FR3089314A1 - Dispositif d’effort reglable - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif d’effort réglable comportant un organe guidé mécaniquement pour permettre un déplacement selon une trajectoire prédéterminée et des moyens d’indexation magnétique dudit déplacement par l’interaction magnétique entre une première structure ferromagnétique (1, 1a), et une deuxième structure ferromagnétique (3, 3a) solidaire d’un aimant (7), caractérisé en ce que ledit aimant (7) est entouré au moins partiellement par une bobine électrique (8, 9) qui modifie l’aimantation dudit aimant permanent (7) suivant la direction et l’amplitude du courant électrique circulant dans ladite bobine (8, 9). Figure de l’abrégé : Figure 1
Description
Description
Titre de l’invention : DISPOSITIF D’EFFORT REGLABLE
Domaine technique [0001] La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'indexation comportant un bouton ou un accessoire mobile selon un déplacement rotatif ou linéaire, par exemple un bouton de réglage associé à un capteur électromagnétique pour délivrer un signal analogique représentatif de la position et/ou du déplacement du bouton de commande.
[0002] Un tel dispositif comprend généralement un organe de commande manuelle dont l'actionnement par un utilisateur entraîne l'activation de l'élément précité, en fonction des différentes positions occupées par cet organe.
[0003] Il est important que l'utilisateur ressente un effet tactile, par exemple par le passage d'un point dur, lorsqu'il agit sur cet organe de commande, de façon à avoir la sensation que la manœuvre a bien été effectuée ou encore pour percevoir au toucher le nombre d’incréments résultant de sa manipulation en créant un retour d’information haptique par le toucher. Cet effet correspond à une indexation de la position de l'organe de commande. Il est aussi important de pouvoir modifier dynamiquement la sensation ressentie en fonction, par exemple, du type de commande réalisé avec le même bouton ou alors lorsque l’action a bien été réalisée par le système, enrichissant alors l’information donnée et l’expérience utilisateur.
[0004] Ce dispositif de commande est utilisé à titre d’exemple dans l'industrie automobile : Il peut être utilisé dans un véhicule, par exemple pour commander le fonctionnement et le réglage des feux, des rétroviseurs, des essuie-glaces, de la climatisation, de l’info-divertissement, de la radio ou autre.
[0005] Il trouve également application dans de nombreux secteurs, notamment le réglage d’équipements domestiques ou industriels. Ce dispositif peut aussi être intégré à un moteur électrique afin de réaliser un effort réglable tel qu’un couple résiduel (sans courant dans le moteur) commandable, ou un effort de rappel en une position stable prédéfinie.
Technique antérieure [0006] On connaît déjà d'après l'état de la technique, des dispositifs de commande manuels, tels que des micro-contacteurs ou des poussoirs munis d'un ressort et dont la position est indexée mécaniquement sur une rampe crantée.
[0007] Dans ces dispositifs, le frottement des pièces mécaniques entre elles provoque généralement des efforts parasites et une usure prématurée.
[0008] On a également proposé des solutions utilisant une interaction magnétique. Le brevet
EP1615250B1 décrit un dispositif de commande d'au moins un élément, notamment un circuit électrique ou un organe mécanique, comprenant un boîtier, un organe de commande manuelle, des moyens d’indexation de la position dudit organe de commande, constitués de deux aimants permanents de polarité opposée, en forme d'anneau ou de disque, l'un fixe et solidaire dudit boîtier, l'autre mobile, solidaire dudit organe de commande et monté perpendiculaire à l'axe longitudinal de celui-ci, et des moyens d'activation dudit élément qui agissent sur celui-ci en fonction des différentes positions, dites de travail, occupées par ledit organe de commande.
[0009] Le brevet français LR2804240 décrit un dispositif de commande de fonctions électriques dans l'automobile par commutation magnétique. Il comprend un boîtier, un organe manuel de commande en rotation solidaire d'un axe de rotation sur lequel est monté un élément comportant des moyens d'indexation de la position de l'organe de commande, des moyens de commutation coopérant avec un circuit de conduction électrique de manière à délivrer une information électrique correspondant aux divers déplacements dudit organe de commande, et il est caractérisé en ce que les moyens d'indexation sont constitués par des aimants permanents dont certains sont fixes et dont les autres sont mobiles en rotation avec l'axe de rotation.
[0010] La demande de brevet internationale WO2011154322 décrit un élément de commande pour une fonctionnalité de commutation et/ou de réglage présentant au moins deux étages de commutation ou de réglage, comprenant : un élément de commande actionnable manuellement et déplaçable à partir d'une position de repos; au moins trois aimants permanents comprenant : un premier aimant permanent mobile, qui est entraîné de manière synchronisée, dans sa zone de déplacement, par l'élément de commande; un deuxième aimant permanent mobile, qui est entraîné, par flux magnétique, dans une première zone partielle de la zone de déplacement du premier aimant permanent, de manière synchronisée par celui-ci, et dont le déplacement ultérieur, dans au moins une deuxième zone partielle de la zone de déplacement du premier aimant permanent est bloqué par au moins une butée; un troisième aimant permanent, fixe par rapport à l'élément de commande pour la production d'une force de rappel magnétique, sur au moins le premier aimant permanent.
