WO2010103219A1 - Actionneur électromagnétique à dérivation de flux - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a permanent magnet electromagnetic actuator conventionally comprising a magnetic armature, a movable pallet, a generally spring-loaded return mechanism and electrical means comprising at least one conductor whose current makes it possible to vary the flux in the magnetic circuit. to change the balance between the magnetic force and that of the spring.
  • a permanent magnet electromagnetic actuator conventionally comprising a magnetic armature, a movable pallet, a generally spring-loaded return mechanism and electrical means comprising at least one conductor whose current makes it possible to vary the flux in the magnetic circuit. to change the balance between the magnetic force and that of the spring.
  • Such an actuator may for example be used as a relay, the aforementioned conductor then taking the form of a coil.
  • the object of the invention is to provide an actuator with very high sensitivity, that is to say operating with a minimum value of ampere-turns generating, however, at at least one gap a flow variation sufficient to counterbalance the mechanical force and cause the pallet to move.
  • the goal is to control the impedance of the coil, which in fact depends on the value of the reluctant circuit seen by the coil.
  • the actuator of the invention more precisely comprising a permanent magnet, a ferromagnetic armature forming a closed loop, a pallet creating two air gaps with the armature and movable between an open position and a closed position, mechanical means for returning the pallet to the open position and at least one electrical conductor capable of generating a magnetic flux in the actuator, is essential in that the magnet, the armature and the pallet are arranged so that the magnet generates fluxes in two magnetic circuits in parallel having a portion of the armature which is saturated for at least one of the parallel circuits, a common branch comprising the magnet and a fraction of the separate pallet by an air gap of said reinforcing portion, and in that the conductor or conductors are capable of generating, in a magnetic loop comprising the unsaturated portion of the armature, the air gaps and the pallet, a flow that adds to the flux created by the magnet in one of the air gaps and one of the fractions of the pallet, and there subtracted in the other air gap and the
  • the principle of the structure of the invention consists in generating a strong flow variation on the pallet with a minimum of ampere-turns in a portion of the overall magnetic circuit, by opposing the flux generated by the magnet.
  • the reluctance seen by the coil depends on the reluctances of the saturated portions, the unsaturated part of the armature and, to a lesser extent, the gap reluctances. .
  • the pallet may be U-shaped whose legs are placed on either side of the magnet, their free ends forming two air gaps with a part of the closed loop of the frame containing the two portions. saturated each leading to the common branch with the permanent magnet.
  • the closed magnetic loop may either comprise a coil wound around a portion of the closed loop of the armature separate from the parallel magnetic circuits, or surround at least two power supply conductors of an electrical circuit.
  • the closed loop of the frame can obviously take various forms, for example rectangular, circular shape, etc.
  • the permanent magnet can be secured to the ferromagnetic armature.
  • the saturated portions may consist of zones of the reinforcement of reduced section relative to the rest of the reinforcement.
  • the configuration of the invention leads to a structure that is magnetically unpolarized, since it allows a trigger the direction of the current in the conductor (s) of the electrical means.
  • Figure 1 shows schematically a first possible form of actuator for the invention
  • Figure 2 shows the electromagnetic scheme equivalent to the structure of Figure 1; and Figure 3 shows a variant of Figure 1.
  • the armature (1) forms a closed loop surmounted by a pallet (2) with two lateral branches (3, 4) in the middle of which is a permanent magnet (5).
  • the armature (1) is traversed by two conductors (8, 9). It also comprises at least one saturated zone (6, 7) or plug zone situated at or near the magnet
  • phi1 + phi2 flux generated by the magnet (near magnetic leakage).
  • the magnet balances the value of the fluxes to balance the value of the reluctances.
  • Material reluctances such as Rpal, R1 and R2 are nonlinear and saturable.
  • the Rmat_haut and Rmat_bas reluctances may represent a gap and / or a saturable magnetic material.
  • the Renti and Rent2 reluctances represent the equivalent gap between the pallet and the armature. R1 and R2 are saturated.
  • the conductors or the coil (as shown) generate a magnetic flux Phi_bob in the Rbas branch, which flows through the maximized loop containing the air gaps (10, 11) and the pallet (2).
  • Figure 3 shows a variant in Figure 1, of different shape and in which the magnet is not secured to the armature (1), which comprises a coil (8 1 ) exciter. The operation is however identical.

