EP1955339B1 - Actionneur electromagnetique à aimants permanents disposes en v - Google Patents

Actionneur electromagnetique à aimants permanents disposes en v Download PDF

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EP1955339B1
EP1955339B1 EP06841833.4A EP06841833A EP1955339B1 EP 1955339 B1 EP1955339 B1 EP 1955339B1 EP 06841833 A EP06841833 A EP 06841833A EP 1955339 B1 EP1955339 B1 EP 1955339B1
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EP
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permanent magnets
core
electromagnetic actuator
end part
magnets
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Mahmoud Sfaxi
Emmanuel Talon
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Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
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Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
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    • H01F7/1646—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet
    • H—ELECTRICITY
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuator comprising permanent magnets arranged in V.
  • Document is known FR 2 865 238 an electromagnetic actuator comprising an actuating member associated with a movable pallet under the action of an electromagnet comprising a coil and a core adapted to channel a stream of the coil so that it closes in the pallet, the core having a base of which extends branches with a central branch around which extends the coil.
  • the electromagnet comprises two permanent magnets which are integrated in the core so that the latter channels a flow of permanent magnets so that it closes in the pallet, the magnets being traversed by the flow of the coil.
  • the permanent magnets are arranged obliquely in the lateral branches of the core, which makes it possible to house in the core magnets having a length substantially equal to the height of the coil, without as much increase the height of the electromagnet.
  • US 2005/211200 A1 discloses an electromagnetic actuator according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to an electromagnetic actuator with oblique magnets of easy assembly.
  • an electromagnetic actuator comprising an actuating member associated with a movable pallet under the action of at least one electromagnet which comprises a coil, a core adapted to channel a stream of the coil. so that it closes in the pallet, the core having a base from which branches extend a central branch around which the coil extends, and two permanent magnets which are associated with the core so that the latter channels a flux of permanent magnets so that it closes in the pallet, the magnets being crossed by the flow of the coil.
  • the two magnets are arranged in the central branch of the core to form a V which separates the central branch into a support portion of the magnets secured to the base and an end portion covering the magnets.
  • the core is separated into a main part integrating the support part of the magnets whose access for the establishment of permanent magnets is completely clear, and an end portion which is attached to the magnets arranged on the part of support for styling them, the end portion concentrating itself on the V formed by the permanent magnets.
  • the mounting of the actuator is facilitated
  • the electromagnetic actuator of the invention comprises an electromagnet 1 with a core 2 and a coil 3.
  • the electromagnet 1 exerts a controlled electromagnetic force on a pallet 4 secured to a pusher 5 movable along the X axis.
  • Such an actuator is for example used to actuate an internal combustion engine valve, the actuator being arranged so that the pusher 5 extends along the sliding axis of the valve.
  • the actuator comprises another electromagnet not shown which extends opposite the electromagnet 1 to selectively attract the pallet 4 in the other direction.
  • the end of the pusher 5 and the end of the valve are biased towards each other by unrepresented counter-springs defining an equilibrium position of the pusher / valve assembly in which the pallet extends substantially to halfway between the two electromagnets.
  • the core 2 of the electromagnet 1 comprises a base 10 of which extends two lateral branches 11 and a central branch around which the coil 3 extends.
  • the central branch comprises two portions 12 with faces facing downwards. which are integral with the base 10.
  • the portions 12 form a support portion of the core 2 adapted to receive permanent magnets 13 so that they extend obliquely relative to the axis X and form a V whose tip here is turned towards the base 10. In the V thus formed extends a wedge 14 forming an end portion of the central branch.
  • the path of the fluxes generated by the permanent magnets 13 which transit in the core 2 to close in the pallet 4 is drawn in thick dashed lines on the figure 1 .
  • the wedge 14 has an end face 15 on which a groove 17 extends parallel to the permanent magnets 13.
  • the groove 17 provides a clear separation of the respective flows of the two permanent magnets 13 which pass on either side of the groove 17.
  • the mounting of the actuator is as follows. After having constituted the core 2 by assembling the sheets which form the base 10, the lateral branches 11 and the support portions 12, the permanent magnets 13 are placed on the support portions 12. In this respect, the support portions 12 comprise rims 50 facilitating the positioning of the magnets 13. Then after forming the corner 14 by assembling the corresponding plates, the corner 14 is reported on the permanent magnets 13 as indicated by the arrow. The wedge 14 then caps the permanent magnets 13 and is self-centered by the V formed by the permanent magnets 13.