INCONVENIENTS DE L’ART ANTERIEUR [0011] Les solutions de l’art antérieur ne sont pas totalement satisfaisantes en premier lieu car la raideur de l’indexation est figée et constante : il n’est pas possible avec les solutions de l’art antérieur de faire varier la nature de l’interaction haptique de manière circonstancielle, par exemple en réduisant la raideur lorsque le bouton de commande est proche d’une position cible et en l’augmentant au contraire lorsque la position cible est éloignée et nécessite des déplacements avec des sauts plus importants.
[0012] L’invention vise à remédier à cet inconvénient, en permettant un ajustement para métrable de la loi de raideur de l’indexation, sans consommation électrique pendant le déplacement de l’organe de commande hormis lors des moments de changement de raideur.
[0013] Une telle solution exclut notamment un bouton de commande motorisé qui nécessite une alimentation électrique continue.
Exposé de l'invention [0014] Afin de répondre à ces problèmes techniques, l’invention concerne selon son acception la plus générale un dispositif d’effort réglable comportant un organe guidé mécaniquement pour permettre un déplacement selon une trajectoire prédéterminée et des moyens d’indexation magnétique dudit déplacement par l’interaction magnétique entre une première structure ferromagnétique et une deuxième structure ferromagnétique solidaire d’un aimant, caractérisé en ce que ledit aimant est entouré au moins partiellement par une bobine électrique qui modifie l’aimantation dudit aimant permanent suivant la direction et l’amplitude du courant électrique circulant dans ladite bobine.
[0015] On entend par « interaction magnétique », tout effort créé par des moyens magnétiques par variation de la réluctance magnétique globale du circuit magnétique constitué par les première et deuxième structures ferromagnétiques et l’aimant. Il peut s’agir, par exemple, de structures dentées ou bien de structures présentant des entrefers variables ou bien de l’interaction de l’aimant à faible champ coercitif avec un autre aimant.
[0016] De préférence, [0017] -l’aimant est un aimant à champ coercitif inférieur à 100 kA/m.
-ladite deuxième structure ferromagnétique aimantée est en outre solidaire d’un deuxième aimant permanent à champ coercitif supérieur à 100 kA/m.
-ladite deuxième structure ferromagnétique est en outre refermée magnétiquement par un court-circuit magnétique reliant les deux polarités opposées de l’aimant.
-ladite deuxième structure ferromagnétique définit, avec la première structure ferromagnétique, un premier entrefer du côté de la première polarité de l’aimant et un deuxième entrefer du côté de la deuxième polarité de l’aimant.
[0018] selon une variante, le dispositif d’effort réglable selon l‘invention comporte en outre un circuit électronique commandant de manière impulsionnelle l’alimentation électrique de ladite bobine.
[0019] Avantageusement, [0020] -lesdites première structure et deuxième structure présentent des dents et en ce que ladite deuxième structure ferromagnétique est constituée par deux parties semi-tubulaires dentées reliées d’une part par le deuxième aimant et d’autre part par le premier aimant, les directions des aimantations des deux aimants étant parallèles.
-l’écart angulaire entre lesdites dents est identique entre les première et deuxième structure.
-l’écart angulaire entre lesdites dents est différent entre les première et deuxième structure.
-ladite deuxième structure ferromagnétique est constituée par deux disques coaxiaux séparés par lesdits deux aimants de formes tubulaires avec une aimantation axiale et disposés de manière coaxiale avec lesdits disques.
-ledit dispositif est rotatif et en ce que ladite première structure ferromagnétique et ladite deuxième structure magnétique forment un entrefer variable en fonction de la position angulaire relative desdites structures.
[0021] L’invention concerne aussi un moteur électrique comprenant un dispositif d’effort réglable selon l’invention caractérisé en ce que ledit dispositif est intégré au stator d’un moteur électrique et en ce que ledit dispositif commande un effort de maintien en une position stable ou un rappel en une position prédéfinie.
[0022] Avantageusement, ladite première structure est la culasse d’un moteur électrique et en ce que ledit dispositif commande un effort de maintien en une position stable ou un rappel en une position prédéfinie.
