EP2287862A1 - Improved electromagnetic actuator having a permanent magnet - Google Patents

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EP2287862A1
EP2287862A1 EP10305787A EP10305787A EP2287862A1 EP 2287862 A1 EP2287862 A1 EP 2287862A1 EP 10305787 A EP10305787 A EP 10305787A EP 10305787 A EP10305787 A EP 10305787A EP 2287862 A1 EP2287862 A1 EP 2287862A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
permanent magnet
coil
face
pole piece
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10305787A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Vanpeene
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.)
Mecalectro
Original Assignee
Mecalectro
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]
    • H01F7/04—Means for releasing the attractive force

Definitions

  • the field of the invention is that of permanent magnet electromagnetic actuators of the type comprising: a permanent magnet having a first face having a first polarity and a second face having a second polarity opposite to the first; a coil adapted to be powered by an electric current; a first pole piece having a first end in contact with the first face of the permanent magnet and a core portion extending through the coil; a second pole piece having a first end placed in contact with the second face of the permanent magnet and a portion extending outside the coil; an actuating part disposed in the vicinity of the gap separating second ends of the first pole piece and the second pole piece, the actuator being provided with a magnetic circuit forming a loop passing through the coil and comprising the first polar piece, the actuating piece and the second pole piece.
  • the known permanent magnet electromagnetic actuators have the disadvantage of not allowing complete demagnetization of the actuating part when the actuator is controlled in opening.
  • the permanent magnets used must be powerful to produce, in the closed state of the actuator, a holding force adapted to the actuating portion.
  • the permanent magnet is sized to exert on the actuating piece integral with the leaf of the door, a nominal force typically of the order of 200 kg. When a current flows in the coil, this force decreases but does not cancel.
  • the residual force is typically of the order of 10% of the nominal force, or about 20 kg.
  • the permanent magnet electromagnetic actuators of the prior art are equipped with mechanical switches. When the actuator is in the open state, these switches open the magnetic circuit which channels the flux of the magnetic field generated by the permanent magnet. In this way, the magnetic field inside the actuating part is substantially zero and, consequently, the actuating part is not subjected to any residual force in the open state of the actuator.
  • the invention therefore aims to overcome these problems, by proposing a permanent magnet electromagnetic actuator having a simple structure while allowing, when in the open state, the substantially complete cancellation of the magnetic field in the actuating piece.
  • the subject of the invention is an electromagnetic actuator of the aforementioned type, characterized in that it comprises an additional element magnetically connecting the first and second pole pieces to one another so as to define a second magnetic circuit, the second circuit forming a loop. outside the coil and comprising the first pole piece, the additional member and the second pole piece, the additional member being dimensioned to allow, when a predetermined current flows in the coil, the substantially complete cancellation of the stream magnetic through the actuating piece.
  • a permanent magnet electromagnet is described as a particular example of a permanent magnet electromagnetic actuator.
  • the suction cup 1 has a structure symmetrical by revolution about an axis A.
  • the suction cup 1 comprises a permanent magnet 10, a coil 20, first and second pole pieces 30 and 40, an actuating part 50 and an additional element 60.
  • the permanent magnet 10 has the shape of a ring A axis, rectangular section. It has an inside diameter D1, an outside diameter D2 and a thickness e , in the direction of the axis A.
  • the permanent magnet 10 is for example a samarium cobalt magnet or a neodymium iron boron magnet.
  • the permanent magnet 10 is shaped to have a first transverse face 12 having a first polarity, for example magnetic south, and a second transverse face 14 having a second polarity opposite to the first, for example magnetic north.
  • the coil 20 of the suction cup 1 is O-ring, of axis A. It is made by winding, over n turns, a wire made of a material that conducts the electric current. The ends of the wire constitute two terminals intended to be connected to a generator of electrical power adapted to circulate an electric current of predetermined intensity in the coil 20.
  • the coil 20 induces a magnetic field.
  • the flux of this magnetic field is channeled by the pole pieces 30 and 40 and the actuating part 50. This flow is such that it opposes, at least in the actuating part 50, the flow of the magnetic field. created by the permanent magnet, so as to cancel the magnetic field and therefore its effects in the actuating part 50, to allow the easy release thereof.
  • the first pole piece 30 of the suction cup 1 has a main portion 32, forming a cylinder of axis A, and an end portion 34, forming a disc of axis A secured to a first end face of the portion. 32.
  • the other end face of the main portion 32 has the reference 35.
  • the end portion 34 has a diameter D3 slightly greater than the outside diameter D2 of the permanent magnet 10.
  • the main portion has a diameter D4 less than the inside diameter D1 of the permanent magnet 10.
  • the first pole piece 30 is mounted so that its main portion 32 passes axially through the central orifice of the permanent magnet 10 and the coil 20.
  • the main portion 32 constitutes the core of the electromagnet of the suction cup 1.
  • the face 36 of the end portion 34 disposed transversely to the axis A and oriented towards the coil 20, is brought into contact with the first transverse face 12 of the permanent magnet 10.
  • the end face 35 of the main portion 32 is located in a plane P, transverse to the axis A.
  • the second pole piece 40 of the suction cup 1 constitutes a cylindrical casing of axis A, intended to internally receive the coil 20. More specifically, the second pole piece 40 has a side wall 42 and an end wall 44 disposed transversely to the coil. A axis and forming the bottom of the housing. It is integral with an axial end of the side wall 42. The edge of the side wall opposite the end wall 44 has the reference 45. The edge 45 has an annular shape of axis A.
  • the end wall 44 has a through hole 46 for receiving the cylindrical main portion 32 of the first pole piece 30.
  • the diameter D5 of the hole 46 is greater than the diameter D4 of the main portion 32 so as to spare a first gap of thickness f .
  • the diameter of the hole 46 is equal to the inside diameter D1 of the permanent magnet 10.
  • the face 48 of the end wall 44 facing outwardly of the housing receiving the coil, is brought into contact with the second transverse face 14 of the permanent magnet 10.
