Brevet FR3145832A1 — publié le 20240816

La présente invention concerne un actionneur électromagnétique linéaire (1) comprenant un boîtier (2) cylindrique, une bobine cylindrique (3), un piston induit (4) monté mobile axialement selon un axe X entre une position rétractée (R) et une position déployée (D) à l’intérieur de la bobine (3), un corps supérieur (5) et un corps inferieur (10) séparés axialement par un entrefer, le corps inferieur (10) comprend une portion conique tronqué (11) au regard du corps supérieur (5), ladite portion conique tronquée (11) comprend une surface interne (12), une surface externe (14) et une troncature (13). La hauteur (H) de la surface interne (12) et la largeur (L) de la troncature (13) ont un ratio compris entre 2 et 5. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Actionneur électromagnétique linéaire L’invention concerne un actionneur électromagnétique linéaire. L’actionneur électromagnétique linéaire selon l’invention trouve un intérêt particulier dans le domaine des vannes de circulations de fluide dans un véhicule automobile. On entend par fluide, tous types de liquides ou de gaz. Il est connu des documents DE102008047364A1 et DE102011117688B3 un actionneur électromagnétique linéaire de conception proche de la présente invention. Ces actionneurs comprennent classiquement un boîtier cylindrique, une bobine cylindrique et un piston induit formant un électroaimant. Le piston est monté mobile axialement entre une position rétractée et une position déployée à l’intérieur de la bobine. Un corps supérieur et un corps inferieur permettent au piston de coulisser et un entrefer est présent entre le corps supérieur et le corps inferieur. La conception de cet entrefer est particulièrement importante pour pouvoir contrôler la force de l’électroaimant en fonction de sa course. Il est connu d’implanter un cône dans l'entrefer fonctionnel pour contrôler l'effet de saturation magnétique le long de la course de l’électroaimant ce qui permet de contrôler la force développée le long de la course. Pour des applications spécifiques, notamment des vannes de circulation de fluide, il est nécessaire d’avoir un profil de courbe spécifique de la force en fonction de la course. Il est nécessaire de maximiser la force au début de la course pour assurer le mouvement du piston à basse température ou maximiser la force au milieu de la course en raison d'un phénomène de friction spécifique. La présente invention propose une conception de l’entrefer électromagnétique permettant de contrôler la courbe de force en fonction de la course en termes de profil de force minimum et maximum pendant l'évolution de la course. En fonction de la nécessité d'avoir une force maximale ou minimale au début ou au milieu de la course, il est ainsi nécessaire de concevoir un entrefer permettant d’atteindre cet objectif. Ainsi l’invention propose un actionneur électromagnétique linéaire comprenant un boîtier cylindrique, une bobine cylindrique, un piston induit monté mobile axialement selon un axe X entre une position rétractée et une position déployée à l’intérieur de la bobine, un corps supérieur et un corps inferieur séparés axialement par un entrefer. Le corps inferieur comprend une portion conique tronqué au regard du corps supérieur, ladite portion conique tronquée comprend une surface interne, une surface externe et une troncature. Selon l’invention, la hauteur de la surface interne et la largeur de la troncature ont un ratio compris entre 2 et 5. Le corps supérieur et le corps inferieur servent à guider le champ magnétique généré par la bobine ce qui permet au piston induit de se mouvoir. Ces deux corps sont magnétiquement séparés par l’entrefer qui est un jeu d’air. La surface interne est la partie de la portion conique tronquée qui est en contact avec le piston induit et participe au guidage de celui-ci. La surface externe n’est pas en contact avec le piston. Le ratio est obtenu en divisant la hauteur de la surface interne par la largeur de la troncature. Il s’est avéré avantageux au cours de tests qu’un actionneur électromagnétique linéaire avec une portion conique tronquée dimensionnée comme proposé par l’invention permet de maximiser la force au début de la course ce qui est particulièrement adapté à l’application pour une vanne de circulation de fluide dans