DossierÉLECTROTECHNIQUE DU FUTURFigure 11. Profils de force sans et avec courant (P1, P2, P3, P4) obtenus en simulation de l’actionneur + ressorts.Figure 12. Prototype MMT d’actionneur pour soupape électrique et performances dynamiques associées.6REEN° 4Avril 2008
■Actionneur rapides polarisés, ou non, à reluctance variable pour groupe motopropulseur ■baisses des émissions polluantes (NOX, HC, CO) ainsique la désactivation de cylindres. Il est connu que d’importantsniveaux de puissance sont requis pour cetteapplication. Cette consommation élevée a contribué àfreiner l’avènement d’<strong>actionneurs</strong> électriques en vue deremplacer l’arbre à cames. MMT a développé et breveté[4] pour ce type de déplacement linéaire ultra rapide unenouvelle structure d’actionneur, bistable sans courant,permettant ainsi de limiter la consommation de l’actionneuraux seules phases de transition.3.1. Principe généralLe principe de cet actionneur linéaire ultra rapiderepose également sur un système masse-ressort oscillantentre deux positions extrêmes (figure 8). Il est constituéde deux palettes se déplaçant linéairement entre un uniquestator intégrant des aimants.3.2. Circuit magnétiqueLe circuit magnétique de l’actionneur peut êtredécomposé en deux solénoïdes polarisés en « E » indépendantset symétriquement assemblés <strong>par</strong> rapport auplan médian des aimants (figure 9). La construction proposéepermet de maintenir l’ensemble mobile dans saposition ouverte ou fermée sans courant. Dans les deuxpositions, ce sont les mêmes aimants qui agissent, permettantainsi d’optimiser le volume d’aimant requis.On peut voir en figure 10 le profil typique de la forcesans courant de l’actionneur avec et sans ressort. Le comportementintrinsèquement bistable de l’actionneur estmaintenu, sur les derniers dixièmes de millimètre, mêmeen présence de la force de rappel des ressorts qui permetd’effectuer la transition rapide d’une extrémité à l’autre.Contrairement à l’actionneur rotatif évoqué précédemment,aucun courant n’est donc nécessaire pour maintenirle collage sur les deux extrémités.Ce type d’actionneur peut être piloté en une phase oudeux phases en courant unipolaire ou bipolaire selon lescontraintes technico-économiques de l’application et àl’image du dimensionnement précédent, les forces peuventêtre calculées analytiquement et numériquement.Sur la figure 11, on indique l’évolution de la force de collagelorsqu’une des deux bobines est alimentée. Un courant dedéfluxage permet de diminuer la force de collage jusqu’à ceque la force de rappel du système de suspension soit supérieureà celle de l’actionneur ; le déplacement vers la positionextrême peut alors commencer.3.3. Performances dynamiques dans le cadre d’uneapplication « Half-camless »Pour permettre le remplacement de l’arbre à cames,ces <strong>actionneurs</strong> électriques de soupape doivent accomplirdes courses de l’ordre de ± 4,5 mm avec des temps de <strong>par</strong>coursautour de 2,3 ms sur un <strong>par</strong>cours de 7 % à 93 % dela course. MMT a réalisé un prototype pour confronter lastructure décrite à l’exigence de cette spécification. Onpeut lire en figure 12 un exemple de relevé du comportementdynamique donnant un temps de transition [7 % -93 %] de 2,45 ms pour passer d’une position soupape ferméeà une position soupape ouverte distantes de 9 mm.Dans cet exemple qui constitue un bon compromis entredynamique et contraintes électriques, la tension de travailest de 24 V pour un courant pic de ± 23 A. On peutréduire ce temps de transition en travaillant avec d’autresjeux tension-courant qui se traduisent néanmoins <strong>par</strong> unsurcoût sur l’électronique de puissance.ConclusionLes deux structures d’actionneur ultra rapide présentéesont été prototypées sur la base de spécificationsreprésentatives des besoins exprimés <strong>par</strong> des intervenantsdu monde automobile. Ces deux <strong>actionneurs</strong> ont chacunfait l’objet d’un dépôt de brevet accordé. Aujourd’huiMMT recherche un <strong>par</strong>tenaire pour poursuivre le développementde l’actionneur linéaire dans le cadre d’uneapplication Half-camless tant les performances de l’<strong>actionneurs</strong>ont liées aux électroniques de puissance et depilotage et aux conditions ambiantes de l’environnementsous capot moteur, qui sont autant de <strong>par</strong>amètres que seulun équipementier ou un motoriste peut réunir.Références[1] Brevet français FR2834119 accordé le 21 mai 2004.[2] H. FINDEISEN, J. LINHART & S. WILD DE MANN+HUMMELGMBH “Development of an Actuator for a Fast <strong>Moving</strong> Flap orImpulse Charging”, 2003 SAE International Congress.[3] H. TAKAHASHI, T. HARADA, T. YAMAKI & T. OIKAWA DEHONDA R&D Co., “Study on Impulse Charger forEnhancement of Volumetric Efficiency of SI Engine”, 2006SAE International Congress.[4] Brevet français FR2884349 - accordé le 18 mai 2007.L e s a u t e u r s<strong>Moving</strong> <strong>Magnet</strong> <strong>Technologies</strong> : Créée en 1989 et située àBesançon, MMT est une société d’ingénierie spécialisée dansl’électromagnétisme appliqué aux <strong>actionneurs</strong> à entraînementdirect, aux moteurs pas à pas et sans balai, ainsi qu’aux capteursde position à effet Hall. MMT développe ses propres technologieset possède aujourd’hui plus de 180 brevets qui sont proposés à sesclients sous forme de licences de fabrication, et réalise égalementdes prestations d’ingénierie (étude et prototype d’actionneur, outild’aimantation de production...).REEN° 4Avril 20087
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