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WO1991006108A1 - Actionneur electromagnetique monophase - Google Patents

Actionneur electromagnetique monophase Download PDF

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Publication number
WO1991006108A1
WO1991006108A1 PCT/FR1990/000683 FR9000683W WO9106108A1 WO 1991006108 A1 WO1991006108 A1 WO 1991006108A1 FR 9000683 W FR9000683 W FR 9000683W WO 9106108 A1 WO9106108 A1 WO 9106108A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
movable member
electromagnetic actuator
magnetic
actuator according
phase electromagnetic
Prior art date
Application number
PCT/FR1990/000683
Other languages
English (en)
Inventor
Claude Oudet
Original Assignee
Moving Magnet Technologies S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moving Magnet Technologies S.A. filed Critical Moving Magnet Technologies S.A.
Publication of WO1991006108A1 publication Critical patent/WO1991006108A1/fr

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/14—Pivoting armatures
    • H01F7/145—Rotary electromagnets with variable gap
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K26/00—Machines adapted to function as torque motors, i.e. to exert a torque when stalled

Definitions

  • the present invention relates to a single-phase electromagnetic actuator comprising a stator structure and a mobile magnetic member.
  • the stator structure comprises a first magnetic circuit excited by an electric coil and a second magnetic circuit. These magnetic circuits are made of materials with very high magnetic permeability.
  • the movable member has a magnetized part positioned in the air gap of the stator structure. When a current flows in the electric coil exciting the first magnetic circuit, the electromagnetic field acting on the magnetized part produces a displacement of the movable member.
  • Such actuators are of course known in their general principles, their essential characteristic is to provide a constant force or torque when the excitation is made at constant current.
  • the magnetized part comprises two pairs of opposite poles, arranged on either side of the axis of symmetry of the device.
  • This solution is well suited for actuators having a movable member whose stroke travel in translation or in rotation is small.
  • no actuator known in the state of the art and comprising a movable magnet provides a substantially constant torque for a constant current.
  • Current solutions are either multi-phase or, if they are single-phase, they cause increasing parasitic torques with the amplitude of the movement of the movable member. These parasitic couples naturally generate errors on the real position of the movable member.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks by proposing a single-phase linear or angular actuator of large stroke, using a thin movable magnet.
  • the single-phase magnetic actuator according to the present invention is characterized more particularly by the fact that the movable member has a thin part magnetized in the thickness direction. This thin part has at least two pairs of opposite poles. The width of at least one of the pairs of poles varies continuously along the path of movement of the movable member from a maximum value to a minimum value.
  • the length of the air gap of the stator structure is much less than the length of the magnetized part measured along the path of movement, by air gap, we mean ' the space between the parts of the first magnetic circuit and the second circuit magnetic located on either side of the thin magnetic part of the movable member, and in which prevails the electromagnetic field generated by the electric excitation coil. Given the length ratios, only a transverse strip of the magnetized part is in the air gap, this transverse strip seen through the air gap varying of course depending on the position of the movable member.
  • the width of the first pair of poles is continuously decreasing, the width of the second pair of poles being constantly increasing along the path of movement.
  • first pair of poles and second pair of poles are purely arbitrary, and does not indicate any order of priority.
  • the cumulative width of the pairs of poles along the path of displacement is constant and the variation in width of each of the pairs of poles is monotonous in the mathematical sense of the term.
  • the width of the pairs of poles varies linearly along the path of displacement.
  • an electromagnetic indicator with a needle having an expanded or compressed scale it is possible to envisage a variation in the width of the pairs of poles corresponding to a particular formula, for example exponential or logarythmic.
  • the minimum width is zero, which means that the width of each of the pairs of poles varies monotonously between 0 and the maximum value.
  • the mobile organ can take different forms.
  • the movable member moves along a longitudinal axis, the magnetized part being plane.
  • This embodiment corresponds to a linear electromagnetic actuator.
  • the movable member is rotatable about a central axis, the magnetized part being in this case of cylindrical shape.
  • the length of the magnetized portion measured along the path of movement is less than the total length of the movable member.
  • This embodiment is particularly suitable for an organ rotary mobile in which the desired stroke is less than 360 °, and preferably greater than 180 ° for example around 240 °.
  • the second magnetic circuit is integral with the magnetized part of the movable member.
  • the magnetic field thus closes through this second mobile magnetic circuit with the mobile member.
