FR2559302A2 - Verin electromagnetique perfectionne - Google Patents

Abstract

VERIN ELECTROMAGNETIQUE COMPORTANT UN CIRCUIT MAGNETIQUE PRINCIPAL ET UN CIRCUIT MAGNETIQUE SECONDAIRE DONT LA RELUCTANCE EST VARIABLE AU COURS DU FONCTIONNEMENT ENTRE UN MINIMUM ET UN MAXIMUM, LA VARIATION DE RELUCTANCE DES CIRCUITS MAGNETIQUES PRINCIPAL ET SECONDAIRE ETANT OBTENUE PAR LA VARIATION DES ENTREFERS. LE CIRCUIT MAGNETIQUE SECONDAIRE COMPREND AU MOINS UN ELEMENT FERROMAGNETIQUE 12 DE FORME ANNULAIRE, S'ETENDANT PARALLELEMENT A L'AXE A DU BOBINAGE 14 ET LOGE DANS LE VOLUME INTERIEUR 18 DE CE BOBINAGE.

Description

VERIN ELECTROMAGNETIQUE PERFECTIONNE
L'invention est relative à un vérin électromagnétique comportant deux armatures susceptibles d'un mouvement relatif définissant une course et un circuit magnétique principal dont la réluctance est variable au cours du fonctionnement entre une valeur minimum atteinte pour une extrémité de ladite course et une valeur maximum atteinte pour l'autre extrémité de la course.

L'invention concerne des perfectionnements de ce genre de vérin, perfectionnements qui viennent en complément de ceux apportés précédemment par le brevet principal.

On rappelle que selon ce brevet principal, le vérin comporte au moins un circuit magnétique secondaire dont la réluctance est variable au cours du fonctionnement entre un minimum et un maximum, cette variation étant décalée pendant la course par rapport à celle de la réluctance du circuit magnétique principal, la variation de réluctance des circuits magnétiques principal et secondaire étant obtenue par la variation des entrefers pendant le mouvement relatif des armatures du vérin.

Ces dispositions du brevet principal permettent d'agir sur la forme de la courbe représentativede la variation de la force de commande fournie par le vérin, en fonction de la course de I'élément mobile du vérin. Cette possibilité de modification de la forme de ladite courbe est importante pour certaines applications, notamment lorsque l'on veut utiliser un vérin électromagnétique pour commander un embrayage mécanique de véhicule automobile. On sait, en effet, que dans un tel cas l'effort à appliquer sur le diaphragme de commande de l'embrayage est variable le long de la course selon une courbe dite "ensellée" cette courbe présentant une zone décroissante située entre deux zones croissantes.

Dans d'autres applications de vérin électroma- magnétique, il peut être particulièrement intéressant de maintenir la force de commande disponible sensiblement constante tout au long d'une partie importante de la course.

La présence du circuit magnétique secondaire conforme au brevet principal permet d'obtenir des résultats allant dans ce sens.

La présente invention a pour but, surtout, de fournir une solution particulièrement simple et économique pour la réalisation d'un tel circuit magnétique secondaire, notamment en ce qui concerne sa mise en place.

Selon l'invention, un vérin électromagnétique du genre défini précédemment, et qui comporte au moins un circuit magnétique secondaire dont la réluctance est variable au cours du fonctionnement entre un minimum et un maximum, cette variation étant décalée pendant la course par rapport à celle de la réluctance du circuit magnétique principal, cette variation de réluctance des circuits magnétiques principal et secondaire étant obtenue par une variation d'entrefers pendant le mouvement relatif des armatures du vérin, ledit vérin comportant une armature ferromagnétique externe qui entoure une armature ferromagnétique interne, au moins un bobinage étant porté par l'armature externe et étant disposé dans le volume annulaire ménagé entre les deux armatures, est caractérisé par le fait que le circuit magnétique secondaire comprend au moins un élément ferromagnétique de forme annulaire, s'étendant parallèlement à l'axe du bobinage, et logé dans le volume intérieur de ce bobinage.

