EP2406805A1 - Actionneur électromagnétique à aimant permanent - Google Patents

Actionneur électromagnétique à aimant permanent

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EP2406805A1
EP2406805A1 EP10715295A EP10715295A EP2406805A1 EP 2406805 A1 EP2406805 A1 EP 2406805A1 EP 10715295 A EP10715295 A EP 10715295A EP 10715295 A EP10715295 A EP 10715295A EP 2406805 A1 EP2406805 A1 EP 2406805A1
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EP
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armature
pallet
electromagnetic actuator
magnetic
flux
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Patrice Joyeux
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Hager Electro SAS
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Hager Electro SAS
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    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
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    • H01H71/32—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part
    • H01H71/321—Electromagnetic mechanisms having permanently magnetised part characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/2436—Electromagnetic mechanisms with a holding and a releasing magnet, the holding force being limited due to saturation of the holding magnet

Definitions

  • the present invention relates to a permanent magnet electromagnetic actuator conventionally comprising a magnetic armature, a movable pallet, a spring mechanism and electrical means comprising at least one conductor whose current makes it possible to vary the flux in the magnetic circuit in order to modify Balance between the magnetic force and that of the spring.
  • the object of the invention is to provide an actuator with very high sensitivity, ie operating with a minimum value of rotation impellers, however generating at least one gap a flow variation sufficient to counterbalance the mechanical force and cause the displacement of palette.
  • the basic idea of the IQhvention is to work on a flow-diversion scheme, the modification of the flux at IBntrefer or air gaps being obtained indirectly because of the configuration of the magnetic circuit in which an imbalance of the magnetic reluctances seen by Itaimant occurs. .
  • the conductor or conductors capable of generating flow by passage of the current that runs (s) cooperates (nt) with a frame which is closed, and therefore does not contain dBntrefer but at least a dBequilibrium reluctance.
  • the flow produced has an effect aimed at unbalancing said reluctances seen by miming, which rebalances the system and makes it possible to break - at the air gaps concerned by the flow variations - IB equilibrium with the mechanical restoring forces.
  • the actuator of the invention comprising more precisely a permanent magnet, a ferromagnetic armature, a pallet creating at least one air gap with the armature and movable between at least one opening position and a closed position, mechanical means for recalling the pallet in the open position and at least one electrical conductor capable of generating a magnetic flux in the armature
  • Itammature forms a closed magnetic loop in which the conductor or conductors are capable of generating a magnetic flux
  • the magnet being disposed in the moving vane and generating flux in two parallel magnetic circuits, of which IQn comprises a portion of the armature and the other, formed in the vane, comprises a plug saturable zone or a zone of air.
  • the principle of the structure of the invention consists in generating a strong variation of flux on the pole surface (s) of the pallet with a minimum of revolution-tors, thanks to the modification of the equilibrium of the reluctances obtained in IBsemble of said circuit.
  • the pallet comprises two air gaps.
  • the palette may be U-shaped whose legs are connected by Itaimant.
  • IQn of the two magnetic circuits in parallel is constituted by Itàimant, two portions of the legs and the base of the U.
  • the saturable plug area is then preferably located in said base of the U.
  • the second circuit in parallel is then constituted, besides Itâimant, by the remaining portions of the jambs, air gaps, and the Itârmature section connecting the polar surfaces forming the air gaps with the pallet.
  • the pallet may be U-shaped whose legs are placed on either side of the central branch comprising the magnet, their free ends forming two air gaps with a portion of the closed loop of the frame.
  • the closed magnetic loop may either comprise a coil wound around a portion of the closed loop of the armature separate from the parallel magnetic circuits, or surround at least two power supply conductors of an electrical circuit.
  • the closed loop of the magnetization can obviously take various forms, for example rectangular, circular, etc.
  • a driver is wound around a portion of the state.
  • a current flows in the coil, a magnetic flux is created in the magnetization, and consequently in the the latter which is part of the second magnetic circuit supplied by Itaimant flow in parallel with the base of the U.
  • At least two conductive wires pass through the central window of the magnetization.
  • Figure 1 schematically shows a first possible form of actuator for the invention, with a coil surrounding a portion of Itammature; and - Figure 2 shows the electromagnetic scheme equivalent to the structure of Figure 1.
  • Itamature (1) forms a loop surmounted by the two lateral jambs (3, 4) of the U constituting the pallet (2).
  • a permanent magnet (5) joins these two legs (3, 4).
  • the armature loop (1) is provided with a coil (6) surrounding one of its branches. The base of the pallet
  • the Rmat_gauche and Rmat_droit reluctances can represent a gap and / or a saturable magnetic material.
  • the Renti and Rent2 reluctances represent the equivalent IBntrefer between the pallet and the armature.
  • the coil When an electrical fault occurs, the coil generates a magnetic flux in the Rbas, R1 and R2 branch. This has the effect of increasing the value of R1 and R2. This is valid regardless of the direction of the current but the value of ampere-turns required depends on the direction of the current.
  • the flux of the coil therefore tends to increase R1 (phi) * phi and increase R2 (phi) * phi. Seen from Itâimant, the previous balance is modified. The magnet then generates more magnetic flux in the circuit containing the base of the U (Rshunt_pal (phi1) * phi1 + Rpal_haut1 (phi1) * phi1 +