  • the first magnetic circuit is formed by a cylinder made of a material of high magnetic permeability surrounded by a coaxial electric coil.
  • the second magnetic circuit coaxial with the first, is formed by a tubular segment made of a material of high magnetic permeability.
  • the movable member comprises a cylindrical magnetized part coaxial with the stator structure.
  • the second magnetic circuit extends over an angle of less than 120 °, preferably of the order of 60 °.
  • the angular width of the second magnetic circuit may be slightly increased compared to the value necessary to avoid parasitic torque, so as to use the side effects.
  • the interior magnetic circuit includes an extension extending over an exterior tubular segment substantially complementary to the second magnetic circuit.
  • the parasitic expansion torque which persists in the absence of current in the excitation coil, disappears, or / and at the very least greatly reduced.
  • the actuator electromagnetic comprises an additional magnetized part generating a field varying continuously according to the position of the movable member, as well as a magnetic sensor detecting the magnetic field created by said additional magnetic part.
  • This magnetic sensor preferably a Hall sensor, generates an electrical signal enabling the position of the movable member to be controlled. It thus makes it possible to correct the imperfections of the magnetization of the magnetized part, and to compensate for parasitic torques originating from the structure of the magnetic circuits.
  • At least one of the magnetic circuits has a chamfered edge perpendicular to the axis of movement of the movable member.
  • This chamfered edge regulates an expansion torque ensuring a blocking of the movable member at the end of the stroke, in the absence of current in the excitation coil.
  • This embodiment is sought for certain applications, for example for indicators in which the needle must be held at the end of its travel even when the current passing through the coil is cut. It can also be sought for linear electromagnetic actuators in which it is desired that the movable member remained wedged in a given position.
  • FIG. 1 shows a front view of the magnetized part
  • FIG. 2 shows a sectional view along section A, A '
  • FIG. 3 represents a perspective view and a cylindrical magnetic part
  • FIG. 4 represents a view in axial section of an actuator
  • FIG. 5 represents a sectional view B, B ′ of the preceding actuator
  • FIG. 6 represents a view in axial section of an actuator according to a variant
  • "- FIG. 7 represents a view in median section along C, C of the preceding actuator
  • FIG. 8 represents a view in axial section of a second variant
  • FIG. 9 shows a view in median section along D, D 'of the previous variant
  • - Figure 10 shows another embodiment of an electromagnetic actuator according to the present invention.
  • Figure 1 shows a front view of the magnetized part of the movable member.
  • the explanations which follow are valid both for a plane magnetized part and for a cylindrical magnetized part. For a good understanding of what will follow, we will designate by:
  • the concept of "thickness" must be understood along the Ox axis.
  • the magnetized part comprises two pairs of poles (1, 2) delimited on each face by a dividing line (3) inclined on the Oy axis of an angle ⁇ .
  • the two pole parts are magnetized " in the thickness direction, that is to say that the magnetic vector is parallel to the axis Ox.
  • the magnetization of the first pole part (1) is opposite to the magnetization of the second polar part (2). Consequently, there appears on each face of the magnetized part of the movable member a north pole and a south pole, it is two poles being reversed on the opposite face.
  • the air gap is designated by Y, and its width by Z. In the context of the present description it will be considered that the width of the magnetized part is identical to the width of the air gap. However, this is not an obligation, it may in some cases be advantageous to provide a magnetic part wider than the air gap.
  • FIG. 2 shows a view along section A, A 'of the structure shown in Figure 1.
  • the stator has a first magnetic circuit (4) and a second magnetic circuit (5).
  • We will call z the distance between the dividing line (3) and the median longitudinal axis (6), measured along a straight line (7) parallel to Oz and centered on the stator. It will be considered that each of the polar parts has an induction B and -B respectively.
  • the average height of the poles of the magnetized part located in the air gap is respectively (Z / 2-z) and (Z / 2 + z).
  • separation line (3) is linear and extends from the lower edge of the magnetized part to the upper edge of the magnetized part
  • y being a variable defining the coordinate of the magnet in the stator with respect to an origin position corresponding to the point of intersection of the lines (3) and (6) located at 0, therefore between the poles of the stator.
  • G 2BYtg ⁇ .
  • Figure 3 shows a perspective view ⁇ e the magnetized part of a rotary movable member.
