FR2756660A1 - Electromagnetic actuator for limited movement rotation mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
Actionneur électromagnétique pour le déplacement en rotation d'un organe mobile sur une course limitée
La présente invention concerne un actionneur électromagnétique pour le déplacement en rotation d'un organe mobile sur une course limitée, formé par une circuit magnétique principal comportant 2N pôles magnétiques et au moins une bobine électrique, et un deuxième circuit magnétique définissant avec le circuit magnétique principal un entrefer annulaire à l'intérieur duquel est placé un aimant mince aimanté radialement.Electromagnetic actuator for the rotational movement of a movable member on a limited stroke
The present invention relates to an electromagnetic actuator for the rotational displacement of a movable member on a limited stroke, formed by a main magnetic circuit having 2N magnetic poles and at least one electric coil, and a second magnetic circuit defining with the main magnetic circuit an annular air gap inside which is placed a thin magnet magnetized radially.
De tels actionneurs sont connus dans l'art antérieur par les brevets FR2670629, WO90/16107 et
FR2688105. Le but de l'invention est d'améliorer les performances de tels actionneurs, notamment en augmentant le couple pour un encombrement donné et un type d'aimant permanent donné.Such actuators are known in the prior art from the patents FR2670629, WO90 / 16107 and
FR2688105. The object of the invention is to improve the performance of such actuators, in particular by increasing the torque for a given size and a given type of permanent magnet.
A cet effet, l'invention consiste en ce que le deuxième circuit magnétique est constitué par une culasse de retour de flux de forme cylindrique coaxiale avec l'aimant permanent tubulaire, le circuit magnétique principal étant disposé à l'intérieur dudit deuxième circuit magnétique. For this purpose, the invention consists in that the second magnetic circuit is constituted by a coaxial cylindrical stream return yoke with the tubular permanent magnet, the main magnetic circuit being disposed inside said second magnetic circuit.
Le fait de placer le circuit magnétique principal portant la bobine à l'intérieur de l'aimant permanent permet d'optimiser l'encombrement de l'actionneur et d'augmenter le rayon moyen de l'aimant, à encombrement identique à celui d'un actionneur de l'art antérieur. Placing the main magnetic circuit carrying the coil inside the permanent magnet makes it possible to optimize the size of the actuator and to increase the average radius of the magnet, with identical dimensions to that of the magnet. an actuator of the prior art.
Avantageusement, le circuit magnétique principal comporte une bobine unique. Advantageously, the main magnetic circuit comprises a single coil.
Selon une variante de réalisation, le circuit magnétique principal comporte une pluralité de bobines entourant chacune au moins un pôle magnétique. According to an alternative embodiment, the main magnetic circuit comprises a plurality of coils each surrounding at least one magnetic pole.
Selon une autre variante, l'aimant permanent est solidaire du circuit magnétique extérieur. According to another variant, the permanent magnet is integral with the external magnetic circuit.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins annexés où
- la figure 1 représente une vue en coupe transversale d'une première variante de l'actionneur selon l'invention ;
- la figure 2 représente une vue selon une coupe
AA de l'actionneur représenté en figure 1
- la figure 3 représente une vue en coupe transversale d'un actionneur pour le positionnement d'un organe tournant
- la figure 4 représente une vue en coupe transversale d'une deuxième variante de l'actionneur selon l'invention ;
- la figure 5 représente une vue selon une coupe
AA de l'actionneur représenté en figure 4.The invention will be better understood on reading the description which follows, with reference to the accompanying drawings in which
- Figure 1 shows a cross-sectional view of a first variant of the actuator according to the invention;
FIG. 2 represents a sectional view
AA of the actuator shown in Figure 1
FIG. 3 represents a cross-sectional view of an actuator for the positioning of a rotating member
FIG. 4 represents a cross-sectional view of a second variant of the actuator according to the invention;
FIG. 5 represents a sectional view
AA of the actuator shown in FIG.
La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'une première variante de l'actionneur selon l'invention. L'actionneur comporte une culasse extérieure de retour de flux (1) de forme cylindrique, réalisé en un matériau magnétique doux. La culasse extérieure (1) est mobile en rotation dans l'exemple décrit. A l'intérieur de cette culasse (1) est disposé un circuit magnétique principal (4) fixe présentant deux pôles magnétiques (14, 15) diamétralement opposés. Le circuit magnétique principal (4) est entouré par une bobine électrique (5). L'espace annulaire formé entre le circuit magnétique principal (4) et la culasse de fermeture de flux (1) constitue un entrefer. A l'intérieur de cet entrefer est placé un aimant permanent (2) formé de deux aimants (2, 2' > demi-cylindriques aimantés radialement, en sens alternés, séparés par des transitions (3, 6) . Les aimants permanents (2, 2') sont des aimants minces d'un rayon moyen Rm. FIG. 1 represents a cross-sectional view of a first variant of the actuator according to the invention. The actuator comprises a cylindrical cylindrical stream return outer cylinder head (1) made of a soft magnetic material. The outer yoke (1) is rotatable in the example described. Inside this yoke (1) is arranged a main magnetic circuit (4) fixed having two magnetic poles (14, 15) diametrically opposed. The main magnetic circuit (4) is surrounded by an electric coil (5). The annular space formed between the main magnetic circuit (4) and the flux closing yoke (1) constitutes an air gap. Inside this gap is placed a permanent magnet (2) formed of two magnets (2, 2 '> half-cylindrical radially magnetized, in alternating directions, separated by transitions (3, 6). , 2 ') are thin magnets with a mean radius Rm.
