EP1251529A1 - Dispositif d'entraínement linéaire d'une soupape au moyen d'aimants permanents - Google Patents

Dispositif d'entraínement linéaire d'une soupape au moyen d'aimants permanents Download PDF

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EP1251529A1
EP1251529A1 EP02290978A EP02290978A EP1251529A1 EP 1251529 A1 EP1251529 A1 EP 1251529A1 EP 02290978 A EP02290978 A EP 02290978A EP 02290978 A EP02290978 A EP 02290978A EP 1251529 A1 EP1251529 A1 EP 1251529A1
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EP
European Patent Office
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axial
drive device
magnetic
air gap
axial slot
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02290978A
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German (de)
English (en)
Inventor
André AGNERAY
Frédéric Barret
Shunci Zhang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01F7/1646—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet
    • 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
    • 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
    • F01L9/24—Piezoelectric actuators
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    • 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
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    • F01L9/21—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids
    • F01L2009/2146—Latching means
    • F01L2009/2148—Latching means using permanent magnet
    • 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
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L2013/0089—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque with means for delaying valve closing
    • F01L2013/0094—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque with means for delaying valve closing with switchable clamp for keeping valve open

Definitions

  • the present invention relates to a drive device linear.
  • the present invention relates more particularly to a linear magnetic drive device along an axis, especially for driving a valve of a motor to internal combustion, with a fixed main unit delimiting an axial slot in which a movable member is guided in axial sliding between a high position and a low position, comprising at least one drive module which has at least one pair of field source units magnetic arranged on each side of the axial plane of the slot, and having permanent magnets, so that a pair forms an air gap in the axial slot in which a field which is oriented in a direction of attraction magnetic substantially transverse to the axis, and in which the movable member comprises at least one metal insert associated with the air gap, axially offset upward, relative to the air gap, when the movable member is in the high position, so that the movable member is driven from the position high towards the low position under the effect of the attraction magnetic applied to the metal insert by the field magnetic reigning in the air gap.
  • the present invention is an improvement of the linear drive device which is described in the document FR-A-2811369.
  • the linear drive device described in this document is not completely satisfactory. Indeed, it requires a large volume of permanent magnets, for compared to the volume occupied by the entire device. As these permanent magnets must be strong, we use preferably magnets based on rare earths, of the type Neodyme-Fer-Bore (NdFeB), which are very expensive.
  • NdFeB Neodyme-Fer-Bore
  • the invention therefore aims to remedy these drawbacks by proposing an improvement to the linear drive system previously described.
  • the invention aims in particular to reduce the volume and the weight permanent magnets used, as well as to simplify the structure elements of the magnetic circuit.
  • the invention provides a device linear drive of the type described above, characterized in that the arrangement of the source units and the magnets is such that the magnetic flux lines of a pair of source units tend to form together at least one closed loop, generally contained in a transverse axial plane, and such that a section of the loop, which is located in the axial slot, forms the air gap.
  • linear drive device makes it possible to obtain performances superior to known device.
  • the vertical orientation of the axis of movement A-A is not necessary for the operation of the drive device according to the invention.
  • the axis of movement A-A can for example be horizontal, therefore perpendicular to the orientation of Earth's gravity.
  • FIG. 1 shows a device linear drive 10, along an axis of displacement A-A, which is carried out according to the teachings of document FR-A-2,811,369. We can refer to this request to obtain more details on the structure and operation of the drive device 10.
  • This device 10 allows for example the linear drive of a valve (not shown) of a combustion engine.
  • the drive device 10 includes a unit main stationary 12 which delimits a vertical slot 14 in which a movable member 16 is guided in vertical sliding by known guide means (not shown), between a extreme high PH position and extreme low PB position.
  • the fixed main unit 12 here comprises a module upper drive 18 and a drive module substantially identical lower 20 which are juxtaposed vertically and which act in series on the movable member 16.
  • the drive device 10 also includes a locking actuator 22 of the movable member 16 in its extreme high PH and low PB positions, for example a piezoelectric type actuator.
  • the movable member 16 here has the form of a plate substantially parallelepipedic which globally defines a plane P containing the vertical axis of displacement A-A and perpendicular in the plan of figure 1.
  • Each drive module 18, 20 here includes a upper pair of source units 24, 26 of magnetic field and a lower pair of 28, 30 field source units magnetic.
  • Source units 24, 26, 28, 30 are designed substantially symmetrical with respect to the plane P. Each pair source units 24, 26 28, 30 form in the axial slot 14 a magnetic air gap EM1, EM2, EM3, EM4 whose direction of magnetic attraction B-B is substantially orthogonal to the plan P.
  • Each source unit 24, 26, 28, 30 here includes a magnet permanent, or source magnet 32, 34, 36, 38, and one piece metallic, or field conductor 40, 42, 44, 46, which is interposed between the source magnet 32, 34, 36, 38 and the axial slot 14.
  • the direction of magnetic attraction of the source magnet is confused with the direction B-B.
  • the direction magnetic attraction B-B of the source magnets 32, 34 is oriented here from left to right, in accordance with arrows shown in Figure 1, and in the source units lower 28, 30, the direction of magnetic attraction B-B is oriented in reverse.
