EP1122748B1 - Dispositif pour contrôler et réduire la vitesse d'impact d'un actionneur électromécanique - Google Patents

Dispositif pour contrôler et réduire la vitesse d'impact d'un actionneur électromécanique Download PDF

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EP1122748B1
EP1122748B1 EP01400272A EP01400272A EP1122748B1 EP 1122748 B1 EP1122748 B1 EP 1122748B1 EP 01400272 A EP01400272 A EP 01400272A EP 01400272 A EP01400272 A EP 01400272A EP 1122748 B1 EP1122748 B1 EP 1122748B1
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EP
European Patent Office
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coil
plate
stop
electromagnet
armature
Prior art date
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EP01400272A
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German (de)
English (en)
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EP1122748A1 (fr
Inventor
Eric Morin
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/088Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures provided with means for absorbing shocks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F01L9/21Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids
    • F01L2009/2151Damping means

Definitions

  • the present invention relates to a device for controlling and reducing the impact speed of an electromechanical actuator against stop stops of the member controlled by it and more particularly applies, although not exclusively, to the control of the valves of an internal combustion engine.
  • valves of a vehicle engine by means of a mechanical assembly of the type usually referred to as a camshaft, the rotation of which controls the movement of these valves to cause their relative displacement vis-à-vis their seat, opening or closing, to achieve the admission and / or escape of the combustion products in the cylinders of the engine.
  • this assembly comprises, associated with the valve stem, two windings electromagnetic neighbors but separated by an air gap whose distance is substantially equal to the stroke of the valve head, the rod being secured to a transverse plate of magnetic material, housed in the air gap between the two windings, so that, according to the direction of the current which crosses alternatively these, this plate is attracted by one or the other, so that the valve passes from its open position to that of its closure, the swash plate of part and of other of a position of intermediate equilibrium.
  • the valve stem is associated with springs respectively working and simultaneously in compression and extension or vice versa as appropriate, particularly in the direction of movement of the valve stem towards one or the other of the two windings, on opening or closing, the effect of these springs adding to that of the electromagnetic attraction force exerted on the transverse plate, created alternately by the windings.
  • the reference 1 designates a rod illustrated in a vertical position which comprises at its lower end a valve head 2 and at its opposite end a bearing surface 3 for a spring 4 mounted between this seat and a fixed stop 5.
  • the rod 1 comprises on the side of the valve head 2 another bearing surface 6 for a second spring 7, mounted between this range and a fixed guide 8 having a through bore 9 in which slides, in a reciprocating motion, the corresponding end of the rod 1.
  • This rod is also equipped, between the bearing surfaces 3 and 6 of the springs 4 and 7, with a transverse plate 10 which, if the rod is vertical, extends horizontally, this plate being mounted in a gap 11 arranged between two electromagnets, respectively 12 and 13, each of these electromagnets comprising a yoke 14 of magnetic material and an electric winding 15, so that the passage of a current in the windings of the two electromagnets causes on the plate 10 an effect of attraction by one of these electromagnets and repulsion by the other, the valve head 2 thus oscillating between two positions where the plate is in contact with one or the other of the electromagnets.
  • the Figure 1a illustrates the equilibrium position of the assembly thus envisaged, in which the plate 10 is substantially in the middle of the gap 11 between the two electromagnets 12 and 13, the Figure 1b representing the position where this plate has moved to be in contact with the electromagnet 12 and the Figure 1c the one where, conversely, the plate is applied against the electromagnet 13.
  • the springs 4 and 7 are respectively contracted or stretched, or conversely, the two positions reached by the valve head, represented on the Figures 1b and 1c , corresponding for the first to that where the valve is supposed to be closed by applying to a seat (not shown) and for the second to that where the valve is open.
  • the electromagnet 13 is then energized to generate a force to compensate for friction and bring the plate 10 into its final position, valve 2 open.
  • the plate is accelerated at the end of the stroke, its speed at the time of the final impact on the electromagnet when the valve opens or closes being relatively high, of the order of 1 m / sec. This results in a not inconsiderable noise during engine operation.
  • a first possibility is to soundproof the mechanical environment of the actuator to reduce the transmission of noise to the outside of the engine hood, this solution does not act on the cause of the problem, while weighing down the vehicle.
  • a different solution in principle is to reduce the effort created by each of the electromagnets, in particular to adjust this effort to the value just needed to produce a reduction of the plateau acceleration at the end of the race.
  • This solution is illustrated in particular in the documents of DE-A-19623698 , DE-C-19735375 , US Patent 5769043 and EP-B-0662697 .
  • a last solution is to increase the resistance resisting the movement of the plateau at the end of its movements towards one or the other of the two electromagnets, in order to decrease its acceleration and to reduce the speed of impact of this plate.
  • complementary electromagnetic coils can be used to create a resisting force acting in the opposite direction to that which causes the attraction of the plate.
