FR2865312A1 - Dispositif d'entrainement lineaire, notamment pour soupape de moteur a combustion - Google Patents

Abstract

Un dispositif d'entraînement linéaire selon un axe de déplacement A, notamment pour l'entraînement d'une soupape d'un moteur à combustion interne, comprend une partie fixe comportant au moins un conducteur de champ conformé pour définir au moins deux entrefers distincts 13, 14, et pour canaliser les flux magnétiques d'au moins deux aimants permanents 19, 20 situés dans lesdits entrefers à travers une unique bobine 6 associée à ce conducteur, la partie mobile 4 portant au moins deux aimants permanents 19, 20 disposés pour occuper lesdits entrefers 13, 14 simultanément dans au moins une position de la partie mobile 4, les aimants étant polarisés de façon à additionner leurs flux magnétiques traversant ladite bobine dans ladite au moins une position de la partie mobile.

Description

2865312 1

Dispositif d'entraînement linéaire, notamment pour soupape de moteur à combustion interne.

La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'entraînement linéaire, adaptés notamment pour commander les soupapes d'admission ou d'échappement des moteurs à combustion interne.

Les soupapes de moteurs à combustion interne sont actionnées de façon classique en synchronisme avec les pistons desdits moteurs à l'aide de cames couplées en rotation à un arbre de sortie du moteur.

Les déplacements des soupapes dépendent des profils de came.

Cependant, on a constaté qu'une commande variable plus fine du déplacement des soupapes pouvait permettre de réaliser des gains notamment en termes de consommation, de bruit, et de couple fournis par les moteurs à combustion interne. Des actionneurs électromagnétiques linéaires de soupapes ont été proposés.

On connaît par le document WO 96/19643 un actionneur à oscillateur harmonique comprenant une palette magnétique ramenée dans une position intermédiaire par des ressorts élastiques situés de part et d'autre de la palette magnétique, un déplacement de la palette vers le haut ou vers le bas pouvant être commandé à l'aide d'électroaimants supérieur et inférieur. Une soupape est montée solidaire de la palette magnétique en vue de la commande sélective de son ouverture ou de sa fermeture.

Néanmoins, dans un tel actionneur, la commande de la position de la soupape reste délicate. Les bobines doivent apporter l'énergie pour compenser des efforts parasites dus au frottement, à la pression dans une chambre de combustion, aux pertes magnétiques ou aux dispersions des éléments magnétiques d'un actionneur à l'autre, et cet apport d'énergie doit être dosé avec précision pour assurer une vitesse d'accostage de soupape sur un siège de soupape faible afin d'augmenter la durabilité des soupapes et la discrétion acoustique du moteur.

On connaît par le document EP 1 215 370 un dispositif d'entraînement linéaire comprenant des conducteurs de champ définissant des entrefers, et des bobines disposées sur les conducteurs de champ pour la formation de champs électromagnétiques en travers de ces entrefers. Une soupape est reliée à une partie mobile entre les entrefers et munie d'un aimant pour provoquer un déplacement linéaire de la partie mobile et de la soupape selon un courant circulant dans les bobines.

Toutefois, les actionneurs décrits dans ce document présentent l'inconvénient d'être encombrants et de dégager une chaleur importante dans les bobinages. Or, dans les moteurs à combustion interne comprenant une pluralité de soupapes, parfois une pluralité d'injecteurs ou des bougies d'allumage, l'espace disponible en tête de cylindre est réduit. Le dégagement de chaleur important impose en outre de prévoir un circuit de refroidissement adapté.

Par ailleurs, les pertes électriques associées aux pertes thermiques induisent une consommation électrique importante.

Un but de l'invention est de proposer un dispositif d'entraînement linéaire amélioré, présentant un encombrement faible, une consommation électrique moindre, et permettant en outre une commande précise du déplacement d'une partie mobile.

Un tel dispositif d'entraînement linéaire selon un axe de déplacement A, notamment pour l'entraînement d'une soupape d'un moteur à combustion interne, comprend une partie fixe et une partie mobile guidée en coulissement entre une position extrême haute et une position extrême basse. La partie fixe comprend au moins un conducteur de champ conformé pour définir au moins deux entrefers distincts et canaliser les flux magnétiques d'au moins deux aimants permanents situés dans lesdits entrefers à travers une unique bobine associée à ce conducteur, la partie mobile portant au moins deux aimants permanents disposés pour occuper lesdits entrefers simultanément dans au moins une position de la partie mobile, les aimants étant polarisés de façon à additionner leurs flux magnétiques traversant ladite bobine dans ladite au moins une position de la partie mobile.

En fonctionnement, lorsque les deux aimants permanents occupent simultanément les entrefers définis par le conducteur de champ, les flux magnétiques des deux aimants s'ajoutent et traversent la bobine. Un couplage magnétique entre les aimants et la bobine est augmenté. Ainsi, le courant nécessaire dans la bobine pour provoquer un déplacement de la partie mobile est diminué. On peut prévoir une bobine de section inférieure, ce qui permet de diminuer un encombrement, de diminuer le poids du dispositif d'entraînement linéaire, et de limiter des pertes d'énergie électrique par dissipation par effet joule. On peut également prévoir de diminuer l'épaisseur des aimants, ce qui a pour avantage de diminuer l'inertie de la partie mobile.

