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Title:
METHOD FOR DETERMINING THE POSITION OF A MOVEABLE ELEMENT IN AT LEAST ONE MAIN POLE AIR GAP IN AN ELECTROMAGNETIC ACTUATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/058976
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for determining the position of a moveable element (2) in at least one main pole air gap (3) of a polarized electromagnetic actuator (1), comprising a stator structure (4) in the form of a magnetic circuit made from a highly permeable magnetic material and comprising at least one electric coil (6). The inventive method consists in the following: at least one secondary measurement air gap (7) is defined for the magnetic circuit (5) of the stator structure (4); a magneto-sensitive element such as a Hall probe or similar is disposed in said secondary air gap (7), whereby said magneto-sensitive element can deliver an electric signal that is representative of the total magnetic induction passing therethrough, respecting a known function that is dependent on the current in the coil (6) and the position of the moveable element (2) in the main pole air gap (3); the current in the coil (6) is measured in order to ascertain the position of the moveable element (2) in the main pole air gap (3). The invention also relates to actuators for carrying out said method.

Inventors:
BESSON CHRISTOPHE (FR)
GANDEL PIERRE (FR)
Application Number:
PCT/FR2000/000746
Publication Date:
October 05, 2000
Filing Date:
March 24, 2000
Export Citation:
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Assignee:
MOVING MAGNET TECH (FR)
BESSON CHRISTOPHE (FR)
GANDEL PIERRE (FR)
International Classes:
G01B7/00; H01F7/18; H02K1/12; H02K11/00; H02K33/12; H02K29/08; (IPC1-7): H01F7/18
Domestic Patent References:
WO1994027303A11994-11-24
Foreign References:
DE19501766A11996-07-25
DE29703587U11998-06-25
US5006901A1991-04-09
US4665348A1987-05-12
US5523684A1996-06-04
EP0949744A21999-10-13
EP0558362A11993-09-01
EP0642704B11996-08-21
US4779582A1988-10-25
Attorney, Agent or Firm:
Rhein, Alain (Cabinet Bleger-Rhein 8, avenue Pierre Mendès France Schiltigheim, F-67300, FR)
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Claims:
Revendications
1. Procédé pour la détermination de la position d'un organe mobile (2) dans au moins un entrefer principal (3,3A) d'un actionneur électromagnétique polarisé (1) comportant une structure statorique (4) sous forme d'un circuit magnétique (5) réalisé en un matériau à haute perméabilité magnétique et comprenant au moins une bobine électrique (6 ; 35,36 ; 45,46 ; 67,68 ; 83 ; 90 ; 102 ; 112, 113), caractérisé en ce que : on définit au niveau du circuit magnétique (5) de la structure statorique (4) au moins un entrefer secondaire de mesure (7,7A) ; on dispose dans au moins un entrefer secondaire (7,7A) au moins un élément magnétosensible (8), tel qu'une sonde à effet Hall, une sonde magnétorésistive ou analogue, prévu apte à délivrer un signal électrique représentatif de l'induction magnétique totale le traversant, respectant une fonction connue dépendant : . du courant dans la ou les bobines électriques (6 ; 35,36 ; 45,46 ; 67,68 ; 83 ; 90 ; 102 ; 112,113) ; . et de la position de l'organe mobile (2) dans 1'entrefer principal (3,3A) ; <BR> <BR> on mesure le courant traversant la ou les bobines électriques (6 ; 35,36 ; 45,46 ; 67,68 ; 83 ; 90 ; 102 ; 112,113) pour déduire, à partir de la fonction connue et de l'induction magnétique totale dans 1'entrefer secondaire (7,7A) mesurée au travers du signal délivré par l'élément magnétosensible (8), ladite position de l'organe mobile (2) dans 1'entrefer principal (3,3A).
2. Actionneur électromagnétique polarisé pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant un organe mobile (2) dans au moins un entrefer principal (3,3A) et une structure statorique (4) sous forme d'un circuit magnétique (5) réalisé en un matériau à haute perméabilité magnétique et comprenant au moins une bobine électrique (6 ; 35,36 ; 45,46 ; 67,68 ; 83 ; 90 ; 102 ; 112,113), caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un élément magnétosensible (8), tel qu'une sonde à effet Hall, prévu apte à délivrer un signal électrique représentatif de l'induction magnétique totale le traversant, disposé dans un entrefer secondaire de mesure (7,7A) défini au niveau du circuit magnétique (5) de la structure statorique (4).
3. Actionneur électromagnétique polarisé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un entrefer secondaire (7,7A) est défini de manière à optimiser sa perméance, en réalisant, de préférence, un rétrécissement local de part et d'autre de la sonde magnétosensible.
4. Actionneur électromagnétique polarisé selon l'une des revendications 2 ou 3 comportant une structure statorique (4) en forme de fer à cheval de manière à définir deux branches (9,10) dont les extrémités (11,12) forment des pôles statoriques (13,14) délimitant un espace semicylindrique dans lequel prend position un organe mobile (2) sous forme d'un rotor constitué par une pièce en fer doux cylindrique (16) comportant, en périphérie, un secteur aimanté radialement (17), caractérisé par le fait qu'au moins un entrefer secondaire (7) est défini au niveau de la structure statorique (4) en forme de fer à cheval.
5. Actionneur électromagnétique polarisé selon l'une des revendications 2 ou 3 comportant une première partie ferromagnétique (20) de construction en forme de fer à cheval comportant deux branches (9,10) dont les extrémités (11,12) forment des pôles statoriques (13,14) et délimitent un espace semicylindrique dans lequel prend position une autre partie ferromagnétique fixe (21) de forme cylindrique délimitant, par rapport à ladite première ferromagnétique (20), un entrefer principal (3) de forme semi annulaire à l'intérieur duquel vient se déplacer un organe mobile (2) défini par un secteur aimanté (19) en forme d'une tuile semi cylindrique, caractérisé par le fait qu'au moins un entrefer secondaire de mesure (7) pour la réception d'un élément magnétosensible (8) est défini au niveau de la partie ferromagnétique fixe (21) de forme cylindrique prenant position entre les pales statoriques (13,14) de l'autre partie ferromagnétique fixe (20) de construction en forme de fer à cheval, cet entrefer secondaire de mesure (7) se situant dans le plan médian (22) passant entre lesdits pales statoriques (13,14) de manière à s'étendre selon un diamètre intérieur au secteur aimanté en forme de tuile (19).
6. Actionneur électromagnétique polarisé selon l'une des revendications 2 ou 3, comportant un organe mobile (2) muni d'un aimant mince (30) en forme de disque aimanté dans le sens de l'épaisseur, présentant deux secteurs aimantés avec une polarité alternée et collée sur un circuit rotorique (31) solidaire d'un axe d'accouplement (32) venant traverser une structure statorique (4) comportant une paire de pales (33,33', 34,34') entourés chacun d'une bobine (35,35', 36,36') délimitant un canal central pour le passage de l'axe d'accouplement (32), ces parties polaires (33,33', 34,34') s'étendant depuis une semelle (37), caractérisé par le fait qu'entre cette semelle (37) de la structure statorique (4) au pied de l'une au moins de ces parties polaires (33,33', 34,34') est défini un entrefer secondaire de mesure (7) pour l'implantation d'un élément magnétosensible (8).
7. Actionneur selon la revendication 6, caractérisé en ce que 1'entrefer secondaire (7) est défini au pied d'un seul des pales statoriques (34).