  • This solution is complex and expensive because it requires additional windings, creating congestion problems for the actuator and an increase in the power consumption for the vehicle (see for example DE-U-29615396 , US Patent 5730091 or WO-A-9810175 ).
  • the present invention relates to a device for controlling and limiting the end-of-stroke impact velocity of an actuator of the aforementioned type, which is similar to the last solutions mentioned above, allowing an increase in the resisting force exerted on the plate carried by the stem of the valve in the application more especially considered, this increased effort being created during only a portion of the movement of the actuator, in order to reduce its speed just before the moment it reaches one or the other of its final positions, when opening or closing the head of the valve.
  • the DE-A-19646937 illustrates a similar device in which the swash plate carried by the valve stem comprises abutments of an elastomeric material, mounted such that these stops are partially projecting out of the apparent contour of the plate, in the direction respectively of one and the other of the two electromagnets and in particular of the rigid yoke of these last ones.
  • these field lines have only a narrow passage at the stops, in the section of the plate which separates the two opposite grooves receiving these stops in one and the other of the faces thereof. Therefore, to maintain good performance, it is necessary to use a larger current through the coil of each of the two electromagnets or to oversize these coils, which is penalizing.
  • the present invention relates to an improvement made to the production of resilient stops for damping the impact of the end-of-travel tray on the yokes of the two electromagnets, which eliminates the last aforementioned drawbacks.
  • the device for controlling and reducing the impact speed of an actuator comprising a control rod subjected to a displacement back and forth along its axis, this rod being secured to a transverse plate having two opposed faces extending substantially perpendicularly to the rod and moving in a gap delimited by at least one electromagnet alternately attracting the plate in combination with a force created by opposing springs acting on the rod, the plate moving oscillatingly from of a position of intermediate equilibrium between two final positions in which it comes into contact with an electromagnet, is characterized in that, at least one of the electromagnets comprises, facing the transverse plate integral with the rod, at least one elastic stop attached to the electromagnet and against which the plate comes into contact at the end of the race to slow it in its movement.
  • the solution thus proposed thus involves one and preferably two elastic stops, that is to say one for each direction of movement of the valve, which are here directly associated, not to the transverse plate itself - which avoids any particular machining thereof for the mounting of the stops - but actuator electromagnets actuator, these abutments, because of their crushing, being arranged to increase the resisting force which opposes the movements of the transverse plate carried by the rod in order to reduce the speed of this plate end of stroke when approaching one or other of its final positions, the opening or closing of the valve.
  • each electromagnet comprises a metal yoke comprising an axial central armature on which is mounted the winding of an electric coil whose turns extend in a plane perpendicular to the armature, the stop being made integral with the coil in the face thereof which is opposite the transverse plate.
  • the yoke of each electromagnet has, in cross section, the shape of a "m", the median leg of which constitutes the central armature, the coil mounted around this armature being surrounded externally by an external carcass parallel to the armature.
  • the elastic stop has a height such that, before contact with the plateau transversely, it slightly exceeds the support plane thereof, a distance that sizing the resisting force slowing the speed of the plateau at the end of the race.
  • the elastic stop is made in the form of one or more continuous strips of an elastomeric material.
  • the stop is formed of a plurality of separate pads, preferably regularly distributed over the surface of the coil around the central frame.
  • the separated pads may have a cylindrical profile, in regular hyperboloid or truncated cone in their anchoring zones on the electrical coil, extended by a cylindrical portion projecting externally.
  • Other particular forms for the elastic stops could likewise be envisaged without departing from the scope of the present invention.
  • the elastic stop is made of an elastomeric material, of the natural rubber or silicone type, suitable for generating under the progressive crushing force thereof due to the displacement of the transverse plate at the end of the stroke, a resistant force , partly proportional to the position and partly proportional to the speed of the plate, the latter component automatically disappearing in the final position of the plate when it applies and "sticks" on the yoke of the electromagnet.
  • the coil of each electromagnet comprises an electrical winding embedded in an insulating resin, the stop being anchored and bonded to the coil via this resin.
  • the electrical coils 15 of these electromagnets are associated with resilient stops 16 fixed against these coils in their faces which face the plate 10 oscillating in the gap 11, these stops being dimensioned so as to partially crush when the plateau, in the terminal phase its stroke, approaches the cylinder head 14 of one or the other of the two electromagnets 12 or 13 as the case, providing a resistant force which gradually reduces the impact speed.
  • the Figure 3 illustrates one of the preceding electromagnets, in this case the electromagnet 12, in the corresponding position where the elastic stop 16 is partially crushed by the plate 10 when it "sticks" on the yoke 14.
  • each electromagnet is preferably constituted by a central armature 17, surrounded by an outer casing 18, these two elements preferably made of laminated sheets, as is customary in a conventional electromagnet, being interconnected by one another.
  • flat end armature 19 the cylinder head thus having a general profile in "m”.