Cet élément ferromagnétique de forme annulaire peut être consituté par un manchon ou bague, notamment cylindrique, ou par un manchon dont la surface radiale extérieure est tronconique.

Dans ce cas, le manchon peut être maintenu simplement par les spires du bobinage qui entoure ce manchon et qui est logé dans l'armature externe. Le bobinage peut être formé par un seul enroulement,ou par deux ou plusieurs enroulements juxtaposés. Dans le cas de plusieurs enroulements juxtaposés, le nombre d'ampères tours de chaque enroulement n'est pas imposé par la position axiale du manchon.

L'élément ferromagnétique annulaire peut comprendre un manchon solidaire d'une couronne circulaire s'étendant radialement jusqu'àl'armature ferromagnétique externe, le bobinage comprenant alors au moins deux enroulements prévus de part et d'autre de cette couronne La section par un plan diamétral de l'ensemble de l'élément peut avoir une forme sensiblement en
L ou en T.

Il est possible, en jouant sur la longueur axiale du manchon, sur son épaisseur radiale, et sur sa position suivant la direction axiale, par rapport à l'armature externe, de modifier la courbe de variation de la force de commande fournie par le vérin, en fonction de la course.

L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après, à propos de modes de réalisation particuliers, décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs.

La figure 1, de ces dessins, représente schématiquement, en coupe axiale, un vérin électromagnétique selon l'invention.

La figure 2 représente la courbe de variation de la force de commande fournie par le vérin de la figure 1, en fonction de la course.

La figure 3 est un schéma, en coupe axiale, d'une variante de réalisation d'un vérin selon l'invention.

La figure 4 représente la courbe de variation de la force, en fonction de la course, fournie par le vérin de la figure 3.

La figure 5 est un schéma d'une autre variante de réalisation du vérin de l'invention.

La figure 6, enfin, représente la courbe de variation de la force, en fonction de la course, obtenue avec le vérin de la figure 5.

En se reportant aux dessins, et plus particulièrement à la figure 1, on peut voir un vérin électromagnétique comprenant une armature ferromagnétique externe 11, de forme générale cylindrique. L'armature externe 11 comporte une paroi latérale cylindrique lia qui est fermée, à une extrémité, par un fond llb et, à son autre extrémité, par un rebord annulai lic. Dans la zone centrale du fond llb, un siège iid est prévu, ce siège étant en saillie axiale vers l'intérieur de l'armature externe. Le rebord lic peut être vissé dans lia.

Cette armature externe 11 entoure une armature ferromagnétique interne 13, qui peut avoir la forme d'un cylindre creux, et qui constitue l'armature mobilel3 du vérin.

La forme frontale du siègelld correspond à celle de l'extrémité frontale de l'armature 13 tournée vers le siège lld.

Ainsi, en fin de course, lorsque l'armature 13 arrive contre le siège iid, ce dernier s'emboîte dans ladite armature.

L'armature interne 13, ou plongeur mobile, est soumise à l'action d'un ressort de rappel (non montré sur le dessin), ce ressort agissant dans le sens contraire des forces électromagnétiques et, selon la représentation de la figure 1, ayant tendance à éloigner l'armature 13 du siège lld pour ramener cette armature dans une position de repos P1 représentée en traits pleins sur la fig. 1. La position de travail P2, de l'armature 13, correspond à la venue en butée de cette armature contre le siège lid, comme représenté en tirets sur la figure 1.

Les armatures 11 et 13 sont réalisées en un matériau ferromagnétique, par exemple, en acier.

Au moins un bobinage 14 est porté par l'armature externe 11, ce bobinage étant logé dans le volume annulaire B ménagé entre les deux armatures 13 et 11 ; plus précisément ce volume B est limité par la surface cylindrique extérieure de l'armature mobile 13 ou le prolongement de cette surface, et par la surface intérieure de l'armature externe 11.