Dans un mode de réalisation, un conducteur de champ présente en section un profil en E avec une base, des dents latérales et une dent médiane s'étendant parallèlement à l'axe de déplacement A, l'extrémité libre de la dent médiane définissant d'un côté un premier entrefer avec l'extrémité libre d'une dent latérale, et de l'autre côté un second entrefer avec l'extrémité libre de l'autre dent latérale, le conducteur de champ portant une unique bobine entourant la dent médiane. La partie mobile pourra porter dans ce cas deux aimants destinés à occuper simultanément les premier et second entrefers du conducteur de champ, les aimants présentant des polarisations opposées.

Dans ce cas, le dispositif d'entraînement linéaire peut comprendre des premier et second conducteurs de champ alignés selon l'axe de déplacement A en étant disposés avec les extrémités libres de leurs dents en regard et à distance, la partie mobile portant deux aimants occupant les premier et second entrefers du premier conducteur de champ lorsque la partie mobile est en position haute et occupant les premier et second entrefers du second conducteur de champ lorsque la partie mobile est en position basse.

Dans une variante, le dispositif d'entraînement linéaire comprend un unique conducteur de champ et la partie mobile comprend des première et seconde branches coulissant respectivement dans les premier et second entrefers, chaque branche portant deux aimants superposés de façon qu'un aimant occupe l'entrefer correspondant dans la position haute de la partie mobile, l'autre aimant occupant l'entrefer dans la position basse de la partie mobile, les aimants d'une branche présentant des polarisations opposées.

Dans une autre variante, le dispositif d'entraînement linéaire comprend des premier et second conducteurs de champ disposés en vis-à-vis de part et d'autre d'une zone de passage suivant l'axe de déplacement A, les extrémités libres de leurs dents étant situées en regard et formant entre elles un entrefer inférieur, un entrefer médian et un entrefer supérieur superposés selon l'axe de déplacement A, la partie mobile portant deux aimants superposés selon l'axe de déplacement A, les aimants occupant l'entrefer supérieur et l'entrefer médian dans une position haute de la partie mobile, et l'entrefer médian et l'entrefer inférieur dans une position basse de la partie mobile.

Alternativement, le dispositif d'entraînement linéaire peut comprendre un élément intermédiaire conducteur de champ fixe et interposé entre les premier et second conducteurs de champs en se situant à distance des extrémités libres des dents de conducteur de champ de façon à former entre les dents de chacun des conducteurs de champs et l'élément intermédiaire des entrefers inférieur, médian et supérieur superposés. Dans ce cas, la partie mobile peut comprendre des première et seconde branches coulissant respectivement entre le premier conducteur et l'élément intermédiaire et entre l'élément intermédiaire et le second conducteur, chaque branche portant deux aimants superposés, les aimants d'une branche occupant l'entrefer supérieur et l'entrefer intermédiaire correspondants dans une position haute de la partie mobile, et l'entrefer médian et l'entrefer inférieur correspondants dans un position basse de la partie mobile.

Dans un autre mode de réalisation, un conducteur de champ comprend des première et seconde moitiés présentant chacune en section un profil en C et comprenant une base et deux bras délimitant une cavité, les moitiés étant disposées en vis-à-vis de part et d'autre de l'axe de déplacement A, une bobine associée au conducteur de champ circulant autour de l'axe de déplacement dans les cavités des première et seconde moitiés. La partie mobile comprend un élément conducteur de champ se déplaçant entre les moitiés du conducteur de champ, l'élément conducteur présentant en section un profil en X avec de chaque côté de l'axe de déplacement A deux pattes latérales délimitant une encoche intermédiaire dans laquelle est logé un aimant, une patte venant en regard d'une extrémité d'un bras d'une moitié et l'aimant venant en regard de l'extrémité de l'autre bras de ladite moitié dans une position basse de la partie mobile, l'autre patte venant en regard de l'extrémité de l'autre bras et l'aimant venant en regard de l'extrémité du bras dans une position haute de la partie mobile.

La présente invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels: - les figures 1 et 2 sont des vue en coupe transversale d'un dispositif d'entraînement linéaire selon un premier mode de réalisation; la figure 3 est une vue de dessus en coupe selon III-III d'un dispositif selon la figure 2; -les figures 4 et 5 sont de vues en coupe transversale d'un dispositif d'entraînement linéaire selon un second mode de réalisation, - la figure 6 est une vue de dessus du dispositif selon les figures 4et5; - les figures 7 et 8 sont des vues en coupe transversale d'un dispositif d'entraînement linéaire selon un troisième mode de 5 réalisation - la figure 9 est une vue de dessus en coupe selon IX-IX du dispositif selon la figure 8; - les figures 10 et 11 sont des vues en coupe transversale d'un dispositif d'entraînement linéaire selon un quatrième mode de 10 réalisation - la figure 12 est une vue de dessus en coupe selon XII-XII du dispositif selon les figures 10 et 11; -les figures 13 et 14 sont des vues en coupe transversale d'un dispositif d'entraînement linéaire selon un cinquième mode de 15 réalisation -la figure 15 est une vue de dessus en coupe selon XVI-XVI du dispositif selon les figures 13 et 14; -la figure 16 est une vue de dessus d'une variante du dispositif selon la figure 15; -la figure 17 est une vue de côté en coupe selon XVII-XVII du dispositif selon la figure 16; et - la figure 18 est une vue schématique de dessus d'un dispositif selon une variante du dispositif de la figure 16; Sur les figures 1 et 2, un dispositif d'entraînement linéaire conforme à l'invention et référencé 1 dans son ensemble comprend des électroaimants fixes 2, 3, et une partie mobile 4 coulissant selon un axe de déplacement A entre une position extrême haute (figure 1) et une position extrême basse (figure 2).

