WO2006125802A1 - Dispositif d'entrainement lineaire electromagnetique. - Google Patents

Dispositif d'entrainement lineaire electromagnetique. Download PDF

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WO2006125802A1
WO2006125802A1 PCT/EP2006/062591 EP2006062591W WO2006125802A1 WO 2006125802 A1 WO2006125802 A1 WO 2006125802A1 EP 2006062591 W EP2006062591 W EP 2006062591W WO 2006125802 A1 WO2006125802 A1 WO 2006125802A1
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WO
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frame
movable member
electromagnetic
axis
windings
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Application number
PCT/EP2006/062591
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English (en)
Inventor
Frédéric Barbet
Original Assignee
Nortia Consult
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic linear drive device, comprising a frame forming a magnetic circuit open so as to form at least one magnetic gap, and at least one winding of electromagnetic turns capable of generating a closed magnetic field which, in said gap , is substantially transverse to the direction of movement of a movable member, wherein said frame comprises means forming a support for the winding of electromagnetic turns and said movable member comprising at least one permanent magnet is able to slide linearly in a direction of displacement, between two extreme positions, under the effect of the magnetic field.
  • Electromagnetic linear drive devices commonly known as electromagnetic linear actuators, are already known, which make it possible to drive a workpiece linearly to translate.
  • the electromagnetic linear drive devices are known to allow, by creating a magnetic field using at least one coil of electromagnetic coils, to generate Laplace forces on the magnet to pull or push it.
  • the magnetic field thus created, it is possible to linearly control the movement of the magnet and the part to move attached thereto.
  • the known devices comprise a frame formed by two separate yokes, between which at least one magnet is movable, which causes difficulties of a mechanical and electromagnetic order.
  • the magnet since the magnet is movable outside the frame, there is a possibility of electromagnetic leakage to the outside of the latter, these devices have significant leakage due to the opening of the magnetic circuit relative to the outside, in particular by the opening provided in the frame to allow the passage of the magnet It is necessary to control these leaks which, on the one hand, affect the performance of the device, and on the other hand, carry a risk of disturbance outside the device.
  • the radiation due to electromagnetic leakage can adversely affect the elements external to the actuator and in particular on the electronic elements that surround it, in particular on the positioning sensor whose data quality conditions the proper functioning of the actuator.
  • electromagnetic linear drive devices in which a single winding of electromagnetic coils is provided in the chassis.
  • the gap is formed in an outer wall of the frame, and is therefore in relation to the outside of the device, which causes electromagnetic leakage causing strong electromagnetic interference outside.
  • the movable member is also able to slide outside the chassis and thereby causes, again disturbances as mentioned above.
  • the object of the invention is to provide an electromagnetic linear drive device which makes it possible to avoid significant leakage to the outside.
  • the frame comprises means forming end stop for the two extreme positions of said movable member, and delimits a space in which the movable member is able to slide linearly in the direction displacement, between said two extreme positions, so that the permanent magnet is able to move only inside said frame.
  • the frame is formed in one piece.
  • the air gap is not in contact with the outside of the device.
  • the permanent magnet being able to move only inside the frame, the magnetic field is perfectly controlled by being confined inside the frame thus preventing electromagnetic leakage to the outside.
  • the frame makes it possible to circulate the magnetic field created by the winding of electromagnetic turns and makes it possible to concentrate the latter on the movable member comprising the permanent magnet, creating a resultant force on the latter.
  • the direction of the magnetic field created by the winding of electromagnetic turns in the air gap is the same as that of the magnetic field generated by the magnet.
  • the direction of movement of the movable member is perpendicular to that of the field magnetic created.
  • the direction of movement of the movable member is related to the direction of flow of the electric current in the winding of electromagnetic turns.
  • the magnetic circuit is opened by the presence of the gap and no metal part is introduced into the air gap, the reluctance, that is to say the quotient of the magnetomotive force by the magnetic flux associated, the magnetic circuit thus created is fixed, therefore, the inductance thereof is fixed. Having a fixed inductor in any position of the movable member facilitates the electronic control of the electromagnetic linear drive device.
  • the force created on the magnet depends directly on the current flowing in the winding of electromagnetic coils, its direction, the length of the winding and the induction of operation of the magnet.
  • Such an electromagnetic linear drive device can therefore be used to linearly drive a part in many areas.
  • the medical field can be mentioned in particular for the operation of valves, medical instruments, pin systems for the blind, etc. ; the aeronautical field, in particular for the actuation of mechanical parts for landing gear, flaps, pilot's handle, pedals, seat, panels, etc. ; the automotive sector, in particular actuators for heat engines (Camless, injectors, regulation of turbo discharge valves, turbo regulation, etc.), mirrors, sunshades, closing systems, gearbox , clutch, etc. ; and more generally in the field of industry for the actuation of membranes or valves for pump, robot, machine tool, etc.
  • the device preferably comprises at least one pair of windings of electromagnetic coils.
  • the windings of turns are then arranged on either side of the air gap.
  • the two windings of turns are then fed with a current which is preferably of the same intensity, so that the magnetic field thus created is balanced, so as to further reduce the risk of electromagnetic leakage to the outside of the device, each winding of electromagnetic coils is preferably completely housed in said frame.
  • the chassis is preferably formed in one piece, which reduces the total cost and the complexity of mounting the device.
  • the windings of electromagnetic coils can possibly be inserted by the gap where the magnet is positioned thereafter.
  • chassis being unique, and not, as is known to do in the prior art, in two parts of yokes, it is not necessary that the device has additional parts for mechanical maintenance, since There will not be any effect of one breech on the other.
  • the chassis forms a mechanical shield for the device.
  • the chassis forms an electromagnetic shield.
  • the frame is magnetic steel.
  • the magnetic circuit formed by the chassis can be used as magnetic guidance and as magnetic self-shielding. This allows to have a device that does not disturb the electromagnetically outside
  • FIG. 1B shows a perspective view of the device according to another variant
  • FIG. 2 represents a sectional view of the device of FIG. 1B along line IIB-IIB,
  • FIG. 3 represents a sectional view of the device according to another variant
  • FIG. 4A represents a sectional view of the device according to another variant
  • FIG. 4B represents a sectional view of the device of FIG. 4A along the line IVB-IVB, and
  • FIG. 5 shows a perspective sectional view of the device according to another variant.
  • FIG. 1A illustrates an electromagnetic linear drive device which comprises a frame 10 delimiting a space 12 in which a movable member 14 is able to slide linearly in a direction of displacement X-X ', to drive a part 15 connected thereto by known means 17.
  • the device further comprises an open magnetic circuit formed by the frame and a winding of electromagnetic coils 16 capable of generating a closed magnetic field F so as to form at least one magnetic gap 18 in which the magnetic field M is substantially transverse to the direction displacement X-X '.
  • the closed magnetic field F follows the shape of the frame, passing on the one hand, by the walls that compose it and, on the other hand, by the internal air gap to the frame.
  • the magnetic field F follows a course that has substantially the shape of an eight whose center would be formed by the gap.
  • the device comprises a pair of electromagnetic coil windings 16'A and 16'B which are arranged inside a frame 10 'which is preferentially identical to that of FIG.
  • the frame 10 ' forms an open magnetic circuit so as to form a magnetic gap 18' between the two windings of electromagnetic windings 16'A and 16'B.
  • the power supply means are known means and are therefore not described, but it is understood that they are adapted according to whether the device comprises one or more windings of electromagnetic coils. In particular, it is preferable that the intensity of the current is the same within a pair of windings of electromagnetic coils.
  • the movable member 14 ' comprises at least one permanent magnet, but may include a plurality, in particular to increase the transmission forces to the part 15' to move; in the present case, as illustrated in FIG. 2, the movable member 14 'comprises two permanent magnets 20'A and 20'B, connected to one another, which are able to move linearly, in the direction displacement X-X ', under the effect of the magnetic field M corresponding to the magnetic field portion F which circulates in the gap 18'.
  • the direction of the magnetic field generated by the magnets is the same as that of the magnetic field created by the pair of windings of electromagnetic coils in the gap. However, in the presence of a plurality of magnets, the direction of the magnetic field generated by each magnet is, in known manner, opposite from one magnet to the other. In the same way, the direction of the magnetic field generated by the magnets is chosen according to the direction of that created by the windings of electromagnetic coils in the air gap and can be reversed by inverting, for example, the magnets.
  • the conformation of the frame 10 ' described in more detail later, is such that the movable member 14', and in particular the permanent magnet or magnets, are only able to move in the space 12 'delimited at inside the chassis 10 '.
  • the resting position of the movable member 14 ' which corresponds to the position in which the latter remains fixed when the electric current is cut in the windings of electromagnetic turns, is that which corresponds to the position wherein the movable member 14 'is in mechanical contact with the end stop means provided in the frame 10'.
  • the position in the air gap can also be a position at intermediate rest, when the electric current is cut in the windings of electromagnetic coils.
  • the two magnets 20'A and 20'B may be identical or, on the contrary, as illustrated in FIG. 2, be of different sizes in order to generate forces asymmetrically.