Un circuit magnétique principal dont une ligne de flux fp est schématiquement représentée sur la figure 1, est formé entre l'armature externe 11 et l'armature mobile 13 ; ce circuit magnétique principal comprend une partie constante d'entrefer principal k entre l'armature mobile 13 et le rebord lîc et une partie variable d'entrefer principal m entre le siège lîd et l'armature mobile 13 ; comme visible sur la figure 1, les lignes de flux se ferment par l'armature mobile 13 et l'armature externe 11.

Un circuit magnétique secondaire, dont la réluctance est variable au cours du fonctionnement entre un minimum et un maximum, cette variation étant décalée par rapport à celle de la réluctance du circuit magnétique principal, comprend au moins un élément ferromagnétique 12, de forme annulaire, s'étendant parallèlement à l'axe A du bobinage 14 (cet axe A étant commun aux armatures 11 et 13), et étant logé dans le volume intérieur 18 du bobinage 14. L'élément ferromagnétique 12 peut également être réalisé en acier.

Selon la réalisation de la figure 1, l'élément ferromagnétique 12 est constitué par un manchon cylindrique de révolution 19 dont le rayon intérieur est égal à ri et dont l'épaisseur est égale à h. La position de ce manchon 19, suivant l'axe A du bobinage 14 et du vérin, est définie par la distance i entre la face du manchon 19, tournée vers le rebord llc et la face de l'armature mobile 13, lorsqu'elle est au repos, tournée vers le siège lld. Si on désigne par b la distance entre l'autre face extrême du manchon 19 et la susdite face de l'armature mobile 13 au repos, on voit que la longueur axiale du manchon 19 est égale à b - a.

Sur la figure 1, on a représenté schématiquement une ligne fs du flux magnétique dans le circuit secondaire, lorsque l'armature mobile 13 est en position de repos (représentation en tirets sur la figure 1) ctest-à-dire lorsque cette armature est éloignée au maximum du siège îîd.

Ce circuit magnétique secondaire correspond au chemin de flux suivant : armature mobile 13, entrefer constant annulaire k, armature externe 11, entrefer constant entre le siège lld et le manchon 19, et entrefer variable entre le manchon 19 et l'armature mobile 13.

Lorsque l'on fait circuler dans le bobinage 14 un courant d'intensité constante, la force d'attraction exercée par l'armature externe 11 sur l'armature mobile 13 varie comme représenté sur la figure 2.

Sur cette figure 2 on a porté, en ordonnées, la force agissant sur l'armature mobile 13 et, en abscisses, la longueur de l'entrefer variabl-e m entre le siège laid, et la face en regard de l'armature mobile 13. La longueur de cet entrefer m est maximale pour la position de repos P1 ; sur l'axe des abscisses de la figure 2, le point pl correspond à cet entrefer maximal.

Dans la position P2, c'est-à-dire lorsque l'armature mobile 13 est en appui contre le siège 71d, l'entrefer m est nul, ce qui correspond, sur la figure 2, à l'axe des ordonnées.

La valeur maximale de la force exercée sur l'armature mobile 13 est bien sûr obtenue pour cette valeur nulle de l'entrefer principal m.

La courbe 16 de la figure 2 a une forme ensellées. Si l'on part du point 20 correspondant à l'abscisse pl, la courbe 16 présente une première zone 16a pour laquelle la force augmente alors que l'entrefer diminue. La courbe 16 passe par un maximum 16m puis présente une zone 16b pour laquelle la force agissant sur l'armature mobile 13 diminue alors que la longueur de l'entrefer m diminue également. La courbe 16 présente ensuite une zone 16c constituant sensiblement un palier inférieur. Ce palier 16c est suivi par une zone 16d pour laquelle la force augmente à nouveau alors que l'entrefer diminue. La force atteint sa valeur théorique maximum Fm pour l'entrefer nul.

Si l'on souhaite déplacer le sommet 16m sensi siblement parallèlement aux abscisses, il suffit de modifier le paramètre a, défini précédemment, sans modifier le paramètre b. La modification de a est obtenue en modifiant la longueur du manchon 19, sans modifier la position axiale de l'extrémité de ce manchon tournée vers le siège îld.