Chaque électroaimant 2, 3 comprend un conducteur de champ 5 et une unique bobine associée 6, le conducteur de champ 5 présentant en section un profil en E et comprenant une base 7, une dent médiane 8, et des dents latérales 9, 10 s'étendant parallèlement à la dent médiane 8. La dent médiane 8 présente à son extrémité libre, de part et d'autre, des surfaces latérales d'entrefers planes. Les dents latérales 9, 10 présentent des extrémités libres comprenant des retours 11, 12 revenant obliquement vers l'extrémité libre de la dent médiane 8 et présentant des surfaces planes parallèles aux surfaces d'entrefers de la dent médiane 8 et formant ainsi deux entrefers de part et d'autre de l'extrémité libre de la dent médiane 8. La bobine 6 est disposée en entourant la dent médiane 8, la bobine 6 étant logée dans les cavités formées entre la base 7 et les dents médianes 8 et latérales 9, 10.

Le conducteur de champ 5 de l'électroaimant supérieur 2 est disposé de façon que sa base 7 est perpendiculaire à l'axe de déplacement A, sa dent médiane 8 s'étendant vers le bas en étant alignée avec l'axe de déplacement A. Les dents 8, 9,10 de l'électroaimant supérieur 2 forment des premiers et second entrefers supérieurs 13, 14 (figure 2).

L'électroaimant inférieur 3 est disposé en regard de l'électroaimant supérieur 2 de façon que les dents 8, 9, 10 du conducteur de champs 5 de l'électroaimant inférieur 3 sont dirigées vers l'électroaimant supérieur 2, la dent médiane 8 de l'électroaimant inférieur 3 étant alignée avec l'axe de déplacement A. En d'autres termes, les électroaimants supérieur 2 et inférieur 3 sont symétriques par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de déplacement A et disposés à distance l'un de l'autre. Les dents premier et second entrefers 16, 17 alignés avec les premier et second entrefers 13 et 14 de l'électroaimant supérieur 2.

La partie mobile 4 comprend un support 18 sur lequel sont fixés deux aimants permanents 19, 20, présentant des axes d'attraction magnétique alignés entre eux et perpendiculaires à l'axe de déplacement A, et des polarisations mutuellement opposées en étant dirigées vers l'extérieur, comme illustré par les flèches P. Lorsque la partie mobile 4 se situe en position haute (figure 1), les aimants 19, 20 occupent les entrefers 13, 14 de l'électroaimant supérieur 2. Lorsque la partie mobile 4 se situe en position basse (figure 2), les aimants 19, 20 occupent les entrefers 16, 17 de l'électroaimant inférieur 3.

La partie mobile 4 comprend également une soupape 21 munie d'une tête de soupape 22 située sous l'électroaimant inférieur 3 et une tige de soupape 23 traversant un passage ménagé dans la dent médiane 8 de l'électroaimant inférieur 3 et fixée à son extrémité opposée à la tête de soupape 22 au support 18.

La circulation du courant dans les bobines est représentée sur les figures de façon conventionnelle.

Sur la figure 1, la partie mobile 4 est en position extrême haute, et le courant circulant dans la bobine 6 de l'électroaimant supérieur 2 tend à générer un champ magnétique canalisé par le conducteur de champ 5 et circulant des extrémités libres des dents latérales 9, 10 vers la base 7 puis vers l'extrémité libre de la dent médiane 8, comme illustré par les flèches de circulation de champ C. Un champ magnétique généré par la bobine 6 dans les entrefers supérieurs 13, 14 est orienté de la dent médiane 8 vers les dents latérales 9, 10. Dans l'électroaimant inférieur 3, la bobine 6 est magnétisée de façon à créer dans les entrefers inférieurs 16, 17 un champ magnétique orienté des dents latérales 9, 10 vers la dent médiane 8.

Les premier et second aimants 19, 20 présentent une polarité alignée avec le champ magnétique dans les entrefers supérieurs 13 et 14. Au contraire, si les aimants 19, 20 étaient situés entre les entrefers inférieurs 16, 17 avec la même configuration de circulation de courant, la polarité des aimants 19, 20 serait en sens opposé du champ circulant dans les entrefers inférieurs 16, 17. Il en résulte qu'avec une telle configuration de circulation de courant, la partie mobile 4 est repoussée par l'électroaimant inférieur 3 et attirée par l'électroaimant supérieur 2, les aimants 19, 20 tendant à s'aligner avec les champs magnétiques dans les entrefers supérieurs 13, 14. Les flux magnétiques des premier et second aimants 19, 20 logés dans les entrefers du premier électroaimant 2 sont canalisés et circulent dans le conducteur de champ 5 supérieur de l'électroaimant supérieur 2 comme illustré par les flèches de circulation C, et s'additionnent en traversant la bobine 6 dans la dent médiane 8 formant noyau magnétique pour la bobine 6.