  • the magnetized part has a thin tubular shape magnetized radially. It comprises a first pole part (1) and a second pole part (2) separated by a helical dividing line (3).
  • the connection of the two pole parts (1, 2) is made along a discontinuity line (8) which effectively limits the travel of the movable member.
  • R being the mean radius of the tubular magnet
  • tg ⁇ being equal to Z / 2 ⁇ R.
  • the maximum stroke obtained with such an actuator is equal to 2 ⁇ (ll).
  • the useful travel without locking effect without current for the travel ends of the movable member is 210 °, taking into account the edge effects observed for higher displacements.
  • the stroke is limited by stops placed at the ends of the zone in which the force is constant for a constant current.
  • FIG. 4 shows an axial sectional view of an electromagnetic actuator according to the present invention.
  • the first magnetic circuit (4) consists of a cylinder of material of very high magnetic permeability. It is surrounded by a coaxial electric coil (9). It has an internal bore (10) allowing the passage of an axis (11) integral with the movable member (12) coaxial.
  • the stator structure further includes a second external magnetic circuit (5).
  • This second magnetic circuit consists of an angular sector of a tube made of a material of very high magnetic permeability.
  • Figure 5 shows a view along section B, B 'of the actuator.
  • the angular width of the second magnetic circuit (5) is approximately 90 °.
  • the two magnetic circuits (4, 5) delimit between them an air gap (13) in which a part of the magnetized part (14) of the movable member (12) is positioned.
  • This magnetic part has been described in more detail in the above.
  • the magnetized part (14) is bonded to a support disc (15) made of a material of high magnetic permeability.
  • This support disc (15) is mounted on the axis (11) allowing the transmission of the angular movements of the movable member.
  • Bearings (16, 17) ensure the positioning and maintenance of the axis (11).
  • a non-magnetic housing (18) surrounds the assembly of the electromagnetic actuator.
  • Figure 6 shows a variant of the previous rotary electromagnetic actuator.
  • the internal magnetic circuit (4) is extended by an external ring (19) extending over an angular sector complementary to the angular width of the second magnetic circuit (5).
  • the magnetized part (14) of the movable member (12) is therefore included between the first internal magnetic circuit on the one hand, and on the other hand by the second magnetic circuit (5) over part of the angular sector and by the ring connected to the first magnetic circuit (4) on the remaining angular sector.
  • This embodiment makes it possible to reduce the parasitic expansion torque existing in the absence of electric current in the excitation coil (9).
  • FIG. 7 represents a view in median section along the plane C, C of this embodiment.
  • FIGS. 8 and 9 represent another embodiment of an electromagnetic actuator comprising a servo sensor.
  • the stator structure comprises an internal magnetic circuit (4) excited by an electric coil (9). The magnetic fields close through the second external magnetic circuit (5).
  • the movable member (12) has a cylindrical magnet part (14). It is mounted on a transmission axis (11).
  • the movable member comprises a rib (20) abutting at the end of the race on the first magnetic circuit (4).
  • the amplitude of the displacements of the movable member is thus limited to an angular sector of approximately 270 ° as represented by the arrow (22) in FIG. 9.
  • the movable member further comprises on its upper surface an additional magnetic part (21), of annular shape, this magnetic part is located opposite an electromagnetic sensor (23), for example a Hall probe.
  • This sensor generates an electrical servo signal, according to known electronic means.
  • FIG. 10 represents an alternative embodiment of a rotary electromagnetic actuator.
  • the magnetized part (14) is double, and is integral with the second magnetic circuit (5).
  • the first magnetic circuit (4) consists of a cylinder of material of very high magnetic permeability and comprises a coaxial coil (9).
  • the continuous external magnetic circuit (5) rotates with the thin magnet glued to it.
  • the two magnetized parts (14, 24) are of course magnetized in such a way that the effects due to each pole (25, 26) of the interior stator are added.
  • the tubular magnet can be formed by a thin homogeneous tube, or split along a generatrix.
  • the slot corresponding to this latter embodiment facilitates magnetization and makes it possible to accept diameter tolerances in the case where the magnetized part is fixed on a thin drawn or stamped tube.

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Abstract

La présente invention concerne un actionneur électromagnétique monophasé comportant une structure statorique et un organe mobile comportant une partie aimantée mince. La partie aimantée mince présente deux parties polaires (1, 2) séparées par une ligne de séparation (3). La largeur des parties polaires (1, 2) varie continûment le long du chemin de déplacement de l'organe mobile. Application: instrumentation, automatisme, actionneur linéaire ou rotatif.

