ACTIONNEUR ELECTROMAGNETIQUE MONOPHASE ROTATIF A RESSORT MAGNETIQUE ET VANNE ELECTRIQUE METTANT EN OEUVRE UN TEL ACTIONNEUR

Description

[0001] La présente invention concerne un actionneur électromagnétique monophasé rotatif.

[0002] On connaît dans l'état de la technique des actionneurs électromagnétique monophasé à couple dû au courant constant sur la plus grande partie de la course utile.

[0003] De tels actionneurs sont par exemple décrits dans les demandes de brevet FR-A-2348632, FR-A-2688105, et FR-A-2670629. Le document EP-A-0 543 105 décrit un actionneur selon le préambule de la revendication 1.

[0004] Pour certaines applications, notamment pour la commande de vannes de recirculation ou d'admission d'air, il est souhaitable que l'actionneur retourne dans une position de repos déterminée.

[0005] Pour réaliser cette fonction, les actionneurs à couple dû au courant constant de l'état de la technique sont en général couplés dans leurs applications avec un ressort de rappel qui permet, en cas de coupure de l'alimentation électrique de l'actionneur, de refermer complètement la vanne d'admission d'air pour couper l'alimentation en air du moteur thermique. Un tel ressort de rappel est encombrant, présente des risques de rupture et son couple de rappel doit être réglé par rapport à la position de la vanne.

[0006] La fermeture complète de la vanne en cas d'incident électrique pose par ailleurs des problèmes. En effet, il serait préférable de maintenir une légère ouverture de la vanne d'admission d'air, afin de permettre le retour du véhicule en mode dégradé jusqu'au garage le plus proche et d'éviter à la vanne de coller au corps de la vanne en cas de gel, et enfin de permettre un réglage du régime de ralenti par l'actionneur principal autour d'une position d'ouverture d'environ 10°. Cette dernière caractéristique permet d'éviter la réalisation d'une dérivation d'air avec un actionneur supplémentaire de réglage de ralenti.

[0007] Cette fonction est réalisée actuellement avec deux ressorts mécaniques extérieurs à l'actionneur, montés en opposition, l'ouverture étant réglée par des butées. Un tel mécanisme est encombrant, coûteux et difficile à régler.

[0008] L'objet de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un actionneur comportant des moyens de retour en position de repos simple, peu coûteux, et ne nécessitant pas de réglage.

[0009] A cet effet, l'actionneur selon l'invention comporte un organe fixe constitué par un circuit statorique excité par au moins une bobine électrique, et un organe mobile en rotation comportant un aimant mince présentant 2N paires de pôles magnétiques aimantés en sens alterné. L'actionneur comporte en outre des moyens de rappel pour ramener l'organe mobile dans une position angulaire de repos prédéterminée constitués par un aimant auxiliaire mince de rappel disposé dans l'entrefer, présentant 2N paires de pôles magnétiques aimantés en sens alterné et solidaires des pôles statoriques.

[0010] Selon une première variante, les pôles rotoriques et les pôles magnétiques de l'aimant auxiliaire de rappel sont en forme de secteurs annulaires minces.

[0011] Selon une deuxième variante, les pôles rotoriques et les pôles magnétiques de l'aimant auxiliaire de rappel sont de forme tubulaire.

[0012] De préférence, l'aimant auxiliaire de rappel est collé sur les pôles statoriques dans une position telle que la position d'équilibre sans courant du rotor corresponde à la position sans courant recherchée.

[0013] Selon un mode de réalisation particulier, le rotor coopère avec l'organe fixe par l'intermédiaire d'une butée à bille limitant le déplacement du rotor en direction de l'organe fixe. La butée à bille est sensiblement coplanaire avec le plan passant par l'extrémité des pôles statoriques. Le disque magnétique à 2N pôles constituant l'aimant auxiliaire comporte un évidement central d'une section au moins égale à la section de la butée à bille.