Lorsque l'on inverse la circulation de courant dans chacune des bobines (figure 2), les champs magnétiques dans les entrefers 13, 14, 16, 17 des électroaimants s'en trouvent inversés. Il en résulte que les aimants 19, 20 sont repoussés par l'électroaimant supérieur 2 et attirés par l'électroaimant inférieur 3 et viennent occuper les premier et second entrefers 16, 17. Dans cette position basse, les flux magnétiques des aimants 19, 20 sont canalisé et additionnés dans le conducteur de champs 5 de l'électroaimant inférieur 3 pour traverser la bobine 6 de l'électroaimant inférieur 3.

Dans ce mode de réalisation, chaque conducteur de champ définit deux entrefers distincts, la partie mobile comprenant deux aimants aptes à venir simultanément se loger chacun dans un entrefer dans une position haute ou basse de la partie mobile, les aimants présentant des polarités orientées de façon que les flux magnétiques des aimants circulent dans le conducteur de champ en s'additionnant et en traversant une unique bobine disposée sur le conducteur de champ. Il en résulte un flux de champ magnétique d'aimants au travers de la bobine plus important, en première approximation doublé. Par conséquent, pour créer un même effort de déplacement de la partie mobile, on peut diminuer une circulation de courant dans les bobines. Pour cela, on peut par exemple conserver une densité de courant dans les bobines et diminuer une section des bobines. Il en résulte un gain en place et une limitation des dissipations par effet joule. On peut aussi envisager de diminuer une épaisseur des aimants de la partir mobile dans une direction de polarisation. Ceci présente l'avantage de limiter l'inertie de la partie mobile.

Par ailleurs, on remarquera que la soupape est reliée simplement à la partie mobile en étant disposée coulissante dans un passage ménagé dans une dent médiane de l'électroaimant inférieur 3, ce qui limite un encombrement et améliore le guidage en translation de ladite soupape.

En outre, on a constaté que les fuites de flux magnétique, avec une telle configuration, sont réduites, ce qui permet de prévoir des conducteurs de champ avec des épaisseurs moindres. La limitation des fuites magnétiques permet également de limiter une consommation d'énergie et d'améliorer la réactivité du dispositif d'entraînement linéaire en cas de variation du courant dans les bobines. Des moyens électroniques de commande peuvent être dimensionnés de façon plus juste. On a également constaté qu'un couplage de fuite entre les bobines des deux électroaimant est réduit. Ceci permet de prévoir des électroaimants supérieur et inférieur rapprochés limitant ainsi la hauteur de l'ensemble. On peut aussi envisager de réduire une dimension des premier et second aimants dans le sens de l'axe de déplacement A, ce qui permet encore de réduire l'inertie de la partie mobile.

Lors d'une étape de fabrication d'un électroaimant, il est possible de prévoir une base et des dents latérales monobloc, et une dent médiane rapportée. Ainsi, une bobine pourra facilement être préformée, puis insérée longitudinalement dans un profilé comprenant la base et les dents latérales, la dent médiane étant par la suite insérée dans la bobine en étant fixée sur la base. Ceci permet un remplissage des encoches en fil conducteur important favorable à un gain de place et à diminution de pertes par effet joule.

Sur la figure 3, où les références aux éléments semblables à ceux des figures 1 et 2 ont été reprises, une dent médiane 8 présente un passage central 24 s'étendant selon l'axe de déplacement A et dans lequel passe la tige de soupape 23. Cette dernière est reliée à son extrémité libre au support 18 reliant la tige 23 aux deux aimants 19 et 20. Les extrémités longitudinales des aimants 19, 20 sont reliées par des liaisons latérales 25, 26.

Comme on peut le constater sur les figures 1 à 3, la partie mobile 4, exceptée la soupape 22, s'inscrit dans un volume parallélépipédique imaginaire délimitant l'encombrement de la partie fixe constituée par les électroaimants 2, 3. La partie mobile est compacte et l'encombrement global du dispositif d'entraînement linéaire est limité.

Sur les figures 4 à 6, où les références aux éléments semblables à ceux des figures 1 à 3 ont été reprises, un dispositif d'entraînement linéaire comprend des premier et second conducteurs de champ 5a, 5b à section en E disposés en regard de façon que les dents d'un conducteur de champ sont dirigées vers l'autre conducteur de champ, les conducteurs de champ 5a, 5b étant symétriques par rapport à un plan passant par un axe de déplacement A. Les extrémités libres des dents des conducteurs de champ 5a, 5b sont munies de surfaces plane parallèles entre elles et à l'axe de déplacement A, les surfaces planes d'un conducteur de champ étant situées à hauteur des surfaces de l'autre conducteur de champ, de sorte que les conducteurs de champ définissent entre eux trois entrefers superposés selon l'axe de déplacement A, à savoir un entrefer supérieur 27, un entrefer médian 28 et un entrefer inférieur 29.

Chaque conducteur de champ 5a, 5b porte une bobine 30, 31 enroulée autour de sa dent médiane. La partie mobile 4 comprend une soupape 21 dont la tige 23 est reliée à son extrémité libre à un ensemble comprenant deux aimants alignés suivant l'axe de déplacement A, à savoir un aimant inférieur 19 et un aimant supérieur 20 qui présentent des polarités opposées. Les aimants 19, 20 coulissent dans une zone de passage située entre les premier et second conducteurs de champ 5a, 5b en venant se loger dans les entrefers 27, 28, 29 en fonction de la position de la partie mobile 4.

