WO2020084220A1 - Actionneur bistable unipolaire de type balistique - Google Patents

Actionneur bistable unipolaire de type balistique Download PDF

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magnet
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Guillaume Loussert
Stéphane BIWERSI
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Moving Magnet Technologies
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Definitions

  • the present invention relates to the field of actuators having two stable positions in the absence of current.
  • Electromagnetic actuators are generally produced in a monostable manner, that is to say that the magnetic armature of the actuator - when it is not supplied with energy - has a single stable position without current.
  • This stable position is generally determined by the return force of a spring, while the transfer to the other extreme position on the stroke, called the switched position, is carried out by feeding the magnetic coil or the excitation winding of the electromagnet, according to a so-called "unipolar" power supply, that is to say which only needs one direction of circulation of the electric current.
  • This can be done with rudimentary, economical and easily accessible electronics, especially in an automotive electrical network.
  • the arrangement of the coils in the electrical phase is carried out in this known solution in such a way that the magnetic flux generated by the first coil is cut off from the currentless flow of the first remarkable magnetic circuit while the magnetic flux generated by the second coil is added to the currentless flow of the second remarkable magnetic circuit.
  • the actuator can be controlled using a bipolar current. The actuator is therefore single-phase and traversed by a bipolar current.
  • Such an actuator does have two stable positions without current, but requires reversing the direction of the control current to pass from one position to another, which implies the use of electronic circuits implementing several transistors power.
  • actuators operating with a unipolar supply and achieving two stable positions, for example as presented in application US20020149456 or, more recently, application DE102014216274. These requests address in particular the general problem of obtaining two stable positions without current consumption, while keeping a simple unipolar supply and retaining an electric actuator of the solenoid type accepting any direction of current in its coil but producing only a unidirectional force in each half of the stroke. Therefore, the control of these actuators must be done in a ballistic manner, that is to say by imparting a force limited in time and by counting on the kinetic energy transferred to the mobile to reach the opposite stable position.
  • a first drawback lies in the difficult assembly of the actuators and in particular the difficult indexing necessary between the solenoid type actuator on the one hand and the mechanical stability members (springs and / or balls) on the other hand . If we consider small strokes, typically a few tenths of a millimeter to a few millimeters, an indexing error between the movable member and the mechanical stability members implies for the actuator an asymmetry which can prevent ballistic functionality. If we imagine a realization in industrial production, incorporating manufacturing tolerances, the costs necessary to ensure these fine tolerances can prove to be prohibitive and minimize the advantage in using such actuators.
  • One of the objects of the invention is thus to propose an actuator which always meets the need for carrying out a bidirectional movement while keeping two stable end-of-travel positions and by using a single power supply of the unipolar type, while notably improving the solutions. of the prior art, by a more compact solution, more integrated and less sensitive to assembly tolerances.
  • Another object of the invention is to propose, thanks to the judicious integration of at least one permanent magnet, an actuator whose functionalities for maintaining a stable position and for leaving a stable position are achieved at least in part by said permanent magnet.
  • the invention relates, in its most general sense, to an actuator for controlling the movement of a member between two stable positions without current at these stroke ends, with an electrical command of the pulse type. without change of polarity_for the passage from one stable position to the other stable position, comprising a ferromagnetic moving mass, a stator comprising at least one coil of wires controlled electrically and fixed relative to the moving mass, at least two ferromagnetic poles fixed relative to said mobile mass and on either side of said mobile mass, characterized in that it comprises at least one magnet permanent attracting said mobile mass in order to achieve the two stable positions, in that said mobile mass defines with said ferromagnetic poles at least two variable air gaps during the movement of said mobile mass, in that said electrical control controls said at least one coil of generating a magnetic flux in a single direction (one-way / unidirectional), in that said moving mass, said at least one coil, said ferromagnetic poles and said at least one magnet constitute a magnetic circuit, in which the magnetic
  • the actuator comprises two stops limiting the movement of said moving mass, said stops being made of a soft ferromagnetic material, channeling the magnetic flux of said magnet and of said coil.
  • Said at least two air gaps are preferably arranged symmetrically with respect to the middle of said coil when the moving mass is centered on its stroke.
  • the actuator is associated with an electronic circuit generating, for the change of position of said movable mass from any one of the two stable positions towards the opposite stable position, an electrical pulse supplying said coil , with a constant polarity and a duration less than the travel time of said movable assembly between its original position and its opposite position.
  • the actuator comprises two coaxial coils connected together and producing magnetic fluxes in opposite directions.
  • said magnet is integral with the moving part or the stator.
  • the actuator further includes an electronic circuit controlling the duration of the electrical pulse from a table depending on the voltage of the power source and / or a table depending on the temperature. ambient.
  • the electrical pulse duration can also be a function of feedback given by a position sensor.
  • Said feedback can for example come from a counter-electromotive force measured by a secondary coil or from a level of current reached flowing through the supply coil. It can also come from a magnetosensitive probe detecting the intensity or the direction of the magnetic field emitted by said magnet.
  • FIG. 6 a perspective view of an exemplary embodiment of a device according to the invention having a rotary stroke
  • FIG. 1 a to 1 d An example of a device according to the invention is shown in Figures 1 a to 1 d, the views 1 b to 1 d being sectional views along the plane shown in Figure 1 a.
  • the device is a linear actuator of axisymmetric shape, but without the shape being limiting, a shape of a rectangular parallelepiped being also possible for example, as is a rotary configuration like that presented in FIG. 6.
  • the device described here comprises an axis (1) moving linearly and axially relative to the axisymmetric shape.
  • the axis is secured to a mobile mass (2) on which permanent magnets (3a, 3b) are positioned on both sides, axially, of the mobile mass (2) .
  • the axle (1), mobile mass (2) and permanent magnets (3a, 3b) assembly constitute a moving unit in translation and axially from a first position to a second position or vice versa.
  • the two extreme positions taken by this mobile assembly are presented in Figures 1c and 1d. These two positions are so-called stable positions, that is to say that they are held without current thanks to the permanent magnets (3a, 3b) against an external load or acceleration undergone by the device.
  • the mobile assembly moves relative to a stator assembly formed by a ferromagnetic sheath (4) and a flange (5) as well as by a coil (6) of wire made of an electrically conductive material, for example copper or aluminum.
  • the sheath (4) and the flange (5) surround the coil (6) in order to channel the magnetic field generated by the coil (6) when the latter is supplied with current and at less partially the magnetic field generated by the magnets (3a, 3b).
  • the moving assembly therefore moves relatively to the stator assembly by sliding on two bearings (7), on either side of the moving mass (2).
  • the stator assembly forms two ferromagnetic poles (15a, 15b) on either side of the moving mass (2) then forming two axial air gaps (1 1 a, 1 1 b) and two radial air gaps (12a, 12b).
  • the actuator has a symmetry such that, in the central position of the movable mass (2) on its stroke, the air gaps (1 1 a, 12a) on the one hand and (1 1 b, 12b) on the other share are identical.