  • Each source unit 24, 26, 28, 30 also has a upper focus magnet 48 and a focus magnet lower 50 whose direction of magnetic attraction is substantially vertical, oriented towards the field conductor 40, 46 in the upper left unit 24 and in the lower unit straight 30, and oriented towards the outside of the field conductor 42, 44 in the upper right unit 26 and in the lower unit left 28, according to the arrows shown in the figure 1.
  • Each drive module 18, 20 includes a metal plate 52, 54 on each side of the axial slot 14, against the rear faces of the source magnets 32, 34, 36, 38 associates.
  • the movable member 16 includes a metal insert longitudinal 56, 58, 60, 62 associated with each magnetic air gap EM1, EM2, EM3, EM4.
  • the inserts metallic 56, 58, 60, 62 are axially offset upwards compared to their associated air gaps EM1, EM2, EM3, EM4.
  • the air gaps EM1, EM2 exert permanently a magnetic attraction force on the inserts 56, 58 which tends to move the movable member 16 axially, here towards the bottom.
  • the blocking device 22 When the blocking device 22 releases the movable member 16, it then moves axially downwards, under the effect of the magnetic attraction exerted by the air gaps EM1, EM2 on the metal inserts 56, 58.
  • the inserts metallic 56, 58 associated with the upper drive module 18 extend axially downward from the associated air gaps EM1, EM2.
  • the metal inserts 60, 62 associated with the lower drive module 20 are then slightly offset upwards relative to their air gaps associated EM3, EM4.
  • the magnetic attraction exerted by these air gaps EM3, EM4 on the metal inserts 60, 62 associated then causes the axial displacement downwards of the organ mobile 16 to its extreme low position PB in which the lower metal inserts 60, 62 are axially offset downwards relative to the air gaps EM3, EM4 of the module lower drive 20.
  • the lower drive module 20 therefore takes over of the upper drive module 18 to move the organ mobile 16 towards its extreme low position PB.
  • each source unit 24, 26, 28, 30 is contained in a coil 64 controlled by magnetic axis B-B which consists of an electric wire wrapped around the unit source 24, 26, 28, 30 associated.
  • the coils 64 are controlled so as to decrease or increase the intensity of the magnetic field produced by source magnets 32, 34, 36, 38 associated, in order to control the axial displacement of the movable member 16 or with a view to order its immobilization in an intermediate position.
  • FIGS. 2 and 3 show a device linear drive 66 which is produced in accordance with teachings of the invention and which constitutes a improvement of the linear drive device 10 of the figure 1.
  • the linear drive device 66 differs from that of Figure 1 by the structure and operation of its source units 68, 70, 72, 74.
  • Source units 68, 70, 72, 74 and their source magnets 80, 82, 84, 86 are arranged so that the flow lines magnetic of a pair of source units 68, 70, 72, 74 tend to together form at least one closed loop, overall contained in a transverse axial plane T, which is defined here by the magnetic attraction axis B-B and by the drive axis A-A.
  • the air gap EM1, EM2, EM3, EM4 associated with a pair source units 68, 70, 72, 74 is then formed by a section of the loop located in the axial slot 14.
  • the units sources 68, 70, 72, 74 each include a conductor field 76, 78 generally inserted axially between two source magnets 80, 82, 84, 86.
  • the two source magnets 80, 82, 84, 86 of one unit source 68, 70, 72, 74 are here arranged substantially symmetrically about a plane transverse to the axis A-A and passing through the magnetic attraction axis B-B.
  • the field conductor 76, 78 has the shape of a right prism with an isosceles triangular base.
  • the segment forming the base of the isosceles triangle therefore generates a surface 88, 89 which is substantially parallel to the axial plane P and which is arranged on the side of the axial slot 14.
  • the value of the axial thickness of the field conductor 76, 78 increases therefore gradually towards the axial slot 14.
  • Each field conductor 76, 78 has a overall upper surface 90 which is inclined upwards and towards the axial slot 14, and a generally lower surface 92 which is inclined downwards and towards the axial slot 14.
  • Each source magnet 80, 82, 84, 86 has a shape here globally parallelepiped and it is arranged parallel to the surface 90, 92 facing the field conductor 76, 78 associated.
  • Each field conductor 76, 78 has a magnet upper source 80, 84 which is adjacent to its upper surface 90 and a lower source magnet 82, 86 which is adjacent to its lower surface 92.
  • Each source magnet 80, 82, 84, 86 is for example glued to the surface 90, 92 facing the field conductor 76, 78 partner.
  • each source magnet 80, 82, 84, 86 is polarized in one direction of attraction C-C which is contained globally in the axial plane transverse T, and which is inclined relative to the axial plane P and to the transverse direction B-B.
  • each source magnet 80, 82, 84, 86 is here substantially orthogonal to the surface 90, 92 opposite the associated field conductor 76, 78.
  • each source magnet 80, 82, 84, 86 which is illustrated by arrows in Figure 5 is oriented towards the field conductor 76, therefore towards the axial slot 14, of a side of the axial plane P, here on the left, and opposite the conductor of field 78, therefore opposite to the axial slot 14, on the other side of the axial plane P, here on the right.