8. Actionneur électromagnétique polarisé selon 1'une des revendications 2 ou 3, comportant, d'une part, une structure statorique (4) formée par une pièce en un matériau ferromagnétique (40) comportant deux branches (41,42) entourées par des bobines (45,46) et dont les extrémités définissent des pales statoriques (43,44), et, d'autre part, un organe mobile (2) défini par une culasse (47) en un matériau ferromagnétique comportant un secteur aimanté (48) respectant, par rapport à la surface (49) des pales statoriques (43,44) un jeu fonctionnel déterminé, caractérisé par le fait qu'au moins un entrefer secondaire (7) est défini au niveau de la pièce ferromagnétique (40) de la structure statorique (4), plus particulièrement à hauteur de la partie de liaison (50) reliant les branches (41,42).
9. Actionneur électromagnétique polarisé selon 1'une quelconque des revendications 2 ou 3, comportant un organe mobile (2) et une structure statorique (4), celleci étant formée, d'une part, par une pièce en un matériau ferromagnétique (40) comportant deux branches (41,42) entourées par des bobines électriques (45,46) et définissant des pales statoriques (43,44) et, d'autre part, par une culasse fixe (51) s'étendant audessus des surfaces (49) des pales statoriques (43,44) pour délimiter un entrefer principal (3) dans lequel vient se déplacer un secteur aimanté (48) définissant l'organe mobile (2), caractérisé par le fait que ladite culasse fixe (51) en matériau ferromagnétique, est subdivisée en deux parties (53,54) selon un plan médian (55) passant entre lesdits pales statoriques (44,45) de manière à définir un entrefer secondaire de mesure (7) apte à recevoir un élément magnétosensible (8).
10. Actionneur électromagnétique polarisé selon une des revendications 2 ou 3 comportant une structure statorique (4) définie par une enveloppe extérieure (60), de forme cylindrique, comportant, intérieurement, une partie annulaire (61) définissant un pôle statorique central (62) et refermée, à ses extrémités, par des flasques (63,64) d'où s'étendent des pales latéraux (65,66), définissant, par rapport à la paroi interne de l'enveloppe (60) un espace annulaire où prennent position des bobines électriques (67, 68), dans cette structure statorique (4) étant monté, axialement, un organe mobile (2) comportant, en périphérie, deux secteurs aimantés radialement (69,70), entre les flasques (63,64) et cet organe mobile (2) étant interposés des ressorts (71,72), caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un entrefer secondaire de mesure (7) défini entre la partie annulaire (61), correspondant au pôle statorique central (62), et ladite enveloppe extérieure (60) de la structure statorique (4), dans cet entrefer secondaire de mesure (7) étant disposé un élément magnétosensible (8).
11. Actionneur électromagnétique polarisé selon l'une des revendications 2 ou 3, comportant une structure statorique (4) sous forme d'une pièce ferromagnétique (80) délimitant, intérieurement, au moins un entrefer principal (3,3A) recevant, de manière fixe, au moins un aimant permanent mince (81,82 ; 91,92), apte à créer un champ magnétique au niveau de cette entrefer principal (3,3A) accueillant, par ailleurs, une bobine (83 ; 90) définissant l'organe mobile (2), caractérisé par le fait que la structure statorique (4) comporte au moins un entrefer secondaire de mesure (7,7A) destiné à accueillir un élément magnétosensible (8).
12. Actionneur électromagnétique polarisé selon l'une des revendications 2 ou 3, comportant une structure statorique (4) définie par une enveloppe extérieure de forme cylindrique (100) présentant, dans l'épaisseur de sa paroi, un espace annulaire (101) pour le logement d'une bobine électrique (102), cette enveloppe (100) délimitant, encore, un évidement cylindrique (103) chemisé au moyen d'un aimant annulaire mince (104) aimanté radialement, dans cet évidement cylindrique (103) étant disposé un organe mobile (2) sous forme d'une pièce ferromagnétique (105) solidaire d'un arbre de transmission (106) s'étendant au travers de flasques d'extrémité (107,108) refermant, de part et d'autre, 1'enveloppe (100), entre ces flasques (107,108) et ladite pièce ferromagnétique mobile (105) étant définis des entrefers principaux (3,3A), caractérisé par le fait qu'il est prévu au niveau de la structure statorique fixe (4) au moins un, préférentiellement deux, entrefers secondaires (7,7A) pour la réception d'un élément magnétosensible (8).
13. Actionneur électromagnétique polarisé selon l'une des revendications 2 ou 3, comportant une structure statorique (4) sous forme d'une enveloppe extérieure cylindrique (100) comportant, intérieurement et dans sa partie médiane, un aimant annulaire (104) aimanté radialement, celuici étant encadré, de part et d'autre dans la direction axiale de l'actionneur (1), par une bobine électrique (112,113), cette enveloppe cylindrique extérieure (100) étant refermée, à ses extrémités, par des flasques (107,108) délimitant, par rapport aux extrémités d'un organe mobile (2) défini par une pièce ferromagnétique (105) montée mobile axialement dans ladite structure statorique (4), des entrefers principaux (3,3A), caractérisé par le fait qu'au niveau de 1'enveloppe cylindrique (100), correspondant à la structure statorique (4), est prévu au moins un entrefer secondaire de mesure (7), préférentiellement deux (7,7A), adoptant une position symétrique par rapport au plan médian transversal (111) de l'actionneur (1), au niveau de l'un au moins de ses entrefers secondaires de mesure (7) étant disposé un élément magnétosensible (8).
14. Actionneur selon l'une des revendications 12 ou 13, présentant une construction symétrique par rapport à un plan médian transversal (111), caractérisé en ce qu'il comporte au niveau de sa structure statorique (4) deux entrefers secondaires de mesure (7,7A), disposés symétriquement part rapport audit plan de symétrie transversal (111) et dans chacun desquels est placé un élément magnétosensible (8,8A) prévu apte à délivrer un signal électrique représentatif de l'induction le traversant, la somme de ces inductions mesurés respectant une fonction connue dépendant du courant dans la ou les bobines (102 ; 112,113) et de la position de l'organe mobile (2) dans les entrefers principaux (3,3A).
15. Actionneur électromagnétique polarisé selon l'une des revendications 2 ou 3, comportant, d'une part, deux structures statoriques (4,4A) identiques disposées symétriquement de part et d'autre d'un plan transversal (130) et présentant au moins un pôle statorique central (131,131A) autour duquel se trouve une bobine électrique (132,132A) et, d'autre part, un organe mobile (2), sous forme d'une palette en un matériau ferromagnétique, venant se déplacer entre ces deux structures statoriques (4,4A) par rapport auxquels il délimite des entrefers principaux (3,3A), ceci suivant une direction perpendiculaire au plan (130) et fonction du sens du courant traversant lesdites bobines électrique (132,132A), caractérisé en ce que un entrefer secondaire de mesure (7,7A), recevant un élément magnétosensible (8,8A), est réalisé au niveau de chacune des structures statoriques (4,4A), pour mesurer l'induction magnétique totale traversant chacune desdites structures (4,4A) et déduire, de la somme de ces inductions mesurées, l'induction due à la position de l'organe mobile (2) et, donc, la position de ce dernier, connaissant l'induction résultant du courant traversant les bobines (132,132A).
16. Actionneur selon la revendication 15, caractérisé en ce que extérieurement à ladite bobine (132,132A), les structures statoriques (4,4A) viennent s'étendre pour définir un ou des pôles statoriques latéraux (133,133A).
Description:
PROCEDE POUR LA DETERMINATION DE LA POSITION D'UN ORGANE MOBILE DANS AU MOINS UN ENTREFER PRINCIPAL D'UN ACTIONNEUR ELECTROMAGNETIQUE.