Description

ACTIONNEUR ELECTROMAGNETIQUE MONOPHASE
La présente invention concerne un actionneur électromagnétique monophasé comportant une structure statorique et un organe mobile aimanté. Dans de tels actionneurs électromagnétiques, la structure statorique comporte un premier circuit magnétique excité par une bobine électrique et un deuxième circuit magnétique. Ces circuits magnétiques sont réalisés en des matériaux de très haute perméabilité magnétique. L'organe mobile présente une partie aimantée positionnée dans l'entrefer de la structure statorique. Lorsqu'un courant passe dans la bobine électrique excitant le premier circuit magnétique, le champ électromagnétique agissant sur la partie aimantée produit un déplacement de l'organe mobile. De tels actionneurs sont bien entendu connus dans leurs principes généraux, leur caractéristique essentielle est de fournir une force ou un couple constant lorsque l'excitation est faite à courant constant. Généralement, la partie aimantée comporte deux paires de pôles opposés, disposés de part et d'autre de l'axe de symétrie du dispositif. Cette solution est bien adaptée pour des actionneurs présentant un organe mobile dont la course course en translation ou en rotation est peu importante. Par contre, pour des courses linéaires importantes, ou pour des angles de rotation supérieurs à environ 140°, aucun actionneur connu dans l'état de l'art et comportant un aimant mobile ne procure un couple sensiblement constant pour un courant constant . Les solutions actuelles sont soit polyphasées, soit, si elles sont monophasées elles entraînent des couples parasites croissants avec l'amplitude du déplacement de l'organe mobile. Ces couples parasites engendrent bien entendu des erreurs sur la position réelle de l'organe mobile.
On a certes proposé dans l'art antérieur, de remédier à cet inconvénient en proposant un asservissement de position mettant en œuvre un capteur de position électrique coopérant avec l'organe mobile. Le traitement du signal d'asservissement vient s'ajouter au traitement déjà complexe du signal analogique ou numérique représentant l'importance du déplacement souhaité de l'organe mobile. Cette solution n'est donc pas réellement adaptée, en particulier pour des actionneurs de faibles coûts. Une autre solution consiste à mettre en oeuvre des actionneurs à faible course, et d'y associer un mécanisme amplificateur du mouvement. De telles solutions étaient envisagées, en particulier pour des appareils indicateurs. Dans ce cas, l' actionneur électromagnétique comporte un organe mobile rotatif coopérant avec des engrenages multiplicateurs de vitesse. Cette solution n'est toutefois pas satisfaisante, car elle va à l'encontre de la miniaturisation et de la simplification de ces dispositifs. De plus, elle présente une fiabilité moindre en raison de la complexité mécanique du dispositif global.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un actionneur linéaire ou angulaire monophasé de grande course, mettant en oeuvre un aimant mobile mince. L' actionneur magnétique monophasé selon la présente invention se caractérise plus particulièrement par le fait que l'organe mobile présente une partie mince aimantée dans le sens de l'épaisseur. Cette partie mince comporte au moins deux paires de pôles opposés. La largeur d'au moins l'une des paires de pôles varie continûment le long du chemin de déplacement de l'organe mobile depuis une valeur maximale jusqu'à une valeur minimale. La longueur de l'entrefer de la structure statorique est nettement inférieure à la longueur de la partie aimantée mesurée le long du chemin de déplacement, par entrefer, il faut entendre 'l'espace compris entre les parties du premier circuit magnétique et du deuxième circuit magnétique se trouvant de part et d'autre de la partie aimantée mince de l'organe mobile, et dans lequel règne le champ électromagnétique engendré par la bobine électrique d'excitation. Compte tenu des rapports de longueur, seule une bande transversale de la partie aimantée se trouve dans l'entrefer, cette bande transversale vue par l'entrefer variant bien entendu en fonction de la position de l'organe mobile.
Selon un mode de réalisation préféré, la largeur de la première paire de pôles est continûment décroissante, la largeur de la deuxième paire de pôles étant constamment croissante le long du chemin de déplacement. Bien entendu la notion de "première" paire de pôles et "deuxième" paire de pôles est purement arbitraire, et n'indique aucun ordre de priorité. De préférence, la largeur cumulée des paires de pôles le long du chemin de déplacement est constante et la variation de largeur de chacune des paires de pôles est monotone au sens mathématique du terme.
