Brevet FR3163202A1 — publié le 20251212

Actionneur (1) comportant des premier (2) et deuxième (3) organes magnétiques espacés l’un de l’autre d’une distance fixe (d’) selon un axe X, le premier organe (2) comportant deux aimants (14) de polarité inversée et le deuxième organe comportant un aimant (17), un des aimants (14) du premier organe (2) interagissant magnétiquement avec l’aimant (17) du deuxième organe (3), le deuxième organe (3) étant mobile en translation selon un axe Y perpendiculaire à l’axe X entre une configuration d’équilibre stable où la force d’attraction entre les organes est maximale et au moins une configuration instable où la force de répulsion entre les organes est maximale, le deuxième organe (3) étant entrainé vers la configuration d’équilibre stable sous l’effet d’une force externe (F) appliquée et pour déclencher une action lorsque le deuxième organe (3) atteint la configuration d’équilibre stable après avoir passé la configuration instable. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Actionneur à déclenchement sécurisé La présente invention concerne la sécurisation du déclenchement d’un actionneur. Des actionneurs sont connus qui déclenchent une action lorsqu’ils sont soumis à l’action d’une force externe, qui peut être d’origine mécanique, thermique ou électromagnétique. Un obturateur de flux, une soupape ou un interrupteur de circuit électrique peuvent être des exemples de tels actionneurs. Toutefois, ces actionneurs ne présentent généralement pas une action motrice lorsque la force externe qui leur est appliquée excède la valeur seuil de déclenchement de l’action. Autrement dit, ils ne permettent pas de garantir que l’action qu’ils doivent effectuer l’a bien été. Il existe donc un besoin pour surmonter cet inconvénient. L’invention concerne un actionneur comportant des premier et deuxième organes magnétiques espacés l’un de l’autre d’une distance fixe selon un axe X, le premier organe magnétique comportant au moins deux aimants permanents de polarité inversée le long de l’axe X et le deuxième organe magnétique comportant au moins un aimant permanent, au moins un des aimants du premier organe magnétique interagissant magnétiquement avec l’aimant du deuxième organe magnétique dans au moins une configuration de l’actionneur, le deuxième organe magnétique étant mobile en translation par rapport au premier organe magnétique selon un axe de translation Y perpendiculaire à l’axe X entre au moins une configuration d’équilibre stable où la force d’attraction magnétique entre les premier et deuxième organes magnétiques est maximale et au moins une configuration instable où la force de répulsion magnétique entre les premier et deuxièmes organes magnétiques est maximale, l’actionneur étant configuré pour que le deuxième organe magnétique soit entrainé en translation le long de l’axe de translation Y vers la configuration d’équilibre stable sous l’effet d’une force externe appliquée sur l’actionneur et pour déclencher une action lorsque le deuxième organe magnétique atteint la configuration d’équilibre stable après avoir passé la configuration instable dans son mouvement. Elle concerne aussi un procédé de déclenchement d’une action, comportant : - l’application d’une force externe sur l’actionneur selon l’invention pour entrainer le deuxième organe magnétique en translation le long de l’axe Y par rapport au premier organe magnétique et transmettre, l’intensité de la force externe étant suffisante pour que le deuxième organe magnétique atteigne la configuration d’équilibre stable après avoir passé la configuration instable dans son mouvement, et - le déclenchement d’une action lorsque le deuxième organe magnétique est dans la configuration d’équilibre stable. Lorsqu’un effort externe est appliqué sur l’actionneur, par exemple sous l’effet d’une accélération ou d’un choc, le deuxième organe magnétique est déplacé vers la configuration d’équilibre stable. Il est alors soumis à une force de répulsion qui croit au fur et à mesure qu’il se rapproche selon l’axe Y de l’aimant du premier organe magnétique de même polarité. Si l’énergie qui lui a été transmise par l’application de l’effort externe n’est pas suffisante pour atteindre la configuration instable, le deuxième organe magnétique retourne vers sa position d’origine. On assure ainsi que l’action ne peut être appliquée