L'invention a trait à un procédé pour la détermination de la position d'un organe mobile dans au moins un entrefer principal d'un actionneur électromagnétique polarisé comportant une structure statorique sous forme d'un circuit magnétique réalisé en un matériau à haute perméabilité magnétique et comprenant au moins une bobine électrique. L'invention concerne, encore, les actionneurs électromagnétiques permettant la mise en oeuvre du procédé selon 1'invention.

La présente invention trouvera son application dans le domaine des actionneurs, à aimant permanent mobile, à bobine mobile et/ou à réluctance variable, aussi bien rotatifs que linéaires.

En fin de compte, cette invention est applicable à l'ensemble des actionneurs électromagnétiques dont le déplacement de la partie mobile dans le circuit magnétique induit une variation de flux dans ce dernier.

Ainsi, les documents EP-0.848.481 et EP-0.558. 362 décrivent des exemples d'actionneurs rotatifs, tandis que les documents US-4.195.277, US-4.779.582 et WO-94/27303 font état d'exemples d'actionneurs linéaires susceptibles d'tre concernés par la présente invention.

En particulier, il est à remarquer que dans la plupart des applications, de tels actionneurs électromagnétiques sont prévus aptes à agir, au travers de leur organe mobile, directement sur la charge à commander, c'est à dire sans intervention au travers d'une transmission mécanique quelconque, tel qu'un réducteur, un multiplicateur, un différentiel, ou similaire.

Aussi, de tels actionneurs sont susceptibles de donner une image représentative de la position de ladite charge, grâce à un asservissement de position, donc une électronique de commande appropriée, et un capteur de position de l'organe mobile. Ce capteur est, dans la plupart des cas, de type potentiométrique, magnétique ou optique, et monté au dos de 1'actionneur ou couplé à la charge.

Il va de soi qu'un tel capteur de position crée un encombrement supplémentaire au niveau de 1'actionneur, tandis que sa liaison électrique et celle de 1'actionneur vers la carte électronique d'asservissement s'avère relativement complexe.

En fin de compte, la présente invention se veut à mme de répondre au problème précité au travers d'un procédé pour la détermination de la position d'un organe mobile dans un entrefer principal d'un actionneur électromagnétique polarisé qui nécessite la mise en oeuvre de moyens de mesure particulièrement simples, tant du point de vue de leur conception que de l'interprétation du signal qu'ils sont amenés à délivrer. De plus, ces moyens de mesure présentent la particularité de ne créer aucun encombrement supplémentaire au niveau de cet actionneur, dans la mesure où ils sont directement intégrés à ce dernier.

Ainsi, selon l'invention, le procédé pour la détermination de la position d'un organe mobile dans au moins un entrefer principal d'un actionneur électromagnétique polarisé comportant une structure statorique sous forme d'un circuit magnétique réalisé en un matériau à haute perméabilité magnétique et comprenant au moins une bobine électrique, consiste en ce que : -on définit au niveau du circuit magnétique de la structure statorique au moins un entrefer secondaire de mesure ; -on dispose dans cet entrefer secondaire au moins un élément magnétosensible, tel qu'une sonde à effet Hall, une sonde

magnétorésistive ou analogue, prévu apte à délivrer un signal électrique représentatif de 1'induction magnétique totale le traversant, respectant une fonction connue dépendant : . du courant dans la ou les bobines électriques ; . et de la position de l'organe mobile dans 1'entrefer principal ; -on mesure le courant traversant la ou les bobines électriques pour déduire, à partir de la fonction connue et de 1'induction magnétique totale dans 1'entrefer secondaire mesurée au travers du signal délivré par l'élément magnétosensible, ladite position de l'organe mobile dans 1'entrefer principal.