  • the bearings (7) and the axis (1) are made of non-magnetic material, but it can also be envisaged to produce these elements from ferromagnetic material if there is a need to locally modify the force laws of the actuator or for reasons of mechanical resistance of the material.
  • the opening (9) is optional and here proposed to take the supply wires from the coil (6) longitudinally. The latter can just as radially exit from the sheath (4).
  • the flux of the permanent magnets (3a, 3b) is additive, that is to say that the direction of the arrows is in the same direction axially so that the fluxes of magnets (3a, 3b) are oppose that of the coil (6).
  • the moving element is in the first stable position - Figure 1c - or in the second stable position - Figure 1 d - the coil flow (6 ) is such that it always opposes the flow of magnets (3a, 3b).
  • opposite flow between magnet and coil means that, whatever the position of the moving mass (2), the flux of the magnet (3a, 3b) flowing through of the coil (6) - that is to say the one causing the proportional force - is opposed to the flow of the coil when the latter is supplied.
  • Another object of the invention is to add the force proportional to the force generated by the sole action of the coil (6) by variable reluctance between the mass mobile (2), the sleeve (4) and the flange (5).
  • the dimensioning of these elements is preferably done such that, when the mobile assembly is in the central position, or in the middle of the stroke as shown in FIG. 1b, the axial (1 1a, 1 1b) and radial (12a) air gaps , 12b) between the mobile mass (2) on the one hand and the sleeve (4) and the flange (5) on the other hand are identical on both sides of the mobile mass (2).
  • a device according to the invention provides significant improvements in terms of space, ease of assembly and efficiency of the actuator.
  • Figures 2a to 2d are examples of alternative embodiments, similar to the device shown in Figure 1b in terms of the moving mass (2), the coil (6), the axis (1) and bearings (7) but which differ as to the position of the permanent magnets (3a, 3b).
  • the permanent magnets (3a, 3b) are positioned on the stator assembly and not on the movable assembly, integral with the flange (5) on the one hand and the sleeve (4) on the other go.
  • the permanent magnets (3a, 3b) are positioned, integrated in the flange (5) and the sleeve (4) in the form, for example, of annular magnets preferably magnetized radially.
  • the permanent magnets (3a, 3b) must be magnetized so that the magnetic fluxes are additive, that is to say by means of an internal radial magnetization for a magnet (3a) and an external radial magnetization for the other magnet (3b).
  • the flow of the magnets (3a, 3b) thus always opposes the flow of the coil (6).
  • the sheath (4) makes all the ferromagnetic parts of the stator in one piece.
  • there is no axial opening for the wire outlet which can be done, for example radially (not shown here).
  • the magnets (3a, 3b) are positioned on the outside of the actuator at the sleeve (4), for example in the form of angular sectors or in the form of a ring between two parts of the sheath (4).
  • This embodiment makes it possible in particular to use a larger volume of magnet and therefore potentially greater efforts.
  • the direction of the magnetic flux generated by the magnets (3a, 3b) is still opposite to that of the flux generated by the coil (4) when the latter is supplied.
  • the permanent magnets are in the form of a single annular magnet (3a) axially magnetized and positioned inside the movable mass (2), for example as a layer of interposed material between two half-parts of the mobile mass (2) and always in such a way that its magnetic flux opposes that of the coil (6) when the latter is supplied.
  • Figure 3 shows an alternative embodiment comprising two coaxial coils (6a, 6b) which are connected to each other in series or parallel so as to obtain only two supply wires. These coils (6a, 6b) are positioned inside the magnetic sheath (4) on either side of a ferromagnetic pole piece (8).
  • the winding direction of the coils (6a, 6b) is alternated between each coil so that the magnetic fluxes generated by the two coils (6a, 6b) are opposite to each other, this in order to mainly generate a direction of magnetic field circulation of the coils (6a, 6b) as indicated by the dotted arrows.
  • the direction of circulation can be opposite if the direction of magnetization of the magnet (3a) is also opposite.
  • the pole piece (8) is indeed extended radially and internally by a magnet (3a), for example in the form of a ring whose magnetization is always such that the generated flux is opposed to the flow of the coils (6a, 6b), for example outgoing or incoming radial.
  • a magnet (3a) for example in the form of a ring whose magnetization is always such that the generated flux is opposed to the flow of the coils (6a, 6b), for example outgoing or incoming radial.
  • the ring can be replaced by an assembly of tiles or prisms whose magnetization is locally unidirectional in order to form, overall, a re-entrant or outgoing magnetization.
  • Figure 4 shows the typical force curves - in Newton ([N]) - generated by an actuator according to the invention, depending on the position of the moving mass (2) - in millimeter ([mm]) - without the forms or the amplitudes being limiting. Without current in the coil (6), the force (F0) applied to the moving mass (2) is negative to the left of the graph and positive to the right of the graph, denoting the two positions of stability without current.
  • the actuator it is therefore essential, in the invention, to associate the actuator with an electronic control of the voltage or of the current injected into the coil (6) which is synchronized with the movement of the moving mass (2) .
  • the stopping of the supply to the coil can be controlled, in a closed loop, by the position detection performed by a sensor (not shown) external or integrated into the actuator, as described below.
  • the power supply can also be stopped in an open loop thanks, for example, to a multi-dimensional table holding account for fluctuations in the supply voltage and external conditions, such as load or temperature.
  • Figure 5 shows that for two different control voltage levels - in Volt ([V]) - the supply time - in milliseconds ([ms]) - of the coil (6 ) is variable. For 9 Volts, this duration is greater than that required for a control voltage of 16 Volts. Consequently, the current forms - in Ampere ([A]) - are different although ultimately implying a neighboring mechanical energy even if not strictly equal given the non-homogeneous conditions between the two cases (speed, peak current level , ).
  • a device may advantageously integrate a current threshold detection function or the voltage induced by the coils (6a, 6b) themselves or by one or more other detection coils close to the coils (6a, 6b) and which are not supplied with voltage.
  • position detection can be performed when a voltage threshold induced in these detection coils is reached.
  • Detection can also be carried out by reaching a given value of current in the control coil (6a, 6b).
  • Figures 7a, 7b and 8 are other exemplary embodiments of linear actuators.
  • Figures 7a and 7b refer to two similar embodiments which differ in the orientation of the magnetization of the magnets (3a, 3b).
  • the magnetization is radial outward or inward while it has an angular orientation relative to the axis of displacement in FIG. 7b.
  • This angle here is close to 45 ° but this value is not limiting and serves in particular to increase the force due to the magnets to maximize the effort of stability on both sides of the race.
  • the stator structure differs from the previous ones in that it is constituted by a single sleeve (4) without flange, and by the fact that it has only radial air gaps (12a, 12b) without axial air gaps.