qu’une fois que la configuration instable est atteinte. En outre, lorsque l’énergie transmise par l’application de l’effort externe est suffisante, l’aimant du deuxième organe magnétique entre alors en interaction avec l’aimant du premier organe magnétique de polarité opposée. Le deuxième organe est alors déplacé, sous l’effet moteur de l’attraction des aimants de polarité opposée jusqu’à la configuration d’équilibre stable. On assure ainsi en outre que l’action à effectuer est bien effectuée. Avantageusement, l’actionneur selon l’invention combine en un seul dispositif des fonctions de détection d’un phénomène physique et de la réalisation d’une action se déclenchant après la détection du dit phénomène. La distance constante selon l’axe X, entre les aimants du premier organe magnétique et les aimants du deuxième organe magnétique, fixe de manière prédéterminée la force de répulsion maximale, qui est proportionnelle à ladite distance. Comme cela apparaîtra plus en détail par la suite, en imposant une faible distance entre le premier organe magnétique et le deuxième organe magnétique, un faible mouvement du deuxième organe magnétique selon l’axe Y permet à l’actionneur d’emmagasiner une quantité élevée d’énergie magnétique, et ainsi d’imposer une force élevée pour que le deuxième organe magnétique puisse dépasser la configuration instable pour atteindre la configuration d’équilibre stable. Deux aimants de « polarité inversée » selon l’axe X sont tels qu’en parcourant ledit axe X dans un sens, l’un des aimants présente d’abord un pôle sud puis un pôle nord tandis que l’autre des aimants présente d’abord un pôle nord puis un pôle sud. De préférence, le premier organe magnétique comporte deux aimants de même polarité selon l’axe X et un aimant de polarité inversée selon l’axe X qui est disposé entre les deux aimants de même polarité. Ainsi, le deuxième organe magnétique peut être disposé dans une configuration initiale stable dans laquelle il peut être soumis à l’action de la force externe. Avantageusement, cela sécurise l’actionneur, le deuxième organe magnétique étant stabilisé dans la configuration initiale par la présence de l’aimant additionnel de même polarité. De préférence, dans la configuration d’équilibre stable, l’aimant du deuxième organe magnétique fait face selon l’axe X à l’un des aimants du premier organe magnétique de polarité opposée. L’un des aimants du premier organe magnétique est alors disposé en opposition de pôle avec l’aimant du deuxième organe magnétique. Les dits aimants s’attirent alors mutuellement. Ainsi, le premier organe magnétique et le deuxième organe magnétique tendent à revenir vers la configuration d’équilibre stable lorsqu’ils en sont déplacés relativement l’un par rapport à l’autre vers la configuration instable. Ainsi une fois que l’action est réalisée, on assure que la liberté de mouvement du deuxième organe magnétique soit réduite. De préférence dans la configuration d’équilibre stable, l’aimant du deuxième organe magnétique est, de préférence intégralement, superposé à l’un des aimants du premier organe magnétique de polarité opposée dans la configuration d’équilibre stable, et vice versa . Dans la configuration instable, notamment lorsque le mouvement relatif du premier organe magnétique et du deuxième organe magnétique n’est pas contraint, les premier et deuxième organes magnétiques sont immobiles l’un par rapport à l’autre. Cependant, tout déplacement relatif infinitésimal du premier organe magnétique et du deuxième organe magnétique l’un par rapport à l’autre entraîne alors une libération de l’énergie magnétique stockée sous forme d’énergie mécanique par mise en mouvement des premier et deuxième organes magnétiques l’un par rapport à l’autre. De préférence, dans la configuration instable, l’aimant du deuxième organe magnétique fait face selon l’axe X, de préférence est superposé intégralement, à l’un des aimants du premier organe magnétique de même polarité. Le premier organe magnétique et le deuxième organe magnétique sont de préférences identiques. Cela simplifie la conception de l’actionneur. De préférence, les faces en regard des aimants du premier organe magnétique et l’aimant du deuxième organe magnétique sont de forme et d’aire identiques. De préférence, les aimants du premier organe magnétique et l’aimant du deuxième organe magnétique présentent