FR2894377A1

FR2894377A1 - Actionneur electromagnetique avec deux electroaimants comportant des aimants de forces differentes, et procede de gestion d'une soupape de moteur a combustion interne faisant application.

Info

Publication number: FR2894377A1
Application number: FR0512235A
Authority: FR
Inventors: Mahmoud Sfaxi; Emmanuel Talon
Original assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Current assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-06-08
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: JP2009517995A; KR101291416B1; KR20080073696A; US20080276889A1; WO2007063222A1; FR2894377B1; JP5208760B2; US7946261B2; EP1955338A1; EP1955338B1

Abstract

L'invention concerne un actionneur électromagnétique comportant un organe d'actionnement associé à une palette (4) et mobile entre deux positions extrêmes sous l'action d'un organe élastique et de deux électroaimants adaptés à attirer la palette respectivement vers l'une des positions extrêmes et comportant chacun une bobine (3), un noyau (2) adapté à canaliser un flux de la bobine pour qu'il se referme dans la palette, et un ou plusieurs aimants permanents (13) qui sont associés au noyau de sorte que ce dernier canalise un flux des aimants permanents pour qu'il se referme dans la palette. Selon l'invention, le ou les aimants permanents (13) de l'un des électroaimants (1) sont adaptés à exercer sur la palette (4) une force suffisante pour retenir la palette dans la position extrême associée à l'encontre des ressorts, tandis que le ou les aimants permanents (113) de l'autre des électroaimants (101) sont adaptés à exercer sur la palette (4) une force insuffisante pour retenir la palette dans la position extrême associée à l'encontre des ressorts.

Description

L'invention concerne un actionneur électromagnétique avec deux

électroaimants comportant des aimants de forces différenciées, ainsi qu'un procédé de gestion d'une soupape de moteur à combustion interne faisant ap- plication. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION On connaît des actionneurs électromagnétiques comportant un organe d'actionnement associé à une palette mobile entre deux positions extrêmes sous l'action de deux électroaimants comportant chacun une bobine et un noyau adapté à canaliser un flux de la bobine pour qu'il se referme dans la palette. Un tel actionneur est par exemple utilisé pour actionner une soupape de moteur à combustion interne l'actionneur étant disposé de sorte que le poussoir s'étende selon l'axe de coulissement de la soupape. Les actionneurs sont alimentés pour attirer sélectivement la palette. L'extrémité du poussoir et l'extrémité de la soupape sont rappelées l'une vers l'autre par des res- sorts antagonistes définissant une position d'équilibre de l'ensemble poussoir/soupape sensiblement à mi-chemin entre les deux électroaimants. Les positions extrêmes de la palette sont définies par la butée de la palette contre les électroaimants et correspondent respectivement à une position fermée et une position ouverte de la sou-pape. Chacun des électroaimants comporte des aimants permanents qui sont intégrés au noyau de sorte que ce dernier canalise un flux des aimants permanents pour qu'il se referme dans la palette. Les aimants permanents servent à retenir la palette en butée contre le noyau correspondant à l'encontre des ressorts, en l'absence d'alimentation de la bobine correspondante. Cependant, en cas de défaillance de la bobine de l'électroaimant rappelant la palette vers la position ex- trême correspondant à la position ouverte de la soupape alors que la palette est maintenue contre cet électroaimant par les aimants permanents associés, il est alors impossible de faire décoller la palette du noyau et donc de déloger la soupape de la position ouverte. Le blocage d'une soupape en position ouverte est gênant car lorsque l'autre soupape du même cylindre s'ouvre, elle met en court-circuit le circuit d'admission et le circuit d'échappement du moteur, ce qui empêche le mo-teur de fonctionner. Par contre, le blocage d'une soupape en position fermée ne provoque pas un tel court-circuit, et le moteur peut continuer à fonctionner sur les autres cylindres. On a pensé à utiliser pour l'électroaimant cor- respondant à la position ouverte un électroaimant dépourvus d'aimants permanents, afin d'interdire tout blocage de la palette dans la position extrême correspondant à la position ouverte de la soupape. Cependant, une telle dis-position conduit à un actionneur déséquilibré, difficile à régler. En effet, pour celui des électroaimants qui comporte des aimants permanents, le maintien de la palette contre le noyau correspondant est assuré sans alimentation de la bobine.

