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WO2024170330A1 - Actionneur électromagnétique linéaire - Google Patents

Actionneur électromagnétique linéaire Download PDF

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WO2024170330A1
WO2024170330A1 PCT/EP2024/052814 EP2024052814W WO2024170330A1 WO 2024170330 A1 WO2024170330 A1 WO 2024170330A1 EP 2024052814 W EP2024052814 W EP 2024052814W WO 2024170330 A1 WO2024170330 A1 WO 2024170330A1
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WO
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piston
actuator
housing
conical portion
radially
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2024/052814
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English (en)
Inventor
Samir Guerbaoui
Renaud CHAM
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Valeo Embrayages SAS
Original Assignee
Valeo Embrayages SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Embrayages SAS filed Critical Valeo Embrayages SAS
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Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H48/00—Differential gearings
    • F16H48/20—Arrangements for suppressing or influencing the differential action, e.g. locking devices
    • F16H48/30—Arrangements for suppressing or influencing the differential action, e.g. locking devices using externally-actuatable means
    • F16H48/34—Arrangements for suppressing or influencing the differential action, e.g. locking devices using externally-actuatable means using electromagnetic or electric actuators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H01F2007/086—Structural details of the armature

Definitions

  • the invention relates to a linear electromagnetic actuator.
  • the linear electromagnetic actuator according to the invention is of particular interest in the field of actuators for a transmission system of a motor vehicle.
  • the invention relates more specifically to an electromagnetic actuator which is intended to be housed inside a transmission housing of the transmission chain while being linked to a coupling device.
  • US 20170159726 A1 An actuator for a similar application is described in US 20170159726 A1 .
  • This document discloses an electromagnetic actuator for actuating a coupling device equipping a differential system.
  • the coupling device has an uncoupled state in which the differential is free to distribute torque from an engine to two axle shafts of an axle of the vehicle and a coupled state which deactivates the “differential” function so that the two axle shafts cannot rotate at different speeds.
  • the electromagnetic actuator comprises a housing which is intended to be fixed in a transmission housing in which the differential system is also housed.
  • the electromagnetic actuator comprises a housing having an annular space in which are housed a coil and a piston mounted movably between a retracted position and a deployed position.
  • One of the aims of the invention is to propose a linear electromagnetic actuator optimized to improve its response time.
  • the invention thus proposes a linear electromagnetic actuator comprising a cylindrical housing defining an annular space of axis X in which is housed a cylindrical coil, an annular piston mounted axially movable along an axis X between a retracted position and a deployed position and intended to transmit an actuating force.
  • the piston has a truncated conical portion, said truncated conical portion comprises an inner surface, an outer surface and a truncation.
  • the height of the inner surface and the width of the truncation have a ratio of between 3 and 8. More precisely, the ratio may be between 3 and 6.
  • the concept of internal surface should be understood as the surface of the truncated conical portion facing the coil.
  • the external surface faces the housing.
  • the ratio is obtained by dividing the height of the internal surface by the width of the truncation.
  • the piston, the coil and the housing form a magnetic circuit constituting an electromagnet.
  • the direction of extension of the internal surface and the direction of extension of the external surface of the truncated conical portion form an angle between 2° and 20°.
  • the direction of extension of the external surface of the truncated conical portion is parallel to the X axis.
  • the housing comprises a radially internal skirt, a bottom surface and a radially external skirt.
  • the piston is housed inside the housing and radially between the coil and the radially external skirt.
  • the piston is housed inside the housing and radially between the coil and the radially internal skirt.
  • the annular space of the housing is partly closed by a magnetic cover, the magnetic cover defines an end-of-stroke stop for the piston when the piston is in the deployed position.
  • the piston comprises a shoulder intended to come into abutment against a shoulder of the magnetic cover when the piston is in the deployed position.