une longueur identique mesurée selon l’axe Y de translation. Le premier organe magnétique et/ou le deuxième organe magnétique comportent de préférence un support portant les aimants, le support étant diamagnétique, par exemple en cuivre ou en laiton, ou paramagnétique, par exemple en un alliage d’aluminium ou de tungstène. Le support est de préférence en un matériau présentant une susceptibilité magnétique qui, en valeur absolue, est inférieure à 10 - 5 , afin de perturber le moins possible les interactions magnétiques entre les aimants du premier organe magnétique et l’aimant du deuxième organe magnétique. Le support peut comporter au moins un logement recevant chacun au moins un des aimants. En variante, les aimants peuvent recouvrir une face du support. Selon encore une autre variante, des aimants peuvent être disposés dans des logements et d’autres aimants peuvent recouvrir une face du support. De préférence, le support comporte autant de logements que d’aimants, chaque aimant étant disposé dans un des logements correspondants. Les aimants du premier organe magnétique et l’aimant du deuxième organe magnétique sont des aimants permanents. Les aimants du premier organe magnétique et l’aimant du deuxième organe magnétique peuvent être des aimants au néodyme, notamment en un matériau de formule Nd 2 Fe 14 B, dont le grade peut être fixé en fonction de la force de répulsion maximale souhaitée. Les aimants du premier organe magnétique et l’aimant du deuxième organe magnétique sont de préférence identiques. Par exemple, ils présentent une forme d’une plaque. Lorsqu’observés selon l’axe X, au moins 50 % de la surface du premier organe magnétique et/ou au moins 50 % de la surface du deuxième organe magnétique peuvent être recouvertes par les aimants. De préférence, l’actionneur comporte un premier mécanisme magnétique comportant plusieurs premiers organes magnétiques, notamment rigidement reliés entre eux, le deuxième organe magnétique étant disposé entre les premiers mécanismes magnétiques. L’actionneur peut en outre comporter un deuxième mécanisme magnétique comportant plusieurs deuxièmes organes magnétiques, notamment rigidement reliés entre eux, le premier mécanisme magnétique et le deuxième mécanisme magnétique étant interdigités. De préférence, le support du deuxième organe magnétique comporte au moins un logement qui traverse de part en part ledit support selon l’axe X, l’aimant étant disposé dans le logement ayant un pôle nord interagissant avec au moins un des aimants d’un premier organe magnétique qui fait face audit aimant et le pôle nord dudit aimant interagissant avec au moins un des aimants d’un autre premier organe magnétique qui lui fait face selon l’axe X. De cette façon, l’aimant du deuxième organe magnétique interagit avec les premiers organes magnétiques adjacents qu’il sépare selon l’axe X. L’actionneur est ainsi particulièrement compact. La force externe peut être une force inertielle, une force résultant d’une pression d’un gaz, notamment une dépression ou une surpression. L’action à effectuer peut être choisie parmi : - l’ouverture ou la fermeture d’un circuit électrique, - l’ouverture ou la fermeture d’un circuit de circulation fluidique, - le verrouillage ou le déverrouillage d’un mécanisme cinématique. L’action à effectuer peut être toute action nécessitant une force et/ou un déplacement. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée et des exemples qui vont suivre, présentés à titre illustratif et non limitatif et du dessin annexé, dans lequel : FIG. 1 est une vue en perspective d’un exemple d’actionneur selon l’invention ; FIG. 2 est une vue éclatée de l’exemple d’actionneur ; FIG. 3 est une vue en perspective et en coupe longitudinale de l’exemple d’actionneur dans une configuration initiale stable ; FIG. 4 est une vue en perspective et en coupe longitudinale de l’exemple d’actionneur dans une configuration instable ; FIG. 5 illustre schématiquement le fonctionnement de l’exemple d’actionneur ; Dans les figures, les dimensions et les échelles des différents éléments constitutifs de l’actionneur selon l’invention n’ont pas toujours été nécessairement respectées, par souci de clarté du dessin. Des éléments n’ont en outre pas nécessairement été représentés en contact les uns des autres alors qu’ils le sont en pratique. On a représenté sur les figures 1 à 5 