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Electro-aimant à armature à mouvement de roulement.
Pour faire varier, pendant le mouvement d'attraction de l'armature d'un électro-aimant, le rapport des bras de levier de cette armature sur l'un desquels s'exerce la force, tandis que sur l'autre s'exerce la résistance, d'une façon continue et de manière à adapter la force à la résistance qui se produit sur le bras de levier correspondant, il est connu de disposer l'armature sur une voie de roulement le long de laquelle cette armature roule pendant qu'elle exécute son mouvement.
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L'exécution des électro-aimants de ce genre, comportant des armatures à mouvement de roulement, présente des difficultés.
Les électro-aimants connus de ce type comportent une réluctance magnétique élevée, et notamment un retour ou une fermeture médiocre des lignes de force magnétiques entre l'armature et la traverse, de sorte qu'il faut mettre en oeuvre des champs d'excitation d'une intensité élevée. Les enroulements d'excitation nécessaires à cet effet occupent une place relativement grande, de sorte que, lorsqu'on réalise un rapport déterminé entre les bras de levier,il faut, pour le mouvement de l'armature, des voies de roulement relativement grandes, et par conséquent les masses du système mobile sont grandes. C'est pour ces raisons que les électro-aimants connus à armature à mouvement de roulement ne oonviennent pas pour les manoeuvres d'avancement périodiques exécutées avec une grande vitesse.
La présente invention consiste en un perfeotionnement des électro-aimants connus à armature à mouvement de roulement. D'après la présente invention, le circuit de fer, en forme d'U, qui porte l'enroulement d'excitation, est d'une largeur presque égale à celle de l'armature, et l'une des branches de ce circuit de fer est exécutée de façon à comporter une surface de roulement pour l'armature, tandis que l'autre branche constitue ou forme le pôle d'excitation. Grâce à cette forme du circuit de fer d'un élec- tro-aimant à armature à mouvement de roulement, on obtient une fermeture des lignes de force magnétiques, à travers la surface de roulement, pratiquement dépourvue de résistance ou de réluctance, et permettant d'obtenir avec une excitation électrique faible une grande force magnétique.
Par conséquent, il ne faut
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à l'électro-aimant qu'un enroulement d'excitation éga- lement petit, qui permet de rapprocher l'extrémité de la surface de roulement du circuit magnétique du pale d'excitation à un point tel que,même lors de la réalisation d'un rapport imposé pour les bras de levier de l'armature,la surface de roulement n'ait qu'une faible longueur. Par ce moyen, on réduit la masse de l'armature, de sorte que le système mobile ne comporte qu'une faible inertie et peut être manoeuvré suivant des mouvements se succédant rapidement.
Quelques exemples d'exécution de la pré- sente invention sont représentés sur le dessin joint.
La fig.l est une vue de côté d'un élec- tro-aimant, muni CI. 'une armature à mouvement de roule- ment et servant à faire avancer pas à pas un système tournant.
La fig. 2 est une coupe transversale de l'électro-aimant et de l'armature à mouvement de roulement.
La fig. 3 est une coupe longitudinale du circuit de fer de l'électro -aimant.
Les fig. 4 et 5 représentent l'armature de l'électro-aimant dans deux positions différentes de fonctionnement.
Les fig. 6 à 8 représentent trois autres formes d'exécution du circuit de fer de l'électro- aimant.
Dans les formes d'exécution représentées est sur les fig. 1 à 3, le noyau 11 de l'électro-aimant/en forme d'U. Sur la branche 12, on a fait passer la bobi- ne d'excitation 43. L'extrémité libre de cette branche sert àe pale d'excitation. La seconde branche 13 du
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noyau 11 est exécutée, à son extrémité libre, en forme de surface ae roulement pour l'armature 14. Le noyau 11 est à peu près de la même largeur que l'armature 14, de sorte que cette armature prend appui sur toute sa largeur sur la surface ue roulement de la branche 13.
Par ce moyen, on réalise aans chaque position de l'armature une bonne transmission de la force magnétique du noyau 11 à l'armature 14, ae telle sorte qu'il ne subsiste un entrefer, dans l'ensemble du circuit de fer, qu'entre le pôle ae la branche 12 et l'armature 14.