Si a augmente, le sommet se déplace vers la gauche selon la représentation de la figure 2, tandis que si a diminue, la sommet 16m se déplace vers la droite.

Par ailleurs, si la longueur b - a du manchon 19 augmente, a restant constant, l'ordonnée du sommet 16m augmente tandis que l'ordonnée moyenne du creux 16c diminue.

L'inverse se produit si b - a diminue.

Si on modifie simultanément a et b - a, le résultat de l'ensemble de ces modifications est sensiblement égal à la somme des résultats des modifications individuelles dues au changement de a et de b - a.

Dans le cas où a diminue, la différence des abscisses entre le sommet 16m et le milieu du creux 16c augmente, et, en outre, la longueur du pseudo-palier 16c, c'està-dire la différence des abscisses entre les extrémités du fond du creux constitué par la zone 16c, augmente.

Plus la distance b augmente, et plus la force
Fm obtenue pour l'entrefer nul, diminue.

L'épaisseur h du manchon 19 a également une influence.

Plus l'épaisseur h diminue, et plus la différence entre l'ordonnée du sommet 16m et 1'odbnnée moyenne de la zone creuse 16c diminue. Plus précisément, si l'épaisseur h diminue l'ordonnée du sommet 16m de la bosse diminue tandis que l'ordonnée moyenne du creux 16c augmente.

On peut donc provoquer une linéarisation de la courbe 16 et rendre une partie de cette courbe sensiblement parallèle à l'axe des abscisses, en réduisant suffisamment l'épaisseur h du manchon 19.

L'effet de la réduction de l'épaisseur h est similaire à celui obtenu par la diminution de la différence b - a.

Le manchon 19 est maintenu par les spires du bobinage 14 qui remplit l'espace annulaire B. Le cas échéant, le manchon 19 peut être en quelque sorte encastré dans le bobinage 14, c'est-à-dire que de part et d'autre, axialement du manchon 19, l'épaisseur radiale du bobinage 14 est supérieur (et comporte donc un nombre de spires plus important) qu'au droit du manchon 19, comme schématisé sur la figure 1.

Si le bobinage 14 comporte plusieurs enroulements juxtaposés, le nombre d'ampères tours de ces enroulements peut être choisi à volonté, sans que lion ait à tenir compte de la position axiale du manchon 19 puisque le volume offert pour le logement de ces ampères tours ne dépend pas de ladite position axiale de ce manchon 19.

La simplicité de mise en place et de conception du vérin électromagnétique, comportant le manchon 19 apparait clairement.

A la place d'un manchon cylindrique 19, on pourrait utiliser un manchon dont la surface radiale extérieure serait tronconique.

En se reportant à la figure 3, on peut voir une variante de réalisation selon laquelle l'élément ferromagnétique annulaire 12 comprend un manchon cylindrique de révolution 19a solidaired'une couronne 21, dont le plan moyen est orthogonal à l'axe A, et centré sur ledit axe A et qui s'étend radialement jusqutàlasurfaceintérieurede l'armature externe 11. Le bobinage 14 comprend au moins deux enroulements 14a, 14b, prévus de part et d'autre de la couronne'l. Le maintien de l'élément 12 peut encore être assuré par les spires de l'une des bobines, 14a selon la représentation de la figure 3, à l'intérieur de laquelle le manchon 19a est engagé.

On a désigné par les mêmes références numériques ou littérales, les éléments de la figure 3 semblables ou jouant des rôles semblables à des éléments déjà décrits avec référence à la figure 1, sans reprendre leur description.

La section par un plan diamétral de l'élément 12 a la forme d'un L ou d'une équerre, comme visible sur la figure 3. La couronne 21 est solidaire de l'extrémité du manchon 19a la plus éloignée du rebord lic.