  • the height, along the axis A, of the side wall 42 is such that, after assembly, the edge 45 is located in the plane P.
  • the actuating part 50 of the suction cup 1 forms a disk of axis A and diameter D6.
  • the actuating part 51 is made of a metallic material having suitable magnetic properties.
  • the suction cup 1 comprises a first magnetic circuit C1 for channeling the flux of the magnetic field produced by the permanent magnet 10.
  • the field lines that arise on the second face 14 of the permanent magnet 10 substantially flow in the end wall 44 and in the side wall 42 of the second pole piece 40; then, after passing through the interface between the edge 45 and the actuating part 50, the field lines circulate in the actuating piece, substantially radially, towards the axis A; and, finally, after passing through the interface between the actuating part 50 and the end face 35, the field lines flow axially along the main portion 32 and then radially in the end portion 34 of the first pole piece 30, to end on the first transverse face 12 of the permanent magnet 10.
  • the actuating piece 50 located in the vicinity of the air gap between the edge 45 of the second pole piece 40 and the end face 35 of the first pole piece 30, is subjected to a holding force oriented substantially according to the direction of the axis A towards the permanent magnet 10. This force is able to press the actuating part 50 against the end face 35 and the edge 45 in the plane P.
  • the actuator 1 comprises an additional element 60.
  • the additional element 60 forms a ring with a rectangular section whose axis coincides with the axis A.
  • the additional element 60 is made of a material having suitable magnetic properties. Preferably, this material is a ferromagnetic material. More preferably, the material constituting the additional element 60 is identical to the constituent material of the first and second pole pieces 30 and 40.
  • the additional element 60 is mounted so that a first transverse face 62 is in contact with the transverse face 36 of the first pole piece 30 and a second transverse face 64 comes into contact with the transverse face 48 of the second pole piece 40.
  • the thickness, evaluated along the axis A, of the additional element 60 is equal. to the thickness e of the permanent magnet 10.
  • the inside diameter of the additional element 60 is substantially equal to the outside diameter D2 of the permanent magnet 10, so that the inner side face 66 of the additional element 60 is in contact with the periphery of the permanent magnet. 10.
  • the first pole piece 30, the additional element 60 and the second pole piece 40 delimit a cavity 70 for receiving the permanent magnet 10.
  • the dimensions of the cavity 70 are adjusted to those of the permanent magnet 10 so that the it is housed, without play, in the cavity 70.
  • the suction cup 1 comprises a second magnetic circuit C2 for channeling the magnetic flux generated by the permanent magnet 10.
  • the magnetic field lines which arise on the second face 14 of the permanent magnet 10, in the vicinity of its periphery, propagate in the end wall 44 of the second pole piece 40; then, after having crossed the interface between the second pole piece 40 and the additional element 60, the field lines flow axially in the additional element 60; and finally, after having crossed the interface between the additional element 60 and the first pole piece 30, the field lines loop back on the first face 12 of the permanent magnet 10.
  • the suction cup 1 can be in two operating states.
  • the coil 20 In the first state, said closing and which corresponds to the default state of the suction cup, the coil 20 is not powered.
  • the actuating part is subjected to a holding force in position generated by the permanent magnet. More specifically, the magnetic flux produced by the permanent magnet is channeled along the first magnetic circuit C1 so as to generate a large magnetic field in the gap between the face 35 and the edge 45 of the pole pieces.
  • the actuating piece made of a suitable material, and placed in this gap, undergoes a force plating it in the plane P against the pole pieces.
  • the coil 20 In the second state of actuation, called opening, the coil 20 is energized so as to produce an induced field opposing, in the gap between the face 35 and the edge 45 of the pole pieces, to the magnetic field produced by the permanent magnet 10.
  • the flux of the magnetic field of the permanent magnet can not flow along the first magnetic circuit because of the presence of the field flux induced by the coil, it preferably flows along the second magnetic circuit C2.
  • the total magnetic field in the region of the actuating part is zero.
  • the actuating piece 50 does not undergo any holding force in position and can be moved away without effort from the pole pieces 30 and 40.
  • the magnetic flux created by the permanent magnet finds a way to pass from one side to the other of the permanent magnet.
  • the first magnetic circuit C1 has a high "resistance" due to the magnetic field induced by the coil 20
  • the presence of the additional element 60 makes it possible to channel the magnetic flux created by the permanent magnet along the second magnetic circuit.
  • the magnetic field in the region occupied by the actuating part can be completely canceled by means of a coil having a reduced power compared to that of the permanent magnet.
  • the actuator has only a small number of parts.
  • the actuator has no mechanical switch to completely cancel the field in the actuating part.
  • the manufacture of the actuator is particularly simple and comprises machining parts, then the treatment of the surfaces of the parts, and finally the assembly of the different parts together.
  • the additional element is integral with one or the other of the first and second pole pieces.
  • the transverse face 36 of the first pole piece is machined so as to provide its periphery with an axially extending rim.
  • This flange constitutes the additional element 60 of the embodiment described.
  • the dimensions of the section of the additional element are calibrated according to different parameters among which the constituent materials of the different parts, the dimensions of the different parts, the intensity of the nominal force to be exerted on the actuating part, the intensity of the magnetic field induced by the coil, etc.
  • the geometry of the additional element enabling the creation of a bypass magnetic circuit depends on the particular implementation of the invention in a particular actuator.

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Abstract

The actuator i.e. sucker (1), has an additional ferromagnetic element (60) i.e. ring, magnetically connecting polar pieces between each other so as to define a magnetic circuit. The additional element is dimensioned for authorizing cancellation of magnetic flow traversing an actuation piece (50) when predetermined current circulates in a coil (20). The additional element is dimensioned for authorizing circulation of a major part of the magnetic flow generated by a permanent magnet (10) in the actuation piece through another magnetic circuit when current is not circulated in the coil.