Le couple d'action statorique sur les aimants est
C = 2N Br L/E Z nI. Rm
ou
N désigne le nombre de paires de pôles d'aimant
Br désigne l'induction rémanente de l'aimant permanent
L désigne l'épaisseur radiale de l'aimant
E désigne l'épaisseur radiale de l'entrefer, y compris l'épaisseur L de l'aimant, entre le stator intérieur (4) et la culasse de retour de flux (1)
Rm désigne le rayon moyen de l'aimant
nI désigne le nombre d'ampère-tours appliqués à la bobine (5).The stator action torque on the magnets is
C = 2NBr L / EZ nI. rm
or
N is the number of pairs of magnet poles
Br denotes the remanent induction of the permanent magnet
L is the radial thickness of the magnet
E denotes the radial thickness of the air gap, including the thickness L of the magnet, between the inner stator (4) and the flux return yoke (1)
Rm is the average radius of the magnet
nI is the number of ampere-turns applied to the coil (5).
L'augmentation du rayon moyen Rm de l'aimant permanent, pour un encombrement extérieur constant, se traduit par une augmentation du couple. En outre, l'utilisation d'une bobine unique, dans le cas où N = 1, se traduit par une longueur de spire moyenne plus faible que dans les structures de l'état de la technique, puisque la bobine unique est bobinée sur le noyau (4). A puissance disponible égale, il est donc possible de mettre un plus grand nombre d'ampère-tours nI dans le circuit magnétique. The increase in the average radius Rm of the permanent magnet, for a constant external bulk, results in an increase in the torque. In addition, the use of a single coil, in the case where N = 1, results in a lower average coil length than in the structures of the state of the art, since the single coil is wound on the core (4). At equal power available, it is therefore possible to put a greater number of ampere-turns nI in the magnetic circuit.
Cette caractéristique se traduit également par une augmentation du couple.This characteristic is also reflected in an increase in torque.
Les pôles magnétiques (14, 15) présentent une largeur développée Y définie par la relation suivante
Y = C+2E
où
C désigne la course utile du rotor à couple sensiblement constant, mesurée sur le rayon moyen Rm ;
E désigne l'épaisseur radiale de l'entrefer, y compris l'épaisseur L de l'aimant, entre le stator intérieur (4) et la culasse de retour de flux (1).The magnetic poles (14, 15) have a developed width Y defined by the following relation
Y = C + 2E
or
C denotes the useful travel of the rotor with a substantially constant torque, measured on the mean radius Rm;
E denotes the radial thickness of the gap, including the thickness L of the magnet, between the inner stator (4) and the flux return yoke (1).
Par ailleurs, la structure d'actionneur selon l'invention vérifie la relation suivante
N < s.2.Rm/8E
afin que la variation de flux sans courant dans le noyau (4) soit une fonction linéaire de l'angle de rotation du rotor, et que le couple avec courant soit sensiblement constant tant que les transitions (3, 6) restent sensiblement dans la course utile définie par la largeur Y des pôles (14, 15).Moreover, the actuator structure according to the invention verifies the following relationship
N <s.2.Rm / 8E
so that the flow variation without current in the core (4) is a linear function of the rotation angle of the rotor, and that the torque with current is substantially constant as long as the transitions (3, 6) remain substantially in the race useful defined by the width Y of the poles (14, 15).
Dans l'exemple représenté en figure 1, la course utile est de l'ordre de 920. In the example shown in FIG. 1, the useful travel is of the order of 920.
La figure 2 représente une vue selon une coupe
AA de l'actionneur représenté en figure 1. La bobine (5) entoure le pôle statorique intérieur (4). La hauteur Z de l'aimant (2) peut être inférieure à la hauteur H de la culasse (1) de manière à augmenter la section de retour de flux de la culasse (1). Lorsque les dimensions de l'actionneur conduisent à un aimant permanent de dimensions importantes, il peut être opportun d'utiliser des aimants flexibles commercialisés sous forme de rouleaux d'épaisseur
L. On découpe dans de tels aimants flexibles une bande de largeur Z et de longueur 7tRm, et on procède à une aimantation à plat à travers l'épaisseur L. On roule ensuite l'aimant flexible pour forme un demi-pôle d'aimant aimanté radialement.FIG. 2 represents a view according to a section
AA of the actuator shown in Figure 1. The coil (5) surrounds the inner stator pole (4). The height Z of the magnet (2) may be smaller than the height H of the yoke (1) so as to increase the flow return section of the yoke (1). When the dimensions of the actuator lead to a permanent magnet of large dimensions, it may be appropriate to use flexible magnets sold in the form of thick rollers
In such flexible magnets, a strip of width Z and of length 7tRm is cut out, and a flat magnetization is carried out through the thickness L. The flexible magnet is then rolled to form a half-pole of magnet. radially magnetized.