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  • Electromagnets (AREA)
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Abstract

Actionneur électromagnétique à dérivation de flux comportant un aimant permanent (5), une armature (1) ferromagnétique, une palette (2) créant au moins un entrefer avec l'armature (1) et mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture, des moyens mécaniques de rappel de la palette (2) en position d'ouverture et au moins un conducteur électrique apte à générer un flux magnétique dans l'armature (1). Cet actionneur est caractérisé en ce que I' armature (1) forme une boucle magnétique fermée dans laquelle le ou les conducteurs sont aptes à générer un flux magnétique. L'aimant est disposé dans la palette (2) mobile et génère des flux dans deux circuits magnétiques en parallèle dont I' un comporte une portion de l'armature (1) et I' autre, formé dans la palette (2), comporte une zone bouchon (7) saturable par I' aimant (5) ou une zone d'air.

Description

Actionneur électromagnétique à aimant permanent
La présente invention concerne un actionneur électromagnétique à aimant permanent comportant classiquement une armature magnétique, une palette mobile, un mécanisme à ressort et des moyens électriques comprenant au moins un conducteur dont le courant permet de faire varier le flux dans le circuit magnétique en vue de modifier ISquilibre entre la force magnétique et celle du ressort.
Le but de IChvention est de réaliser un actionneur à très haute sensibilité, cBst-à-dire fonctionnant avec une valeur minimale dtâmpères-tours générant cependant au niveau dtâu moins un entrefer une variation de flux suffisante pour contrebalancer la force mécanique et provoquer le déplacement dDine palette.
LQtJée à la base de IQhvention est de travailler sur un schéma à dérivation de flux, la modification du flux au niveau de IBntrefer ou des entrefers étant obtenue indirectement du fait dDine configuration du circuit magnétique dans laquelle se produit un déséquilibre des reluctances magnétiques vues par Itaimant. Dans cette hypothèse, le ou les conducteurs aptes à générer du flux par passage du courant qui le(s) parcourt coopère(nt) avec une armature qui est fermée, et ne comporte dès lors pas dBntrefer mais au moins une reluctance dBquilibre. Le flux produit a en revanche un effet visant à déséquilibrer lesdites reluctances vues par mimant, lequel rééquilibre le système et permet de rompre - au niveau des entrefers concernés par les variations de flux - IBquilibre avec les forces mécaniques de rappel. A cet effet, Itàctionneur de Itlhvention, comportant plus précisément un aimant permanent, une armature ferromagnétique, une palette créant au moins un entrefer avec l'armature et mobile entre au moins une position dBuverture et une position de fermeture, des moyens mécaniques de rappel de la palette en position d'ouverture et au moins un conducteur électrique apte à générer un flux magnétique dans l'armature, se caractérise à titre essentiel en ce que Itârmature forme une boucle magnétique fermée dans laquelle le ou les conducteurs sont aptes à générer un flux magnétique, l'aimant étant disposé dans la palette mobile et générant des flux dans deux circuits magnétiques en parallèle dont IQn comporte une portion de l'armature et Itàutre, formé dans la palette, comporte une zone bouchon saturable par Itàimant ou une zone d'air.
Le principe de la structure de Itlhvention consiste à générer une forte variation de flux sur la ou les surfaces polaires de la palette avec un minimum dtâmpères-tours, grâce à la modification de ISquilibre des reluctances obtenue dans IBnsemble dudit circuit. Selon une configuration possible, la palette comporte deux entrefers.
Plus précisément encore, la palette peut être en forme de U dont les jambages sont reliés par Itaimant. Dans cette configuration, IQn des deux circuits magnétiques en parallèle est constitué par Itàimant, deux portions des jambages et la base du U. La zone bouchon saturable est alors de préférence située dans ladite base du U.
Le second circuit en parallèle est alors constitué, outre Itâimant, par les portions restantes des jambages, les entrefers, et le tronçon de Itârmature reliant les surfaces polaires formant les entrefers avec la palette.
Alternativement la palette peut être en forme de U dont les jambages sont placés de part et d'autre de la branche centrale comportant l'aimant, leurs extrémités libres formant deux entrefers avec une portion de la boucle fermée de l'armature.
