WO2003019582A1 - Actionneur electromagnetique a deux positions stables de fin de course, notamment pour la commande de vannes de conduits d'admission d'air pour moteurs a combustion interne - Google Patents

Actionneur electromagnetique a deux positions stables de fin de course, notamment pour la commande de vannes de conduits d'admission d'air pour moteurs a combustion interne Download PDF

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WO2003019582A1
WO2003019582A1 PCT/FR2002/002974 FR0202974W WO03019582A1 WO 2003019582 A1 WO2003019582 A1 WO 2003019582A1 FR 0202974 W FR0202974 W FR 0202974W WO 03019582 A1 WO03019582 A1 WO 03019582A1
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electromagnetic actuator
armature
actuator according
axis
rotation
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PCT/FR2002/002974
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Pierre Gandel
Guillaume Loussert
Daniel Prudham
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Moving Magnet Technologies (M.M.T.)
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    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/14—Pivoting armatures
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    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
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    • F01L9/21—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids
    • F01L2009/2167—Sensing means
    • F01L2009/2169—Position sensors

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuator comprising a stator structure consisting of two ferromagnetic circuits provided with at least one electric excitation coil and between which is mounted movable, between two stable end-of-travel positions and against the action of means of elastic return, an armature made of soft ferromagnetic material connected to a load to be controlled, the armature and the stator structure being symmetrical with respect to the axis of rotation of the armature.
  • the present invention will find its application in the field of electromagnetic actuators more particularly intended to bring a load, simply, from a first in a second position and vice versa.
  • an electromagnetic actuator comprising two electromagnets arranged in opposition with respect to each other and between which is able to move an armature made of ferromagnetic material maintained in an intermediate position using elastic return means, more particularly in the form of a torsion spring.
  • elastic return means more particularly in the form of a torsion spring.
  • these comprise a ferromagnetic circuit substantially in the shape of a "U" on which is mounted an electrical excitation coil, this circuit defining two static poles against which is able to be applied by electromagnetic bonding said frame.
  • an electromagnetic actuator comprising a stator structure consisting of two ferromagnetic circuits each provided with two electrical excitation coils surrounding a stator pole arranged symmetrically on either side. a central pole.
  • the central poles of each of these ferromagnetic circuits of the stator structure ensures the rotation of the axis of a mobile armature connected to a load to be controlled.
  • the lux of magnetic induction circulates through the axis of the armature, so that, when the actuator is controlled, a single pole of each magnetic circuit contributes to the calling force of the armature.
  • the invention relates to an electromagnetic actuator comprising a stator structure consisting of two ferromagnetic circuits provided with at least one electric excitation coil and between which is mounted movable, between two stable end of travel positions and against the action of elastic return means, an armature made of soft ferromagnetic material connected to a load to be controlled, the armature and the stator structure being symmetrical with respect to the axis of rotation of the armature, characterized in that each ferromagnetic circuit comprises four stator poles with which the armature cooperates two by two in one or the other of its stable end-of-travel positions.
  • the elastic return means are designed capable of acting on the axis of rotation of the frame.
  • the elastic return means are defined by a spiral spring acting on the axis of rotation of the armature and mounted in a plane parallel to the stator structure.
  • said elastic return means are defined by a torsion bar.
  • FIG. 1 is a schematic representation and plan view of an electromagnetic actuator according to the invention
  • Figure 2 is a representation similar to Figure 1 illustrating the same actuator equipped with elastic return means in the form of a spiral spring;
  • Figure 3 is a schematic perspective view of this spiral spring
  • Figure 4 is a schematic representation in section of an actuator according to the invention comprising, as elastic return means, both a spiral spring and a torsion bar;
  • FIG. 5 is a schematic and plan view of the actuator devoid of its support structure
  • FIG. 6 is a schematic and plan view of an actuator according to a second embodiment
  • FIG. 7 is a schematic representation in elevation of an electromagnetic actuator according to the invention with which is associated a position sensor of the frame;
  • FIG. 8 and 9 illustrate, schematically, two types of valve valves provided adapted to be controlled through an electromagnetic actuator, according to one invention.
  • the present invention relates to an electromagnetic actuator 1 as illustrated in FIGS. 1 to 7.
  • this actuator 1 comprises a stator structure 2 consisting of two ferromagnetic circuits 3, 4, each comprising at least one electrical excitation coil 5, 5A; 6, 6A.
  • an armature 7 made of soft ferromagnetic material. The latter is caused to move between two stable end-of-travel positions 8, 9, under the impulse of the magnetic fluxes generated through one and / or the other of the ferromagnetic circuits 3, 4. Ultimately, this armature 7 moves in this position 8 or 9 against the action of elastic return means 10 tending, in the absence of magnetic flux, to maintain it in an intermediate position, between these positions of ins 8, 9.
  • the armature 7 is mounted in rotation about an axis 12 corresponding to its axis of symmetry, knowing, moreover, that the stator structure 2 and, in particular, the ferromagnetic circuits 3, 4 adopt, themselves, an arrangement symmetrical about this axis 12.