[0014] Selon une variante, l'aimant rotorique est solidaire d'une culasse en un matériau magnétique doux.

[0015] Selon une autre variante, le stator comporte en outre une culasse de fermeture fixe réalisée en un matériau magnétique doux.

[0016] L'invention concerne également une vanne, en particulier vanne d'admission d'air pour un moteur à explosion, entraîné par un tel actionneur.

[0017] De préférence, l'aimant auxiliaire de rappel sera disposé de manière à ce que la position au repos corresponde à une ouverture partielle de l'admission d'air.

[0018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux figures annexées concernant un mode de réalisation non limitatif, où:

• la figure 1 représente une vue éclatée d'un actionneur selon l'invention ;
• la figure 2 représente la courbe du couple en fonction de la position angulaire ;
• la figure 3 représente une vue en coupe médiane d'un actionneur selon l'invention ;
• la figure 4 représente une vue de dessus de l'actionneur ;
• la figure 5 représente une vue en coupe transversale d'une variante de réalisation.

[0019] La figure 1 représente une vue éclatée d'un premier mode de réalisation d'un actionneur selon l'invention.

[0020] L'actionneur est composé par une partie fixe (1) et une partie mobile en rotation (2). La partie fixe (1) présente 4 pôles statoriques (3 à 6) en forme de secteurs annulaires excités chacun par une bobine électrique (7 à 10). Les pôles statoriques (3 à 6) sont prolongés par des noyaux entourés par les bobines électriques (7 à 10), ces noyaux étant solidaires d'une embase (11).

[0021] La structure statorique est connue et n'est pas exposée plus en détail.

[0022] La partie rotorique (2) comporte 4 pôles magnétiques formés par des aimants minces (12 à 15) en forme de secteurs annulaires aimantés en sens alternés, perpendiculairement au plan transversal des secteurs annulaires.

[0023] Dans l'exemple décrit, les secteurs aimantés (12 à 15) sont collés sur une culasse (16). Cette culasse est montée sur un axe non représenté.

[0024] L'actionneur comporte une deuxième série de secteurs annulaires aimantés (17 à 20) en sens alternés. Ces secteurs annulaires aimantés (17 à 20) forment un aimant auxiliaire de rappel collé sur les pôles statoriques (3 à 6).

[0025] Aussi longtemps que la transition entre deux pôles rotoriques adjacents reste en vis à vis de la surface d'un pôle statorique, l'actionneur fournira un couple du au courant constant et proportionnel au courant. La figure 2 représente les courbes couple en fonction de la position angulaire d'un tel actionneur.

[0026] Les courbes (70 à 72) correspondent au couple en fonction de la position, pour un courant de respectivement 1,5, 1 et 0,5 ampères. La courbe (31) représente le couple en l'absence de courant, pour un déplacement de l'organe rotatif (2) dans le sens trigonométrique. La courbe (32) représente le couple en l'absence de courant, pour un déplacement de l'organe rotatif (2) dans le sens anti-trigonométrique. Les courbes (74 à 76) correspondent au couple en fonction de la position, pour un courant respectivement de - 1,5, - 1 et - 0,5 ampères.

[0027] La figure 3 représente une vue en coupe d'une autre variante de réalisation. La culasse (35) présente un logement (38) cylindrique muni d'un palier (39). De même, la partie statorique (1) présente un palier (36). Le positionnement et le guidage de la culasse (35) sont assurés par un roulement à billes (37) intercalé entre les deux paliers (36, 39). La culasse (35) est solidaire d'un axe (40) traversant un orifice prévu dans l'embase (41). Cet orifice (42) présente une section supérieure à la section de l'axe (40) de telle sorte que cet axe n'est jamais guidé par la partie statorique. Le positionnement, et notamment le centrage de l'axe résulte uniquement du positionnement magnétique par la coopération magnétique de l'aimant principal (43) avec les pôles statoriques (44), et la limitation du déplacement axial dû à la butée à billes (37). Les pôles statoriques sont excités de manière connue par des bobines (50, 51).

