EP1091368B1 - Actionneur électrique notamment pour soupape de moteur de véhicule automobile - Google Patents

Actionneur électrique notamment pour soupape de moteur de véhicule automobile Download PDF

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EP1091368B1 EP00402628A EP00402628A EP1091368B1 EP 1091368 B1 EP1091368 B1 EP 1091368B1 EP 00402628 A EP00402628 A EP 00402628A EP 00402628 A EP00402628 A EP 00402628A EP 1091368 B1 EP1091368 B1 EP 1091368B1
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1638—Armatures not entering the winding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means

Definitions

  • the present invention relates to an electric actuator.
  • the invention relates to an electric actuator with two stable active positions and a rest position, comprising a movable armature connected to a member to be actuated, such as a motor vehicle engine valve.
  • Actuators of this type are already known in the state of the art in which the armature is disposed in the air gap separating a first and a second electromagnet placed opposite each other and is associated with two resilient members disposed on either side of this frame, for biasing the latter in the rest position, the electromagnets being connected to means for feeding them, for, in cooperation with the elastic members, moving and maintaining alternatively this armature in stable active positions against the first and the second electromagnets.
  • the operating principle of such an actuator is based on the use of a harmonic oscillating system controlled by two independent electromagnets.
  • Each engine valve is connected to a frame in equilibrium between two compression springs.
  • an initialization phase which consists, for example, in alternately controlling the electromagnets at the natural frequency of the armature-organ system to be actuated, the armature is glued against one of the electromagnets of the actuator according to whether it is desired to maintain the valve open or closed.
  • the power supply means of the electromagnets are capable of providing large currents, it is also possible to glue the armature against an electromagnet at once without oscillating the system at its natural frequency.
  • Each electromagnet is individually controlled.
  • the wiring of the electromagnets also degrades the reliability of the actuator.
  • the object of the invention is therefore to solve these problems.
  • the subject of the invention is an electric actuator with two stable active positions and a rest position, comprising a movable armature connected to a body to be actuated, such as a motor vehicle engine valve, the armature being disposed in the air gap separating a first and a second electromagnet placed opposite one another and being associated with two elastic members disposed on either side of this armature to urge it in the rest position, the electromagnets being connected to supply means thereof, for, in cooperation with the elastic members, alternately moving and holding this armature in stable active positions against the first and second electromagnets, characterized in that the means for power supply of the electromagnets are formed by a common power source thereof driving their power supply at the same time and that the armature is associated with a heading position transmitter connected to the power supply means of the electromagnets in order to control the power supply thereof.
  • an electric actuator has two stable active positions and a rest position, this actuator being designated by the general reference 1.
  • This actuator comprises in fact a movable armature designated by the general reference 2, which is connected to a body to be actuated such as for example a motor vehicle engine valve, designated by the general reference 3.
  • the armature is then disposed in the air gap separating a first and a second electromagnet, designated by the references 4 and 5 in this figure, placed opposite one another.
  • the armature 2 is also associated with two resilient members designated by the general references 6 and 7 in this figure, and constituted for example by springs arranged on either side of this armature to urge it in the rest position.
  • the electromagnets are connected to electrical supply means thereof designated by the general reference 8, for, in cooperation with the elastic members, alternately move and hold the armature 2 in stable active positions against the first and the second electromagnets.
  • a position sensor designated by the general reference 9 is also associated with this armature, this position sensor being connected to the supply means 8 of the electromagnets to ensure correct control of the power supply thereof, that is to say ie to cut or establish this supply when the ON wants to pass the armature and therefore the valve between their stable positions.
  • the power supply means of the electromagnets are formed by a common power source thereof driving their power supply at the same time, these electromagnets then being connected in parallel or in series at the terminals of the power supply. common 8.
  • this figure shows a series connection of coils 10 and 11 respectively of electromagnets 4 and 5.
  • This structure allows a very significant reduction in the number of electronic power components and a simplification of the wiring used, with a very clear cost and reliability impact.
  • the rest position of the armature 2 is shifted with respect to the plane of equilibrium of the magnetic forces. opposite attraction thereof generated by the electromagnets when they are powered.
  • the elastic members constituted by the springs 6 and 7 may be symmetrical, while the electromagnets 4 and 5, respectively, have an asymmetry so as to generate opposite magnetic forces of asymmetric attraction on the armature. 2 to allow this armature to move to one of the electromagnets when powering them.
  • An embodiment of this asymmetry of the electromagnets consists in using in them, coils 10 and 11 having different numbers of turns.
  • the electromagnets 4,5 may also be symmetrical, while the elastic members constituted by the springs 6 and 7 may have an asymmetry so as to define a rest position of the armature offset from the plane of symmetry of the electromagnets to allow the frame to move towards one of these.
  • the armature is then closer to one of the electromagnets when energizing the coils thereof, which allows its movement towards it.
  • magnetic shielding means may be associated with these electromagnets.
  • the initialization phase of this system then also consists of supplying the electromagnets so as to bring the armature against one of these, or directly if the supply means are capable of supplying large currents for bonding the electromagnet. frame in one go against the corresponding electromagnet, either indirectly by oscillating the system by controlling it at its own frequency.
  • this actuator has a number of advantages over those of the state of the art insofar as the single power supply means of the two electromagnets can be used in combination with wiring means unique to those these means, which reduces the number of components used and simplify the connection of these electromagnets to these power supply means to reduce the cost of this function and increase its reliability.