un exemple d'actionneur 1 selon l'invention. L’actionneur 1 s’étend selon un axe Y et présente une forme générale cylindrique de révolution. Il comporte un premier organe magnétique 2 et un deuxième organe magnétique 3 mobile en translation selon l’axe Y par rapport au premier organe magnétique. Le premier organe magnétique 2 comporte un support 4 présentant une forme générale de cylindre de révolution d’axe Y, et trois étages supérieur 5a, intermédiaire 5b et inférieur 5c d’aimants permanents. Le support 4 comporte une rainure 6 rectiligne qui s’étend le long de l’axe Y et le traverse de part en part diamétralement, depuis une paroi de fond 7 jusqu’à une ouverture longitudinale 8 sur une face longitudinale 9 opposée à la paroi de fond. Il comporte par ailleurs deux méplats 10 s’étendant le long de l’axe Y depuis la paroi de fond 7 jusqu’à la face longitudinale 9. Les méplats 10 et la rainure 6 délimitent deux parois latérales 11, 12 qui s’étendent chacune parallèlement à l’axe Y et qui sont espacées l’une de l’autre d’une distance d constante par la rainure 6. Chaque paroi latérale 11, 12 est creuse et pourvue de trois évidements 13 de forme parallélépipédique en étage. Un aimant permanent 14 est logé à chaque étage dans un évidement 13. Dans une variante non illustrée, seulement une des parois latérales 11, 12 peut porter les aimants. Les évidements 13 peuvent être de forme et de taille identiques. Ils sont alignés selon l’axe Y et sont de préférence espacés deux à deux d’une distance constante. Les évidements sont séparés de la rainure 6 par une cloison 15 dont l’épaisseur e est constante le long de l’axe Y. Au sein de chaque paroi latérale 11,12, les aimants sont disposés le long de l’axe Y avec des polarités inversées selon un axe X perpendiculaire à l’axe Y et à la face latérale interne de la paroi. Ainsi, comme cela est illustré de manière schématique sur la FIG. 5 , dans chaque paroi 11,12, l’aimant disposé dans l’évidement central à l’étage 5b présente des pôles orientés dans une première direction selon l’axe X et les aimants disposés dans les évidements aux étages inférieur 5c et supérieur 5a présentent des pôles orientés dans une deuxième direction selon l’axe X. Autrement dit, en parcourant l’axe Y à partir de la paroi de fond 7 vers l’ouverture 8, en désignant par aimants « NS » et « SN » des aimants dont les pôles sont orientés du nord vers le sud et du sud vers le nord respectivement en parcourant l’axe X, on rencontre successivement dans chaque paroi latérale un empilement formé un aimant « NS », un aimant « SN » et un aimant « NS ». Le deuxième organe magnétique 3 est conformé pour coulisser dans la rainure 6 le long de l’axe Y. En particulier, il comporte un support 16 et un aimant 17 logé dans le support. Le support 16 du deuxième organe magnétique 3 présente une forme de cylindre de révolution ayant le même diamètre que le premier organe magnétique, dans lequel deux évidements latéraux 18 symétriques sont formés. Ces évidements latéraux 18 sont symétriques l’un de l’autre par rapport à un plan longitudinal qui contient l’axe Y. Ils s’étendent chacun sur toute la hauteur du deuxième organe magnétique 3 entre les deux faces longitudinales 19, 20 opposées de ce dernier. Les deux évidements latéraux 18 présentent chacun une largeur l’ qui est égale à la largeur de la rainure 6 et délimitent une paroi centrale 21 dont l’épaisseur e’ est égale à l’épaisseur d de la rainure. L’épaisseur e’ et la largeur d sont respectivement mesurées transversalement à l’axe Y. Les évidements latéraux 18 sont disposés de part et d’autre de la paroi centrale 21 et séparent chacun deux blocs latéraux 22. Les blocs latéraux présentent des faces intérieures en regard du côté de chaque évidement qui sont espacées d’une distance égale à l’épaisseur d’une paroi latérale du premier organe magnétique. De cette façon, les blocs latéraux 22 sont guidés par les méplats 10 et la paroi centrale 21 par la rainure de telle sorte que le deuxième organe magnétique 3 est mobile seulement en translation le long de l’axe Y par rapport au premier organe magnétique 2. La paroi centrale comporte en outre une fente 23 d’axe Y et de section transverse rectangulaire, dans laquelle un aimant permanent « NS » est disposé. Elle comporte en outre deux cloisons 24 qui chacune définissent une face extérieure de la paroi et à