  • the movable member 14 ' When the device comprises only one magnet or a plurality of substantially identical magnets, the movable member 14 'has two rest holding positions which are symmetrical and perfectly identified, on either side of the gap 18 ', in contact against each of the two end stop means, in this case against one of the walls of the frame.
  • the position corresponding to the movable member in the gap constitutes an intermediate rest position, when the electric current is cut in the windings of electromagnetic turns.
  • This intermediate position (at rest or in operation) substantially corresponds to a position in which the magnet or magnets are centered in the gap, that is to say that the space between the magnets and the walls of the frame is the even on both sides of the magnets.
  • the movable member 14 ' has only one rest holding position, which corresponds to that in which the movable member is in contact with one of the means forming limit stop, for example against the wall 10'A.
  • the force transmitted to the piece 15 'during displacement can be greater.
  • the Laplace forces transmitted to the magnet are larger and therefore the force transmitted to the piece 15' is more important. It is therefore understood that when the magnets are of different sizes, particularly when the larger magnet passes last near the gap in the direction of displacement, the forces transmitted to the piece 15 'which arrives at the end of race, are more important than those transmitted at play 15 at the beginning of the race.
  • the movable member comprises a metal element 21 'which is added to the plurality of magnets or which replaces one of them, in order to increase the transmitted force to piece 15 '.
  • the frame 10 ' is preferably of parallelepipedal shape and has a plane of symmetry P.
  • the frame 10' is preferably formed in one piece and magnetic steel so as to form a shield for the device; in this case, the shielding is both mechanical, allowing to withstand the forces of a few hundred Newton, which are due to the repulsion of a winding of turns on the other and electromagnetic by its conformation and the nature of the material that composes it.
  • the two windings of electromagnetic windings 16'A and 16'B are fully housed in the frame 10 '.
  • the frame 10 ' has support means which delimit the gap 18' and around which the coil windings 16'A and 16'B are respectively fixedly wound.
  • the gap 18 ' is therefore also completely confined inside the frame.
  • the support means comprise first support means 22'A around which the coil windings 16'A are wound and respectively the second support means 22'B around which the coil windings 16'B are wound .
  • windings of turns 16'A and 16'B are therefore inserted into the frame 10 ', symmetrically on either side of the plane P, being separated from each other by the space 12' in which the organ mobile 14 'is able to move.
  • the windings of turns 16'A and 16'B each have a free edge 16AB and 16BA turned towards the axis X-X 'which partially delimits this space 12'.
  • the movable member 14 ' is able to move in the axial direction whose axis corresponds to the axis XX' which is situated in this plane P. It follows that the cross section of the device is substantially rectangular and that the space 12 'in which the movable member 14' is slidable linearly, is a substantially parallelepipedal volume space of longitudinal axis XX 'and of substantially rectangular cross section.
  • FIG. 2 shows the device in a plane orthogonal to the plane of symmetry P.
  • the frame 10 ' has four sides whose substantially planar walls 10'A, 10'B, 10'C and 10'D are parallel in pairs.
  • the frame 10 ' is preferably opened by the two other sides 10'E and 10'F, in particular to allow the establishment of the windings of electromagnetic turns, and the movable member.
  • the surfaces 10'A, 10'B, 10'C and 10'D may also act as support means for the windings of turns, but they do not delimit the gap 18 '.
  • the device can be completely closed by placing two covers on the open sides 10'E and 10'F of the frame 10 ', to prevent access to the interior of the device.
  • the covers are preferably made of plastic materials. Indeed, because of the arrangement of the coils within the frame, the magnetic field F does not propagate on its faces 10'E and 10'F (see Figure IB), and it is not necessary that the covers form a shield for the device; in particular, it is not necessary for the covers to be made of magnetic steel.
  • the frame 10' has internal protuberances which respectively define the support means 22'A and 22'B .
  • the protuberances 22'A and 22'B respectively extend longitudinal walls 10'B and 10'D towards the axis of displacement X-X ', in a direction of transverse axis YY' perpendicular to this last.
  • Their geometry is such that the protuberances 22'A and 22'B have a respective surface 24'A and 24'B, which is substantially rectangular. These surfaces 24'A and 24'B are facing each other relative to the axis XX 'and define the gap 18' in the direction of the axis YY '.
  • windings of turns 16'A and 16'B are therefore respectively housed by being wound around the protuberances 22'A and 22'B, in a space delimited respectively by the longitudinal walls 10'A and 10'B and the transverse walls 10 A and 10 ° C.
  • the turns of each winding are preferably wound around the transverse axis YY '.
  • the magnetic field F can traverse the path formed by the transverse walls 10'A and 10'C, the longitudinal walls the space 12 'within which the movable member 14' is able to move, is delimited by the surfaces 24'A and 24'B protuberances 22'A and 22'B, by the free edges 16AB and 16BA respective windings of electromagnetic coils and the two transverse walls 10'A and 10'C.
  • the two transverse walls 10'A and 10'C delimit the two extreme positions of the movable member 14 '.
  • Figure 2 illustrates one of the extreme positions of the movable member 14 ', in this case the end position in which the piece 15' is furthest from the device.
  • the transverse wall 10'C is presented as end stop means.
  • the transverse wall 10'C has at least a portion 10CC against which the movable member 14 'abuts when it reaches one of its two extreme positions.
  • the transverse wall 10'C further has an opening 26 'through which the connecting means 17' between the piece 15 'to be moved and the movable member 14' are slidable.
  • This opening 26 ' is of course of a size smaller than that of the movable member 14', so that the magnet can not pass through, but instead comes into abutment against the edges of this opening 26 '.
  • the device also preferably comprises guide means capable of guiding the movable member 14 'in the frame 10'.
  • a bearing 28 ' is inserted into the opening 26' so as to allow frictionless sliding of the connection means comprising a rod 17 '.
  • movable member 14 ' may further comprise means for preventing rotation of the movable member about the axis of displacement X-X '.
  • These anti-rotation means are of the known type; they comprise for example a slide system or are simply obtained by taking a rod of parallelepiped section which slides in an opening of parallelepiped section instead of a circular section, as provided for the opening 26 '.
  • the guiding means can also be deported outside the frame 10 '.
  • the device when the device can be provided to allow a stroke on either side of the gap 18 ', the device has another plane of symmetry perpendicular to the plane of symmetry P and in particular a second opening allowing the passage connection means at the transverse wall 10'A.
  • the device preferably comprises a position sensor integrated inside the frame.
  • the position sensor illustrated in FIG. 2 is preferably a Hall effect sensor whose magnet is the one that comprises the mobile member 14 ', in particular one of the magnets 20'A and / or 20'B, and whose probe 30 'is a Hall effect probe which is preferably arranged on the frame, for example against the wall 10'C in the vicinity of the limit stop zone of the movable member 14' .
  • the probe 30 ' can be connected to measuring means of known type to make it possible to determine the position of the movable member 14',
  • the movable member 14 ' comprises a metal element forming the position sensor. It is understood that when the movable member 14 'already has a metal element 21 ', as mentioned above, which increases the force transmitted to the part 15' to move, the same metal element 21 'acts as a position sensor. In this case, the metal element 21 'is connected to measuring means of known type to determine the position of the movable member 14'. In fact, the presence of a metal element leads to a variation of the reluctance, depending on its location in the space 12 '. Accordingly, it is sufficient to measure this variation to obtain the position of the movable member 14 '.
  • the cost can be reduced compared to the use of sensors of the known type that are added to the device.
  • the device preferably comprises a speed sensor 32 'integrated inside the chassis.
  • At least one of the windings comprises an additional turn forming the speed sensor 32 '.
  • each of the windings 16'A and 16'B comprises an additional turn forming the speed sensor, SA and SB, respectively.
  • Each of the additional turns SA and SB is connected to measuring means of known type to enable the speed of movement of the movable member 14 'to be determined. With the aid of these measurements, it is thus possible to control the displacement of the movable member 14 'to control its speed of movement, in particular by regulating the current flowing in the coil windings 16'A and 16' B.
  • the device comprises a plurality of pairs of windings of electromagnetic turns, each pair being traversed by a closed magnetic field so as to form a plurality of magnetic air gaps. , aligned in the direction of displacement, in which there is a magnetic field substantially transverse to said direction of displacement.
  • the pairs of windings of electromagnetic turns are preferably aligned along the direction of movement of the movable member.
  • the movable member 114 is shown in one of its two extreme positions, namely in the position in which the workpiece 115 is closest to the device.
  • the movable member 114 abuts against the end stop means of the frame 110, that is to say against one of the transverse walls, in this case, against the wall HOA.
  • the other extreme limit position corresponds to the contact of the movable member 114 against the other transverse wall HOC which acts as end stop means of the frame 110 and in which a 126 is provided for the passage of the connection means 117 between the workpiece 115 and the movable member 114.
  • the two pairs of electromagnetic coil windings were aligned one above the other along the X-X 'displacement axis.
  • a second pair of electromagnetic coil windings 116C and 116D are respectively wound around additional protuberances 122C and 122D which are formed in the frame 110 so that the first and second pairs of electromagnetic coil windings can be juxtaposed with each other. one relative to the other along the axis of displacement XX 'still inside the frame 110.
