DISPOSITIF DE FIXATION MAGNETIQUE BISTABLE

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention concerne un dispositif de fixation magnétique bistable.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

Parmi les dispositifs de l'art connu, des dispositifs de fixation entièrement passifs à base d'aimants permanents sont largement utilisés du fait de leur simplicité d'utilisation, par exemple pour la fermeture de portes de placards. Ces dispositifs présentent toutefois deux inconvénients majeurs lorsqu' ils sont conçus pour produire une force d'attraction importante :

- La force nécessaire pour les décoller est égale à leur force d'attraction.

- Ils sont susceptibles d'attirer tous les petits objets en matériau magnétique se trouvant à leur portée, ce qui n'est pas acceptable pour une utilisation normale dans un environnement quelconque.

Il existe également des dispositifs de l'art connu à base d' électroaimants . Un électroaimant est constitué d'un bobinage et d'une pièce en matériau ferromagnétique doux appelé circuit magnétique. Le bobinage, lorsqu'il est parcouru par un courant, crée un champ magnétique canalisé par le circuit magnétique. Quand l' électroaimant est alimenté par un courant alternatif, le circuit magnétique est constitué de

fines plaques de fer doux assemblées en couches, afin d'éviter des pertes liées à l'apparition de courants de Foucault en son sein. La forme donnée au circuit magnétique permet soit de concentrer l'effet du champ magnétique, soit de le canaliser. Un tel électroaimant permet de produire une force électromagnétique, ou de produire un champ magnétique contrôlé en une région de 1' espace .

On connaît également des dispositifs combinant un aimant permanent et une bobine. L'aimant permanent exerce une force d' attraction qui peut être contrecarrée par une induction magnétique antagoniste lorsque la bobine est alimentée. On parle de position fermée lorsque le circuit magnétique est fermé par une pièce mobile attirée par l'aimant, et de position ouverte lorsqu' aucune force n'est exercée. On peut ainsi réaliser des systèmes bistables, c'est-à-dire pouvant adopter deux positions stables en l'absence de courant, par exemple en utilisant un ressort pour attirer l'armature mobile avec une force supérieure à la force d'attraction de l'aimant dans la position ouverte .

Le document, référencé [1] en fin de description, décrit ainsi un dispositif magnétique à aimant permanent 13. Comme illustré sur la figure 1, ce dispositif comporte une bobine 14 entourée par un circuit magnétique possédant deux jambes 12.1, 12.2 extérieures à la bobine 14 et une jambe centrale 11 qui traverse la bobine, ainsi qu'une armature mobile 21 et une culasse 22 en vis-à-vis reliant magnétiquement entre elles les trois jambes, un aimant permanent 13

étant placé à une extrémité de la jambe centrale 11 du côté de la culasse 22. La jambe centrale 11 comprend une partie 15.2 qui concentre l'induction magnétique de l'aimant 13. Les entrefers gl et g2 sont situés entre les extrémités libres des jambes extérieures 12.1 et 12.2 et l'armature mobile 21. Le troisième entrefer g3 est situé entre l'extrémité libre de la jambe centrale 11 et l'armature mobile 21. La rainure 16 permet de fixer ce dispositif magnétique à un dispositif externe. En l'absence d'alimentation, l'aimant permanent 13 attire la pièce mobile 21, si celle-ci est suffisamment proche. La bobine 14 peut renforcer l'induction de l'aimant 13 pour augmenter la force d'attraction, ou l'annuler si elle est alimentée dans le sens contraire. Dans ce second cas un ressort peut être utilisé pour détacher l'armature mobile 21 de l'aimant 13. Pour obtenir une position stable, la bobine 14 n'étant pas alimentée, la force du maintien du ressort doit y être supérieure à celle de l'aimant permanent.

Un tel dispositif magnétique présente l'inconvénient d'attirer des pièces magnétiques présentes à portée de l'aimant, qui peuvent alors s'interposer entre l'aimant permanent 13 et la partie mobile 21 empêchant celle-ci d'accrocher.

L ^λ invention a pour objet de palier les inconvénients décrits ci-dessus en proposant un dispositif de fixation magnétique bistable, dont la transition entre l'état ouvert et l'état fermé, créé par l'adhésion d'une pièce mobile, peut être commandée électriquement, et dont la position dans l'état ouvert

est en retrait par rapport à l'environnement, ce qui évite d'attirer involontairement des petits objets magnétiques s'y trouvant, la transition entre l'état ouvert et l'état fermé n'étant possible qu'en présence de la pièce mobile adaptée.