  • each of these ferromagnetic circuits 3; 4 have four stator poles PI, P2, P3, P4; P'1, P'2, P'3, P '4 with which comes to cooperate in pairs (PI, P2, P'3, P'4; P'1, P'2, P3, P4) the frame 7 in one or other of its stable end of travel positions 8, 9.
  • each ferromagnetic circuit 3, 4 is moreover symmetrical with respect to a median plane 13 passing through the axis 12.
  • a ferromagnetic circuit 3, 4 borrows a W-shaped configuration including the two lateral branches 14, 15, defining the stator poles of ends Pi, P4; P'1, P'4 each carry an electric excitation coil 5, 5A; 6, 6A. While the middle branch 16 of this structure in W, it defines the two central stator poles P2, P3; P'2, P '3 respecting, between them, an angle ⁇ at least equal to the amplitude of rotation of the armature 7, plus 180 °.
  • this angle oc is that respected by the two planes in which the stator poles, respectively, PI, P2 are inscribed; P'1, P '2 and P3, P4; P'3, P'4 of these ferromagnetic circuits 3, 4. It will be noted that, for a better circulation of the magnetic fluxes and to avoid in particular that this flux does not come to close through the axis of rotation 12 of the armature 7, the middle branch 16 adopts a V-shaped structure and , therefore, subdivides itself into two branches 16 ', 16''for the definition of the poles P2, P3; P'2, P'3.
  • the frame 7 in the form of a blade, it comprises, at its axis of rotation 12, a cylindrical blister 17 in the manner of a socket for the passage of an axis 18, which may or may not be made of a ferromagnetic material, the ends 19, 20 of which are kept in rotation through a support structure 21, advantageously non-magnetic. This is more particularly visible in Figures 4 and 7.
  • the elastic return means 10 are constituted, according to a first embodiment visible in Figures 2, 4 and 7, by at least one spiral spring 22, 22 'mounted on at least one of the ends 19, 20 of the axis 18 corresponding to the frame 7.
  • this spiral spring 22, 22 ′ can be provided with one or more arms in the form of a turn, this depending on the desired stiffness and / or the space available, therefore the section of this spring 22, 22 '.
  • the elastic return means 10 consist of a torsion bar 30 of which is made integral with the axis 18 corresponding to the frame 7.
  • This axis 18 is advantageously of the type tubular, the torsion bar 30 being fixed, by one of its end 31, to the end 19 of this axis 18. Furthermore, it extends through the latter to emerge at the end 20 opposite of it to come rigidly anchored in a housing 32 of the support structure 21 of the actuator.
  • the elastic return means 10 can correspond to the combination of at least one spiral spring 22 and a torsion bar 30 whose stiffness is chosen in adequacy with the return force at produce.
  • This spiral spring 22 and this torsion bar 30 both act, either in parallel or in series on the axis 18 of the frame 7.
  • Such a design makes it possible to compensate for the drawbacks of one by the advantages of the other.
  • a spiral spring has the drawback of increasing the mobile mass of the actuator, while the use of a torsion bar alone can have the annoying consequence of a significant increase in its size.
  • FIG. 7 The purpose of FIG. 7 is to illustrate that on one of the ends 19 of the axis of rotation 18 corresponding to the frame 7 can be mounted a position sensor 23, preferably a contactless sensor with hall effect or else potentiometer or other type, enabling the position of this armature 7 to be known at any time, in order to control, via an electronic control unit 24, the engagement of the current in the coils and to minimize the impact speed at the end stroke of this armature 7.
  • a position sensor 23 preferably a contactless sensor with hall effect or else potentiometer or other type
  • the armature 7 does not necessarily come to physical bonding on the stator poles, as the case may be, Pi, P2, P'3, P '4 or P' 1, P'2, P3, P4, especially in the presence of external mechanical stops. These stops may correspond, for example, to the arrival at the mechanical end of the load commanded. By thus avoiding the impacts of the armature 7 on these stator poles, the wear of the electromagnetic actuator 1 is limited, not to mention that the noise resulting from such impacts is avoided. In addition damping means can be combined with the load itself to limit the noise resulting from the mechanical stops.
  • FIG. 6 there is shown a second embodiment of an electromagnetic actuator 1 according to the invention.
  • This is mounted on the median branch 16 of these ferromagnetic circuits 3, 4 shaped .
  • this middle branch 16 ends in a point through two inclined planes corresponding to the central poles P2, P3; P'2, P '3 and respecting between them an angle ⁇ at least equal to the amplitude of rotation of the armature 7, plus 180 °.
  • the latter is mounted on an axis 18 made of ferromagnetic material.
  • defining this frame 7 can extend sections of axis kept in rotation through the support structure 21 made of non-magnetic material of the actuator 1.