  • Such a device with a plurality of pairs of turns of electromagnetic windings preferably has the same characteristics as those mentioned above for a device with a single pair of windings of electromagnetic coils, in particular with regard to the fact that the chassis is in a single piece, the presence of support means, the presence of a position sensor, the presence of a speed sensor, etc.
  • the support means delimit an air gap 118 in two parts.
  • the protuberances 122A and 122B delimit a first air gap 118A
  • the protuberances 122C and 122D delimit a second gap 118B.
  • Each pair of windings is traversed by an open magnetic circuit so as to generate a magnetic field F, the portion M of which circulates in the gap 118 is of direction substantially transverse to said displacement direction XX 'within the magnetic gaps 118A and 118B.
  • the magnetic field F always travels a closed path along the frame 110.
  • the frame has an inner intermediate wall having an opening for the passage of the movable member and sharing the frame in two areas.
  • the magnetic field travels a path substantially in the form of two eight, one of which is formed by one of the air gap and a pair of windings of turns and the other is formed by the other air gap and the other pair of windings of turns; in fact, it is as if we were in the presence of two magnetic fields closed in the form of eight juxtaposed along the axis of displacement of the movable member.
  • the support means comprise, on the one hand, for one of the pairs of windings, the first support means 122A around which the windings of turns 116A are wound and respectively the second support means 122B around which the windings of turns 116B are wound, and secondly, for the other pairs of windings, the first support means 122C around which the coil windings 116C are wound and respectively second support means 122D around which the coil windings 116D are rolled up.
  • the geometry of the protuberances 122A-122D is preferably chosen so that they have a respective surface 124A-124D, which is substantially rectangular, but they may also have an oval or circular surface.
  • the surfaces 124A and 124B are facing each other with respect to the axis XX 'and delimit the air gap 118A in the direction of the Y-axis Y ', while the other surfaces 124C and 124D are facing each other with respect to the axis XX' and delimit the air gap 118B in the direction of the Y axis -Y.
  • the device is axisymmetric around an axis of symmetry, in this case around the axis of displacement X-X '.
  • the gap 218 and the movable member 214 are cylindrical, of longitudinal axis corresponding to said axis of symmetry XX 'and the direction of displacement XX' of the part to be displaced 215 is parallel to the axis of symmetry, in this case it is confused with the latter.
  • the space 212 delimited inside the device, within which the movable member 214 can slide along the axis X-X ', is also cylindrical.
  • the movable member preferably comprises at least one cylindrical magnet which may possibly be hollow.
  • the pair of electromagnetic coil windings 216A and 216B is in this case wound around the axis of displacement X-X ', both being juxtaposed along the axis X-X'.
  • one of the electromagnetic coil windings 216A is wound around a first portion X1 of the axis of displacement X-X ', against the cylindrical outer wall 210B which acts as a support means
  • the other windings of electromagnetic coils 216B is wound around a second portion X2 of the axis of displacement X-X ', the latter being distinct from the first, against the cylindrical outer wall 210B which acts as means forming a support .
  • the two portions X1 and X2 are separated from each other by the support means which are preferably in annular form.
  • the magnetic field F thus created by the electromagnetic coil windings 216A and 216B, is closed and follows a path that passes through the walls 210A, 210B, and 210C of the frame 210, as well as through the air gap 218. In the latter, the portion of the magnetic field M is substantially perpendicular to the direction of movement of the movable member 214.
  • the frame 210 in one piece, comprises the cylindrical outer wall 210B closed at each end by a substantially plane wall 210A and 210C in the form of a disc.
  • the two transverse walls 210A and 210C play the role of end stop means, as mentioned above.
  • the wall 210C is also open in an opening 226 to allow the passage of the connection means 217 between the movable member 214 and the workpiece 215.
  • the movable member 214 is illustrated in an intermediate position, within the air gap, substantially corresponding to the mid-stroke of the part to be moved 215.
  • the wall 210C has an opening 216 similar to that mentioned above.
  • the outer wall forms a support for the pair of coil windings 216A and 216B.
  • the frame 210 comprises support means 222, in particular during vertical use of the device, which is in the form of an annular protrusion which extends from the outer wall 210A towards the inside of the device along the transverse axis YY 'which delimits the cylindrical gap 218, as illustrated in Figure 4B.
  • the annular protuberance 222 may have, in the central zone, an additional T-shaped portion (seen in longitudinal section) so as to increase, on the one hand, the support means for the electromagnetic coil windings 216A and 216B and, secondly, the air gap 218.
  • the support means may be T-shaped (in longitudinal section) to increase the size of the coil. the air gap.
  • this protuberance 222 is such that it has a surface 224, which is substantially cylindrical with axis XX 'and which delimits the gap 218.
  • the device is axisymmetric around of an axis of symmetry X-X ', the air gap 318 and the movable member 314 are annular, and the device comprises at least two pairs of windings of turns, the windings of turns of each pair being arranged substantially coaxially relative to each other about the axis of symmetry XX 'and the direction of movement being parallel to the axis of symmetry X-X'.
  • the axis of symmetry and the axis of movement of movable member 314 are merged.
  • the frame 310 is in the form of a hollow cylindrical outer wall 310B cylindrical and cylindrical inner wall 310D (hollow or solid), both of axis X-X ', which is closed at each end by the transverse walls. 310A and 310C.
  • the walls 310A and 310C are preferably planar in the form of disks and form the end stop means for the movable member 314.
  • the wall 310C is further open along one or a plurality of openings 326 to allow the passage of the connecting means 317 between the movable member 314 and the workpiece 315.
  • the opening 326 is unique, it is preferably in the form of a ring, whereas when the wall 310C has several openings (not shown) these may be simple circular openings allowing the passage of a plurality of rods connecting the movable member to the part 315 to move.
  • a first annular protrusion 322A extends from the outer wall 310B toward the X-X 'axis, while a second annular protrusion 322B extends from the inner wall 310D, departing from the axis XX 'to the first protrusion 322A.
  • These two protuberances 322A and 322B each have a respective cylindrical surface 324i and 324e which delimits the annular gap 318 within which the magnetic field M is substantially perpendicular to the direction of movement of the movable member
  • the movable member 314 has an inner diameter Di3i4 slightly smaller than the inner diameter Di3i8 of the air gap 318 and an outer diameter De3i4 slightly smaller than the outer diameter De3i4 of the gap 318.
  • a first pair of electromagnetic windings 316A and 316B windings is in this case, wound around the axis of displacement X-X 'on one side of the gap 318, while a second pair of windings turns electromagnetic 316C and 316D is wound around the axis of displacement X-X ', on the other side of the gap 318.
  • one of the windings of electromagnetic coils for example 316A
  • one of the windings of electromagnetic coils for example 316A
  • the other of the electromagnetic coil windings 316B is wound inside of the device, substantially against its cylindrical inner wall 310D (axis X-X ') likewise defining support means.
  • the arrangement is such that the device has two windings 316B and 316D of small diameter D1 which are juxtaposed along the axis XX 'being separated by the air gap 318 and two windings 3 IA and 316C large diameter D2, the latter being greater than the diameter D1, which are juxtaposed along the axis XX 'being separated by the gap 318.
  • the electromagnetic linear drive device preferably has a frame formed in one piece of magnetic material forming a mechanical and / or electromagnetic shielding for the device, a position sensor and a speed sensor both confined. inside the chassis.
  • the device may comprise a plurality of windings of electromagnetic turns which are juxtaposed along the axis of displacement of the movable member so as to increase the surfaces of the gap and thus increase the stroke of the piece to move.
  • the windings of turns are preferably juxtaposed in pairs, along the axis of movement of the movable member.
  • the device makes it possible to recover the braking energy, thanks to a counter-electromotive force.
  • the electromagnetic linear drive device can be used as a magnetic damper.

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Abstract

Dispositif d'entraînement linéaire électromagnétique, comportant un circuit magnétique comprenant au moins un enroulement de spires électromagnétiques (16'A, 16'B) apte à générer un champ magnétique (F, M) fermé de manière à former au moins un entrefer magnétique (18'), ledit châssis (10') comportant des moyens formant support (10'A, 10'B, 10'C, 10'D, 22'A, 22'B ;) pour l'enroulement de spires électromagnétiques (16'A, 16'B). Un organe mobile (14' comportant au moins un aimant permanent (20'A, 20'B) est apte à se déplacer linéairement selon la direction de déplacement (X-X') sous l'effet du champ magnétique (M). Le châssis (10') comporte des moyens formant butée de fin de course (10'A, 10'C) pour les deux positions extrêmes dudit organe mobile (14'), de sorte que l'aimant permanent (20'A, 20'B) n'est apte à se déplacer qu'à l'intérieur dudit châssis (10').

Description

Dispositif d'entraînement linéaire électromagnétique.
L'invention concerne un dispositif d'entraînement linéaire électromagnétique, comportant un châssis formant un circuit magnétique ouvert de manière à former au moins un entrefer magnétique, et au moins un enroulement de spires électromagnétiques apte à générer un champ magnétique fermé qui, dans ledit entrefer, est sensiblement transversal à la direction de déplacement d'un organe mobile, dans lequel ledit châssis comporte des moyens formant support pour l'enroulement de spires électromagnétiques et ledit organe mobile comportant au moins un aimant permanent est apte à coulisser linéairement selon une direction de déplacement, entre deux positions extrêmes, sous l'effet du champ magnétique.