  • FIG. 5 shows the magnetic air gap EM1 which is created by a pair of source units 68, 70, 72, 74 according to the invention.
  • Flow lines are shown in dotted lines magnetic which schematically illustrate the shape of the field magnetic around the source units 68, 70, 72, 74.
  • Field conductors 76, 78 guide the flow magnetic towards the air gap EM1 so that it is concentrated in the air gap EM1, which creates a force of strong magnetic attraction on the metallic insert 56 partner of the movable member 16.
  • the magnetic field which reigns in the air gap EM1 is generally oriented along a transverse axis of attraction magnetic B-B substantially orthogonal to the axial plane P and oriented here from left to right.
  • the value of the axial thickness of the field conductors 76, 78 and permanent magnets 80, 82, 84, 86 has an important influence on the field value magnetic reigning in the air gap EM1.
  • the flow magnetic globally describes a circuit that goes through the four permanent magnets 32, 34, 36, 38 of each device drive 18, 20.
  • the metal plates 52, 54 arranged at the back of the permanent magnets 32, 34, 36, 38 are used to facilitate this "looping" of the magnetic flux.
  • the flow magnetic globally describes a circuit, or loop, a lot shorter which is located between the source units 68, 70, 72, 74 of the same pair, for example between the upper source unit left 68 and the upper right source unit 70.
  • each source unit 68, 70, 72, 74 of a drive module 18, 20 includes a controlled electric coil 64 which, when powered while running, creates a magnetic field whose orientation is substantially coaxial with the transverse axis of magnetic attraction B-B of the associated source unit 68, 70, 72, 74.
  • the coils 64 and the source units 68, 70, 72, 74 are for example molded in an insulating plastic material (not shown) which maintains the drive modules 18, 20 in the fixed unit without changing the field distribution magnetic around permanent magnets 80, 82, 84, 86.

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Abstract

L'invention propose un dispositif d'entraînement linéaire (66) selon un axe (A-A) comprenant au moins un module d'entraînement (18, 20) qui comporte au moins une paire d'unités sources (68, 70 et 72, 74) de champ magnétique équipée d'aimants permanents (80, 82, 84, 86). L'agencement des unités sources (68, 70, 72, 74) et des aimants (80, 82, 84, 86) est tel que les lignes de flux magnétique d'une paire d'unités sources tendent à former ensemble au moins une boucle fermée, globalement contenue dans un plan axial transversal, et tel qu'un tronçon de la boucle, qui est situé dans la fente axiale (14), forme l'entrefer. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un dispositif d'entraínement linéaire.
La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif d'entraínement linéaire magnétique selon un axe, notamment pour l'entraínement d'une soupape d'un moteur à combustion interne, comportant une unité principale fixe délimitant une fente axiale dans laquelle un organe mobile est guidé en coulissement axial entre une position haute et une position basse, comprenant au moins un module d'entraínement qui comporte au moins une paire d'unités sources de champ magnétique agencées de chaque côté du plan axial de la fente, et comportant des aimants permanents, de manière qu'une paire forme dans la fente axiale un entrefer dans lequel règne un champ qui est orienté suivant une direction d'attraction magnétique sensiblement transversale à l'axe, et dans lequel l'organe mobile comporte au moins un insert métallique associé à l'entrefer, décalé axialement vers le haut, par rapport à l'entrefer, lorsque l'organe mobile est en position haute, de manière que l'organe mobile soit entraíné depuis la position haute vers la position basse sous l'effet de l'attraction magnétique exercée sur l'insert métallique par le champ magnétique régnant dans l'entrefer.
La présente invention est un perfectionnement du dispositif d'entraínement linéaire qui est décrit dans le document FR-A-2.811.369.
Le dispositif d'entraínement linéaire décrit dans ce document n'est pas complètement satisfaisant. En effet, il nécessite un volume important d'aimants permanents, par rapport au volume occupé par l'ensemble du dispositif. Comme ces aimants permanents doivent être puissants, on utilise de préférence des aimants à base de terres rares, du type Neodyme-Fer-Bore (NdFeB), qui sont très coûteux.
Un autre inconvénient du dispositif d'entraínement linéaire décrit dans le document mentionné précédemment est la complexité de la structure des éléments du circuit magnétique. Les aimants permanents de ce dispositif, en particulier ses aimants de concentration, ont des formes complexes qui rendent les opérations de fabrication et d'assemblage difficiles. Par conséquent, les coûts de fabrication du dispositif sont très importants.
De plus, il est difficile de se conformer aux tolérances mécaniques sévères pour l'application du dispositif au déplacement d'une soupape, car le dispositif d'entraínement linéaire connu est constitué d'un nombre important de pièces métalliques et d'aimants, qui doivent être collés ensemble.
L'invention vise donc à remédier à ces inconvénients en proposant une amélioration au dispositif d'entraínement linéaire décrit précédemment.
L'invention vise notamment à réduire le volume et le poids des aimants permanents utilisés, ainsi qu'à simplifier la structure des éléments du circuit magnétique.