Brève description des dessins [0023] La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant des exemples non limitatifs de réalisation, illustrés par les figures annexées où :
[0024] [fig.l] : La figure 1 représente une vue en perspective d’un premier exemple de structure électromagnétique du dispositif, [0025] [fig.2a]: Les figures 2a [0026] [fig.2b] et 2b représentent respectivement une vue en coupe et de dessus de l’exemple de la figure 1, [0027] [fig.3a] : Les figures 3a [0028] [fig.3b] : et 3b représentent, dans une deuxième variante de réalisation de structure électromagnétique, les lignes de champ magnétique en fonction de la nature de l’aimantation de l’aimant semi-rémanent, [0029] [fig-4] : La figure 4 représente une vue en perspective et en coupe partielle de la structure électromagnétique selon une variante de réalisation d’un dispositif selon l’invention, [0030] [fig.5a] : Les figures 5a [0031] [fig.5b] : 5b [0032] [fig.5c] : et 5c, représentent des vues de dessus d’un dispositif selon l’invention dans un autre mode de réalisation avec le tracé des lignes de champ magnétique, [0033] [fig.6] : La figure 6, une vue en perspective et en coupe partielle de la structure électromagnétique selon une variante de réalisation d’un dispositif selon l’invention, [0034] [fig.7] : La figure 7, une vue en perspective et en coupe partielle de la structure électromagnétique selon une autre variante de réalisation d’un dispositif selon l’invention, [0035] [fig.8] : La figure 8, une vue en perspective et en coupe partielle de la structure électromagnétique selon une autre variante de réalisation d’un dispositif selon l’invention, [0036] [fig.9] : La figure 9, un exemple de réalisation d’un dispositif à mouvement linéaire selon l’invention, [0037] [fig. 10a] Les figures 10a [0038] [fig. 10b] : 10b [0039] [fig. 10c] : et 10c, présentent différentes vues respectivement isolé, intégré à un motoréducteur selon une vue de dessus et selon une vue en coupe d’un mode alternatif de réalisation d’un dispositif intégré à un moteur électrique pour réaliser un effort de retour en une position prédéfinie, [0040] [fig.l 1] : La figure 11, un autre mode de réalisation d’un dispositif selon l’invention intégré à un moteur électrique, [0041] [fig.12] : La figure 12, un mode alternatif de réalisation d’un dispositif selon l’invention, intégré dans un bouton de commande, [0042] [fig. 13a] : Les figures 13a [0043] [fig. 13b] : et 13b, un mode alternatif de réalisation d’un dispositif selon l’invention, pour gérer la poussée progressive d’un ressort.
description détaillée d’un mode de réalisation [0044] La figure 1 représente une vue schématique en perspective d’un premier exemple de réalisation d’une structure électromagnétique du dispositif d’indexation et les figures 2a et figure 2b représentent respectivement une vue en coupe transversale et une vue de dessus d’un tel dispositif. Sur les figures 1 et 2b, les flèches épaisses montrent la direction de l’aimantation des éléments.
[0045] Cet exemple de dispositif d’indexation est constitué par une première structure (1) formée par un cylindre denté en un matériau ferromagnétique, présentant dans l’exemple décrit 20 dents (2) s’étendant radialement, le nombre de dent n’étant pas limitatif. Cette première structure (1) est en rotation autour de l’axe (6) et est accouplée à un bouton de commande (non visible ici) actionné manuellement.
[0046] Une deuxième structure ferromagnétique dentée (3) est disposée de manière coaxiale à l’intérieur de cette première structure (1), fixe relativement au mouvement de la première structure (1). Cette deuxième structure ferromagnétique (3) est constituée par deux parties semi-tubulaires (4a, 4b) fixes présentant des dents (11) s’étendant radialement vers les dents (2) de la première structure et avec le même écart angulaire que celui des dents (2) de la première structure (1). Un tel écart angulaire identique pour les dents (2) et (11) permet de maximiser l’effort entre la première structure (1) et la deuxième structure (3) et donc de maximiser la sensation haptique donnée à l’utilisateur. Cependant, le réglage de cette sensation haptique sera avantageusement permis par le nombre de dents aux deux structures (1, 3) et éventuellement par une différence d’écart angulaire entre les dents (2, 11) ou bien encore par des largeurs de dents (2, 11) différentes entre les deux structures (1, 3).
[0047] Les deux parties semi-tubulaires (4a, 4b) sont reliées d’une part par un premier aimant permanent (5), préférentiellement à haute énergie incorporant une terre-rare, avec une rémanence magnétique typique supérieure à 0,7 Tesla et un champ coercitif de désaimantation élevé, typiquement de 600 kA/m, et en tous les cas supérieur à 100 kA/m. La direction d’aimantation est selon la plus grande dimension de l’aimant, ici selon une direction orthogonale à l’axe (6) de rotation. L’aimant permanent (5) a une fonction de génération d’un champ magnétique constant, et ne doit pas se désaimanter pendant l’utilisation du dispositif.
