EP1364377A1 - Actionneur electromagnetique - Google Patents

Actionneur electromagnetique

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EP1364377A1
EP1364377A1 EP02706905A EP02706905A EP1364377A1 EP 1364377 A1 EP1364377 A1 EP 1364377A1 EP 02706905 A EP02706905 A EP 02706905A EP 02706905 A EP02706905 A EP 02706905A EP 1364377 A1 EP1364377 A1 EP 1364377A1
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EP
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core
housing
coil
electromagnetic actuator
axial direction
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EP02706905A
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German (de)
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EP1364377B1 (fr
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Lucien Donce
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Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Original Assignee
Johnson Controls Automotive Electronics SAS
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/02—Cores, Yokes, or armatures made from sheets
    • 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
    • H01F7/081—Magnetic constructions

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuator.
  • Electromagnetic actuators comprising coils carried by a housing and actuating members each comprising a rod mounted movable in an axial direction of each coil, each coil being associated with a core formed by a stack of sheets of ferromagnetic material s extending parallel to the axial direction of the coil, the core having an active face extending perpendicular to the axis of the coil and external faces turned towards adjacent walls of the housing.
  • the rod of the actuating member is generally associated with a pallet extending opposite the active face of the core.
  • a magnetic flux is established in the core by the coil so that the pallet is attracted towards the active face of the core.
  • the core sheets are attracted to the pallet, and therefore tend to move in the axial direction of the coil.
  • This arrangement requires additional parts and additional cuts in the sheets. Furthermore, this arrangement requires additional assembly operations.
  • the lateral external faces of the core comprise at least one retaining portion projecting from the lateral external face of the core in a direction forming with the axial direction of the coil an angle less than 90 degrees.
  • the retaining portion extends adjacent to an edge of the core, over at least a quarter of the lateral face measured in the axial direction of the coil.
  • the retaining force is distributed over an appreciable portion of the lateral face.
  • the housing is molded on the core and extends in contact with the retaining portions of the lateral external faces of the core.
  • the housing itself forms the retaining member.
  • the housing is made of a thermally conductive material. This takes advantage of the large contact surface of the housing with the core to efficiently evacuate to the outside the heat generated in the core during the operation of the actuator.
  • FIG. 2 is a sectional view along the plane II -II of Figure 1;
  • FIG. 3 is a partial perspective view of the actuator.
  • the electromagnetic actuator described here is suitable for controlling the opening and closing of two valves not shown with parallel axes X.
  • the electromagnetic actuator is substantially symmetrical along a plane P defining a separation between the elements of the actuator intended for the control of each valve.
  • the electromagnetic actuator includes a housing
  • the cores 4,5 are formed by a stack of sheets of ferromagnetic material extending parallel to the axis X and have active faces 6 which extend opposite one another perpendicular to the axes X.
  • the lower part 3 of the housing has a support contour 27 projecting from the active face 6 of the core 5 and parallel thereto.
  • the contour 27 cooperates with a bearing face 28 of the upper part 2 of the housing to maintain a spacing between the active faces 6 of the cores 4,5.
  • Housing parts have bores
  • the cores 4, 5 have external faces co-taking a rear external face 19 formed by the juxtaposition of the rear edges of the sheets opposite the active face 6 and the lateral external faces 20 formed by the juxtaposition of the lateral edges of the sheets .
  • Coils 8 are force fitted around intermediate parts 7 of the cores 4,5.
  • the coils 8 are arranged opposite two by two to form two pairs of adjacent coils having parallel X axes.
  • Each coil is framed on the one hand by a lateral part 10 of the corresponding core and on the other hand by a central part 11.
  • the central part 11 is common to two adjacent coils.
  • each pair of coils is associated with an actuating member 30 which can move along the associated axis X.
  • Each actuator 30 comprises a pallet 15 extending between the active faces 6 of the 4,5 nuclei parallel to these.