Dans ce but, l'invention propose un dispositif d'entraínement linéaire du type décrit précédemment, caractérisé en ce que l'agencement des unités sources et des aimants est tel que les lignes de flux magnétique d'une paire d'unités sources tendent à former ensemble au moins une boucle fermée, globalement contenue dans un plan axial transversal, et tel qu'un tronçon de la boucle, qui est situé dans la fente axiale, forme l'entrefer.
On constate que le dispositif d'entraínement linéaire selon l'invention permet d'obtenir des performances supérieures au dispositif connu.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
  • chaque paire d'unités sources comporte au moins deux aimants permanents qui sont agencés transversalement en vis-à-vis, de chaque côté de la fente axiale, et chaque aimant est polarisé suivant une direction d'attraction magnétique qui est contenue globalement dans le plan axial transversal, et qui est inclinée par rapport au plan axial et à la direction transversale, la direction d'attraction magnétique des aimants étant orientée vers la fente axiale, d'un côté du plan axial, et à l'opposé de la fente axiale, de l'autre côté du plan axial ;
  • chaque unité source comporte deux aimants qui sont agencés sensiblement symétriquement par rapport à un plan transversal à l'axe d'entraínement, de manière que la direction d'attraction magnétique des deux aimants soit orientée vers la fente axiale, d'un côté du plan axial, et à l'opposé de la fente axiale, de l'autre côté du plan axial ;
  • chaque unité source comporte une pièce métallique, ou conducteur de champ, qui est agencée au voisinage d'un aimant et de l'entrefer, de manière à guider le flux magnétique de l'aimant vers l'entrefer ;
  • le conducteur de champ est intercalé globalement axialement entre les deux aimants de l'unité source, de manière à guider le flux magnétique des deux aimants vers l'entrefer ;
  • chaque aimant est polarisé suivant une direction d'attraction sensiblement orthogonale à la surface en vis-à-vis du conducteur de champ, la direction d'attraction de chaque aimant étant orientée vers la fente axiale, donc vers le conducteur de champ, d'un côté du plan axial, et à l'opposé de la fente axiale, donc à l'opposé du conducteur de champ, de l'autre côté du plan axial ;
  • la valeur de l'épaisseur axiale de chaque conducteur de champ augmente progressivement vers l'intérieur de la fente axiale de sorte que la surface globalement supérieure du conducteur de champ est inclinée vers le haut et vers la fente axiale, et la surface globalement inférieure du conducteur de champ est inclinée vers le bas et vers la fente axiale, et chaque aimant comporte une surface adjacente à la surface en vis-à-vis du conducteur de champ associé ;
  • chaque aimant a une forme globalement parallélépipédique et il est sensiblement parallèle à la surface en vis-à-vis du conducteur de champ associé ;
  • chaque module d'entraínement comporte deux paires d'unités sources qui sont superposées suivant l'axe d'entraínement, l'organe mobile comportant un insert métallique associé à chaque paire d'unités sources ;
  • chaque unité source comporte une bobine électrique qui est susceptible de produire un champ magnétique sensiblement coaxial à l'axe d'attraction magnétique associé de manière que, lorsque l'on fait circuler un courant électrique dans la bobine, et en fonction du sens de circulation du courant, on diminue ou on augmente l'intensité du champ magnétique produit par les aimants associés dans l'entrefer correspondant ;
  • le dispositif d'entraínement comporte au moins deux modules d'entraínement agissant en série qui sont superposés axialement suivant l'axe d'entraínement, un module supérieur et un module inférieur, les inserts métalliques associés aux entrefers du module inférieur étant décalés axialement, suivant l'axe d'entraínement, vers le haut, de manière que, pendant le déplacement de l'organe mobile vers le bas, lorsque les inserts métalliques de l'organe mobile associés au module supérieur dépassent, sous l'effet de l'inertie de l'organe mobile, les entrefers correspondants, l'organe mobile continue d'être entraíné vers le bas, sous l'effet de l'attraction magnétique exercée par les entrefers du module inférieur sur les inserts métalliques associés.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1 est une vue en coupe par un plan vertical et transversal qui représente schématiquement un dispositif d'entraínement linéaire connu ;
  • la figure 2 est une vue en perspective avec arrachement qui représente schématiquement un dispositif d'entraínement linéaire qui est réalisé conformément aux enseignements de l'invention ;
  • la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente schématiquement le dispositif d'entraínement linéaire de la figure 2 ;
  • la figure 4 est un schéma qui illustre la circulation du flux magnétique dans le module d'entraínement supérieur du dispositif d'entraínement linéaire de la figure 1 ;
  • la figure 5 est un schéma similaire à celui de la figure 4 qui illustre la circulation du flux magnétique dans le module d'entraínement supérieur du dispositif d'entraínement linéaire de la figure 2.
Dans la suite de la description, des éléments identiques ou similaires porteront des références identiques.
On définira arbitrairement une orientation verticale de haut en bas suivant l'axe de déplacement A-A et conformément à la figure 1.
On note que l'orientation verticale de l'axe de déplacement A-A n'est pas nécessaire au fonctionnement du dispositif d'entraínement selon l'invention. L'axe de déplacement A-A peut être par exemple horizontal, donc perpendiculaire à l'orientation de la gravité terrestre.