EXPOSE DE L'INVENTION

L'invention concerne un dispositif de fixation magnétique bistable, caractérisé en ce qu'il comprend :

- un boîtier support amagnétique formant un conduit de section transversale rectangulaire, éventuellement une plaque en matériau amagnétique mobile en translation à l'intérieur de ce boîtier support parallèlement à ses parties latérales, sur laquelle repose

- un circuit magnétique comprenant une base et trois jambes disposées perpendiculairement à cette base, les deux jambes extérieure et la base formant un « U »,

- un aimant permanent en forme de barreau intercalé entre la base et la jambe centrale,

- une bobine entourant la jambe centrale,

- une pièce magnétique plane mobile disposée au-dessus de la partie supérieure du boîtier support, un flux magnétique, dirigé dans la direction de déplacement de cette pièce plane mobile, s' établissant entre le circuit magnétique et cette pièce mobile,

- des moyens de rappel et de guidage solidaires des parois latérales internes du boîtier support et, éventuellement, des extrémités de la plaque de manière à permettre un rappel vers le haut du circuit magnétique jusqu'à une position de contact des trois extrémités de la partie supérieure des trois jambes avec la paroi inférieure de la partie supérieure du boîtier support, et à permettre le guidage en translation des parois extérieures des deux jambes extérieures du circuit magnétique à l'intérieur du boîtier support.

Avantageusement, les moyens de rappel et de guidage comprennent deux pièces allongées en forme de L, associées chacune à un ressort de rappel. Avantageusement, le boîtier support amagnétique peut être un boîtier fermé. Il peut être en matière plastique.

L' invention concerne également une orthèse comprenant un dispositif selon l'invention, dans lequel le bras d'un utilisateur est disposé dans une coque morphologique solidaire d'une pièce magnétique mobile.

BRèVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des figures annexées qui illustrent des modes de réalisation du procédé et dispositif selon l'invention. La figure 1 illustre un dispositif bistable de l'art antérieur.

La figure 2A illustre un dispositif bistable de l'invention dans une première position stable .

La figure 2B illustre un dispositif bistable selon l'invention dans une seconde position stable .

Les figures 3A-3F illustrent un cycle de fonctionnement du dispositif selon l'invention.

Les figures 4A, 4B illustrent une position stable fermée et une position stable ouverte, respectivement, d'une variante du dispositif selon 1' invention .

La figure 5 illustre une application du dispositif de l'invention.

EXPOSé DéTAILLé DE MODES DE RéALISATION PARTICULIERS

Les figures 2A et 2B illustrent le dispositif de fixation magnétique bistable de l'invention respectivement dans une position stable fermée et dans une position stable ouverte.

Ce dispositif de fixation magnétique bistable comprend :

- un boîtier support amagnétique 250 formant un conduit de section transversale rectangulaire,

- éventuellement une plaque 280 en matériau amagnétique mobile en translation à l'intérieur de ce boîtier support 250 parallèlement à ses parties latérales (direction oz ) , sur laquelle repose :

- un circuit magnétique 200 comprenant une base 222 et trois jambes, à savoir deux jambes extérieures 230 et 230' et une jambe centrale 275, disposées perpendiculairement à cette base, les deux jambes extérieures 230 et 230' et la base 222 formant un « U », un aimant permanent 213 en forme de barreau intercalé entre la base 222 et la jambe centrale 275, par exemple en forme de « T » renversé, une flèche indiquant le nord de cet aimant permanent

213, une bobine 214 entourant la jambe centrale 275, une pièce magnétique plane mobile 221 disposée au-dessus de la partie supérieure du boîtier support 250, un flux magnétique, dirigé dans la direction de déplacement de cette pièce mobile oz , s' établissant entre le circuit magnétique et cette pièce mobile, - des moyens de rappel 260 et 261 et de guidage 270 et 271 solidaires des parois latérales internes du boîtier support 250 et, éventuellement, des extrémités de la plaque 280 de manière à permettre un rappel vers le haut du circuit magnétique 200 jusqu'à une position de contact de la partie supérieure des trois jambes 230, 275, 230' avec la paroi inférieure de la partie supérieure du boîtier support 250, et à permettre le guidage en translation oz des parois extérieures des deux jambes extérieures du circuit magnétique à l'intérieur du boîtier support.

Avantageusement, les moyens de rappel et de guidage comprennent deux pièces 270, 271 allongées en forme de L, par exemple formée de deux parties rectangulaires à angle droit l'une de l'autre, associées chacune à un ressort de rappel 260, 261.