  • the pallet 15 is associated with an actuating rod 16 mounted to slide in a guide 22 passing through an intermediate part 7 of the core 5.
  • the central plates of the core 5 are cut to form a passage 24 passing through the base of the core and a housing 26 at the level of each intermediate part 7.
  • a cylindrical guide 22 having an external diameter less than the smallest transverse dimension of the passage 24 extends coaxially with the axis X through the passage 24.
  • the guide 22 comprises a first part extending in the lower part 3 of the housing and maintained by the latter as will be indicated below, and a second part extending in the passage 24. The second part of the guide 22 extends to the active face 6 to ensure proper guidance of the rod 16.
  • the second part of the guide 22 is included in a rectangular insert 23.
  • the insert 23 has dimensions suitable for the sheet metal plates delimiting the housing 26 are in intimate contact with the insert when 'of the stack of sheets, and extends to an inner face 25 of the core on which there opens the passage 24.
  • the passage 24 has a section lower than the section of the insert 23, so that the insert 23 covers the day between the guide 22 and the passage 24.
  • the lateral external faces 20 of the cores 4.5 comprise retaining portions 21 which extend projecting from the lateral external faces 20 adjacent to the edge formed by the lateral external faces 20 and the associated rear external face 19.
  • the retaining portions 21 extend in a direction which forms with the direction axial position of the coil at an angle B, here about 5 degrees.
  • the height of the retaining portions 21 is preferably greater than a quarter of the height of the lateral faces 20.
  • each core is assembled by first stacking the sheets previously cut according to the shape corresponding to their position in the stack.
  • the guide 22 is force fitted into the insert 23, then the insert is positioned in the stack before clamping it between jaws which bear on the external sheets by masking the openings between the central part 11 and the intermediate parts 7 as well as between the intermediate parts 7 and the side parts 10.
  • a mold is placed around the stack of sheets and the jaws which hold them and a non-magnetic material, preferably a thermally conductive material such as aluminum is injected to form the corresponding part of the housing as illustrated in FIG. 2.
  • the good thermal conductivity of the material of the housing 1 and the large contact surface of the latter with the cores 4,5 make it possible to efficiently dissipate the heat generated in the cores 4,5 during operation of the actuator.
  • the molded material forming the side wall 31 of the housing conforms to the external contour of the retaining portions 21 and ensures a locking by wedge effect of the sheets against an axial movement.
  • the retaining portions thus produced make it possible to distribute the retaining force along these retaining portions while avoiding any concentration of stress in the core or in the housing.
  • the insert 23 serves to hold the position in position of the guide 22, and prevents the molten material from flowing beyond the passage 24.
  • the lower part 3 of the housing then extends into the space delimited by the external surface of the guide 22 and the passage 24 to maintain 5 lies the guide 22.
  • the insert 23 is made of ferromagnetic material with high resistivity such as ferrite. The insert then partially compensates for the loss of magnetic efficiency of the core 5 resulting from the housing 26 in the intermediate parts 7.
  • 15 tier are molded on the cores, one can use housing parts snap-on the core, or housing parts having an insert retaining member of the core. In particular, a shim can be engaged between the retaining portion of the core and the associated housing part.
  • these retaining portions may more generally be located at any level of the lateral face, without necessarily being adjacent to this corner.
  • retaining portions have been illustrated with a straight edge, they can also be made with a curved edge.
  • an electromagnetic actuator having two actuating members and four coils, the invention is applicable to any type of electromagnetic actuator comprising at least one coil provided with a sheet metal core and associated with at least one actuator.
  • the invention applies more generally to actuating members moving in an axial direction of the coils, without however that a rod of the actuating member passes through the coil.

Description

Actionneur électromagnétique
L'invention concerne un actionneur électromagnéti- que.