On a représenté sur la figure 1 un dispositif d'entraínement linéaire 10, suivant un axe de déplacement A-A, qui est réalisé selon les enseignements du document FR-A-2.811.369. On pourra se reporter à cette demande pour obtenir plus de précisions sur la structure et le fonctionnement du dispositif d'entraínement 10. Ce dispositif 10 permet par exemple l'entraínement linéaire d'une soupape (non représentée) d'un moteur à combustion.
Le dispositif d'entraínement 10 comporte une unité principale fixe 12 qui délimite une fente verticale 14 dans laquelle un organe mobile 16 est guidé en coulissement vertical par des moyens de guidage connus (non représentés), entre une position extrême haute PH et une position extrême basse PB.
L'unité principale fixe 12 comporte ici un module d'entraínement supérieur 18 et un module d'entraínement inférieur 20 sensiblement identiques qui sont juxtaposés verticalement et qui agissent en série sur l'organe mobile 16.
Le dispositif d'entraínement 10 comporte aussi un actionneur de blocage 22 de l'organe mobile 16 dans ses positions extrêmes haute PH et basse PB, par exemple un actionneur du type piézoélectrique.
L'organe mobile 16 a ici la forme d'une plaque sensiblement parallélépipédique qui définit globalement un plan P contenant l'axe vertical de déplacement A-A et perpendiculaire au plan de la figure 1.
Chaque module d'entraínement 18, 20 comporte ici une paire supérieure d'unités sources 24, 26 de champ magnétique et une paire inférieure d'unités sources 28, 30 de champ magnétique.
Les unités sources 24, 26, 28, 30 sont de conception sensiblement symétrique par rapport au plan P. Chaque paire d'unités sources 24, 26 28, 30 forme dans la fente axiale 14 un entrefer magnétique EM1, EM2, EM3, EM4 dont la direction d'attraction magnétique B-B est sensiblement orthogonale au plan P.
Chaque unité source 24, 26, 28, 30 comporte ici un aimant permanent, ou aimant source 32, 34, 36, 38, et une pièce métallique, ou conducteur de champ 40, 42, 44, 46, qui est interposée entre l'aimant source 32, 34, 36, 38 et la fente axiale 14. La direction d'attraction magnétique de l'aimant source est confondue avec la direction B-B.
Dans les unités sources supérieures 24, 26, la direction d'attraction magnétique B-B des aimants sources 32, 34 est orientée ici de la gauche vers la droite, conformément aux flèches représentées sur la figure 1, et dans les unités sources inférieures 28, 30, la direction d'attraction magnétique B-B est orientée en sens inverse.
Chaque unité source 24, 26, 28, 30 comporte aussi un aimant de concentration supérieur 48 et un aimant de concentration inférieur 50 dont la direction d'attraction magnétique est sensiblement verticale, orientée vers le conducteur de champ 40, 46 dans l'unité supérieure gauche 24 et dans l'unité inférieure droite 30, et orientée vers l'extérieur du conducteur de champ 42, 44 dans l'unité supérieure droite 26 et dans l'unité inférieure gauche 28, conformément aux flèches représentées sur la figure 1.
Chaque module d'entraínement 18, 20 comporte une plaque métallique 52, 54 de chaque côté de la fente axiale 14, contre les faces arrière des aimants sources 32, 34, 36, 38 associés.
L'organe mobile 16 comporte un insert métallique longitudinal 56, 58, 60, 62 associé à chaque entrefer magnétique EM1, EM2, EM3, EM4.
Ainsi, dans la position extrême haute PH, les inserts métalliques 56, 58, 60, 62 sont décalés axialement vers le haut par rapport à leurs entrefers EM1, EM2, EM3, EM4 associés.
Comme les inserts métalliques 56, 58 associés au module d'entraínement supérieur 18 sont peu décalés par rapport à leurs entrefers EM1, EM2 associés, les entrefers EM1, EM2 exercent en permanence une force d'attraction magnétique sur les inserts 56, 58 qui tend à déplacer axialement l'organe mobile 16, ici vers le bas.
Lorsque le dispositif de blocage 22 libère l'organe mobile 16, celui-ci se déplace alors axialement vers le bas, sous l'effet de l'attraction magnétique exercée par les entrefers EM1, EM2 sur les inserts métalliques 56, 58.
En raison de l'inertie de l'organe mobile 16, les inserts métalliques 56, 58 associés au module d'entraínement supérieur 18 dépassent axialement vers le bas les entrefers associés EM1, EM2.
Dans cette position, les inserts métalliques 60, 62 associés au module d'entraínement inférieur 20 sont alors légèrement décalés vers le haut par rapport à leurs entrefers associés EM3, EM4. L'attraction magnétique exercée par ces entrefers EM3, EM4 sur les inserts métalliques 60, 62 associés provoque alors le déplacement axial vers le bas de l'organe mobile 16 jusqu'à sa position extrême basse PB dans laquelle les inserts métalliques inférieurs 60, 62 sont décalés axialement vers le bas par rapport aux entrefers EM3, EM4 du module d'entraínement inférieur 20.
Le module d'entraínement inférieur 20 prend donc le relais du module d'entraínement supérieur 18 pour déplacer l'organe mobile 16 vers sa position extrême basse PB.