On connaît déjà des dispositifs d'entraînement linéaire électromagnétiques, communément appelés actionneurs linéaires électromagnétiques, qui permettent d'entraîner une pièce à déplacer linéairement en translation. Les dispositifs d'entraînement linéaire électromagnétiques sont connus pour permettre, en créant un champ magnétique à l'aide d'au moins un enroulement de spires électromagnétiques, de générer des forces de Laplace sur l'aimant pour le tirer ou le pousser. Ainsi, grâce au champ magnétique ainsi créé, il est possible de contrôler linéairement le déplacement de l'aimant et de la pièce à déplacer qui lui est rattachée.
En particulier, il est connu d'utiliser des dispositifs d'entraînement linéaire électromagnétiques dans le domaine de l'automobile, notamment pour la commande d'une soupape d'un moteur à combustion interne.
Cependant, les dispositifs connus comportent un châssis formé par deux culasses séparées, entre lesquelles au moins un aimant est mobile, ce qui entraîne des difficultés d'ordre mécanique et d'ordre électromagnétique. En effet, dès lors que l'aimant est mobile en dehors du châssis, il existe une possibilité de fuites électromagnétiques vers l'extérieur de ce dernier, ces dispositifs présentent des fuites importantes dues à l'ouverture du circuit magnétique par rapport à l'extérieur, en particulier par l'ouverture prévue dans le châssis pour permettre le passage de l'aimant II est nécessaire de contrôler ces fuites qui, d'une part, affectent le rendement du dispositif, et d'autre part, entraînent un risque de perturbation à l'extérieur du dispositif. En effet, le rayonnement dû aux fuites électromagnétiques peut agir de manière néfaste sur les éléments extérieurs à l'actionneur et en particulier sur les éléments électroniques qui l'entourent, notamment sur le capteur de positionnement dont la qualité des données conditionne le bon fonctionnement de l'actionneur.
Il existe des dispositifs d'entraînement linéaire électromagnétiques dans lesquels un seul enroulement de spires électromagnétiques est prévu dans le châssis.
Cependant, dans ces dispositifs, l'entrefer est formé dans une paroi extérieure du châssis, et est de ce fait, en relation avec l'extérieur du dispositif, ce qui entraîne des fuites électromagnétiques provoquant de fortes perturbations électromagnétiques à l'extérieur. En outre, l'organe mobile est aussi apte à coulisser en dehors du châssis et provoque de ce fait, à nouveau des perturbations telles que précitées. Le but de l'invention est de fournir un dispositif d'entraînement linéaire électromagnétique qui permet d'éviter des fuites importantes vers l'extérieur.
Ce but de l'invention est atteint par le fait que le châssis comporte des moyens formant butée de fin de course pour les deux positions extrêmes dudit organe mobile, et délimite un espace dans lequel l'organe mobile est apte à coulisser linéairement selon la direction de déplacement, entre lesdites deux positions extrêmes, de sorte que l'aimant permanent n'est apte à se déplacer qu'à l'intérieur dudit châssis. De plus, le châssis est formé en une seule pièce. Ainsi, l'entrefer n'est pas en contact avec l'extérieur du dispositif. En outre, l'aimant permanent n'étant apte à se déplacer qu'à l'intérieur du châssis, le champ magnétique est parfaitement contrôlé en étant confiné à l'intérieur du châssis empêchant ainsi les fuites électromagnétiques vers l'extérieur. Le châssis permet de faire circuler le champ magnétique créé par l'enroulement de spires électromagnétiques et permet de concentrer celui- ci sur l'organe mobile comportant l'aimant permanent, en créant sur ce dernier un effort résultant. La direction du champ magnétique créé par l'enroulement de spires électromagnétiques dans l'entrefer est la même que celle du champ magnétique généré par l'aimant. La direction de déplacement de l'organe mobile est perpendiculaire à celle du champ magnétique ainsi créé. Le sens de déplacement de l'organe mobile est lié au sens de circulation du courant électrique dans l'enroulement de spires électromagnétiques. En inversant le courant dans cette dernière, on inverse l'effort et donc le sens de déplacement de l'organe mobile. Du fait que le circuit magnétique est ouvert par la présence de l'entrefer et qu'aucune pièce métallique n'est introduite dans l'entrefer, la reluctance, c'est-à-dire le quotient de la force magnétomotrice par le flux magnétique associé, du circuit magnétique ainsi créé est fixe, donc, l'inductance de celui-ci est fixe. Le fait d'avoir une inductance fixe dans n'importe quelle position de l'organe mobile, facilite le pilotage électronique du dispositif d'entraînement linéaire électromagnétique.
L'effort créé sur l'aimant dépend directement du courant qui circule dans l'enroulement de spires électromagnétiques, de son sens, de la longueur du bobinage et de l'induction de fonctionnement de l'aimant. Un tel dispositif d'entraînement linéaire électromagnétique peut donc être utilisé pour entraîner linéairement une pièce dans de nombreux domaines. On peut citer à titre d'exemple, le domaine médical en particulier pour Pactionnement de valves, d'instruments médicaux, des systèmes à picots pour aveugles, etc. ; le domaine aéronautique, en particulier pour l'actionnement de pièces mécaniques pour trains d'atterrissage, volets, manche du pilote, pédales, siège, panneaux, etc. ; le domaine de l'automobile, en particulier les actionneurs pour moteur thermique (Camless, les injecteurs, la régulation des soupapes de décharge du turbo, la régulation Turbo, etc.), rétroviseurs, pare-soleil, systèmes de fermeture, boîte de vitesses, embrayage, etc. ; et de manière plus générale dans le domaine de l'industrie pour l'actionnement de membranes ou soupapes pour pompe, robot, machine-outil, etc.
Afin d'augmenter les efforts qui peuvent être transmis à l'organe mobile, le dispositif comporte préférentiel lement au moins une paire d'enroulements de spires électromagnétiques. Les enroulements de spires sont alors agencés de part et d'autre de l'entrefer. De manière connue, on alimente alors les deux enroulements de spires avec un courant qui est préférentiellement de même intensité, pour que le champ magnétique ainsi créé soit équilibré, De manière à diminuer encore plus le risque de fuites électromagnétiques vers l'extérieur du dispositif, chaque enroulement de spires électromagnétiques est préférentiel lement intégralement logé dans ledit châssis.
Comme indiqué précédemment, le châssis est préférentiellement formé en une seule pièce, ce qui réduit le coût total et la complexité du montage du dispositif. Les enroulements de spires électromagnétiques peuvent éventuellement être insérés par l'entrefer où l'aimant est positionné par la suite.
En outre, le châssis étant unique, et non pas, comme il est connu de le faire dans l'art antérieur, en deux parties de culasses, il n'est pas nécessaire que le dispositif comporte des pièces supplémentaires pour le maintien mécanique, puisqu'il ne va pas y avoir d'effet d'une culasse sur l'autre.
En effet, en fonctionnement et même lorsque l'alimentation électrique est coupée, les deux culasses des dispositifs connus ont un effet électromagnétique l'une envers l'autre, ce qui entraîne des efforts mécaniques importants d'une culasse sur l'autre. Ainsi, selon la géométrie des pièces en présence, des efforts, dont l'intensité peut atteindre plusieurs centaines de Newton, peuvent exister entre les deux culasses qui ont tendance à s'attirer l'une vers l'autre. Pour contrer cet effet, dans les dispositifs connus, on prévoit des moyens mécaniques importants entraînant souvent un montage complexe pour maintenir les deux culasses dans leur position.
Ainsi, avantageusement, le châssis forme un blindage mécanique pour le dispositif. En outre, afin de garantir un bon confinement, il est préférable que le châssis forme un blindage électromagnétique. A cet effet, il peut être prévu que le châssis soit en acier magnétique.
Le circuit magnétique formé par le châssis, peut être utilisé comme guidage magnétique et comme auto-blindage magnétique. Cela permet d'avoir un dispositif qui ne perturbe pas électromagnétiquement l'extérieur
(capteur, moteur, autre actionneur etc.), et de disposer d'un dispositif à rendement magnétique élevé, car lui-même n'est pas perturbé par l'extérieur. En fait, aucune reluctance magnétique de perturbation n'est présente. L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à Ia lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation de l'invention représentés à titres d'exemples non limitatifs.
La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure IA représente une vue en perspective du dispositif d'entraînement linéaire électromagnétique selon l'invention,
- la figure IB représente une vue en perspective du dispositif selon une autre variante,
- la figure 2 représente une vue en coupe du dispositif de la figure IB selon la ligne IIB-IIB,
- la figure 3 représente une vue en coupe du dispositif selon une autre variante,
- la figure 4A représente une vue en coupe du dispositif selon une autre variante, - la figure 4B représente une vue en coupe du dispositif de la figure 4A selon la ligne IVB-IVB, et
- la figure 5 représente une vue en perspective en coupe du dispositif selon une autre variante.
La figure IA illustre un dispositif d'entraînement linéaire électromagnétique qui comprend un châssis 10 délimitant un espace 12 dans lequel un organe mobile 14 est apte à coulisser linéairement selon une direction de déplacement X-X', pour entraîner une pièce 15 qui lui est reliée par des moyens connus 17.