  • the orientation of the magnetization of the magnets (3a, 3b) is always such that the magnetic flux generated by the magnets (3a, 3b) always opposes that of the coil (6) regardless of the position of the mass. mobile (2).
  • FIG 7b there is also shown a magnetosensitive probe (14), for example Hall effect, detecting the magnetic induction at a given point whose position can be adjusted to optimize the signal, and whose intensity or the direction is progressive as a function of the position of the moving mass (2). It is specified that such a probe can be used in any other configuration presented in this document.
  • Figure 8 shows an even more compact embodiment using only magnet sectors (3a1, 3a2, 3b2) instead of annular magnet.
  • the magnet sectors (3a1, 3a2, 3b2) are thus embedded in the sheath (4) between poles (4a, 4b) of the sheath (4).
  • Figure 6 shows such a rotary actuator, the dotted line denoting the path followed by the moving mass (2), here integral with the magnets (3a, 3b).
  • the stator (13) made of ferromagnetic material, which replaces the sheath (4) and the flange (5), but keeping the same mechanical and magnetic function ensuring directly or indirectly via a bearing, the stops and the channeling of magnetic fluxes.
  • FIG. 9 schematically shows the control architecture which can be used to control an actuator according to the invention.
  • This architecture includes here, the actuator (ACT.) Which is possibly associated with a position sensor (SENS.) Which sends its signal to an electronic control circuit (ECU).
  • the electronic circuit (ECU) includes a table (TAB.) Which calculates, from the information battery supply voltage (BAT.) and ambient temperature (TEMP.), this pulse duration.
  • Figures 10a, 10b and 10c show three sectional views of three alternative embodiments of an actuator according to the invention.
  • the choice of using one or the other actuator from among these examples in FIGS. 10a, 10b, 10c will be dictated by the compromise between cost of production and desired performance.
  • the actuators shown in Figures 10a, 10b and 10c have common elements with in particular an axis (1) integral with two movable masses (2a, 2b) between which is positioned a permanent magnet (3), guided and sliding at the 'interior of two bearings (17).
  • This moving assembly moves between two stable end-of-travel positions delimited by two upper and lower flanges (5a, 5b) respectively, made integral by a sheath (4).
  • the moving masses (2a, 2b), the flanges (5a, 5b) and the sheath (4) are made of a soft ferromagnetic material in order to channel the magnetic field of the magnet (3) and of the coil (s) (6, 6a , 6b, 6c), the number of which differs according to the variants shown in these three figures.
  • the stroke ends are materialized either by contact of the mobile masses (2a, 2b) with, respectively, the flanges (5a, 5b) or by contact of the mobile masses (2a, 2b) with the guide bearings (17).
  • FIG. 10a there is only one coil (6) fixed on a coil body (16) and positioned in the vicinity of the transverse median plane of the actuator so that it is in looking, radially, at the moving masses (2a, 2b) in one or other of the end-of-travel positions.
  • FIG. 10a shows a "high" end of travel position and the moving mass (2b) is opposite, radially, from the coil (6).
  • Figure 10b there are two coils (6a, 6b) fixed on a coil body (16) and positioned on either side of the transverse median plane of the actuator so that they are opposite, radially, the moving masses (2a, 2b) in one or the other of the end-of-travel positions.
  • Figure 10b shows a "low" end-of-travel position and the moving mass (2b) faces, radially, the low spool (6b).
  • Figure 10c there are three coils (6a, 6b, 6c) fixed on a coil body (16) and positioned in the vicinity of the transverse median plane of the actuator for the coil (6c) and share d 'other of said median plane for the coils (6a, 6b) so that they are facing, radially, moving masses (2a, 2b) in one or the other of the end positions.
  • Figure 10c shows a mid-stroke position. The reader will understand that in the "high" end position, the coils (6a, 6c) will be opposite the moving masses, respectively (2a, 2b) and that in the "low” end position, the coils (6c, 6b) will be opposite the moving masses, respectively (2a, 2b).

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Abstract

L'invention concerne un actionneur pour commander le déplacement d'un organe entre deux positions stables avec une commande électrique de type impulsionnelle sans changement de polarité, comportant : • une masse mobile (2) ferromagnétique, • au moins une bobine (6, 6a, 6b) de fils commandée électriquement et fixe par rapport à la masse mobile (2), • au moins deux pôles ferromagnétiques (15a, 15b) fixes par rapport à ladite masse mobile (2) et de part et d'autre de ladite masse mobile (2). Ledit actionneur comprend au moins un aimant permanent (3a, 3b) attirant ladite masse mobile (2) afin de réaliser les deux positions stables, ladite masse mobile (2) définissant avec lesdits pôles ferromagnétiques (15a, 15b) au moins deux entrefers variables (11a, 11b, 12a, 12b) lors du déplacement de l'équipage mobile, le flux magnétique dudit aimant permanent (3a, 3b) s'opposant au flux magnétique généré par ladite au moins une bobine (6, 6a, 6b) quelle que soit la position de la masse mobile (2).

Description

ACTIONNEUR BISTABLE UNIPOLAIRE DE TYPE BALISTIQUE
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
[0001] La présente invention concerne le domaine des actionneurs présentant deux positions stables en l’absence de courant.
[0002] Les actionneurs électromagnétiques sont généralement réalisés de manière monostable, c'est-à-dire que l'induit magnétique de l'actionneur - lorsqu'il n'est pas alimenté en énergie - présente une seule position stable sans courant. Cette position stable est généralement déterminée par la force de rappel d'un ressort, tandis que le transfert dans l'autre position extrême sur la course, appelée position commutée, est réalisé en alimentant la bobine magnétique ou le bobinage d'excitation de l'électroaimant, selon une alimentation dite « unipolaire », c’est-à- dire qui n’a besoin que d’un seul sens de circulation du courant électrique. Cela est faisable avec une électronique rudimentaire, économique et accessible facilement, notamment dans un réseau électrique automobile.