  • the double actuator comprises two coils 3 and a common core 2 obtained by joining together two cores identical to that illustrated in FIG. figure 1 and forming a single branch of the two lateral branches contiguous.
  • the core 2 comprises central branches around which the coils 3 extend, the central branches having support portions 12 which carry the permanent magnets 13, as well as corners 14.
  • non-magnetic flanges 18 which each comprise on the one hand a slender portion 19 which is housed in the groove 17 of the active face 15 of the wedge 14 and on the other hand tie rods 20 which extend into the through holes of the wedge 14, then between the permanent magnets 13, and finally in the orifices of the core 2 (not visible) to be fixed to this last, for example by screwing or by riveting (alternatively, the tie rods could pass through the core 2 to be fixed directly to the body 100).
  • the non-magnetic flanges make it possible to exert a pressure force to compensate for, or even cancel, the residual gap that may remain due to manufacturing tolerances between, on the one hand, the support portions 12 and the permanent magnets 13, and on the other hand the permanent magnets 13 and the corner 14. This catching air gaps increases the magnetic efficiency of the actuator.
  • the end face 15 of the wedge 14 extends with a recess h with respect to the end faces 16 of the lateral branches 11.
  • the pallet 4 when the pallet 4 abuts against the core 2, it only abuts on the end faces 16 of the lateral branches 11, and not on the central branch.
  • the permanent magnets are very sensitive to shocks.
  • the shrinkage h makes it possible to subtract the permanent magnets 13 from the shocks of the pallet 2 against the core 4, which increases the service life of the actuator.
  • a shrinkage h preferably of the order of a few tenths of a millimeter is preferably chosen, and therefore much larger than the air gaps which are of the order of a few tens of micrometers, so that shrinkage h forms between the pallet and the central branch a large gap whose influence is preponderant on that of residual air gaps when the pallet is close to the core, which allows to reduce or eliminate the effects of magnetic hysteresis caused by residual air gaps.
  • a shrinkage h greater than 0.1 millimeters will preferably be chosen, while remaining less than 0.35 millimeters, so as not to penalize the performance of the actuator.
  • the core 2 has a clearance 30 which extends between the permanent magnets 13 at the tip of the V, and in which is engaged the tip 31 of the wedge 14.
  • the tightening of the wedge 14 by means of the flange 18 can lead due to the relatively acute angle of the wedge 14, a significant dispersion of the position of the tip 31 along the axis X.
  • the clearance 30 absorbs this dispersion while avoiding contact between the tip 31 and the rest of the core 2.
  • the clearance 30 will be selected deep enough to form a sufficiently large air gap between the corner 14 and the base 10 avoiding in use a magnetic flux passage between the corner 14 and the base 10 which would bypass the permanent magnets 13.
  • the clearance 30 forms a non-magnetic zone at the base of the permanent magnets 13 at the point where they form the tip of the V, which allows a clear separation of the fluxes of the permanent magnets 13 in this zone of the core.
  • actuators whose permanent magnets form a V whose tip is turned towards the base of the core
  • the support portions of the magnets secured to the base comprise inclined faces that are no longer facing, but which are turned towards the lateral branches, while the end portion of the central branch will no longer have a wedge shape, but a form of hat.

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Description

  • L'invention concerne un actionneur électromagnétique comportant des aimants permanents disposés en V.
    • ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
  • On connaît du document FR 2 865 238 un actionneur électromagnétique comportant un organe d'actionnement associé à une palette mobile sous l'action d'un électroaimant comportant une bobine et un noyau adapté à canaliser un flux de la bobine pour qu'il se referme dans la palette, le noyau comportant une base de laquelle s'étend des branches dont une branche centrale autour de laquelle s'étend la bobine. L'électroaimant comporte deux aimants permanents qui sont intégrés au noyau de sorte que ce dernier canalise un flux des aimants permanents pour qu'il se referme dans la palette, les aimants étant traversés par le flux de la bobine. Dans l'un des modes de réalisation illustrés dans ce document, les aimants permanents sont disposés obliquement dans les branches latérales du noyau, ce qui permet de loger dans le noyau des aimants ayant une longueur sensiblement égale à la hauteur de la bobine, sans pour autant augmenter la hauteur de l'électroaimant.
