FR2849101A1 - Actionneur electromagnetique de soupape bibobine a aimant permanent - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un actionneur électromagnétique de soupape bibobine à aimant permanent ayant un organe d'actionnement (11) mobile entre deux positions extrêmes sous l'effet d'un organe élastique (12, 13) et de deux bobines, au moins une bobine (21) étant associée à au moins un aimant permanent (25) agencé pour retenir l'organe d'actionnement (11) dans l'une des positions extrêmes à l'encontre de l'organe élastique (12,13) lorsque l'électroaimant (15) est inactif, la bobine (21) et l'aimant permanent (25) générant chacun un flux magnétique qui est canalisé par un noyau (18,22) pour se refermer dans l'organe d'actionnement (14), le noyau (18,22) définissant un chemin magnétique du flux magnétique (28,29) généré par la bobine (21) qui passe, à des pertes près, hors de l'aimant permanent (25).

Description

L'invention concerne un actionneur électromagnétique de soupape bibobine à

aimant permanent.

ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION On connait du document EP-A-1 174 595 des ac5 tionneurs électromagnétiques de soupape bibobine ayant un poussoir agissant sur la soupape et associé à une palette qui est mobile sous l'effet de deux électroaimants et de ressorts définissant un point d'équilibre du poussoir entre deux positions extrêmes correspondant aux po10 sitions d'ouverture et de fermeture de la soupape.

L'actionneur comprend des aimants permanents associés chacun à un des électroaimants et agencés pour agir sur la palette de façon à retenir le poussoir dans l'une des positions extrêmes à l'encontre de l'un des ressorts 15 lorsque l'électroaimant correspondant est inactif.

Les actionneurs de soupape sont appelés à fonctionner à des températures comprises entre 100 et 200 degrés Celsius environ Pour des températures de cet ordre, le cycle de magnétisation/démagnétisation des ai20 mants permanents présente une hystérésis importante, de sorte qu'à ces températures le flux nécessaire pour démagnétiser l'aimant permanent est plus faible que le flux nécessaire pour magnétiser l'aimant permanent.

Dans ces conditions, il existe donc un risque 25 que l'intensité du flux alternatif généré par l'électroaimant qui traverse l'aimant permanent se situe au dessus du seuil de démagnétisation de celui-ci, tout en étant en dessous du seuil de magnétisation, ce qui conduit à la démagnétisation progressive de l'aimant 30 permanent pendant le fonctionnement de l'actionneur.

Cette démagnétisation entraîne une diminution de la capacité des aimants à retenir la palette dans les positions extrêmes, et une augmentation de la consommation électrique des électroaimants qui doivent compenser la perte d'effort exercé par les aimants permanents.

Pour diminuer ce risque, il a été proposé dans le document JP 11-350929 de placer les aimants perma5 nents dans le noyau de l'électroaimant dans une position éloignée de la bobine de façon que les aimants permanents soient traversés par la partie la moins intense du flux alternatif généré par l'électroaimant De -la sorte, l'intensité du flux magnétique traversant l'aimant per10 manent est inférieure au seuil de démagnétisation de celui-ci, ce qui évite les inconvénients précités.

Néanmoins, le risque de démagnétisation n'est pas totalement éliminé, en particulier si l'actionneur est alimenté avec des courants supérieurs à ceux qui ont 15 été prévus lors de la conception de l'actionneur.

Il faut donc concevoir l'actionneur avec des marges de sécurité pénalisantes pour que l'intensité du flux traversant l'aimant permanent reste dans tous les cas inférieure au seuil de démagnétisation de celuici, 20 même pour des courants d'intensité élevée.

OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un actionneur électromagnétique de soupape qui peut être alimenté par un courant pouvant varier dans de larges plages, sans risquer 25 de démagnétiser les aimants permanents.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Selon l'invention, on propose un actionneur électromagnétique de soupape bibobine à aimant permanent ayant un organe d'actionnement mobile entre deux posi30 tions extrêmes sous l'effet d'un organe élastique et de deux bobines, au moins une bobine étant associée à au moins un aimant permanent agencé pour retenir l'organe d'actionnement dans l'une des positions extrêmes à l'encontre de l'organe élastique lorsque l'électroaimant est inactif, la bobine et l'aimant permanent générant chacun un flux magnétique qui est canalisé par un noyau pour se refermer dans l'organe d'actionnement, dans le5 quel le noyau définit un chemin magnétique du flux magnétique généré par la bobine qui passe, à des pertes près, hors de l'aimant permanent.

Ainsi, quelque soit l'intensité du courant d'alimentation de la bobine, l'aimant permanent n'est 10 traversé tout au plus que par une quantité infime de flux magnétique, restant en tout état de cause bien inférieure au seuil de démagnétisation de l'aimant permanent, de sorte que le risque de démagnétisation de ce dernier est minimisé.

Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le noyau comporte une première partie de noyau en T ayant une base et une branche centrale autour de laquelle est disposé un bobinage, la première partie de noyau étant placée avec un entrefer dans une deuxième 20 partie de noyau en U ayant une base et deux branches extérieures s'étendant parallèlement à la branche centrale de la première partie de noyau, l'aimant permanent étant interposé entre la base de la première partie de noyau et la base de la deuxième partie de noyau. 25 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures des dessins annexés parmi lesquelles: la figure 1 est une vue en coupe d'un action30 neur connu en soi installé sur une culasse de moteur; la figure 2 est une vue symbolique en coupe de l'actionneur selon l'invention illustrant les flux circulant dans l'actionneur lors de la phase d'attraction de la palette vers le noyau; la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 illustrant les flux circulant dans l'actionneur lors de la phase de maintien de la palette contre le noyau; la figure 4 est une vue analogue à la figure 2 illustrant les flux circulant dans l'actionneur lors de la phase de séparation de la palette du noyau.

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

L'actionneur 10 comporte un poussoir 11 qui cou15 lisse coaxialement à la queue de soupape L'extrémité de la queue 3 de la soupape 1 et l'extrémité du poussoir 11 sont rappelées l'une vers l'autre par deux ressorts 12 et 13 antagonistes agissant respectivement sur le poussoir 11 et sur la queue 3 de la soupape Les ressorts 12 20 et 13 définissent un point d'équilibre du poussoir 11, dans laquelle la soupape est en position mi- ouverte.

Le poussoir 11 est solidaire d'une palette 14 montée pour se déplacer entre deux électroaimants 15 La course du poussoir 11 est ainsi limitée entre une posi25 tion extrême supérieure définie par la butée de la palette 14 contre le noyau de l'électroaimant 15 supérieur et une position extrême inférieure définie par la butée de la palette 14 contre le noyau de l'électroaimant 15 inférieur, les deux positions extrêmes correspondant à 30 la position ouverte et à la position fermée de la soupape 1.

En fonctionnement, le poussoir 11 est déplacé d'une position extrême à l'autre par l'action combinée des ressorts 12 et 13 et des électroaimants 15 attirant alternativement la palette 14.

De façon connue en soi, chacun des électroaimants 15 comporte un noyau 16 avec deux branches exté5 rieures et une branche centrale autour de laquelle est disposée une bobine, le noyau comportant des aimants permanents 17 destinés à retenir la palette 14 en butée contre le noyau 16 Les aimants permanents 17 sont montés dans le noyau 16 de façon à être traversés (ici in10 tégralement) par le flux généré par la bobine lorsque celle-ci est alimentée, ce qui génère un risque de démagnétisation des aimants permanents 17.

Selon le mode de réalisation de l'invention, illustré aux figures 2 à 4 sur lesquelles seul 15 l'électroaimant supérieur de l'actionneur 10 est illustré, chacun des électroaimants 15 comporte un noyau comprenant une première partie de noyau 18 ayant la forme générale d'un T, comportant une base 19 et une branche centrale 20 autour de laquelle une bobine 21 est dispo20 sée.

Par ailleurs, le noyau comporte une deuxième partie de noyau 22 en ayant la forme générale d'un U, comportant une base 23 ainsi que deux branches extérieures 24 qui s'étendent parallèlement de part et d'autre 25 de la branche centrale 20 de la première partie de noyau 18. La première partie de noyau 18 est disposée dans la deuxième partie de noyau 22, un aimant permanent 25 étant interposé entre la base 19 de la première partie 30 de noyau 18 et la base 23 de la deuxième partie de noyau 22. La base 19 de la première partie de noyau 18 réalise avec les branches extérieures 24 de la deuxième partie de noyau 22 des entrefers e ayant une dimension très inférieure à la distance entre la base 19 de la première partie de noyau et la base 23 de la deuxième partie de noyau.

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

Le fonctionnement de l'actionneur selon l'invention est le suivant.

Pour attirer la palette 14 vers la face active 26 du noyau de l'électroaimant 15, la bobine 21 est alimentée de façon qu'elle génère un flux 29 de même sens 15 que le flux 27 de l'aimant permanent 25, comme cela est illustré à la figure 2 Le flux 29 généré par la bobine 21 passe par la branche centrale 20 de la première partie de noyau, transite vers les branches extérieures 24 de la deuxième partie de noyau en passant par la palette 20 14 qu'il attire et se referme sur la base 19 de la première partie de noyau en passant en presque totalité par les entrefers (e) en raison de la très faible dimension de ceux-ci par rapport à la distance entre la base 19 de la première partie de noyau et la base 23 de la deuxième 25 partie de noyau Seules les pertes se referment vers la branche centrale 20 de la première partie de noyau en passant par la base 23 de la deuxième partie de noyau et à travers l'aimant permanent 25 Les entrefers forment ainsi un chemin magnétique pour le flux magnétique géné30 ré par la bobine 21.