Description

L'invention a pour domaine celui des actionneurs électromagnétiques à aimant permanent du type comportant : un aimant permanent ayant une première face présentant une première polarité et une seconde face présentant une seconde polarité opposée à la première ; une bobine apte à être alimentée par un courant électrique ; une première pièce polaire comportant une première extrémité placée en contact de la première face de l'aimant permanent et une portion formant noyau s'étendant à travers la bobine ; une seconde pièce polaire comportant une première extrémité placée en contact de la seconde face de l'aimant permanent et une portion s'étendant à l'extérieur de la bobine ; une pièce d'actionnement disposée au voisinage de l'entrefer séparant des secondes extrémités de la première pièce polaire et de la seconde pièce polaire, l'actionneur étant muni d'un circuit magnétique formant une boucle passant à travers la bobine et comportant la première pièce polaire, la pièce d'actionnement et la seconde pièce polaire.The field of the invention is that of permanent magnet electromagnetic actuators of the type comprising: a permanent magnet having a first face having a first polarity and a second face having a second polarity opposite to the first; a coil adapted to be powered by an electric current; a first pole piece having a first end in contact with the first face of the permanent magnet and a core portion extending through the coil; a second pole piece having a first end placed in contact with the second face of the permanent magnet and a portion extending outside the coil; an actuating part disposed in the vicinity of the gap separating second ends of the first pole piece and the second pole piece, the actuator being provided with a magnetic circuit forming a loop passing through the coil and comprising the first polar piece, the actuating piece and the second pole piece.

Les actionneurs électromagnétiques à aimant permanent connus présentent le désavantage de ne pas permettre une désaimantation complète de la pièce d'actionnement lorsque l'actionneur est commandé en ouverture.The known permanent magnet electromagnetic actuators have the disadvantage of not allowing complete demagnetization of the actuating part when the actuator is controlled in opening.

Les aimants permanents utilisés doivent être puissants pour produire, dans l'état de fermeture de l'actionneur, une force de maintien adaptée de la partie d'actionnement.The permanent magnets used must be powerful to produce, in the closed state of the actuator, a holding force adapted to the actuating portion.

Mais, en contre partie, dans l'état d'ouverture de l'actionneur, le champ magnétique induit par la bobine n'est pas capable de s'opposer au champ magnétique créé par l'aimant permanent. En conséquence, un champ magnétique résiduel subsiste dans l'entrefer entre les pièces polaires de l'actionneur et la pièce d'actionnement subit une force résiduelle d'amplitude relativement importante.But in counterpart, in the opening state of the actuator, the magnetic field induced by the coil is not able to oppose the magnetic field created by the permanent magnet. As a result, a residual magnetic field remains in the gap between the pole pieces of the actuator and the actuating part undergoes a residual force of relatively large amplitude.

Par exemple, dans le cas particulier d'une ventouse électromagnétique à aimant permanent, utilisée pour équiper des portes coupe-feu, l'aimant permanent est dimensionné pour exercer sur la pièce d'actionnement solidaire du vantail de la porte, une force nominale typiquement de l'ordre de 200 kg. Lorsqu'un courant circule dans la bobine, cette force diminue mais ne s'annule pas. La force résiduelle est typiquement de l'ordre de 10 % de la force nominale, soit environ 20 kg. Ainsi, alors que la ventouse est actionnée de manière à permettre l'ouverture de la porte, l'utilisateur doit exercer une force non négligeable sur le vantail de la porte pour vaincre la force résiduelle et ouvrir la porte. Ceci est particulièrement préjudiciable dans le cas d'une utilisation dans un système de sécurité où l'utilisateur doit immédiatement pouvoir ouvrir une issue de secours.For example, in the particular case of a permanent magnet electromagnet, used for equipping fire doors, the permanent magnet is sized to exert on the actuating piece integral with the leaf of the door, a nominal force typically of the order of 200 kg. When a current flows in the coil, this force decreases but does not cancel. The residual force is typically of the order of 10% of the nominal force, or about 20 kg. Thus, while the sucker is actuated to allow the door to open, the user must exert a significant force on the door leaf to overcome the residual force and open the door. This is particularly detrimental in the case of use in a security system where the user must immediately be able to open an emergency exit.

Pour résoudre ce problème, les actionneurs électromagnétiques à aimant permanent de l'art antérieur sont équipés d'interrupteurs mécaniques. Lorsque l'actionneur est dans l'état d'ouverture, ces interrupteurs ouvrent le circuit magnétique qui canalise le flux du champ magnétique généré par l'aimant permanent. De cette manière, le champ magnétique à l'intérieur de la pièce d'actionnement est sensiblement nul et, par conséquent, la pièce d'actionnement n'est soumise à aucune force résiduelle dans l'état d'ouverture de l'actionneur.To solve this problem, the permanent magnet electromagnetic actuators of the prior art are equipped with mechanical switches. When the actuator is in the open state, these switches open the magnetic circuit which channels the flux of the magnetic field generated by the permanent magnet. In this way, the magnetic field inside the actuating part is substantially zero and, consequently, the actuating part is not subjected to any residual force in the open state of the actuator.

De tels interrupteurs mécaniques rendent la fabrication de l'actionneur plus complexe.Such mechanical switches make the manufacture of the actuator more complex.

Mais surtout, ils sont soumis à des contraintes mécaniques importantes au cours de l'utilisation de l'actionneur et sont souvent la cause de la défaillance de ce dernier.But above all, they are subject to significant mechanical stress during the use of the actuator and are often the cause of the failure of the latter.

Etant peu fiables, les actionneurs électromagnétiques à aimant permanent repondent difficilement aux normes en vigueur, en particulier dans les dispositifs de sécurité. C'est la raison pour laquelle, les actionneurs électromagnétiques à aimant permanent ne sont que peu utilisés.Being unreliable, electromagnetic actuators with permanent magnet hardly meet the standards in force, in particular in the safety devices. This is why permanent magnet electromagnetic actuators are rarely used.