Au contraire, pour celui des électroaimants qui ne comporte pas d'aimants permanents, le maintien de la palette contre le noyau nécessite d'alimenter la bobine pour qu'elle génère un flux équivalent aux aimants de l'autre électroaimant, c'est-à-dire un flux important.

La dissymétrie des flux lors des maintiens donne lieu à des difficultés de réglage. On a également pensé à décaler l'organe élastique de sorte que celui-ci exerce une force plus importante lorsque la soupape est dans la position ouverte que lors- que la soupape est dans la position fermée. Cependant, ce décalage donne lieu à des chocs sévères de la palette contre l'un des électroaimants, ce qui n'est pas acceptable. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un actionneur électromagnétique ne permettant pas le maintien non commandé de la soupape en position ouverte, tout en réduisant le déséquilibre magnétique. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un actionneur électromagnétique comportant un organe d'actionnement associé à une palette et mobile entre deux positions extrêmes sous l'action d'un organe élastique et de deux électroaimants qui sont adaptés à attirer la palette respectivement vers l'une des positions extrêmes et qui comportent chacun une bobine, un noyau adapté à canaliser un flux de la bobine pour qu'il se referme dans la palette; et un ou plusieurs aimants permanents qui sont associés au noyau de sorte que ce dernier canalise un flux des aimants permanents pour qu'il se referme dans la palette. Selon l'invention, le ou les aimants permanents de l'un des électroaimants sont adaptés à exercer sur la palette une force suffisante pour retenir la palette contre le noyau associé à l'encontre de l'organe élasti- que, tandis que le ou les aimants permanents de l'autre des électroaimants sont adaptés à exercer sur la palette une force insuffisante pour retenir la palette contre le noyau associé à l'encontre de l'organe élastique. Ainsi, en disposant les électroaimants de sorte que l'électroaimant dont les aimants permanents sont de force inférieure correspond à la position ouverte de la soupape, le maintien de la soupape en position ouverte n'est possible uniquement que si la bobine concernée est alimentée pour apporter aux aimants le complément de flux nécessaire à la retenue de la palette. En cas de défail- lance de la bobine, alors que la palette est en butée contre le noyau, les aimants permanents n'ont pas la force de retenir la palette à l'encontre des ressorts de rappel de sorte que la palette décolle d'elle-même et la soupape se dirige vers la position fermée. Il est ainsi impossible que la soupape se bloque en position ouverte. La présence de l'aimant permanent de force inférieure tend à rééquilibrer l'action dissymétrique des deux électroaimants, de sorte que l'actionneur est bien plus facile à régler. En effet, pour celui des électroaimants qui comporte les aimants de force inférieure, le maintien de la palette ne nécessite qu'un petit complément de flux. Ce complément de flux est bien plus faible que le flux qui aurait été nécessaire en l'absence d'aimant pour retenir la palette. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures des des- sins annexés parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe schématique partielle d'un actionneur selon l'invention; - la figure 2 est une vue de face schématique de l'électroaimant inférieur équipant l'actionneur de la fi- Bure 1; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 d'une variante de réalisation; - la figure 4 est un graphe comparant la force magnétique développée par les aimants permanents équipant les électroaimants inférieurs illustrés aux figures 2 et 3 en fonction de l'éloignement de la palette par rapport à l'électroaimant inférieur; - la figure 5 est un vue de face partielle du noyau d'un électroaimant inférieur équipant un actionneur selon un mode particulier de réalisation de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, l'actionneur électromagnétique de l'invention comporte un électroaimant 1 supérieur avec un noyau 2 et une bobine 3. L'électroaimant 1 exerce de façon commandée un effort électromagnétique sur une palette 4 solidaire d'un poussoir 5 mobile selon l'axe X. Un tel actionneur est par exemple utilisé pour actionner une soupape 200 de moteur à combustion interne l'actionneur étant disposé de sorte que la poussoir 5 s'étende selon l'axe de coulissement de la soupape. L'actionneur comporte un autre électroaimant 101 qui s'étend en regard de l'électroaimant 1 pour attirer sélectivement la palette 4 dans l'autre sens. L'extrémité du poussoir 5 et l'extrémité de la soupape 200 sont rappelées l'une vers l'autre par des ressorts antagonistes 201 définissant une position d'équilibre de l'ensemble poussoir/soupape sensiblement à mi-chemin entre les deux électroaimants.