  • the yoke 14 has the general shape of a rectangular parallelepiped extending perpendicular to the plane of the Figure 2 or 3 . More specifically, the central frame 17 has the shape of a flat plate whose "slice" is seen on the Figures 2 and 3 and the carcass 18 is formed of two flat plates 18a and 18b parallel to the central armature 17.
  • the electric coil 15 of the electromagnet is cylindrical, housed between the central armature 17 and the peripheral casing 18, its turns extending substantially horizontally, parallel to the transverse plate 10.
  • the elastic abutment 16 is attached and fixed against the upper face 20 of the coil 15, which is arranged slightly recessed relative to the upper ends of the central armature 17 and the outer carcass 18, against which the plate 10 is applied. as illustrated on the Figure 3 .
  • the abutment 16 is composed of two parallel strips 16a and 16b extending perpendicularly to the plane of the Figures 2 and 3 .
  • the elastic stop 16 at rest that is to say when the plate 10 does not produce a crushing force on it, slightly exceeds the apparent contour of the electromagnet, a distance determined by construction to size the resistant force created by this stop, to brake the transverse plate at the end of the race.
  • the elastic abutment 16 is made of an elastomer material of the rubber, natural or synthetic type, preferably of silicone rubber, enabling it to withstand the ambient conditions in which the actuator operates, in particular of temperature and atmosphere. surrounding.
  • the stop may be in the form of one or more continuous strips, or may consist of separate pads, preferably regularly distributed on either side of the frame.
  • the cross section of the abutment can be substantially square as shown on the Figures 2 and 3 , or to present a more complex form as illustrated on the Figures 4a to 4c , with a part or anchor 16c allowing its immobilization vis-à-vis the coil 15 and a free portion 16d protruding outwards, against which the plate 10 is applied by partially crushing.
  • the abutment 16 may have a profile substantially in the form of a hyperboloid ( Figure 4a ) or with a cone-shaped anchoring heel 16c, extended by a part outer surface 16d cylindrical ( Figures 4b and 4c ).
  • the turns of the electrical winding of the coil 15 are naturally insulated and preferably embedded in a resin, which can also allow immobilization of the stop 16 in the face 20 of this coil, the resin can be cast before or after the stop is put in place, the surface state of the face 20 being previously prepared to promote the bonding of the abutment, this operation being all the easier to implement as this abutment undergoes no lateral force in operation .
  • the resistive force due to the stop is of viscoelastic type, so is partly proportional to the crushing and partly to the speed of the plate, so that the latter component is canceled when it reaches its final position when it is glued to the metal cylinder head of the electromagnet.

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Description

  • La présente invention est relative à un dispositif permettant de contrôler et de réduire la vitesse d'impact d'un actionneur électromécanique contre des butées d'arrêt de l'organe commandé par celui-ci et s'applique plus particulièrement, quoique non exclusivement, à la commande des soupapes d'un moteur à combustion interne.
  • De manière connue dans la technique, on sait actionner les soupapes d'un moteur de véhicule au moyen d'un ensemble mécanique du type usuellement désigné sous le terme d'arbre à cames, dont la rotation commande le mouvement de ces soupapes pour provoquer leur déplacement relatif vis-à-vis de leur siège, à l'ouverture ou à la fermeture, afin de réaliser l'admission et/ou l'échappement des produits de combustion dans les cylindres de ce moteur.
  • Pour obtenir un ajustement variable des angles, c'est-à-dire des instants d'ouverture et de fermeture de chaque soupape en fonction des conditions d'utilisation du moteur, en particulier pour optimiser le rendement énergétique de celui-ci, il est également connu d'utiliser, de façon plus perfectionnée, un ensemble électromagnétique associé à chaque tige de soupape.
  • De manière résumée à ses éléments essentiels, cet ensemble comporte, associés à la tige de soupape, deux enroulements électromagnétiques voisins mais séparés par un entrefer dont la distance est sensiblement égale à la course de la tête de la soupape, la tige étant solidaire d'un plateau transversal en matériau magnétique, logé dans l'entrefer entre les deux enroulements, de sorte que, selon le sens du courant qui traverse alternativement ces derniers, ce plateau soit attiré par l'un ou l'autre, de sorte que la soupape passe de sa position d'ouverture à celle de sa fermeture, le plateau oscillant de part et d'autre d'une position d'équilibre intermédiaire.
  • La tige de soupape est associée à des ressorts travaillant respectivement et simultanément en compression et en extension ou vice versa selon le cas, en particulier selon le sens de déplacement de la tige de soupape en direction de l'un ou de l'autre des deux enroulements, à l'ouverture ou à la fermeture, l'effet de ces ressorts s'ajoutant à celui de la force d'attraction électromagnétique exercée sur le plateau transversal, créée alternativement par les enroulements.