L'invention a donc pour but de pallier ces problèmes, en proposant un actionneur électromagnétique à aimant permanent présentant une structure simple tout en permettant, lorsqu'il est dans l'état d'ouverture, l'annulation sensiblement complète du champ magnétique dans la pièce d'actionnement.The invention therefore aims to overcome these problems, by proposing a permanent magnet electromagnetic actuator having a simple structure while allowing, when in the open state, the substantially complete cancellation of the magnetic field in the actuating piece.

Pour cela, l'invention a pour objet un actionneur électromagnétique du type précité caractérisé en ce qu'il comporte un élément supplémentaire connectant magnétiquement les première et seconde pièces polaires entre elles de manière à définir un second circuit magnétique, le second circuit formant une boucle à l'extérieur de la bobine et comprenant la première pièce polaire, l'élément supplémentaire et la seconde pièce polaire, l'élément supplémentaire étant dimensionné pour autoriser, lorsqu'un courant prédéterminé circule dans la bobine, l'annulation sensiblement complète du flux magnétique traversant la pièce d'actionnement.For this, the subject of the invention is an electromagnetic actuator of the aforementioned type, characterized in that it comprises an additional element magnetically connecting the first and second pole pieces to one another so as to define a second magnetic circuit, the second circuit forming a loop. outside the coil and comprising the first pole piece, the additional member and the second pole piece, the additional member being dimensioned to allow, when a predetermined current flows in the coil, the substantially complete cancellation of the stream magnetic through the actuating piece.

Suivant des modes particuliers de réalisation, l'actionneur comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :

  • l'élément supplémentaire est dimensionné pour autoriser, lorsque aucun courant ne circule dans la bobine, la circulation du la majeure partie du flux magnétique généré par l'aimant permanent dans la pièce d'actionnement à travers le premier circuit ;
  • l'élément supplémentaire est en un matériau présentant des propriétés magnétiques adaptées, de préférence en un matériau ferromagnétique, de préférence encore dans un matériau ferromagnétique identique à celui utilisé pour les première et seconde pièces polaires ;
  • les première et seconde pièces polaires ainsi que l'élément supplémentaire délimitent une cavité dimensionnée pour recevoir intérieurement et sans jeu ledit aimant permanent ;
  • l'élément supplémentaire est venu de matière avec la première ou la seconde pièce polaire.
According to particular embodiments, the actuator comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the additional element is dimensioned to allow, when no current flows in the coil, the flow of most of the magnetic flux generated by the permanent magnet in the actuating part through the first circuit;
  • the additional element is made of a material having suitable magnetic properties, preferably a ferromagnetic material, preferably still in a ferromagnetic material identical to that used for the first and second pole pieces;
  • the first and second pole pieces and the additional element delimit a cavity dimensioned to receive internally and without play said permanent magnet;
  • the extra element came from matter with the first or the second pole piece.

L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :

  • la figure 1 est une représentation schématique, en coupe axiale, d'une ventouse électromagnétique à aimant permanent ;
  • la figure 2 est une simulation numérique des lignes de champ magnétique circulant dans l'actionneur de la figure 1, celui-ci étant dans l'état de fermeture, aucun courant ne circulant dans la bobine ; et,
  • la figure 3 est une simulation numérique des lignes de champ magnétique circulant dans l'actionneur de la figure 1, celui-ci étant dans l'état d'ouverture, un courant circulant dans la bobine de l'actionneur.
The invention and its advantages will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example, and with reference to the appended drawings, in which:
  • the figure 1 is a diagrammatic representation, in axial section, of a permanent magnet electromagnetic sucker;
  • the figure 2 is a numerical simulation of the magnetic field lines flowing in the actuator of the figure 1 , the latter being in the closed state, no current flowing in the coil; and,
  • the figure 3 is a numerical simulation of the magnetic field lines flowing in the actuator of the figure 1 , the latter being in the open state, a current flowing in the coil of the actuator.

Dans ce qui suit, une ventouse électromagnétique à aimant permanent est décrite en tant qu'exemple particulier d'un actionneur électromagnétique à aimant permanent.In the following, a permanent magnet electromagnet is described as a particular example of a permanent magnet electromagnetic actuator.

La ventouse 1 présente une structure symétrique par révolution autour d'un axe A.The suction cup 1 has a structure symmetrical by revolution about an axis A.

La ventouse 1 comporte un aimant permanent 10, une bobine 20, des première et seconde pièces polaires 30 et 40, une pièce d'actionnement 50 et un élément supplémentaire 60.The suction cup 1 comprises a permanent magnet 10, a coil 20, first and second pole pieces 30 and 40, an actuating part 50 and an additional element 60.

L'aimant permanent 10 a la forme d'un anneau d'axe A, à section rectangulaire. Il présente un diamètre intérieur D1, un diamètre extérieur D2 et une épaisseur e, selon la direction de l'axe A.The permanent magnet 10 has the shape of a ring A axis, rectangular section. It has an inside diameter D1, an outside diameter D2 and a thickness e , in the direction of the axis A.

L'aimant permanent 10 est par exemple un aimant au samarium cobalt ou un aimant au néodyme fer bore.The permanent magnet 10 is for example a samarium cobalt magnet or a neodymium iron boron magnet.

L'aimant permanent 10 est conformé de manière à présenter une première face transversale 12 ayant une première polarité, par exemple sud magnétique, et une seconde face transversale 14 présentant une seconde polarité opposée à la première, par exemple nord magnétique.The permanent magnet 10 is shaped to have a first transverse face 12 having a first polarity, for example magnetic south, and a second transverse face 14 having a second polarity opposite to the first, for example magnetic north.