La palette 4 est mobile entre deux positions extrêmes définies par la butée de la palette contre les noyaux 2 et 102 respectivement. Ces positions extrêmes correspondent respectivement à une position fermée et à une position ouverte de la soupape 200.

Le noyau 2 de l'électroaimant 1 comporte une base 10 de laquelle s'étend deux branches latérales 11 ainsi qu'une branche centrale autour de laquelle s'étend la bobine 3. La branche centrale comporte deux portions 12 avec des faces inclinées en regard qui sont solidaires de la base 10. Les portions 12 forment une partie de support du noyau 2 adaptée à recevoir des aimants permanents 13 de sorte que ceux-ci s'étendent obliquement par rapport à l'axe X et forment un V dont la pointe est ici tournée vers la base 10. Dans le V ainsi formé s'étend un coin 14 formant une partie d'extrémité de la branche centrale.

Le trajet des flux générés par les aimants permanents 13 qui transitent dans le noyau 2 pour se refermer dans la palette 4 est tracé en traits pointillés épais sur la figure 1. Le coin 14 comporte une face d'extrémité 15 sur laquelle une rainure 17 s'étend parallèlement aux aimants permanents 13. La rainure 17 assure une nette séparation des flux respectifs des deux aimants permanents 13 qui passent de part et d'autre de la rainure 17. L'actionneur comporte un électroaimant inférieur 101 qui comporte un noyau 102 et une bobine 103 s'étendant autour d'une branche centrale du noyau s'étendant d'une base 110 de celui-ci. Le noyau 102 comporte égale-ment des branches latérales 111. A l'extrémité de la branche centrale s'étend un aimant permanent 113 (traversé par le poussoir 5). La disposition à plat de l'aimant permanent 113 dans l'électroaimant inférieur lui confère une longueur inférieure à la longueur cumulée des aimants permanents 13 en V de l'électroaimant supérieur, de sorte que l'ai- tuant permanent à plat 113 ne peut exercer sur la palette 4, lorsque celle-ci est en butée contre l'électroaimant inférieur 101, qu'une force inférieure à celle qu'exercent les aimants permanents en V 13 lorsque la palette 4 est en butée contre l'électroaimant supérieur 1.

Les aimants sont choisis de sorte que les aimants permanents en V 13 soient capables de retenir à eux seuls la palette 4 en butée contre l'électroaimant supérieur 1, à l'encontre des ressorts 201, tandis que l'aimant permanent à plat 113 est incapable de retenir à lui seul la palette 4 en butée contre l'électroaimant inférieur 101 à l'encontre des ressorts 201. Ainsi, la palette 4 peut être retenue contre l'électroaimant supérieur 1 sans que la bobine 3 soit alimentée, ce qui contribue à diminuer la consommation de l'actionneur. Par contre, pour retenir la palette 4 en butée contre l'électroaimant inférieur, il convient d'alimenter la bobine 103 de sorte que celle-ci génère un flux complémentaire au flux de l'aimant permanent à plat 113. En cas de défaillance de la bobine 103 alors que la palette 4 est en butée contre l'électroaimant inférieur 101, la palette 4 n'est pas retenue de sorte que la sou-pape ne reste pas bloquée en position ouverte. En pratique, on dimensionnera l'actionneur de sorte que ce complément de flux reste petit par rapport au flux de l'aimant permanent à plat 113, et soit du même ordre de grandeur que le flux adverse que la bobine 3 doit générer pour contrer la flux des aimants permanents en V 13 lorsque la palette 4 doit décoller de l'électroaimant supérieur 1.

Ainsi, bien qu'en raison même de la différence d'intensité des flux des aimants permanents équipant les deux électroaimants, le comportement dynamique de l'actionneur est déséquilibré, ce déséquilibre reste dans des limites permettant un réglage aisé de l'actionneur.