  • En jouant sur l'intensité du courant dans les deux enroulements, on peut ainsi, de manière simple, ajuster la vitesse de la tige de soupape dans sa course et la faire varier en fonction des besoins.
  • Les Figures 1a, 1b et 1c illustrent schématiquement un dispositif connu de ce genre.
  • Sur ces figures, qui représentent en élévation le dispositif de commande précité, la référence 1 désigne une tige illustrée en position verticale qui comporte à son extrémité inférieure une tête de soupape 2 et à son extrémité opposée une portée d'appui 3 pour un ressort 4, monté entre cette portée et une butée fixe 5.
  • La tige 1 comporte du côté de la tête de soupape 2 une autre portée d'appui 6 pour un second ressort 7, monté entre cette portée et un guide fixe 8 présentant un alésage traversant 9 dans lequel coulisse, selon un mouvement de va-et-vient, l'extrémité correspondante de la tige 1.
  • Cette tige est par ailleurs équipée, entre les portées d'appui 3 et 6 des ressorts 4 et 7, d'un plateau transversal 10 qui, si la tige est verticale, s'étend horizontalement, ce plateau étant monté dans un entrefer 11 ménagé entre deux électroaimants, respectivement 12 et 13, chacun de ces électroaimants comportant une culasse 14 en matériau magnétique et un enroulement électrique 15, de sorte que le passage d'un courant dans les enroulements des deux électroaimants provoque sur le plateau 10 un effet d'attraction par l'un de ces électroaimants et de répulsion par l'autre, la tête de soupape 2 oscillant ainsi entre deux positions où le plateau est au contact de l'un ou de l'autre des électroaimants.
  • La Figure 1a illustre la position d'équilibre de l'ensemble ainsi envisagé, dans laquelle le plateau 10 est sensiblement au milieu de l'entrefer 11 entre les deux électroaimants 12 et 13, la Figure 1b représentant la position où ce plateau s'est déplacé pour être au contact de l'électroaimant 12 et la Figure 1c celle où, à l'inverse, le plateau est appliqué contre l'électroaimant 13.
  • Au cours des déplacements du plateau 10, de part et d'autre de sa position d'équilibre intermédiaire, les ressorts 4 et 7 se sont respectivement contractés ou étirés, ou inversement, les deux positions atteintes par la tête de soupape, représentées sur les figures 1b et 1c, correspondant pour la première à celle où la soupape est supposée fermée en s'appliquant sur un siège (non représenté) et pour la seconde à celle où la soupape est ouverte.
  • Le fonctionnement d'un tel ensemble actionneur est relativement simple, les moyens nécessaires pour faire osciller le plateau 10 porté par la tige 1 de part et d'autre de sa position d'équilibre ne présentant pas de difficultés majeures pour être réalisés industriellement.
  • Toutefois, cet ensemble présente des inconvénients. En effet, lorsqu'on libère le plateau 10 depuis la position illustrée sur la Figure 1b, c'est-à-dire en position de fermeture de la soupape 2, les ressorts 4 et 7 doivent assurer le déplacement de la tige jusqu'à la position opposée du plateau, représentée sur la Figure 1c, ceci aux frottements près de la tige dans l'alésage 9 du guide 8.
  • L'électroaimant 13 est alors alimenté en courant afin de générer un effort permettant de compenser ces frottements et d'amener le plateau 10 dans sa position finale, soupape 2 ouverte.
  • Lorsque le plateau 10 est en butée, un courant plus faible traverse encore l'enroulement de l'électroaimant afin d'assurer un effort suffisant pour maintenir les pièces dans cette position, ce courant étant ensuite coupé pour permettre à la tige de soupape d'inverser son mouvement, selon un déplacement symétrique du précédent.
  • Or, la non reproductibilité des frottements en cours d'utilisation d'un tel actionneur électromécanique, dans un moteur à combustion interne notamment, liée à la température variable de l'ensemble et en particulier de l'huile dans laquelle baignent les pièces correspondantes, huile dont la quantité peut varier, ainsi qu'aux tolérances de fabrication, oblige à surdimensionner l'effort produit par chacun des deux électroaimants à tour de rôle pour assurer le déplacement sûr du plateau jusqu'à l'une ou l'autre de ces deux positions, la tête de soupape étant convenablement amenée en position d'ouverture ou de fermeture.
  • De ce fait, le plateau est accéléré en fin de course, sa vitesse au moment de l'impact final sur l'électroaimant lorsque la soupape s'ouvre ou se ferme étant relativement élevée, de l'ordre de 1 m/sec. Il en résulte un bruit non négligeable lors du fonctionnement du moteur.
  • Pour pallier cet inconvénient et réduire le bruit ainsi créé sans modifier la vitesse d'impact, diverses solutions ont déjà été proposées.
  • Une première possibilité consiste à insonoriser l'environnement mécanique de l'actionneur pour réduire la transmission du bruit vers l'extérieur du capot du moteur, cette solution n'agissant pas sur la cause du problème, tout en alourdissant le véhicule.
