WO2004061276A1 - Actionneur electromagnetique de soupape bibobine a aimant permanent. - Google Patents

Actionneur electromagnetique de soupape bibobine a aimant permanent. Download PDF

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    • F01L2009/0446Latching means
    • F01L2009/0448Latching means using permanent magnet

Abstract

L'invention concerne un actionneur électromagnétique de soupape bibobine à aimant permanent ayant un organe d'actionnement (11) mobile entre deux positions extrêmes sous l'effet d'un organe élastique et de deux électroaimants comportant chacun un noyau qui comprend une première partie de noyau (18) en T comportant une base (19) reliée à une branche centrale (20) autour de laquelle est disposée une bobine (21), la première partie de noyau (18) étant placée dans une deuxième partie de noyau (22) en U ayant une base (23) reliée à des branches extérieures (24) qui s'étendent parallèlement à la branche centrale (20) de la première partie de noyau (18), un aimant permanent (25) étant interposé entre la base de la première partie de noyau (18) et la base de la deuxième partie de noyau (22). Dans au moins l'un des électroaimants, la base (19) de la première partie de noyau (18) en T s'étend pour présenter avec les branches extérieures (24) de la deuxième partie de noyau (22) en U des entrefers (e) ayant une dimension très inférieure à une distance entre la base (19) de la première partie de noyau en T et la base (23) de la deuxième partie de noyau en U. Figure 2.

Description


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   Actionneur électromagnétique de soupape bibobine à aimant permanent. 



   L'invention concerne un actionneur   électromagné-   tique de soupape bibobine à aimant permanent. 



   ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION 
On connaît, par exemple du document JP-A-2002- 130510-TOYOTA, un actionneur électromagnétique de sou- pape bibobine à aimant permanent ayant un organe d'actionnement mobile entre deux positions extrmes sous l'effet d'un organe élastique et de deux électroaimants comportant chacun un noyau qui comprend une première partie de noyau en T comportant une base reliée à une branche centrale autour de laquelle est disposé une bo- bine, la première partie de noyau étant placée dans une deuxième partie de noyau en U ayant une base et des branches extérieures qui s'étendent parallèlement à la branche centrale de la première partie de noyau en T, un aimant permanent étant interposé entre la base de la première partie de noyau et la base de la deuxième par- tie de noyau. 



   Les actionneurs de soupape sont appelés à fonc- tionner à des températures comprises entre 100 et 200 degrés Celsius environ. Pour des températures de cet or- dre, le cycle de   magnétisation/démagnétisation   des ai- mants permanents présente une hystérésis importante, de sorte qu'à ces températures le flux nécessaire pour dé- magnétiser l'aimant permanent est plus faible que le flux nécessaire pour magnétiser l'aimant permanent. 



   Dans ces conditions, il existe donc un risque que l'intensité du flux alternatif généré par l'électroaimant qui traverse l'aimant permanent se situe au-dessus du seuil de démagnétisation de celui-ci, tout 

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 en étant en dessous du seuil de magnétisation, ce qui conduit à la démagnétisation progressive de l'aimant permanent pendant le fonctionnement de l'actionneur. 



  Cette démagnétisation entraîne une diminution de la   ca-   pacité des aimants à retenir la palette dans les posi- tions extrmes, et une augmentation de la consommation électrique des électroaimants qui doivent compenser la perte d'effort exercé par les aimants permanents. 



   Pour éviter ce risque, il a été proposé, dans le document JP-A-08004546-ISUZU, de prévoir un bypass en- tre les deux parties de noyau définissant un chemin ma- gnétique pour le flux de la bobine qui passe hors de l'aimant permanent. Ce bypass est constitué par une ex- croissance de l'une des parties de noyau qui s'étend pa- rallèlement à la direction d'aimantation de l'aimant pour présenter, avec l'autre partie de noyau un entrefer très inférieur à l'épaisseur de l'aimant permanent. La plus grande partie du flux de la bobine est canalisée par ce bypass, seul un flux résiduel traversant l'aimant permanent, ce qui protège celui-ci du risque de   démagné-   tisation. 