[0003]Afin de maintenir l'induit magnétique en position de commutée, la bobine magnétique doit être alimentée en permanence en courant, sans pour autant produire de travail mécanique. Il en résulte une perte d'énergie et un échauffement de l'actionneur. [0004] Pour éviter cet inconvénient, il est aussi bien connu d’utiliser des solutions d’actionneurs bistables où l'armature magnétique reste toujours dans l'une des deux positions extrêmes sans apport d’énergie, généralement à l’aide d’aimants permanents, jusqu'à ce qu'elle soit transférée dans l'autre position par un apport temporaire de courant à la bobine magnétique et elle y reste alors sans que la bobine ne soit alimentée. L'énergie n'est nécessaire que pour transférer l'armature magnétique dans l'une des deux positions extrêmes et l'énergie est largement convertie en travail mécanique. Ces solutions requièrent par contre une alimentation de type bipolaire, c’est-à-dire que le sens du courant est différent selon que l’on souhaite se déplacer d’une première position stable vers la deuxième position stable ou que l’on souhaite se déplacer de la deuxième position stable vers la première position stable. Cette bipolarité du courant nécessite cependant une architecture électronique plus complexe et coûteuse que dans le cas unipolaire car il faut généralement intégrer plusieurs transistors de commutation (selon un montage qu’on appelle typiquement « pont en H ») et la disponibilité de telles architectures peut se révéler problématique dans un réseau électrique automobile, notamment lorsqu’il faut multiplier les fonctions et donc la disponibilité de cette architecture.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[0005]0n connaît dans l’état de la technique le brevet européen EP1875480 de la demanderesse concernant un actionneur électromagnétique constitué d'un ensemble mobile, d'un ensemble statorique ferromagnétique fixe comportant au moins une bobine d'excitation électrique et au moins un aimant permanent possédant deux positions d'équilibre stables sans courant à ses extrémités de course, caractérisé en ce que l'ensemble mobile présente deux armatures ferromagnétiques distinctes distribuées de part et d'autre de l'ensemble statorique et formant chacune, avec ledit ensemble statorique, au moins un circuit magnétique, et en ce que l'aimant permanent est apte à coopérer magnétiquement avec l'une et l'autre des parties ferromagnétiques mobiles en position d'équilibre stable sans courant de maintien en extrémité de course. Selon une variante, l'agencement des bobines dans la phase électrique est réalisé dans cette solution connue de telle façon que le flux magnétique généré par la première bobine vienne se retrancher au flux sans courant du premier circuit magnétique remarquable alors que le flux magnétique généré par la seconde bobine vient s'additionner au flux sans courant du second circuit magnétique remarquable. L'actionneur peut être piloté à l'aide d'un courant bipolaire. L'actionneur est donc monophasé et parcouru par un courant bipolaire.
[0006] Un tel actionneur présente bien deux positions stables sans courant, mais nécessite une inversion du sens du courant de commande pour passer d’une position à l’autre, ce qui implique l’utilisation de circuits électroniques mettant en œuvre plusieurs transistors de puissance. [0007] Il a été proposé des actionneurs fonctionnant avec une alimentation unipolaire et réalisant deux positions stables, par exemple tels que présentés dans la demande US20020149456 ou, plus récemment, la demande DE102014216274. Ces demandes adressent notamment la problématique générale d’obtenir deux positions stables sans consommation de courant, tout en gardant une simple alimentation unipolaire et en conservant un actionneur électrique de type solénoïde acceptant n’importe quel sens de courant dans sa bobine mais ne produisant qu’une force unidirectionnelle dans chaque moitié de course. De ce fait, le pilotage de ces actionneurs doit se faire de manière balistique, c’est-à-dire en imprimant un effort limité dans le temps et en comptant sur l’énergie cinétique transférée au mobile pour atteindre la position stable opposée.
[0008] Pour réaliser les positions stables, ces demandes proposent l’utilisation d’éléments mécaniques soit sous la forme de ressorts dits « cloquants », c’est-à- dire réalisant un certain travail mécanique positif ou négatif suivant le sens dans lequel ils travaillent, soit sous la forme de coincement d’une bille dans une fente, de type « poussoir à ressort ».
INCONVENIENTS DE L’ART ANTERIEUR
[0009] Les documents de l’art antérieur résolvent le problème général d’obtenir un actionneur à deux positions stables sans courant et un actionnement pilotable avec un courant unipolaire. Cependant, toutes ces solutions présentent des défauts inhérents aux principes même des systèmes mécaniques utilisés pour générer ces positions stables ou des systèmes nécessitant une alimentation dont la polarité est inversible.
[0010] En effet, un premier inconvénient réside dans le difficile assemblage des actionneurs et notamment la difficile indexation nécessaire entre l’actionneur de type solénoïde d’une part et les organes de stabilité mécanique (ressorts et/ou billes) d’autre part. Si l’on considère des courses faibles, typiquement quelques dixièmes de millimètres à quelques millimètres, une erreur d’indexation entre l’organe mobile et les organes de stabilité mécanique implique pour l’actionneur une asymétrie qui peut empêcher la fonctionnalité balistique. Si on imagine une réalisation en production industrielle, incorporant des tolérances de fabrication, les coûts nécessaires pour assurer ces tolérances fines peuvent s’avérer rédhibitoires et minimiser l’avantage à utiliser de tels actionneurs.
[0011] De plus, bien que les solutions de l’art antérieur présentent une certaine compacité, elles présentent toujours l’inconvénient de séparer les fonctions sans assurer une intégration réussie de ces différentes fonctions. Par exemple, l’actionneur solénoïde est seul responsable de l’initiation du mouvement, puis les organes de stabilité mécanique (ressort et/ou billes) sont les seuls responsables de la réalisation et du maintien des positions stables. EXPOSE DE L’INVENTION
[0012] Un des objets de l’invention est ainsi de proposer un actionneur répondant toujours au besoin de réaliser un mouvement bidirectionnel en gardant deux positions stables de fin de course et en utilisant une seule alimentation de type unipolaire, tout en améliorant notablement les solutions de l’art antérieur, par une solution plus compacte, plus intégrée et moins sensible aux tolérances d’assemblage.
[0013] Un autre des objets de l’invention est de proposer, grâce à l’intégration judicieuse d’au moins un aimant permanent, un actionneur dont les fonctionnalités de maintien de position stable et de sortie de position stable sont réalisées au moins en partie par ledit aimant permanent.
[0014] Afin de répondre à ces problèmes techniques, l’invention concerne selon son acception la plus générale un actionneur pour commander le déplacement d’un organe entre deux positions stables sans courant à ces extrémités de course, avec une commande électrique de type impulsionnelle sans changement de polarité_pour le passage d’une position stable à l’autre position stable,, comportant une masse mobile ferromagnétique, un stator comprenant au moins une bobine de fils commandée électriquement et fixe par rapport à la masse mobile, au moins deux pôles ferromagnétiques fixes par rapport à ladite masse mobile et de part et d’autre de ladite masse mobile, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un aimant permanent attirant ladite masse mobile afin de réaliser les deux positions stables, en ce que ladite masse mobile définit avec lesdits pôles ferromagnétiques au moins deux entrefers variables lors du déplacement de ladite masse mobile, en ce que ladite commande électrique commande ladite au moins une bobine de générer un flux magnétique dans une direction unique (de sens unique/unidirectionnel), en ce que ladite masse mobile, ladite au moins une bobine, lesdits pôles ferromagnétiques et ledit au moins un aimant constituent un circuit magnétique, dans lequel le flux magnétique dudit aimant permanent s’oppose au flux magnétique généré par ladite au moins une bobine quelle que soit la position de la masse mobile.
[0015] Préférentiellement, l’actionneur comprend deux butées limitant le déplacement de ladite masse mobile, lesdites butées étant en un matériau ferromagnétique doux, canalisant le flux magnétique dudit aimant et de ladite bobine. Lesdits au moins deux entrefers sont disposés préférentiellement symétriquement par rapport au milieu de ladite bobine lorsque la masse mobile est centrée sur sa course.