Selon IQhvention, la boucle magnétique fermée peut soit comporter une bobine enroulée autour d'une partie de la boucle fermée de l'armature distincte des circuits magnétiques parallèles, soit entourer au moins deux conducteurs d'alimentation d'un circuit électrique.
La boucle fermée de Itârmature peut évidemment prendre diverses formes, par exemple rectangulaire, dtallure circulaire, etc.
Selon une possibilité, un conducteur est bobiné autour dQne portion de IΞirmature. Il se crée alors, en cas de passage dQn courant dans la bobine, un flux magnétique dans Itârmature, et par conséquent dans le tronçon de cette dernière qui fait partie du second circuit magnétique alimenté en flux par Itàimant en parallèle avec la base du U.
La variation de la reluctance qui en résulte dans cette portion du second circuit provoque un déséquilibre dans les deux branches de reluctances vues par Itaimant, qu-fl compense en faisant varier le flux dans le premier circuit en parallèle, rompant du même coup IBquilibre avec les forces mécaniques de rappel.
Selon une variante, au moins deux fils conducteurs traversent la fenêtre centrale de Itârmature. Ltlhvention va à présent être décrite plus en détail, en référence à des exemples illustrés par les figures annexées, pour lesquelles :
La figure 1 représente schématiquement une première forme possible dtactionneur pour Itlhvention, avec une bobine entourant une portion de Itârmature ; et - La figure 2 montre le schéma électromagnétique équivalent à la structure de la figure 1.
En référence à la figure 1 , Itârmature (1 ) forme une boucle surmontée par les deux jambages latéraux (3, 4) du U constituant la palette (2). Un aimant permanent (5) joint ces deux jambages (3, 4). La boucle de Itarmature (1 ) est dotée d-ûne bobine (6) entourant une de ses branches. La base de la palette
(2) comporte une zone bouchon (7) saturable par l'aimant (5).
Le fonctionnement magnétique est expliqué en figure 2. Sans défaut électrique, Itaimant voit globalement deux branches de reluctances magnétiques en parallèle. II sature tout dtâbord la reluctance Rshunt_pal de telle sorte que lUhégalité suivante soit vraie :
Rshunt_pal(phi1)+ Rpal_haut1(phi1)+ Rpal_haut2(phi1) > Rent1+Rent2+ Rpal_bas1(phi2) + Rpal_bas2(phi2) +R1(phi2) II génère alors dans chaque branche un flux magnétique tel que : Rshunt_pal(phi1)*phi1+ Rpal_haut1(phi1) *phi1+ Rpal_haut2(phi1) *phi1 = Rent 1 *phi2+Rent2 *phi2+Rpal_bas 1 (phi2) *phi2+Rpal_bas2(phi2) *phi2+R 1 (phi2)
*phi2 avec phi1 +phi2 = flux généré par Itàimant (aux fuites magnétiques près).
Les réluctances liées au matériau comme Rpal, R1 et R2 sont non linéaires et saturables
Les réluctances Rmat_gauche et Rmat_droit peuvent représenter un entrefer et/ou un matériau magnétique saturable.
Les réluctances Renti et Rent2 représentent IBntrefer équivalent existant entre la palette et Itarmature. Lorsqu-ûn défaut électrique apparaît, la bobine génère un flux magnétique dans la branche Rbas, R1 et R2. Cela a pour effet dtâugmenter la valeur de R1 et de R2. Cela est valable quelque soit le sens du courant mais la valeur des ampères-tours nécessaires dépend du sens du courant.
Le flux de la bobine tend par conséquent à augmenter R1 (phi)*phi et à augmenter R2(phi)*phi. Vu de Itâimant, ISquilibre précédent est dès lors modifié. Ltàimant génère alors plus de flux magnétique dans le circuit contenant la base du U (Rshunt_pal(phi1 )*phi1 + Rpal_haut1 (phi1 ) *phi1 +
Rpal_haut2(phi1 ) *phi1 ) que dans Itautre circuit en parallèle. PhM augmente et Phi2 diminue, ce qui entraîne une variation de flux et donc de force magnétique, avec une conséquence immédiate sur ISquilibre avec les forces mécaniques de Itactionneur, qui est rompu : Itàctionneur change dStat.
Cette solution est très avantageuse dans la mesure où, avec peu de flux magnétique généré par la bobine, il est possible de créer une forte variation de flux sur la palette. Comme déjà mentionné en référence aux valeurs des réluctances Rmat_gauche et Rmat_droit, Itàimant peut être fixé à la palette mais peut aussi ne pas IStre, sans rien changer à ISquilibre intrinsèque du circuit magnétique.
Bien dtautres configurations que celle représentée en figure 1 sont possibles, IBxemple tel qutDIustré ne pouvant être considéré comme exhaustif de Itlhvention. Ainsi, les formes respectives de Itârmature et de sa fenêtre intérieure peuvent varier, dans la mesure où la contrainte du circuit magnétique fermé est respectée. De même, la palette nBst pas nécessairement en U droit, dès lors que Itàimant est disposé selon les caractéristiques mises en lumière auparavant.