[0048] Ces deux parties semi-tubulaires (4a, 4b) sont aussi reliées d’autre part par un second aimant (7) ayant un faible champ coercitif, c’est-à-dire un aimant de type semirémanent ou de type AINiCo avec une rémanence typiquement de 1,2 Tesla et un champ coercitif typique de 50 kA/m, et en tous les cas inférieur à 100 kA/m. La direction d’aimantation est selon la plus grande dimension de l’aimant et de manière à ce que les flux magnétiques des deux aimants (5) et (7) soient additifs ou soustractifs, selon l’aimantation imprimée au second aimant (7) à faible champ coercitif, les flux magnétiques circulant dans les parties semi-tubulaires (4a, 4b). Le faible champ coercitif de l’aimant (7) est nécessaire afin de permettre son aimantation ou désaimantation facilement à l’aide d’une bobine localisée autour de celui-ci et ceci avec une énergie limitée rendant son utilisation dans un dispositif intégré possible sans l’utilisation d’une électronique puissante et coûteuse.
[0049] Ce deuxième aimant (7), est disposé parallèlement au premier aimant (5), et entouré de deux bobines électriques (8, 9). Il est possible de n’installer qu’une seule bobine dans une réalisation alternative, les deux bobines (8 et 9) étant pour cet exemple disposées de part et d’autre de l’axe de guidage (6) par soucis d’équilibre et d’optimisation de l’encombrement.
[0050] A titre d’exemple, chaque bobine est constituée de 56 spires (28 spires/poche), en série avec un fil de cuivre de section 0,28mm, la bobine présentant une résistance terminale de 0,264 Ω.
[0051] Pour inverser la polarité de l’aimantation de l’aimant à faible champ coercitif (7), on applique un courant à la ou aux bobines (8, 9) sous forme continue ou d’une impulsion électrique, par exemple donnée par décharge d’un condensateur. A titre d’exemple, un courant de 13 Ampères provoquant une force magnétomotrice voisine de 730At environ permet la modification de l’aimantation.
[0052] Le fonctionnement de ce premier mode de réalisation est le suivant : Lorsqu’un courant continu ou une impulsion de courant dans un sens positif (référence arbitraire) circule dans les bobines (8, 9) créant un champ magnétique additif entre les deux bobines, l’aimant (7) à faible champ coercitif est magnétisé selon une direction telle que les flux magnétiques des deux aimants sont additifs et circulent majoritairement en boucle à travers les deux aimants (5, 7) et les parties semi-tubulaires (4a, 4b). De ce fait, les flux magnétiques ne traversent pas ou peu la première structure (1) et aucun couplage, ou un couplage faible, n’est présent entre les deux structures (1, 3), l’utilisateur activant la structure ne ressentant pas de crantage. Dans cet exemple précis, les aimantations des deux aimants (5, 7) sont parallèles et perpendiculaires au plan médian entre les deux parties semi-tubulaires (3, 4) bien que cette configuration ne soit pas exclusive.
[0053] Lorsqu’une impulsion de courant dans un sens négatif (référence arbitraire) circule dans les bobines (8, 9) créant un champ magnétique toujours additif entre les deux bobines, l’aimant (7) à faible champ coercitif est magnétisé selon une direction telle que les flux magnétiques des deux aimants sont soustractifs et circulent majoritairement en boucle à travers les deux aimants (5, 7) et les deux structures dentées (1, 3). De ce fait, un couplage ou crantage marqué apparaît et une sensation d’indexation significative est perçue par l’utilisateur du dispositif, ressentant ainsi un crantage.
[0054] L’intensité du courant dans les bobines (8, 9) permet avantageusement de régler la sensation haptique en jouant directement sur l’intensité de l’aimantation de l’aimant (7) à faible champ coercitif et donc sur le flux de couplage entre les structures fixe et mobile.
[0055] Les figures 3a et 3b illustrent une variante de réalisation d’un dispositif selon l’invention pour lequel seul un aimant (7) à faible coercivité est présent en association avec une bobine (8) entourant l’aimant (7). Dans cette variante, on garde les fonctions des première (1) et deuxième (3) structures dentées déjà décrites pour le mode de réalisation précédent. Dans cette variante, les deux parties semi-tubulaires (4a, 4b) sont aussi reliées entre elles par un chemin de court-circuit (12), en matière ferromagnétique douce. Les flèches épaisses montrent la direction d’aimantation de l’aimant (7) et la longueur de cette flèche symbolise l’intensité de cette aimantation.
[0056] Le fonctionnement de cette variante est le suivant : Lorsque l’aimant à faible champ coercitif (7) est magnétisé à saturation, c’est-à-dire quand l’aimantation est maximale en intensité, le chemin de court-circuit (12) est saturé magnétiquement et sa perméabilité magnétique est faible et se rapproche de celle de l’air. Dans ce cas de figure (figure 3a), le champ magnétique généré par l’aimant à faible champ coercitif (7) passe majoritairement par les première (1) et deuxième (3) structures dentées, favorisant la création d’un couple périodique qui provoque l’effet de crantage et donc la sensation haptique ressentie par l’utilisateur qui manipule la deuxième structure (3). Sous l’impulsion de courant donné à la bobine (8), l’aimant à faible champ coercitif (7) se désaimante, au moins partiellement, et l’intensité de l’aimantation se réduit. En conséquence, le chemin de court-circuit n’est plus saturé magnétiquement et la majorité du flux magnétique produit par l‘aimant à faible champ coercitif (7) se boucle à travers le chemin de court-circuit (12) (figure 3b). Il en résulte un champ magnétique drastiquement réduit entre les dents (2) des première (1) et deuxième (3) structures, réduisant d’autant le crantage et la sensation haptique de l’utilisateur. En jouant sur l’intensité du courant d’impulsion dans la bobine (8), il est possible de régler le niveau d’aimantation résiduelle dans l’aimant à faible champ coercitif (7) et ainsi de régler l’intensité du crantage obtenu.