  • Une solution différente dans son principe consiste à diminuer l'effort créé par chacun des électroaimants, en particulier pour ajuster cet effort à la valeur juste nécessaire pour produire une réduction de l'accélération du plateau en fin de course. Cette solution est illustrée notamment dans les documents de brevet DE-A-19623698 , DE-C-19735375 , US-A-5769043 et EP-B-0662697 .
  • Cette solution est efficace mais difficile à mettre en oeuvre et surtout très coûteuse. Elle nécessite un capteur permettant de connaître de façon précise la position du plateau à chaque instant et un microprocesseur qui calcule et ajuste en permanence le courant dans l'enroulement de l'électroaimant. L'environnement du capteur, du fait de la température et des vibrations, pose des problèmes pour obtenir une mesure fiable et suffisamment rapide, ce qui complique la réalisation de l'asservissement en accroissant de façon rédhibitoire la puissance de calcul nécessaire.
  • Une dernière solution consiste à accroître l'effort résistant aux déplacements du plateau à la fin de ses mouvements vers l'un ou l'autre des deux électroaimants, afin de diminuer son accélération et de réduire la vitesse d'impact de ce plateau.
  • Dans ce but, on peut utiliser des bobines électromagnétiques complémentaires pour créer un effort résistant s'exerçant en sens inverse de celui qui provoque l'attraction du plateau. Cette solution est complexe et coûteuse car elle nécessite des enroulements additionnels, en créant des problèmes d'encombrement pour l'actionneur et un accroissement de la consommation électrique pour le véhicule (voir par exemple DE-U-29615396 , US-A-5730091 ou WO-A-9810175 ).
  • On peut également utiliser un amortisseur du genre notamment butée hydraulique, ce qui nécessite des pièces complémentaires en mouvement et une alimentation spéciale en huile, la butée augmentant les efforts magnétiques à produire pendant la phase où la tête de soupape reste en position d'ouverture ou de fermeture avant d'inverser son déplacement (voir par exemple DE-A-19646938 ).
  • De même, l'utilisation d'un ressort supplémentaire, apte à ne produire un effort que pendant la dernière partie du déplacement, si elle est plus simple sur le plan mécanique, présente l'inconvénient d'accroître les efforts proportionnellement à la position du plateau, de sorte que ceux-ci sont les plus élevés lorsque ce plateau est en position finale, la consommation électrique étant augmentée de façon très importante.
  • La présente invention est relative à un dispositif de contrôle et de limitation de la vitesse d'impact en fin de course d'un actionneur du genre précité, qui s'apparente aux dernières solutions évoquées ci-dessus, en permettant un accroissement de l'effort résistant exercé sur le plateau porté par la tige de la soupape dans l'application plus spécialement considérée, cet effort accru étant créé pendant une partie seulement du déplacement de l'actionneur, dans le but de diminuer sa vitesse juste avant l'instant où il atteint l'une ou l'autre de ses positions finales, à l'ouverture ou à la fermeture de la tête de soupape.
  • Le DE-A-19646937 illustre un dispositif similaire dans lequel le plateau oscillant porté par la tige de soupape comporte des butées en un matériau élastomère, montées de telle sorte que ces butées fassent partiellement saillie hors du contour apparent du plateau, en direction respectivement de l'un et l'autre des deux électroaimants et en particulier de la culasse rigide de ces derniers.
  • De ce fait, ces butées élastiques logées, selon le brevet antérieur cité, dans des rainures ouvertes et parallèles, ménagées en regard l'une de l'autre dans les faces opposées du plateau, viennent en contact avec les extrémités de la culasse des électroaimants et procurent un amortissement efficace du mouvement de la tige en fin de course.
  • Toutefois, cette solution présente encore des inconvénients, en dépit de sa simplicité.
  • En effet, à partir du moment où les butées élastiques sont montées dans des rainures creusées dans le plateau, il en résulte une diminution de la "section de fer" à cet endroit, c'est-à-dire de la section de métal à travers laquelle passent les lignes du champ magnétique créé par l'électroaimant correspondant.
  • Notamment, ces lignes de champ ne disposent que d'un passage étroit au niveau des butées, dans la section du plateau qui sépare les deux rainures opposées recevant ces butées dans l'une et l'autre des faces de celui-ci. Dès lors, pour conserver de bonnes performances à l'ensemble, il est nécessaire d'utiliser un courant plus important à la traversée de la bobine de chacun des deux électroaimants ou encore de surdimensionner ces bobines, ce qui est pénalisant.
  • A noter qu'une solution envisageable pourrait être dans ce cas, pour ne pas diminuer la section de fer, d'éliminer les rainures et de coller ou autrement fixer les butées sur les surfaces opposées du plateau ; cependant, dans ce cas, ces derniers seraient sensiblement alourdis, entraînant les mêmes contraintes que celles évoquées plus haut.