La bobine 20 de la ventouse 1 est torique, d'axe A. Elle est réalisée par l'enroulement, sur n spires, d'un fil en un matériau conducteur du courant électrique. Les extrémités du fil constituent deux bornes destinées à être connectées à un générateur de puissance électrique apte à faire circuler un courant électrique d'intensité prédéterminée dans la bobine 20. En réponse à la circulation d'un courant électrique, la bobine 20 induit un champ magnétique. Le flux de ce champ magnétique est canalisé par les pièces polaires 30 et 40 et la pièce d'actionnement 50. Ce flux est tel qu'il s'oppose, tout au moins dans la pièce d'actionnement 50, au flux du champ magnétique créé par l'aimant permanent, de manière à annuler le champ magnétique et par conséquent ses effets dans la pièce d'actionnement 50, pour autoriser la libération aisée de celle-ci.The coil 20 of the suction cup 1 is O-ring, of axis A. It is made by winding, over n turns, a wire made of a material that conducts the electric current. The ends of the wire constitute two terminals intended to be connected to a generator of electrical power adapted to circulate an electric current of predetermined intensity in the coil 20. In response to the flow of an electric current, the coil 20 induces a magnetic field. The flux of this magnetic field is channeled by the pole pieces 30 and 40 and the actuating part 50. This flow is such that it opposes, at least in the actuating part 50, the flow of the magnetic field. created by the permanent magnet, so as to cancel the magnetic field and therefore its effects in the actuating part 50, to allow the easy release thereof.

La première pièce polaire 30 de la ventouse 1 présente une portion principale 32, formant un cylindre d'axe A, et une portion d'extrémité 34, formant un disque d'axe A solidaire d'une première face d'extrémité de la portion principale 32. L'autre face d'extrémité de la portion principale 32 porte la référence 35.The first pole piece 30 of the suction cup 1 has a main portion 32, forming a cylinder of axis A, and an end portion 34, forming a disc of axis A secured to a first end face of the portion. 32. The other end face of the main portion 32 has the reference 35.

La portion d'extrémité 34 a un diamètre D3 légèrement supérieur au diamètre extérieur D2 de l'aimant permanent 10. La portion principale a un diamètre D4 inférieur au diamètre intérieur D1 de l'aimant permanent 10.The end portion 34 has a diameter D3 slightly greater than the outside diameter D2 of the permanent magnet 10. The main portion has a diameter D4 less than the inside diameter D1 of the permanent magnet 10.

Ainsi, la première pièce polaire 30 est montée de sorte que sa portion principale 32 traverse axialement l'orifice central de l'aimant permanent 10 et la bobine 20. La portion principale 32 constitue le noyau de l'électroaimant de la ventouse 1.Thus, the first pole piece 30 is mounted so that its main portion 32 passes axially through the central orifice of the permanent magnet 10 and the coil 20. The main portion 32 constitutes the core of the electromagnet of the suction cup 1.

Par ailleurs, lors du montage, la face 36 de la portion d'extrémité 34, disposée transversalement à l'axe A et orientée en direction de la bobine 20 est mise en contact de la première face transversale 12 de l'aimant permanent 10.Furthermore, during assembly, the face 36 of the end portion 34, disposed transversely to the axis A and oriented towards the coil 20, is brought into contact with the first transverse face 12 of the permanent magnet 10.

A l'issue du montage, la face d'extrémité 35 de la portion principale 32 est située dans un plan P, transversal à l'axe A.At the end of the assembly, the end face 35 of the main portion 32 is located in a plane P, transverse to the axis A.

La seconde pièce polaire 40 de la ventouse 1 constitue un carter cylindrique d'axe A, destiné à recevoir intérieurement la bobine 20. Plus précisément, la seconde pièce polaire 40 comporte une paroi latérale 42 et une paroi d'extrémité 44 disposée transversalement à l'axe A et formant le fond du carter. Elle est solidaire d'une extrémité axiale de la paroi latérale 42. Le chant de la paroi latérale à l'opposé de la paroi d'extrémité 44 porte la référence 45. Le chant 45 a une forme annulaire d'axe A.The second pole piece 40 of the suction cup 1 constitutes a cylindrical casing of axis A, intended to internally receive the coil 20. More specifically, the second pole piece 40 has a side wall 42 and an end wall 44 disposed transversely to the coil. A axis and forming the bottom of the housing. It is integral with an axial end of the side wall 42. The edge of the side wall opposite the end wall 44 has the reference 45. The edge 45 has an annular shape of axis A.

La paroi d'extrémité 44 comporte un trou traversant 46 destiné à recevoir la portion principale 32 cylindrique de la première pièce polaire 30. Dans ce but, le diamètre D5 du trou 46 est supérieur au diamètre D4 de la portion principale 32 de manière à ménager un premier entrefer d'épaisseur f. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure, le diamètre du trou 46 est égal au diamètre intérieur D1 de l'aimant permanent 10.The end wall 44 has a through hole 46 for receiving the cylindrical main portion 32 of the first pole piece 30. For this purpose, the diameter D5 of the hole 46 is greater than the diameter D4 of the main portion 32 so as to spare a first gap of thickness f . In the embodiment shown in the figure, the diameter of the hole 46 is equal to the inside diameter D1 of the permanent magnet 10.

Lors du montage, la face 48 de la paroi d'extrémité 44, orientée vers l'extérieur du carter de réception de la bobine, est mise en contact de la seconde face transversale 14 de l'aimant permanent 10.During assembly, the face 48 of the end wall 44, facing outwardly of the housing receiving the coil, is brought into contact with the second transverse face 14 of the permanent magnet 10.

La hauteur, le long de l'axe A, de la paroi latérale 42 est telle que, à l'issue du montage, le chant 45 est situé dans le plan P.The height, along the axis A, of the side wall 42 is such that, after assembly, the edge 45 is located in the plane P.

La pièce d'actionnement 50 de la ventouse 1 forme un disque d'axe A et de diamètre D6. La pièce d'actionnement 51 est réalisée en un matériau métallique présentant des propriétés magnétiques adaptées.The actuating part 50 of the suction cup 1 forms a disk of axis A and diameter D6. The actuating part 51 is made of a metallic material having suitable magnetic properties.