L'invention concerne, encore, un actionneur électromagnétique polarisé comportant un organe mobile dans au moins un entrefer principal et une structure statorique sous forme d'un circuit magnétique réalisé en un matériau à haute perméabilité magnétique et comprenant au moins une bobine électrique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément magnétosensible prévu apte à délivrer un signal électrique représentatif de l'induction magnétique totale le traversant disposé dans un entrefer secondaire de mesure définie au niveau du circuit magnétique de la structure statorique.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et des dessins joints en annexe se rapportant à des exemples de réalisation et dans lesquels : -la figure 1 correspond à une représentation graphique et schématisée de l'évolution de l'induction totale B (a) traversant l'élément magnétosensible placé dans un entrefer secondaire d'un actionneur électromagnétique polarisé à aimant mobile tel que celui représenté dans la figure 3, cette grandeur étant la somme de l'induction Bni (a) créée par la circulation du courant dans la bobine électrique et de l'induction Bm (a) générée par le déplacement de

l'organe mobile, ceci en fonction de la position angulaire a de ce dernier ; -la figure 2 est une représentation graphique similaire à la figure <BR> <BR> <BR> <BR> 1 illustrant l'évolution de l'induction totale B (a) dans 1'entrefer secondaire de mesure par rapport à la position a de l'organe mobile, ceci pour différentes valeurs de courant électrique dans la bobine ; -la figure 3 est une représentation schématisée d'un exemple de réalisation d'un actionneur électromagnétique polarisé rotatif à aimant mobile autorisant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour la détermination de la position de son organe mobile dans son entrefer principal ; -les figures 4 et 5 illustrent, de manière schématisée, des exemples de réalisation d'un entrefer secondaire dans la structure statorique d'un actionneur électromagnétique polarisé rotatif, tel que représenté dans la figure 3 ; -la figure 6 est une représentation schématisée et en coupe d'un autre mode de réalisation d'un actionneur électromagnétique polarisé rotatif dont la structure statorique, en deux parties, comporte un entrefer secondaire dans lequel prend position un élément magnétosensible pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; -la figure 7 correspond à un autre mode de réalisation d'un actionneur électromagnétique polarisé conforme à l'invention ; -la figure 7A est une représentation schématisée et en perspective de cet actionneur illustré dans la figure 7, l'une des parties polaires ayant été retirée pour rendre visible 1'entrefer secondaire et la sonde magnétosensible ;

-les figures 8,9,10 illustrent, de manière schématisée, trois modes de réalisation d'actionneurs linéaires présentant au niveau de leur structure statorique un entrefer secondaire susceptible de recevoir un élément magnétosensible pour la détermination de la position de leur organe mobile ; -les figures 11 et 12 illustrent, de manière schématisée, deux modes de réalisation d'actionneurs linéaires dont l'organe mobile est défini par une bobine ; -les figures 13 et 14 correspondent à deux modes de réalisation d'actionneurs électromagnétiques dont l'organe mobile est défini par une pièce ferromagnétique reliée à un arbre apte à transmettre les efforts à la charge à commander.

-la figure 15 est une représentation schématisée d'un actionneur polarisé à palette mobile, comportant deux structures statoriques disposées de part et d'autre d'un plan de symétrie, entre ces structures venant se déplacer l'organe mobile sous forme d'une palette ; <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> -La figure 16 illustre de manière schématisée la repartition des flux magnétiques dans un actionneur bistable, tel que représenté dans les figures 13 et 14, ceci en l'absence de courant dans la ou les bobines et avec l'organe mobile en position centrale par rapport aux entrefers principaux ; -La figure 17 est une représentation graphique, pour un actionneur bistable comme représenté dans les figures 13,14 et 15, de l'évolution, en fonction de la position de l'organe mobile, de l'induction due au courant et des inductions mesurées dans les entrefers secondaires, d'où l'on vient déduire l'induction dépendant exclusivement de cette position de l'organe mobile et, donc, la position de celui-ci.

Tel que représenté dans les figures 3 à 14, la présente invention a trait au domaine des actionneurs électromagnétiques 1 comportant, d'une part, un organe 2 mobile dans au moins un entrefer principal 3,3A et, d'autre part, une structure statorique 4, sous forme d'un circuit magnétique 5 réalisé en un matériau à haute perméabilité magnétique et comprenant au moins une bobine.

On remarquera, en particulier, comme visible, précisément, dans ces figures 3 à 14, que la présente invention concerne tant les actionneurs électromagnétiques de type rotatif que linéaire. En fait, elle trouvera son application dans tout type d'actionneur électromagnétique polarisé dont le déplacement d'un organe mobile dans un circuit magnétique induit une variation de flux dans ce dernier.

L'invention concerne tout particulièrement un procédé pour la détermination de la position qu'occupe, à un instant donné dans au moins un entrefer principal 3,3A, 1'organe mobile 2 de ces actionneurs électromagnétiques 1.

Plus particulièrement, ce procédé consiste à définir, au niveau du circuit magnétique 5 de la structure statorique 4, au moins un entrefer secondaire de mesure 7,7A. L'on vient alors disposer dans cet entrefer secondaire 7,7A un élément magnétosensible 8, en particulier une sonde à effet Hall ou une sonde magnétorésistive, qui est apte à délivrer un signal électrique représentatif de l'induction magnétique totale le traversant.

Si l'on prend le cas particulier d'un actionneur électromagnétique polarisé à aimant mobile, notamment de type rotatif, tel que celui représenté dans la figure 3, l'induction magnétique totale B (a) dans 1'entrefer secondaire de mesure 7 est une grandeur qui varie avec la position angulaire a de l'organe mobile 2 et correspond à la somme de l'induction due à l'aimant de l'organe mobile Bm (a) et à

celle Bni (a) due au courant circulant dans la bobine 6 de la structure statorique 4.