  • La présente invention concerne un perfectionnement apporté à la réalisation de butées élastiques permettant d'amortir l'impact du plateau en fin de course sur les culasses des deux électroaimants, qui élimine les derniers inconvénients précités.
  • A cet effet, le dispositif pour contrôler et réduire la vitesse d'impact d'un actionneur, comprenant une tige de commande soumise à un déplacement en va-et-vient selon son axe, cette tige étant solidaire d'un plateau transversal présentant deux faces opposées s'étendant sensiblement perpendiculairement à la tige et se déplaçant dans un entrefer délimité par au moins un électroaimant attirant alternativement le plateau en combinaison avec un effort créé par des ressorts antagonistes agissant sur la tige, le plateau se déplaçant de façon oscillante à partir d'une position d'équilibre intermédiaire entre deux positions finales dans lesquelles il entre en contact avec un électroaimant, se caractérise en ce que, au moins un des électroaimants comporte, en regard du plateau transversal solidaire de la tige, au moins une butée élastique fixée à l'électroaimant et contre laquelle le plateau vient en contact en fin de course pour le freiner dans son déplacement.
  • Le plus souvent, on utilise deux électroaimants antagonistes. Cependant, on connaît des systèmes n'utilisant qu'un seul électroaimant, le mouvement d'oscillation étant obtenu par une géométrie particulière de son armature.
  • La solution ainsi proposée met donc en jeu une et de préférence deux butées élastiques, c'est-à-dire une pour chaque sens de déplacement de la soupape, qui sont ici directement associées, non pas au plateau transversal lui-même - ce qui évite tout usinage particulier de celui-ci pour le montage des butées - mais aux électroaimants de commande de l'actionneur, ces butées, du fait de leur écrasement, étant agencées de manière à accroître l'effort résistant qui s'oppose aux déplacements du plateau transversal porté par la tige afin de diminuer la vitesse de ce plateau en fin de course lorsqu'il s'approche de l'une ou l'autre de ses positions finales, à l'ouverture ou à la fermeture de la soupape.
  • Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, chaque électroaimant comporte une culasse métallique comprenant une armature centrale axiale sur laquelle est monté l'enroulement d'une bobine électrique dont les spires s'étendent dans un plan perpendiculaire à l'armature, la butée étant rendue solidaire de la bobine dans la face de celle-ci qui est en regard du plateau transversal.
  • De préférence, la culasse de chaque électroaimant présente, en section droite, la forme d'un "m", dont le jambage médian constitue l'armature centrale, la bobine montée autour de cette armature étant entourée extérieurement par une carcasse externe parallèle à l'armature centrale et reliée à celle-ci par une armature d'extrémité plane s'étendant perpendiculairement à l'armature centrale contre la face de la bobine opposée à celle qui porte la butée élastique, logée entre l'armature centrale et la carcasse périphérique.
  • De préférence également, la butée élastique présente une hauteur telle que, avant contact avec le plateau transversal, elle dépasse légèrement le plan d'appui de celui-ci, d'une distance qui dimensionne l'effort résistant freinant la vitesse du plateau en fin de course.
  • Selon une caractéristique particulière de l'invention, la butée élastique est réalisée sous la forme d'une ou plusieurs bandes continues d'un matériau élastomère.
  • En variante, la butée est formée d'une pluralité de plots séparés, de préférence régulièrement répartis sur la surface de la bobine autour de l'armature centrale. Selon le cas, les plots séparés peuvent présenter un profil cylindrique, en hyperboloïde régulier ou encore en tronc de cône dans leurs zones d'ancrage sur la bobine électrique, prolongé par une partie cylindrique en saillie externe. D'autres formes particulières pour les butées élastiques pourraient de même être envisagées, sans sortir du cadre de la présente invention.
  • Selon le cas, la butée élastique est réalisée en un matériau élastomère, du genre caoutchouc naturel ou silicone, propre à générer sous l'effort d'écrasement progressif de celle-ci dû au déplacement du plateau transversal en fin de course, un effort résistant, en partie proportionnel à la position et en partie proportionnel à la vitesse du plateau, cette dernière composante disparaissant automatiquement dans la position finale du plateau lorsque celui-ci s'applique et se "colle" sur la culasse de l'électroaimant.
  • Dans un mode de réalisation également préféré, la bobine de chaque électroaimant comporte un enroulement électrique noyé dans une résine isolante, la butée étant ancrée et collée à la bobine par l'intermédiaire de cette résine.
  • Notamment et selon le cas, on peut prévoir de couler la résine autour de l'enroulement électrique de la bobine avant de mettre en place la butée ou, inversement, disposer la butée sur l'enroulement et couler ensuite la résine.
  • D'autres caractéristiques d'un dispositif établi conformément à l'invention apparaîtront encore à travers la description qui suit de plusieurs exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • La Figure 2 illustre schématiquement les deux électroaimants de l'actionneur et le plateau transversal oscillant entre eux, avec les butées élastiques contre les bobines de ces électroaimants, avant impact du plateau.