  • Une telle disposition impose cependant de découper les tôles du noyau pour permettre l'insertion des aimants, ce qui affaiblit mécaniquement les tôles et pose des problèmes de montage. En outre, l'entrefer entre les tôles du noyau et les aimants permanents dépend des précisions de découpage des tôles, et est donc délicat à contrôler.
  • US 2005/211200 A1 divulgue un actionneur électromagnétique selon le préambule de la revendication 1.
    • OBJET DE L'INVENTION
  • L'invention a pour objet un actionneur électromagnétique à aimants obliques d'un montage facilité.
    • BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
  • En vue de la réalisation de ce but, on propose un actionneur électromagnétique comportant un organe d'actionnement associé à une palette mobile sous l'action d'au moins un électroaimant qui comporte une bobine, un noyau adapté à canaliser un flux de la bobine pour qu'il se referme dans la palette, le noyau comportant une base de laquelle s'étend des branches dont une branche centrale autour de laquelle s'étend la bobine, et deux aimants permanents qui sont associés au noyau de sorte que ce dernier canalise un flux des aimants permanents pour qu'il se referme dans la palette, les aimants étant traversés par le flux de la bobine. Selon l'invention, les deux aimants sont disposés dans la branche centrale du noyau pour former un V qui sépare la branche centrale en une partie de support des aimants solidaire de la base et une partie d'extrémité coiffant les aimants.
  • Ainsi, le noyau est séparé en une partie principale intégrant la partie de support des aimants dont l'accès pour la mise en place des aimants permanents est totalement dégagé, et une partie d'extrémité qui est rapportée sur les aimants disposés sur la partie de support pour coiffer ceux-ci, la partie d'extrémité se centrant d'elle-même sur le V formé par les aimants permanents. Le montage de l'actionneur s'en trouve facilité
  • Il suffit dès lors d'exercer un effort de pression sur la partie d'extrémité pour diminuer voire annuler l'entrefer entre les tôles constituant le noyau et les aimants permanents.
    • BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures des dessins annexés parmi lesquelles :
    • la figure 1 est une vue en coupe schématique partielle d'un actionneur selon l'invention ;
    • la figure 2 est une vue schématique partielle de l'actionneur de la figure 1, illustré en cours de montage;
    • la figure 3 est une vue en perspective écorchée partiellement éclatée d'un actionneur électromagnétique double selon l'invention.
    DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
  • En référence à la figure 1, l'actionneur électromagnétique de l'invention comporte un électroaimant 1 avec un noyau 2 et une bobine 3. L'électroaimant 1 exerce de façon commandée un effort électromagnétique sur une palette 4 solidaire d'un poussoir 5 mobile selon l'axe X.
  • Un tel actionneur est par exemple utilisé pour actionner une soupape de moteur à combustion interne, l'actionneur étant disposé de sorte que le poussoir 5 s'étende selon l'axe de coulissement de la soupape. De façon connue en soi, l'actionneur comporte un autre électroaimant non représenté qui s'étend en regard de l'électroaimant 1 pour attirer sélectivement la palette 4 dans l'autre sens. L'extrémité du poussoir 5 et l'extrémité de la soupape sont rappelées l'une vers l'autre par des ressorts antagonistes non représentés définissant une position d'équilibre de l'ensemble poussoir/soupape dans laquelle la palette s'étend sensiblement à mi-chemin entre les deux électroaimants.
  • Le noyau 2 de l'électroaimant 1 comporte une base 10 de laquelle s'étend deux branches latérales 11 ainsi qu'une branche centrale autour de laquelle s'étend la bobine 3. La branche centrale comporte deux portions 12 avec des faces inclinées en regard qui sont solidaires de la base 10. Les portions 12 forment une partie de support du noyau 2 adaptée à recevoir des aimants permanents 13 de sorte que ceux-ci s'étendent obliquement par rapport à l'axe X et forment un V dont la pointe est ici tournée vers la base 10. Dans le V ainsi formé s'étend un coin 14 formant une partie d'extrémité de la branche centrale.