[0016] Préférentiellement encore, l’actionneur est associé à un circuit électronique générant, pour le changement de position de ladite masse mobile de l’une quelconque des deux positions stables vers la position stable opposée, une impulsion électrique d’alimentation de ladite bobine, avec une polarité constante et une durée inférieure au temps de déplacement dudit équipage mobile entre sa position d’origine et sa position opposée.
[0017] Dans un mode particulier de réalisation, l’actionneur comporte deux bobines coaxiales reliées entre elles et produisant des flux magnétiques de sens opposés.
[0018] Préférentiellement, ledit aimant est solidaire de l’équipage mobile ou du stator.
[0019] Avantageusement, l’actionneur comporte en outre un circuit électronique commandant la durée d’impulsion électrique à partir d’une table fonction de la tension de la source d’alimentation et/ou d’une table fonction de la température ambiante. La durée d’impulsion électrique peut aussi être fonction d’un retour d’information donné par un capteur de position.
[0020] Ledit retour d’information peut par exemple être issu d’une force contre- électromotrice mesurée par une bobine secondaire ou d’un niveau de courant atteint parcourant la bobine d’alimentation. Il peut aussi être issu d’une sonde magnétosensible détectant l’intensité ou la direction du champ magnétique émis par ledit aimant.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0021] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture d’exemples de réalisation détaillés, en référence aux figures annexées qui représentent respectivement :
- les figures 1 a et 1 b, deux vues respectivement de dessus et en coupe longitudinale d’un dispositif selon un premier mode de réalisation de l’invention, présentant une seule bobine ;
- les figures 1 c et 1 d, deux vues en coupe longitudinales du dispositif de la figure 1 b, dans les deux positions extrêmes de stabilité ;
- les figures 2a à 2d, des vues en coupe longitudinale de modes de réalisation alternatifs au dispositif de la figure 1 ;
- la figure 3, une vue en coupe longitudinale d’un autre mode de réalisation de l’invention, présentant deux bobines ;
- la figure 4, un graphique montrant l’évolution typique des différentes composantes de la force générée par un dispositif selon l’invention ;
- la figure 5, un graphique montrant l’évolution typique des tensions de commande et des courants correspondants appliqués à un dispositif selon l’invention ;
- la figure 6, une vue en perspective d’un exemple de réalisation d’un dispositif selon l’invention présentant une course rotative ;
- les figures 7a, 7b, deux vues en coupe longitudinale, de deux autres exemples de réalisation d’un dispositif selon l’invention présentant une course linéaire ; - la figure 8, une vue en perspective et en coupe partielle d’un autre exemple de réalisation d’un dispositif selon l’invention présentant une course linéaire ;
- la figure 9, une vue schématique de l’architecture de pilotage d’un actionneur selon l’invention ;
- les figures 10a, 10b et 10c, trois vues en coupe de trois modes de réalisation alternatifs d’un actionneur selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION
[0022] Un exemple de dispositif selon l’invention est montré en figures 1 a à 1 d, les vues 1 b à 1 d étant des vues en coupe selon le plan montré en figure 1 a. Dans cet exemple de réalisation, le dispositif est un actionneur linéaire de forme axisymétrique, mais sans que la forme ne soit limitative, une forme de parallélépipède rectangle étant aussi possible par exemple, de même qu’une configuration rotative comme celle présentée en figure 6.
[0023] Le dispositif décrit ici comprend un axe (1 ) se déplaçant linéairement et axialement relativement à la forme axisymétrique. Sur la vue de la figure 1 b, l’axe est solidaire d’une masse mobile (2) sur laquelle sont positionnés des aimants permanents (3a, 3b) de part et d’autre, axialement, de la masse mobile (2). L’ensemble axe (1 ), masse mobile (2) et aimants permanents (3a, 3b) constituent un équipage mobile en translation et axialement depuis une première position vers une deuxième position ou inversement. Les deux positions extrêmes prises par cet équipage mobile sont présentées en figures 1c et 1 d. Ces deux positions sont des positions dites stables, c’est-à-dire qu’elles sont tenues sans courant grâce aux aimants permanents (3a, 3b) contre une charge extérieure ou accélération subie par le dispositif.
[0024] L’équipage mobile se déplace relativement à un ensemble statorique formé par un fourreau (4) et un flasque (5) ferromagnétiques ainsi que par une bobine (6) de fil en un matériau conducteur d’électricité, par exemple en cuivre ou aluminium. Le fourreau (4) et le flasque (5) entourent la bobine (6) afin de canaliser le champ magnétique généré par la bobine (6) lorsque celle-ci est alimentée en courant et au moins en partie le champ magnétique généré par les aimants (3a, 3b). L’équipage mobile se déplace donc relativement à l’ensemble statorique en glissant sur deux paliers (7), de part et d’autre de la masse mobile (2). L’ensemble statorique forme deux pôles ferromagnétiques (15a, 15b) de part et d’autre de la masse mobile (2) formant alors deux entrefers (1 1 a, 1 1 b) axiaux et deux entrefers radiaux (12a, 12b). Préférentiellement, l’actionneur présente une symétrie telle que, dans la position centrale de la masse mobile (2) sur sa course, les entrefers (1 1 a, 12a) d’une part et (1 1 b, 12b) d’autre part sont identiques.
[0025] De préférence, les paliers (7) et l’axe (1 ) sont en matériau amagnétique, mais il peut aussi être envisagé de réaliser ces éléments en matériau ferromagnétique s’il y a besoin de modifier localement les lois de force de l’actionneur ou pour des raisons de résistance mécanique du matériau. Afin de minimiser les chocs mécaniques au niveau des aimants, il est proposé ici, mais de manière non limitative, de réaliser la butée mécanique par contact de la masse mobile (2) sur les paliers (7), au niveau de zones de contact (10), montrées en figures 1 c et 1 d, entre ces deux éléments. L’ouverture (9) est optionnelle et ici proposée pour sortir les fils d’alimentation de la bobine (6) longitudinalement. Ces derniers peuvent tout autant sortir radialement du fourreau (4).