La figure 1 correspond à une représentation graphique de dévolution, en ordonnée, des inductions B (a), Bm (a) et Bni (a) en fonction de la position angulaire a du rotor, reportée en abscisse, ceci dans le cadre de l'exemple d'actionneur représenté dans la figure 3. Dans ce cas particulier Bni (a) est une grandeur sensiblement indépendante de la position a dudit rotor de sorte qu'elle peut tre assimilée à une constante.

En mesurant le courant dans ladite bobine 6 de la structure statorique 4, on peut en déduire l'induction Bni (a) due à ce courant, il suffit alors de la soustraire de l'induction totale B (a) mesurée au niveau de la sonde magnétosensible 8 pour obtenir la grandeur Bm (a).

La grandeur Bm (a) ainsi obtenue correspond à l'induction produite par 1'aimant du rotor laquelle respecte une fonction connue par rapport à la position angulaire de ce dernier. I1 est alors facile d'en déduire cette position.

Il convient d'observer que la saturation du circuit magnétique, apparaissant pour les valeurs de courant élevé, engendre une non linéarité sur la fonction B (a). Ceci conduit à une erreur de position pour les courants élevés dans la bobine. Toutefois, cette situation n'est pas gnante pour l'asservissement en position. En effet, lorsque l'écart entre la position que l'on cherche à transmettre à l'organe mobile de l'actionneur et la position réellement occupée est importante, le courant appelé par l'asservissement est important, tandis que, au contraire, il diminue lorsque cet organe mobile converge vers la position recherchée.

La figure 2 représente sous forme graphique, une certaine constance du principe appliqué au travers du procédé selon 1'invention.

Ainsi, il est illustré, sur ce graphique, l'évolution de l'induction totale traversant la sonde magnétosensible, de 1'actionneur représenté dans la figure 3, en fonction de la position a de l'organe mobile 2, ceci pour différentes valeurs de courant électrique dans la bobine.

La suite de la description se rapporte à des exemples de réalisation d'actionneurs électromagnétiques autorisant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

Ainsi, la figure 3 illustre un actionneur électromagnétique polarisé 1 de type rotatif dont la structure statorique 4 est en forme de fer à cheval entouré par une bobine 6 et définissant deux branches 9,10 dont les extrémités 11,12 forment des pôles statoriques 13,14. Ceux-ci délimitent un espace semi-cylindrique dans lequel prend position l'organe mobile 2 sous forme d'un rotor constitué par une pièce en fer doux cylindrique 16 comportant, en périphérie, un secteur aimanté radialement 17 d'épaisseur L dans la direction d'aimantation. Les pôles statoriques 13,14 et la pièce en fer doux cylindrique 16, définissant le rotor, déterminent entre eux 1'entrefer principal 3 de longueur radiale E.

Sur cette figure 3 il est encore illustré, au niveau de la structure statorique 4 1'entrefer secondaire 7 qui, comme visible dans les exemples de réalisations des figures 4 et 5 peut adopter différentes formes de réalisation. Dans cet entrefer secondaire 7 prend position l'élément magnétosensible 8 en particulier, une sonde de Hall ou une sonde magnétorésistive. Dans la mesure où un entrefer secondaire droit, donc constant et adapté à l'épaisseur de la sonde peut entraîner une baisse du couple due au courant de 1'actionneur électromagnétique, ainsi que la création d'un couple de rappel

magnétostatique en position centrale de 1'organe mobile 2 lorsque la bobine 6 n'est pas alimentée, il y a lieu d'en limiter les effets.

Aussi, selon un mode de réalisation préférentiel, l'on vient réaliser un entrefer secondaire 7 dont la perméance est augmentée par un rétrécissement local de part et d'autre de l'élément magnétosensible 8.

L'induction totale dans la sonde est donnée par la relation mentionnée plus haut, à savoir : B (a) = Bm (a) + Bni (a) où l'induction due à la position de l'organe mobile 2 respecte dans le cas d'un actionneur électromagnétique polarisé rotatif tel que représenté dans la figure 3, une relation du type : Bm (a) = y. a <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> y étant une constante qui dépend des grandeurs géométriques de 1'actionneur et des propriétés physiques des matériaux utilisés.

Elle peut tre obtenue approximativement par une approche théorique ou de manière précise par une simple mesure.

La figure 6 illustre un autre exemple de réalisation d'un actionneur électromagnétique polarisé de type rotatif, de structure sensiblement identique à celle décrite ci-dessus et représentée dans la figure 3. L'organe mobile 2 est cependant défini, ici, par un secteur aimanté 19 en forme d'une tuile semi-cylindrique prévue apte à se déplacer dans 1'entrefer principal 3, de forme semi-annulaire, délimité par deux parties ferromagnétiques 20,21 de la structure statorique 4. L'entrefer secondaire 7 est défini au niveau de la partie ferromagnétique fixe 21 de forme cylindrique prenant position entre les pôles statoriques 13,14 que définissent les extrémités 11,12 des branches 9,10 de l'autre partie ferromagnétique fixe de

construction en forme de fer à cheval.

En particulier, cet entrefer secondaire 7 se situe, préférentiellement, dans le plan médian 22 passant entre lesdits pôles statoriques 13,14 et s'étend, ainsi, selon un diamètre intérieur au secteur aimanté en forme de tuile 19. Au niveau de cet entrefer secondaire 7 prend position l'élément magnétosensible 8.

Les figures 7 et 7A illustrent un autre mode de réalisation d'un actionneur électromagnétique polarisé permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Un tel actionneur, par ailleurs décrit dans le document EP-0 642 704, comporte un organe mobile 2 muni d'un aimant mince 30 en forme de disque aimanté dans le sens de l'épaisseur, présentant deux secteurs aimantés avec une polarité alternée, et collé sur un circuit rotorique 31 solidaire d'un axe d'accouplement 32 venant traverser la structure statorique 4. Celle- ci comporte deux paires de pôles 33,33', 34,34'entourés chacun d'une bobine 35,35', 36,36'délimitant un canal central pour le passage de l'axe d'accouplement 32. Ces parties polaires 33,33', 34,34' s'étendent depuis une semelle 37 sachant qu'entre cette semelle 37 de la structure statorique 4, au pied de l'une au moins de ces parties polaires 33,33', 34,34', peut tre défini un entrefer secondaire 7 pour l'implantation de la sonde magnétosensible 8.