un véhicule automobile. Selon l’invention, la direction d’extension de la surface interne et la direction d’extension de la surface externe de la portion conique tronquée forment un angle (α) compris entre 5° et 30°. Plus précisément, l’angle α est compris entre 8 et 12°. Selon l’invention, la direction d’extension de la surface interne de la portion conique tronquée est parallèle à l’axe X. Selon l’invention, le corps inferieur comprend une surface d’arrêt axial du piston. De préférence, la surface d’arrêt axial du piston comprend au moins un picot. Selon une caractéristique de l’invention, l’actionneur comprend en outre une carcasse permettant le bouclage du flux magnétique de la bobine entre le corps supérieur et le corps inferieur. Selon l’invention, le piston comprend une tige d’actionnement passant au travers d’une ouverture du corps inferieur. De manière avantageuse, le boîtier comprend une paroi supérieure et un ressort de précontrainte est positionné axialement entre cette paroi supérieure et le piston. L’invention porte également sur une vanne de régulation d’un fluide comprenant un actionneur selon l’une des caractéristiques mentionnées ci-dessus. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture qui suit d’un exemple de réalisation détaillé, en référence aux figures annexées : la représente une vue en coupe d’un actionneur électromagnétique linéaire selon l’invention ; la représente une vue agrandie de la portion conique tronqué de l’actionneur de la ; la représente un courbe caractéristique de la force en fonction de la course de l’électroaimant de l’actionneur selon l’invention la représente une vue en coupe d’une vanne de régulation d’un fluide comprenant un actionneur électromagnétique linéaire selon l’invention. Il est à noter que les figures divulguent l’invention d’une manière suffisamment détaillée pour sa mise en œuvre, lesdites figures aidant à mieux définir l’invention au besoin. L’invention ne devrait cependant pas être limitée au mode de réalisation divulgué dans la description. En référence à la , l’actionneur électromagnétique linéaire 1 comprend un boîtier 2 cylindrique dans lequel sont logés une bobine cylindrique 3, un piston induit 4, un corps supérieur 5 et un corps inferieur 10. Le piston 4 est monté mobile axialement selon un axe X entre une position rétractée R et une position déployée D à l’intérieur de la bobine 3. Un connecteur électrique 30 lié au boitier 2 permet d’alimenter la bobine 3 en énergie électrique. Lorsque la bobine 3 est alimentée, le piston induit 4 qui est partiellement entouré par la bobine 3 est attiré en direction du corps inférieur 10 disposé à l'opposé du corps supérieur 5 et se trouve ainsi en position déployée D. Lorsque la bobine 3 n’est plus alimentée, le piston 4 est repoussé dans sa position rétractée vers une paroi supérieure 20 du boîtier 2 en forme de dôme grâce à un ressort 208 visible sur la . Le ressort de précontrainte 8 est positionné axialement entre cette paroi supérieure 20 et le piston 4. Le corps supérieur 5 guide en translation le piston 4. Le corps inferieur 10, de forme sensiblement tubulaire, participe également au guidage du piston 4, notamment quand celui-ci se dirige vers sa position déployée D. Plus précisément, seule l’extrémité du corps inférieur 10 faisant face au corps supérieur 5 guide le piston 4. Cette partie comprend une portion conique tronqué 11 qui sera discutée en détail en relation avec la . Le corps inferieur 10 comprend une surface 15 d’arrêt axial du piston 4. Cette surface 15 d’arrêt axial du piston 4 comprend au moins un picot 16. L’actionneur 1 comprend en outre une carcasse 6 permettant le bouclage du flux magnétique de la bobine 5 entre le corps supérieur 5 et le corps inferieur 10. Une tige d’actionnement 7 est emmanchée dans le piston 4 et passe au travers d’une ouverture 9 du corps inferieur 10 et d’une ouverture du boitier. La tige 7 est guidée par une bague. Le ressort de précontrainte 8 sert à ce que la tige d’actionnement 7 soit toujours en contact de la tige 206 de soupape visible sur la . La portion conique tronquée 11 est mieux visible sur la et comprend une surface interne 12, une surface externe 14 et une troncature 13. La surface interne 12 est la partie de la portion conique tronquée qui est en contact avec le piston induit 4 et