Avantageusement, chaque unité source 24, 26, 28, 30 est contenue dans une bobine 64 commandée d'axe magnétique B-B qui est constituée d'un fil électrique enroulé autour de l'unité source 24, 26, 28, 30 associée.
Les bobines 64 sont commandées de manière à diminuer ou augmenter l'intensité du champ magnétique produit par les aimants sources 32, 34, 36, 38 associés, en vue de commander le déplacement axial de l'organe mobile 16 ou en vue de commander son immobilisation dans une position intermédiaire.
On a représenté sur les figures 2 et 3 un dispositif d'entraínement linéaire 66 qui est réalisé conformément aux enseignements de l'invention et qui constitue un perfectionnement du dispositif d'entraínement linéaire 10 de la figure 1.
Dans la suite de la description on ne décrira que les éléments distinctifs du nouveau dispositif d'entraínement linéaire 66.
Le dispositif d'entraínement linéaire 66 se distingue de celui de la figure 1 par la structure et le fonctionnement de ses unités sources 68, 70, 72, 74.
Les unités sources 68, 70, 72, 74 et leurs aimants sources 80, 82, 84, 86 sont agencées de manière que les lignes de flux magnétique d'une paire d'unités sources 68, 70, 72, 74 tendent à former ensemble au moins une boucle fermée, globalement contenue dans un plan axial transversal T, qui est défini ici par l'axe d'attraction magnétique B-B et par l'axe d'entraínement A-A.
L'entrefer EM1, EM2, EM3, EM4 associé à une paire d'unités sources 68, 70, 72, 74 est alors formé par un tronçon de la boucle situé dans la fente axiale 14.
Dans le mode de réalisation représenté ici, les unités sources 68, 70, 72, 74 comportent chacune un conducteur de champ 76, 78 intercalé globalement axialement entre deux aimants sources 80, 82, 84, 86.
Les deux aimants sources 80, 82, 84, 86 d'une unité source 68, 70, 72, 74 sont ici agencés sensiblement symétriquement par rapport à un plan transversal à l'axe d'entraínement A-A et passant par l'axe d'attraction magnétique B-B.
De préférence, conformément au mode de réalisation qui est représenté sur les figures 2 et 3, le conducteur de champ 76, 78 a la forme d'un prisme droit à base triangulaire isocèle. Le segment formant la base du triangle isocèle génère donc une surface 88, 89 qui est sensiblement parallèle au plan axial P et qui est agencée du côté de la fente axiale 14. La valeur de l'épaisseur axiale du conducteur de champ 76, 78 augmente donc progressivement vers la fente axiale 14.
Chaque conducteur de champ 76, 78 comporte une surface globalement supérieure 90 qui est inclinée vers le haut et vers la fente axiale 14, et une surface globalement inférieure 92 qui est inclinée vers le bas et vers la fente axiale 14.
Chaque aimant source 80, 82, 84, 86 a ici une forme globalement parallélépipédique et il est agencé parallèlement à la surface 90, 92 en vis-à-vis du conducteur de champ 76, 78 associé.
Chaque conducteur de champ 76, 78 comporte un aimant source supérieur 80, 84 qui est adjacent à sa surface supérieure 90 et un aimant source inférieur 82, 86 qui est adjacent à sa surface inférieure 92.
Chaque aimant source 80, 82, 84, 86 est par exemple collé sur la surface 90, 92 en vis-à-vis du conducteur de champ 76, 78 associé.
Conformément aux enseignements de l'invention, chaque aimant source 80, 82, 84, 86 est polarisé suivant une direction d'attraction C-C qui est contenue globalement dans le plan axial transversal T, et qui est inclinée par rapport au plan axial P et à la direction transversale B-B.
La direction d'attraction C-C de chaque aimant source 80, 82, 84, 86 est ici sensiblement orthogonale à la surface 90, 92 en vis-à-vis du conducteur de champ 76, 78 associé.
Dans une paire d'unités sources 68, 70, 72, 74, par exemple la paire d'unités sources supérieures 68, 70 du module d'entraínement supérieur 18, l'orientation de la direction d'attraction magnétique de chaque aimant source 80, 82, 84, 86, qui est illustrée par des flèches sur la figure 5, est orientée vers le conducteur de champ 76, donc vers la fente axiale 14, d'un côté du plan axial P, ici à gauche, et à l'opposé du conducteur de champ 78, donc à l'opposé de la fente axiale 14, de l'autre côté du plan axial P, ici à droite.
On a représenté sur la figure 5 l'entrefer magnétique EM1 qui est créé par une paire d'unités sources 68, 70, 72, 74 selon l'invention. On a représenté en traits pointillés des lignes de flux magnétique qui illustrent schématiquement la forme du champ magnétique autour des unités sources 68, 70, 72, 74.
On constate donc que le flux magnétique issu d'un aimant permanent supérieur gauche 80 tend à former une boucle qui traverse l'aimant 80, qui passe dans le conducteur de champ gauche 76, qui en ressort par sa surface interne 88, qui passe dans l'entrefer EM1, qui entre dans le conducteur de champ droit 78 par sa surface interne 89, et qui traverse l'aimant permanent supérieur droit 84, avant de revenir vers la face supérieure de l'aimant permanent supérieur gauche 80 en passant au-dessus de l'entrefer EM1.