  • this middle branch 16 of these ferromagnetic circuits 3, 4 can end, again, in V and be subdivided into two branches 16 ', 16' 'for the definition of the poles P2, P3; P'2, P'3.
  • the electromagnetic actuator has only two coils, these are connected in series or in parallel and their activation according to the position of the armature 7 allows the transition from a stable end of travel position to a other according to the electrical control envisaged. Note, however, that in an intermediate position of the armature 7 no magnetic circuit is favored so that this armature 7 cannot be driven.
  • an asymmetry is introduced at the level of the actuator resulting, according to a first embodiment, of an asymmetrical shape of the frame 7 or even by an adapted prestressing of the spring or springs defining the elastic return means 10 so that this armature 7, in the rest position of these elastic return means 10 and in the absence of supply of the coils 5, 6, occupy an intermediate equilibrium position 11 which is asymmetrical by relative to the median plane 25 of the stator structure of this electromagnetic actuator 1.
  • FIGs 8 and 9 illustrate schematically, two types of valves or flaps 26, 26A corresponding to loads capable of being controlled by the electromagnetic actuator 1 according to the invention.
  • a valve such as a valve for a combustion air intake duct in an internal combustion engine.
  • Figure 7 shows a first variant having an axis of rotation 27 of this valve 26 which is offset relative to its plane. This has the consequence of substantially increasing the inertia of the load to be actuated with respect to any other valve, in particular of the butterfly type corresponding to FIG. 8, the axis of rotation 28 of which lies in the plane of the valve 26A.

Abstract

L'invention concerne un actionneur électromagnétique comportant une structure statorique (2) constituée de deux circuits ferromagnétiques (3, 4) pourvus d'au moins une bobine d'excitation électrique (5, 5A; 6, 6A) et entre lesquels est montée mobile, entre deux positions stables de fin de course (8, 9) et contre l'action de moyens de rappel élastiques (10) , une armature (7) en matériau ferromagnétique doux reliée à une charge à commander, l'armature (7) et la structure statorique (2) étant symétrique par rapport a l'axe (12) de rotation de l'armature (7) .Selon l'invention, chaque circuit ferromagnétique (3, 4) comporte quatre pôles statoriques avec lesquels vient coopérer deux à deux l'armature (7) dans l'une ou l'autre de ses positions stables de fin de course. La présente invention trouvera une application tout particulièrement dans le cadre de la commande de vanne de conduit d'admission d'air comburant de moteur à combustion interne.

Description

ACTIONNEUR ELECTROMAGNETIQUE A DEUX POSITIONS STABLES DE FIN DE COURSE, NOTAMMENT POUR LA COMMANDE DE VANNES DE CONDUITS D'ADMISSION D'AIR POUR MOTEURS A COMBUSTION INTERNE.
L' invention concerne un aσtionneur électromagnétique comportant une structure statorique constituée de deux circuits ferromagnétiques pourvus d' au moins une bobine d' excitation électrique et entre lesquels est montée mobile, entre deux positions stables de fin de course et contre l'action de moyens de rappel élastiques, une armature en matériau ferromagnétique doux reliée à une charge à commander, l'armature et la structure statorique étant symétrique par rapport à l'axe de rotation de 1' armature.
La présente invention trouvera son application dans le domaine des actionneurs électromagnétiques plus particulièrement destinés à amener une charge, simplement, depuis une première dans une seconde position et inversement.
Dans de nombreux domaines d' pplication se pose le problème d' amener une charge, très souvent sous forme d'un volet ou clapet, dans deux positions stables de fin de course, l'une d'ouverture et l'autre de fermeture. Il en est, notamment, ainsi dans le cas d'un moteur à combustion interne comportant une conduite d' admission d' air comburant qui , dans certaines conditions, doit être obturée pour empêcher l'arrivée d'air au niveau du moteur ou, au contraire, totalement ouverte pour permettre le libre passage du flux d'air.
En fait, cette gestion de l'arrivée d'air comburant s'effectue, généralement, au travers de la commande des soupapes d'admission que comporte un tel moteur et il est connu, pour ces applications particulières, des actionneurs électromagnétiques à soléno de ou à palette. Ces solutions restent toutefois très complexes et ont une implication directe sur les éléments constitutifs d'un tel moteur à combustion interne. S'il existe, par ailleurs, des actionneurs électromagnétiques de type rotatif pour ces mêmes applications, ceux-ci sont considérés, le plus souvent, comme particulièrement encombrants et/ou s'avèrent complexes par rapport à la fonction qu'il leur est demandé d'assurer. De plus, ils sont à l'origine d'efforts parasites au niveau de la charge commandée.
Il est encore connu, par le document US-A.6.262.498, un actionneur électromagnétique comportant deux électroaimants disposés en opposition l'un par rapport à l'autre et entre lesquels est à même de se déplacer une armature en matériau ferromagnétique maintenue dans une position intermédiaire à l'aide de moyens de rappels élastiques, plus particulièrement sous forme d'un ressort de torsion. Ainsi, selon l' électroaimant qui est alimenté, l'armature est tirée dans l'une ou l'autre de ses positions stables de fin de course contre l'action de ces moyens de rappel élastiques . A cette armature est reliée une tige de transmission se situant dans le prolongement axial d'une soupape d'un moteur à combustion interne, soupape dont elle est rendue solidaire.