Le dispositif comporte en outre un circuit magnétique ouvert formé par le châssis et un enroulement de spires électromagnétiques 16 apte à générer un champ magnétique F fermé de manière à former au moins un entrefer magnétique 18 dans lequel le champ magnétique M est sensiblement transversal à la direction de déplacement X-X'. En l'espèce, le champ magnétique fermé F suit la forme du châssis, en passant d'une part, par les parois qui le composent et, d'autre part, par l'entrefer interne au châssis. Ainsi, le champ magnétique F suit un parcours qui a sensiblement Ia forme d'un huit dont le centre serait formé par l'entrefer.
Le châssis 10 présente des moyens formant support 22A, 22B qui délimitent l'entrefer 18 et forment un support pour l'enroulement de spires électromagnétiques 16= L'entrefer 18 est donc complètement confiné à l'intérieur du châssis 10. En l'espèce, l'enroulement de spires électromagnétiques 16 est intégralement logé dans le châssis 10 et est enroulé fixement autour de l'un des moyens formant support, par exemple 22A.
Sur la variante illustrée sur la figure IB, le dispositif comporte une paire d'enroulements de spires électromagnétiques 16'A et 16'B qui sont agencées à l'intérieur d'un châssis 10' préférentiel lement identique à celui de la figure IA. Le châssis 10' forme un circuit magnétique ouvert de manière à former un entrefer magnétique 18' entre les deux enroulements de spires électromagnétiques 16'A et 16'B. Pour toute la suite, on décrit uniquement des variantes avec au moins une paire d'enroulements de spires électromagnétiques, mais on comprend que le dispositif peut n'en comporter qu'un seul, tel que décrit précédemment. Les moyens d'alimentation en courant électrique sont des moyens connus et ne sont donc pas décrits, mais on comprend qu'ils sont adaptés selon que le dispositif comporte une ou plusieurs enroulements de spires électromagnétiques. En particulier, il est préférable que l'intensité du courant soit la même au sein d'une paire d'enroulements de spires électromagnétiques.
L'organe mobile 14' comporte au moins un aimant permanent, mais peut en comporter une pluralité, notamment pour augmenter les efforts de transmission à la pièce 15' à déplacer ; en l'espèce, comme illustré sur la figure 2, l'organe mobile 14' comporte deux aimants permanents 20'A et 20'B, reliés l'un à l'autre, qui sont aptes à se déplacer linéairement, selon la direction de déplacement X-X', sous l'effet du champ magnétique M correspondant à la portion de champ magnétique F qui circule dans l'entrefer 18'.
La direction du champ magnétique généré par les aimants est la même que celle du champ magnétique créé par la paire d'enroulements de spires électromagnétiques dans l'entrefer. Toutefois, en présence d'une pluralité d'aimants, le sens du champ magnétique généré par chaque aimant est, de manière connue, opposé d'un aimant à l'autre. De la même manière, le sens du champ magnétique généré par les aimants est choisi en fonction du sens de celui crée par les enroulements de spires électromagnétiques dans l'entrefer et peut être inversé en inversant par exemple, les aimants. La conformation du châssis 10', décrite plus en détails par la suite, est telle que l'organe mobile 14', et en particulier le ou les aimants permanents, ne sont aptes à se déplacer que dans l'espace 12' délimité à l'intérieur du châssis 10'. Dans ce cas, la position de maintien au repos de l'organe mobile 14', qui correspond à la position dans laquelle ce dernier reste positionné fixement lorsque le courant électrique est coupé dans les enroulements de spires électromagnétiques, est celle qui correspond à la position dans laquelle l'organe mobile 14' est en contact mécanique avec les moyens formant butée de fin de course prévus dans le châssis 10'. Selon la nature de l'organe mobile, la position dans l'entrefer peut elle aussi constituer une position au repos intermédiaire, lorsque le courant électrique est coupé dans les enroulements de spires électromagnétiques.
Les deux aimants 20'A et 20'B peuvent être identiques ou au contraire, comme illustrés sur la figure 2, être de tailles différentes pour générer des efforts de manière dissymétrique.
Lorsque le dispositif ne comporte qu'un seul aimant ou une pluralité d'aimants sensiblement identiques, l'organe mobile 14' présente deux positions de maintien au repos qui sont symétriques et parfaitement identifiées, de part et d'autre de l'entrefer 18', en contact contre chacun des deux moyens formant butée de fin de course, en l'espèce contre l'une des parois du châssis. En outre, la position correspondant à l'organe mobile dans l'entrefer, constitue une position au repos intermédiaire, lorsque le courant électrique est coupé dans les enroulements de spires électromagnétiques. Cette position intermédiaire (au repos ou en fonctionnement), correspond sensiblement à une position dans laquelle le ou les aimants sont centrés dans l'entrefer, c'est-à-dire que l'espace entre les aimants et les parois du châssis est le même de part et d'autre des aimants. Par contre, lorsque les aimants sont de tailles différentes, en particulier de longueur différente selon l'axe de déplacement, l'organe mobile 14' ne présente plus qu'une seule position de maintien au repos, qui correspond à celle dans laquelle l'organe mobile est au contact de l'un des moyens formant butée de fin de course, par exemple contre la paroi 10'A. En outre, lorsque les aimants sont de tailles différentes, l'effort transmis à la pièce 15' en cours de déplacement peut être plus important. En effet, en cours d'utilisation, quand l'aimant est proche de l'entrefer 18', les forces de Laplace transmises à l'aimant sont plus importantes et de ce fait, l'effort transmis à la pièce 15' est plus important. On comprend donc, que lorsque les aimants sont de tailles différentes, en particulier lorsque l'aimant de taille plus importante passe en dernier près de l'entrefer dans la direction du déplacement, les efforts transmis à la pièce 15' qui arrive en fin de course, sont plus importants que ceux transmis à la pièce 15 en début de course.
De la même manière, il peut être prévu que l'organe mobile comporte un élément métallique 21' qui vient s'ajouter à la pluralité d'aimants ou qui vient remplacer l'un d'eux, afin de pouvoir augmenter l'effort transmis à la pièce 15'. Le châssis 10' est préférentiellement de forme parallélépipédique et présente un plan de symétrie P. Le châssis 10' est préférentiellement formé en une seule pièce et en acier magnétique de manière à former un blindage pour le dispositif ; dans ce cas, le blindage est à la fois mécanique, en permettant de résister aux forces de quelques centaines de Newton, qui sont dues à la répulsion d'un enroulement de spires sur l'autre et électromagnétique de par sa conformation et la nature du matériau qui le compose.
Les deux enroulements de spires électromagnétiques 16'A et 16'B sont intégralement logés dans le châssis 10'. A cet effet, le châssis 10' présente des moyens formant support qui délimitent l'entrefer 18' et autour desquels les enroulements de spires 16'A et 16'B sont respectivement enroulés fixement. L'entrefer 18' est donc lui aussi complètement confiné à l'intérieur du châssis.
En l'espèce, les moyens formant support comportent des premiers moyens formant support 22'A autour desquels les enroulements de spires 16'A sont enroulés et respectivement des deuxièmes moyens formant support 22'B autour desquels les enroulements de spires 16'B sont enroulés.
Les enroulements de spires 16'A et 16'B se trouvent donc insérés dans le châssis 10', de manière symétrique de part et d'autre du plan P, en étant séparés l'un de l'autre par l'espace 12' au sein duquel l'organe mobile 14' est apte à se déplacer. En fait, les enroulements de spires 16'A et 16'B présentent chacun un bord libre 16AB et 16BA tourné vers l'axe X- X' qui délimite en partie cet espace 12'.
L'organe mobile 14' est apte à se déplacer selon la direction axiale dont l'axe correspond à l'axe X-X' qui est situé dans ce plan P. Il s'ensuit que la section transversale du dispositif est sensiblement rectangulaire et que l'espace 12' dans lequel l'organe mobile 14' est apte à coulisser linéairement, est un espace volumique sensiblement parallélépipédique d'axe longitudinal X-X' et de section transversale sensiblement rectangulaire.
La figure 2 représente le dispositif dans un plan orthogonal au plan de symétrie P. Le châssis 10' présente quatre côtés dont les parois sensiblement planes 10'A, 10'B, 10'C et 10'D sont parallèles deux à deux. Le châssis 10' est préférentiellement ouvert par les deux autres côtés 10'E et 10'F, en particulier pour permettre la mise en place des enroulements de spires électromagnétiques, ainsi que l'organe mobile. Les surfaces 10'A, 10'B, 10'C et 10'D peuvent aussi jouer le rôle de moyens formant support pour les enroulements de spires, mais elles ne délimitent pas l'entrefer 18'. Pour des raisons de sécurité, le dispositif peut être complètement fermé en plaçant deux couvercles sur les côtés ouverts 10'E et 10'F du châssis 10', pour empêcher l'accès à l'intérieur du dispositif. Les couvercles sont de préférence en matériaux plastiques. En effet, du fait de l'arrangement des bobines au sein du châssis, le champ magnétique F ne se propage pas sur ses faces 10'E et 10'F (voir figure IB), et il n'est pas nécessaire que les couvercles forment un blindage pour le dispositif ; en particulier, il n'est pas nécessaire que les couvercles soient en acier magnétique.