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

En fin de course, lorsque la palette 14 est proche de la face active 26, le flux magnétique 29 généré par la bobine 21 peut être inversé dans le but de contrôler la vitesse d'accostage de la palette 14 contre la face active 26.

Comme cela est visible à la figure 3, lorsque le courant d'alimentation de la bobine est coupé après avoir amené la palette 14 en appui contre le noyau de l'électroaimant, le flux 27 généré par l'aimant perma10 nent 25 transite par la base 23 et les branches extérieures 24 de la deuxième partie de noyau 22, par la branche centrale 20 de la première partie de noyau 18, et se referme dans la palette 14 Le flux 27 de l'aimant permanent 25 est alors assez fort pour maintenir la pa15 lette 14 en butée contre le noyau de l'électroaimant 15 à l'encontre du ressort 12 (non représenté ici).

La section de passage du flux magnétique de l'aimant permanent 25 du noyau dans la palette 14 est inférieure à l'aire des faces de l'aimant permanent 25, 20 ce qui provoque une concentration du flux qui tend à augmenter l'effort d'attraction exercée par l'aimant permanent 25 sur la palette 14.

Comme cela est illustré à la figure 4, pour décoller la palette 14 du noyau de l'électroaimant 15, la 25 bobine 21 est alimentée pour générer un flux 28 opposé au flux 27 de l'aimant permanent 25 Le flux 28 généré par la bobine 21 se referme en sens inverse de celui de la figure 2 et compense alors au moins partiellement le flux 27 de l'aimant permanent 25 de sorte que l'effort 30 d'attraction exercé sur la palette 14 n'est plus suffisant pour contrer l'effort du ressort 12 La palette 14 quitte alors la face active 26 du noyau de l'électroaimant 15.

Dans un actionneur de soupape selon l'invention, le flux généré par la bobine 21, qu'il soit de même sens ou opposé au flux 27 de l'aimant permanent 25, transite donc par la première partie de noyau et la deuxième par5 tie de noyau sans traverser l'aimant permanent 25, à des pertes près.

L'aimant permanent 25 n'est donc soumis tout au plus qu'à une partie marginale du flux généré par la bobine 21, cette partie marginale étant en tout état de 10 cause bien inférieure au flux nécessaire pour démagnétiser l'aimant permanent 25, y compris lorsque la bobine 21 est alimentée avec des courants de forte intensité.

Il est à noter que les entrefers e doivent être suffisamment importants pour éviter que le flux de 15 l'aimant permanent 25 se referme dans la base 19 de la première partie de noyau 18 plutôt que dans la palette 14, mais les entrefers ne doivent pas être trop importants de façon à minimiser les pertes du flux généré par la bobine 21 qui passent à travers l'aimant permanent.

L'invention n'est pas limitée au mode particulier de réalisation de l'invention qui vient d'être décrit, mais bien au contraire englobe toute variante entrant dans le cadre de l'invention tel que défini par les revendications En particulier bien que l'invention 25 ait été décrite avec les deux électroaimants 15 équipés d'aimants permanents 25, afin de pouvoir retenir la soupape dans chacune des positions extrêmes, on peu réaliser l'invention avec un seul électroaimant équipé d'un aimant permanent.

Claims (2)

REVEND I CAT IONS

1 Actionneur électromagnétique de soupape bibobine à aimant permanent ayant un organe d'actionnement 5 ( 11) mobile entre deux positions extrêmes sous l'effet d'un organe élastique ( 12, 13) et de deux bobines, au moins une bobine ( 21) étant associée à au moins un aimant permanent ( 25) agencé pour retenir l'organe d'actionnement ( 11) dans l'une des positions extrêmes à 10 l'encontre de l'organe élastique ( 12,13) lorsque l'électroaimant ( 15) est inactif, la bobine ( 21) et l'aimant permanent ( 25) générant chacun un flux magnétique qui est canalisé par un noyau ( 18,22) pour se refermer dans l'organe d'actionnement ( 14), caractérisé en ce 15 que le noyau ( 18,22) définit un chemin magnétique du flux magnétique ( 28,29) généré par la bobine ( 21) qui passe, à des pertes près, hors de l'aimant permanent ( 25).

2 Actionneur électromagnétique selon la reven20 dication 1, caractérisé en ce que le noyau comporte une première partie de noyau ( 18) en T ayant une base ( 19) et une branche centrale ( 20) autour de laquelle est disposé un bobinage ( 21), la première partie de noyau ( 18) étant placée avec des entrefers (e) dans une deuxième 25 partie de noyau ( 22) en U ayant une base ( 23) et des branches extérieures ( 24) qui s'étendent parallèlement à la branche centrale ( 20) de la première partie de noyau ( 18), l'aimant permanent ( 25) étant interposé entre la base de la première partie de noyau ( 18) et la base de 30 la deuxième partie de noyau ( 22) et les entrèfers (e) ayant une dimension très inférieure à une distance entre la base ( 19) de la première partie de noyau et la base ( 23) de la deuxième partie de noyau.