La bobine 43 est enroulée sur un support de bobine de façon à constituer un élément de construction indépendant, On fait passer ce support de bobine sur la branche 12 du noyau 11. La bobine repose alors sur la pièce de liaison entre les aeux branches 12 et 13 du noyau 11. Cette pièce ae liaison du noyau 11 est prolongée au-delà de la branche 12 de telle sorte qu'il se forme une surface 15 sur laquelle la bobine prend ap- pui également. Ce prolongement au noyau entraine en même temps une augmentation de la section de fer à la base de la branche 12, ce qui évite d'une façon efficace la sortie aes lignes ue rorce magnétiques.
La longueur de la surface de roulement de la branche 13 est un multiple de la longueur du pale 12.
Les dimensions et la forme de la surface ae roulement se déterminent par la course que le bras 16 de l'armature 14 sur lequel s'applique la résistance doit accomplir, et par les valeurs que aoit prendre le rapport des bras de levier de l'armature pour s'adapter aux forces contraires qui agissent sur le bras sur lequel est appliquée la charge. Comme, pendant la course d'attraction, la
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droite d'appui de l'armature 14 sur la surface de roulement de la branche 13 se déplace constamment dans la direction du pale d'excitation 12, le bras de levier sur lequel s'exerce la force diminue d'une façon continue, tandis que le bras de levier sur lequel s'exerce la résistance augmente d'une façon continue.
A l'état armé, on réalise danc le rapport le plus grand entre le bras de levier de la force et le bras de levier de la résistance ou charge. C'est pour cette raison qu'il faut maintenir la longueur du bras ae levier de la force aussi petit que possible quand l'armature est attirée, afin que les dimensions totales du système de l'armature puissent être maintenues entre des limites utilisables pratiquement.
Le bras 16 sur lequel s'applique la charge ou résistance porte un cliquet 17 (fig.l) qui s'engage dans la denture d'une roue à rochet. La roue à rochet 18 entraîne un système tournant quelconque. Au lieu de provoquer l'avancement d'une roue à rochet tournante, on pourrait également provoquer de la môme façon l'avancement d'une crémaillère mobile, ou d'un organe analogue. A l'extrémité de la course d'attraction de l'armature 14, le cliquet 17 vient heurter une butée fixe 19, fixée le cas échéant de façon réglable. Par le réglage de cette butée, on peut empêcher l'armature de frapper le pôle.
Sur le bras auquel s'applique la charge'ou résistance est attaché un ressort 20 qui, lorsqu'on coupe' l'excitation, ramène l'armature dans la position de repos dans laquelle l'armature s'appuie contre une butée fixe 21, éventuellement fixée d'une façon réglable. On peut modifier le point d'attaque du ressort 20 sur le bras sur lequel s'applique la charge. A cet effet, on prévoit sur ce bras 16 en forme d'U plusieurs trous 22 dans
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lesquels on peut introduire un axe d'attache pour le ressort. Pour permettre de déplacer le point d'attaque du ressort de rappel 20 sans modifier la tension du ressort, on prévoit à des distances correspondantes sur un support 23 relié au noyau 11 également des aispositifs d'attache pour le ressort.
Le déplacement du point d'attache du ressort détermine une variation de la force de rappel qui agit sur l'armature, en proportion de l'étendue de l'intervalle de variation parcouru par le rapport des bras de levier de l'armature. Par ce moyen, on est en mesure de faire agir également la force de rappel d'une façon non linéaire, et avec un rapport variable des bras de levier, sur l'armature.
C'est par la courbure correspondante de la surface de roulement de la branche 13 qu'on obtient une adaptation précise de la force développée par le bras sur lequel s'applique la charge aux forces contraires qui se produisent par l'action du système à entraîner. Pour le fonctionnement pratique, il suffit d'exécuter la surface ae roulement sous la forme de la surface extérieure d'un cylindre circulaire, car la courbe dun cercle ne diffère que faiblement de la courbe théorique. L'exécution sous la forme d'un cylindre circulaire présente l'avantage qu'on peut facilement fraiser et rectifier cette surface par les moyens usuels.
Pour le maintien de l'armature 14 sur la surface de roulement, cette armature porte un axe 24.
