ACTIONNEUR ÉLECTROMAGNÉTIQUE À DÉRIVATION DE FLUX

Description

[0001] 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 document EP0301935 décrit un déclencheur électromagnétique comprenant une armature ouverte, une palette mobile et un aimant permanent. Il comprend par ailleurs un ressort de rappel et une bobine enroulée autour d'une des branches de l'armature. L'aimant génère un flux magnétique dans l'armature et la palette, maintenant cette dernière en position fermée. Lorsqu'un courant parcourt la bobine, le flux ainsi créé annule ou réduit celui de l'aimant, et la palette s'ouvre alors sous l'action du ressort.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] La boucle fermée de l'armature peut évidemment prendre diverses formes, par exemple rectangulaire, d'allure circulaire, etc.

[0009] Selon une possibilité, l'aimant permanent peut être solidarisé à l'armature ferromagnétique.

[0010] Par ailleurs, les portions saturées peuvent être constituées de zones de l'armature de section réduite par rapport au reste de l'armature.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] 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).

[0014] 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.

[0015] Il génère alors dans chaque branche un flux magnétique tel que :


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.

[0016] 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.

[0017] Les réluctances Rent1 et Rent2 représentent l'entrefer équivalent existant entre la palette et l'armature. R1 et R2 sont saturées.

[0018] 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).

[0019] 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.

[0020] 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 (8') excitatrice. Le fonctionnement est cependant identique.

[0021] Bien d'autres configurations sont possibles, les exemples illustrés ne pouvant être considérés comme exhaustifs de l'invention.

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, où 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 où 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).

Claims

1. Electromagnetic flux bypass actuator having a permanent magnet (5), a ferromagnetic armature (1) forming a closed loop, a keeper (2) creating two air gaps (10, 11) with the armature (1) and mobile between an open position and a closed position, a mechanical means of returning the keeper to the open position and at least one electrical conductor (8, 8', 9) able to generate a magnetic flux in the actuator, where the magnet (5), the armature (1) and the keeper (2) are arranged so that the magnet (5) generates lines of flux in two magnetic circuits in parallel having a section of the armature (6, 7) which is saturated for at least one of the parallel circuits, a common branch including the magnet (5) and a part of the keeper separated by an air gap (10, 11) from the said section of the armature (6, 7), and where the conductor or conductors (8, 8', 9) are able to generate, in a magnetic loop containing the non-saturated part of the armature (1), the air gaps (10, 11) and the keeper (2), a flux that is added to the flux created by the magnet (5) in one of the air gaps (10, 11) and one part of the keeper (2), and is subtracted from it in the other air gap (11, 10) and the other part of the keeper (2).

2. Electromagnetic actuator according to the preceding claim, characterized in that the keeper (2) is in the form of a U of which the legs (3, 4) are placed on either side of the magnet (5), their free ends forming two air gaps (10, 11) with a part of the armature (1) closed loop containing two saturated sections (6, 7), each one leading to the common branch with the permanent magnet (5).

3. Electromagnetic actuator according to the preceding claim, characterized in that the permanent magnet (5) is fixed to the ferromagnetic armature (1).

4. Electromagnetic actuator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the saturated sections (6, 7) are made up of areas of the armature (1) with a reduced cross-section compared to the rest of the armature (1).

Ansprüche

1. Elektromagnetischer Fluss-Nebenschluss-Aktuator, der einen Dauermagneten (5), einen ferromagnetischen Anker (1), der eine geschlossene Schleife bildet, eine Palette (2), die mit dem Anker (1) zwei Spalte (10, 11) bildet und zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung bewegbar ist, mechanische Rückholmittel der Palette in die geöffnete Stellung und mindestens einen elektrischen Leiter (8, 8', 9), der imstande ist, einen magnetischen Fluss im Aktuator zu erzeugen, umfasst, wobei der Magnet (5), der Anker (1) und die Palette (2) derart ausgebildet sind, dass der Magnet (5) Flüsse in zwei parallelen Magnetkreisen erzeugt, die einen Ankerabschnitt (6, 7) aufweisen, der für mindestens einen der parallelen Kreise gesättigt ist, wobei ein gemeinsamer Zweig den Magneten (5) und einen Teil der Palette umfasst, der durch einen Spalt (10, 11) vom Ankerabschnitt (6, 7) getrennt ist und wobei der oder die Leiter (8, 8', 9) imstande sind, in einer magnetischen Schleife, die den nicht gesättigten Abschnitt des Ankers (1), die Spalte (10, 11) und die Palette (2) aufweist, einen Fluss zu erzeugen, der zu dem vom Magneten (5) in einem der Spalte (10, 11) und einem der Teile der Palette (2) erzeugten Fluss hinzukommt und im anderen Spalt (11, 10) und dem anderen Teil der Palette (2) abgezogen wird.

2. Elektromagnetischer Aktuator nach vorangehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Palette (2) die Form eines U hat, dessen Beine (3, 4) auf der einen und der anderen Seite des Magneten (5) platziert sind, wobei ihre freien Enden mit einem Abschnitt der geschlossenen Schleife des Ankers (1), der zwei gesättigte Abschnitte (6, 7) enthält, die jeweils zum gemeinsamen Zweig führen, die mit dem Dauermagneten (5) ausgestattet ist, zwei Spalte (10, 11) bilden.

3. Elektromagnetischer Aktuator nach vorangehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (5) mit dem ferromagnetischen Anker (1) verbunden ist.

4. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gesättigten Abschnitte (6, 7) von Zonen des Ankers (1) mit im Verhältnis zum Rest des Ankers (1) reduziertem Querschnitt gebildet werden.

Dessins