On connaît des actionneurs électromagnétiques comprenant des bobines portées par un boîtier et des organes d' actionnement comportant chacun une tige montée mobile selon une direction axiale de chaque bobine, chaque bobine étant associée à un noyau formé d'un empilage de tôles en matériau ferromagnétique s'étendant parallèlement à la direction axiale de la bobine, le noyau ayant une face active s'étendant perpendiculairement à l'axe de la bobine et des faces externes tournées vers des parois adjacentes du boî- tier.
La tige de l'organe d' actionnement est en général associée à une palette s'étendant en regard de la face active du noyau. Lors du fonctionnement de 1 ' actionneur, un flux magnétique est établi dans le noyau par la bobine de sorte que la palette se trouve attirée vers la face active du noyau. En réaction, les tôles du noyau sont attirées vers la palette, et ont donc tendance à se déplacer selon la direction axiale de la bobine.
Afin d'éviter ces déplacements, il est connu de so- lidariser les tôles entre elles au moyen d'agrafes, ou au moyen de cordons de soudure s'étendant sur une face externe du noyau transversalement aux tôles. Le noyau est alors retenu en position dans le boîtier au moyen de butées coopérant avec la face active du noyau. Afin que les butées ne s'étendent pas entre la face active du noyau et la palette, des tôles supplémentaires sont prévues pour étendre l'empilement au delà du champ de la palette. Les butées coopèrent donc uniquement avec les tôles supplémentaires, les autres tôles étant retenues axialement du fait de leur solidarisation aux tôles supplémentaires. Cette solidarisation reste néanmoins insuffisante au regard des efforts mis en jeu dans ce type d'application. Par ailleurs, les agrafes ou les cordons de soudure ont pour inconvénient de réaliser entre les tôles des courts-circuits favorisant l'apparition de courants de Foucault indésirables.
On a également envisagé de solidariser les tôles entre elles en les montant dans le boîtier pour être pressées les unes contre les autres, le frottement entre les tôles s 'opposant à un mouvement axial des tôles. Mais étant donné le faible coefficient de frottement entre les tôles, la pression nécessaire pour empêcher un déplacement des tôles devrait être importante, ce qui entraînerait des difficultés d'assemblage. On connaît par ailleurs du document WO 00/33329 un actionneur dans lequel les tôles sont maintenues dans le boîtier au moyen de tiges de blocage qui traversent toutes les tôles et qui sont engagées dans des alésages du noyau.
Cette disposition nécessite des pièces supplémen- taires et des découpages additionnels dans les tôles. Par ailleurs, cette disposition nécessite des opérations d'assemblage additionnelles.
On connaît également de ce document ou du document américain US 5 155 461 la réalisation de portions de rete- nue du noyau qui sont découpées en queue d'aronde sur les faces externes du noyau en regard du boîtier. Ces portions de retenue présentent l'inconvénient de constituer des zones de concentration de contrainte dans le noyau et dans l'organe de retenue, ce qui est préj diciable à la durée de ' . vie du boîtier.
Selon l'invention, les faces externes latérales du noyau comportent au moins une portion de retenue s'étendant en saillie de la face externe latérale du noyau selon une direction formant avec la direction axiale de la bobine un angle inférieur à 90 degrés. Ainsi, le noyau est bloqué dans le boîtier par effet de coin avec l'organe de retenue, sans création de zone de concentration de contrainte.
Selon un mode préféré de réalisation, la portion de retenue s'étend de façon adjacente à une arête du noyau, sur au moins un quart de la face latérale mesurée selon la direction axiale de la bobine.
Ainsi, l'effort de retenue est réparti sur une portion appréciable de la face latérale. Selon un mode préféré de réalisation, le boîtier est moulé sur le noyau et s'étend en contact avec les portions de retenue des faces externes latérales du noyau.
Ainsi, le boîtier forme lui-même l'organe de retenue. De préférence, le boîtier est réalisé dans un matériau thermiquement conducteur. On profite ainsi de la grande surface de contact du boîtier avec le noyau pour évacuer efficacement vers l'extérieur la chaleur générée dans le noyau lors du fonctionnement de l' actionneur . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention, en référence aux figures ci- jointes parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective partielle à échelle réduite de l'actionneur selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe selon le plan II -II de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en perspective partielle de l'actionneur.