Les conducteurs de champ 76, 78 guident le flux magnétique vers l'entrefer EM1 de manière qu'il soit concentré dans l'entrefer EM1, ce qui permet de créer une force d'attraction magnétique importante sur l'insert métallique 56 associé de l'organe mobile 16.
Le champ magnétique qui règne dans l'entrefer EM1 est orienté globalement suivant un axe transversal d'attraction magnétique B-B sensiblement orthogonal au plan axial P et orienté ici de la gauche vers la droite.
On constate que la valeur de l'épaisseur axiale des conducteurs de champ 76, 78 et des aimants permanents 80, 82, 84, 86 a une influence importante sur la valeur du champ magnétique régnant dans l'entrefer EM1.
Globalement, en augmentant l'épaisseur axiale A-A des conducteurs de champ 76, 78, on diminue l'intensité du champ magnétique régnant dans l'entrefer EM1, et en augmentant l'épaisseur des aimants sources 80, 82, 84, 86 dans la direction C-C, on augmente l'intensité du champ magnétique régnant dans l'entrefer EM1.
On constate que la répartition du champ magnétique dans l'entrefer EM1 est similaire pour le dispositif d'entraínement 10 de la figure 1 et pour le dispositif d'entraínement 66 selon l'invention.
Cependant, dans le dispositif d'entraínement 10 de l'art antérieur, comme on l'a représenté sur la figure 4, le flux magnétique décrit globalement un circuit qui passe par les quatre aimants permanents 32, 34, 36, 38 de chaque dispositif d'entraínement 18, 20. Les plaques métalliques 52, 54 agencées à l'arrière des aimants permanents 32, 34, 36, 38 servent à faciliter ce « bouclage » du flux magnétique.
Au contraire, dans le dispositif d'entraínement 66 selon l'invention, comme on l'a représenté sur la figure 6, le flux magnétique décrit globalement un circuit, ou boucle, beaucoup plus court qui est localisé entre les unités sources 68, 70, 72, 74 d'une même paire, par exemple entre l'unité source supérieure gauche 68 et l'unité source supérieure droite 70.
Selon une conception similaire à celle du dispositif d'entraínement linéaire 10 de la figure 1, chaque unité source 68, 70, 72, 74 d'un module d'entraínement 18, 20 comporte une bobine électrique 64 commandée qui, lorsqu'elle est alimentée en courant, crée un champ magnétique dont l'orientation est sensiblement coaxiale à l'axe transversal d'attraction magnétique B-B de l'unité source 68, 70, 72, 74 associée.
On note que la forme simplifiée des aimants permanents 80, 82, 84, 86 et des conducteurs de champ 76, 78 facilite la réalisation des enroulements des bobines 64 autour des unités sources 68, 70, 72, 74.
On note qu'il n'est plus nécessaire d'agencer des plaques métalliques à l'arrière des aimants permanents 80, 82, 84, 86.
Les bobines 64 et les unités sources 68, 70, 72, 74 sont par exemple moulées dans une matière plastique isolante (non représentée) qui maintient les modules d'entraínement 18, 20 dans l'unité fixe sans modifier la répartition du champ magnétique autour des aimants permanents 80, 82, 84, 86.

Claims (11)

  1. Dispositif d'entraínement linéaire magnétique (66) selon un axe (A-A), notamment pour l'entraínement d'une soupape d'un moteur à combustion interne, comportant une unité principale fixe (12) délimitant une fente axiale (14) dans laquelle un organe mobile (16) est guidé en coulissement axial entre une position haute (PH) et une position basse (PB), comprenant au moins un module d'entraínement (18, 20) qui comporte au moins une paire d'unités sources (68, 70 et 72, 74) de champ magnétique agencées de chaque côté du plan axial (P) de la fente (14), et comportant des aimants permanents (80, 82, 84, 86), de manière qu'une paire forme dans la fente axiale (14) un entrefer (EM1, EM2, EM3, EM4) dans lequel règne un champ qui est orienté suivant une direction d'attraction magnétique (B-B) sensiblement transversale à l'axe (A-A), et dans lequel l'organe mobile (16) comporte au moins un insert métallique (56, 58, 60, 62) associé à l'entrefer, décalé axialement vers le haut, par rapport à l'entrefer, lorsque l'organe mobile (16) est en position haute, de manière que l'organe mobile (16) soit entraíné depuis la position haute vers la position basse sous l'effet de l'attraction magnétique exercée sur l'insert métallique par le champ magnétique régnant dans l'entrefer,
       caractérisé en ce que l'agencement de ces éléments (68, 70, 72, 74, 80, 82, 84, 86) est tel que les lignes de flux magnétique d'une paire d'unités sources tendent à former ensemble au moins une boucle fermée, globalement contenue dans un plan axial transversal (T), et tel qu'un tronçon de la boucle, qui est situé dans la fente axiale (14), forme l'entrefer.