[0057] Il est à noter que l’utilisation du court-circuit (12) n’est pas absolument indispensable à l’invention et n’est utilisé que dans le but de donner une tolérance dans l’aimantation minimale de l’aimant (7). Il est ainsi possible de se passer du chemin de court-circuit (12) en jouant uniquement sur l’intensité du courant d’impulsion de la bobine (8) pour régler le niveau d’aimantation résiduelle de l’aimant à faible champ coercitif (7).
[0058] A titre d’exemple, si après désaimantation, l’aimant à faible champ coercitif (7) fournit un champ 10 fois inférieur à celui qu’il possède à saturation, le couple résiduel observé est typiquement plus de 100 fois inférieur.
[0059] La figure 4 représente une variante de réalisation où la deuxième structure ferromagnétique est formée de deux disques dentés (4c, 4d) formant deux entrefers principaux avec la première structure (1) au niveau des dents formées à l’interface des deux structures. Le premier aimant permanent (5) à champ coercitif élevé présente une forme tubulaire et une aimantation axiale. Le deuxième aimant permanent (7) à faible champ coercitif est coaxial au premier aimant permanent (5) et présente une forme cylindrique et une aimantation axiale, ici intégré solidaire à l’axe (6). La bobine (8) entoure l’aimant à faible champ coercitif (7). Le fonctionnement reste par ailleurs semblable à celui décrit dans le premier exemple précédent dans la mesure où le sens de l’impulsion électrique donné à la bobine (8) va aimanter dans un premier sens axial, ou un deuxième sens axial opposé, l’aimant à faible champ coercitif (7) et rendre les champs magnétiques additifs ou soustractifs afin de créer ou supprimer le crantage.
[0060] Les figures 5a à 5c sont des vues similaires, du dessus, d’un mode alternatif de réalisation d’un dispositif selon l’invention. A la différence des modes de réalisation présentés précédemment, la première structure (1) et la deuxième structure (3) ne présentent aucune denture. La deuxième structure (3) est notamment terminée à ses deux extrémités par des pièces polaires (4e, 4f) formant des pointes. La variation de ré luctance entre ces deux structures (1) et (3) est réalisée par un entrefer continûment variable au niveau des pièces polaires (4e, 4f), par exemple ici grâce à une forme grossièrement elliptique, sans que cette forme ne soit limitative, donnée à la première structure (1). Le fonctionnement est par ailleurs similaire à celui présenté précédemment. En figure 5b est montré le cas où les aimant permanent (5) et à faible coercivité (7) présentent une direction d’aimantation dans le même sens, favorisant un bouclage du flux magnétique dans les première (1) et deuxième structure (3) et donc un effort entre ces deux éléments. En figure 5c, les directions d’aimantation des aimants permanent (5) et à faible coercivité (7) sont opposées de sorte que le flux magnétique circule majoritairement à l’intérieur de la deuxième structure (3), minimisant, voire annulant l’effort exercé entre les deux structures (1) et (3).
[0061] La figure 6 est une autre réalisation alternative, reprenant l’utilisation des structures (1) et (3) dentées présentées plus haut. Cette présente variante se différencie des premières réalisations, d’une part par la réalisation de la deuxième structure (3) en contact avec les aimants permanent (5) et à faible coercivité (7) et ici sous la forme de tôles pliées terminées par des dentures et d’autre part par le nombre différent de dents (2) entre les deux structures (1) et (3). L’aimant permanent (5) est sous la forme d’un parallélépipède et l’aimant à faible coercivité (7) est sous la forme d’un cylindrique autour duquel sont enroulés les bobines d’activation (8, 9), de part et d’autre de l’axe (6).
[0062] La figure 7 est une autre réalisation alternative qui se différencie principalement des précédentes en ce que l’aimant permanent (5) est axialement placé entre des extensions planaires (4al, 4b 1) des pièces semi-tubulaires dentées (4a, 4b) de la deuxième structure (3). L’aimant permanent (5) présente ici une aimantation axiale relativement à la rotation de la première structure (1) et une seule bobine (8) est positionnée autour de l’aimant à faible coercivité (7), ce dernier présentant une direction d’aimantation perpendiculaire à l’axe de rotation.