  • Le trajet des flux générés par les aimants permanents 13 qui transitent dans le noyau 2 pour se refermer dans la palette 4 est tracé en traits pointillés épais sur la figure 1. Le coin 14 comporte une face d'extrémité 15 sur laquelle une rainure 17 s'étend parallèlement aux aimants permanents 13. La rainure 17 assure une nette séparation des flux respectifs des deux aimants permanents 13 qui passent de part et d'autre de la rainure 17.
  • Comme cela est visible à la figure 3 (sur laquelle le noyau est illustré retourné par rapport à la figure 1), le montage de l'actionneur se fait comme suit. Après avoir constitué le noyau 2 en assemblant les tôles qui forment la base 10, les branches latérales 11 et les portions de support 12, on met en place les aimants permanents 13 sur les portions de support 12. A cet égard, les portions de support 12 comportent des redans 50 facilitant le positionnement des aimants 13. Puis après avoir constitué le coin 14 en assemblant les tôles correspondantes, on rapporte le coin 14 sur les aimants permanents 13 comme indiqué par la flèche. Le coin 14 coiffe alors les aimants permanents 13 et est autocentré par le V formé par les aimants permanents 13.
  • Sur la figure 3 est représenté un actionneur double destiné à actionner deux poussoirs (non représentés). A cet égard, l'actionneur double comporte deux bobines 3 et un noyau 2 commun obtenu en accolant deux noyaux identiques à celui illustré à la figure 1 et en formant une seule branche des deux branches latérales accolées. Comme auparavant, le noyau 2 comporte des branches centrales autour desquels les bobines 3 s'étendent, les branches centrales comportant des portions de support 12 qui portent les aimants permanents 13, ainsi que des coins 14.
  • Pour maintenir le tout, on utilise des brides 18 amagnétiques qui comportent chacune d'une part une partie élancée 19 qui vient se loger dans la rainure 17 de la face active 15 du coin 14 et d'autre part des tirants 20 qui s'étendent dans des orifices traversants du coin 14, puis entre les aimants permanents 13, et enfin dans des orifices du noyau 2 (non visibles) pour être fixés à ce dernier, par exemple par vissage ou encore par rivetage (en variante, les tirants pourraient traverser le noyau 2 pour être fixés directement au corps 100).
  • Les brides amagnétiques permettent d'exercer un effort de pression pour rattraper, voire annuler l'entrefer résiduel pouvant subsister du fait des tolérances de fabrication entre d'une part les portions de support 12 et les aimants permanents 13, et d'autre part les aimants permanents 13 et le coin 14. Ce rattrapage d'entrefers permet d'augmenter le rendement magnétique de l'actionneur.
  • Selon un aspect particulier de l'invention plus particulièrement visible à la figure 1, la face d'extrémité 15 du coin 14 s'étend avec un retrait h par rapport aux faces d'extrémité 16 des branches latérales 11.
  • Ainsi, lorsque la palette 4 vient en butée contre le noyau 2, celle-ci ne bute que sur les faces d'extrémité 16 des branches latérales 11, et non sur la branche centrale. De façon générale, et plus particulièrement lorsque les aimants permanents sont réalisés par agglomération de matériaux en poudre, les aimants permanents sont très sensibles aux chocs. Le retrait h permet de soustraire les aimants permanents 13 aux chocs de la palette 2 contre le noyau 4, ce qui augmente la durée de vie de l'actionneur.
  • En outre, en l'absence d'un tel retrait, les tolérances de fabrication du noyau donneraient lieu à des entrefers résiduels entre la palette et les branches de l'actionneur causant un hystérésis magnétique qui perturberait la répétabilité du décollage de la palette 4 du noyau 2. Le retrait permet de diminuer, voire éliminer cet hystérésis. A cet effet, on choisit de préférence un retrait h de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, donc bien plus important que les entrefers qui sont de l'ordre de quelques dizaines de micromètres de sorte que retrait h forme entre la palette et la branche centrale un entrefer important dont l'influence est prépondérante sur celle des entrefers résiduels lorsque la palette est à proximité du noyau, ce qui permet de diminuer voire d'éliminer les effets de l'hystérésis magnétique causé par les entrefers résiduels.