l’opposé selon l’axe X, une face de la fente. Au moins une des cloisons peut comporter un trou 25 la traversant dans l’épaisseur, afin de s’assurer du positionnement correct de l’aimant du deuxième organe magnétique. Les cloisons 24 de la paroi centrale et les cloisons 15 des parois latérales étant d’épaisseur constante, la distance d’, mesurée selon l’axe X, entre un aimant du premier organe magnétique 2 et un aimant du deuxième organe magnétique 3, est aussi constante. Par ailleurs, l’actionneur comporte un couvercle 26, fixé rigidement sur le support du premier organe magnétique qui est superposé à l’ouverture longitudinale dudit support. Ainsi, le couvercle et la paroi de fond du support du premier organe magnétique définissent des butées entre lesquelles le deuxième organe magnétique est mobile selon l’axe Y. La FIG. 5 illustre différentes configurations du premier exemple d’actionneur. Selon une configuration initiale stable, illustrée sur la FIG. 5 a), l’aimant 17 du deuxième organe magnétique 3 est disposé en position supérieure selon l’axe Y. Il a ses pôles nord et sud qui sont en regard des pôles sud et nord respectivement des aimants 13 de l’étage supérieur 5a du premier organe magnétique 2. Dans cette configuration, les aimants 13 des étages supérieurs 5a du premier organe magnétique et l’aimant du deuxième organe magnétique s’attirent mutuellement, étant de polarité inversée. Lorsque le deuxième organe magnétique est déplacé le long de l’axe Y sous l’effet d’une force externe F vers l’étage intermédiaire 5b d’aimants 13 du premier organe magnétique 2, les pôles nord et sud de l’aimant 17 du deuxième organe magnétique 3 sont alors progressivement disposés en regard des pôles nord et sud des aimants 14 de l’étage intermédiaire du premier organe magnétique 2, comme illustré sur la FIG. 5 b). Les pôles de l’aimant 17 du deuxième étage magnétique 3 viennent alors progressivement en regard des pôles de même polarité de l’aimant 14 du premier organe magnétique 2, ce qui augmente la répulsion entre les premier 2 et deuxième 3 organes magnétiques, jusqu’à une configuration instable illustrée sur la FIG. 5 c) où l’aimant 17 du deuxième organe magnétique 3 est intégralement superposé aux aimants 14 de l’étage intermédiaire 5b du premier organe magnétique 2 selon l’axe X. Ainsi lorsque l’énergie apportée par l’application de la force externe F exercée sur le deuxième organe magnétique 3 a été suffisante pour amener ce dernier dans la configuration intermédiaire entre les étages intermédiaire 5b et supérieur 5a du premier organe magnétique 1 illustrée sur la FIG. 5 b) mais insuffisante pour l’amener dans la configuration instable illustrée sur la FIG. 5 c), l‘attraction entre les aimants 14 et 17 de l’étage supérieur 5a du premier organe magnétique 2 et du deuxième organe magnétique 3 et la répulsion entre les aimants de l’étage intermédiaire 5b du premier organe magnétique 2 et du deuxième organe magnétique 3 agissent comme une force de rappel qui ramène le deuxième organe magnétique 3 dans la configuration initiale stable illustrée sur la FIG. 5 a), comme cela est illustré sur la FIG. 5 d). L’énergie apportée par l’application de la force externe est alors insuffisante pour qu’une action soit déclenchée par l’actionneur. Si l’énergie apportée par l’application de ladite force externe F a amené le deuxième organe magnétique dans la configuration instable illustrée sur la FIG. 5 c) avec une vitesse non nulle, une action peut alors être déclenchée par l’actionneur. Le deuxième organe magnétique poursuit alors sa course selon l’axe Y vers la face inférieure 7 comme illustré sur la FIG. 5 e). La force de répulsion entre le deuxième organe magnétique 3 et l’aimant 14 de l’étage intermédiaire 5b du premier organe magnétique 2 diminue avec l’augmentation de la distance entre l’aimant 17 du deuxième organe magnétique 3 et l’aimant 14 de l’étage intermédiaire 5b du premier organe magnétique 2. Par ailleurs, l’aimant 17 du deuxième organe magnétique 3 entre en interaction magnétique avec les aimants 14 de l’étage inférieur 5c du premier organe magnétique 2 qui lui sont en opposition de polarité. L‘attraction entre les aimants 14 de l’étage inférieur 5c du premier organe magnétique 2 et l’aimant 17 du deuxième organe magnétique 3 et la répulsion entre les aimants de l’étage intermédiaire 5b du premier