   L'application de cet enseignement à l'actionneur de l'art antérieur conduit à prévoir, à l'extrémité de la base de la partie de noyau en T des excroissances qui s'étendent, parallèlement à la direction d'aimantation de l'aimant permanent et donc perpendiculairement à la base, en direction de la base de la deuxième partie de noyau en U pour présenter avec cette dernière un faible entrefer. Une telle modification a pour inconvénient de conférer une forme complexe à la base de la partie de noyau en T. Il est en outre nécessaire afin de donner à ces excroissances une section suffisante, d'écarter les branches extérieures de la deuxième partie de noyau en 

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   'U,   ce qui augmente l'encombrement de l'actionneur. 



   OBJET DE L'INVENTION 
L'invention a pour objet de réaliser un action- neur à aimant permanent comportant un bypass de l'aimant permanent pour le flux de la bobine tout en évitant. les inconvénients précités du document ISUZU. 



   BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION 
Selon l'invention, on propose un actionneur du type précité, pour lequel, dans au moins l'un des élec- troaimants, la base de la première partie de noyau en T s'étend pour présenter avec les branches extérieures de la deuxième partie de noyau en U des entrefers ayant une dimension très inférieure à une distance entre la base de la première partie de noyau en T et la base de la deuxième partie de noyau en U. 



   Les entrefers des bypass ainsi réalisés ne s'étendent plus parallèlement à la direction d'aimantation de l'aimant permanent, mais perpendiculai- rement à celle-ci. Cette disposition permet de réaliser les bypass par simple allongement de la base de la pre- mière partie de noyau en T, ce qui est particulièrement simple à fabriquer et n'augmente pas l'encombrement de l'actionneur. 



   BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures des dessins annexés parmi lesquelles :   - la   figure 1 est une vue en coupe d'un action- neur selon l'invention installé sur une culasse de mo- teur, dans une position neutre de l'actionneur ;   - la   figure 2 est une vue symbolique partielle en coupe de l'actionneur selon l'invention illustrant les flux circulant dans l'actionneur lors de la phase 

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 d'attraction de la palette vers le noyau ; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 illustrant les flux circulant dans l'actionneur lors de la phase de maintien de la palette contre le noyau ;

     - la   figure 4 est une vue analogue à la figure 2 illustrant les flux circulant dans l'actionneur lors de la phase de séparation de la palette du noyau. 



   DESCRIPTION   DETAILLEE   DE L'INVENTION 
En référence à la figure 1, et de façon connue en soi, un actionneur électromagnétique bibobine 10 com- prend un boîtier amagnétique 16 monté sur une culasse 4 d'un moteur pour actionner une soupape 1. La queue 3 de la soupape 1 est montée pour coulisser dans un palier 5 de la culasse 4. 



   L'actionneur 10 comporte un poussoir 11 qui cou- lisse   coaxialement   à la queue de soupape. L'extrémité de la queue 3 de la soupape 1 et l'extrémité du poussoir 11 sont rappelées l'une vers l'autre par deux ressorts 12 et 13 antagonistes agissant respectivement sur le pous- soir 11 et sur la queue 3 de la soupape. Les ressorts 12 et 13 définissent un point d'équilibre du poussoir   11,   dans laquelle la soupape est en position mi-ouverte. 



   Le poussoir 11 est solidaire d'une palette 14 montée pour se déplacer entre deux électroaimants 15 (qui seront détaillés plus loin). La course du poussoir 11 est ainsi limitée entre une position extrme supé- rieure définie par la butée de la palette 14 contre le noyau de l'électroaimant 15 supérieur et une position extrme inférieure définie par la butée de la palette 14 contre le noyau de l'électroaimant 15 inférieur, les deux positions extrmes correspondant à la position ou- verte et à la position fermée de la soupape 1. 