Telle que représentée sur la figure 4, la partie mobile 4 est en position extrême haute. L'aimant supérieur 20 est situé dans l'entrefer supérieur 27, et l'aimant inférieur 19 est situé dans l'entrefer médian 28. L'aimant supérieur 20 possède une polarité orientée vers la gauche sur le dessin, l'aimant inférieur 19 présentant une polarité orientée vers la droite sur le dessin.

Avec la configuration de courant indiquée sur la figure 4, les bobines 30, 31 induisent dans les conducteurs de champ des flux magnétiques circulant sur la figure 4 de la gauche vers la droite dans les dents médianes et de la droite vers la gauche dans les dents latérales. Le champ magnétique est donc orienté de la droite vers la gauche dans l'entrefer supérieur 27 et de la gauche vers la droite dans l'entrefer médian 28. La polarité des aimants supérieur 20 et inférieur 19 est donc alignée avec le champ magnétique circulant dans les entrefers supérieur 27 et médian 28. La position de la partie mobile 4 est stable. Un champ magnétique de fuite peut être observé dans l'entrefer inférieur vide d'aimant, mais ce champ magnétique est négligeable.

Lorsque l'on inverse le courant dans les bobines (figure 5), un champ magnétique induit par les bobines dans les conducteurs de champ s'inverse et la polarité des aimants 20, 19 est opposée au flux magnétique circulant dans les entrefers supérieur 27 et médian 28. La partie mobile 4 est repoussée de la position haute (figure 4) vers la position basse (figure 5), dans laquelle l'aimant supérieur 20 se situe en regard de l'entrefer médian 28, sa polarité étant alignée avec le champ magnétique induit dans l'entrefer médian 28 par les bobines, l'aimant inférieur 19 étant situé en regard de l'entrefer inférieur 29, sa polarité étant alignée avec celle induite par les bobines dans cet entrefer. La position basse est stable du fait de l'alignement des aimants avec les champs dans les entrefers médian 28 et inférieur 29.

Dans ce mode de réalisation, les aimants supérieur 20 et inférieur 19 sont situés en série dans le circuit magnétique formé par les conducteurs de champ, et les flux magnétiques des aimants s'additionnent pour traverser les bobines. Chaque bobine est traversée par le flux magnétique de deux aimants.

En outre, dans ce mode de réalisation, entre la position haute et la position basse, les flux magnétiques des aimants traversant les dents médianes qui forment les noyaux magnétiques des bobines sont inversés, d'où une variation importante de flux de champ magnétique d'aimants à travers les noyaux magnétiques des bobines. Il est possible de réduire une intensité de courant dans les bobines ou des dimensions d'aimants tout en maintenant un effort de déplacement de la partie mobile constant. Par ailleurs, dans ce mode de réalisation, il n'existe pas de zone morte entre un conducteur de champ supérieur et un conducteur de champ inférieur, ce qui permet de diminuer un encombrement du dispositif dans le sens de la hauteur.

Ce mode de réalisation est en outre commode pour la réalisation d'une partie mobile 4 compacte. En effet, la tige de soupape est simplement reliée à un support 18 plan dans lequel sont disposés les aimants supérieur 20 et inférieur 19.

Sur les figures 7 à 9, ou les références numériques aux éléments semblables à ceux des figures 1 à 3 ont été conservées, un dispositif d'entraînement linéaire 1 comprend un unique électroaimant 2 comprenant un conducteur de champ 5 à section en E comprenant une base 7 perpendiculaire à l'axe de déplacement A et des dents parallèles à l'axe de déplacement A et dirigé vers le bas, une dent médiane 8 étant alignée avec l'axe de déplacement A. Des dents latérales 9, 10 présentent des extrémités amincies munies de surfaces planes parallèles à l'axe de déplacement A et orienté du côté de la dent médiane 8. La dent médiane 8 présente à son extrémité libre un profil en T inversé avec une portion intermédiaire 34 munie de deux extensions latérales 32, 33 s'étendant à partir de son extrémité libre en direction des dents latérales 9, 10, les extensions latérales 32, 33 présentant à leur extrémité libre des surfaces planes d'entrefers parallèles à l'axe de déplacement A et situées en regard des surfaces d'entrefers des dents latérales 9, 10 pour former des premier et second entrefers 13, 14. Une bobine 6 est enroulée autour de la portion intermédiaire 34 de la dent médiane 8. Les dents latérales 9, 10 sont distantes latéralement de la dent médiane 8 de sorte que des passages latéraux 35, 36 sont ménagés entre les dents latérales 9, 10 et la dent médiane 8 surmontée de la bobine 6.

La partie mobile 4 comprend un support 18 et des première et seconde branches 37, 38 coulissant respectivement dans les premier et second passages 35, 36. Les branches 37, 38 sont symétriques par rapport à un plan de symétrie du conducteur de champ. Chaque branche 37, 38 porte un aimant inférieur 40, 41 et un aimant supérieur 42, 43 alignés selon l'axe de déplacement A. Les polarités des aimants inférieurs 40, 41 des branches 37, 38 sont opposées mutuellement et dirigées vers l'extérieur. Les polarités des aimants supérieurs 42, 43 sont opposées mutuellement et dirigées vers l'intérieur.