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Description

  • La présente invention concerne un actionneur électrique.
  • Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un actionneur électrique à deux positions actives stables et une position de repos, comprenant une armature mobile reliée à un organe à actionner, tel qu'une soupape de moteur de véhicule automobile.
  • On connaît déjà dans l'état de la technique, des actionneurs de ce type dans lesquels l'armature est disposée dans l'entrefer séparant un premier et un second électroaimants placés en regard l'un'de l'autre et est associée à deux organes élastiques disposés de part et d'autre de cette armature, pour solliciter celle-ci en position de repos, les électroaimants étant reliés à des moyens d'alimentation de ceux-ci, pour, en coopération avec les organes élastiques, déplacer et maintenir alternativement cette armature dans des positions actives stables contre le premier et le second électroaimants.
  • On pourra par exemple se reporter aux documents EP-A-0 376 716 et EP-A-0 662 697 .
  • On sait en effet que le pilotage électrique des soupapes des moteurs de véhicules automobiles permet de mieux gérer le remplissage de ceux-ci, ce qui se traduit notamment par des économies de carburant.
  • Le principe de fonctionnement d'un tel actionneur est basé sur l'utilisation d'un système oscillant harmonique piloté par deux électroaimants indépendants.
  • Chaque soupape du moteur est reliée à une armature en équilibre entre deux ressorts de compression.
  • Après une phase d'initialisation qui consiste par exemple à commander alternativement les électroaimants à la fréquence propre du système armature-organe à actionner, l'armature est collée contre l'un des électroaimants de l'actionneur selon que l'on souhaite maintenir la soupape ouverte ou fermée.
  • Bien entendu, si les moyens d'alimentation des électroaimants sont capables de fournir des courants importants, il est également possible de coller l'armature contre un électroaimant en une seule fois sans procéder à une mise en oscillation du système à sa fréquence propre.
  • L'énergie nécessaire au déplacement de l'armature et de la soupape est alors stockée dans le ressort en compression qui se détend dès que l'on coupe l'alimentation de l'électroaimant actif.
  • Chaque électroaimant est commandé individuellement.
  • Même si certains regroupements peuvent être trouvés, le nombre de composants électroniques nécessaires aux moyens d'alimentation de ces électroaimants reste très important et non compatible avec les exigences de fiabilité d'une fonction de distribution moteur.
  • Le câblage de raccordement des électroaimants dégrade également la fiabilité de l'actionneur.
  • Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un actionneur électrique à deux positions actives stables et une position de repos, comprenant une armature mobile reliée à un organe à actionner, tel qu'une soupape de moteur de véhicule automobile, l'armature étant disposée dans l'entrefer séparant un premier et un second électroaimants placés en regard l'un de l'autre et étant associée à deux organes élastiques disposés de part et d'autre de cette armature pour solliciter celle-ci en position de repos, les électroaimants étant reliés à des moyens d'alimentation de ceux-ci, pour, en coopération avec les organes élastiques, déplacer et maintenir alternativement cette armature dans des positions actives stables contre le premier et le second électroaimants, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation des électroaimants sont formés par une source d'alimentation commune de ceux-ci pilotant en même temps leur alimentation et en ce que l'armature est associée à un capteur de position raccordé aux moyens d'alimentation des électroaimants afin de piloter l'alimentation de ceux-ci.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé qui représente un schéma synoptique illustrant la structure et le fonctionnement d'un actionneur selon l'invention.
  • On a en effet représenté sur cette figure, un actionneur électrique à deux positions actives stables et une position de repos, cet actionneur étant désigné par la référence générale 1.
  • Cet actionneur comporte en fait une armature mobile désignée par la référence générale 2, qui est reliée à un organe à actionner tel que par exemple une soupape de moteur de véhicule automobile, désignée par la référence générale 3.
  • L'armature est alors disposée dans l'entrefer séparant un premier et un second électroaimants, désignés par les références 4 et 5 sur cette figure, placés en regard l'un de l'autre.