Sur la branche 13 du noyau 11 sont fixés deux flasques 25 formant paliers, dont chacun comporte une ouverture pour l'axe 24. Comme l'armature roule sur la surface de roulement de la branche 13 au cours de son mouvement, chaque axe relié à l'armature exécute à la fois un
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mouvement latéral et un mouvement vertical. Ces mouvements deviennent minima lorsque les paliers viennent se placer dans le plan de la surface ae roulement. Mais il faut, à cet effet, prévoir sur l'armature des nervures latérales qui portent aes goujons ou tourillons de support ou des trous. Comme ces oreilles dépassent la surface d'appui de l'armature, elles rendent plus diffi- cile l'usinage de cette armature, et par exemple la rectification de la surface a'appui.
Dans la forme d'exécu- tion représentée sur les fig. 1 à 3, on a-reporté, pour cette raison, le palier vers le haut de façon que l'axe 24 traverse l'armature. Au lieu d'un axe traversant de part en part, on pourrait aussi prévoir des tourillons ou des trous dans les tôles extérieures de l'armature.
Avec cette disposition du palier, la longueur du mouvement latéral et du mouvement vertical augmente, par comparaison avec la aisposition théoriquement la plus favorable. Malgré cela, ces mouvements sont d'une amplitude si faible qu'un jeu de quelques dixièmes de millimètre entre l'axe ou les goujons ou tourillons et le trou du palier suffit pour garantir le mouvement correct de roulement de l'armature. L'utilisation d'un palier de ce genre, à axe ou à tourillons, présente l'avantage que, sous l'action au ressort de rapple, l'armature est mainte- nue sur la surface de roulement dans toutes les positions du système. Les flasques-paliers 25 ont une largeur égala à celle de la branche 13 du noyau 11. Par ce moyen, on obtient en même temps un guidage latéral de l'armature.
Les flasques-paliers sont également exécutés de préférence en une matière magnétique, dételle sorte qui on obtienne un retour des lignes de force magnétiques également par l'intermédiaire des flasques-paliers. On
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exécute avec avantage en fer feuilleté aussi bien le noyau 11 que l'armature 14. Mais il suffit de diviser ces éléments en tôles d'une épaisseur de 1 à 2 mm environ, ce qui permet d'obtenir un travail rapide.
Comme, lors d'un avancement au moyen d'un cliquet et d'une roue à rochet, il faut toujours prévoir un jeu, quand l'armature est tombée, pour l'entrée en prise du cliquet, il ne se produit, au début de la course d'attraction de l'armature, qu'une faible résistance. La force nécessaire pour vaincre cette résistance peut également être fournie par un mouvement de basculement de l'armature, de sorte qu'il n'est pas indispensable de calculer la longueur de la surface de roulement en fonction ae la longueur totale de la course au bras sur lequel s'exerce la résistance. Dans les formes d'exécution représentées schématiquement sur les fig. 4 et 5, l'armature 26 bascule autour du bord d'extrémité de la surface de roulement de la branche 27, jusqu'à ce qu'elle heurte une butée 28 limitant ce mouvement.
Dans la position de repos, le cliquet 29 est placé en avant de la dent suivante 30 de la roue à rochet d'une quantité égale au jeu. Si l'on excite alors l'électro-aimant, l'armature bascule autour du bord d'extrémité de la surface de roulement, jusqu'à ce que le cliquet 2 vienne heurter le flanc de la dent 30. Peu avant cette position, l'armature est tangente à la surface de roulement, de sorte que la suite au mouvement, durant laquelle la roue à rochet est avancée, s'effectue avec variation continue du rapport entre les aeux bras de levier de l'armature.
Les fig. 6 et 7 représentent deux autres formes d'exécution possibles du circuit de fer, dont la forme est toujours en U, ces formes d'exécution permettant de prévoir une grande surface de roulement tout en
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poussant aussi loin que possible la réduction du volume de fer. Pour la forme à aonner à la branche large du circuit de fer, qui porte la surface de roulement, il faut toujours retenir que les lignes de force magnétiques doivent pouvoir parvenir suivant le chemin géométriquement le plus court de la branche polaire 31 à la surface de roulement 32. Dans la forme d'exécution représentée sur la fig.6, la branche 32 est exécutée en conséquence sous la forme d'un secteur. Pour réduire l'importance des quantités de matière à mettre en oeuvre, cette branche comporte un évidement 33 qui sert en même temps à la fixation.