   En fonctionnement, le poussoir 11 est déplacé 

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 'd'une position extrme à l'autre par l'action combinée des ressorts 12 et 13 et des électroaimants 15 attirant alternativement la palette 14. 



   Selon le mode de réalisation de l'invention il- lustré sur la figure 1, chacun des électroaimants 15 comporte un noyau comprenant une première partie de noyau 18 ayant la forme générale   d'un T,   comportant une base 19 et une branche'centrale 20 autour de laquelle une bobine 21 est disposée. 



   Par ailleurs, le noyau comporte une deuxième partie de noyau 22 en ayant la forme générale d'un U, comportant une base 23 ainsi que deux branches extérieu- res 24 qui s'étendent parallèlement de part et d'autre de la branche centrale 20 de la première partie de noyau 
18. 



   La première partie de noyau 18 est disposée dans la deuxième partie de noyau   22,   un aimant permanent 25 étant interposé entre la base 19 de la première partie de noyau 18 et la base 23 de la deuxième partie de noyau 
22. 



   La base 19 de la première partie de noyau 18 réalise avec les branches extérieures 24 de la deuxième partie de noyau 22 des entrefers e ayant une dimension très inférieure à la distance entre la base 19 de la première partie de noyau et la base 23 de la deuxième partie de noyau. 



   Les extrémités des branches extérieures 24 de la deuxième partie de noyau 22 et de la branche centrale 20 de la première partie de noyau 18 forment des portions d'une face active 26 du noyau de l'électroaimant formant butée pour la palette 14. 



   Le fonctionnement de l'actionneur selon l'invention va maintenant tre décrit en relation avec 

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 'les figures 2 à 4 sur lesquelles l'électroaimant 10 su- périeur est seulement illustré. 



   Pour attirer la palette 14 vers la face active 26 du noyau de l'électroaimant 15, la bobine 21 est ali- mentée de façon qu'elle génère un flux 29 de mme sens que le flux 27 de l'aimant permanent 25, comme cela est illustré à la figure 2. Le flux 29 généré par la bobine 21 passe par la branche centrale 20 de la première par- tie de noyau, transite vers les branches extérieures 24 de la deuxième partie de noyau en passant par la palette 14 qu'il attire et se referme sur la base 19 de la pre- mière partie de noyau en passant en presque totalité par les entrefers (e) en raison de la très faible dimension de ceux-ci par rapport à la distance entre la base 19 de la première partie de noyau et la base 23 de la deuxième    partie de noyau, .

   Seules les pertes se referment vers la   branche centrale 20 de la première partie de noyau en passant par la base 23 de la deuxième partie de noyau et à travers l'aimant permanent 25. Les entrefers forment ainsi un chemin magnétique pour le flux magnétique géné- ré par la bobine 21. 



   Le flux 29 généré par la bobine 21 ajoute alors ses effets à celui du flux 27 de l'aimant permanent 25 pour attirer la palette 14 vers la face active 26. 



   En fin de course, lorsque la palette 14 est pro- che de la face active 26, le flux magnétique 29 généré par la bobine 21 peut tre inversé dans le but de con- trôler la vitesse d'accostage de la palette 14 contre la face active 26. 



   Comme cela est visible à la figure 3, lorsque le courant d'alimentation de la bobine est coupé après avoir amené la palette 14 en appui contre le noyau de l'électroaimant, le flux 27 généré par l'aimant perma- 

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   nent   25 transite par la base 23 et les branches exté- rieures 24 de la deuxième partie de noyau 22, par la branche centrale 20 de la première partie de noyau 18, et se referme dans la palette 14. Le flux 27 de l'aimant permanent 25 est alors assez fort pour maintenir la pa- lette 14 en butée contre le noyau de l'électroaimant 15 à l'encontre du ressort 12 (non représenté ici). 