  • the magnetic cover comprises a conical portion complementary to the truncated conical portion of the piston. This means that, when the piston is in the deployed position, the conical portion of the cover magnetic and the truncated conical portion of the piston are almost in contact, only a small residual clearance remains.
  • Figure 3 shows a linear electromagnetic actuator according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows an actuator 1 according to the invention.
  • This actuator 1 is an electromagnet capable of being housed in a transmission housing.
  • the transmission housing can be constituted by any housing of the transmission chain of a vehicle, in particular a differential housing.
  • the actuator 1 here is an electromagnet capable of being connected to a coupling device (not shown) of a motor vehicle transmission. It comprises a housing 2 which is intended to be fixed to a transmission housing (not shown).
  • an annular coil 3 as well as an annular piston 4.
  • the piston 4, the coil 3 and the housing 2 constitute the electromagnet.
  • the housing 2 serves as a magnetic circuit in order to guide the magnetic flux of the coil 3.
  • the actuator 1 may comprise an electrical connector (not shown) which is intended for connecting the coil 3 to a control device which is positioned outside the casing.
  • the electrical connector makes it possible to electrically power this coil 3.
  • the housing 2 defines an annular space of axis X in which the annular piston 4 intended to transmit an actuating force to a coupling device and the annular coil 3 are housed.
  • the piston 4 is arranged coaxially with the axis X and is mounted axially movable along the axis X between a retracted position R and a deployed position D.
  • the piston 4 is located radially outside the coil 3. It is entirely possible to locate the piston 4 radially inside the coil 3.
  • the housing 2 is “U” shaped. It is made in a single piece or in at least two assembled “L” shaped parts.
  • the housing 2 is made of a single magnetic material, for example magnetic steel.
  • the housing 2 comprises a radially external skirt 23 serving as a guide surface for the piston 4, a bottom surface 22 and a radially internal skirt 21.
  • the annular coil 3 is made of a winding of conductive wire and may be sealed by a coating of polymer material, for example epoxy resin, polyurethane or polyamide.
  • the coating may form an annular radial extension (not shown) defining an end-of-travel stop for the piston 4 when it is in the retracted position R.
  • the piston 4 is mounted movably in a housing defined between the coil 3 and the external skirt 23 of the housing 2.
  • the annular space of the housing 2 is closed by a magnetic cover 8, the magnetic cover 8 defines an end-of-travel stop for the piston 4 when the piston 4 is in the deployed position D.
  • the piston 4 has a shoulder intended to come into abutment against a shoulder of the magnetic cover 8 when the piston 4 is in the deployed position D.
  • the piston 4 is made of ferromagnetic material, such as iron or steel for example.
  • the piston 4 may further comprise a non-magnetic tip (not shown), also of annular shape, which is fixed to the piston 4 and by which the actuating force is transmitted to the coupling device.
  • Non-magnetic means a material having an absence of magnetic property.
  • the non-magnetic tip of the piston 4 thus makes it possible to avoid undesirable leaks of flow magnetic to the other components of the coupling device.
  • the non-magnetic tip is made of bronze or aluminum, for example.
  • the truncated conical portion 11 of the piston 4 is better visible in [Figure 2] and comprises an internal surface 12 facing the coil 3, an external surface 14 facing the housing 2 and a truncation 13.
  • the height H of the internal surface 12 and the width L of the truncation 13 have a ratio between 3 and 8.
  • the height H of the internal surface 12 measures between 2.85 mm and 4 mm
  • the width L of the truncation 13 measures between 0.5 mm and 0.9 mm.
  • the height H of the internal surface 12 is 2.85 mm
  • the width L of the truncation 13 is 0.5 mm.
  • the angle a is between 2° and 20°. Such a ratio makes it possible to reduce the response time of the actuator.
  • the piston 4 comprises a shoulder 15 intended to come into abutment against a shoulder 81 of the magnetic cover 8 when the piston 4 is in the deployed position D.
  • the magnetic cover 8 comprises a conical portion 82 complementary to the truncated conical portion 11 of the piston 4. This means that, when the piston 4 is in the deployed position, the conical portion 82 of the magnetic cover 8 and the truncated conical portion 11 of the piston 4 are in contact.
  • the actuator 1’ shown in [Figure 3] is identical to the actuator shown in [ Figure 1] and [ Figure 2] except that the piston 4 is housed inside the housing 2 and radially between the coil 3 and the radially internal skirt 21.