En référence aux figures, l'actionneur électromagnétique décrit ici est adapté à commander l'ouverture et la fermeture de deux soupapes non représentées d'axes parallèles X. L'actionneur électromagnétique est sensiblement symétrique selon un plan P définissant une séparation entre les éléments de l'actionneur destinés à la commande de chaque soupape .
L'actionneur électromagnétique comprend un boîtier
1 composé d'une partie supérieure 2 et d'une partie infé- rieure 3 et contenant des noyaux respectivement référencés
4 et 5.
Les noyaux 4,5 sont formés d'un empilement de tôles en matériau ferromagnétique s'étendant parallèlement à l'axe X et comportent des faces actives 6 qui s'étendent en regard l'une de l'autre perpendiculairement aux axes X.
La partie inférieure 3 du boîtier comporte un contour d'appui 27 en saillie de la face active 6 du noyau 5 et parallèle à celle-ci. Le contour 27 coopère avec une face d'appui 28 de la partie supérieure 2 du boîtier pour maintenir un écartement entre les faces actives 6 des noyaux 4,5. Les parties de boîtier comportent des alésages
29 pour le passage de goujons non représentés servant à l'assemblage des deux parties de boîtier.
Les noyaux 4 , 5 comportent des faces externes co - prenant une face externe arrière 19 formée par la juxtaposition des bords arrières des tôles à l'opposé de la face active 6 et des faces externes latérales 20 formées par la juxtaposition des bords latéraux des tôles.
Des bobines 8 sont montées à force autour de par- ties intercalaires 7 des noyaux 4,5. Les bobines 8 sont disposées en regard deux à deux pour former deux paires de bobines adjacentes ayant des axes X parallèles. Chaque bobine est encadrée d'une part par une partie latérale 10 du noyau correspondant et d'autre part par une partie centrale 11. La partie centrale 11 est commune à deux bobines adjacentes .
Par ailleurs, chaque paire de bobines est associée à un organe d' actionnement 30 pouvant se déplacer selon l'axe X associé. Chaque organe d' actionnement 30 comprend une palette 15 s'étendant entre les faces actives 6 des noyaux 4,5 parallèlement à ces dernières. La palette 15 est associée à une tige d' actionnement 16 montée pour coulisser dans un guide 22 traversant une partie intercalaire 7 du noyau 5. Ainsi que cela est illustré à la figure 3 sur laquelle seule une partie du noyau 5 a été représentée, les tôles centrales du noyau 5 sont découpées pour former un passage 24 traversant la base du noyau et un logement 26 au niveau de chaque partie intercalaire 7. Un guide 22 cylindrique ayant un diamètre externe inférieur à la plus petite dimension transversale du passage 24 s'étend coaxialement à l'axe X à travers le passage 24. Le guide 22 comprend une première partie s'étendant dans la partie inférieure 3 du boîtier et maintenue par celle-ci ainsi qu'il sera indiqué plus loin, et une seconde partie s'étendant dans le passage 24. La seconde partie du guide 22 s'étend jusqu'à la face active 6 pour assurer un guidage convenable de la tige 16.
Ainsi que cela est visible à la figure 1 sur laquelle les bobines 8 et les organes d' actionnement 30 ont été enlevés, la seconde partie du guide 22 est incluse dans un insert parallélépipédique 23. L' insert 23 a des dimensions appropriées pour que les plaques de tôles délimitant le logement 26 soient en contact intime avec l' insert lors ' de l'empilage des tôles, et s'étend jusqu'à une face interne 25 du noyau sur laquelle débouche le passage 24. Le passage 24 a une section inférieure à la section de l' insert 23, de sorte que l' insert 23 recouvre le jour entre le guide 22 et le passage 24. ' Les faces externes latérales 20 des noyaux 4,5 comportent des portions de retenue 21 qui s'étendent en saillie des faces externes latérales 20 de façon adjacente à l'arête formée par les faces externes latérales 20 et la face externe arrière 19 associée. Les portions de retenue 21 s'étendent selon une direction qui forme avec la direc- tion axiale de la bobine un angle B, ici d'environ 5 degrés. La hauteur des portions de retenue 21 est de préférence supérieure au quart de la hauteur des faces latérales 20. Ces portions de retenue sont obtenues par un découpage approprié des tôles formant le noyau.