Selon un mode de réalisation particulier, la largeur des paires de pôles varie linéairement le long du chemin de déplacement. Toutefois, pour certaines applications particulières telles qu'un indicateur électromagnétique à aiguille présentant une échelle expansée ou compressée, on peut envisager une variation de la largeur des paires de pôles correspondant à une formule particulière, par exemple exponentielle ou logarythmique.
Selon un mode de réalisation particulier, la largeur minimale est nulle, ce qui fait que la largeur de chacune des paires de pôles varie de façon monotone entre 0 et la valeur maximale.
L' organe mobile peut prendre différentes formes. Selon un premier mode de réalisation, l'organe mobile se déplace selon un axe longitudinal, la partie aimantée étant plane. Ce mode de réalisation correspond à un actionneur électromagnétique linéaire.
Selon un autre mode de réalisation, l'organe mobile est rotatif autour d'un axe central, la partie aimantée étant dans ce cas de forme cylindrique . Selon un mode de réalisation particulier, la longueur de la partie aimantée mesurée le long du chemin de déplacement est inférieure à la longueur totale de l'organe mobile. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté pour un organe mobile rotatif dans lequel la course souhaitée est inférieure à 360°, et de préférence supérieure à 180° par exemple d'environ 240°.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le deuxième circuit aimanté est solidaire de la partie aimantée de l'organe mobile. Le champ magnétique se ferme ainsi à travers ce deuxième circuit magnétique mobile avec l'organe mobile.
Selon un mode de réalisation particulier d'un actionneur électromagnétique rotatif, le premier circuit magnétique est formé par un cylindre réalisé en un matériau de haute perméabilité magnétique entouré par une bobine électrique coaxiale. Le deuxième circuit magnétique, coaxial au premier, est formé par un segment tubulaire réalisé en un matériau de haute perméabilité magnétique. L'organe mobile comporte une partie aimantée cylindrique coaxiale avec la structure statorique. Le deuxième circuit magnétique s'étend sur un angle inférieur à 120°, de préférence de l'ordre de 60°. Toutefois, si l'on recherche un couple de positionnement sans courant aux deux extrémités de la course, la largeur angulaire du deuxième circuit magnétique peut être augmentée légèrement par rapport à la valeur nécessaire pour ne pas avoir de couple parasites, de façon à utiliser les effets de bord.
Selon une variante, le circuit magnétique intérieur comporte un prolongement s'étendant sur un segment tubulaire extérieur sensiblement complémentaire au deuxième circuit magnétique. Dans ce mode de réalisation le couple parasite de détente, qui persiste en l'absence de courant dans la bobine d'excitation, disparaît, ou/et à tout le moins fortement diminué.
A v a n t a g e u s e m e n t , l ' a c t i o n n e u r é lect romagnét ique comport e une pa rt ie a imantée supplémentaire générant un champ variant continûment en fonction de la position de l'organe mobile, ainsi qu'un capteur magnétique détectant le champ magnétique crée par ladite partie aimantée supplémentaire. Ce capteu magnétique, de préférence une sonde de Hall génère un signa électrique permettant de réaliser un asservissement de l position de l'organe mobile. Il permet ainsi de corriger les imperfections de l'aimantation de la partie aimantée, et de compenser des couples parasites provenant de la structure des circuits magnétiques.
Selon un mode de réalisation particulier, l'un au moins des circuits magnétiques présente une arête chanfreinée perpendiculaire à l'axe de déplacement de l'organe mobile. Cette arête chanfreinée règle un couple de détente assurant un blocage de l'organe mobile en fin de course, en l'absence de courant dans la bobine d'excitation. Ce mode de réalisation est recherché pour certaines applications, par exemple pour des indicateurs dans lesquels l'aiguille doit être maintenue en fin de course même lorsque le courant traversant la bobine est coupé. Il peut également être recherché pour des actionneurs électromagnétiques linéaires dans lesquels on souhaite que l'organe mobile resté calé dans une position donnée.