[0026]Sur la figure 1 b, les flèches pointillées montrent le sens de circulation du flux magnétique généré par la bobine (6) lorsque celle-ci est alimentée, alors que les flèches pleines montrent le sens d’orientation du flux magnétique généré par les aimants (3a, 3b). Dans l’ensemble des réalisations de dispositifs selon l’invention, il est primordial que les sens de circulation des flux magnétiques générés par les aimants soient opposés à celui généré par la bobine (6), et ce, quelle que soit la position de l’équipage mobile. Il est donc important pour l’invention, de donner et choisir un sens unique de bobinage et d’alimentation en tension ou courant à la bobine (6) en accord avec cette circulation de flux magnétique. Dans ce premier mode de réalisation, le flux des aimants permanents (3a, 3b) est additif, c’est à dire que la direction des flèches est dans le même sens axialement afin que les flux d’aimants (3a, 3b) s’opposent à celui de la bobine (6). [0027] En effet, et c’est un des objets de l’invention, que l’équipage mobile soit dans la première position stable - figure 1c - ou dans la deuxième position stable - figure 1 d - le flux de bobine (6) est tel qu’il s’oppose toujours au flux des aimants (3a, 3b). De cette manière il est généré un effort, qui s’ajoute à celui crée par la réluctance variable dû à la bobine, issu de la mutuelle action des flux de bobine (6) et d’aimants (3a, 3b) et proportionnel à la rémanence des aimants (3a, 3b) et au courant dans la bobine (6), tel qu’une force d’arrachement de la position stable tend à amener l’équipage mobile vers la position médiane. Il en résulte que cet effort proportionnel, comme l’effort de réluctance variable, s’annule au milieu de la course. [0028] Dans le texte, on entend par « flux opposé entre aimant et bobine », le fait que, quelle que soit la position de la masse mobile (2), le flux de l’aimant (3a, 3b) circulant au travers de la bobine (6) - c’est à dire celui à l’origine de l’effort proportionnel - est opposé au flux de la bobine quand celle-ci est alimentée.
[0029] En figure 1c, présentant la première position stable sans courant prise par la masse mobile (2), l’entrefer axial (11 a) est minimisé, nul ou réduit à une fine lame d’air, alors que l’entrefer axial (11 b) est maximisé. Dans ces deux entrefers, lorsqu’un courant parcourt la bobine (6), le flux magnétique généré par les aimants (3a, 3b) s’oppose au flux magnétique généré par la bobine (6). Par un déséquilibre des entrefers et des réluctances, la masse mobile (2) est chassée de sa position stable.
[0030] En figure 1d, présentant la deuxième position stable sans courant prise par la masse mobile (2), l’entrefer axial (11a) est maximisé, alors que l’entrefer axial (11 b) est minimisé, nul ou réduit à une fine lame d’air. Dans ces deux entrefers, lorsqu’un courant parcourt la bobine (6), le flux magnétique généré par les aimants (3a, 3b) s’oppose au flux magnétique généré par la bobine (6). Par un déséquilibre des entrefers et des réluctances, la masse mobile (2) est chassée de sa position stable.
[0031] Un autre objet de l’invention est d’additionner l’effort proportionnel à la force générée par la seule action de la bobine (6) par réluctance variable entre la masse mobile (2), le fourreau (4) et le flasque (5). Le dimensionnement de ces éléments est fait préférentiellement tel que, lorsque l’équipage mobile est en position centrale, ou au milieu de la course comme montré en figure 1 b, les entrefers axiaux (1 1 a, 1 1 b) et radiaux (12a, 12b) entre la masse mobile (2) d’une part et le fourreau (4) et le flasque (5) d’autre part sont identiques de part et d’autre de la masse mobile (2). Il est aussi précisé que l'utilisation d’un fourreau (4) et d’un flasque (5) en particulier n’est pas absolument nécessaire, du moment que la canalisation des flux magnétiques est réalisée par une enveloppe ferromagnétique, quelle qu’elle soit. Il est aussi précisé qu’une dissymétrie des différents entrefers en position centrale est possible si l’on souhaite donner un comportement asymétrique à l’actionneur.
[0032] Par l’utilisation d’aimants permanents pour réaliser les fonctions de position stable et aussi la force de sortie des positions stables - ou force d’arrachement - un dispositif selon l’invention apporte des améliorations notables en termes d’encombrement, de facilité d’assemblage et d’efficacité de l’actionneur.
[0033] Les figures 2a à 2d sont des exemples de réalisations alternatives, semblables au dispositif présenté en figure 1 b pour ce qui est de la masse mobile (2), de la bobine (6), de l’axe (1 ) et des paliers (7) mais qui diffèrent quant à la position des aimants permanents (3a, 3b).
[0034] En figure 2a, les aimants permanents (3a, 3b) sont positionnés sur l’ensemble statorique et non pas sur l’équipage mobile, solidaires du flasque (5) d’une part et du fourreau (4) d’autre part.
[0035] En figure 2b, les aimants permanents (3a, 3b) sont positionnés, intégrés dans le flasque (5) et le fourreau (4) sous forme, par exemple, d’aimants annulaires aimantés préférentiellement radialement. Afin de respecter l’invention dans ce mode de réalisation à une bobine, les aimants permanents (3a, 3b) doivent être aimantés de manière à ce que les flux magnétiques soient additifs, c’est-à-dire grâce à une aimantation radiale intérieure pour un aimant (3a) et une aimantation radiale extérieure pour l’autre aimant (3b). Le flux des aimants (3a, 3b) s’oppose ainsi toujours au flux de la bobine (6). Sur cette figure, il n’y a pas de flasque représenté, le fourreau (4) réalise l’ensemble des parties ferromagnétiques du stator en une seule pièce. De plus, il n’y a pas d’ouverture axiale pour la sortie de fils, celle-ci pouvant se faire, par exemple radialement (non montrée ici).
[0036] En figure 2c, les aimants (3a, 3b) sont positionnés sur l’extérieur de l’actionneur au niveau du fourreau (4), par exemple sous la forme de secteurs angulaires ou sous la forme d’un anneau entre deux parties du fourreau (4). Cette réalisation permet notamment d’utiliser un volume d’aimant plus important et donc des efforts potentiellement plus importants. La direction du flux magnétique généré par les aimants (3a, 3b) est encore opposée à celle du flux généré par la bobine (4) lorsque celle-ci est alimentée.
[0037] En figure 2d, les aimants permanents sont sous la forme d’un seul aimant annulaire (3a) aimanté axialement et positionné à l’intérieur de la masse mobile (2), par exemple en tant qu’une couche de matière intercalée entre deux demi-parts de la masse mobile (2) et toujours de telle manière à ce que son flux magnétique s’oppose à celui de la bobine (6) lorsque celle-ci est alimentée.
[0038] Il est précisé que ces réalisations alternatives du premier mode de réalisation ne sont pas limitatives et sont données à titre d’exemples.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION SECONDAIRE
[0039] La figure 3 présente une alternative de réalisation comprenant deux bobines (6a, 6b) coaxiales qui sont reliées l’une à l’autre en série ou parallèle afin d’obtenir uniquement deux fils d’alimentation. Ces bobines (6a, 6b) sont positionnées à l’intérieur du fourreau magnétique (4) de part et d’autre d’une pièce polaire (8) ferromagnétique. Le sens de bobinage des bobines (6a, 6b) est alterné entre chaque bobine de manière à ce que les flux magnétiques générés par les deux bobines (6a, 6b) soient opposés l’un à l’autre, ceci afin de générer majoritairement un sens de circulation de champ magnétique des bobines (6a, 6b) comme indiqué par les flèches pointillées. Le sens de circulation peut être opposé si le sens de l’aimantation de l’aimant (3a) est aussi opposé. [0040] Dans cette réalisation, la pièce polaire (8) est en effet prolongée radialement et intérieurement par un aimant (3a), par exemple sous la forme d’un anneau dont l’aimantation est toujours telle que le flux généré s’oppose au flux des bobines (6a, 6b), par exemple radiale sortante ou rentrante. Il est précisé que l’anneau peut être remplacé par un assemblage de tuiles ou de prismes dont l’aimantation est localement unidirectionnelle afin de former, globalement, une aimantation rentrante ou sortante.