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Abstract

Actionneur électromagnétique à dérivation de flux comportant un aimant permanent (5), une armature ferromagnétique (1 ) constituant une boucle fermée, une palette (2) créant deux entrefers (10, 11) avec l'armature (1) et mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture, des moyens mécaniques de rappel de la palette en position d'ouverture et au moins un conducteur électrique (8, 8, 9) apte à générer un flux magnétique dans l'actionneur. Cet actionneur est caractérisé en ce que l'aimant (5), l'armature (1) et la palette (2) sont agencés de sorte que l'aimant (5) génère des flux dans deux circuits magnétiques en parallèle comportant une portion de l'armature (6, 7) qui est saturée pour l'un au moins des circuits en parallèle, une branche commune comprenant l'aimant (5) et une fraction de la palette séparée par un entrefer (10, 11) de ladite portion d'armature (6, 7), et en ce que le ou les conducteurs (8, 8Q 9) sont aptes à générer, dans une boucle magnétique comportant la partie non saturée de l'armature (1), les entrefers (10, 11) et la palette (2), un flux qui s'additionne au flux créé par l'aimant (5) dans un des entrefers (10, 11) et une des fractions de la palette (2), et s'y soustrait dans l'autre entrefer (11, 10) et l'autre fraction de la palette 2.

Description

Actionneur électromagnétique à dérivation de flux
La présente invention concerne un actionneur électromagnétique à aimant permanent comportant classiquement une armature magnétique, une palette mobile, un mécanisme de rappel en général à ressort et des moyens électriques comprenant au moins un conducteur dont le courant permet de faire varier le flux dans le circuit magnétique en vue de modifier l'équilibre entre la force magnétique et celle du ressort. Un tel actionneur peut par exemple être utilisé comme relais, le conducteur précité prenant alors la forme d'une bobine.
Le but de l'invention est de réaliser un actionneur à très haute sensibilité, c'est à dire fonctionnant avec une valeur minimale d'ampères-tours générant cependant au niveau d'au moins un entrefer une variation de flux suffisante pour contre balancer la force mécanique et provoquer le déplacement de la palette. En termes de relais, l'objectif est de maîtriser l'impédance de la bobine, qui dépend en fait de la valeur du circuit réluctant vu par la bobine.
A cet effet, l'actionneur de l'invention, comportant plus précisément un aimant permanent, une armature ferromagnétique constituant une boucle fermée, une palette créant deux entrefers avec l'armature et mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture, des moyens mécaniques de rappel de la palette en position d'ouverture et au moins un conducteur électrique apte à générer un flux magnétique dans l'actionneur, se caractérise à titre essentiel en ce que l'aimant, l'armature et la palette sont agencés de sorte que l'aimant génère des flux dans deux circuits magnétiques en parallèle comportant une portion de l'armature qui est saturée pour l'un au moins des circuits en parallèle, une branche commune comprenant l'aimant et une fraction de la palette séparée par un entrefer de ladite portion d'armature, et en ce que le ou les conducteurs sont aptes à générer, dans une boucle magnétique comportant la partie non saturée de l'armature, les entrefers et la palette, un flux qui s'additionne au flux créé par l'aimant dans un des entrefers et une des fractions de la palette, et s'y soustrait dans l'autre entrefer et l'autre fraction de la palette.
Le principe de la structure de l'invention consiste à générer une forte variation de flux sur la palette avec un minimum d'ampères-tours dans une portion du circuit magnétique global, en s'opposant au flux généré par l'aimant. Dans l'hypothèse de l'invention appliquée à un relais à bobine inductrice, la réluctance vue par la bobine dépend des réluctances des portions saturées, de la partie non saturée de l'armature et, dans une moindre mesure, des réluctances d'entrefer.
Compte tenu de la configuration du circuit magnétique de l'invention, si les réluctances des portions saturées sont petites devant celles des entrefers, la réluctance vue par la bobine sera sensiblement égale à la somme des réluctances des portions saturées et de la réluctance du reste de l'armature, qui sont connues, d'où la maîtrise recherchée de l'impédance de la bobine du relais. Selon une configuration possible, la palette peut être en forme de U dont les jambages sont placés de part et d'autre de l'aimant, leurs extrémités libres formant deux entrefers avec une partie de la boucle fermée de l'armature contenant les deux portions saturées conduisant chacune à la branche commune dotée de l'aimant permanent. Selon l'invention, la boucle magnétique fermée peut soit comporter une bobine enroulée autour d'une partie de la boucle fermée de l'armature distincte des circuits magnétiques parallèles, soit entourer au moins deux conducteurs d'alimentation d'un circuit électrique.
La boucle fermée de l'armature peut évidemment prendre diverses formes, par exemple rectangulaire, d'allure circulaire, etc.
Selon une possibilité, l'aimant permanent peut être solidarisé à l'armature ferromagnétique.
Par ailleurs, les portions saturées peuvent être constituées de zones de l'armature de section réduite par rapport au reste de l'armature. La configuration de l'invention conduit à une structure qui est non polarisée magnétiquement, puisqu'elle permet un déclenchement quelque soit le sens du courant dans le ou les conducteurs des moyens électriques.
