer comporte une reluctance équivalente Rs. Comme représenté sur la figure 15, ladite reluctance de séparation Rs est montée en série avec chaque reluctance de glissement Rg. Les reluctances de glissement Rg sont négligeables 2951316 en comparaison avec la reluctance de séparation Rs. Selon ce second mode préférentiel de réalisation, Le flux magnétique de maintien (Dm généré par l'aimant 3 circule majoritairement dans un circuit magnétique fermé composé d'une de deux branches externes 10A de la culasse 5 magnétique 10, d'une des deux parties de la branche centrale 10B, d'au moins une partie de la première armature transverse 10C et d'au moins une partie de la seconde armature transverse 11. La reluctance totale traversée par le flux magnétique de maintien Om est sensiblement égale à la somme entre la reluctance Rc de contact et d'une reluctance de glissement Rg. Ainsi, la ~o reluctance totale vue de l'aimant peut s'exprimer sur la forme de l'équation suivante : Rtot_Aim = Rg + Rc La reluctance de la culasse magnétique 10 n'est pas prise en compte dans le calcul de la reluctance totale du circuit magnétique fermé étant que la reluctance 15 équivalent de la culasse est négligeable en comparaison avec des reluctances de contact Rc et de glissement Rg. Selon ce second mode préférentiel de réalisation, le flux magnétique de déplacement Dd généré par la bobine d'actionnement 3 circule majoritairement dans un circuit magnétique fermé composé d'une de deux branches externes 10A 20 de la culasse magnétique 10, d'une des deux parties de la branche centrale 10B, d'au moins une partie de la première armature transverse 10C et d'au moins une partie de la seconde armature 11. Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, le flux magnétique de déplacement Dd généré par la bobine d'actionnement ne circule pas dans l'aimant 3. La reluctance totale traversée par 25 le flux magnétique de déplacement Dd est sensiblement égale à la somme entre la reluctance Rc de contact et d'une reluctance de glissement Rg. La reluctance totale peut s'exprimer sur la forme de l'équation suivante Rtot_Bob = Rg + Rc La reluctance de la culasse magnétique 10 n'est pas prise en compte dans le 30 calcul de la reluctance totale du circuit magnétique fermé étant que la reluctance équivalent de la culasse est négligeable en comparaison avec des reluctances de contact Rc et de glissement Rg. Ainsi, selon les modes de réalisation préférentiels de l'invention, la reluctance totale Rtot_Bob du circuit magnétique vue de la bobine est très faible. En effet, ladite reluctance totale est essentiellement composée de réluctances de glissement et de contact Rg et Rc correspondant respectivement à une reluctance équivalente d'un entrefer. En outre, lesdites reluctances de glissement et de contact Rg et Rc peuvent être minimisées grâce à une construction mécanique soignée de l'actionneur. Contrairement à des solutions connues, la reluctance équivalente de l'aimant Rmag n'est pas prise en compte pour le calcul de la reluctance Rtot_Bob du circuit magnétique vue de la bobine. Ainsi, l'énergie permettant de générer le flux magnétique de déplacement l d peut être minimisée. Par ailleurs, la réluctance Rtot_Aim, du circuit magnétique vue de l'aimant, est elle aussi très faible, ce qui permet de minimiser le volume d'aimant nécessaire à la génération du flux magnétique de maintien Nm. Selon une variante des modes préférentiels de réalisation de l'invention non représentée, ledit au moins aimant est partiellement encastré dans le circuit magnétique. Grâce à cette configuration géométrique, les lignes de champ magnétique généré par ledit aimant entrent plus facilement dans le circuit magnétique et cela permet d'optimiser la production du flux magnétique de maintien (Dm. Selon une variante des modes préférentiels de réalisation de l'invention non représentée, l'actionneur bistable comporte deux bobines d'actionnement comportant respectivement un axe longitudinal sensiblement confondu avec celui d'une branche externe 10A de la culasse magnétique 10 en forme de E. En effet, une première bobine d'actionnement 2A est enroulée sur une première branche externe de la culasse magnétique 10. Une seconde bobine d'actionnement 2B est enroulée sur une seconde branche externe de la culasse magnétique 10. Les deux bobines peuvent être utilisées de manière concomitante ou de façon alternée. L'actionneur bistable selon l'invention est particulièrement destiné à commander l'ouverture de contacts électriques 5A, 5B. L'actionneur bistable comporte alors un mécanisme d'actionnement pour l'ouverture de contacts électriques 5A, 5B. Indifféremment, chaque contact électrique 5A et/ou 5B commandé par l'actionneur selon l'invention peut