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UN DISPOSITIF SELON L’INVENTION
[0041] La figure 4 présente les courbes de force typiques - en Newton ([N]) - générées par un actionneur selon l’invention, en fonction de la position de la masse mobile (2) - en millimètre ([mm]) - sans que les formes ni les amplitudes ne soient limitatives. Sans courant dans la bobine (6), la force (F0) appliquée à la masse mobile (2) est négative à gauche du graphique et positive à la droite du graphique, dénotant les deux positions de stabilité sans courant. Avec courant, si l’on décompose les efforts appliqués à la masse mobile (2), on retrouve une première composante (Fnl) qui correspond à l’action proportionnelle des aimants (3a, 3b) et du courant injecté dans la bobine (6) et une deuxième composante (Fnl2) qui correspond à l’action de la réluctance variable entre le fourreau (4), le flasque (5) et la masse mobile (5) sous l’action du seul courant. Ces deux dernières courbes ont une évolution semblable, et donc l’action conjointe donne une force positive à gauche du graphique et négative à droite du graphique, dénotant la capacité accrue à sortir des positions stables pour déplacer l’équipage mobile vers le milieu de la course où les forces diminuent pour s’annuler.
[0042] Il est ainsi primordial, dans l’invention, d’associer l’actionneur à une électronique de commande de la tension ou du courant injecté à la bobine (6) qui soit synchronisée avec le déplacement de la masse mobile (2). Idéalement, l’arrêt de l’alimentation de la bobine peut être commandé, en boucle fermée, par la détection de position réalisée par un capteur (non montré) extérieur ou intégré à l’actionneur, comme décrit ci-après. L’arrêt de l’alimentation peut aussi être réalisé en boucle ouverte grâce, par exemple, à une table à plusieurs dimensions tenant compte des fluctuations de la tension d’alimentation et des conditions extérieures, comme la charge ou la température.
[0043]A titre d’exemple, la figure 5 montre que pour deux niveaux de tension de commande différents - en Volt ([V]) - la durée d’alimentation - en milliseconde ([ms]) - de la bobine (6) est variable. Pour 9 Volts, cette durée est supérieure à celle nécessaire pour une tension de commande de 16 Volts. En conséquence, les formes de courant - en Ampère ([A]) - sont différentes bien qu’impliquant au final une énergie mécanique voisine même si non strictement égale étant données les conditions non homogènes entre les deux cas (vitesse, niveau de courant pic, ...).
[0044] Dans le cas de l’utilisation en boucle fermée d’une information de position ou d’atteinte d’un seuil de courant, un dispositif selon l’invention pourra avantageusement intégrer une fonction de détection de seuil de courant ou de la tension induite grâce aux bobines (6a, 6b) elles-mêmes ou à une ou plusieurs autres bobines de détection voisines des bobines (6a, 6b) et qui ne sont pas alimentées en tension. Par exemple, la détection de position peut être réalisée lors de l’atteinte d’un seuil de tension induite dans ces bobines de détection. La détection peut aussi être réalisée par l’atteinte d’une valeur donnée de courant dans la bobine (6a, 6b) de commande.
[0045] Les figures 7a, 7b et 8 sont d’autres exemples de réalisation d’actionneurs linéaires. Les figures 7a et 7b font référence à deux réalisations similaires qui se différencient par l’orientation de l’aimantation des aimants (3a, 3b). En figure 7a, l’aimantation est radiale sortant ou rentrante alors qu’elle présente une orientation angulaire par rapport à l’axe de déplacement en figure 7b. Cet angle est ici voisin de 45° mais cette valeur n’est pas limitative et sert à augmenter notamment la force due aux aimants pour maximiser l’effort de stabilité des deux côtés de la course. La structure statorique se distingue des précédentes en ce qu’elle est constituée par un fourreau (4) unique sans flasque, et par le fait qu’elle présente uniquement des entrefers radiaux (12a, 12b) sans entrefers axiaux. Les pôles ferromagnétiques (15a, 15b) formés par le fourreau (4), unique et sans flasque ici, forment ces entrefers (12a, 12b) et servent à recevoir, sur leur extension axiale, les aimants (3a, 3b). L’orientation de l’aimantation des aimants (3a, 3b) est toujours telle que le flux magnétique généré par les aimants (3a, 3b) s’oppose toujours à celui de la bobine (6) quelle que soit la position de la masse mobile (2).
[0046]Sur la figure 7b, est représentée aussi une sonde magnétosensible (14), par exemple à effet Hall, détectant l’induction magnétique en un point donné dont la position peut être ajustée pour optimiser le signal, et dont l’intensité ou la direction est évolutive en fonction de la position de la masse mobile (2). Il est précisé qu’une telle sonde peut être utilisée dans n’importe quelle autre configuration présentée dans ce document. [0047] La figure 8 présente une réalisation encore plus compacte n’utilisant que des secteurs d’aimant (3a1 , 3a2, 3b2) à la place d’aimant annulaire. Les secteurs d’aimant (3a1 , 3a2, 3b2) sont ainsi encastrés dans le fourreau (4) entre des pôles (4a, 4b) du fourreau (4).
[0048] L’ensemble des exemples présentés font référence à un actionneur linéaire mais il est précisé que l’invention peut tout à fait s’envisager pour un actionneur rotatif ou curviligne en appliquant les enseignements présentés ci-dessus.
[0049]A titre d’exemple, la figure 6 présente un tel actionneur rotatif, la ligne pointillée dénotant la trajectoire suivie par la masse mobile (2), ici solidaire des aimants (3a, 3b). On retrouve les éléments et fonctionnalités identiques à ceux décrits plus haut pour les cas linéaires, la plus grande différence étant ici le stator (13) en matériau ferromagnétique, qui se substitue au fourreau (4) et au flasque (5), mais gardant la même fonction mécanique et magnétique d’assurer directement ou indirectement via un palier, les butées et la canalisation des flux magnétiques.
[0050] La figure 9 montre schématiquement l’architecture de commande qui peut être utilisée pour piloter un actionneur selon l’invention. Cette architecture comprend ici, l’actionneur (ACT.) auquel est éventuellement associé un capteur de position (SENS.) qui envoie son signal à un circuit électronique de commande (ECU). Afin de calibrer au mieux la durée d’impulsion envoyée à l’actionneur (ACT.), le circuit électronique (ECU) comprend une table (TAB.) qui calcule, à partir des informations de tension d’alimentation batterie (BAT.) et de température ambiante (TEMP.), cette durée d’impulsion.