Sur les deux parois longitudinales 10'B et 10'D qui s'étendent parallèlement à l'axe de déplacement X-X', le châssis 10' présente des protubérances internes qui définissent respectivement les moyens formant support 22'A et 22'B. En l'espèce, les protubérances 22'A et 22'B s'étendent respectivement des parois longitudinales 10'B et 10'D vers l'axe de déplacement X-X', selon une direction d'axe transversal Y-Y' perpendiculaire à ce dernier. Leur géométrie est telle, que les protubérances 22'A et 22'B présentent une surface respective 24'A et 24'B, qui est sensiblement rectangulaire. Ces surfaces 24'A et 24'B sont en regard l'une de l'autre par rapport à l'axe X-X' et délimitent l'entrefer 18' dans la direction de l'axe Y-Y'.
Les deux autres parois transversales 10'A et 10'C qui relient les parois longitudinales 10'B et 10'D entre elles, s'étendent préférentiellement parallèlement à l'axe transversal Y-Y'.
Les enroulements de spires 16'A et 16'B sont donc respectivement logés en étant enroulés autour des protubérances 22'A et 22'B, dans un espace délimité respectivement par les parois longitudinales 10'A et 10'B et les parois transversales 10'A et 10'C. Les spires de chaque enroulement sont préférentiellement enroulées autour de l'axe transversal Y-Y'.
Ainsi, le champ magnétique F peut parcourir le chemin formé par les parois transversales 10'A et 10'C, les parois longitudinales l'espace 12' au sein duquel l'organe mobile 14' est apte à se déplacer, est délimité par les surfaces 24'A et 24'B des protubérances 22'A et 22'B, par les bords libres 16AB et 16BA des enroulements de spires électromagnétiques respectifs et par les deux parois transversales 10'A et 10'C.
En conséquence, les deux parois transversales 10'A et 10'C délimitent les deux positions extrêmes de l'organe mobile 14'. La figure 2 illustre une des positions extrêmes de l'organe mobile 14', en l'espèce la position de fin de course dans laquelle la pièce 15' est la plus éloignée du dispositif. Dans ce cas, la paroi transversale 10'C se présente comme des moyens formant butée de fin de course.
En effet, la paroi transversale 10'C présente au moins une portion 10CC contre lequel l'organe mobile 14' bute, lorsqu'il atteint une de ses deux positions extrêmes.
La paroi transversale 10'C présente en outre une ouverture 26' au travers de laquelle les moyens de connexion 17' entre la pièce 15' à déplacer et l'organe mobile 14' sont aptes à coulisser. Cette ouverture 26' est bien entendue d'une taille inférieure à celle de l'organe mobile 14', de sorte que l'aimant ne puisse passer au travers, mais au contraire vienne en butée contre les bords de cette ouverture 26'.
Le dispositif comporte en outre préférentiellement des moyens de guidage aptes à guider l'organe mobile 14' dans le châssis 10'. En l'espèce, un palier 28' est inséré dans l'ouverture 26' de manière à permettre un coulissement sans frottement des moyens de connexion comprenant une tige 17'. Ainsi, Ia tige 17' coulisse au travers de l'ouverture 26' de manière à déplacer la pièce 15' linéairement le long de l'axe de déplacement X-X', en fonction de l'intensité des forces de Laplace transmises à l'organe mobile 14'. Les moyens de guidage peuvent en outre comporter des moyens permettant d'éviter la rotation de l'organe mobile autour de l'axe de déplacement X-X'. Ces moyens d'anti-rotation sont du type connu ; ils comportent par exemple un système à glissière ou sont simplement obtenus en prenant une tige de section parallélépipédique qui coulisse dans une ouverture de section parallélépipédique au lieu d'une section circulaire, comme prévue pour l'ouverture 26'.
Les moyens de guidage peuvent aussi être déportés à l'extérieur du châssis 10'.
Dans son autre position extrême, l'organe mobile 14' est en contact mécanique avec la paroi transversale 10'A. Lorsqu'aucun courant électrique ne circule dans les enroulements de spires électromagnétiques, cette position extrême correspond à une position de repos et la paroi transversale 10'A joue le rôle de moyens formant butée de fin de course.
On comprend que, lorsque le dispositif peut être prévu pour permettre une course de part et d'autre de l'entrefer 18', le dispositif présente un autre plan de symétrie perpendiculaire au plan de symétrie P et en particulier une deuxième ouverture permettant le passage de moyens de connexion au niveau de la paroi transversale 10'A.
Le dispositif comporte préférentiellement un capteur de position intégré à l'intérieur du châssis.
En l'espèce, le capteur de position illustré sur la figure 2, est préférentiellement un capteur à effet Hall dont l'aimant est celui que comporte l'organe mobile 14', en particulier l'un des aimants 20'A et/ou 20'B, et dont la sonde 30' est une sonde à effet Hall qui est préférentiellement disposée sur le châssis, par exemple contre la paroi 10'C au voisinage de la zone de butée de fin de course de l'organe mobile 14'. La sonde 30' peut être reliée à des moyens de mesure de type connu pour permettre de déterminer la position de l'organe mobile 14',
En remplacement d'un capteur à effet Hall, il peut être prévu que l'organe mobile 14' comporte un élément métallique formant le capteur de position. On comprend que, lorsque l'organe mobile 14' présente déjà un élément métallique 21', tel que précité, qui permet d'augmenter l'effort transmis à la pièce 15' à déplacer, ce même élément métallique 21' joue le rôle de capteur de position. Dans ce cas, l'élément métallique 21' est relié à des moyens de mesure de type connu pour permettre de déterminer la position de l'organe mobile 14'. En fait, la présence d'un élément métallique conduit à une variation de la reluctance, en fonction de son emplacement dans l'espace 12'. En conséquence, il suffit de mesurer cette variation pour obtenir la position de l'organe mobile 14'.
Ainsi, le coût peut être réduit par rapport à l'utilisation de capteurs du type connu qui sont ajoutés au dispositif.
De manière analogue, le dispositif comporte préférentiellement un capteur de vitesse 32' intégré à l'intérieur du châssis.
A cet effet, il peut être prévu qu'au moins un des enroulements comporte une spire supplémentaire formant le capteur de vitesse 32'. En l'espèce, chacun des enroulements 16'A et 16'B comporte une spire supplémentaire formant le capteur de vitesse, respectivement SA et SB.
Chacune des spires supplémentaires SA et SB est reliée à des moyens de mesure de type connu pour permettre de déterminer la vitesse de déplacement de l'organe mobile 14'. A l'aide de ces mesures, il est ainsi possible d'asservir le déplacement de l'organe mobile 14' pour contrôler sa vitesse de déplacement, en particulier en régulant le courant qui circule dans les enroulements de spires 16'A et 16'B.
Par ailleurs, afin d'augmenter la course de la pièce 15' à déplacer, le dispositif comporte une pluralité de paires d'enroulements de spires électromagnétiques, chaque paire étant traversée par un champ magnétique fermé de manière à former une pluralité d'entrefers magnétiques, alignés dans la direction de déplacement, dans lesquels règne un champ magnétique sensiblement transversal à ladite direction de déplacement.
Dans ce cas, les paires d'enroulements de spires électromagnétiques sont préférentiellement alignées le long de la direction de déplacement de l'organe mobile.
Dans la variante illustrée sur la figure 3, l'organe mobile 114 est représenté dans l'une de ses deux positions extrêmes, à savoir dans la position dans laquelle la pièce à déplacer 115 est la plus proche du dispositif. Dans ce cas, l'organe mobile 114 est en butée contre les moyens formant butée de fin de course du châssis 110, c'est-à-dire contre l'une des parois transversales, en l'espèce, contre la paroi HOA. L'autre position extrême de fin de course (non illustrée) correspond au contact de l'organe mobile 114 contre l'autre paroi transversale HOC qui joue le rôle de moyens formant butée de fin de course du châssis 110 et au sein de laquelle une ouverture 126 est prévue pour le passage des moyens de connexion 117 entre la pièce à déplacer 115 et l'organe mobile 114.
Les deux paires d'enroulements de spires électromagnétiques ont été alignées l'une au-dessus de l'autre le long de l'axe de déplacement X-X'. Dans cette variante, on retrouve une première paire d'enroulements de spires électromagnétiques 116A et 116B qui est enroulée respectivement autour des protubérances 122A et 122B de manière analogue à celle décrite précédemment. De ce fait, le châssis se présente de manière analogue à la variante précitée, en particulier avec des parois 110A-110F analogues, seulement les parois HOB et HOD sont plus longues selon l'axe X-X' et elles présentent chacune deux protubérances au lieu d'une seule.
Ainsi, une deuxième paire d'enroulements de spires électromagnétiques 116C et 116D est enroulée respectivement autour de protubérances supplémentaires 122C et 122D qui sont formées dans le châssis de 110 de sorte que les première et deuxième paires d'enroulements de spires électromagnétiques puissent être juxtaposées l'une par rapport à l'autre le long de l'axe de déplacement X-X' toujours à l'intérieur du châssis 110.