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Abstract

La présente invention concerne un actionneur électromagnétique linéaire (1, 1') comprenant un boitier (2) cylindrique définissant un espace annulaire d'axe X dans lequel est logé une bobine cylindrique (3), un piston annulaire (4) monté mobile axialement selon un axe X entre une position rétractée (R) et une position déployée (D) et destiné à transmettre un effort d'actionnement, le piston (4) a une portion conique tronqué (11), ladite portion conique tronquée (11) comprend une surface interne (12), une surface externe (14) et une troncature (13). La hauteur (H) de la surface interne (12) et la largeur (L) de la troncature (13) ont un ratio compris entre 3 et 8.

Description

Description
Titre de l'invention : Actionneur électromagnétique linéaire
[1] L’invention concerne un actionneur électromagnétique linéaire.
[2] L’actionneur électromagnétique linéaire selon l’invention trouve un intérêt particulier dans le domaine des actionneurs pour un système de transmission d’un véhicule automobile.
[3] L’invention concerne plus précisément un actionneur électromagnétique qui est destiné à être logé à l’intérieur d’un carter de transmission de la chaîne de transmission en étant lié à un dispositif d’accouplement.
[4] Un actionneur pour une application similaire est décrit dans le document US 20170159726 A1 . Ce document divulgue un actionneur électromagnétique pour actionner un dispositif d’accouplement équipant un système différentiel. Le dispositif d’accouplement présente un état désaccouplé dans lequel le différentiel est libre de distribuer un couple provenant d’un moteur vers deux arbres de roue d’un essieu du véhicule et un état accouplé qui désactive la fonction « différentiel >> de sorte que les deux arbres de roue ne peuvent pas tourner à des vitesses différentes. L’actionneur électromagnétique comporte un boîtier qui est destiné à être fixé dans un carter de transmission dans lequel est également logé le système de différentiel. Par ailleurs, l’actionneur électromagnétique comporte un boitier présentant un espace annulaire dans lequel sont logés une bobine et un piston monté mobile entre une position rétractée et une position déployée.
[5] Ce type d’actionneur nécessite un temps de réponse très court, c’est-à-dire que le décalage temporel entre la commande d’actionnement et la réalisation de celle-ci doit être la plus réduit possible.
[6] Un des buts de l’invention est de proposer un actionneur électromagnétique linéaire optimisé pour améliorer son temps de réponse.
[7] L’invention propose ainsi un actionneur électromagnétique linéaire comprenant un boitier cylindrique définissant un espace annulaire d’axe X dans lequel est logé une bobine cylindrique, un piston annulaire monté mobile axialement selon un axe X entre une position rétractée et une position déployée et destiné à transmettre un effort d’actionnement. Le piston a une portion conique tronqué, ladite portion conique tronquée comprend une surface interne, une surface externe et une troncature. Selon l’invention, la hauteur de la surface interne et la largeur de la troncature ont un ratio compris entre 3 et 8. Plus précisément, le ratio peut être compris entre 3 et 6.
[8] Il faut comprendre la notion de surface interne comme étant la surface de la portion conique tronquée faisant face à la bobine. La surface externe fait face au boitier. Le ratio est obtenu en divisant la hauteur de la surface interne par la largeur de la troncature.
[9] Dans la présente invention, le piston, la bobine et le boiter forment un circuit magnétique constituant un électro-aimant.
[10] Selon l’invention, la direction d’extension de la surface interne et la direction d’extension de la surface externe de la portion conique tronquée forment un angle compris entre 2° et 20°.
[11] Selon l’invention, la direction d’extension de la surface externe de la portion conique tronquée est parallèle à l’axe X.
[12] Selon l’invention, le boitier comporte une jupe radialement interne, une surface de fond et une jupe radialement externe.
[13] Selon l’invention, le piston est logé à l’intérieur du boitier et radialement entre la bobine et la jupe radialement externe.
[14] Selon une autre caractéristique de l’invention, le piston est logé à l’intérieur du boitier et radialement entre la bobine et la jupe radialement interne.
[15] Selon l’invention, l’espace annulaire du boitier est en partie fermé par un capot magnétique, le capot magnétique définit une butée de fin de course du piston lorsque le piston se trouve en position déployée.
[16] Selon l’invention, le piston comporte un épaulement destiné à venir en butée contre un épaulement du capot magnétique lorsque le piston est en position déployée.
[17] Selon l’invention, le capot magnétique comprend une portion conique complémentaire de la portion conique tronquée du piston. Cela signifie que, lorsque que le piston est en position déployée, la portion conique du capot magnétique et la portion conique tronquée du piston sont quasiment en contact, seul un faible jeu résiduel persiste.
[18] L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés :
[19] La [Figure 1] représente un actionneur électromagnétique linéaire selon l’invention ;
[20] La [Figure 2] représente une vue agrandie de la portion conique tronquée de l’actionneur de la [Figure 3] ;
[21] La [Figure 3] représente un actionneur électromagnétique linéaire selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