[0028] L'aimant auxiliaire (45) de rappel est collé sur les pôles statoriques.

[0029] La figure 4 représente une vue de dessus de l'actionneur précédemment décrit. Les transitions d'aimantation (52, 53) de l'aimant principal sont décalées angulairement, en position de repos, par rapport aux transitions d'aimantation (54 à 57) de l'aimant auxiliaire.

[0030] La figure 5 représente une autre variante de réalisation relative à un actionneur à rotor tubulaire.

[0031] L'actionneur est composé par un stator (60) excité par deux bobines électriques (61, 62) définissant une cavité cylindrique à l'intérieur de laquelle est placée un rotor (63) présentant deux aimants semi-tubulaires (64, 65) aimantés radialement en sens opposé. Ces aimants (64, 65) sont collés sur une culasse.

[0032] Le stator comporte deux aimants auxiliaires (66, 67) semi-tubulaires aimantés radialement en sens opposé logés dans la cavité centrale, dans l'entrefer tubulaire (68).

Revendications

1. - Actionneur électromagnétique monophasé à couple du au courant constant sur la plus grande partie de la course utile et à couple de rappel magnétique autour d'une position de repos stable sans courant, comportant un organe fixe (1) constitué par un circuit statorique (3-6) excité par au moins une bobine électrique (7-10), et un organe mobile (2) en rotation comportant un aimant mince présentant 2N paires de pôles magnétiques (12-15) aimantés en sens alterné, l'actionneur comportant en outre des moyens de rappel pour ramener l'organe mobile (2) dans une position angulaire de repos prédéterminée caractérisé en ce que les moyens de rappel sont des moyens magnétiques ou magnétostatiques constitués par un aimant auxiliaire de rappel d'épaisseur mince disposé dans l'entrefer et présentant 2N paires de pôles magnétiques (17-20) aimantés en sens alterné, les pôles magnétiques (17-20) dudit aimant auxiliaire mince étant solidaires des pôles statoriques (3-6).

2. - Actionneur électromagnétique monophasé à couple dû au courant constant sur la plus grande partie de la course utile selon la revendication 1 caractérisé en ce que les pôles rotoriques (12-15) et les pôles magnétiques (17-20) de l'aimant auxiliaire de rappel sont en forme de secteurs annulaires minces.

3. - Actionneur électromagnétique monophasé à couple dû au courant constant sur la plus grande partie de la course utile selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits pôles magnétiques (17-20) des moyens de rappel sont aimantés perpendiculairement au plan transversal des secteurs annulaires minces.

4. - Actionneur électromagnétique monophasé à couple dû au courant constant sur la plus grande partie de la course utile selon la revendication 1 caractérisé en ce que les pôles rotoriques (64, 65) et les pôles magnétiques (66, 67) de l'aimant auxiliaire de rappel sont de forme tubulaire.

5. - Actionneur électromagnétique monophasé à couple dû au courant constant sur la plus grande partie de la course utile selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'aimant auxiliaire de rappel (17-20, 45; 66, 67) est collé sur les pôles statoriques (3-6, 44; 61, 62) dans une position telle que la position d'équilibre sans courant du rotor (2; 63) corresponde à la position sans courant recherchée.

6. - Actionneur électromagnétique monophasé à couple du au courant constant sur la plus grande partie de la course utile selon l'une des revendications 1-3 caractérisé en ce que le rotor (2) coopère avec l'organe fixe (1) par l'intermédiaire d'une butée à bille (36-39) limitant le déplacement du rotor (2) en direction de l'organe fixe (1), ladite butée à bille (36-39) étant sensiblement coplanaire avec le plan passant par l'extrémité des pôles statoriques (44), l'aimant auxiliaire de rappel (45) étant formé par un disque magnétique à 2N pôles comportant un évidement central d'une section au moins égale à la section de la butée à bille (36-39).