Pour en revenir aux électroaimants, ceux-ci comportent un circuit ferromagnétique sensiblement en forme de « U » sur lequel est montée une bobine d'excitation électrique, ce circuit définissant deux pôles sta oriques contre lesquels est à même d'être appliquée par collage électromagnétique ladite armature.
Il est également connu, par le document WO 97/15061, un actionneur électromagnétique comportant une structure statorique constituée de deux circuits ferromagnétiques pourvus, chacun, de deux bobines d' excitation électriques entourant un pôle statorique disposé symétriquement de part et d' autre d'un pôle central. A ce propos , les pôles centraux de chacun de ces circuits ferromagnétiques de la structure statorique assure le maintien en rotation de l'axe d'une armature mobile raccordé à une charge à commander. Aussi, dans le cadre de cette structure statorique, telle que décrite dans ce document antérieur, le lux d' induction magnétique circule au travers de l'axe de l'armature, de sorte que, lors d'une commande de l' actionneur, un seul pôle de chaque circuit f rromagnétique contribue à la force d' appel de 1' armature.
Si, grâce à cette structure, il est généré un couple conséquent sur toute la course angulaire de l'élément en raison de la présence de seulement deux entrefers principaux au niveau des deux pôles actifs, un tel actionneur est dans l'incapacité d' offrir des performances optimales pour le collage de 1' armature.
En fin de compte, dans ce document antérieur il est décrit une solution pour obtenir un déplacement rapide de l'armature sous l'influence du seul circuit magnétique, de sorte qu'il a été recherché la production d'un couple conséquent sur toute la course de cette armature.
Dans le cadre d'une première démarche inventive, l'on a imaginé confier la fonction de commande de déplacement de l'armature mobile, depuis une position stable vers une autre, à des moyens de rappel élastiques et non, essentiellement, au couple de rappel que produit la force électromagnétique, de sorte qu'il n'est plus nécessaire à cette dernière d'assurer un couple important sur toute la course de l'élément mobile. Puis, dans une seconde démarche inventive, l' on a imaginé que le couple maximal produit par la force électromagnétique intervienne en position de collage pour, cette fois, vaincre les forces de rappel élastique et assurer le parfait maintien de l'armature dans l'une quelconque de ses positions de fin de course.
l'on a pu constater que la commande en déplacement de l'armature sous l'impulsion de l'un ou l'autre électroaimant, génère des efforts parasites sur cette armature et en particulier des efforts radiaux qui détériorent le rendement de cet actionneur, en ce sens qu' ils ne permettent pas d' optimiser le rapport couple/inertie motrice.
A cet effet, l'invention concerne un actionneur électromagnétique comportant une structure statorique constituée de deux circuits ferromagnétiques pourvus d' au moins une bobine d'excitation électrique et entre lesquels est montée mobile, entre deux positions stables de fin de course et contre l'action de moyens de rappel élastiques, une armature en matériau ferromagnétique doux reliée à une charge à commander, l'armature et la structure statorique étant symétrique par rapport à l'axe de rotation de l'armature, caractérisé par le fait que chaque circuit ferromagnétique comporte quatre pôles statoriques avec lesquels vient coopérer deux à deux l'armature dans l'une ou l'autre de ses positions stables de fin de course.
Selon un mode de réalisation avantageux, les moyens de rappel élastiques sont conçus aptes à agir sur l'axe de rotation de 1' armature.
Tout particulièrement et selon un premier mode d'exécution, les moyens de rappel élastiques sont définis par un ressort spiral agissant sur l'axe de rotation de l'armature et monté dans un plan parallèle à la structure statorique.
Selon un second mode d'exécution, lesdits moyens de rappel élastiques sont définis par une barre de torsion.
En fait, si un ressort spiral augmente de manière sensible la masse mobile de l' actionneur, donc son inertie et, par là, le temps de parcours pour l'armature pour passer de l'une à l'autre de ses positions stables de fin de course, l'usage d'une barre de torsion seule peut avoir pour inconvénient de rendre 1' actionneur particulièrement encombrant du fait de la longueur de cette barre. Aussi et de manière avantageuse, ces moyens de rappel élastiques consistent en une combinaison des deux solutions précédentes, à savoir un ressort spiral et une barre de torsion, chacun étant déterminé de raideur adéquate.
Les avantages qui découlent de la présente invention consistent en ce qu' au travers de la symétrie de la structure statorique il en résulte un équilibre des efforts parasites lors de la commande de l' actionneur, sans compter qu'une telle configuration permet d' optimiser le rapport couple/inertie motrice. Par ailleurs, cette conception, en association avec des moyens de rappel élastiques adaptés , permet d' aboutir à un actionneur compact, donc d'encombrement réduit pour une meilleure intégration dans le milieu où se situe la charge à commander. Un autre avantage résultant de la suppression des efforts radiaux consiste en une longévité accrue des différentes pièces composant cet actionneur.