La ventouse 1 comporte un premier circuit magnétique C1 permettant de canaliser le flux du champ magnétique produit par l'aimant permanent 10. Comme cela est visible sur la figure 2, les lignes de champ qui naissent sur la seconde face 14 de l'aimant permanent 10 circulent essentiellement dans la paroi d'extrémité 44 et dans la paroi latérale 42 de la seconde pièce polaire 40 ; puis, après avoir traversé l'interface entre le chant 45 et la pièce d'actionnement 50, les lignes de champ circulent dans la pièce d'actionnement, sensiblement radialement, vers l'axe A ; et, finalement, après avoir traversé l'interface entre la pièce d'actionnement 50 et la face d'extrémité 35, les lignes de champ circulent axialement le long de la portion principale 32 puis radialement dans la portion d'extrémité 34 de la première pièce polaire 30, pour se terminer sur la première face transversale 12 de l'aimant permanent 10.The suction cup 1 comprises a first magnetic circuit C1 for channeling the flux of the magnetic field produced by the permanent magnet 10. As can be seen in FIG. figure 2 , the field lines that arise on the second face 14 of the permanent magnet 10 substantially flow in the end wall 44 and in the side wall 42 of the second pole piece 40; then, after passing through the interface between the edge 45 and the actuating part 50, the field lines circulate in the actuating piece, substantially radially, towards the axis A; and, finally, after passing through the interface between the actuating part 50 and the end face 35, the field lines flow axially along the main portion 32 and then radially in the end portion 34 of the first pole piece 30, to end on the first transverse face 12 of the permanent magnet 10.

Ainsi, la pièce d'actionnement 50, située au voisinage de l'entrefer entre le chant 45 de la seconde pièce polaire 40 et la face d'extrémité 35 de la première pièce polaire 30, est soumise à une force de maintien orientée sensiblement selon la direction de l'axe A, vers l'aimant permanent 10. Cette force est apte à plaquer la pièce d'actionnement 50 contre la face d'extrémité 35 et le chant 45, dans le plan P.Thus, the actuating piece 50, located in the vicinity of the air gap between the edge 45 of the second pole piece 40 and the end face 35 of the first pole piece 30, is subjected to a holding force oriented substantially according to the direction of the axis A towards the permanent magnet 10. This force is able to press the actuating part 50 against the end face 35 and the edge 45 in the plane P.

L'actionneur 1 comporte un élément supplémentaire 60. L'élément supplémentaire 60 forme en anneau à section rectangulaire, dont l'axe coïncide avec l'axe A.The actuator 1 comprises an additional element 60. The additional element 60 forms a ring with a rectangular section whose axis coincides with the axis A.

L'élément supplémentaire 60 est réalisé en un matériau présentant des propriétés magnétiques adaptées. De préférence, ce matériau est un matériau ferromagnétique. De préférence encore, le matériau constitutif de l'élément supplémentaire 60 est identique au matériau constitutif des première et seconde pièces polaires 30 et 40.The additional element 60 is made of a material having suitable magnetic properties. Preferably, this material is a ferromagnetic material. More preferably, the material constituting the additional element 60 is identical to the constituent material of the first and second pole pieces 30 and 40.

L'élément supplémentaire 60 est monté de manière à ce qu'une première face transversale 62 soit en contact de la face transversale 36 de la première pièce polaire 30 et qu'une seconde face transversale 64 vienne en contact de la face transversale 48 de la seconde pièce polaire 40.The additional element 60 is mounted so that a first transverse face 62 is in contact with the transverse face 36 of the first pole piece 30 and a second transverse face 64 comes into contact with the transverse face 48 of the second pole piece 40.

Les faces 36 de la première pièce polaire et 48 de la seconde pièce polaire étant en contact des faces transversales 12 et 14 de l'aimant permanent 10, l'épaisseur, évaluée selon l'axe A, de l'élément supplémentaire 60 est égale à l'épaisseur e de l'aimant permanent 10.The faces 36 of the first pole piece and 48 of the second pole piece being in contact with the transverse faces 12 and 14 of the permanent magnet 10, the thickness, evaluated along the axis A, of the additional element 60 is equal. to the thickness e of the permanent magnet 10.

Le diamètre intérieur de l'élément supplémentaire 60 est sensiblement égal au diamètre extérieur D2 de l'aimant permanent 10, de manière à ce que la face latérale intérieure 66 de l'élément supplémentaire 60 soit en contact de la périphérie de l'aimant permanent 10.The inside diameter of the additional element 60 is substantially equal to the outside diameter D2 of the permanent magnet 10, so that the inner side face 66 of the additional element 60 is in contact with the periphery of the permanent magnet. 10.

La première pièce polaire 30, l'élément supplémentaire 60 et la seconde pièce polaire 40 délimitent une cavité 70 de réception de l'aimant permanent 10. Les dimensions de la cavité 70 sont ajustées à celles de l'aimant permanent 10 de sorte que celui-ci est logé, sans jeu, dans la cavité 70.The first pole piece 30, the additional element 60 and the second pole piece 40 delimit a cavity 70 for receiving the permanent magnet 10. The dimensions of the cavity 70 are adjusted to those of the permanent magnet 10 so that the it is housed, without play, in the cavity 70.

La ventouse 1 comporte un second circuit magnétique C2 permettant de canaliser le flux magnétique généré par l'aimant permanent 10. Comme cela est visible sur les figures 2 et 3, les lignes de champ magnétique qui naissent sur la seconde face 14 de l'aimant permanent 10, au voisinage de sa périphérie, se propagent dans la paroi d'extrémité 44 de la seconde pièce polaire 40 ; puis, après avoir franchi l'interface entre la seconde pièce polaire 40 et l'élément supplémentaire 60, les lignes de champs circulent axialement dans l'élément supplémentaire 60 ; et, finalement, après avoir franchi l'interface entre l'élément supplémentaire 60 et la première pièce polaire 30, les lignes de champ rebouclent sur la première face 12 de l'aimant permanent 10.The suction cup 1 comprises a second magnetic circuit C2 for channeling the magnetic flux generated by the permanent magnet 10. As can be seen in the Figures 2 and 3 the magnetic field lines which arise on the second face 14 of the permanent magnet 10, in the vicinity of its periphery, propagate in the end wall 44 of the second pole piece 40; then, after having crossed the interface between the second pole piece 40 and the additional element 60, the field lines flow axially in the additional element 60; and finally, after having crossed the interface between the additional element 60 and the first pole piece 30, the field lines loop back on the first face 12 of the permanent magnet 10.