7. - Actionneur électromagnétique monophasé à couple dû au courant constant sur la plus grande partie de la course utile selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'aimant rotorique (12-15, 43; 64, 65) est solidaire d'une culasse (16, 35) en un matériau magnétique doux.

8. - Actionneur électromagnétique monophasé à couple dû au courant constant sur la plus grande partie de la course utile selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le stator comporte en outre une culasse de fermeture fixe réalisée en un matériau magnétique doux.

9. - Vanne, en particulier vanne d'admission d'air pour un moteur à explosion, entraînée par un actionneur électromagnétique monophasé à couple du au courant constant sur la plus grande partie de la course utile et à couple de rappel magnétique autour d'une position de repos stable sans courant, comportant un organe fixe (1) constitué par un circuit statorique (3-6) excité par au moins une bobine électrique (7-10), et un organe mobile (2) en rotation comportant un aimant mince présentant 2N paires de pôles magnétiques (12-15) aimantés en sens alterné, l'actionneur comportant en outre des moyens de rappel pour ramener l'organe mobile (2) dans une position angulaire de repos prédéterminée caractérisé en ce que les moyens de rappel sont des moyens magnétiques ou magnétostatiques constitués par un aimant auxiliaire de rappel d'épaisseur mince disposé dans l'entrefer et présentant 2N paires de pôles magnétiques (17-20) aimantés en sens alterné, les pôles magnétiques (17-20) dudit aimant auxiliaire mince étant solidaires des pôles statoriques (3-6).

10. - Vanne, en particulier vanne d'admission d'air pour un moteur à explosion entraînée par un actionneur électromagnétique monophasé selon la revendication 7 caractérisée en ce que l'aimant auxiliaire de rappel (17-20; 45, 66, 67) est disposé de manière à ce que la position au repos corresponde à une ouverture partielle de l'admission d'air.

Claims

1. A single-phase electro-mechanical actuator with a torque caused by a constant current on the major part of the working stroke, and having a magnetic return torque around a stable rest position without current, including a fixed member (1) composed by a stator circuit (3 - 6) excited by at least one electric coil (7 - 10) and a rotating mobile member (2) comprising a thin magnet having 2N pairs of magnetic poles (12 - 15) magnetized in alternating directions, the actuator further including return means for returning the mobile member (2) in a predetermined angular rest position, characterized in that the return means are magnetic means or magnetostatic means composed by a thin auxiliary return magnet positioned in the air gap and having 2N pairs of magnetic poles magnetized in alternating directions, the magnetic poles (17 - 20) of said thin auxiliary magnet being integral with the stator poles (3 - 6).

2. A single-phase electro-mechanical actuator with a torque caused by a constant current on the major part of the working stroke, according to claim 1, characterized in that the rotor poles (12 - 15) and the magnetic poles (17 - 20) of the auxiliary return magnet are in the form of thin annular sectors.

3. A single-phase electro-mechanical actuator with a torque caused by a constant current on the major part of the working stroke, according to claim 2, characterized in that said magnetic poles (17 - 20) of the return means are magnetized perpendicularly to the transversal plane of the thin annular sectors.

4. A single-phase electro-mechanical actuator with a torque caused by a constant current on the major part of the working stroke, according to claim 1, characterized in that the rotor poles (64, 65) and the magnetic poles (66, 67) of the auxiliary return magnet are in a tubular form.

5. A single-phase electro-mechanical actuator with a torque caused by a constant current on the major part of the working stroke, according to any one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary return magnet (17 - 20, 45; 66, 67) adheres on the stator poles (3 - 6, 44; 61, 62) in such a position that the equilibrium position without current of the rotor (2; 63) corresponds to the desired position without current.