La présente invention sera mieux comprise dans ce qui suit, et en considérant les dessins où :
- la figure 1 représente une vue de face de la partie aimantée, - la figure 2 représente une vue en section selon la coupe A, A' ,
- la figure 3 représente une vue en perspective et une partie aimantée cylindrique,
- la figure 4 représente une vue en coupe axiale d'un actionneur,
- la figure 5 représente une vue en coupe B, B' de l'actionneur précédent,
- la figure 6 représente une vue en coupe axiale d'un actionneur selon une variante," - la figure 7 représente une vue en coupe médiane selon C, C de l'actionneur précédent, - la figure 8 représente une vue en coupe axiale d'une deuxième variante,
- la figure 9 représente une vue en coupe médiane selon D, D' de la variante précédente, - la figure 10 représente un autre mode de réalisation d'un actionneur électromagnétique selon la présente invention.
La figure 1 représente une vue de face de la partie aimantée de l'organe mobile. Les explications qui vont suivre sont valables tant pour une partie aimantée plane que pour une partie aimantée cylindrique. Pour la bonne compréhension de ce qui va suivre, on désignera par :
- Ox la direction perpendiculaire aux pôles définissant l'entrefer,
- Oy la direction du déplacement,
- Oz la direction perpendiculaire à Ox et à Oy.
Les notions "de longueur" et "longitudinal" doivent se comprendre selon l'axe Oy.
Les notions "largeur" ou "transversal" doivent se comprendre selon l'axe Oz.
La notion de "épaisseur" doit se comprendre selon l'axe Ox. Lorsque la partie aimantée est plane, le plan de l'aimant mince est yOz et sa hauteur Z. La partie aimantée comporte deux paires de pôles (1, 2) délimités sur chaque face par une ligne de séparation (3) inclinée sur l'axe Oy d'un angle β. Les deux parties polaires sont aimantées "dans le sens de l'épaisseur, c'est-à-dire que le vecteur magnétique est parallèle l'axe Ox. L'aimantation de la première partie polaire (1) est opposée à l'aimantation de la deuxième partie polaire (2) . En conséquence, il apparaît sur chaque face de la partie aimantée de l'organe mobile un pôle nord et un pôle sud, c'est deux pôles étant inversés sur la face opposée. La longueur de l'entrefer est désignée par Y, et sa largeur par Z. Dans le cadre de la présente description on considérera que la largeur de la partie aimantée est identique à la largeur de l'entrefer. Cela ne constitue toutefois pas une obligation, il peut être dans certains cas avantageux de prévoir une partie aimantée plus large que l'entrefer.
La figure 2 représente une vue selon la coupe A, A' de la structure représentée en figure 1. Le stator comporte un premier circuit magnétique (4) et un deuxième circuit magnétique (5) . On appelera z la distance entre la ligne de séparation (3) et l'axe longitudinal médian (6), mesurée le long d'une droite (7) parallèle à Oz et centrée sur le stator. On considérera que chacune des parties polaires présente une induction respectivement B et -B. La hauteur moyenne des pôles de la partie aimantée située dans l'entrefer est respectivement (Z/2-z) et (Z/2+z) .
En conséquence, le stator capte un flux 01=-B (Z/2-z)Y et 02=B(Z/2+z), soit au total 0total=2BYz . Dans le cas où la ligne de séparation (3) est linéaire et s'étend du bord inférieur de la partie aimantée au bord supérieur de la partie aimantée, z=ytgβ d'où 0t=2BYytgβ, y étant une variable définissant la coordonnée de l' aimant dans le stator par rapport à une position origine correspondant au point d'intersection des lignes (3) et (6) localisé en 0, donc entre les pôles du stator. La force par ampère-tour s'obtient en dérivant par rapport au degré de liberté y d'où G=2BYtgβ . Pour obtenir une course totale tymax par rapport à l'origine définie ci- dessus, il faut que l'aimant présente une largeur Z=(Y+2ymax)tgb.
La figure 3 représente une vue en perspective αe la partie aimantée d'un organe mobile rotatif. La partie aimantée présente une forme tubulaire mince aimantée radialement . Elle comporte une première partie polaire (1) et une deuxième partie polaire (2) séparées par une ligne de séparation (3) hélicoïdale. Le raccordement des deux parties polaires (1, 2) se fait selon une ligne de discontinuité (8) qui limite de fait la course de l'organe mobile.