L'alignement de telles paires d'enroulements de spires électromagnétiques et de protubérances permet de définir un entrefer 118 et un espace 112 plus longs selon l'axe de déplacement X-X', de sorte que la course de la pièce 115 à déplacer est plus grande que celle obtenue pour un dispositif à une seule paire d'enroulements de spires, toute chose étant égale par ailleurs.
Un tel dispositif à pluralité de paires de spires d'enroulements électromagnétiques présente préférentiellement les mêmes caractéristiques que celles précitées pour un dispositif à une seule paire d'enroulements de spires électromagnétiques, en particulier en ce qui concerne Ie fait que le châssis soit en une seule pièce, la présence de moyens formant support, la présence d'un capteur de position, la présence d'un capteur de vitesse, etc.
En outre, les moyens formant support délimitent un entrefer 118 en deux parties. En l'espèce, les protubérances 122A et 122B délimitent un premier entrefer 118A, et les protubérances 122C et 122D délimitent un deuxième entrefer 118B.
Chaque paire d'enroulements est traversée par un circuit magnétique ouvert de manière à générer un champ magnétique F, dont la portion M qui circule dans l'entrefer 118 est de direction sensiblement transversale à ladite direction de déplacement X-X' au sein des entrefers magnétiques 118A et 118B. Dans la variante illustrée sur la figure 3, le champ magnétique F parcourt toujours un chemin fermé, le long du châssis 110.
Par ailleurs, il peut être prévu dans une autre variante (non illustrée), que le châssis présente une paroi intermédiaire interne présentant une ouverture permettant le passage de l'organe mobile et partageant le châssis en deux zones. Dans ce cas, le champ magnétique parcourt un chemin sensiblement en forme de deux huit, dont l'un est formé par l'un des entrefer et une paire d'enroulements de spires et l'autre est formé par l'autre entrefer et l'autre paire d'enroulements de spires ; en fait, c'est comme si on était en présence de deux champs magnétiques fermés en forme de huit juxtaposés le long de l'axe de déplacement de l'organe mobile.
Ainsi, les moyens formant support comportent d'une part, pour l'une des paires d'enroulements, les premiers moyens formant support 122A autour desquels les enroulements de spires 116A sont enroulés et respectivement des deuxièmes moyens formant support 122B autour desquels les enroulements de spires 116B sont enroulés, et d'autre part, pour l'autre des paires d'enroulements, les premiers moyens formant support 122C autour desquels les enroulements de spires 116C sont enroulés et respectivement des deuxièmes moyens formant support 122D autour desquels les enroulements de spires 116D sont enroulés.
La géométrie des protubérances 122A - 122D est préférentiellement choisie de sorte qu'elles présentent une surface respective 124A - 124D, qui est sensiblement rectangulaire, mais elles peuvent aussi présenter une surface ovale ou circulaire. Les surfaces 124A et 124B sont en regard l'une de l'autre par rapport à l'axe X-X' et délimitent l'entrefer 118A dans la direction de l'axe Y-Y', tandis que les autres surfaces 124C et 124D sont en regard l'une de l'autre par rapport à l'axe X-X' et délimitent l'entrefer 118B dans la direction de l'axe Y-Y'.
Selon une autre variante illustrée en coupe sur les figures 4A et 4B, le dispositif est axisymétrique autour d'un axe de symétrie, en l'espèce autour de l'axe de déplacement X-X'. Dans ce cas, l'entrefer 218 et l'organe mobile 214 sont cylindriques, d'axe longitudinal correspondant audit axe de symétrie X-X' et la direction de déplacement X-X' de la pièce à déplacer 215 est parallèle à l'axe de symétrie, en l'espèce elle est confondue avec ce dernier. L'espace 212 délimité à l'intérieur du dispositif, au sein duquel l'organe mobile 214 peut coulisser le long de l'axe X-X', est lui aussi cylindrique. L'organe mobile comporte de préférence au moins un aimant cylindrique qui peut éventuellement être creux.
La paire d'enroulements de spires électromagnétiques 216A et 216B est dans ce cas, enroulée autour de l'axe de déplacement X-X', les deux en étant juxtaposés le long de l'axe X-X'. En fait, l'un des enroulements de spires électromagnétiques 216A est enroulé autour d'une première portion Xl de l'axe de déplacement X-X', contre la paroi extérieure 210B cylindrique qui joue le rôle de moyens formant support, tandis que l'autre des enroulements de spires électromagnétiques 216B est enroulé autour d'une deuxième portion X2 de l'axe de déplacement X-X', cette dernière étant distincte de la première, contre la paroi extérieure 210B cylindrique qui joue le rôle de moyens formant support. Les deux portions Xl et X2 sont séparées l'une de l'autre par les moyens formant support qui se présentent préférentiel lement sous une forme annulaire. Le champ magnétique F ainsi crée par les enroulements de spires électromagnétiques 216A et 216B, est fermé et suit un chemin qui passe par les parois 210A, 210B, et 210C du châssis 210, ainsi que par l'entrefer 218. Dans ce dernier, la portion de champ magnétique M est de direction sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement de l'organe mobile 214.
Le châssis 210, en une seule pièce, comporte la paroi extérieure cylindrique 210B fermée à chaque extrémité par une paroi 210A et 210C sensiblement plane sous forme de disque. Les deux parois 210A et 210C transversales jouent le rôle de moyens formant butée de fin de course, tel que précité. La paroi 210C est en outre ouverte selon une ouverture 226 pour permettre le passage des moyens de connexion 217 entre l'organe mobile 214 et la pièce à déplacer 215.
Sur la figure 4A, l'organe mobile 214 est illustré dans une position intermédiaire, au sein de l'entrefer, correspondant sensiblement à la mi- course de la pièce à déplacer 215.
L'une de ces parois planes, en l'espèce la paroi 210C présente une ouverture 216 analogue à celle précitée. La paroi extérieure forme un support pour la paire d'enroulements de spires 216A et 216B.
En outre, le châssis 210 comporte des moyens formant support 222, en particulier lors d'une utilisation verticale du dispositif, qui se présentent sous la forme d'une protubérance annulaire qui s'étend de la paroi extérieure 210A vers l'intérieur du dispositif selon l'axe transversal Y-Y' qui délimite l'entrefer 218 cylindrique, tel qu'illustré sur la figure 4B.
En outre, telle qu'illustrée sur la figure 4A, la protubérance annulaire 222 peut présenter en zone centrale, une portion supplémentaire en forme de T (vue en coupe longitudinale) de manière à augmenter d'une part, les moyens formant support pour les enroulements de spires électromagnétiques 216A et 216B et, d'autre part, l'entrefer 218. En fait, quelle que soit la variante envisagée, les moyens formant support peuvent être en forme de T (selon une coupe longitudinale) pour augmenter la taille de l'entrefer.
La géométrie de cette protubérances 222 est telle qu'elle présente une surface 224, qui est sensiblement cylindrique d'axe X-X' et qui délimite l'entrefer 218. Selon une autre variante illustrée en coupe sur la figure 5, le dispositif est axisymétrique autour d'un axe de symétrie X-X', l'entrefer 318 et l'organe mobile 314 sont annulaires, et le dispositif comporte au moins deux paires d'enroulements de spires, les enroulements de spires de chacune des paires étant disposés sensiblement coaxialement l'un par rapport à l'autre autour de l'axe de symétrie X-X' et la direction de déplacement étant parallèle à l'axe de symétrie X-X'. En l'espèce, l'axe de symétrie et l'axe de déplacement d'organe mobile 314 sont confondus.
Dans ce cas, l'entrefer 318, l'espace 312, dans lequel l'organe mobile peut se déplacer dans le dispositif, et l'organe mobile 314 sont annulaires et présentent des diamètres intérieurs et extérieurs tels, que l'organe mobile 314 est apte à coulisser au sein de l'entrefer 318 annulaire. Le châssis 310 se présente sous la forme d'un cylindre creux de paroi extérieure 310B cylindrique et de paroi intérieure 310D cylindrique (creuse ou pleine), toutes deux d'axe X-X', qui est fermé à chaque extrémité par les parois transversales 310A et 310C. Les parois 310A et 310C sont préférentiellement planes sous forme de disques et forment les moyens formant butée de fin de course pour l'organe mobile 314. La paroi 310C est en outre ouverte selon une ou une pluralité d'ouvertures 326 pour permettre le passage des moyens de connexion 317 entre l'organe mobile 314 et la pièce à déplacer 315. Lorsque l'ouverture 326 est unique, elle se présente préférentiellement sous la forme d'un anneau, tandis que lorsque la paroi 310C présente plusieurs ouvertures (non illustrées), ces dernières peuvent être de simples ouvertures circulaires permettant le passage d'une pluralité de tiges reliant l'organe mobile à la pièce 315 à déplacer. Une première protubérance 322A annulaire s'étend à partir de la paroi extérieure 310B en se rapprochant vers l'axe X-X', tandis qu'une deuxième protubérance 322B annulaire s'étend à partir de la paroi intérieure 310D, en s'écartant de l'axe X-X' vers la première protubérance 322A. Ces deux protubérances 322A et 322B présentent chacune une surface respective 324i et 324e cylindique qui délimite l'entrefer 318 annulaire au sein duquel le champ magnétique M est sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement de l'organe mobile 315.