Selon un aspect particulier de l'invention, la face d'extrémité 15 du coin 14 s'étend avec un retrait h par rapport aux faces d'extrémité 16 des branches latérales 11. Ainsi, lorsque la palette 4 vient en butée contre le noyau 2, celle-ci ne bute que sur les faces d'extrémité 16 des branches latérales 11, et non sur la branche centrale. De façon générale, et plus particulièrement lorsque les aimants permanents sont réalisés par agglomération de matériaux en poudre, les aimants permanents sont très sensibles aux chocs. Le retrait h permet de soustraire les aimants permanents en V 13 aux chocs de la palette 2 contre le noyau 4, ce qui augmente la durée de vie de l'actionneur. En outre, en l'absence d'un tel retrait, les to- lérances de fabrication du noyau donneraient lieu à des entrefers résiduels entre la palette et les branches de l'actionneur causant un hystérésis magnétique qui perturberait la répétabilité du décollage de la palette 4 du noyau 2. Le retrait permet de diminuer, voire éliminer cet hystérésis. A cet effet, on choisit de préférence un retrait h de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, donc bien plus important que les entrefers qui sont de l'ordre de quelques dizaines de micromètres de sorte que retrait h forme entre la palette et la branche centrale un entrefer important dont l'influence est prépondérante sur celle des entrefers résiduels lorsque la palette est à proximité du noyau, ce qui permet de diminuer voire d'éliminer les effets de l'hystérésis magnétique causé par les entrefers résiduels.

En pratique, on choisira de préférence un retrait h supérieur 0,1 millimètres, tout en restant inférieur à 0,35 millimètres, afin de ne pas pénaliser les performances de l'actionneur. De même, la face d'extrémité 115 de la branche centrale du noyau 102 s'étend avec un retrait h par rap-port aux faces d'extrémité 116 des branches latérales 111. A cet égard, et comme cela est plus précisément illustré à la figure 2, la face d'extrémité 115 de la branche centrale du noyau inférieure est ici constituée par l'une des faces de l'aimant permanent 113 qui est disposé à l'extrémité de la branche centrale. La disposition de l'aimant permanent 113 en ex- trémité de branche est particulièrement intéressante, 30 puisque les flux d'extrémité 150 générés par l'aimant permanent 113 peuvent ainsi boucler au moins partielle-ment dans la palette 4 lorsque celle-ci est à proximité de l'électroaimant inférieur 101, comme cela se constate immédiatement sur la figure 2. Par comparaison, on a illustré à la figure 3 un 35 montage dans lequel l'aimant permanent 113' est situé quelque part au milieu de la branche centrale. On constate alors que les flux d'extrémité 150' ne peuvent boucler dans la palette 4, même si celle-ci est proche de l'électroaimant inférieur 101. Comme cela est illustré à la figure 4, la force magnétique générée par l'aimant permanent 113 lorsque la palette est en butée contre le noyau 102 de l'électroaimant inférieur 101 est légèrement plus importante que la force générée par l'aimant 113' dans les mêmes conditions. L'aimant permanent 113 est ainsi légèrement plus efficace. En outre, la force magnétique générée par l'aimant permanent 113 lorsque la palette 4 s'éloigne du noyau 102 de l'électroaimant inférieur 101 décroît moins vite que la force générée par l'aimant 113' dans les mêmes conditions, ce qui permet de mieux retenir la palette 4 lorsqu'elle quitte l'électroaimant inférieur 102 et contribue encore plus à rendre le comportement de l'ac- tionneur moins déséquilibré. Selon un autre aspect particulier de l'invention, on aura intérêt à maximiser la surface 115 de l'aimant permanent 113 en regard de la palette 4, pour éviter toute concentration de flux qui induirait un effort de retenue trop important. En particulier, il convient de ne pas diminuer cette surface en raison par exemple de l'installation d'une bride de maintien de l'aimant permanent 113 sur 1 noyau 102. Pour fixer l'aimant permanent 113 au noyau 102, on pourra dès lors coller directement l'aimant permanent 113 sur l'extrémité de la branche centrale, ce qui laisse la surface d'extrémité 115 complètement libre. Selon une variante illustrée à la figure 5, on pourra utiliser des brides 120 qui s'insèrent dans des rainures 121 des bords de l'aimant permanent, ce qui laisse également la surface d'extrémité 115 entièrement libre. L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais bien au contraire englobe toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications. En particulier, bien que l'on ait illustré ici des actionneurs dont les aimants permanents forment un V dont la pointe est tournée vers la base du noyau, on pourra également disposer les aimants de sorte qu'ils forment un V avec la pointe dirigée vers la palette. Les partie de support des aimants solidaire de la base comportera des faces inclinées qui ne sont plus en regard, mais qui sont tournés vers les branches latérales, tandis que la partie d'extrémité de la branche centrale n'aura plus une forme de coin, mais une forme de chapeau. De façon plus générale, l'agencement de l'actionneur avec un électroaimant supérieur à aimants permanent en V et un électroaimant inférieur à aimant à plat n'est pas limitatif, et l'invention couvre tout agencement dans lequel le ou les aimants permanents de l'un des électroaimants sont adaptés à exercer sur la palette une force suffisante pour retenir la palette contre le noyau associé à l'encontre des ressorts, tandis que le ou les aimants permanents de l'autre des électroaimants sont adaptés à exercer sur la palette une force insuffisante pour retenir la palette contre le noyau associé à l'en-contre des ressorts.