Pour un organe mobile rotatif, le couple par ampère-tour g est égal à g=2BRYtgβ,
R étant le rayon moyen de l'aimant tubulaire, tgβ étant égale à Z/2πR. Si on appelle I la largeur angulaire relative des pôles du stator par rapport à leur largeur théorique maximale 2π, Y est égal à 2πlR et en conséquence g=2BRZl. La course maximale obtenue avec un tel actionneur est égale à 2π(l-l) . A titre d'exemple, pour une largeur des pôles du stator d'environ 60°, la course utile sans effet de verrouillage sans courant aux fins de course de l'organe mobile est de 210°, compte tenu des effets de bord observé pour des déplacements supérieurs. La limitation de la course s'effectue par des butées disposées aux extrémités de la zone dans laquelle la force est constante pour un courant constant . On peut également décider de disposer les butées au delà de cette zone de force constante pour un courant constant, mais avant la zone dans laquelle la force de détente décroît.Dans ce cas, les effets de bord produiront un couple de positionnement sans courant aux deux extrémités de la course. Ce couple de positionnement assurera le blocage de l'organe mobile dans la position d'extrémité en l'absence d'alimentation de la bobine électrique. Une telle solution est notamment adaptée pour des indicateurs de tableau de bord ou des dispositifs pour l'instrumentation électromagnétique. La figure 4 représente une vue en coupe axiale d'un actionneur électromagnétique selon la présente invention. Le premier circuit magnétique (4) est constitué par un cylindre de matériau de très haute perméabilité magnétique. Il est entouré par une bobine électrique (9) coaxiale. Il comporte un alésage intérieur (10) permettant le passage d'un axe (11) solidaire de l'organe mobile (12) coaxial . La structure statorique comporte en outre un deuxième circuit magnétique (5) extérieur. Ce deuxième circuit magnétique est constitué par un secteur angulaire d'un tube réalisé en un matériau de très haute perméabilité magnétique. La figure 5 représente une vue selon la coupe B, B' de l'actionneur. La largeur angulaire du deuxième circuit magnétique (5) est d'environ 90°. Les deux circuits magnétiques (4, 5) délimitent entre eux un entrefer (13) dans lequel est positionné une partie de la partie aimantée (14) de l'organe mobile (12) . Cette partie aimantée a été décrite plus en détail dans ce qui précède. La partie aimantée (14) est collée sur un disque support (15) réalisé en un matériau de haute perméabilité magnétique. Ce disque support (15) est monté sur l'axe (11) permettant la transmission des mouvements angulaires de l'organe mobile. Des paliers (16, 17) assurent le positionnement et le maintien de l'axe (11) . Un boîtier non magnétique (18) entoure l'ensemble de l'actionneur électromagnétique.
La figure 6 présente une variante de l'actionneur électromagnétique rotatif précédent.
Le circuit magnétique intérieur (4) est prolongé par un anneau extérieur (19) s' étendant sur un secteur angulaire complémentaire à la largeur angulaire du deuxième circuit magnétique (5) . La partie aimantée (14) de l'organe mobile (12) est donc comprise entre le premier circuit magnétique intérieur d'une part, et d'autre part par le deuxième circuit magnétique (5) sur une partie du secteur angulaire et par l'anneau relié au premier circuit magnétique (4) sur le secteur angulaire restant. Ce mode de réalisation permet de réduire le couple parasite de détente existant en l'absence de courant électrique dans la bobine d' excitation (9) .
La figure 7 représente une vue en coupe médiane selon le plan C, C de ce mode de réalisation. Les figures 8 et 9 représentent un autre mode de réalisation d'un actionneur électromagnétique comportant un capteur d' asservissement .Comme précédemment, la structure statorique comporte un circuit magnétique intérieur (4) excité par une bobine électrique (9) . Les champs magnétiques se ferment à travers le deuxième circuit magnétique (5) extérieur. L'organe mobile (12) comporte une partie aimantée (14) cylindrique. Elle est montée sur un axe de transmission (11) . L'organe mobile comporte une nervure (20) venant buter en fin de course sur le premier circuit magnétique (4) . L'amplitude des déplacements de l'organe mobile est ainsi limitée à un secteur angulaire d'environ 270° comme représenté par la flèche (22) sur la figure 9.
L'organe mobile comporte en outre sur sa surface supérieure une partie aimantée supplémentaire (21) , de forme annulaire, cette partie aimantée se trouve en regard d'un capteur électromagnétique (23), par exemple une sonde de Hall. Ce capteur génère un signal électrique d'asservissement, selon des moyens électroniques connus.