être double ou simple. En effet, chaque contact 5A, 5B de l'actionneur bistable est constitué d'un pont à double contacts électriques. Par ailleurs, chaque contact 5A, 5B est constitué d'un contact électrique unique monté sur une lame élastique. L'actionneur bistable peut comporter un dispositif de rappel 4 destiné à générer une force de fermeture pour maintenir un des extrémités de l'armature transverse 10 en contact avec la 1 o culasse magnétique 10. De manière globale, l'architecture du circuit magnétique 1 des différents modes de réalisation de l'invention est conçue de manière à minimiser les entrefers vus de la bobine d'actionnement. En particulier, le flux magnétique de déplacement (Dd généré par la bobine d'actionnement ne circule ni dans une zone d'entrefer 15 importante par exemple dépendante de la course de l'armature transverse de l'actionneur, ni par un aimant. L'actionneur selon les différents modes de réalisation de l'invention comporte un système en rotation équilibrée mécaniquement et qui est bistable magnétiquement. En outre, l'actionneur bistable selon l'invention est un système à basse consommation électrique 20 compte tenu que la réluctance vue de la bobine d'actionnement est extrêmement faible. Ainsi, avantageusement selon les modes de réalisation de l'invention, la réluctance totale vue par la bobine d'actionnement peut être 5 à 10 fois inférieure à celle d'architectures magnétiques connues d'actionneurs bistables. Par voie de 25 conséquence, l'énergie nécessaire au basculement peut être réduite de 20 à 30%, en optant pour une architecture minimisant la reluctance vue de la bobine d'actionnement. REVENDICATIONS1. Actionneur bistable rotatif comprenant : - un circuit magnétique (1) possédant ^ une culasse magnétique (10) ayant une section en forme de E comportant deux branches externes (10A), au moins une branche centrale (10B), et une première armature (10C) transverse solidarisée à une première extrémité des branches externes et centrale ; ^ une seconde armature transverse (11) portée de manière à pivoter 10 sur une seconde extrémité de ladite au moins une branche centrale entre deux positions stables, - un aimant (3) générant un flux magnétique de maintien (mm) destiné à maintenir la seconde armature transverse (11) dans une des deux positions stables ; 15 - au moins une bobine d'actionnement (2) destinée à générer un flux magnétique de déplacement ((Dd) s'opposant au flux magnétique de maintien (mm) pour favoriser le déplacement de la seconde armature transverse (11) d'une première à une seconde position stable, actionneur caractérisé en ce qu'au moins une des deux armatures transverse 20 (10C, 11) comporte une première et une seconde parties magnétiques alignées selon un axe longitudinal et reliées entre elles par un isolant magnétique, l'aimant (3) étant positionné en contact avec les deux parties magnétiques de manière à polariser ladite au moins une armature transverse selon l'axe longitudinal. 25 2. Actionneur bistable selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant (3) comporte deux pôles magnétiques (N, S) placés respectivement sur une des deux parties magnétiques de ladite armature transverse (10C, 11). 3. Actionneur bistable selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux pôles magnétiques (N, S) de l'aimant (3) sont positionnés de manière 30 symétrique par rapport à l'isolant magnétique de ladite armature transverse (10C, 11). 12 4. Actionneur bistable selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'aimant (3) est positionné sur la seconde armature (Il) transverse, ledit aimant étant placé de manière symétrique par rapport au point de rotation de ladite armature. 5. Actionneur bistable selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'aimant (3) est positionné sur la première armature (10C) transverse. 6. Actionneur bistable selon la revendication 5, caractérisé en ce que la branche centrale (10B) de la culasse magnétique (10) est composée de deux parties magnétiques isolées l'une de l'autre, les deux parties ayant une seconde extrémité reliée respectivement à une partie magnétique distincte de la seconde armature (11) transverse. 7. Actionneur bistable selon l'un quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une bobine d'actionnement (2) enroulée autour de la branche centrale (10B) de la culasse en forme de E. 8. Actionneur bistable selon l'un quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux bobines d'actionnement enroulées respectivement autour des branches externe (10A) de la culasse en forme de E. 9. Actionneur bistable selon l'un quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un mécanisme d'actionnement pour l'ouverture de contacts électriques (5A, 5B).