  • En pratique, on choisira de préférence un retrait h supérieur 0,1 millimètres, tout en restant inférieur à 0,35 millimètres, afin de ne pas pénaliser les performances de l'actionneur.
  • Selon un aspect particulier de l'invention plus particulièrement visible aux figures 1 et 2, le noyau 2 comporte un dégagement 30 qui s'étend entre les aimants permanents 13 au niveau de la pointe du V, et dans lequel est engagée la pointe 31 du coin 14. Le serrage du coin 14 au moyen de la bride 18 peut conduire, en raison de l'angle relativement aigu du coin 14, à une dispersion importante de la position de la pointe 31 selon l'axe X. Le dégagement 30 permet d'absorber cette dispersion tout en évitant un contact entre la pointe 31 et le reste du noyau 2.
  • En outre, le dégagement 30 sera choisi assez profond pour former un entrefer suffisamment important entre le coin 14 et la base 10 évitant en service un passage de flux magnétique entre le coin 14 et la base 10 qui court-circuiterait les aimants permanents 13.
  • Enfin, le dégagement 30 forme une zone amagnétique à la base des aimants permanents 13 à l'endroit où ceux-ci forment la pointe du V, ce qui permet une nette séparation des flux des aimants permanents 13 dans cette zone du noyau.
  • L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais bien au contraire englobe toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications.
  • En particulier, bien que l'on ait illustré ici des actionneurs dont les aimants permanents forment un V dont la pointe est tournée vers la base du noyau, on pourra également disposer les aimants de sorte qu'ils forment un V avec la pointe dirigée vers la palette. Les partie de support des aimants solidaire de la base comportera des faces inclinées qui ne sont plus en regard, mais qui sont tournés vers les branches latérales, tandis que la partie d'extrémité de la branche centrale n'aura plus une forme de coin, mais une forme de chapeau.

Claims (7)

  1. Actionneur électromagnétique comportant un organe d'actionnement associé à une palette (4) et mobile sous l'action d'au moins un électroaimant qui comporte :
    - une bobine (3) ;
    - un noyau (2) adapté à canaliser un flux de la bobine pour qu'il se referme dans la palette, le noyau comportant une base (10) de laquelle s'étend des branches dont une branche centrale autour de laquelle s'étend la bobine;
    - deux aimants permanents (13) qui sont associés au noyau de sorte que ce dernier canalise un flux des aimants permanents pour qu'il se referme dans la palette, les aimants étant traversés par le flux de la bobine; caractérisé en ce que les deux aimants permanents sont disposés dans la branche centrale du noyau pour former un V qui sépare la branche centrale en une partie de support (12) des aimants permanents solidaire de la base et une partie d'extrémité (14) coiffant les aimants permanents,
    caractérisé en ce que l'actionneur comporte
    - des moyens de pression (18) de la partie d'extrémité (14) contre les aimants permanents (13), les moyens de pression comportent une bride amagnétique ayant une partie élancée (19) qui s'étend dans une rainure (17) de la face active de la partie d'extrémité (14) parallèle au aimants permanents (13) et au moins un tirant (20) qui s'étend depuis la partie élancée pour traverser la partie d'extrémité et passer entre les aimants permanents.
  2. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, dans lequel le V formé par les aimants a une pointe tournée vers la base (10), la partie d'extrémité (14) ayant une forme de coin.
  3. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, dans lequel la partie d'extrémité (14) comporte une face active (15) en regard de la palette (4) sur laquelle une rainure (17) s'étend parallèlement aux aimants permanents (13).
  4. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, dans lequel l'une des parties (14) forme une pointe engagée entre les aimants permanents tandis que l'autre des parties (12) comporte un dégagement (30) à la base du V formé par les aimants permanents.
  5. Actionneur électromagnétique selon la revendication 4, dans lequel le dégagement (30) a une profondeur suffisante pour éviter en service un passage de flux magnétique entre les parties (12, 14) du noyau.
  6. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1, dans lequel la partie d'extrémité a une face d'extrémité (15) qui s'étend avec un retrait (h) par rap- port à des faces d'extrémité (16) des autres branches.
  7. Actionneur électromagnétique selon la revendication 6, dans lequel le retrait (h) est compris dans l'intervalle [0,1 mm ; 0,35 mm].
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