Lorsque la partie mobile est en position haute (figure 7) les aimants supérieurs 42, 43 des branches 37, 38 sont situés dans les passages latéraux 35, 36, et les aimants inférieurs, 40, 41 sont situés dans les premier et second entrefers 13, 14. Le courant circule dans la bobine 6 de façon à induire un flux de champ magnétique dans le conducteur de champ 5 dont la circulation est illustrée par des flèches C. Avec cette configuration de courant, la polarité des aimants inférieurs 40, 41 est alignée avec le champ magnétique dans les premier et second entrefers 13, 14. La partie mobile 4 est dans une position stable.

Lorsque l'on inverse la circulation du courant dans la bobine 6, (figure 8),le champ magnétique dans les entrefers 13, 14 s'inverse et les aimantsinférieurs 40, 41 sont repoussés des premier et second entrefers 13, 14 tandis que les aimants supérieurs 42, 43 sont attirés dans les premiers et seconds entrefers 13, 14, de sorte que la partie mobile 14 se déplace vers le bas en direction de la position extrême basse, dans laquelle les aimants supérieurs 42, 43 sont dans les premiers et seconds entrefers 13, 14, leur polarité étant alignée avec un champ magnétique induit dans les entrefers par la bobine 6.

Dans ce mode de réalisation, en position haute ou en position basse, les flux magnétiques de deux aimants est canalisée dans la dent médiane 8 formant noyau magnétique pour la bobine 6. En outre, entre la position haute et la position basse de la partie mobile, on effectue une inversion du flux de champ magnétique des aimants dans le noyau de la bobine. En outre, ce mode de réalisation présente une compacité importante du fait de sa hauteur réduite dans la direction de l'axe de déplacement A. Sur les figures 10 à 12, où les références aux éléments semblables à ceux de la figure 1 ont été reprises, un conducteur de champ 5 comprend des première et seconde moitiés 44, 45 symétriques par rapport à un plan contenant l'axe de déplacement A. Les première et seconde moitié 44, 45 présentent chacune un profil en C avec une base 46 et deux bras latéraux 47, 48 dirigés vers l'autre moitié est munis à leur extrémité de surfaces planes d'entrefer parallèle à l'axe de déplacement A. Chaque moitié 44, 45 définit entre ses bras 47, 48 et sa base 46 une cavité. Une bobine 6 est disposée dans le conducteur de champ 5 en passant dans une cavité d'une moitié et en revenant dans la cavité de l'autre moitié, comme cela peut être mieux vu sur la figure 12.

En revenant aux figures 10 et 11, un élément conducteur de champ 49 est solidaire de la partie mobile 4 se déplaçant entre les moitiés 44, 45 du conducteur de champ 5. Cet élément conducteur de champ 49 présente en section transversale un profil en X avec de chaque côté une patte supérieure 50 et une patte inférieure 51 formant entre elles une encoche intermédiaire 52 dans laquelle est disposé un aimant 20. Les pattes 50, 51 présentent à leurs extrémités libres des surfaces planes parallèles à l'axe de déplacement A et aux surfaces planes d'entrefers des moitiés 44, 45.

Lorsque la partie mobile 4 est en position haute (figure 10), les aimants 20 se situent à hauteur des surfaces planes des bras supérieurs 47 et les pattes inférieures 51 se situent à hauteur des surfaces planes des bras inférieurs 48. Les pattes latérales 51 viennent à proximité des bras inférieurs 48 de façon qu'il existe un espace minime entre les extrémités des pattes inférieures 51 et des bras inférieurs 48 assurant la continuité de la conduction d'un champ magnétique des bras vers les pattes. Des entrefers sont formés entre les fonds des encoches 52 et les extrémités des bras supérieurs 47, entrefers dans lesquels sont situés les aimants 20.

Avec la circulation de courant illustrée sur la figure 10, un champs magnétique induit par la bobine et dont la circulation est illustrée par les flèches C circulent des aimants 20 vers les bras supérieurs puis dans les bases et reviennent par les bras inférieurs et les pattes latérales inférieures de l'élément conducteur 49 vers les aimants. Les aimants 20 ont des polarités alignées avec ce champ magnétique. La partie mobile 4 est dans une position haute stable.

Lorsque l'on inverse le courant, comme illustré sur la figure 11, le champ magnétique induit dans les entrefers par la bobine s'inverse. La partie mobile 4 est repoussée vers le bas de façon que les pattes latérales supérieures 50 de l'élément conducteur 49 viennent en regard des extrémités des bras supérieurs 47, les encoches 52 des éléments conducteurs 49 et les aimants 20 étant situés en regard des extrémités des bras inférieurs 48. Dans cette position, les flux de champs magnétique des aimants 20 sont à nouveau alignés avec les champs magnétiques induits par les bobines. La partie mobile 4 est stable dans cette position.

Le conducteur de champ 5 définit avec l'élément conducteur mobile 49, en position haute (figure 10) ou basse (figure 11) de la partie mobile, deux entrefers dans lesquels sont logés deux aimants dont les flux magnétiques sont canalisés et additionnés à travers une unique bobine associée au conducteur de champ 5. En outre, dans ce mode de réalisation, un flux de champ magnétique est inversé à travers la bobine entre une position haute et une position basse de la partie mobile 4. Il en résulte l'avantage d'une possibilité de limitation d'une taille des aimants ou d'une limitation d'un bobinage ou d'une intensité circulant dans le bobinage. En outre, on notera que ce mode de réalisation est particulièrement compact, notamment en hauteur.