    • La Figure 3 représente un des électroaimants de la Figure 2 lorsque le plateau transversal est en fin de course, la butée élastique correspondante étant écrasée entre la bobine et ce plateau.
    • Les Figures 4a à 4c illustrent diverses variantes de réalisation et de montage des butées élastiques.
  • Sur la Figure 2, on retrouve les deux électroaimants, respectivement 12 et 13, décrits en relation avec les Figures 1a à 1c précitées, ces électroaimants comportant chacun une culasse 14 et une bobine électrique 15. Sur cette figure, on a également illustré le plateau transversal 10 monté dans l'entrefer 11 qui sépare les deux électroaimants 12 et 13, ce plateau étant représenté dans sa position d'équilibre, sensiblement en position équidistante des deux électroaimants.
  • Conformément à l'invention, on associe aux bobines électriques 15 de ces électroaimants, des butées élastiques 16, fixées contre ces bobines dans leurs faces qui sont en regard du plateau 10 oscillant dans l'entrefer 11, ces butées étant dimensionnées de manière à s'écraser partiellement lorsque le plateau, dans la phase terminale de sa course, s'approche de la culasse 14 de l'un ou de l'autre des deux électroaimants 12 ou 13 selon le cas, en procurant un effort résistant qui réduit progressivement la vitesse d'impact.
  • La Figure 3 illustre l'un des électroaimants précédents, en l'espèce l'électroaimant 12, dans la position correspondante où la butée élastique 16 est partiellement écrasée par le plateau 10 lorsque celui-ci se "colle" sur la culasse 14.
  • La culasse 14 de chaque électroaimant est de préférence constituée d'une armature centrale 17, entourée d'une carcasse externe 18, ces deux éléments de préférence en tôles feuilletées comme il est d'usage dans un électroaimant classique, étant reliés entre eux par une armature d'extrémité plane 19, la culasse présentant ainsi un profil général en "m".
  • Dans cet exemple, la culasse 14 a la forme générale d'un parallélépipède rectangle s'étendant perpendiculairement au plan de la Figure 2 ou 3. Plus précisément, l'armature centrale 17 a la forme d'une plaque plane dont on voit la "tranche" sur les Figures 2 et 3 et la carcasse 18 est formée de deux plaques planes 18a et 18b parallèles à l'armature centrale 17.
  • La bobine électrique 15 de l'électroaimant est cylindrique, logée entre l'armature centrale 17 et la carcasse périphérique 18, ses spires s'étendant sensiblement horizontalement, parallèlement au plateau transversal 10.
  • La butée élastique 16 est rapportée et fixée contre la face supérieure 20 de la bobine 15, laquelle est disposée légèrement en retrait par rapport aux extrémités supérieures de l'armature centrale 17 et de la carcasse externe 18, contre lesquelles s'applique le plateau 10 comme illustré sur la Figure 3.
  • Dans l'exemple décrit ici, la butée 16 se compose de deux bandes parallèles 16a et 16b s'étendant perpendiculairement au plan des Figures 2 et 3.
  • Selon l'invention, la butée élastique 16, au repos, c'est-à-dire lorsque le plateau 10 ne produit pas un effort d'écrasement sur elle, dépasse légèrement hors du contour apparent de l'électroaimant, d'une distance déterminée par construction pour dimensionner l'effort résistant créé par cette butée, pour freiner le plateau transversal en fin de course.
  • Selon le cas, la butée élastique 16 est réalisée en un matériau élastomère du genre caoutchouc, naturel ou synthétique, de préférence en caoutchouc silicone, lui permettant de bien résister aux conditions ambiantes dans lesquelles travaille l'actionneur, notamment de température et d'atmosphère environnante.
  • La butée peut se présenter sous la forme d'une ou plusieurs bandes continues, ou bien être constituée de plots séparés, de préférence régulièrement répartis de part et d'autre de l'armature.
  • Dans l'un et l'autre cas, la section droite de la butée peut être sensiblement carrée comme représenté sur les Figures 2 et 3, ou bien présenter une forme plus complexe comme illustré sur les Figures 4a à 4c, avec une partie ou talon d'ancrage 16c permettant son immobilisation vis-à-vis de la bobine 15 et une partie libre 16d en saillie vers l'extérieur, contre laquelle s'applique le plateau 10 en l'écrasant partiellement.
  • Ainsi, la butée 16 peut présenter un profil sensiblement en forme d'hyperboloïde (Figure 4a) ou encore avec un talon d'ancrage 16c de forme conique, prolongé par une partie extérieure en saillie 16d de forme cylindrique (Figures 4b et 4c) .