[0063] La figure 8 est un exemple de réalisation similaire à celui de la figure 4, à la différence que les aimants permanent (5) et à faible coercivité (7) ne sont pas coaxiaux. L’aimant permanent (5) s’étend axialement avec une direction d’aimantation aussi axiale et l’aimant à faible coercivité (7) est parallèle à l’aimant permanent (5) entouré par une bobine (8).
[0064] La figure 9 est un exemple de réalisation d’un dispositif à mouvement linéaire selon l’invention. Il se compose d’un élément mobile linéaire (13) sous la forme d’une tige ou barreau, la forme n’étant pas limitative, terminée par un collecteur de flux (14) denté qui coopère magnétiquement avec les dents (2) du stator (15). Le stator (15) et l’élément mobile linéaire (13) sont les équivalents respectivement de la première (1) et deuxième structure (3) des cas rotatifs. Le stator (15) présente ainsi un aimant permanent (5) s’étendant perpendiculairement à l’élément mobile linéaire (13), son aimantation étant dirigée selon cette extension. L’aimant à faible coercivité (7) s’étend parallèlement à l’aimant permanent (5) et est entouré par la bobine (8) permettant de moduler son aimantation.
[0065] Les figures 10a et 11 sont deux variantes particulières de dispositifs selon l’invention destinées à intégrer un effort variable et commandable dans un moteur ou actionneur électrique.
[0066] En figure 10a, un dispositif selon l’invention, délimité par l’ellipse pointillée (DI), est intégré à un moteur comprenant un stator de moteur (16) présentant des pôles (17) s’étendant radialement relativement à un rotor aimanté (18). Dans l’exemple donné ici, ce rotor aimanté (18) porte un pignon (19) destiné à entrainer un organe extérieur ou un réducteur mécanique. Trois pôles (17) portent des bobines de moteur (20) afin de générer le champ tournant entraînant le rotor aimanté (18), le nombre de pôles n’étant pas limitatif. Un pôle particulier (17a) du stator de moteur (16) est associé à un aimant permanent (5) s’étendant parallèlement audit pôle particulier (17a), sa direction d’aimantation étant selon cette extension, et associé à un aimant à faible coercivité (7), parallèle à l’aimant permanent (5). Le pôle particulier (17a) est entouré par une bobine d’activation (8) et présente une extrémité (21), côté rotor aimanté (18), permettant de relier magnétiquement les aimants permanent (5) et à faible coercivité (7). En fonction du puise de courant parcourant la bobine (8), l’aimant à faible coercivité présente une direction d’aimantation dans le même sens ou le sens opposé à celle de l’aimant permanent (5). Si les aimantations sont dans le même sens, les flux magnétiques des deux aimants (5) et (7) s’épanouissent à partir de l’extrémité (21) et interagissent avec le rotor aimanté (18) afin de créer un effort maintenant en position le rotor aimanté (18) ou ramenant ledit rotor aimanté (18) en une position prédéfinie. Si les aimantations sont dans un sens opposé l’un de l’autre, les flux magnétiques des deux aimants (5) et (7) bouclent dans l’extrémité (21) sans interagir avec le rotor aimanté (18), ne créant pas d’effort sur ce dernier.
[0067] Il est possible, grâce à un dispositif selon l’invention, d’introduire un effort commandable dans un moteur ou actionneur électrique en permettant d’ajouter par exemples : un couple de maintien en une position définie, un couple de rappel en une position prédéfinie, ou un couple résiduel périodique.
[0068] Par exemple, en figure 10b, le moteur de la figure 10a est associé à un réducteur de mouvement (29) et un ressort de torsion (30) pour former un motoréducteur dont le retour en une position de référence (position dite de fail-safe en anglais) est commandé par un dispositif selon l’invention, délimité par l’ellipse pointillée (DI). Le ressort (30) est positionné au niveau de la roue de sortie (31) et applique un couple sur cette dernière. Dans un mode de fonctionnement où le moteur doit atteindre une position donnée, le dispositif selon l’invention est actif de telle sorte qu’il crée une interaction magnétique entre le rotor (18) et l’extrémité (21) générant un couple sur le rotor (18). Par le jeu du réducteur de mouvement (29), ce couple magnétique est amplifié et dimensionné pour être supérieur au couple généré, au niveau de la roue de sortie (31), par le ressort (30). Ainsi, le dispositif peut tenir n’importe quelle position sans consommation de courant. Par contre, si le dispositif selon l’invention est rendu inactif en inversant l’aimantation au niveau de l’aimant à faible coercivité (7), le couple d’interaction magnétique entre le rotor (18) et l’extrémité (21) est supprimé ou minimisé. De ce fait, le couple du ressort (30) appliqué à la roue de sortie génère un effort qui va ramener la roue de sortie (31) en une position prédéfinie (grâce, par exemple, à une butée). Ainsi, le dispositif selon l’invention permet de réaliser un effort de rappel/fail-safe commandable. L’intérêt est de pouvoir minimiser la taille du moteur qui n’a pas à vaincre, en permanence, l’effort de rappel du ressort (30) avec du courant. [0069] Un exemple d’application de ce mode de réalisation particulier, incluant un dispositif selon l’invention associé à un réducteur et à un ressort sur la roue de sortie du réducteur, est son utilisation dans un ferme-porte. Dans ce cas, par exemple encore, il est possible de minimiser le temps de fermeture de la porte sur la plus grande partie de sa course en minimisant le couple d’interaction au niveau du dispositif selon l’invention, puis de freiner la fermeture sur la dernière partie de la course de la porte en générant un couple d’interaction. Le dimensionnement du dispositif permettra de modifier à la demande la caractéristique de freinage voulue, en jouant aussi sur les cycles d’aimantation de l’aimant à faible champ coercitif (7) durant la fermeture de la porte. Il est à noter que cette application peut aussi être envisagée avec un dispositif tel que présenté en figures 13a et 13b.