6. A single-phase electro-mechanical actuator with a torque caused by a constant current on the major part of the working stroke, according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rotor (2) cooperates with the fixed member (1) through a ball stop (36 - 39) limiting the rotor (2) motion towards the fixed member (1), said ball stop (36 - 39) being substantially co-planar with the plane crossing the end of the stator poles (44), the auxiliary return magnet (45) being formed by a 2N poles magnetic disk comprising a central recess having a section at least equal to that of the ball stop (36 - 39).

7. A single-phase electro-mechanical actuator with a torque caused by a constant current on the major part of the working stroke, according to any one of the preceding claims, characterized in that the rotor magnet (12 - 15, 43; 64, 65) is integral with a yoke (16, 35) made of a magnetically soft material.

8. A single-phase electro-mechanical actuator with a torque caused by a constant current on the major part of the working stroke, according to any one of the preceding claims, characterized in that the stator further includes a fixed locking yoke made of a magnetically soft material.

9. A valve, and more particularly, an air intake valve for an internal combustion engine driven by a single-phase electro-mechanical actuator with a torque caused by a constant current on the major part of the working stroke, and having a magnetic return torque around a stable rest position without current, including a fixed member (1) composed by a stator circuit (3 - 6) excited by at least one electric coil (7 - 10) and a rotating mobile member (2) comprising a thin magnet having 2N pairs of magnetic poles magnetized in alternating directions, the actuator further including return means for returning the mobile member (2) in a predetermined angular rest position, characterized in that the return means are magnetic means or magnetostatic means composed by a thin auxiliary return magnet positioned in the air gap and having 2N pairs of magnetic poles magnetized in alternating directions, the magnetic poles (17 - 20) of said thin auxiliary magnet being integral with the stator poles (3 - 6).

10. A valve, and more particularly, an air intake valve for an internal combustion engine driven by a single-phase electro-mechanical actuator according to claim 7, characterized in that the auxiliary return magnet (17 - 20; 45; 66, 67) is positioned so that the rest position corresponds to a partial opening of the air intake.

Ansprüche

1. - Einphasiges elektromagnetisches Betätigungsgerät mit Drehmoment durch den konstanten Strom auf dem größten Teil des Nutzhubs und mit magnetischem Rückführdrehmoment um eine stabile stromlose Ruheposition, das ein feststehendes Organ (1) umfaßt, das aus einem Statorkreis (3 - 6) gebildet wird, der durch mindestens eine elektrische Spule (7 - 10) erregt wird, und ein mobiles Organ (2) in Drehung, das einen dünnen Magneten umfaßt, der 2N magnetische Polpaare (12 - 15) aufweist, die in abwechselnder Richtung magnetisiert sind, wobei das Betätigungsgerät ferner Mittel für die Rückführung des mobilen Organs (2) in eine vorbestimmte Winkelruhestellung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführmittel magnetische oder magnetostatische Mittel sind, die aus einem Rückführungs-Hilfsmagneten mit geringer Dicke bestehen, der im Luftspalt angeordnet ist und 2N magnetische Polpaare (17 - 20) aufweist, die in abwechselnder Richtung magnetisiert sind, wobei die magnetischen Pole (17 - 20) des besagten dünnen Hilfsmagneten mit den Statorpolen (3 - 6) fest verbunden sind.

2. - Einphasiges elektromagnetisches Betätigungsgerät mit Drehmoment durch den konstanten Strom auf dem größten Teil des Nutzhubs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorpole (12 - 15) und die magnetischen Pole (17 - 20) des Rückführungs-Hilfsmagneten die Form von dünnen ringförmigen Sektoren haben.

3. - Einphasiges elektromagnetisches Betätigungsgerät mit Drehmoment durch den konstanten Strom auf dem größten Teil des Nutzhubs nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die besagten magnetischen Pole (17 - 20) der Rückführmittel senkrecht zur Querebene der dünnen ringförmigen Sektoren magnetisiert sind.