Les lignes de flux fs du circuit secondaire, dans le cas de la figure 3 passent par la branche formée par la couronne 21 puis par le manchon 19 pour traverser l'entrefer variable entre l'extrémité frontale de ce manchon 19a tournée vers le rebord lic et l'armature mobile 13.

On peut noter que la présence de la couronne 21 limite de part et d'autre de cette couronne les volumes offerts aux enroulements 14a et 14b, et détermine donc le nombre maximum d'ampères tours possible pour ces enroulements.

Lorsque l'on fait circuler un courant d'intensité constante dans les enroulements 14a, 14b, la force exercée sur l'armature mobile 13 varie suivant la courbe 26, de la figure 4, en fonction de la longueur de l'entrefer principal m. On a porté en ordonnées et en abscisses sur la figure 4, les mêmes grandeurs que sur la figure 2. La courbe de la figure 4 est désignée par 26 et les différents points ou zo nes de cette courbe analoguesâ des points ou zones de la courbe 16 de la figure 2 sont désignés par des références numériques égales à la somme des références de la figure 2 et du nombre dix. La description de ces zones ou de ces points ne sera pas reprise.

On peut noter que l'étendue, suivant l'axe des abscisses, du creux 26c est plus importante. Les paramètres a et b, et l'épaisseur h ont la même signification pour le manchon 19a que sur la figure 1 pour le manchon 19.

L'épaisseur de la couronne 21 a été désignée par s.

Pour une épaisseur s constante, si on diminue l'épaisseur h du manchon 19a, on accentue l'horizontalité de la courbe 26, c'est-à-dire que l'on provoque une diminution de l'ordonnée du sommet 26m et une augmentation de l'or- donnée moyenne du creux 26c, comme dans le cas de la figure 1.

Si on augmente la différence b-a, avec la configuration en équerre de l'élément 12 de la figure 3, on provoque également une diminution de l'ordonnée du sommet 26m et une augmentation de l'ordonnée moyenne du creux 26c ; ce résultat est l'inverse de celui qui était obtenu dans le cas de la configuration de la figure 1 lors d'une augmentation de la différence b-a.

Si l'on considère le rapport h/s, c'est-à-dire le rapport de l'épaisseur du manchon cylindrique 19a à l'é- paisseur de la couronne 21 on peut dire que plus ce rapport hfs est petit, et plus la courbe 26 s'aplatit (diminution de la différence entre les ordonnées du sommet 26m et-du point moyen du creux 26c).

Il est à noter que le manchon 19a pourrait se prolonger, axialement, au delà de la couronne 21 en direction du siège iid. Dans ce cas, la section par un plan diamétral de l'ensemble de ltélément 12 aurait sensiblement la forme d'un
T.

En se reportant à la figure 5, on peut voir une autre variante de réalisation de l'élément 12.

On retrouve la couronne 21 de la réalisation de la figure 3 solidaire d'un manchon 19b dont la surface externe 22 est tronconique, le diamètre de cette surface 22 diminuant progressivement lorsqu'on s'éloigne du disque 21 en direction du rebord lic.

La courbe 36, représentée sur la figure 6, illustrant la variation de la force agissant sur l'armature mobile 13 en fonction de la longueur d'entrefer principal m, pour la réalisation de la figure 5, est beaucoup plus plate que dans le cas de la figure 4. Pratiquement, dans le cas de la figure 6, le sommet 36m a une ordonnée légèrement inférieure à l'ordonnée moyenne du creux 36c.

Il est à noter que l'inclinaison de la surface extérieure tronconique 22 pourrait avoir lieu en sens inverse, c'est-à-dire que le diamètre de cette surface augmentez rait progressivement quand on s'éloigne de la couronne 21, en direction du rebord lic. Dans ce cas, l'ordonnée du sommet 36m aurait tendance à augmenter par rapport à l'ordonnée moyenne du creux 36c.

La section de l'élément ferromagnétique, par un plan diamétral pourrait avoir une forme différence par exemple une forme en
T. Dans ce cas, par rapport à la section en L des figures 3 et 5, la section en T présenterait un prolongement du manchon 19a ou 19b de l'autre côté de la couronne 21. Autrement dit, dans le cas où l'élément a une section en forme de T, le manchon traverse la couronne circulaire.