La ventouse 1 peut être dans deux états d'actionnement.The suction cup 1 can be in two operating states.

Dans le premier état, dit de fermeture et qui correspond à l'état par défaut de la ventouse, la bobine 20 n'est pas alimentée. La pièce d'actionnement est soumise à une force de maintien en position générée par l'aimant permanent. Plus précisément, le flux magnétique produit par l'aimant permanent est canalisé le long du premier circuit magnétique C1 de manière à générer un champ magnétique important dans l'entrefer entre la face 35 et le chant 45 des pièces polaires. La pièce d'actionnement, réalisée en un matériau adapté, et placée dans cet entrefer, subit une force la plaquant dans le plan P contre les pièces polaires.In the first state, said closing and which corresponds to the default state of the suction cup, the coil 20 is not powered. The actuating part is subjected to a holding force in position generated by the permanent magnet. More specifically, the magnetic flux produced by the permanent magnet is channeled along the first magnetic circuit C1 so as to generate a large magnetic field in the gap between the face 35 and the edge 45 of the pole pieces. The actuating piece, made of a suitable material, and placed in this gap, undergoes a force plating it in the plane P against the pole pieces.

Dans le second état d'actionnement, dit d'ouverture, la bobine 20 est alimentée de manière à produite un champ induit s'opposant, dans l'entrefer entre la face 35 et le chant 45 des pièces polaires, au champ magnétique produit par l'aimant permanent 10. Le flux du champ magnétique de l'aimant permanent ne pouvant s'écouler le long du premier circuit magnétique à cause de la présence du flux du champ induit par la bobine, il circule préférentiellement le long du second circuit magnétique C2. Ainsi avec un champ induit d'intensité raisonnable, le champ magnétique total dans la région de la pièce d'actionnement est nul. La pièce d'actionnement 50 ne subit aucune force de maintien en position et peut être écartée sans effort des pièces polaires 30 et 40.In the second state of actuation, called opening, the coil 20 is energized so as to produce an induced field opposing, in the gap between the face 35 and the edge 45 of the pole pieces, to the magnetic field produced by the permanent magnet 10. The flux of the magnetic field of the permanent magnet can not flow along the first magnetic circuit because of the presence of the field flux induced by the coil, it preferably flows along the second magnetic circuit C2. Thus with an induced field of reasonable intensity, the total magnetic field in the region of the actuating part is zero. The actuating piece 50 does not undergo any holding force in position and can be moved away without effort from the pole pieces 30 and 40.

Le diamètre extérieur D6 de l'élément supplémentaire 60 est déterminé de manière à munir l'élément supplémentaire 60 d'une section transversale adaptée pour que :

  • lorsque la ventouse 1 est actionnée en fermeture, la majeure partie du flux magnétique généré par l'aimant permanent 10 soit canalisée le long du premier circuit magnétique C1, une fraction réduite et négligeable du flux « fuyant » le long du second circuit magnétique C2 ;
  • lorsque la ventouse 1 est actionnée en ouverture, la majeure partie du flux magnétique généré par l'aimant permanent 10 est canalisée le long du second circuit magnétique C2, à travers l'élément supplémentaire 60.
The outer diameter D6 of the additional element 60 is determined so as to provide the additional element 60 with a cross section adapted so that:
  • when the suction cup 1 is actuated in closing, most of the magnetic flux generated by the permanent magnet 10 is channeled along the first magnetic circuit C1, a small and negligible fraction of the flux "leaking" along the second magnetic circuit C2;
  • when the suction cup 1 is actuated in opening, the majority of the magnetic flux generated by the permanent magnet 10 is channeled along the second magnetic circuit C2, through the additional element 60.

Ainsi, le flux magnétique crée par l'aimant permanent trouve un chemin pour passer d'une face à l'autre de l'aimant permanent. Dans l'état d'ouverture de l'actionneur, alors que le premier circuit magnétique C1 présente une « résistance » élevée du fait du champ magnétique induit par la bobine 20, la présence de l'élément supplémentaire 60 permet de canaliser le flux magnétique crée par l'aimant permanent le long du second circuit magnétique.Thus, the magnetic flux created by the permanent magnet finds a way to pass from one side to the other of the permanent magnet. In the open state of the actuator, while the first magnetic circuit C1 has a high "resistance" due to the magnetic field induced by the coil 20, the presence of the additional element 60 makes it possible to channel the magnetic flux created by the permanent magnet along the second magnetic circuit.

Le champ magnétique dans la région occupée par la pièce d'actionnement peut être totalement annulé grâce à une bobine ayant une puissance réduite par rapport à celle de l'aimant permanent.The magnetic field in the region occupied by the actuating part can be completely canceled by means of a coil having a reduced power compared to that of the permanent magnet.

L'homme du métier constatera la simplicité de la structure de l'actionneur décrit. Il ne comporte qu'un nombre réduit de pièces. En particulier, l'actionneur ne présente aucun interrupteur mécanique pour annuler complètement le champ dans la pièce d'actionnement.Those skilled in the art will recognize the simplicity of the structure of the actuator described. It has only a small number of parts. In particular, the actuator has no mechanical switch to completely cancel the field in the actuating part.

La fabrication de l'actionneur est particulièrement simple et comporte l'usinage des pièces, puis le traitement des surfaces des pièces, et enfin le montage des différentes pièces entre elles.The manufacture of the actuator is particularly simple and comprises machining parts, then the treatment of the surfaces of the parts, and finally the assembly of the different parts together.