D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre se rapportant à des modes de réalisation donnés à titre d' exemples indicatifs et non limitatifs .
La compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématisée et vue en plan d'un actionneur électromagnétique conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une représentation similaire à la figure 1 illustrant ce même actionneur équipé de moyens de rappel élastiques sous forme d'un ressort spiral ;
la figure 3 est une représentation schématisée et en perspective de ce ressort en spirale ; - la figure 4 est une représentation schématisée et en coupe d'un actionneur conforme à l'invention comportant, en tant que moyens de rappels élastiques , à la fois , un ressort spiral et une barre de torsion ;
- la figure 5 est une représentation schématisée et en plan de l' actionneur dépourvu de sa structure support ;
- la figure 6 est une représentation schématisée et en plan d'un actionneur conforme à un second mode de réalisation ;
- la figure 7 est une représentation schématisée et en élévation d'un actionneur électromagnétique conforme à l'invention auquel est associé un capteur de position de l'armature ;
- les figures 8 et 9 illustrent, de manière schématisée, deux types de clapets de vanne prévus aptes à être commandés au travers d'un actionneur électromagnétique, conforme à 1' invention.
La présente invention concerne un actionneur électromagnétique 1 tel qu' illustré dans les figures 1 à 7.
Plus particulièrement, cet actionneur 1 comporte une structure statorique 2 constituée de deux circuits ferromagnétiques 3, 4, comportant, chacun, au moins une bobine d'excitation électrique 5, 5A ; 6, 6A.
Entre ces deux circuits ferromagnétiques, disposés l'un en face de l'autre, est montée mobile une armature 7 en matériau ferromagnétique doux. Celle-ci est amenée à se déplacer entre deux positions stables de fin de course 8, 9, sous l'impulsion des flux magnétiques générés au travers de l'un et/ou l'autre des circuits ferromagnétiques 3 , 4. En fin de compte, cette armature 7 se déplace dans cette position 8 ou 9 contre l'action de moyens de rappels élastiques 10 ayant tendance, en l'absence de flux magnétique, à la maintenir dans une position intermédiaire, entre ces positions de ins de course 8 , 9.
L'armature 7 est montée en rotation autour d'un axe 12 correspondant à son axe de symétrie, sachant, par ailleurs, que la structure statorique 2 et, en particulier, les circuits ferromagnétiques 3, 4 adoptent, eux-mêmes, une disposition symétrique par rapport à cet axe 12.
Ainsi, chacun de ces circuits ferromagnétiques 3 ; 4 comportent quatre pôles statoriques PI, P2, P3, P4 ; P'1, P'2, P'3, P' 4 avec lesquels vient coopérer deux à deux (PI, P2, P'3, P'4 ; P'1, P'2, P3, P4) l'armature 7 dans l'une ou l'autre de ses positions stables de fin de course 8, 9.
En somme, chaque circuit ferromagnétique 3, 4 est par ailleurs symétrique par rapport à un plan médian 13 passant par l'axe 12.
Plus particulièrement et selon le mode de réalisation correspondant aux figures 1, 2 et 5, un circuit ferromagnétique 3, 4 emprunte une configuration en forme de W dont les deux branches latérales 14, 15, définissant les pôles statoriques d'extrémités Pi, P4 ; P'1, P'4 portent, chacune, une bobine d'excitation électrique 5, 5A ; 6, 6A. Tandis que la branche médiane 16 de cette structure en W, elle définit les deux pôles statoriques centraux P2, P3 ; P'2, P' 3 respectant, entre eux, un angle α au moins égal à l'amplitude de rotation de l'armature 7, plus 180° . Finalement, cet angle oc est celui respecté par les deux plans dans lesquels s'inscrivent les pôles statoriques, respectivement, PI, P2 ; P'1, P' 2 et P3, P4 ; P'3, P'4 de ces circuits ferromagnétiques 3, 4. On remarquera que, pour une meilleure circulation des flux magnétiques et pour éviter en particulier que ce flux ne vienne se refermer au travers de l'axe de rotation 12 de l'armature 7, la branche médiane 16 adopte une structure en forme de V et, par conséquent, se subdivise elle-même en deux branches 16' , 16' ' pour la définition des pôles P2 , P3 ; P'2, P'3.
Quant à l'armature 7, sous forme d'une lame, elle comporte, au niveau de son axe de rotation 12 , une boursouflure cylindrique 17 à la manière d'une douille pour le passage d'un axe 18, pouvant être ou non en un matériau ferromagnétique, dont les extrémités 19, 20 sont maintenues en rotation au travers d'une structure support 21, avantageusement amagnétique. Ceci est, plus particulièrement, visible dans les figures 4 et 7.