[22] Il est à noter que les figures divulguent l’invention d’une manière suffisamment détaillée pour sa mise en oeuvre, lesdites figures aidant à mieux définir l’invention au besoin. L’invention ne devrait cependant pas être limitée aux modes de réalisations divulgués dans la description.
[23] La [Figure 4] représente un actionneur 1 selon l’invention. Cet actionneur 1 est un électroaimant apte à être logé dans un carter de transmission. Le carter de transmission peut être constitué par n’importe quel carter de la chaine de transmission d’un véhicule, notamment un carter de différentiel. L’actionneur 1 est ici un électroaimant apte à être lié à un dispositif d’accouplement (non représenté) d’une transmission de véhicule automobile. Il comporte un boîtier 2 qui est destiné à être fixé à un carter de transmission (non représenté). Dans ce boitier 2 sont disposés une bobine annulaire 3 ainsi qu’un piston annulaire 4. Le piston 4, la bobine 3 et le boiter 2 constituent l'électroaimant. Le boitier 2 sert de circuit magnétique afin de guider le flux magnétique de la bobine 3.
[24] L’actionneur 1 peut comporter un connecteur électrique (non représenté) qui est destiné au raccordement de la bobine 3 à un dispositif de commande qui est positionné à l’extérieur du carter. Le connecteur électrique permet d’alimenter électriquement cette bobine 3. [25] Le boitier 2 définit un espace annulaire d’axe X dans lequel sont logés le piston annulaire 4 destiné à transmettre un effort d’actionnement à un dispositif d’accouplement et la bobine annulaire 3. Le piston 4 est disposé de manière coaxiale à l’axe X et est monté mobile axialement selon l’axe X entre une position rétractée R et une position déployée D. Le piston 4 est situé radialement à l’extérieur de la bobine 3. Il est tout à fait possible de situer le piston 4 radialement à l’intérieur de la bobine 3.
[26] Vu en coupe, le boitier 2 est en forme de « U >>. Il est réalisé de manière monobloc ou bien en au moins deux parties en « L >> assemblées. Le boitier 2 est réalisé dans un seul matériau magnétique, par exemple en acier magnétique. Le boitier 2 comporte une jupe radialement externe 23 servant de surface de guidage au piston 4, une surface de fond 22 et une jupe radialement interne 21 .
[27] La bobine annulaire 3 est constituée d'un enroulement de fil conducteur et peut être encapsulée de manière étanche par un revêtement en matériau polymère par exemple en résine époxy, en polyuréthane ou en polyamide. Le revêtement peut former une extension radiale annulaire (non représentée) définissant une butée de fin de course du piston 4 lorsqu’il se trouve en position rétractée R.
[28] Le piston 4 est monté mobile dans un logement défini entre la bobine 3 et la jupe externe 23 du boitier 2.
[29] L’espace annulaire du boitier 2 est fermé par un capot magnétique 8, le capot magnétique 8 définit une butée de fin de course du piston 4 lorsque le piston 4 se trouve en position déployée D. Le piston 4 comporte un épaulement destiné à venir en butée contre un épaulement du capot magnétique 8 lorsque le piston 4 est en position déployée D.
[30] Le piston 4 est en matériau ferromagnétique, tel que du fer ou de l’acier par exemple. Le piston 4 peut comporter en outre un embout amagnétique (non représenté), également de forme annulaire, qui est fixé au piston 4 et par lequel l’effort d’actionnement est transmis au dispositif d’accouplement. Amagnétique signifie un matériau ayant une absence de propriété magnétique. L’embout amagnétique du piston 4 permet ainsi d’éviter des fuites indésirables de flux magnétiques vers les autres composants du dispositif d’accouplement. L’embout amagnétique est par exemple en bronze ou en aluminium.
[31] Un arbre de transmission 10, coaxial à l’axe X, traverse de part et d’autre l’actionneur 1 .
[32] La portion conique tronquée 11 du piston 4 est mieux visible sur la [Figure 2] et comprend une surface interne 12 au regard de la bobine 3, une surface externe 14 au regard du boitier 2 et une troncature 13.
[33] La hauteur H de la surface interne 12 et la largeur L de la troncature 13 ont un ratio compris entre 3 et 8. Par exemple, la hauteur H de la surface interne 12 mesure entre 2,85 mm et 4 mm, la largeur L de la troncature 13 mesure entre 0,5 mm et 0,9 mm. Dans les modes de réalisations de la [Figure 1], de la [Figure 2] et de la [Figure 3] la hauteur H de la surface interne 12 est de 2,85 mm et la largeur L de la troncature 13 est de 0,5 mm. L’angle a est compris entre 2° et 20°. Un tel ratio permet de réduire le temps de réponse de l’actionneur.
[34] Le piston 4 comporte un épaulement 15 destiné à venir en butée contre un épaulement 81 du capot magnétique 8 lorsque le piston 4 est en position déployée D. Le capot magnétique 8 comprend une portion conique 82 complémentaire de la portion conique tronquée 11 du piston 4. Cela signifie que, lorsque que le piston 4 est en position déployée, la portion conique 82 du capot magnétique 8 et la portion conique tronquée 11 du piston 4 sont en contact.
[35] L’actionneur 1 ’ représenté sur la [Figure 3] est identique à l’actionneur représenté sur la [Figure 1] et la [Figure 2] à la différence que le piston 4 est logé à l’intérieur du boitier 2 et radialement entre la bobine 3 et la jupe radialement interne 21 .
[36] Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec deux modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits.
[37] Dans les revendications, les symboles de référence entre parenthèses ne doivent pas être interprétés comme une limitation de la revendication.