Dans un mode de réalisation alternatif de l'actionneur, l'élément supplémentaire est venu de matière avec l'une ou l'autre des première et seconde pièces polaires. Par exemple, la face transversale 36 de la première pièce polaire est usinée de manière à munir sa périphérie d'un rebord s'étendant axialement. Ce rebord constitue l'élément supplémentaire 60 du mode de réalisation décrit. Lors du montage de l'actionneur, le chant de ce rebord est mis en contact de la face 48 de la seconde pièce polaire 40.In an alternative embodiment of the actuator, the additional element is integral with one or the other of the first and second pole pieces. For example, the transverse face 36 of the first pole piece is machined so as to provide its periphery with an axially extending rim. This flange constitutes the additional element 60 of the embodiment described. When mounting the actuator, the edge of this rim is brought into contact with the face 48 of the second pole piece 40.

L'homme du métier comprendra que les dimensions de la section de l'élément supplémentaire sont calibrées en fonction de différents paramètres parmi lesquels les matériaux constitutifs des différentes pièces, les dimensions des différentes pièces, l'intensité de la force nominale à exercer sur la pièce d'actionnement, l'intensité du champ magnétique induit par la bobine, etc.Those skilled in the art will understand that the dimensions of the section of the additional element are calibrated according to different parameters among which the constituent materials of the different parts, the dimensions of the different parts, the intensity of the nominal force to be exerted on the actuating part, the intensity of the magnetic field induced by the coil, etc.

De ce fait, la géométrie de l'élément supplémentaire permettant la création d'un circuit magnétique de dérivation dépend de la mise en oeuvre particulière de l'invention dans un actionneur particulier.As a result, the geometry of the additional element enabling the creation of a bypass magnetic circuit depends on the particular implementation of the invention in a particular actuator.

Pour des raisons de simplicité de la présente description, un actionneur présentant une symétrie par révolution autour de l'axe A a été présenté, mais d'autres géométries de l'actionneur sont envisagées, en particulier linéaire.For reasons of simplicity of the present description, an actuator having a symmetry by revolution about the axis A has been presented, but other geometries of the actuator are envisaged, in particular linear.

Claims (4)

Actionneur électromagnétique à aimant permanent (1) du type comportant : - un aimant permanent (10) ayant une première face (12) présentant une première polarité et une seconde face (14) présentant une seconde polarité opposée à la première ; - une bobine (20) apte à être alimentée par un courant électrique ; - une première pièce polaire (30) comportant une première face (36) placée en contact de la première face de l'aimant permanent et une portion (32) formant noyau s'étendant à travers la bobine ; - une seconde pièce polaire (40) comportant une première face (48) placée en contact de la seconde face de l'aimant permanent et une portion (42) s'étendant à l'extérieur de la bobine ; - une pièce d'actionnement (50) disposée au voisinage de l'entrefer séparant une seconde face (35) de la première pièce polaire et une seconde face (45) de la seconde pièce polaire,
l'actionneur comportant un circuit magnétique (C1) formant une boucle passant à travers la bobine et comportant la première pièce polaire, la pièce d'actionnement et la seconde pièce polaire,
caractérisé en ce que l'actionneur comporte un élément supplémentaire (60) connectant magnétiquement les première et seconde pièces polaires entre elles de manière à définir un second circuit magnétique (C2) formant une boucle à l'extérieur de la bobine et comprenant la première pièce polaire, l'élément supplémentaire et la seconde pièce polaire, l'élément supplémentaire étant dimensionné pour autoriser, lorsqu'un courant prédéterminé circule dans la bobine, l'annulation sensiblement complète du flux magnétique traversant la pièce d'actionnement, et, lorsque aucun courant ne circule dans la bobine (20), la circulation de la majeure partie du flux magnétique généré par l'aimant permanent (10) dans la pièce d'actionnement (50) à travers le premier circuit (C1). Electromagnetic actuator with permanent magnet (1) of the type comprising: - a permanent magnet (10) having a first face (12) having a first polarity and a second face (14) having a second polarity opposite to the first; a coil (20) capable of being powered by an electric current; - a first pole piece (30) having a first face (36) in contact with the first face of the permanent magnet and a core portion (32) extending through the coil; a second pole piece (40) having a first face (48) placed in contact with the second face of the permanent magnet and a portion (42) extending outside the coil; an actuating part (50) disposed in the vicinity of the gap separating a second face (35) of the first pole piece and a second face (45) of the second pole piece,
the actuator comprising a magnetic circuit (C1) forming a loop passing through the coil and comprising the first pole piece, the actuating piece and the second pole piece,
characterized in that the actuator includes an additional member (60) magnetically connecting the first and second pole pieces together to define a second magnetic circuit (C2) forming a loop outside the coil and including the first piece the additional element and the second pole piece, the additional element being sized to allow, when a predetermined current flows in the coil, the substantially complete cancellation of the magnetic flux passing through the actuating part, and, when no current flows in the coil (20), the circulation of most of the magnetic flux generated by the permanent magnet (10) in the actuating part (50) through the first circuit (C1). Actionneur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément supplémentaire (60) est en un matériau ferromagnétique, de préférence dans un matériau ferromagnétique identique à celui utilisé pour les première et seconde pièces polaires (30, 40).Actuator according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that the additional element (60) is made of a ferromagnetic material, preferably of a ferromagnetic material identical to that used for the first and second pole pieces (30, 40). Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les première et seconde pièces polaires (30, 40) ainsi que l'élément supplémentaire (60) délimitent une cavité (70) dimensionnée pour recevoir intérieurement et sans jeu ledit aimant permanent (10).Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the first and second pole pieces (30, 40) and the element additional (60) delimit a cavity (70) sized to receive internally and without play said permanent magnet (10). Actionneur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément supplémentaire (60) est venu de matière avec la première ou la seconde pièce polaire (30, 40).Actuator according to any one of the preceding claims, characterized in that the additional element (60) is integral with the first or second pole piece (30, 40).
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