  2. Dispositif d'entraínement linéaire (66) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, chaque paire d'unités sources (68, 70 et 72, 74) comporte au moins deux aimants permanents (80, 82 et 84, 86) qui sont agencés transversalement (B-B) en vis-à-vis, de chaque côté de la fente axiale (14), et en ce que chaque aimant (80, 82 et 84, 86) est polarisé suivant une direction d'attraction magnétique (C-C) qui est contenue globalement dans le plan axial transversal (T), et qui est inclinée par rapport au plan axial (P) et à la direction transversale (B-B), la direction d'attraction magnétique (C-C) des aimants (80, 82 et 84, 86) étant orientée vers la fente axiale (14), d'un côté du plan axial (P), et à l'opposé de la fente axiale (14), de l'autre côté du plan axial (P).
  3. Dispositif d'entraínement linéaire (66) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque unité source (68, 70, 72, 74) comporte deux aimants (80, 82 et 84, 86) qui sont agencés sensiblement symétriquement par rapport à un plan transversal à l'axe d'entraínement (A-A), de manière que la direction d'attraction magnétique (C-C) des deux aimants (80, 82 et 84, 86) soit orientée vers la fente axiale (14), d'un côté du plan axial (P), et à l'opposé de la fente axiale (14), de l'autre côté du plan axial (P).
  4. Dispositif d'entraínement linéaire (66) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque unité source (68, 70, 72, 74) comporte une pièce métallique (76, 78), ou conducteur de champ, qui est agencée au voisinage d'un aimant (80, 82, 84, 86) et de l'entrefer (EM1, EM2, EM3, EM4), de manière à guider le flux magnétique de l'aimant (80, 82, 84, 86) vers l'entrefer (EM1, EM2, EM3, EM4).
  5. Dispositif d'entraínement linéaire (66) selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que le conducteur de champ (76, 78) est intercalé globalement axialement (A-A) entre les deux aimants (80, 82 et 84, 86) de l'unité source (68, 70, 72, 74), de manière à guider le flux magnétique des deux aimants (80, 82 et 84, 86) vers l'entrefer (EM1, EM2, EM3, EM4).
  6. Dispositif d'entraínement linéaire (66) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque aimant (80, 82, 84, 86) est polarisé suivant une direction d'attraction (C-C) sensiblement orthogonale à la surface (90, 92) en vis-à-vis du conducteur de champ (76, 78), la direction d'attraction (C-C) de chaque aimant (80, 82, 84, 86) étant orientée vers la fente axiale, donc vers le conducteur de champ (76, 78), d'un côté du plan axial (P), et à l'opposé de la fente axiale, donc à l'opposé du conducteur de champ (76, 78), de l'autre côté du plan axial (P)
  7. Dispositif d'entraínement linéaire (66) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la valeur de l'épaisseur axiale de chaque conducteur de champ (76, 78) augmente progressivement vers l'intérieur de la fente axiale (14) de sorte que la surface globalement supérieure (90) du conducteur de champ (76, 78) est inclinée vers le haut et vers la fente axiale (14), et la surface globalement inférieure (92) du conducteur de champ (76, 78) est inclinée vers le bas et vers la fente axiale (14), et en ce que chaque aimant (80, 82, 84, 86) comporte une surface adjacente à la surface (90, 92) en vis-à-vis du conducteur de champ (76, 78) associé.
  8. Dispositif d'entraínement linéaire (66) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque aimant (80, 82, 84, 86) a une forme globalement parallélépipédique et en ce qu'il est sensiblement parallèle à la surface (90, 92) en vis-à-vis du conducteur de champ (76, 78) associé.
  9. Dispositif d'entraínement linéaire (66) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque module d'entraínement (18, 20) comporte deux paires d'unités sources (68, 70 et 72, 74) qui sont superposées suivant l'axe d'entraínement (A-A), l'organe mobile (16) comportant un insert métallique (56, 58, 60, 62) associé à chaque paire d'unités sources (68, 70 et 72, 74).
  10. Dispositif d'entraínement linéaire (66) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque unité source (68, 70, 72, 74) comporte une bobine électrique (64) qui est susceptible de produire un champ magnétique sensiblement coaxial à l'axe d'attraction magnétique (B-B) associé de manière que, lorsque l'on fait circuler un courant électrique dans la bobine (64), et en fonction du sens de circulation du courant, on diminue ou on augmente l'intensité du champ magnétique produit par les aimants (80, 82, 84, 86) associés dans l'entrefer (EM1, EM2, EM3, EM4) correspondant.
  11. Dispositif d'entraínement linéaire (66) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux modules d'entraínement (18, 20) agissant en série qui sont superposés axialement suivant l'axe d'entraínement (A-A), un module supérieur (18) et un module inférieur (20), les inserts métalliques (60, 62) associés aux entrefers (EM3, EM4) du module inférieur (20) étant décalés axialement, suivant l'axe d'entraínement (A-A), vers le haut, de manière que, pendant le déplacement de l'organe mobile (16) vers le bas, lorsque les inserts métalliques (56, 58) de l'organe mobile (16) associés au module supérieur (18) dépassent, sous l'effet de l'inertie de l'organe mobile (16), les entrefers (EM1, EM2) correspondants, l'organe mobile (16) continue d'être entraíné vers le bas, sous l'effet de l'attraction magnétique exercée par les entrefers (EM3, EM4) du module inférieur (20) sur les inserts métalliques (60, 62) associés.
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