En fait, l'organe mobile 314 présente un diamètre intérieur Di3i4 légèrement inférieur au diamètre intérieur Di3i8 de l'entrefer 318 et un diamètre extérieur De3i4 légèrement inférieur au diamètre extérieur De3i4 de l'entrefer 318.
Une première paire d'enroulements de spires électromagnétiques 316A et 316B est dans ce cas, enroulée autour de l'axe de déplacement X- X' d'un côté de l'entrefer 318, tandis qu'une deuxième paire d'enroulements de spires électromagnétiques 316C et 316D est enroulée autour de l'axe de déplacement X-X', de l'autre côté de l'entrefer 318.
En fait, en considérant l'une des deux paires, l'un des enroulements de spires électromagnétiques, par exemple 316A, est enroulé à l'intérieur du dispositif, sensiblement contre sa paroi externe 310B cylindrique (d'axe X-X') définissant ainsi des moyens formant support, tandis que l'autre des enroulements de spires électromagnétiques 316B est enroulé à l'intérieur du dispositif, sensiblement contre sa paroi interne 310D cylindrique (d'axe X-X') définissant de même des moyens formant support.
En conséquence, l'arrangement est tel que le dispositif présente deux enroulements 316B et 316D de petit diamètre Dl qui sont juxtaposés le long de l'axe X-X' en étant séparés par l'entrefer 318 et deux enroulements 3 IA et 316C de grand diamètre D2, ce dernier étant supérieur au diamètre Dl, qui sont juxtaposés le long de l'axe X-X' en étant séparés par l'entrefer 318.
Quelle que soit la variante envisagée, le dispositif d'entraînement linéaire électromagnétique présente préférentiellement un châssis formé en une seule pièce en matériau magnétique formant un blindage mécanique et/ou électromagnétique pour le dispositif, un capteur de position et un capteur de vitesse tous deux confinés à l'intérieur du châssis. De la même manière, quelle que soit la variante envisagée, le dispositif peut comporter une pluralité d'enroulements de spires électromagnétiques qui sont juxtaposées le long de l'axe de déplacement de l'organe mobile de manière à augmenter les surfaces de l'entrefer et ainsi augmenter la course de la pièce à déplacer. Lorsque le dispositif comporte des paires d'enroulements de spires disposées de part et d'autre d'un entrefer, les enroulements de spires sont préférentiellement juxtaposés par paire, le long de l'axe de déplacement de l'organe mobile.
Par ailleurs, le dispositif permet de récupérer l'énergie de freinage, grâce à une force contre-électromotrice. Ainsi, le dispositif d'entraînement linéaire électromagnétique peut être utilisé comme amortisseur magnétique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'entraînement linéaire électromagnétique, comportant un châssis formant un circuit magnétique ouvert de manière à former au moins un entrefer magnétique (18 ; 18' ; 118 ; 218 ; 318) et au moins un enroulement de spires électromagnétiques (16 ; 16'A, 16'B ; 116A, 116B, 116C, 116D ; 216A, 216B ; 316A, 316B, 316C, 316D) apte à générer un champ magnétique (F, M) fermé , qui dans ledit entrefer magnétique (18 ; 18' ; 118 ; 218 ; 318) est sensiblement transversal à la direction de déplacement (X-X') d'un organe mobile (14 ; 14' ; 114 ; 214 ; 314) et dans lequel ledit châssis (10 ; 10' ; 110 ; 210 ; 310) comporte des moyens formant support (1OA, 1OB, 1OC, 1OD, 22A, 22B ; 10'A, 10'B, 10'C, 10'D, 22'A, 22'B ; HOA, HOB, HOC, HOD, 122A, 122B, 122C, 122D ; 210A, 210B, 210C, 222 ; 310A, 310B, 310C, 310D, 322A, 322B) pour l'enroulement de spires électromagnétiques (16 ; 16A, 16B ; 116A, 116B, 116C, 116D ; 216A, 216B ; 316A, 316B, 316C, 316D), et ledit organe mobile (14 ; 14' ; 114 ; 214 ; 314) comportant au moins un aimant permanent (2OA, 20B) est apte à coulisser linéairement selon une direction de déplacement (X-X'), entre deux positions extrêmes sous l'effet du champ magnétique (M), caractérisé en ce que ledit châssis (10 ; 10' ; 110 ; 210 ; 310) comporte des moyens formant butée de fin de course (1OA, 1OC ; HOA, HOC ; 210 ; 310) pour deux positions extrêmes dudit organe mobile (14 ; 14' ; 114 ; 214 ; 314), en ce que ledit châssis (10 ; 10' ; 110 ; 210 ; 310) délimite un espace (12 ; 12' ; 112 ; 212 ; 312) dans lequel l'organe mobile (14 ; 14' ; 114 ; 214 ; 314) est apte à coulisser linéairement selon la direction de déplacement (X-X'), entre lesdites deux positions extrêmes, de sorte que l'aimant permanent (2OA, 20B) n'est apte à se déplacer qu'à l'intérieur dudit châssis (10 ; 14' ; 110 ; 210 ; 310), et en ce que le châssis (10 ; 10' ; 110 ; 210 ; 310) est formé en une seule pièce.
2, Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'enroulement de spires électromagnétiques (16 ; 16A, 16B ; 116A, 116B, 116C7 116D ; 216A, 216B ; 316A, 316B, 316C, 316D) est intégralement logé dans ledit châssis (10 ; 10' ; 110 ; 210 ; 310).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paire enroulement de spires électromagnétiques (16A, 16B ; 116A, 116B, 116C, 116D ; 216A, 216B ; 316A, 316B, 316C, 316D).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le châssis (10 ; 10' ; 110 ; 210 ; 310) forme un blindage pour le dispositif.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le châssis (10 ; 10' ; 110 ; 210 ; 310) est en acier magnétique.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens formant support (22A, 22B ; 22'A, 22'B ; 122A, 122B, 122C, 122D ; 222 ; 322A, 322B) délimitent l'entrefer (18 ; 18' ; 118 ; 218 ; 318).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de guidage (26 ; 28) aptes à guider l'organe mobile (14) dans le châssis (10).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enroulement de spires électromagnétique (16A, 16B ; 116A, 116B, 116C, 116D ; 216A, 216B ; 316A, 316B, 316C, 316D) est enroulé autour des moyens formant support (22A, 22B ; 22'A, 22'B ; 122A, 122B, 122C, 122D ; 210B ; 310B, 310C).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il présente un plan de symétrie (P) et en ce que l'organe mobile (14 ; 14' ; 114) est apte à se déplacer selon une direction axiale (X-X') dont l'axe est situé dans ledit plan (P).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est axisymétrique autour d'un axe de symétrie (X-
X'), en ce que l'entrefer (218) et l'organe mobile (214) sont cylindriques d'axe (X-X') correspondant audit axe de symétrie (X-X') et en ce que la direction de déplacement (X-X') est parallèle à l'axe de symétrie (X-X').
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est axisymétrique autour d'un axe de symétrie (X-
X'), en ce que l'entrefer (318) et l'organe mobile (314) sont annulaires, ledit dispositif comportant au moins deux paires d'enroulements de spires électromagnétiques (316A, 316B, 316C, 316D), les enroulements de spires électromagnétiques (316A, 316B, 316C, 316D) de chacune des paires étant disposés sensiblement coaxialement l'un par rapport à l'autre autour de l'axe de symétrie (X-X') et en ce que la direction de déplacement (X-X') est parallèle à l'axe de symétrie (X-X').
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit magnétique comprend une pluralité de paires d'enroulements de spires électromagnétiques (116A, 116B, 116C, 116D), chaque paire étant traversée par un circuit magnétique fermé de manière à former une pluralité d'entrefers magnétiques (118, 118A, 118B) dans lesquels règne un champ magnétique (M) sensiblement transversal à ladite direction de déplacement (X-X').
13. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les paires d'enroulements de spires électromagnétiques (116A, 116B, 116C, 116D) sont alignées le long de la direction de déplacement (X-X') de l'organe mobile (114).
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe mobile (14') comporte une pluralité d'aimants permanents (20'A, 20'B).
15. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les aimants (20'A, 20'B) sont de tailles différentes, de manière à générer des efforts de manière dissymétrique.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de position (30', 20'A, 20'B) intégré à l'intérieur du châssis (10').
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe mobile (14') comporte un élément métallique (21').
18. Dispositif selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce que le capteur de position (30') comporte une sonde à effet de Hall (30'),
19. Dispositif selon les revendications 16 et 17, caractérisé en ce que l'élément métallique (21') forme Ie capteur de position.
20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de vitesse (32', SA, SB) intégré à l'intérieur du châssis (10').
21. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins un des enroulements (16'A, 16'B) comporte une spire supplémentaire (SA, SB) formant le capteur de vitesse (32').
22. Dispositif selon la revendication 20 ou 21, caractérisé en ce que chacun des enroulements (16'A, 16'B) comporte une spire supplémentaire (SA, SB) formant le capteur de vitesse (32').
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