Dans le mode de réalisation illustré, chaque noyau est assemblé en procédant tout d'abord à un empilage des tôles préalablement découpées selon la forme correspondant à leur position dans l'empilage. En ce qui concerne le noyau 5, le guide 22 est emmanché à force dans l' insert 23, puis l' insert est positionné dans l'empilage avant de serrer celui-ci entre des mâchoires qui prennent appui sur les tôles externes en masquant les ouvertures entre la partie centrale 11 et les parties intercalaires 7 ainsi qu'entre les parties intercalaires 7 et les parties latérales 10. Un moule est disposé autour de l'empilage de tôles et des mâchoires qui les maintiennent et une matière non magnétique, de préférence une matière thermiquement conductrice telle que de l'aluminium est injectée pour former la partie cor- respondante du boîtier comme illustré à la figure 2. La bonne conductibilité thermique du matériau constitutif du boîtier 1 et la grande surface de contact de ce dernier avec les noyaux 4,5 permettent d'assurer une évacuation efficace de la chaleur générée dans les noyaux 4,5 lors du fonctionnement de l'actionneur.
La matière moulée formant la paroi latérale 31 du boîtier épouse le contour externe des portions de retenue 21 et assure un verrouillage par effet de coin des tôles à l' encontre d'un mouvement axial. Les portions de retenue ainsi réalisées permettent de répartir l'effort de retenue le long de ces portions de retenue en évitant toute concentration de contrainte dans le noyau ou dans le boîtier.
En outre, lors du moulage de la partie de boîtier 3 sur le noyau 5, l' insert 23 sert de maintien en position du guide 22, et empêche le matériau en fusion de s'écouler au delà du passage 24. La partie inférieure 3 du boîtier s'étend alors jusque dans l'espace délimité par la surface externe du guide 22 et le passage 24 pour maintenir ferme- 5 ment le guide 22. De préférence, l' insert 23 est réalisé en matériau ferromagnétique à forte résistivité telle que de la ferrite. L' insert compense alors en partie la perte d'efficacité magnétique du noyau 5 résultant du logement 26 dans les parties intercalaires 7.
10 L'invention n'est pas limitée au mode particulier de réalisation qui vient d'être décrit, mais entend bien au contraire couvrir toute variante qui entre dans le cadre de l'invention tel que défini par les revendications.
Bien que l'on ait indiqué que les parties de boî-
15 tier sont moulées sur les noyaux, on peut recourir à des parties de boîtier encliquetables sur le noyau, ou à des parties de boîtier possédant un organe de retenue du noyau rapporté. On pourra notamment engager une cale entre la portion de retenue du noyau et la partie de boîtier asso-
20. ciée, ou encore réaliser un berceau enserrant le noyau et rapporté dans le boîtier.
Bien que l'invention ait été illustrée avec des portions de retenue 21 s'étendant de façon adjacente à l'arête formée par les faces externes latérales et la face
25. externe arrière du noyau, ces portions de retenue pourront plus généralement être situées à un niveau quelconque de la face latérale, sans être forcément adjacente à ce coin.