Claims

REVENDICATIONS

1. Actionneur électromagnétique comportant un organe d'actionnement (5) associé à une palette (4) et mo- bile entre deux positions extrêmes sous l'action d'un organe élastique (201) et de deux électroaimants (1;101) qui sont adaptés à attirer la palette respectivement vers l'une des positions extrêmes et qui comportent chacun : - une bobine (3;103); - un noyau (2;102) adapté à canaliser un flux de la bobine pour qu'il se referme dans la palette; - un ou plusieurs aimants permanents (13;113) qui sont associés au noyau de sorte que ce dernier canalise un flux des aimants permanents pour qu'il se referme dans la palette; caractérisé en ce que le ou les aimants permanents (13) de l'un des électroaimants (1) sont adaptés à exercer sur la palette (4) une force suffisante pour re-tenir la palette dans la position extrême associée à l'encontre des ressorts, tandis que le ou les aimants permanents (113) de l'autre des électroaimants (101) sont adaptés à exercer sur la palette (4) une force insuffisante pour retenir la palette dans la position extrême associée à l'encontre des ressorts.

2. Actionneur selon la revendication 1, dans le-quel celui des électroaimants (1) qui est adapté à retenir la palette comporte des aimants permanents (13) dis-posés en V dans une branche centrale du noyau (2) associé autour de laquelle la bobine (3) associée s'étend, tandis que l'autre électroaimant (101) comporte un aimant permanent (113) disposé à plat parallèlement à la palette (4) dans une branche centrale du noyau (102) associé autour de laquelle la bobine (103) associée s'étend.

3. Actionneur selon la revendication 2, dans le- quel, dans chacun des électroaimants, la branche centraledu noyau comporte une face d'extrémité (15,115) qui s'étend avec un retrait (h) par rapport à des faces d'extrémité (16,116) d'autres branches du noyau.

4. Procédé de gestion d'une soupape de moteur à combustion interne, comportant l'étape d'utiliser un actionneur selon l'une des revendications précédentes pour manoeuvrer une soupape (200) mobile entre une position fermée et une position ouverte, l'actionneur étant disposé par rapport à la soupape de sorte que : - la position fermée de la soupape corresponde à la position extrême de l'organe d'actionnement (5) dans laquelle celui-ci peut être retenu par le ou les aimants permanents (13) de l'électroaimant (1) correspondant à l'encontre de l'organe élastique (201); - la position ouverte de la soupape corresponde à la position extrême de l'organe d'actionnement dans la-quelle celui-ci ne peut être retenu par le ou les aimants permanents (113) de l'électroaimant (101) correspondant à l'encontre de l'organe élastique (201).20