La figure 10 représente une variante d'exécution d'un actionneur électromagnétique rotatif. La partie aimantée (14) est double, et est solidaire du deuxième circuit magnétique (5) . Le premier circuit magnétique (4) est constitué par un cylindre de matériau de très haute perméabilité magnétique et comporte une bobine coaxiale (9) . Le circuit magnétique (5) extérieur continu tourne avec l'aimant mince collé sur lui. Les deux parties aimantées (14, 24) sont bien entendu aimantées de telle façon que les effets dûs à chaque pôles (25, 26) du stator intérieur s'ajoutent.
L'aimant tubulaire peut être constitué par un tube mince homogène, ou fendu selon une génératrice. La fente correspondant à ce dernier mode de réalisation facilite l'aimantation et permet d'accepter des tolérances de diamètre dans le cas où la partie aimantée est fixée sur un tube mince tréfilé ou embouti.
Il est bien entendu que dans ce qui précède, l'invention n'est décrite qu'à titre d'exemple non limitatif. Il existe un grand nombre de variantes des actionneurs électromagnétiques décrits entrant dans le cadre de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Actionneur électromagnétique monophasé comportant une structure statorique et un organe mobile, la structure statorique étant composée d'au moins un premier circuit magnétique excité par une bobine électrique et au moins un deuxième circuit magnétique, lesdits circuits magnétiques étant réalisés en un matériau de très haute perméabilité magnétique, l'organe mobile présentant une partie mince aimantée dans le sens de l'épaisseur, la partie mince comportant au moins deux paires de pôles opposés, caractérisé en ce que la largeur d'au moins l'une des paires de pôles varie continûment le long du chemin de déplacement depuis une valeur maximale jusqu'à une valeur minimale, la longueur de l'entrefer étant inférieure à la longueur de la partie aimantée de l'organe mobile, mesurée le long du chemin de déplacement .
2 - Actionneur électromagnétique monophasé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur de la première paire de pôles (1) est continûment décroissante, et en ce que la largeur de la deuxième paires de pôles (2) est continûment croissante le long du chemin de déplacement .
3 - Actionneur électromagnétique monophasé selon l'une quelconques des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la largeur cumulée des paires de pôles (1, 2) le long du chemin de déplacement est constante.
4 - Actionneur électromagnétique monophasé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la largeur des paires de pôles (1, 2) varie linéairement le long du chemin de déplacement.
5 - Actionneur électromagnétique monophasé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la largeur minimale des paires de pôles (1, 2) est nulle. 6 - Actionneur électromagnétique monophasé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe mobile (14) est mobile selon un axe longitudinal et présente une partie aimantée plane.
7 - Actionneur électromagnétique monophasé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'organe mobile est rotatif autour d'un axe central, la partie aimantée (14) étant de forme cylindrique.
8 - Actionneur électromagnétique monophasé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur de la partie aimantée mesurée le long du chemin de déplacement est inférieure à la longueur totale de l'organe mobile.
9 - Actionneur électromagnétique monophasé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième circuit aimanté (5) est solidaire de la partie aimantée (14) de l'organe mobile. 10 - Actionneur électromagnétique monophasé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou 7 à 9, caractérisé en ce que la structure statorique est constituée par un premier circuit magnétique (4) formé par un cylindre réalisé en un matériau de haute perméabilité magnétique entouré par une bobine électrique coaxiale, et par un deuxième circuit magnétique coaxial formé par un segment tubulaire réalisé en un matériau de très haute perméabilité magnétique, l'organe mobile comportant une partie aimantée mince cylindrique coaxiale avec le premier circuit magnétique (4) .
11 - Actionneur électromagnétique monophasé selon la revendication 10, caractérisé en ce que les circuits magnétiques intérieurs comportent un prolongement (19) s' étendant sur un segment tubulaires extérieur sensiblement complémentaire au deuxième circuit magnétique (5) .
12 - Actionneur électromagnétique monophasé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe mobile comporte en outre une partie aimantée supplémentaire (21) générant un champs variant continûment en fonction de la position de l'organe mobile, et un capteur magnétique (23) détectant le champs magnétique créé par ladite partie aimanté supplémentaire (21) .
13 - Actionneur électromagnétique monophasé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une au moins des arêtes perpendiculaires à l'axe de déplacement de l'un des circuits magnétiques (4, 5) est chanfreinée.
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