  • L'armature 2 est également associée à deux organes élastiques désignés par les références générales 6 et 7 sur cette figure, et constitués par exemple par des ressorts disposés de part et d'autre de cette armature pour solliciter celle-ci en position de repos.
  • Les électroaimants sont reliés à des moyens d'alimentation électrique de ceux-ci désignés par la référence générale 8, pour, en coopération avec les organes élastiques, déplacer et maintenir alternativement l'armature 2 dans des positions actives stables contre le premier et le second électroaimants.
  • Un capteur de position désigné par la référence générale 9 est également associé à cette armature, ce capteur de position étant relié aux moyens d'alimentation 8 des électroaimants pour assurer un pilotage correct de l'alimentation de ceux-ci, c'est-à-dire couper ou établir cette alimentation lorsque l'oN souhaite faire passer l'armature et donc la soupape entre leurs positions stables.
  • Selon l'invention, les moyens d'alimentation des électroaimants sont formés par une source d'alimentation commune de ceux-ci pilotant en même temps leur alimentation, ces électroaimants étant alors raccordés en parallèle ou en série aux bornes de la source d'alimentation commune 8.
  • On a en effet représenté sur cette figure, un raccordement en série de bobines 10 et 11 respectivement des électroaimants 4 et 5.
  • On conçoit alors que ces électroaimants sont alimentés en même temps et qu'il est possible d'utiliser des moyens communs d'alimentation et de raccordement de ceux-ci.
  • Cette structure permet une diminution très importante du nombre de composants électroniques de puissance et une simplification du câblage utilisé, avec un impact coût et fiabilité très net.
  • De plus, dans l'actionneur selon l'invention, la position de repos de l'armature 2 est décalée par rapport au plan d'équilibre des forces magnétiques opposées d'attraction de celle-ci engendrées par les électroaimants lorsque ceux-ci sont alimentés.
  • C'est ainsi par exemple que les organes élastiques constitués par les ressorts 6 et 7, peuvent être symétriques, tandis que les électroaimants respectivement 4 et 5, présentent une dissymétrie de manière à engendrer des forces magnétiques opposées d'attraction dissymétriques sur l'armature 2 pour permettre à cette armature de se déplacer vers l'un des électroaimants à la mise sous tension de ceux-ci.
  • Un exemple de réalisation de cette dissymétrie des électroaimants consiste à utiliser dans ceux-ci, des bobines 10 et 11 présentant des nombres de spires différents.
  • On conçoit alors que lors de la mise sous tension des bobines, l'armature est attirée vers l'un des électroaimants, les forces d'attraction exercées par cet électroaimant sur l'armature étant plus importantes que celles engendrées par l'autre électroaimant en raison des nombres de spires différents des bobines de ceux-ci.
  • Bien entendu, d'autres modes de réalisation de cette dissymétrie peuvent être envisagés.
  • Ainsi par exemple, les électroaimants 4,5 peuvent également être symétriques, tandis que les organes élastiques constitués par les ressorts 6 et 7 peuvent présenter une dissymétrie de manière à définir une position de repos de l'armature décalée par rapport au plan de symétrie des électroaimants pour permettre à l'armature de se déplacer vers l'un de ceux-ci.
  • L'armature est alors plus proche de l'un des électroaimants lors de la mise sous tension des bobines de ceux-ci, ce qui permet son déplacement vers celui-ci.
  • Bien entendu également, des moyens de blindage magnétique peuvent être associés à ces électroaimants.
  • La phase d'initialisation de ce système consiste alors également à alimenter les électroaimants de manière à amener l'armature contre l'un de ceux-ci, soit directement si les moyens d'alimentation sont capables de fournir des courants importants pour coller l'armature en une seule fois contre l'électroaimant correspondant, soit indirectement par mise en oscillation du système en le commandant à sa fréquence propre.
  • On conçoit alors que cet actionneur présente un certain nombre d'avantages par rapport à ceux de l'état de la technique dans la mesure où les moyens d'alimentation uniques des deux électroaimants peuvent être utilisés en association avec des moyens de câblage uniques de ceux-ci à ces moyens, ce qui permet de réduire le nombre de composants utilisés et de simplifier le raccordement de ces électroaimants à ces moyens d'alimentation afin de réduire le coût de cette fonction et d'en augmenter la fiabilité.