  • Les spires de l'enroulement électrique de la bobine 15 sont naturellement isolées et de préférence noyées dans une résine, laquelle peut également permettre l'immobilisation de la butée 16 dans la face 20 de cette bobine, la résine pouvant être coulée avant ou après que ne soit mise en place la butée, l'état de surface de la face 20 étant préalablement préparé pour favoriser le collage de la butée, cette opération étant d'autant plus facile à mettre en oeuvre que cette butée ne subit aucun effort latéral en fonctionnement.
  • On réalise ainsi un dispositif pour le contrôle et la réduction de la vitesse d'impact d'un actionneur de conception très simple, peu coûteux et dont l'industrialistion peut être très aisément maîtrisée lors de la fabrication de cet actionneur.
  • L'effort résistant dû à la butée est de type viscoélastique, donc est en partie proportionnel à l'écrasement et en partie à la vitesse du plateau, de sorte que cette dernière composante s'annule lorsque celui-ci atteint sa position finale quand il est collé à la culasse métallique de l'électroaimant.
  • Cette solution présente un avantage sur la mise en oeuvre dans les mêmes conditions d'un simple ressort, l'effort résistant fourni par celui-ci étant cette fois proportionnel à la distance parcourue sous l'effet du plateau et non pas à la vitesse de ce dernier.
  • Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation plus spécialement décrit ci-dessus en référence aux dessins annexés ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi que, si la description ci-dessus a été faite avec des électroaimants de forme rectangulaire, l'invention s'applique aussi bien à des électroaimants de forme différente, par exemple cylindrique de section circulaire. Par ailleurs, on peut n'utiliser qu'une seule butée si le problème du bruit ne se pose que dans un seul sens de déplacement de la soupape.

Claims (11)

  1. Dispositif pour contrôler et réduire la vitesse d'impact d'un actionneur électromécanique, comprenant une tige de commande (1) soumise à un déplacement en va-et-vient selon son axe, cette tige étant solidaire d'un plateau transversal (10) présentant deux faces opposées s'étendant sensiblement perpendiculairement à la tige et se déplaçant dans un entrefer (11) délimité par au moins un électroaimant (12, 13), comportant une bobine électrique (15), attirant alternativement le plateau en combinaison avec un effort créé par des ressorts antagonistes (4, 7) agissant sur la tige, le plateau se déplaçant de façon oscillante à partir d'une position d'équilibre intermédiaire entre deux positions finales dans lesquelles il entre en contact avec un électroaimant, caractérisé en ce qu'au moins un électroaimant comporte au moins une butée élastique (16) fixée contre la bobine (15), dans sa face en regard du plateau transversal (10) solidaire de la tige, le plateau (10) venant en contact contre la butée élastique (16) en fin de course pour le freiner dans son déplacement.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque électroaimant (12, 13) comporte une culasse métallique (14) comprenant une armature centrale axiale (17) sur laquelle est monté l'enroulement d'une bobine électrique (15) dont les spires s'étendent dans un plan perpendiculaire à l'armature, la butée (16) étant rendue solidaire de la bobine dans la face de celle-ci qui est en regard du plateau transversal (10).
  3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la culasse (14) de chaque électroaimant (12, 13) présente, en section droite, la forme d'un « m », dont le jambage médian constitue l'armature centrale (17), la bobine montée autour de cette armature étant entourée extérieurement par une carcasse externe (18), parallèle à l'armature centrale et reliée à celle-ci par une armature d'extrémité plane (19) s'étendant perpendiculairement à l'armature centrale contre la face de la bobine opposée à celle qui porte la butée élastique (16), logée entre l'armature centrale et la carcasse périphérique.
  4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la butée élastique (16) présente une hauteur telle que, avant contact avec le plateau transversal (10), elle dépasse légèrement le plan d'appui de celui-ci, d'une distance qui dimensionne l'effort résistant freinant la vitesse du plateau en fin de course.
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la butée élastique (16) est réalisée sous la forme d'une ou plusieurs bandes continues (16a, 16b) en matériau élastomère.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la butée élastique (16) est formée d'une pluralité de plots séparés, de préférence régulièrement répartis sur la surface de la bobine (15) autour de l'armature centrale (17).
  7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les plots séparés formant la butée élastique (16) présentent un profil cylindrique, en hyperboloïde régulier ou encore en tronc de cône dans leurs zones d'ancrage (16c) sur la bobine électrique (15), prolongé par une partie cylindrique en saillie externe (16d).
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la butée élastique (16) est réalisée en un matériau élastomère, du genre caoutchouc naturel ou synthétique, ou silicone.
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la bobine (15) de chaque électroaimant (12, 13) comporte un enroulement électrique noyé dans une résine isolante, la butée (16) étant ancrée et collée à la bobine par l'intermédiaire de cette résine.
  10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la résine est coulée autour de l'enroulement électrique de la bobine (15) avant de mettre en place la butée (16).
  11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la butée (16) est mise en place sur l'enroulement électrique de la bobine (15) avant coulée de la résine.
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