Dans la forme d'exécution représentée sur la fig. 7, le circuit de fer est exécuté suivant un profil qui est facile à étirer ou à laminer, de sorte qu'on peut constituer le noyau d'éléments en forme de plaques prélevées dans une barre de fer profilée en conséquence. L'évidement 34 sert à la fixation. Les deux formes d'exécution représentées sur les fig. 6 et 7 permettent, tout comme la forme d'exécution des fig. 1 à 3, l'utilisation de bobines bobinées séparément et pouvant facilement être mises en place.
Comme, du fait des dimensions de l'armature, il faut aonner une valeur aussi faible que possible à l'intervalle compris entre le milieu du pale et l'extrémité de la surface de roulement, le circuit de fer est prolongé, dans la forme d'exécution de la fig.8, en forme d'anneau. La bobine 35 est montée sur une pièce de jonction 36, entre la branche qui sert de pale d'excitation 37 et la branche 38 portant la surface de roulement. Avec cette disposition, il faut bobiner la bobine sur le circuit de fer, ou bien il faut exécuter
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le circuit de fer@en deux parties et l'empiler à la fa- çon du circuit de fer des transformateurs.
REVENDICATIONS.
1- Electro-aimant comportant une armature exécutée sous la forme d'un levier à deux bras, dans lequel le rapport des longueurs du bras à 1'extrémité duquel s'applique la force et du bras à l'extrémité duquel s'applique la charge ou résistance varie d'une façon continue pendant une course d'attraction ou de chute qui s'effectue suivant un mouvement de roulement, caractérisé par le fait que le circuit de fer (11, 12, 13), en forme d'U. qui porte l'enroulement d'excitation a à peu près la même largeur que l'armature (14), et que l'une des branches (13) est exécutée sous la forme d'une surface de roulement pour l'armature, et l'autre branche(12) sous la forme d'un pôle d'excitation.
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Rolling armature electromagnet.
To vary, during the movement of attraction of the armature of an electromagnet, the ratio of the lever arms of this armature on one of which the force is exerted, while on the other is exerted resistance, in a continuous manner and so as to adapt the force to the resistance which occurs on the corresponding lever arm, it is known to dispose the reinforcement on a rolling track along which this reinforcement rolls while 'she performs her movement.
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The execution of electromagnets of this kind, comprising armatures with rolling movement, presents difficulties.
Known electromagnets of this type have a high magnetic reluctance, and in particular poor return or closure of the magnetic lines of force between the armature and the cross member, so that excitation fields d 'high intensity. The excitation windings necessary for this purpose occupy a relatively large space, so that, when a determined ratio is made between the lever arms, relatively large tracks are required for the movement of the armature, and therefore the masses of the mobile system are large. It is for these reasons that the known electromagnets with rolling movement armature are not suitable for periodic forward maneuvers carried out at high speed.
The present invention consists of an improvement of known electromagnets with a rolling movement armature. According to the present invention, the iron circuit, U-shaped, which carries the excitation winding, is of a width almost equal to that of the armature, and one of the branches of this circuit of iron is executed so as to include a running surface for the reinforcement, while the other branch constitutes or forms the excitation pole. Thanks to this form of the iron circuit of a rolling armature electromagnet, a closure of the magnetic lines of force, through the rolling surface, is obtained, practically devoid of resistance or reluctance, and allowing to obtain a large magnetic force with a weak electrical excitation.
Therefore, we must not
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to the electromagnet than an equally small excitation winding, which allows the end of the rolling surface of the magnetic circuit of the excitation blade to be brought closer to such an extent that, even when carrying out 'an imposed ratio for the armature lever arms, the running surface has only a short length. By this means, the mass of the frame is reduced, so that the mobile system has only low inertia and can be maneuvered according to movements that follow one another rapidly.
Some exemplary embodiments of the present invention are shown in the accompanying drawing.
Fig.l is a side view of an electromagnet, provided with IC. 'an armature with rolling movement and used to advance a rotating system step by step.
Fig. 2 is a cross section of the electromagnet and the rolling armature.
Fig. 3 is a longitudinal section of the iron circuit of the electromagnet.
Figs. 4 and 5 represent the armature of the electromagnet in two different operating positions.