Sur les figures 13 à 15, les références aux éléments semblables à ceux des figures 4 à 6 ont été reprises. Ce mode de réalisation diffère du mode de réalisation des figures 4 à 6 en ce qu'il est prévu un élément intermédiaire conducteur de champ fixe 54 interposé entre les premier et second conducteurs de champ 5a, 5b. L'élément intermédiaire 54 définit avec les conducteurs de champ 5a, 5b deux zones de passage. L'élément intermédiaire 54 définit avec chacune des extrémités des dents des conducteurs de champ 5a, 5b des entrefers.

On retrouve donc six entrefers de part et d'autre de l'élément intermédiaire 54, à savoir deux entrefers supérieurs 27a, 27b, deux entrefers médians 28a, 28b, et deux entrefers inférieurs 29a, 29b (figures 13 et 14).

La partie mobile 4 présente des première et seconde branches 55, 56 symétriques s'étendant chacune dans une zone de passage, chaque branche 55, 56 portant un aimant inférieur 19a, 19b et un aimant supérieur20a, 20b superposés suivant l'axe de déplacement A. Les aimants d'une même branche présentent de polarités opposées. Un aimant d'une branche présente une polarité opposée à celle de l'aimant de l'autre branche situé à la même hauteur.

La configuration de circulation de courant dans les bobines associées aux conducteurs de champ 2, 3 est différente de celle du mode de réalisation illustré par les figures 4 à 6. En effet, dans ce cas, les courants circulent dans les bobines de façon symétrique relativement à un plan de symétrie contenant l'axe de déplacement A, de sorte que les champs magnétiques induits dans les dents médianes des conducteurs de champ 5a, 5b constituant les noyaux des bobines sont opposées.

Comme illustré sur la figure 13, lorsque la partie mobile 4 est en position haute, les aimants supérieurs 20a, 20b sont situés dans les entrefers supérieurs 27a, 27b et les aimants inférieurs 19a, 19b sont situés dans les entrefers médians 28a, 28b. Le champ magnétique circule dans les conducteurs de champ et dans l'élément intermédiaire 54 de la façon illustrée par les flèches de circulation de champ C, qui montrent que le champ magnétique circule dans un conducteur de champ de la dent latérale supérieure vers la dent médiane, traverse l'entrefer médian 28a, 28b et remonte dans l'élément intermédiaire 54 directement vers l'entrefer supérieur 27a, 27b dudit conducteur de champ 5a, 5b. Les polarités des aimants sont alignées avec les champs magnétiques induits par les bobines dans les entrefers dans lesquels les aimants sont logés.

Lorsque le courant dans les bobines est inversé (figure 14), les champs magnétiques induits par les bobines dans les entrefers s'inversent et deviennent opposés aux polarités des aimants qui y sont logés. La partie mobile 4 est repoussée vers le bas vers la position extrême basse dans laquelle les aimants supérieurs 20a, 20b sont en regard des entrefers médians 28a, 28b et les aimants inférieurs 19a, 19b sont en regard des entrefers inférieurs 29a, 29b. Dans cette position, les polarités des aimants sont à nouveau alignées avec les champs magnétiques induits par les bobines dans les entrefers dans lesquels les aimants sont logés.

Dans ce mode de réalisation, on constate qu'on obtient dans chaque bobine l'addition des flux magnétiques de deux aimants disposés en série dans la circulation du champs magnétique. On obtient également dans chaque bobine entre la position haute et la position basse de la partie mobile 4 une inversion du flux magnétique des aimants à travers les bobines, ce qui améliore le couplage.

La figure 15 illustre une disposition des bobines dans laquelle les bobines sont enroulées autour des dents médianes des conducteurs de champ 5a, 5b. On constate que les extrémités des bobines font saillie à l'extérieur des conducteurs de champ lorsqu'elles sont enroulées autour des extrémités longitudinales des dents médianes.

Pour gagner en compacité, on peut prévoir des dents médianes présentant une longueur longitudinale sensiblement diminuée relativement à la longueur d'une base et de dents latérales des conducteurs de champ 5a, 5b de sorte que les extrémités des bobines sont enveloppées par la base et les dents latérales des conducteurs de champ 5a, 5b, comme illustré sur les figures 16 et 17.

Dans une variante, on peut également prévoir qu'une bobine circule dans une encoche formée entre une dent médiane et une dent latérale et revienne dans l'encoche correspondante située à la même hauteur de l'autre conducteur de champ. Ce mode de réalisation est illustré par la figure 18, sur laquelle une bobine 6 représentée en traits pointillés circule dans les encoches situées à même hauteur en entourant un élément intermédiaire conducteur 54. En munissant le dispositif des figure 13 et 14 de deux bobines disposées de cette façon, les sens de circulation de courants illustrés sur les figures 13 et 14 sont respectés.

Sur la figure 18, il est en outre prévu que chaque conducteur de champ 5a, 5b présente des extensions transversales d'extrémité 57, 58 s'étendant vers l'autre conducteur de champ 5a, 5b en rejoignant l'extension transversale 57, 58 correspondante de l'autre conducteur de champ 5a, 5b, et enveloppant les extrémités recourbées de la bobine de façon à diminuer toute fuite de champ magnétique.

La partie mobile 4 comprend en outre des aimants d'extrémité 59, 60 logés dans des zones de passage d'extrémité formée entre l'élément conducteur de champ intermédiaire 54 et les extensions transversales d'extrémité 57, 58 des conducteurs de champs 5a, 5b.