Sur cette structure 21 sont encore fixés les circuits ferromagnétiques 3 , 4 par l' intermédiaire de moyens appropriés .
Les moyens de rappel élastiques 10 sont constitués, selon un premier mode de réalisation visible dans les figures 2 , 4 et 7 , par au moins un ressort spiral 22, 22' monté sur l'une au moins des extrémités 19, 20 de l'axe 18 correspondant à l'armature 7.
Ainsi, comme visible dans la figure 3, ce ressort spiral 22, 22' peut être pourvu d'un ou plusieurs bras en forme de spire, ceci selon la raideur recherchée et/ou la place disponible, donc la section de ce ressort 22, 22' .
Selon un second mode de réalisation, illustré dans la figure 4, les moyens de rappel élastiques 10 sont constitués par une barre de torsion 30 dont est rendu solidaire de l'axe 18 correspondant à l'armature 7. Cet axe 18 est avantageusement de type tubulaire, la barre de torsion 30 étant fixé, par l'une de ses extrémité 31, à l'extrémité 19 de cet axe 18. Par ailleurs, elle s'étend au travers de ce dernier pour émerger à l'extrémité 20 opposée de celui-ci pour venir s'encrer rigidement dans un logement 32 de la structure support 21 de l' ctionneur.
Comme il est encore visible dans cette figure 4 , les moyens de rappel élastiques 10 peuvent correspondre à la combinaison d' au moins un ressort spiral 22 et d'une barre de torsion 30 dont la raideur est choisie en adéquation avec la force de rappel à produire. Ce ressort spiral 22 et cette barre de torsion 30 agissent tous deux, soit en parallèle, soit en série sur l'axe 18 de l'armature 7. Une telle conception permet de compenser les inconvénients de l'un par les avantages de l' autre. En particulier, un ressort spiral à pour inconvénient d'augmenter la masse mobile de l' actionneur, tandis que l'emploi d'une barre de torsion seule peut avoir pour conséquence gênante une augmentation significative de son encombrement.
La figure 7 a pour but d'illustrer que sur l'une des extrémités 19 de l'axe de rotation 18 correspondant à l'armature 7 peut être monté un capteur de position 23, préférentiellement un capteur sans contact à effet hall ou encore du type potentiomètre ou autre, permettant de connaître la position de cette armature 7 à tout instant, afin de piloter, via une unité de contrôle de commande électronique 24, l'enclenchement du courant dans les bobines et de minimiser la vitesse d' impact en fin de course de cette armature 7.
A ce propos, si l'on en revient au mode de réalisation correspondant aux figures 1 2 et 5, les bobines 5 et 6A, ainsi que 5A et 6, des circuits ferromagnétiques 3 et 4 sont reliées en série ou en parallèle, permettant lorsque le collage de l'armature 7 est effectué, c'est à dire lorsque cette armature 7 est appelée dans l'une ou l'autre de ses positions de fin de course 8 , 9, de symétriser les efforts radiaux appliqués sur l'axe de rotation 18. Ainsi, le bilan des forces appliquées à cet axe est nul . D'ailleurs, on remarquera que cet axe de rotation 18 correspondant à l'armature 7 est maintenu à ses extrémités 19, 20 par des paliers ou, idéalement, par des roulements à billes ou à aiguilles que comporte la structure support 21 pour limiter les frottements. A ce propos, grâce à la suppression des efforts radiaux sur l'axe de rotation 18, tel que cela a été évoqué ci- dessus, il en résulte une longévité accrue de ces paliers ou roulements .
Pour en revenir à l'alimentation des bobines d'excitation électriques dans le mode de réalisation correspondant à ces figures 1, 2 et 5 et partant de la position intermédiaire 11 qu'occupe l'armature 7 de l' actionneur 1 au repos, l' activation alternative des deux jeux de bobines respectivement 5, 6A et 5A, 6 permet, dans un premier temps, d'amener l'armature 7 en un matériau ferromagnétique au collage avec les pôles statoriques Pi, P2, P'3, P'4 ; P'1, P'2, P3, P4 dans une position de fin de course 8 , 9 prédéterminée par la commande électrique choisie. A noter que l' activation alternative des bobines suivant le mode de résonance du système permet d'effectuer cette opération en un temps dépendant du courant utilisé.
Dans un second temps, cette activation alternative des deux jeux de bobines 5, 6A ; 5A, 6 permet le passage d'une position de fin de course à une autre.
Il convient d'observer que dans ces positions de fin de course 8, 9 l'armature 7 ne vient pas nécessairement au collage physique sur les pôles statoriques, selon le cas, Pi, P2, P'3, P' 4 ou P'1, P'2, P3, P4, notamment en présence de butées mécaniques externes. Ces butées peuvent correspondre, par exemple, a l' arrivée en fin de course mécanique de la charge commandée. En évitant, ainsi, les impacts de l'armature 7 sur ces pôles statoriques on limite l'usure de l' actionneur électromagnétique 1, sans compter que l'on évite le bruit résultant de tels impacts . De plus des moyens amortisseurs peuvent être associés à la charge elle-même pour limiter le bruit résultant des butées mécaniques .