Claims

REVENDICATIONS
1. Actionneur électromagnétique à dérivation de flux comportant un aimant permanent (5), une armature (1 ) ferromagnétique, une palette (2) créant au moins un entrefer avec l'armature (1 ) et mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture, des moyens mécaniques de rappel de la palette (2) en position d'ouverture et au moins un conducteur électrique apte à générer un flux magnétique dans l'armature (1 ), caractérisé en ce que Itârmature (1 ) forme une boucle magnétique fermée dans laquelle le ou les conducteurs sont aptes à générer un flux magnétique, l'aimant étant disposé dans la palette (2) mobile et générant des flux dans deux circuits magnétiques en parallèle dont IQn comporte une portion de l'armature (1 ) et Itàutre, formé dans la palette (2), comporte une zone bouchon (7) saturable par Itàimant (5) ou une zone d'air.
2. Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la palette (2) comporte deux entrefers.
3. Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la palette (2) est en forme de U dont les jambages (3, 4) sont reliés par Itàimant (5).
4. Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la zone bouchon (7) saturable est disposée dans la base du U.
5. Actionneur électromagnétique selon IQne quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qufHin conducteur (6) est bobiné autour dDine portion de Itârmature (1).
6. Actionneur électromagnétique selon IQne quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qutau moins deux fils conducteurs traversent la fenêtre centrale de Itârmature (1 ).
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