Dans toutes les réalisations envisagées, il apparait que la présence d'un manchon tel que 19, 19a ou 19b, permet un montage simple de ltélément 12, par maintien à l'aide des spires des enroulements.

De nombreuses possibilités sont offertespour ajuster les courbes 16,26 ou 36 au problème à résoudre, en jouant sur les divers paramètres caractéristiques du manchon 19, 19a ou 19b.

Ce manchon est situé, suivant la direction axiale, entre le fond tlb et le rebord lic.

Sdn rayon interne ri est supérieur au rayon externe de l'armature mobile 13, d'une valeur de l'ordre de celle de l'entrefer k de telle sorte que l'armature 13, lors de sa course vers le siege 71d, peut s'engager dans le manchon 19, 19a, ou 19b, comme visible d'après les figures 1, 3 et 5. Lorsque l'armature mobile 13 est en position de repos, elle se trouve entièrement hors du manchon 19, 19a ou 19b, suivant la direction axiale, l'entre- fer variable entre le manchon 19, 19a ou 19b et l'armature mobile 13 ayant alors sa valeur maximale a. Lors de la course de l'armature 13 vers le siège iid, l'entrefer variable du du circuit magnétique secondaire diminue et atteint pratiquement son minimum lorsque l'armature 13 pénètre dans le manchon 19, 19a ou 19b. La réluctance du circuit magnétique secondaire prend donc sa valeur minimum avant celle du circuit magnétique principal.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Vérin électromagnétique comportant deux armatures susceptibles d'un mouvement relatif définissant une course et un circuit magnétique principal dont la réluctance est variable au cours du fonctionnement entre une valeur minimum atteinte pour une extrémité de ladite course et une valeur maximum atteinte pour l'autre extrémité de la course, ce vérin comportant au moins un circuit magnétique secondaire dont la réluctance est variable au cours du fonctionnement entre un minimum et un maximum, cette variation étant décalée pendant la course par rapport à celle de la réluctance du circuit magnétique principal, la variation de réluctance des circuits magnétiques principal et secondaire étant obtenue par une variation d'entrefers pendant le mouvement relatif des armatures du vérin, notamment selon la revendication 1 ou 2 du brevet principal, ledit vérin comportant une armature ferromagnétique externe qui entoure une armature ferromagnétique interne, au moins un bobinage étant porté par l'armature externe et étant disposé dans le volume annulaire ménagé entre les deux armatures, caractérisé par le fait que le circuit magnétique secondaire comprend au moins un élément ferromagnétique (12) de forme annulaire, s'étendant parallèlement à l'axe (A) du bobinage, et logé dans le volume intérieur (18) de ce bobinage.

2. Vérin selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'élément ferromagnétique (12) de forme annulaire est constitué par un manchon cylindrique.

3 Vérin selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'élément ferromagnétique (12) de forme annulaire est constitué par un manchon dont la surface radiale extérieure est tronconique.

4. Vérin selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que l'élément ferromagnétique (12) annulaire comprend un manchon (19a, 19b) solidaire d'une couronne (21) s'étendant radialement jusqu'à l'armature ferromagnétique externe (11), le bobinage comprenant au moins deux enroulements (14a, 14b) prévus, de part et d'autre de cette couronne (21).

5. Vérin selon la revendication 4 caractérisé par le fait que la section par un plan diamétral de l'ensemble de l'élément de forme annulaire (12) a une forme sensiblement en L.

6. Vérin selon la revendication 4 caractérisé par le fait que la section par un plan diamétral de l'ensem- ble de l'élément de forme annulaire (12) a sensiblement la forme d'un T.

7. Vérin selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le manchon (19, 19a, 19b) est maintenu par les spires du bobinage (14, 14a) qui entoure ce manchon et qui est logé dans l'armature externe (11).