La figure 3 représente une vue en coupe transversale d'un actionneur pour le positionnement d'un organe tournant. Une application d'un tel actionneur est le couplage de la structure à un arbre de vanne (17) guidé en rotation par deux roulements (18, 19) et couplé à la culasse (1). La parti statorique (4) est fixée sur un support (16). Figure 3 shows a cross sectional view of an actuator for the positioning of a rotating member. An application of such an actuator is the coupling of the structure to a valve shaft (17) guided in rotation by two bearings (18, 19) and coupled to the cylinder head (1). The stator portion (4) is fixed on a support (16).
Un tel actionneur est en particulier adapté à l'actionnement d'une vanne de papillon d'admission d'air.Such an actuator is in particular adapted to the actuation of an air intake butterfly valve.
La figure 4 représente une vue en coupe transversale d'une deuxième variante de l'actionneur selon l'invention. Elle concerne une réalisation mettant en oeuvre deux bobines (5, 7) et 2 paires de pôles magnétiques (10 à 13). Il est possible de réaliser une structure présentant un nombre plus élevé de paires de pôles. Avec deux paires de pôles, la course maximale C à couple constant sera voisine de 820, puisqu'un espace d'air doit subsister d'air doit exister entre deux pôles statoriques adjacents. FIG. 4 represents a cross-sectional view of a second variant of the actuator according to the invention. It relates to an embodiment using two coils (5, 7) and 2 pairs of magnetic poles (10 to 13). It is possible to make a structure having a higher number of pole pairs. With two pairs of poles, the maximum stroke C constant torque will be close to 820, since an air space must remain air must exist between two adjacent stator poles.
Dans le cas représenté en figure 4, seuls les pôles 11 et 13 sont entourés par une bobine. Il est également possible d'entourer chaque pôle (10 à 13) par une bobine. L'actionneur est représenté en milieu de course, les transitions NORD/SUD (3, 9, 6, 8) sont représentés au milieu des pôles (10, 13, 12, 11). In the case shown in FIG. 4, only the poles 11 and 13 are surrounded by a coil. It is also possible to surround each pole (10 to 13) by a coil. The actuator is represented in the middle of the race, the NORTH / SOUTH transitions (3, 9, 6, 8) are represented in the middle of the poles (10, 13, 12, 11).
La figure 5 représente une vue selon une coupe
AA de l'actionneur représenté en figure 5.FIG. 5 represents a sectional view
AA of the actuator shown in FIG.
L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif. The invention is described in the foregoing by way of non-limiting example.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9614894A FR2756660B1 (en) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | ELECTROMAGNETIC ACTUATOR FOR THE ROTATIONAL MOVEMENT OF A MOBILE MEMBER ON A LIMITED TRAVEL |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9614894A FR2756660B1 (en) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | ELECTROMAGNETIC ACTUATOR FOR THE ROTATIONAL MOVEMENT OF A MOBILE MEMBER ON A LIMITED TRAVEL |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2756660A1 true FR2756660A1 (en) | 1998-06-05 |
FR2756660B1 FR2756660B1 (en) | 1999-04-02 |
Family
ID=9498336
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR9614894A Expired - Lifetime FR2756660B1 (en) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | ELECTROMAGNETIC ACTUATOR FOR THE ROTATIONAL MOVEMENT OF A MOBILE MEMBER ON A LIMITED TRAVEL |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2756660B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2010078082A1 (en) * | 2008-12-30 | 2010-07-08 | Woodward Hrt, Inc. | Limited angle external rotor motor actuator system |
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WO1991003062A1 (en) * | 1989-08-16 | 1991-03-07 | Robert Bosch Gmbh | Electromagnetic rotating actuator |
EP0558362A1 (en) * | 1992-02-28 | 1993-09-01 | Moving Magnet Technologies S.A. | Monophase electromagnetic rotary actuator with a movement between 60 and 120 degrees |
-
1996
- 1996-12-04 FR FR9614894A patent/FR2756660B1/en not_active Expired - Lifetime
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WO2010078082A1 (en) * | 2008-12-30 | 2010-07-08 | Woodward Hrt, Inc. | Limited angle external rotor motor actuator system |
US7994672B2 (en) | 2008-12-30 | 2011-08-09 | Woodward Hrt, Inc. | Limited angle external rotor motor actuator system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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FR2756660B1 (en) | 1999-04-02 |
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