Figs. 6 to 8 show three other embodiments of the iron circuit of the electromagnet.
In the embodiments shown is in FIGS. 1 to 3, the core 11 of the electromagnet / U-shaped. Excitation coil 43 has been passed over branch 12. The free end of this branch serves as an excitation blade. The second branch 13 of
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core 11 is made, at its free end, in the form of a rolling surface for the frame 14. The core 11 is roughly the same width as the frame 14, so that this frame is supported over its entire width on the rolling surface of the branch 13.
By this means, aans each position of the armature is achieved a good transmission of the magnetic force from the core 11 to the armature 14, ae such that there remains a gap, in the whole of the iron circuit, that 'between the pole ae the branch 12 and the frame 14.
The spool 43 is wound on a spool support so as to constitute an independent construction element. This spool support is passed over the branch 12 of the core 11. The spool then rests on the connecting piece between the two branches 12 and 13 of the core 11. This connecting part of the core 11 is extended beyond the branch 12 so that a surface 15 is formed on which the coil also rests. This extension to the core at the same time causes an increase in the section of iron at the base of the branch 12, which effectively prevents the output of the magnetic lines.
The length of the running surface of the branch 13 is a multiple of the length of the blade 12.
The dimensions and the shape of the rolling surface are determined by the stroke that the arm 16 of the frame 14 on which the resistance is applied must accomplish, and by the values to be taken by the ratio of the lever arms of the reinforcement to adapt to the opposing forces acting on the arm on which the load is applied. As, during the attraction race, the
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support line of the armature 14 on the rolling surface of the branch 13 moves constantly in the direction of the excitation blade 12, the lever arm on which the force is exerted decreases continuously, while that the lever arm on which the resistance is exerted increases continuously.
In the armed state, the greatest ratio is achieved between the lever arm of the force and the lever arm of the resistance or load. It is for this reason that the length of the force lever arm should be kept as small as possible when the frame is drawn, so that the overall dimensions of the frame system can be kept within practically usable limits. .
The arm 16 on which the load or resistance is applied carries a pawl 17 (fig.l) which engages in the teeth of a ratchet wheel. The ratchet wheel 18 drives any rotating system. Instead of causing the advancement of a rotating ratchet wheel, it would also be possible in the same way to cause the advancement of a mobile rack, or of a similar member. At the end of the attraction stroke of the armature 14, the pawl 17 strikes a fixed stop 19, fixed if necessary in an adjustable manner. By adjusting this stop, the armature can be prevented from hitting the pole.
On the arm to which the load or resistance is applied is attached a spring 20 which, when the excitation is switched off, returns the armature to the rest position in which the armature rests against a fixed stop 21 , possibly fixed in an adjustable way. It is possible to modify the point of attack of the spring 20 on the arm on which the load is applied. For this purpose, there are provided on this U-shaped arm 16 several holes 22 in
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which we can introduce an attachment pin for the spring. In order to allow the point of attack of the return spring 20 to be moved without modifying the spring tension, there are also provided at corresponding distances on a support 23 connected to the core 11 also fastening aids for the spring.
The displacement of the point of attachment of the spring determines a variation of the restoring force which acts on the armature, in proportion to the extent of the variation interval traversed by the ratio of the lever arms of the armature. By this means, it is also possible to make the return force act in a non-linear manner, and with a variable ratio of the lever arms, on the frame.
It is by the corresponding curvature of the running surface of the branch 13 that a precise adaptation of the force developed by the arm on which the load is applied to the contrary forces produced by the action of the system is obtained. to train. For practical operation, it is sufficient to execute the rolling surface as the outer surface of a circular cylinder, since the curve of a circle differs only slightly from the theoretical curve. The execution in the form of a circular cylinder has the advantage that this surface can be easily milled and ground by the usual means.
To hold the frame 14 on the running surface, this frame carries a pin 24.
On the branch 13 of the core 11 are fixed two flanges 25 forming bearings, each of which has an opening for the axis 24. As the armature rolls on the rolling surface of the branch 13 during its movement, each axis connected to the armature performs both a
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lateral movement and vertical movement. These movements become minimum when the bearings come to be placed in the plane of the rolling surface. But it is necessary, for this purpose, to provide on the frame of the lateral ribs which carry aes studs or support pins or holes. As these ears protrude beyond the bearing surface of the frame, they make it more difficult to machine this frame, and for example to grind the support surface.