Une des caractéristiques importantes d'un actionneur électromagnétique polarisé rotatif est le couple que peut fournir cet actionneur. De manière générale, on cherchera à ce que ce couple soit le plus élevé possible pour une puissance électrique donnée appliquée aux bornes de 1'actionneur et, pour certaines applications, à ce qu'il soit constant sur toute la course de l'organe mobile 2.

Or, le fait d'ajouter un entrefer secondaire de mesure 7 dans sa structure statorique 4 a pour effet de modifier le circuit magnétique et, ainsi, de perturber le couple fourni par 1'actionneur

en diminuant le couple utile, ceci par rapport au couple de détente ou couple de rappel magnétostatique en position centrale de l'organe mobile 2, auquel il a déjà été fait référence plus haut. De plus, comme cela a également été indiqué préalablement, un tel entrefer secondaire 7 pose le problème de la saturation du circuit magnétique 5 pour des valeurs de courant élevés.

Au travers de la construction d'un actionneur, tel que représenté dans les figures 7 et 7A, ne comportant un entrefer secondaire 7 ne s'étendant sous le pied que d'une seule partie polaire (ici référencée 34), l'on vient remédier aux problèmes précités. En particulier, le flux magnétique venant traverser, dans ces conditions, l'élément magnétosensible 8 reste proportionnel à la position de l'organe mobile 2 dans 1'entrefer principal 3, de sorte qu'il peut en tre déduit cette position de cet organe mobile 2 pour une alimentation en courant déterminée des bobines 35,35', 36,36'. De plus, si, pour un actionneur du type correspondant à la figure 3 et n'ayant qu'un seul circuit magnétique formé par les deux pôles statoriques 13 et 14 et le rotor avec son secteur aimanté 17, la présence d'un entrefer secondaire 7 engendre une diminution sensible du couple utile qui peut tre de l'ordre de 30% à 50% par rapport à un mme actionneur sans entrefer secondaire, cette diminution dans le cas un actionneur tel que défini plus haut et visible figures 7 et 7A n'est que de l'ordre de 10% à 20%.

Par ailleurs, le couple dit de détente (ou de rappel magnétostatique) s'en trouve considérablement diminué. Ainsi, le rapport entre le couple utile et ce couple de détente s'est avéré bien plus élevé dans ce dernier mode de réalisation, correspondant à 1'actionneur des figures 7 et 7A, en comparaison à une solution d'un actionneur tel que visible figure 3 et, ceci bien sûre, dans les mmes conditions opératoires.

Il est illustré dans les figures 8,9 et 10 des actionneurs électromagnétiques de type linéaire qui ont pour but de mettre en

évidence la possibilité d'appliquer le procédé selon l'invention également à ce type d'actionneur.

En particulier, la figure 8 illustre un actionneur électromagnétique polarisé 1 comportant un organe mobile 2 et une structure statorique 4, celle-ci étant formée par une pièce en un matériau ferromagnétique 40 comportant deux branches 41,42 dont les extrémités définissent des pôles statoriques 43,44, ces branches 41,42 étant entourées par des bobines électriques 45,46.

L'organe mobile 2 est défini par une culasse 47 de forme trapézoïdale réalisée en un matériau ferromagnétique.

Cette culasse 47 comporte un secteur aimanté 48 définissant par rapport à la surface 49 des pôles statoriques 43,44 un jeu fonctionnel déterminé.

Dans ce cas, un entrefer secondaire 7 peut tre défini au niveau de la pièce ferromagnétique 40 de la structure statorique 4, préférentiellement à hauteur de la partie de liaison 50 reliant les branches 41,42.

Le mode de réalisation présenté à la figure 9 correspond à un actionneur électromagnétique polarisé du type linéaire de structure similaire à celui illustré dans la figure 8, l'organe mobile 2 étant défini par le secteur aimanté 48 seul. Celui-ci est monté mobile à l'intérieur de 1'entrefer principal 3 séparant deux parties ferromagnétiques fixes dont l'une correspond à la pièce ferromagnétique 40 de structure générale en « U », tandis que l'autre est définie par une culasse fixe 51 s'étendant au-dessus des surfaces 49 des pôles statoriques 43,44 pour délimiter 1'entrefer principal 3 dans lequel vient se déplacer ledit secteur aimanté 48.

Ladite culasse fixe 51, en matériau ferromagnétique est ici subdivisée en deux parties 53,54 selon un plan médian 55 passant

entre lesdits pôles statiques 43,44 de manière à définir un entrefer secondaire 7 recevant l'élément magnétosensible 8.

La figure 10 représente l'application du procédé selon l'invention à un actionneur électromagnétique polarisé linéaire de type cylindrique, tel que celui décrit dans le document FR-2.682.542. Cet actionneur comporte une enveloppe extérieure 60 de forme cylindrique correspondant à la structure statorique 4. Intérieurement, dans le plan médian transversal, cette enveloppe 60 comporte une partie annulaire 61 définissant un pôle statorique central 62. Par ailleurs, à ses extrémités elle est refermée par des flasques 63,64 d'où s'étendent des pôles latéraux 65,66 délimitant, par rapport à la paroi interne de l'enveloppe 60 un espace annulaire où prennent position des bobines électriques 67,68.

Quant à l'organe mobile 2, il se présente sous forme d'une pièce cylindrique mobile axialement dans la structure statorique 4 et comportant en périphérie deux secteurs aimantés radialement 69,70 venant se rejoindre sensiblement à hauteur du plan médian transversal de cet organe mobile 2, donc au droit du pôle statorique central 62. Entre les flasques 63,64 et cet organe mobile 2 sont interposés des ressorts 71,72.

Dans une telle conception, 1'entrefer secondaire 7 a été défini avantageusement, entre la partie annulaire 61, correspondant au pôle statorique central 62, et ladite enveloppe extérieure 60,1'entrefer secondaire 7 recevant l'élément magnétosensible 8.

Aussi, au niveau de cet élément magnétosensible est mesurée une induction totale qui est une fonction connue, dépendante du courant électrique traversant les bobines 67,68 et de la position de l'organe mobile 2.

Tel que déjà précisé plus haut, le procédé selon la présente invention concerne, également, des actionneurs à bobine mobile.