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] Actionneur électromagnétique linéaire (1 , 1 ’) comprenant un boitier (2) cylindrique définissant un espace annulaire d’axe X dans lequel est logé une bobine cylindrique (3), un piston annulaire (4) monté mobile axialement selon un axe X entre une position rétractée (R) et une position déployée (D) et destiné à transmettre un effort d’actionnement, le piston (4) a une portion conique tronqué (11 ), ladite portion conique tronquée (11 ) comprend une surface interne (12), une surface externe (14) et une troncature (13), caractérisé en ce que la hauteur (H) de la surface interne (12) et la largeur (L) de la troncature (13) ont un ratio compris entre 3 et 8.
[Revendication 2] Actionneur (1 , 1 ’) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la direction d’extension de la surface interne (12) et la direction d’extension de la surface externe (14) de la portion conique tronquée (11 ) forment un angle (a) compris entre 2° et 20°.
[Revendication 3] Actionneur (1 , 1 ’) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la direction d’extension de la surface externe (14) de la portion conique tronquée (11 ) est parallèle à l’axe X.
[Revendication 4] Actionneur (1 , 1 ’) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boitier (2) comporte une jupe radialement interne (21 ), une surface de fond (22) et une jupe radialement externe (23).
[Revendication 5] Actionneur (1 ) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le piston (4) est logé à l’intérieur du boitier (2) et radialement entre la bobine (3) et la jupe radialement externe (23).
[Revendication 6] Actionneur (1 ’) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le piston (4) est logé à l’intérieur du boitier (2) et radialement entre la bobine (3) et la jupe radialement interne (21 ).
[Revendication 7] Actionneur (1 , 1 ’) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’espace annulaire du boitier (2) est en partie fermé par un capot magnétique (8), le capot magnétique (8) définit une butée de fin de course du piston (4) lorsque le piston (4) se trouve en position déployée (D). [Revendication 8] Actionneur (1 , 1 ’) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le piston (4) comporte un épaulement (15) destiné à venir en butée contre un épaulement (81 ) du capot magnétique
(8) lorsque le piston (4) est en position déployée (D).
[Revendication 9] Actionneur (1 , 1 ’) selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le capot magnétique (8) comprend une portion conique (82) complémentaire de la portion conique tronquée (11 ) du piston (4).|
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