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, for this reason, the bearing has been postponed upwards so that the axis 24 passes through the frame. Instead of an axis passing right through, it would also be possible to provide journals or holes in the outer plates of the frame.
With this arrangement of the bearing, the length of the lateral movement and of the vertical movement increases, compared with the theoretically most favorable position. Despite this, these movements are of such a small amplitude that a play of a few tenths of a millimeter between the axis or the studs or journals and the hole in the bearing is sufficient to guarantee the correct rolling movement of the armature. The use of a bearing of this kind, with axis or trunnions, has the advantage that, under the action of the recoil spring, the armature is held on the running surface in all positions of the system. . The bearing flanges 25 have a width equal to that of the branch 13 of the core 11. By this means, one obtains at the same time a lateral guidance of the frame.
The flanges-bearings are also preferably made of a magnetic material, so that a return of the magnetic lines of force is obtained also via the flanges-bearings. We
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executes with advantage in laminated iron both the core 11 and the reinforcement 14. But it is sufficient to divide these elements into sheets with a thickness of about 1 to 2 mm, which makes it possible to obtain rapid work.
As, when advancing by means of a pawl and a ratchet wheel, there must always be a play, when the armature has fallen, for the entry into engagement of the pawl, it does not occur, at start of the armature attraction stroke, only a low resistance. The force to overcome this resistance can also be provided by a tilting motion of the armature, so that it is not essential to calculate the length of the running surface as a function of the total length of the stroke at the end. arm on which resistance is exerted. In the embodiments shown schematically in FIGS. 4 and 5, the frame 26 swings around the end edge of the rolling surface of the branch 27, until it hits a stop 28 limiting this movement.
In the rest position, the pawl 29 is placed in front of the next tooth 30 of the ratchet wheel by an amount equal to the clearance. If the electromagnet is then energized, the armature rocks around the edge. end of the rolling surface, until the pawl 2 hits the side of the tooth 30. Shortly before this position, the reinforcement is tangent to the rolling surface, so that following the movement, during which the ratchet wheel is advanced, is carried out with continuous variation of the ratio between the two lever arms of the frame.
Figs. 6 and 7 show two other possible embodiments of the iron circuit, the shape of which is always U-shaped, these embodiments making it possible to provide a large rolling surface while
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pushing the reduction in iron volume as far as possible. For the shape to be given to the wide branch of the iron circuit, which carries the running surface, it must always be remembered that the magnetic lines of force must be able to reach along the geometrically shortest path from the polar branch 31 to the surface of bearing 32. In the embodiment shown in fig.6, the branch 32 is executed accordingly in the form of a sector. To reduce the size of the quantities of material to be used, this branch has a recess 33 which serves at the same time for fixing.
In the embodiment shown in FIG. 7, the iron circuit is executed in a profile which is easy to stretch or roll, so that the core of plate-like elements taken from an iron bar shaped accordingly can be formed. The recess 34 is used for fixing. The two embodiments shown in FIGS. 6 and 7 allow, just like the embodiment of FIGS. 1 to 3, the use of coils wound separately and can easily be put in place.
As, owing to the dimensions of the armature, it is necessary to give as small a value as possible to the interval between the middle of the blade and the end of the rolling surface, the iron circuit is extended, in the form execution of fig.8, ring-shaped. The coil 35 is mounted on a junction piece 36, between the branch which serves as the excitation blade 37 and the branch 38 carrying the rolling surface. With this arrangement, the coil must be wound on the iron circuit, or else it is necessary to execute
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the iron circuit @ in two parts and stack it like the iron circuit of transformers.
CLAIMS.
1- Electromagnet comprising an armature executed in the form of a lever with two arms, in which the ratio of the lengths of the arm at the end of which the force applies and of the arm at the end of which the pressure is applied. load or resistance varies continuously during an attraction or fall stroke which takes place in a rolling motion, characterized by the fact that the iron circuit (11, 12, 13), U-shaped . which carries the excitation winding has approximately the same width as the armature (14), and that one of the branches (13) is executed as a running surface for the armature, and the other branch (12) in the form of an excitation pole.