   La section de passage du flux magnétique de l'aimant permanent 25 du noyau dans la palette 14 est inférieure à l'aire des faces de l'aimant permanent 25, ce qui provoque une concentration du flux qui tend à augmenter l'effort d'attraction exercée par l'aimant permanent 25 sur la palette 14. 



   Comme cela est illustré à la figure 4, pour dé- coller la palette 14 du noyau de l'électroaimant 15, la bobine 21 est alimentée pour générer un flux 28 opposé au flux 27 de l'aimant permanent 25. Le flux 28 généré par la bobine 21 se referme en sens inverse de celui de la figure 2 et compense alors au moins partiellement le flux 27 de l'aimant permanent 25 de sorte que l'effort d'attraction exercé sur la palette 14   n'est   plus suffi- sant pour contrer l'effort du ressort 12. La palette 14 quitte alors la face active 26 du noyau de l'électroaimant 15. 



   Dans un actionneur de soupape selon l'invention, le flux généré par la bobine 21, qu'il soit de mme sens ou opposé au flux 27 de l'aimant permanent 25, transite donc par la première partie de noyau et la deuxième par- tie de noyau sans traverser l'aimant permanent 25, à des pertes près. 



   L'aimant permanent 25   n'est   donc soumis tout au plus qu'à une partie marginale du flux généré par la bo- bine 21, cette partie marginale étant en tout état de 

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 cause bien inférieure au flux nécessaire pour démagnéti- ser l'aimant permanent 25, y compris lorsque la bobine 
21 est alimentée avec des courants de forte intensité. 



   Il est à noter que les entrefers e doivent tre suffisamment importants pour éviter que le flux de l'aimant permanent 25 se referme dans la base 19 de la première partie de noyau 18 plutôt que. dans la palette 
14, mais les entrefers ne doivent pas tre trop impor- tants de façon à minimiser les pertes du flux généré par la bobine 21 qui passent à travers l'aimant permanent. 



   L'invention n'est pas limitée au mode particu- lier de réalisation de l'invention qui vient d'tre dé- crit, mais bien au contraire englobe toute variante en- trant dans le cadre de l'invention tel que défini par les revendications. 



   En particulier bien que l'invention ait été dé- crite avec les deux électroaimants 15 équipés d'aimants permanents 25, afin de pouvoir retenir la soupape dans chacune des positions extrmes, on peut réaliser l'in- vention avec un seul électroaimant équipé d'un aimant permanent. 



   Bien que l'invention ait été décrite en relation avec des actionneurs ayant des électroaimants qui s'étendent selon une direction principale (perpendicu- laire au plan des figures), l'invention s'applique éga- lement à des électroaimants de forme axisymétrique. Les formes en U et en T à considérer sont alors celles des parties de noyaux vues en coupe axiale.

Claims

REVENDICATION
1. Actionneur électromagnétique de soupape bibobine à aimant permanent ayant un organe d'actionnement (11) mobile entre deux positions extrêmes sous l'effet d'un organe élastique et de deux électroaimants comportant chacun un noyau qui comprend une première partie de noyau (18) en T comportant une base (19) reliée à une branche centrale (20) autour de laquelle est disposée une bobine (21) , la première partie de noyau (18) étant placée dans une deuxième partie de noyau (22) en U ayant une base (23) reliée à des branches extérieures (24) qui s'étendent parallèlement à la branche centrale (20) de la première partie de noyau (18) , un aimant permanent (25) étant interposé entre la base de la première partie de noyau (18) et la base de la deuxième partie de noyau (22), caractérisé en ce que, dans au moins l'un des électroaimants, la base (19) . de la première partie de noyau (18) en T s'étend pour présenter avec les branches extérieures (24) de la deuxième partie de noyau (22) en U des entrefers (e) ayant une dimension très inférieure à une distance entre la base (19) de la première partie de noyau en T et la base (23) de la deuxième partie de noyau en U.
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