[0070] La figure 11 est une variante de réalisation de ce dispositif d’effort commandable intégré à un moteur électrique dont le stator présente des similarités avec celui de la figure 10, avec des éléments référencés en commun. Dans ce cas d’exemple, le dispositif est cependant intégré à l’intérieur du rotor aimanté (18) et ne présente pas de pôle particulier. Le stator est en effet un stator classique, non modifié, de moteur électrique. Le rotor aimanté (18) comprend une culasse (22) ferromagnétique qui est l’équivalent de la première structure (1) du dispositif montré en figure 1. A l’intérieur de cette première structure (1), on retrouve par ailleurs les mêmes éléments que l’on observe en figure 1. L’interaction commandable entre la culasse (22) et la deuxième structure (3) fixe permet de moduler l’effort s’appliquant au rotor aimanté (18).
[0071] La figure 12 présente un bouton (23) commandable manuellement intégrant un dispositif selon l’invention pour lequel l’interaction entre une première structure dentée (la) et une deuxième structure dentée (3a) est utilisée pour commander un effort de blocage. La première structure (la) et la deuxième structure (3a) sont mobiles axialement l’une par rapport à l’autre, l’aimant permanent (5) étant intégré dans le plan de la première structure (1) et l’aimant à faible coercivité (7) et la bobine d’activation (8) étant intégrés dans le plan de la deuxième structure (3a). A l’interface entre les deux structures (la, 3b) est positionné un disque de freinage (24) qui s’étend radialement et solidarisé avec le support denté (25) du bouton (23). Le disque (24) est donc solidaire du bouton (23).
[0072] Lorsque le sens de l’aimantation de l’aimant à faible coercivité (7) est identique à celui de l’aimant permanent (5), le flux magnétique des deux aimants (5, 7) circule respectivement dans le support denté (25) du bouton (23) et dans le support denté (26) de la première structure (la), créant ainsi un effort de crantage ressenti par l’utilisateur du bouton (23). Lorsque le sens de l’aimantation de l’aimant à faible coercivité (7) est opposé à celui de l’aimant permanent (5), le flux magnétique des deux aimants (5, 7) circule principalement dans l’entrefer (27) entre les deux structures (la, 3a) favorisant la fermeture de cet entrefer (27) et donc le pincement du disque de freinage (24) entre les deux supports (25, 26). Le retour à l’état cranté peut alors se faire en changeant le sens de l’aimantation de l’aimant à faible coercivité (7) et en ré-ouvrant l’entrefer (27) grâce à l’action d’un ou plusieurs ressorts (28). Il est ainsi possible, grâce à un dispositif selon l’invention de réaliser d’une part une sensation de crantage mais aussi de simuler une arrivée en butée en bloquant le mouvement du bouton.
[0073] Les figures 13a et 13b présentent des vues, respectivement de dessus et en perspective d’un dispositif selon l’invention (DI) - qui est ici selon l’exemple de réalisation donné en figure 1 - associé à un réducteur mécanique de mouvement (29) et un dispositif de poussé (32). Ce dernier est constitué par un ressort de compression (33) et un plan d’appui (34). Le réducteur de mouvement (29) présente, sur la roue de sortie (31), un cabestan (35) sur lequel est enroulé un câble (36) relié par ailleurs à l’appui plan (34). Le ressort de compression (33) est fixé d’un côté longitudinal (A) et applique un effort sur le plan d’appui (34) au niveau de l’autre côté longitudinal (B). En gérant l’aimantation du dispositif selon l’invention, il est possible de créer un effort d’origine magnétique au niveau dudit dispositif. Le couple appliqué à la roue de sortie (31) et donc au cabestan (35), par le jeu du réducteur (29), est amplifié et dimensionné de manière à retenir le câble (36) contre l’effort du ressort (33). En modifiant l’aimantation au niveau du dispositif selon l’invention, l’effort d’origine magnétique est supprimé ou minimisé, supprimant ou minimisant l’effort au niveau du cabestan (35) et permettant ainsi au ressort (33) de faire avancer, selon la direction de la flèche épaisse en figure 13a, le plan d’appui. Ainsi, ce dispositif, qui pourra aussi bien être appliqué à un plan d’appui à mouvement angulaire, pourra avantageusement gérer l’effort d’un ressort de compression pour réaliser une avancée progressive du plan d’appui (34). Par exemple, l’utilisation d’un tel dispositif peut être imaginée pour un pousse-seringue ou pour gérer le dosage d’un distributeur quelconque, ou bien encore pour gérer la fermeture d’une porte.