Claims (8)

  1. Actionneur électrique à deux positions actives stables et une position de repos, comprenant une armature mobile (2) reliée à un organe à actionner (3), tel qu'une soupape de moteur de véhicule automobile, l'armature (2) étant disposée dans l'entrefer séparant un premier et un second électroaimants (4,5) placés en regard l'un de l'autre et étant associée à deux organes élastiques (6,7) disposés de part et d'autre de cette armature (2) pour solliciter celle-ci en position de repos, les électroaimants (4,5) étant reliés à des moyens d'alimentation (8) de ceux-ci, pour, en coopération avec les organes élastiques (6,7) déplacer et maintenir alternativement cette armature (2) dans des positions actives stables contre le premier et le second électroaimants (4,5), caractérisé en ce que les moyens d'alimentation des électroaimants sont formés par une source (8) d'alimentation commune de ceux-ci pilotant en même temps leur alimentation et en ce que l'armature (2) est associée à un capteur de position (9) raccordé aux moyens d'alimentation (8) des électroaimants afin de piloter l'alimentation de ceux-ci.
  2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la position de repos de l'armature (2) est décalée par rapport au plan d'équilibre des forces magnétiques opposées d'attraction de celle-ci engendrées par les électroaimants (4,5) lorsque ceux-ci sont alimentés.
  3. Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les organes élastiques (6,7) sont symétriques et en ce que les électroaimants (4,5) présentent une dissymétrie de manière à engendrer des forces magnétiques opposées d'attraction dissymétriques sur l'armature (2) pour permettre à cette armature de se déplacer vers l'un des électroaimants.
  4. Actionneur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les électroaimants (4,5) comportent des bobines (10,11) présentant des nombres de spires différents.
  5. Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les électroaimants (4,5) sont symétriques et en ce que les organes élastiques (6,7) présentent une dissymétrie de manière à définir une position de repos de l'armature décalée par rapport au plan de symétrie des électroaimants pour permettre à l'armature (2) de se déplacer vers l'un des électroaimants.
  6. Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électroaimants (4,5) sont associés à des moyens de blindage magnétique.
  7. Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les électroaimants (4,5) sont raccordés en série aux bornes de la source d'alimentation commune (8).
  8. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les électroaimants (4,5) sont raccordés en parallèle aux bornes de la source d'alimentation commune (8).
EP00402628A 1999-10-04 2000-09-21 Actionneur électrique notamment pour soupape de moteur de véhicule automobile Expired - Lifetime EP1091368B1 (fr)

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