4. - Einphasiges elektromagnetisches Betätigungsgerät mit Drehmoment durch den konstanten Strom auf dem größten Teil des Nutzhubs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorpole (64, 65) und die magnetischen Pole (66, 67) des Rückführungs-Hilfsmagneten röhrenförmig sind.

5. - Einphasiges elektromagnetisches Betätigungsgerät mit Drehmoment durch den konstanten Strom auf dem größten Teil des Nutzhubs nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführungs-Hilfsmagnet (17 - 20, 45; 66, 67) auf die Statorpole (3 - 6, 44; 61, 62) in einer solchen Position geklebt ist, daß die stromlose Gleichgewichtsposition des Rotors (2; 63) der gesuchten stromlosen Position entspricht.

6. - Einphasiges elektromagnetisches Betätigungsgerät mit Drehmoment durch den konstanten Strom auf dem größten Teil des Nutzhubs nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) mit dem feststehenden Organ (1) vermittels eines Druckkugellagers (36 - 39) zusammenwirkt, das die Verschiebung des Rotors (2) in Richtung des feststehenden Organs (1) begrenzt, wobei das besagte Druckkugellager (36 - 39) deutlich koplanar mit der durch das Ende der Statorpole (44) gehenden Ebene ist, wobei der Rückführungs-Hilfsmagnet (45) aus einer magnetischen Scheibe mit 2N Polen gebildet wird, die eine zentrale Austiefung mit einem Querschnitt von mindestens gleich dem Querschnitt des Druckkugellagers (36 - 39) umfaßt.

7. - Einphasiges elektromagnetisches Betätigungsgerät mit Drehmoment durch den konstanten Strom auf dem größten Teil des Nutzhubs nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotormagnet (12 - 15; 43; 64, 65) fest mit einem Joch (16, 35) aus einem weichen magnetischen Material verbunden ist.

8. - Einphasiges elektromagnetisches Betätigungsgerät mit Drehmoment durch den konstanten Strom auf dem größten Teil des Nutzhubs nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator ferner ein feststehendes Verschlußjoch umfaßt, das aus einem weichen magnetischen Material ausgeführt ist.

9. - Schieber, insbesondere Lufteinlaßschieber für einen Explosionsmotor, der von einem einphasigen elektromagnetischen Betätigungsgerät mit Drehmoment durch den konstanten Strom auf dem größten Teil des Nutzhubs und mit magnetischem Rückführdrehmoment um eine stromlose stabile Ruhestellung angetrieben wird, der ein feststehendes Organ (1) umfaßt, das aus einem Statorkreis (3 - 6) gebildet wird, der durch mindestens eine elektrische Spule (7 - 10) erregt wird, und ein mobiles Organ (2) in Drehung, das einen dünnen Magneten umfaßt, der 2N magnetische Polpaare (12 - 15) umfaßt, die in abwechselnder Richtung magnetisiert werden, wobei das Betätigungsgerät ferner Rückführungsmittel für die Rückführung des mobilen Organs (2) in eine vorbestimmte Winkelruhestellung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführungsmittel magnetische oder magnetostatische Mittel sind, die aus einem Rückführungs-Hilfsmagneten geringer Dicke bestehen, der im Luftspalt angeordnet ist und 2N magnetische Pole (17 - 20) aufweist, die in abwechselnder Richtung magnetisiert sind, wobei die magnetischen Pole (17 - 20) des besagten dünnen Hilfsmagneten fest mit den Statorpolen (3 - 6) verbunden sind.

10. - Schieber, insbesondere Lufteinlaßschieber für einen Explosionsmotor, der von einem einphasigen elektromagnetischen Betätigungsgerät nach Anspruch 7 angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführungs-Hilfsmagnet (17 - 20; 45; 66, 67) so angeordnet ist, daß die Ruheposition einer teilweisen Öffnung des Lufteinlasses entspricht.

Dessins