Ainsi, il a été représenté, dans la figure 11, un exemple de réalisation de ce type d'actionneur à bobine mobile. Il comporte une structure statorique 4 sous forme d'une pièce ferromagnétique 80 délimitant intérieurement, un entrefer principal 3. Celui-ci se présente sous forme d'une fente dans laquelle sont logés, côte à côte et de manière fixe, deux aimants permanents minces 81,82 de polarité alternée, de manière apte à créer un champ magnétique au niveau de cet entrefer principal 3, accueillant, par ailleurs, une bobine 83 définissant l'organe mobile 2.

La structure statorique 4 comporte, là encore, au moins un entrefer secondaire de mesure 7 destiné à accueillir un élément magnétosensible 8.

A noter que, comme précédemment évoqué, un tel entrefer secondaire de mesure 7 peut emprunter différentes formes de réalisation et en particulier il peut tre réalisé de manière à obtenir une perméance importante au travers de rétrécissements de part et d'autre de l'élément magnétosensible 8.

En fin de compte, en mesurant, à la fois, le courant circulant dans la bobine 83 et l'induction totale dans un tel entrefer secondaire de mesure 7, il est possible, là encore, d'en déduire la position de l'organe mobile 2 c'est à dire de ladite bobine 83.

On remarquera cependant, qu'à la différence d'un actionneur comportant, en tant qu'organe mobile, un aimant tel que décrit plus haut, dans le cas des actionneurs à bobine mobile, l'induction Ba créée par les aimants permanents 81,82 dans un entrefer secondaire de mesure 7 est constante. A l'inverse, la bobine mobile crée, au niveau de cet entrefer secondaire 7, une induction qui est dépendante, à la fois, de la position de cette bobine 83 et de la valeur du courant qui la traverse. Par conséquent, cette induction engendrée par l'organe mobile 2 est, ici, du type Bni (x, i) ou x

correspond à la position de la bobine 83 et i représente le courant traversant celle-ci.

Autrement dit, le signal transmis par l'élément magnétosensible 8 donne une image de l'induction totale B (x, ni) le traversant, sachant que B (x, ni) = Ba + Bni (x, ni).

Aussi, en venant soustraire à l'induction totale mesurée B (x, ni), l'induction constante Ba résultant, dans cet entrefer secondaire de mesure 7, des aimants permanents 81,82, on obtient la valeur de cette induction Bni (x, ni), ceci pour un courant i traversant la bobine 83, et il peut en tre déduit la position de cette dernière dans 1'entrefer principal 3, dans la mesure où cette induction Bni (x, ni) respecte une fonction connue de cette position.

Tel que cela ressort des explications qui précèdent, le principe mis en application pour de tels actionneurs à bobine mobile est tout à fait semblable à celui appliqué pour les actionneurs à aimant mobile.

Dans la figure 12 il est illustré le mode de réalisation d'un actionneur dont l'organe mobile 2 est, là encore, défini par une bobine 90. Toutefois, la structure statorique 4, sous forme d'une pièce ferromagnétique, définit, non pas un, mais deux entrefers principaux 3,3A dans chacun desquels est logé un aimant permanent mince 91,92, aimanté dans le sens de l'épaisseur. Ceci génère un champ magnétique appliqué à la bobine 90, en tant qu'organe mobile 2, s'étendant au travers de ces entrefers principaux 3,3A en venant s'enrouler autour de la partie ferromagnétique 93 délimitée par ces derniers. Dans le cadre de ce mode de réalisation, il est défini, de préférence, au niveau de la structure statorique 4, deux entrefers secondaires de mesure 7,7A, sachant qu'au niveau de l'un d'entre eux, au moins, est placé un élément magnétosensible 8.

Il convient de noter, à ce propos, que pour des questions de facilité d'interprétation des mesures, donc de simplification du traitement électronique de ces dernières, il peut tre utile de placer dans chacun de ces entrefers secondaires 7,7A un élément magnétosensible 8,8A.

Les figures 13 à 15 correspondent à des exemples d'actionneurs électromagnétiques polarisés bistables.

L'actionneur de la figure 13 comporte une structure statorique 4 définie par une enveloppe extérieure de forme cylindrique 100 qui présente, dans l'épaisseur de sa paroi, un espace annulaire 101 pour le logement d'une bobine électrique 102. Cette enveloppe 100 délimite, encore, un évidement cylindrique 103 chemisé au moyen d'un aimant annulaire mince 104 aimanté radialement. A l'intérieur de cet évidemment cylindrique 103 est, montée mobile, une pièce ferromagnétique 105 solidaire d'un arbre de transmission 106 s'étendant au travers de flasques d'extrémité 107,108 refermant de part et d'autre l'enveloppe 100. Entre ces flasques 107,108 et ladite pièce ferromagnétique mobile 105 sont interposés des ressorts 109,110.

Ainsi, selon le sens du courant traversant à la bobine 102, il en résulte un champ magnétique dans la pièce ferromagnétique mobile 105 venant se reboucler au niveau de la structure statorique fixe 4 au travers de l'un des entrefers principaux 3,3A délimités par les flasques 107,109 et les extrémités de ladite pièce ferromagnétique mobile 105.

La conception telle que représentée dans cette figure 13 prévoit, au niveau de la structure statorique fixe 4, au moins un, préférentiellement deux entrefers secondaires 7,7A pour la réception d'un élément magnétosensible 8,8A, sachant qu'au moins un entrefer secondaire au niveau duquel l'on vient mesurer l'induction est suffisant pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

La figure 14 représente un mode de réalisation d'un actionneur dont l'organe mobile 2 est, là encore, défini par une pièce ferromagnétique et reprenant une conception sensiblement similaire à 1'actionneur illustré dans la figure 13.

Toutefois, dans ce cas précis, l'enveloppe cylindrique 100 comporte, intérieurement et dans sa partie médiane l'aimant annulaire 104 aimanté radialement. Celui-ci est encadré, de part et d'autre, dans la direction axiale de 1'actionneur 1, par une bobine électrique 112,113. Finalement, l'on dispose, là encore, de deux entrefers principaux 3,3A variables tandis qu'au niveau de la structure statorique fixe 4, à savoir 1'enveloppe cylindrique 100 est prévu au moins un entrefer secondaire de mesure 7, préférentiellement deux 7, 7A, adoptant une disposition symétrique par rapport au plan médian transversal 111 de 1'actionneur 1.