Claims (1)
-
Revendications [Revendication 1] Dispositif d’effort réglable comportant un organe guidé mécaniquement pour permettre un déplacement selon une trajectoire prédéterminée et des moyens d’indexation magnétique dudit déplacement par l’interaction magnétique entre une première structure ferromagnétique (1, la), et une deuxième structure ferromagnétique (3, 3a) solidaire d’un aimant (7), caractérisé en ce que ledit aimant (7) est entouré au moins partiellement par une bobine électrique (8, 9) qui modifie l’aimantation dudit aimant permanent (7) suivant la direction et l’amplitude du courant électrique circulant dans ladite bobine (8,9). [Revendication 2] Dispositif d’effort réglable selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit aimant (7) est un aimant à champ coercitif inférieur à 100 kA/m. [Revendication 3] Dispositif d’effort réglable selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite deuxième structure ferromagnétique aimantée (3) est en outre solidaire d’un deuxième aimant permanent (5) à champ coercitif supérieur à 100 kA/m. [Revendication 4] Dispositif d’effort réglable selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite deuxième structure (3) ferromagnétique est en outre refermée magnétiquement par un court-circuit magnétique (12) reliant les deux polarités opposées de l’aimant (7). [Revendication 5] Dispositif d’effort réglable selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite deuxième structure ferromagnétique (3, 3a) définit, avec la première structure ferromagnétique (1), un premier entrefer du côté de la première polarité de l’aimant (7) et un deuxième entrefer du côté de la deuxième polarité de l’aimant (7). [Revendication 6] Dispositif d’effort réglable selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comporte en outre un circuit électronique commandant de manière impulsionnelle l’alimentation électrique de ladite bobine (8,9). [Revendication 7] Dispositif d’effort réglable selon la revendication 3 caractérisé en ce que lesdites première structure (1) et deuxième structure (3) présentent des dents (2) et en ce que ladite deuxième structure ferromagnétique (3) est constituée par deux parties semi-tubulaires dentées (4a, 4b) reliées d’une part par le deuxième aimant (5) et d’autre part par le premier aimant (7), les directions des aimantations des deux aimants (5, 7) étant parallèles. [Revendication 8] Dispositif d’effort réglable selon la revendication 7 caractérisé en ce que l’écart angulaire entre lesdites dents est identique entre les première et deuxième structure (1,3). [Revendication 9] Dispositif d’effort réglable selon la revendication 7 caractérisé en ce que l’écart angulaire entre lesdites dents est différent entre les première et deuxième structure (1,3). [Revendication 10] Dispositif d’effort réglable selon la revendication 3 caractérisé en ce que ladite deuxième structure ferromagnétique (3) est constituée par deux disques coaxiaux (4a, 4b) séparés par lesdits deux aimants (5, 7) de formes tubulaires avec une aimantation axiale et disposés de manière coaxiale avec lesdits disques (4a, 4b). [Revendication 11] Dispositif d’effort réglable selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ledit dispositif est rotatif et en ce que ladite première structure ferromagnétique (1) et ladite deuxième structure magnétique (3) forment un entrefer variable en fonction de la position angulaire relative desdites structures (1,3). [Revendication 12] Moteur électrique comprenant un dispositif d’effort réglable selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit dispositif (DI) est intégré au stator du moteur électrique et en ce que ledit dispositif commande un effort de maintien en une position stable ou un rappel en une position prédéfinie. [Revendication 13] Moteur électrique comprenant un dispositif d’effort réglable selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite première structure (1) est la culasse d’un moteur électrique et en ce que ledit dispositif commande un effort de maintien en une position stable ou un rappel en une position prédéfinie. [Revendication 14] Moteur électrique comprenant un dispositif d’effort réglable selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit dispositif (DI) est associé à un mécanisme réducteur de mouvement (29) et en ce que la roue de sortie (31) dudit mécanisme réducteur (29) est solidaire d’un cabestan (35), en ce qu’un câble est solidaire dudit cabestan (35) d’une part et d’un plan d’appui (34) d’autre part et en ce qu’un ressort (33) applique une force ou un couple à l’appui plan. [Revendication 15] Mécanisme de ferme-porte comprenant un moteur électrique selon l’une quelconque des revendications 12 à 14 caractérisé en ce que ledit dispositif d’effort (DI) contrôle, par modification de l’aimantation dudit aimant (7), la vitesse de fermeture d’une porte. 1/10
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