Dans la position stable fermée, illustrée sur la figure 2A, la pièce mobile 221 adhère à la surface supérieure de la partie supérieure du boîtier support amagnétique 250. Cette pièce mobile 221 est fortement attirée par le circuit magnétique associé à la bobine 214. Les ressorts 260 et 261 sont comprimés, leur force de rappel étant inférieure à l'attraction magnétique ainsi créée.

Dans la position stable ouverte, illustrée sur la figure 2B, la pièce mobile 221 est libre et n'adhère plus à la surface supérieure de la partie supérieure du support amagnétique 250. Les ressorts de rappel 260 et 261 maintiennent alors le circuit magnétique 200 à une distance déterminée (di, cb, cb) de la surface inférieure de la partie supérieure du boîtier support 250. Cette distance est suffisamment grande pour qu'aucun objet métallique présent dans l'environnement (y compris la pièce mobile 221) ne soit attiré. Elle est, de plus, suffisamment petite pour que le circuit magnétique associé à la bobine puisse attirer la pièce mobile 221 avec une force supérieure au poids du circuit magnétique 200, de la bobine 214 et de la plaque 280 plus la force de rappel des ressorts 260 et 261 pour pouvoir atteindre la position fermée illustrée sur la figure 2A. Il faut remarquer que la transition entre la position ouverte et la position

fermée n'est possible qu'en présence de la pièce mobile 221.

Les figures 3A à 3F illustrent un cycle de fonctionnement du dispositif de l'invention illustrant les étapes transitoires.

La figure 3A illustre une première étape, dans laquelle le dispositif se trouve dans la position stable fermée. La bobine 214 n'est pas alimentée. La pièce mobile 221 est attirée par l'aimant 213. Les ressorts de rappel 260, 261 sont comprimés.

La figure 3B illustre l'étape suivante, dans laquelle la bobine 214 est alimentée de telle sorte que son champ s'oppose à celui de l'aimant 213, et annule exactement la force d' attraction sur la pièce mobile 221.

Dans l'étape suivante, illustrée sur la figure 3C, les ressorts de rappel 260 et 261 repoussent le circuit magnétique 200 qui s'éloigne de la partie supérieure du boîtier support amagnétique 250. De ce fait, la pièce mobile 221 est libérée. L'alimentation de la bobine 214 peut être coupée. C'est la position stable ouverte.

Dans l'étape suivante, illustrée sur la figure 3D, la bobine 214 n'est plus alimentée, et des pièces métalliques extérieures ne sont pas attirées par le circuit magnétique.

Dans l'étape suivante, illustrée dans la figure 3E, la pièce mobile 221 est amenée en position sur la surface supérieure de la partie supérieure du support magnétique 250. La bobine 214 est alimentée de sorte que son champ s'ajoute à celui de l'aimant 213.

La force créée entre la pièce mobile 221 et le circuit magnétique 230 est suffisante pour vaincre celle des ressorts 260, 261. Le circuit magnétique 200 est plaqué contre la surface inférieure de la partie supérieure du support amagnétique 250. Si la pièce mobile 221, qui sert à fermer le circuit magnétique 230, n'est pas positionnée sur la face supérieure du support amagnétique 250, il ne se passe rien.

Enfin, dans une dernière étape, illustrée sur la figure 3F, on coupe l'alimentation de la bobine, et on retrouve la position stable fermée, illustrée sur les figures 2A et 3A.

Variantes de réalisation Dans une variante du dispositif selon l'invention, on combine la fonction ressort de rappel avec la fonction guidage en translation en utilisant des ressorts à lame. Sur les figures 4A et 4B, des ressorts à lames 300, 301, 302 et 303 forment un parallélogramme déformable qui guide le circuit magnétique 200 suivant l'axe oz . Les ressorts à lames peuvent éventuellement faire partie intégrante du boitier support 250. La figure 4A illustre la position stable fermée et la figure 4B illustre la position stable ouverte.

La figure 5 illustre une application, selon laquelle le dispositif de l'invention 400 est utilisé pour la fixation d'un bras sur une orthèse. La pièce magnétique mobile 421 est solidaire d'une coque morphologique 410 qui assure l'interface avec ce bras 420. Quand le bras est appuyé sur le boîtier support il

est possible d'initier la phase d'accrochage en alimentant la bobine dans le bon sens. Une fois l'accrochage réalisé, l'alimentation de la bobine peut être coupée. Il suffit d'alimenter la bobine dans le sens contraire pour libérer le bras.

RéFéRENCES

[1] EP 1 811 536