Bien que les portions de retenue aient été illustrées comme formant un angle B très faible avec la direc-
30 tion axiale de la bobine, ce qui permet d'obtenir un effet de coin tout en minimisant l'augmentation d'encombrement du noyau, on pourra augmenter cet angle pour obtenir un effet de coin plus prononcé. L'angle B devra cependant rester inférieur à 90 degrés afin de ne pas créer le long de la face
35 latérale du noyau des points de rebroussement qui seraient générateurs de contraintes. On peut également multiplier les portions de retenue pour obtenir un effet de coin plus important sans augmenter l'encombrement du. noyau.
Bien que les portions de retenue aient été illus- trées avec un bord rectiligne on peut également les réaliser avec un bord curviligne.
Bien que l'on ait décrit un actionneur électromagnétique possédant deux organes d' actionnement et quatre bobines, l'invention est applicable à tout type d' ctionneur électromagnétique comprenant au moins une bobine pourvue d'un noyau en tôles et associée à au moins un organe d' actionnement .
Bien que l'on ait indiqué que les axes de déplacement des organes d' actionnement coïncident avec les axes des bobines, l'invention s'applique plus généralement à des organes d' actionnement se déplaçant selon une direction axiale des bobines, sans pour autant qu'une tige de l'organe d' actionnement traverse la bobine.

Claims

REVENDICATIONS
1. Actionneur électromagnétique comprenant au moins une bobine (8) portée par un boîtier (1) et au moins un or- 5 gane d' actionnement (30) comportant une tige (15) montée mobile selon une direction axiale (X) de la bobine (8) , la bobine (8) étant associée à un noyau (4,5) formé d'un empilage de tôles en matériau ferromagnétique s'étendant parallèlement à la direction axiale de la bobine (8) , le noyau
10 (4,5) ayant une face active (6) s'étendant perpendiculairement à la direction axiale de la bobine et des faces externes latérales (20) tournées vers des parois adjacentes du boîtier (1) les faces externes latérales (20) du noyau (4,5) comportant au moins une portion de retenue (21)
15. s'étendant selon une direction formant un angle avec la direction axiale de la bobine, un organe de retenue (31) non magnétique solidaire du boîtier (1) étant disposé par rapport à la portion de retenue (21) pour s'opposer à un mou- ve ent des tôles du noyau (4,5) par rapport au boîtier (1)
20 selon la direction axiale de la bobine, caractérisé en ce que la portion de retenue s'étend en saillie de la face externe latérale (20) selon une direction formant avec la direction axiale de la bobine un angle (B) inférieur à 90 degrés .
25 2. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion de retenue (21) s'étend de façon adjacente à une arête du noyau (4,5) formée par les faces externes latérales (20) et une face externe arrière (19) du noyau (4,5) .
30 3. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion de retenue (21) s'étend sur au moins un quart de la face externe latérale (20) .
4. Actionneur électromagnétique selon la revendica-
35 tion 1, caractérisé en ce que l'organe de retenue comprend une pièce (2,3) moulée sur le noyau (4,5) et s'étendant en contact des portions de retenue des faces externes latérales (20) du noyau (4,5).
5. Actionneur électromagnétique selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que la pièce moulée (2,3) forme au moins une partie du boîtier (1) .
6. Actionneur électromagnétique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce moulée est réalisé dans un matériau thermiquement conducteur.
7. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige (15) de l'organe d' actionnement (30) est montée coulissante dans un guide (22) solidaire du boîtier (1) et s'étendant dans un passage traversant (24) du noyau (5) .
8. Actionneur électromagnétique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le guide (22) est supporté par un insert (23) s'étendant dans un logement (26) interne du noyau (5) t l' insert (23) étant disposé pour recouvrir une extrémité du passage (24) traversant le noyau (5) .
9. Actionneur électromagnétique selon la revendication 8, caractérisé en ce que l' insert (23) est réalisé dans un matériau ferromagnétique et est en contact avec le noyau le long du logement (26) .
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EP02706905A Expired - Lifetime EP1364377B1 (fr) 2001-03-02 2002-02-28 Actionneur electromagnetique

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AT (1) ATE435496T1 (fr)
DE (1) DE60232780D1 (fr)
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