Si l'on se reporte, à présent, à la figure 6, il y est représenté un second mode de réalisation d'un actionneur électromagnétique 1 conforme à l'invention. En fait, celui-ci se distingue du mode de réalisation décrit précédemment en ce que les circuits ferromagnétiques 3, 4, tout en étant disposés symétriquement autour de l'axe de rotation 12 de l'armature 7 et tout en présentant, par ailleurs, une symétrie par rapport à un plan médian transversal passant par cet axe 12, ne comporte, chacun, qu'une seule bobine d'excitation électrique 5, 6. Celle- ci est montée sur la branche médiane 16 de ces circuits ferromagnétiques 3, 4 en forme de .
Toutefois , on observera que dans ce cas d' espèce cette branche médiane 16 se termine en pointe au travers de deux plans inclinés correspondants aux pôles centraux P2, P3 ; P'2, P' 3 et respectant entre eux un angle α au moins égal à l'amplitude de rotation de l'armature 7, plus 180°. Dans ces conditions et pour garantir une circulation convenable du flux magnétique au travers de l'armature 7, celle-ci est montée sur un axe 18 en matériau ferromagnétique . Par exemple, de part et d' autre de la lame, définissant cette armature 7, peuvent s'étendre des tronçons d' axe maintenus en rotation au travers de la structure support 21 en matériau amagnétique de l' actionneur 1.
Cependant, l'on remarquera que cette branche médiane 16 de ces circuits ferromagnétiques 3, 4 peut se terminer, là encore, en V et se subdiviser en deux branches 16' , 16' ' pour la définition des pôles P2, P3 ; P'2, P'3.
Précisément, lorsque l' actionneur électromagnétique ne comporte que deux bobines, celles-ci sont reliées en série ou en parallèle et leur activation suivant la position de l'armature 7 permet le passage d'une position stable de fin de course à une autre suivant la commande électrique envisagée. A noter, cependant, que dans une position intermédiaire de l'armature 7 aucun circuit magnétique n' est privilégié de sorte que cette armature 7 ne peut être entraînée. Aussi et selon l'invention, il est introduit une dissymétrie au niveau de l' actionneur résultant, selon un premier exemple de réalisation, d'une forme dissymétrique de l'armature 7 ou bien encore par une précontrainte adaptée du ou des ressorts définissant les moyens de rappel élastiques 10 de sorte que cette armature 7 , dans la position de repos de ces moyens de rappel élastiques 10 et en l'absence d'alimentation des bobines 5, 6, occupent une position d' équilibre intermédiaire 11 qui est dissymétrique par rapport au plan médian 25 de la structure statorique de cet actionneur électromagnétique 1.
Les figures 8 et 9 illustrent de manière schématisée, deux types de clapets ou volets 26, 26A correspondant à des charges susceptibles d'êtres commandées par l' actionneur électromagnétique 1 conforme à l'invention. En fait, celui-ci trouvera une application toute particulière pour la commande d' ouverture et de fermeture du clapet d'une vanne, telle une vanne pour conduit d' admission d' air comburant dans un moteur à combustion interne. Ainsi, la figure 7 montre une première variante présentant un axe de rotation 27 de ce clapet 26 qui est déporté par rapport à son plan. Ceci a pour conséquence d'augmenter sensiblement l'inertie de la charge à actionner par rapport à toute autre vanne, notamment de type papillon correspondant à la figure 8, dont l'axe de rotation 28 se situe dans le plan du clapet 26A.

Claims

Revendications
1. Actionneur électromagnétique comportant une structure statorique (2) constituée de deux circuits ferromagnétiques (3, 4) pourvus d'au moins une bobine d'excitation électrique (5, 5A ; 6, 6A) et entre lesquels est montée mobile, entre deux positions stables de fin de course (8, 9) et contre l'action de moyens de rappel élastiques (10) , une armature (7) en matériau ferromagnétique doux reliée à une charge à commander, l'armature (7) et la structure statorique (2) étant symétrique par rapport à l'axe (12) de rotation de l'armature (7), caractérisé par le fait que chaque circuit ferromagnétique (3, 4) comporte quatre pôles statoriques (P1,P2,P3,P4 ; P' 1,P' 2,P' 3,P' 4) avec lesquels vient coopérer deux à deux (P1,P2,P' 3,P' 4 ; P' 1,P' 2,P3,P4) l'armature (7) dans l'une ou l'autre de ses positions stables de fin de course (8, 9) .
2. Actionneur électromagnétique selon la revendication 1 , caractérisé par le fait qu'un circuit ferromagnétique (3, 4) est symétrique par rapport à un plan médian (13) passant par l'axe de symétrie (12) .
3. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les pôles statoriques (Pi, P2 ; P'1, P'2), d'une part, et les pôles statoriques (P3, P4 ; P'3, P'4), d'autre part, s'inscrivent, pour chaque circuit ferromagnétique (3, 4) , dans des plans respectant entre eux un angle (α) au moins égal à l'amplitude de rotation de l'armature (7) plus 180°.
4. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un circuit ferromagnétique (3, 4) emprunte une configuration en forme de W dont les deux branches latérales (14, 15), définissant des pôles statoriques d'extrémité (PI, P4 ; P'1, P'4) portent, chacune, une bobine d'excitation électrique (5, 5A ; 6, 6A) tandis que la branche médiane (16) définit deux pôles statoriques centraux (P2, P3 ; P'2, P'3).
5. Actionneur électromagnétique selon la revendication 4 , caractérisé par le fait que la branche médiane (16) adopte une structure en forme de V et se subdivise en deux branches (16' , 16'') pour la définition des pôles statoriques centraux (P2, P3 , P'2, P'3) .
6. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 , caractérisé par le fait que les bobines d'excitation électriques (5, 6) ainsi que (5A et 6A) des circuits ferromagnétiques (3, 4) sont reliés en série ou en parallèle en vue de symetriser les efforts radiaux appliqués sur l'axe de rotation de l'armature (7) lorsque cette dernière est appelée dans l'une ou l'autre de ces positions de fins de course (8, 9).
7. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'un circuit ferromagnétique (3, 4) emprunte une configuration en forme de W comportant deux branches latérales (14, 15) et une branche médiane (16), celle-ci portant une bobine d'excitation électrique (5 ; 6) .
8. Actionneur électromagnétique selon la revendication 7 , caractérisé par le fait que la branche médiane (16) se termine en pointe au travers de deux plans inclinés correspondants aux pôles centraux P2, P3 ; P'2, P'3 et respectant entre eux un angle α au moins égal à l'amplitude de rotation de l'armature 7, plus 180°.
9. Actionneur électromagnétique selon la revendication 7 , caractérisé par le fait que la branche médiane (16) adopte une structure en forme de V et se subdivisant en deux branches (16' , 16'') pour la définition des pôles statoriques centraux (P2, P3 , P'2, P'3) .
10. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que les bobines d'excitation électriques (5, 6) des circuit ferromagnétique (3, 4) sont reliées en série ou en parallèle.
11. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait que l'armature
(7) présente une forme dissymétrique par rapport à son axe de rotation (12) ou les moyens de rappel élastiques (10) présentent une précontrainte adaptée pour conférer à ladite armature (7) une position en d'équilibre intermédiaire (11), en position de repos de ces moyens de rappel élastiques (10) et en l'absence d'alimentation des bobines (5, 6), qui est dissymétrique par rapport au plan médian (25) de la structure statorique (2) .
12. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'armature (7) se présente sous forme d'une lame montée en rotation sur un axe (8) en matériau ferromagnétique ou non dont les extrémités (19, 20) sont maintenues en rotation au travers d'une structure support (21) amagnétique sur laquelle sont encore fixés les circuits ferromagnétiques (3, 4) par l'intermédiaire de moyens appropriés.
13. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de rappels élastiques (10) sont conçus aptes à agir sur l'axe de rotation (18) de l'armature (7).
14. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de rappel élastiques (10) sont constitués par au moins un ressort spiral (22, 22') monté sur l'une au moins des extrémités (19, 20) de l'axe (18) correspondant à l'armature (7).
15. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé par le fait que les moyens de rappel élastiques (10) sont constitués par une barre de torsion (30) dont est rendu solidaire l'axe (18) correspondant à l'armature (7).
16. Actionneur électromagnétique selon la revendication 13, caractérisé par le fait que les moyens de rappel élastiques (10) sont constitués par la combinaison d' au moins un ressort spiral (22) et d'une barre de torsion (30) agissant, soit en parallèle, soit en série sur l'armature (7).
17. Actionneur électromagnétique selon la revendication 15, caractérisé par le fait que l'axe (18) de l'armature (7) est de type tubulaire, la barre de torsion (30) étant fixé, par l'une de ses extrémité (31) , à une extrémité (19) de cet axe (18) et s'étend au travers de ce dernier pour émerger à l'extrémité (20) opposée de celui-ci et venir s'encrer rigidement dans un logement (32) de la structure support (21) de l' actionneur.
18. Actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que sur l'une des extrémités (19) de l'axe de rotation (18) correspondant à l'armature (7) est monté un capteur de position (23) , plus particulièrement un capteur sans contact à effet hall ou autre, en vue de piloter, via une unité de contrôle de commande électronique (24) , l'enclenchement du courant dans les bobines (5, 5A ; 6, 6A) et minimiser la vitesse d'impact en fin de course de l'armature (7).
19. Application de l' actionneur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, à la commande d'un clapet de vanne de conduit d'admission d'air comburant d'un moteur à combustion interne.
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