organe magnétique et l’aimant 17 du deuxième organe magnétique agissent 3 comme une force de rappel qui entraîne, comme illustré sur la FIG. 5 e), le deuxième organe magnétique 3 dans la configuration d’équilibre stable illustrée sur la FIG. 5 f). On assure ainsi que l’action à effectuer peut être réalisée. Par exemple, dans la configuration d’équilibre stable, l’action à effectuer peut être réalisée par la mise en contact de la face inférieure 25 du deuxième organe magnétique avec la face interne 7, cette mise en contact pouvant fermer un circuit électrique. Le deuxième organe magnétique ne peut se déplacer librement à partir de la configuration d’équilibre. L’actionneur permet de cette façon d’assurer la sécurisation de l’action ainsi réalisée. Actionneur (1) comportant des premier (2) et deuxième (3) organes magnétiques espacés l’un de l’autre d’une distance fixe (d’) selon un axe X, le premier organe magnétique (2) comportant au moins deux aimants (14) permanents de polarité inversée le long de l’axe X et le deuxième organe magnétique comportant au moins un aimant (17) permanent, au moins un des aimants (14) du premier organe magnétique (2) interagissant magnétiquement avec l’aimant (17) du deuxième organe magnétique (3) dans au moins une configuration de l’actionneur, le deuxième organe magnétique (3) étant mobile en translation par rapport au premier organe magnétique (2) selon un axe de translation Y perpendiculaire à l’axe X entre au moins une configuration d’équilibre stable où la force d’attraction magnétique entre les premier et deuxième organes magnétiques est maximale et au moins une configuration instable où la force de répulsion magnétique entre les premier et deuxième organes magnétiques est maximale, l’actionneur étant configuré pour que le deuxième organe magnétique (3) soit entrainé en translation le long de l’axe de translation Y vers la configuration d’équilibre stable sous l’effet d’une force externe (F) appliquée sur l’actionneur et pour déclencher une action lorsque le deuxième organe magnétique (3) atteint la configuration d’équilibre stable après avoir passé la configuration instable dans son mouvement. Actionneur selon la revendication 1, les premier (2) et deuxième (3) organes magnétiques étant identiques. Actionneur selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, les faces en regard des aimants du premier organe magnétique et de l’aimant du deuxième organe magnétique étant de forme et d’aire identiques. Actionneur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le premier organe magnétique (2) comportant deux aimants de même polarité selon l’axe X et un aimant de polarité inversée selon l’axe X qui est disposé entre les deux aimants de même polarité. Actionneur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans la configuration d’équilibre stable, l’aimant du deuxième organe magnétique faisant face selon l’axe X à l’un des aimants du premier organe magnétique de polarité opposée. Actionneur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le premier organe magnétique et le deuxième organe magnétique étant immobiles l’un par rapport à l’autre. Actionneur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le premier organe magnétique (2) et/ou le deuxième organe magnétique (3) comportant un support (4,16) portant les aimants (14,17), le support étant diamagnétique, par exemple en cuivre ou en laiton, ou paramagnétique, par exemple en un alliage d’aluminium ou de tungstène. Procédé de déclenchement d’une action, comportant : - l’application d’une force externe sur l’actionneur selon l’une quelconque des revendications précédentes pour entrainer le deuxième organe magnétique en translation le long de l’axe Y par rapport au premier organe magnétique et transmettre, l’intensité de la force externe étant suffisante pour que le deuxième organe magnétique atteigne la configuration d’équilibre stable après avoir passé la configuration instable dans son mouvement, et - le déclenchement d’une action lorsque le deuxième organe magnétique est dans la configuration d’équilibre stable. Procédé selon la revendication précédente, l’action à effectuer étant choisie parmi : - l’ouverture ou la fermeture d’un circuit électrique, - l’ouverture ou la fermeture d’un circuit de circulation fluidique, et - le verrouillage ou le déverrouillage d’un mécanisme cinématique.