Les aimants d'extrémité supplémentaires permettent d'augmenter un couplage entre les aimants et les bobines.

Grâce à l'invention, on obtient un dispositif d'entraînement linéaire avec un couplage amélioré entre des aimants d'une partie mobile et des bobines d'électroaimants, ce qui permet de limiter un dimensionnement des électroaimants, tout en améliorant la commande de la position de la partie mobile.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'entraînement linéaire selon un axe de déplacement A, notamment pour l'entraînement d'une soupape d'un moteur à combustion interne, comprenant une partie fixe et une partie mobile guidée en coulissement entre une position extrême haute et une position extrême basse, la partie fixe comprenant au moins un conducteur de champ (5) et une bobine (6), le conducteur de champ étant conformé pour définir au moins deux entrefers distincts (13, 14), caractérisé en ce que le conducteur de champ est conformé pour canaliser les flux magnétiques d'au moins deux aimants permanents (19, 20) situés dans lesdits entrefers à travers une unique bobine (6) associée à ce conducteur, la partie mobile (4) portant au moins deux aimants permanents (19, 20) disposés pour occuper lesdits entrefers (13, 14) simultanément dans au moins une position de la partie mobile (4), les aimants étant polarisés de façon à additionner leurs flux magnétiques traversant ladite bobine dans ladite position de la partie mobile.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conducteur de champ présente en section un profil en E avec une base (7), et des dents latérales (9, 10) et une dent médiane (8) s'étendant parallèlement à l'axe de déplacement A, l'extrémité libre de la dent médiane (8) définissant d'un côté un premier entrefer (14) avec l'extrémité libre d'une dent latérale (10), et de l'autre côté un second entrefer (13) avec l'extrémité libre de l'autre dent latérale (9), le conducteur de champ (5) portant une unique bobine (6) entourant la dent médiane (8).

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie mobile (4) porte deux aimants aptes à occuper simultanément les premier et second entrefers (13, 14) du conducteur de champ, les aimants présentant des polarisations opposées.

4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend des premier et second conducteurs de champ alignés selon l'axe de déplacement A en étant disposés avec les extrémités libres de leurs dents en regard et à distance, la partie mobile portant deux aimants occupant les premier et second entrefers (13, 14) du premier conducteur de champ lorsque la partie mobile est en position haute et occupant les premier et second entrefers (16, 17) du second conducteur de champ lorsque la partie mobile est en position basse.

5. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend un unique conducteur de champ (5), la partie mobile comprenant des première et seconde branches (37, 38) coulissant respectivement dans les premier et second entrefers (13, 14), chaque branche portant deux aimants superposés (40, 42; 41, 43) de façon qu'un aimant (40, 41) occupe l'entrefer correspondant dans la position haute de la partie mobile, l'autre aimant (42, 43) occupant l'entrefer dans la position basse de la partie mobile.

6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des premier et second conducteurs de champ (5a, 5b) disposés en vis-à-vis de part et d'autre d'une zone de passage suivant l'axe de déplacement A, les extrémités libres de leurs dents étant situées en regard et formant entre elles un entrefer inférieur (29), un entrefer médian (28) et un entrefer supérieur (27) superposés selon la direction de déplacement A, la partie mobile portant deux aimants (19, 20) superposés selon l'axe de déplacement A, les aimants occupant l'entrefer supérieur (27) et l'entrefer médian (28) dans une position haute de la partie mobile, et l'entrefer médian (28) et l'entrefer inférieur (29) dans un position basse de la partie mobile.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un élément intermédiaire conducteur de champ (54) fixe et interposé entre les premier et second conducteurs de champs (5a, 5b) en se situant à distance des extrémités libres des dents de conducteur de champ de façon à former entre les dents de chacun des conducteurs de champ et l'élément intermédiaire des entrefers inférieurs (29a, 29b), médians (28a, 28b) et supérieur (27a, 27b) superposés.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie mobile comprend des première et seconde branches (55, 56) coulissant respectivement entre le premier conducteur et l'élément intermédiaire et entre l'élément intermédiaire et le second conducteur, chaque branche portant deux aimants superposés (19a, 20a; 19b, 20b), les aimants d'une branche occupant l'entrefer supérieur et l'entrefer intermédiaire correspondants dans une position haute de la partie mobile, et l'entrefer médian et l'entrefer inférieur correspondants dans un position basse de la partie mobile.

9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un conducteur de champ comprenant des première et seconde moitiés (44, 45) présentant chacune en section un profil en C et comprenant une base (46) et deux bras (47, 48) délimitant une cavité, les moitiés étant disposées en vis-à-vis de part et d'autre de l'axe de déplacement A, une bobine associée au conducteur de champ circulant autour de l'axe de déplacement dans les cavités des première et seconde moitiés.

1O.Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la partie mobile (4) comprend un élément conducteur de champ (49) se déplaçant entre les moitiés du conducteur de champ, l'élément conducteur (49) présentant en section un profil en X avec de chaque côté de l'axe de déplacement A deux pattes latérales (50, 51) délimitant une encoche intermédiaire (52) dans laquelle est logé un aimant, une patte venant en regard d'une extrémité d'un bras d'une moitié et l'aimant venant en regard de l'extrémité de l'autre bras de ladite moitié dans une position basse de la partie mobile, l'autre patte venant en regard de l'extrémité de l'autre bras et l'aimant venant en regard de l'extrémité dudit bras dans une position haute de la partie mobile.