La figure 16 représente de manière schématisée le flux du à l'aimant 104 dans la structure statorique 4 et dans l'organe mobile 2, ceci en l'absence de courant dans la ou les bobines électriques 102 ; 112,113 et avec cet organe mobile en position centrale par rapport aux entrefers principaux 3,3A. Ainsi, l'on constata qu'en raison de la construction symétrique de l'actionneur par rapport à son plan médian transversal 111, ce flux est parfaitement divisé de part et d'autre de ce dernier. En conséquence, l'introduction d'un entrefer secondaire 7 dans la partie statorique d'un des deux demi circuits 120,121 délimités par ledit plan de symétrie 111 doit tre, préférentiellement, compensée par l'introduction d'un entrefer secondaire symétrique 7A de manière à ne pas perturber l'allure symétrique de la loi des forces de cet actionneur.

Par ailleurs, la circulation de ce flux étant partagée entre les deux demi-circuits magnétiques 120 et 121, il est avantageux de les additionner pour avoir une information globale. Aussi selon l'invention, pour de tels actionneurs symétriques bistables

polarisés, la structure statorique 4 comporte préférentiellement deux entrefers secondaires 7,7A qui, comme indiqué plus haut, empruntent une disposition symétrique par rapport au plan de symétrie 111 de cet actionneur. En outre, au niveau de chacun de ces entrefer secondaire 7,7A prend position un élément magnétosensible 8,8A, tel qu'une sonde à effet Hall, apte à délivrer un signal électrique représentatif de 1'induction magnétique le traversant, sachant que l'on vient additionner ces signaux afin de définir le flux total dans le circuit magnétique de ce type d'actionneur. Dans la mesure où l'on connaît, par ailleurs, le flux du au courant traversant la bobine 102 ou les bobines 112,113, il est aisé d'en déduire le flux correspondant à l'aimant et, de là, la position de l'organe mobile 2 Ceci a été visualisé figure 17 correspondant à une représentation graphique de l'induction, en ordonnées, en fonction de la position de l'organe mobile 2, dans le cas d'un actionneur selon le mode réalisation de la figure 13. En particulier, ont été tracées les évolutions de l'induction Bl (y, ni) traversant 1'entrefer secondaire 7 et de l'induction B2 (y, ni) mesurée au travers l'élément magnétosensible 8A dans l'autre entrefer secondaire 7A disposé symétriquement. Quant au tracé Bt (y, ni), il correspond à la somme de Bl (y, ni) et de B2 (y, ni) d'où l'on déduit l'induction Bm (y) due à l'aimant et dépendant exclusivement de la position de l'organe mobile 2, connaissant, par ailleurs, celle Bni due au courant et qui est définie comme le produit d'une fonction f (y) de la position de cet organe mobile par le nombre d'ampères-tours, soit Bni=f (y). ni.

Bien entendu, ce principe est également applicable au cas d'un actionneur tel que visible dans la figure 14, comportant, non pas une, mais deux bobines 112 et 113.

Quant à la figure 15, elles concerne un actionneur polarisé à palette mobile avec aimants, ici au stator. Plus précisément, cet actionneur comporte, dans ce cas, deux structures statoriques 4,4A

identique disposées symétriquement de part et d'autre d'un plan transversal 130. Chacune de ces structures statoriques 4,4A comporte au moins un pôle statorique central 131,131A autour duquel se trouve la bobine électrique 132,132A. Extérieurement à ladite bobine 132,132A, ces structures statoriques 4,4A viennent encore s'étendre pour définir un ou des pôles statoriques latéraux 133,133A recevant un aimant 134, aimanté en direction dudit plan médian 130.

Par ailleurs, l'organe mobile 2, sous forme d'une palette en un matériau ferromagnétique disposée parallèlement par rapport au plan 130, vient se déplacer entre ces deux structures statoriques 4,4A suivant une direction perpendiculaire à ce plan 130. Il est visible dans cette figure 15, un arbre de transmission 134 assurant le maintien et la transmission du mouvement de cette palette.

Ainsi, en fonction du sens du courant traversant les bobines électrique 132,132A, cette palette constituant l'organe mobile 2 vient se déplacer en direction des pôles statoriques 131,133 de l'une 4 des structures statoriques ou vers les pôles 131A, 133A de l'autre 4A, ceci sous l'influence du flux magnétique résultant de ces dernières et venant se refermer au niveau de ladite palette au travers de l'un des entrefers principaux 3,3A.

A ce propos, il convient d'observer que ces flux magnétiques dans ces structures statoriques 4,4A ont pour conséquence, en fonction de ce sens du courant traversant leur bobine 132,132A respective, selon le cas d'attirer ou de repousser ladite palette. Aussi, selon l'invention, un entrefer secondaire 7,7A est réalisé au niveau de chacune des structures statoriques 4,4A, d'une part de manière à conserver la construction symétrique de l'actionneur et, d'autre part, pour placer dans chacun de ces entrefer secondaires 7,7A un élément magnétosensible 8,8A et permettre, ainsi, de mesurer l'induction magnétique totale traversant chacune desdites structures 4,4A. Là encore, l'on vient, ensuite, faire la somme des mesures relevées par ces éléments magnétosensibles 8,8A, pour en déduire

l'induction due à la position de l'organe mobile 2, connaissant l'induction résultant du courant traversant les bobines 132,132A.

Dans le mode de réalisation correspondant à la figure 15, les entrefers secondaires 7,7A sont définis au niveau du pôle statorique central 131,131A de ces structures statoriques 4,4A. Toutefois, ces entrefers secondaires 7,7A pourraient encore se trouver au niveau du ou des pôles statoriques latéraux 133,133A.

De mme, l'on observera que les aimants 134,134A peuvent tre associés, indifféremment, aux pôles latéraux 133,133A, aux pôles centraux 131,131A, voire à l'organe mobile 2. _ Tel que cela ressort de la description qui précède, la présente invention concerne, de manière non limitative, tout type d'actionneur électromagnétique polarisé dont le déplacement d'un organe mobile dans un circuit magnétique induit une variation de flux dans ce dernier.




 
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