participe au guidage de celui-ci. La surface externe 14 n’est pas en contact avec le piston 4. La hauteur H de la surface interne 12 et la largeur L de la troncature 13 ont un ratio compris entre 2 et 5. Par exemple, dans le mode de réalisation représenté, la hauteur H de la surface interne 12 mesure entre 3 mm et 4 mm, la largeur L de la troncature 13 mesure entre 1,5 mm et 2 mm et l’angle α est compris entre 8° et 12°. Un tel ratio permet de maximiser la force au début de la course ce qui est particulièrement adapté à l’application pour une vanne de circulation de fluide dans un véhicule automobile. La montre la courbe caractéristique de la force en fonction de la course de l’actionneur selon l’invention avec une hauteur H de la surface interne 12 mesurant 3,51 mm, une largeur L de la troncature 13 mesurant 1,70mm et un angle α de 10°. Comme visible sur cette courbe, un pic maximum de force se forme proche de 0 mm de course et un pic minimum de force se forme proche de 2.3 mm de course. La montre un exemple d’application utilisant un actionneur tel que précédemment décrit. Cette figure montre une vanne 200 d’un circuit d’air secondaire d’un véhicule notamment pour le préchauffage d’un catalyseur. Cette vanne 200 comprend un corps 201, de préférence en aluminium, avec un entrée 202 de fluide et une sortie 203. Entre l’entrée 202 et la sortie 203 se trouve une cartouche 204 qui sert de siège à une soupape 205. La cartouche 204 est bridée sur le corps 201. La cartouche 204 est de préférence réalisée avec un matériau thermoplastique. La soupape 205 est actionnée par l’actionneur 1 par l’intermédiaire d’une tige 206 de soupape. Cette tige 206 de soupape coulisse dans la cartouche entre une position fermée et une position ouverte grâce à un palier de guidage 207. Un ressort 208 permet à la soupape 205 de rester en position normalement fermée. La tige 206 de soupape est liée à la tige d’actionnement 7 de l’actionneur 1 ce qui permet de transmettre l’effort d’actionnement de l’actionneur 1 à la soupape 205 afin d’ouvrir la soupape. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits. Dans les revendications, les symboles de référence entre parenthèses ne doivent pas être interprétés comme une limitation de la revendication. Actionneur électromagnétique linéaire (1) comprenant un boîtier (2) cylindrique, une bobine cylindrique (3), un piston induit (4) monté mobile axialement selon un axe X entre une position rétractée (R) et une position déployée (D) à l’intérieur de la bobine (3), un corps supérieur (5) et un corps inferieur (10) séparés axialement par un entrefer, le corps inferieur (10) comprend une portion conique tronqué (11) au regard du corps supérieur (5), ladite portion conique tronquée (11) comprend une surface interne (12), une surface externe (14) et une troncature (13), caractérisé en ce que la hauteur (H) de la surface interne (12) et la largeur (L) de la troncature (13) ont un ratio compris entre 2 et 5. Actionneur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la direction d’extension de la surface interne (12) et la direction d’extension de la surface externe (14) de la portion conique tronquée (11) forment un angle (α) compris entre 5° et 30°. Actionneur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la direction d’extension de la surface interne (12) de la portion conique tronquée (11) est parallèle à l’axe X. Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps inferieur (10) comprend une surface (15) d’arrêt axial du piston (4). Actionneur (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface (15) d’arrêt axial du piston (4) comprend au moins un picot (16). Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une carcasse (6) permettant le bouclage du flux magnétique de la bobine (5) entre le corps supérieur (5) et le corps inferieur (10). Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le piston (4) comprend une tige d’actionnement (7) passant au travers d’une ouverture (9) du corps inferieur (10). Actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (2) comprend une paroi supérieure (21) et en ce qu’un ressort de précontrainte (8) est positionné axialement entre cette paroi supérieure (21) et le piston (4). Vanne (100) de régulation d’un fluide comprenant un actionneur (1) selon l’une des revendications précédentes.