L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence à des exemples illustrés par les figures annexées, pour lesquelles :
La figure 1 représente schématiquement une première forme possible d'actionneur pour l'invention ;
La figure 2 montre le schéma électromagnétique équivalent à la structure de la figure 1 ; et La figure 3 montre une variante de la figure 1.
En référence à la figure 1 , l'armature (1) forme une boucle fermée surmontée par une palette (2) à deux branches latérales (3, 4) au milieu desquelles se trouve un aimant permanent (5). L'armature (1) est parcourue par deux conducteurs (8, 9). Elle comporte par ailleurs au moins une zone saturée (6, 7) ou zone bouchon située au niveau ou à proximité de l'aimant
(5). Deux entrefers (10, 11) sont ménagés entre la palette (2) et l'armature (1 ).
Le fonctionnement magnétique est expliqué en figure 2. Sans défaut électrique, l'aimant (5) voit globalement deux branches de réluctances magnétiques en parallèle, correspondant à deux fractions de palettes respectivement parcourues par les flux phi1 et phi2. II génère alors dans chaque branche un flux magnétique tel que :
Rpal1(phi1) xphi1+ Rent1(phi1) x phi1+ Rmat_haut(phi1+phi2) x (phi1+phi2) + Rmat_bas(phi1 +phi2) x (phi1+phi2)+R1(phi1) x phi1 = Rpal2(phi2) x phi2 + Rent2(phi2) x phi2+ Rmat_haut(phi1+phi2) x (phi1+phi2) + Rmat_bas(phi1 +phi2) x (phi1+phi2) + R2(phi2) x phi2
avec phi1 +phi2 = flux généré par l'aimant (aux fuites magnétiques près). Dans cette hypothèse, l'aimant équilibre la valeur des flux pour équilibrer la valeur des réluctances. Les réluctances liées au matériau comme Rpal, R1 et R2 sont non linéaires et saturables. Les réluctances Rmat_haut et Rmat_bas peuvent représenter un entrefer et/ou un matériau magnétique saturable. Les réluctances Renti et Rent2 représentent l'entrefer équivalent existant entre la palette et l'armature. R1 et R2 sont saturées.
Lorsqu'un défaut électrique apparaît, les conducteurs ou la bobine (comme représenté) génèrent un flux magnétique Phi_bob dans la branche Rbas, flux qui parcourt la boucle maximisée contenant les entrefers (10, 11 ) et la palette (2).
Dans ce cas, le flux magnétique généré par les conducteurs va s'opposer à celui de l'aimant (5) sur une des surfaces polaires et va s'ajouter au flux de l'aimant pour l'autre surface polaire, comme le montrent les flèches apparaissant sur la figure 2.
La figure 3 montre une variante à la figure 1 , de forme différente et dans laquelle l'aimant n'est pas solidaire de l'armature (1 ), laquelle comporte une bobine (81) excitatrice. Le fonctionnement est cependant identique.
Bien d'autres configurations sont possibles, les exemples illustrés ne pouvant être considérés comme exhaustifs de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Actionneur électromagnétique à dérivation de flux comportant un aimant permanent (5), une armature ferromagnétique (1 ) constituant une boucle fermée, une palette (2) créant deux entrefers (10, 11 ) avec l'armature (1 ) et mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture, des moyens mécaniques de rappel de la palette en position d'ouverture et au moins un conducteur électrique (8, 8', 9) apte à générer un flux magnétique dans l'actionneur, caractérisé en ce que l'aimant (5), l'armature (1 ) et la palette (2) sont agencés de sorte que l'aimant (5) génère des flux dans deux circuits magnétiques en parallèle comportant une portion de l'armature (6, 7) qui est saturée pour l'un au moins des circuits en parallèle, une branche commune comprenant l'aimant (5) et une fraction de la palette séparée par un entrefer (10, 11) de ladite portion d'armature
(6, 7), et en ce que le ou les conducteurs (8, 8', 9) sont aptes à générer, dans une boucle magnétique comportant la partie non saturée de l'armature (1), les entrefers (10, 11 ) et la palette (2), un flux qui s'additionne au flux créé par l'aimant (5) dans un des entrefers (10, 11) et une des fractions de la palette (2), et s'y soustrait dans l'autre entrefer (11 , 10) et l'autre fraction de la palette (2).
2. Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la palette (2) est en forme de U dont les jambages (3, 4) sont placés de part et d'autre de l'aimant (5), leurs extrémités libres formant deux entrefers (10, 11 ) avec une partie de la boucle fermée de l'armature (1 ) contenant deux portions saturées (6, 7) conduisant chacune à la branche commune dotée de l'aimant permanent (5).
3. Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'aimant permanent (5) est solidarisé à l'armature ferromagnétique (1 ).
4. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les portions saturées (6, 7) sont constituées de zones de l'armature (1) de section réduite par rapport au reste de l'armature (1 ).
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