[0051] Les figures 10a, 10b et 10c représentent trois vues en coupe de trois modes de réalisation alternatifs d’un actionneur selon l’invention. Le choix d’utilisation de l’un ou l’autre actionneur parmi ces exemples des figures 10a, 10b, 10c sera dicté par le compromis entre coût de réalisation et performance souhaité.
[0052] Les actionneurs présentés en figures 10a, 10b et 10c présentent des éléments communs avec notamment un axe (1 ) solidaire de deux masses mobiles (2a, 2b) entre lesquelles est positionné un aimant permanent (3), guidé et coulissant à l’intérieur de deux paliers (17). Cet équipage mobile se déplace entre deux positions stables de fin de course délimitées par deux flasques (5a, 5b) respectivement supérieur et inférieur, rendus solidaires par un fourreau (4). Les masses mobiles (2a, 2b), les flasques (5a, 5b) et le fourreau (4) sont en un matériau ferromagnétique doux afin de canaliser le champ magnétique de l’aimant (3) et du ou des bobines (6, 6a, 6b, 6c) dont le nombre diffère selon les variantes montrées en ces trois figures. Les extrémités de course sont matérialisées soit par contact des masses mobiles (2a, 2b) avec, respectivement, les flasques (5a, 5b) soit par contact des masses mobiles (2a, 2b) avec les paliers (17) de guidage.
[0053] En figure 10a, il n’y a qu’une seule bobine (6) fixée sur un corps de bobine (16) et positionnée au voisinage du plan médian transversal de l’actionneur de manière à ce qu’elle soit en regard, radialement, des masses mobiles (2a, 2b) dans l’une ou l’autre des positions de fin de course. Par exemple, la figure 10a montre une position de fin de course « haute » et la masse mobile (2b) est en regard, radialement, de la bobine (6).
[0054] En figure 10b, il y a deux bobines (6a, 6b) fixées sur un corps de bobine (16) et positionnées de part et d’autre du plan médian transversal de l’actionneur de manière à ce qu’elles soient en regard, radialement, des masses mobiles (2a, 2b) dans l’une ou l’autre des positions de fin de course. Par exemple, la figure 10b montre une position de fin de course « bas » et la masse mobile (2b) est en regard, radialement, de la bobine basse (6b).
[0055] En figure 10c, il y a trois bobines (6a, 6b, 6c) fixées sur un corps de bobine (16) et positionnées au voisinage du plan médian transversal de l’actionneur pour la bobine (6c) et de part d’autre dudit plan médian pour les bobines (6a, 6b) de manière à ce qu’elles soient en regard, radialement, des masses mobiles (2a, 2b) dans l’une ou l’autre des positions de fin de course. Par exemple, la figure 10c montre une position de milieu de course. Le lecteur comprendra qu’en position de fin de course « haute », les bobines (6a, 6c) seront en regard des masses mobiles, respectivement (2a, 2b) et qu’en position de fin de course « bas », les bobines (6c, 6b) seront en regard des masses mobiles, respectivement (2a, 2b).

Claims

REVENDICATIONS
1. Actionneur pour commander le déplacement d’un organe entre deux positions stables sans courant à ses extrémités de course comportant :
• une commande électrique de type impulsionnelle pour le passage d’une position stable à l’autre position stable,
• une masse mobile (2) ferromagnétique,
• un stator comprenant au moins une bobine (6, 6a, 6b) de fils commandée par ladite commande électrique et fixe par rapport à la masse mobile (2),
• et au moins deux pôles ferromagnétiques (15a, 15b) fixes par rapport à ladite masse mobile (2) et de part et d’autre de ladite masse mobile (2), caractérisé en ce qu’il comprend
• au moins un aimant permanent (3a, 3b) attirant ladite masse mobile (2) afin de réaliser lesdites deux positions stables,
• en ce que ladite masse mobile (2) définit avec lesdits pôles ferromagnétiques (15a, 15b) au moins deux entrefers variables (11 a, 11 b, 12a, 12b) lors du déplacement de ladite masse mobile,
• en ce que ladite commande électrique est de type impulsionnelle sans changement de polarité afin de générer un flux magnétique dans une direction unique (de sens unique/unidirectionnel) dans ladite bobine,
• ladite masse mobile, ladite au moins une bobine, lesdits pôles ferromagnétiques et ledit au moins un aimant constituent un circuit magnétique, dans lequel le flux magnétique dudit aimant permanent (3a, 3b) s’oppose au flux magnétique généré par ladite au moins une bobine (6, 6a, 6b) quelle que soit la position de la masse mobile (2).
2. Actionneur bistable selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’il comprend deux butées limitant le déplacement de ladite masse mobile (2), lesdites butées étant en un matériau ferromagnétique doux, canalisant le flux magnétique dudit aimant (3a, 3b) et de ladite bobine (6, 6a, 6b).
3. Actionneur bistable selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu’il est associé à un circuit électronique (ECU) générant, pour le changement de position de ladite masse mobile (2) de l’une quelconque des deux positions stables vers la position stable opposée, une impulsion électrique d’alimentation de ladite bobine (2), avec une polarité constante et une durée inférieure au temps de déplacement dudit équipage mobile entre sa position d’origine et sa position opposée.
4. Actionneur bistable selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits au moins deux entrefers (11 a, 11 b, 12a, 12b) sont disposés symétriquement par rapport au milieu de ladite bobine (6) lorsque la masse mobile (2) est centrée sur sa course.
5. Actionneur bistable selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comporte deux bobines coaxiales (6a, 6b) reliées entre elles et produisant des flux magnétiques de sens opposés.
6. Actionneur bistable selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit aimant (3a, 3b) est solidaire de l’équipage mobile ou du stator.
7. Actionneur bistable selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comporte en outre un circuit électronique commandant la durée d’impulsion électrique à partir d’une table fonction de la tension de la source d’alimentation.
8. Actionneur bistable selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comporte en outre un circuit électronique commandant la durée d’impulsion électrique à partir d’une table fonction de la température ambiante.
9. Actionneur bistable selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il comporte en outre un circuit électronique commandant la durée d’impulsion électrique en fonction d’un retour d’information donné par un capteur de position.
10. Actionneur bistable selon la revendication précédente caractérisé en ce ledit retour d’information est issu d’une force contre-électromotrice mesurée par une bobine secondaire ou d’un niveau de courant atteint parcourant la bobine d’alimentation.
11. Actionneur bistable selon la revendication 9 caractérisé en ce ledit retour d’information est issu d’une sonde magnétosensible (14) détectant l’intensité ou la direction du champ magnétique émis par ledit aimant (3a, 3b).
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