<Desc/Clms Page number 1>
BREVET D'INTENTION
Il est souvent recherché des électro-aimants susceptibles de produire une course assez longue sous un effort d'attraction aussi régulier que possible en se rapprochant en somme de la condition de fonctionnement d'un moteur quelconque,
Pour atteindre pratiquement ce résultat, entre un électro et le point d'utilisation de son effort, se trouve fréquemment intercalé un dispositif mécanique, par exemple, un jeu de cames susceptible de régulariser les variations trop considérables
<Desc/Clms Page number 2>
qui se produisent entre le moment où l'entrefer est maximum et le moment où cet entrefer est pratiquement nul.
Dans ce cas, les pertes d'énergie dans l'utilisation d'un tel électro par suite des effets de dispersion des lignes de force qui se produisent à l'origine de l'attrac- tion, ne sont pas récupérables. En outre, le dispositif mécanique tendant à régulariser la transmission des efforts d'attraction constitue une complication sujette à diminuer encore le rendement de l'appareil.
Le but de la présente invention est de réaliser précisé- ment un électro-aimant permettant de régulariser les efforts d'attraction sans adjonction d'éléments sortant du cadre de sa construction propre et de manière à toujours disposer de l'énergie requise avec un rendement maximum. L'électro-aimant suivant l'invention comporte deux noyaux mobiles l'un par rapport à l'autre et dont la partie d'extrémité de l'un au moins des noyaux se rapprochant lors de la fermeture du circuit d'exci- tation présente un échelonnement de sections à surfaces diminuant par gradins vers l'extrémité du noyau, en vue de réaliser, pendant le rapprochement des noyaux, une canalisation des lignes de force et une régularisation de l'effort d'attraction.
En outre, suivant une forme préférée d'exécution de l'in- vention, on épargne l'effet de choc violent susceptible de se produire au moment où l'entrefer tend vers une valeur nulle.
Pour obtenir ce résultat, on peut utiliser la conjugaison de deux moyens qui concourent tous deux au même but amplifier l'attraction au début de la course de l'armature mobile et la réduire vers la fin de cette même course.
,
<Desc/Clms Page number 3>
Le premier de ces moyens concerne la forme donnée aux extrémités des armatures appelées à venir en contact ; depréférence, l'une des armatures présente un avant-corps à gradins qui correspond à une concavité de dimension légèrement supérieure en section transversale dans l'autre armature.
Les gradins de section sensiblement régulière peuvent être raccordés par des parties dont l'inclinaison est de préférence de l'ordre de 45 degrés. La concavité correspondante n'épousant pas nécessairement le profil exact des gradins; le rapport entre la section de l'avant-corps et la section principale des armatures ainsi que le rapport entre les longueurs et les diverses sections droites de gradins de l'avant-corps peuvent être déterminés de telle sorte que la récupération des lignes de fuite du champ magnétique au début de l'attraction soit poussée au maximu; cela, cependant, dans la limite ou les efforts d'attraction ne présentent pas de fléchissement nuisible au bon fonctionnement pendant la fermeture de l'électro du fait de la déviation des lignes de force à l'intérieur de la concavité,
Le deuxième de ces moyens concerne le mode d'excitation;
il consiste de préférence à faire varier l'intensité de ce courant d'excitation en partant en général d'un maximum coïnci- dant avec le début de la course de l'armature mobile, c'est-à.- dire avec l'entrefer maximum pour atteindre une intensité minimum au collage de l'armature c'est-à-dire quand l'entrefer est à sa valeur minimum; cette variation d'intensité peut être obtenue par des moyens connus tels que l'emploi d'un ou de plusieurs inver- seurs manoeuvrés par l'armature mobile au cours de son trajet
<Desc/Clms Page number 4>
et des circuits séparés mis successivement en parallèle et en série par lesdits inverseurs, par l'emploi de circuits résistants quelconques branchés par le,-,,,dits inverseurs sur les circuits d'excitation, etc.
Ces deux moyens peuvent évidemment être employés séparément et en particulier le premier peut constituer à lui seul un moyen de réglage suffisant pour beaucoup d'applications.
Le principe même de la régularisation des effets d'attraction étant ainsi posé, il est évident que l'appli- cation de ce principe peut présenter de multiples expressions selon les cas et les besoins particuliers des applications.
Pour fixer les idées au sujet du caractère essentiel de l'électro-aimant faisant l'objet de la présente invention, la description d'une première forme d'exécution se rapporte à un cas simple de compensation partielle destiné à faire comprendre le mécanisme des effets produits par la conjugaison de la variation des courants d'excitation avec une canalisation bien déterminée des lignes de force résultant des formes parti-. culières des armatures.
Il est évident que ces formes particulières d'armatures aussi bien que le mode de variation des courants d'excitation peuvent être exprimés de manières assez différentes et plus ou moins complexes sans cependant sortir du principe qui forme la partie essentielle de la présente invention.
Pour mieux faire comprendre cette forme d'exécution qui vient d'être décrite, il est possible de résumer ce principe de la manière suivante: quand l'entrefer est à son ouverture
<Desc/Clms Page number 5>
maximum c'est-à-direà l'origine de la course de l'électro, le courant d'excitation est à son maximum, et la forme de l'armature se présente de telle manière que la plus grande partie possible des forces d'attraction se trouve dirigée vers l'axe général des lignes de force franchissant l'entrefer, tandis qu'au fur et à, mesure que cet entrefer diminue d'une part, le courant d'excitation est diminué d'autre part,
les lignes de forces sont progressivement déviées transversalement au fur et à mesure qu'elles pénètrent dans la concavité pour épargner aussi bien l'accroissement exagéré de l'effort de l'attraction que l'effet de choc susceptible de se produire à la fermeture de l'électro.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe axiale d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 en est une vue du plan partielle,
La fig. 3 représente un détail de l'interrupteuro
La fig. 4 est une coupe axiale de la deuxième forme d'exécution de l'électro-aimant.
La fig. 5 représente les armatures dans une autre position de fonctionn ement.
En vue de se rendre compte uniquement à titre d'exemple d'application de ce que l'invention peut représenter pratiquement dans un cas simple, il est représenté au dessin annexé un électro à plongeur à noyau central très saturé susceptible de recevoir son courant d'excitation d'une source d'énergie à tension pratique- ment constante, telle qu'une batterie d'accumulateurs.
<Desc/Clms Page number 6>
Suivant l'exemple d'exécution représenté par ce dessin, l'électro-aimant comporte un noyau plongeur saturé dont l'armature mobile est prolongée d'un avant-corps à gradins; la section de cet avant-corps comparée à la section principale du noyau étant dans un rapport assez faible pour que, lorsque cet avant-corps commence à s'engager dans l'armature fixe, la saturation du flux y soit telle que l'attraction continue de se produire par la section annulaire du corps principal au travers de l'entrefer restant effectif avec une valeur assez grande pour ne pas causer de fléchissement sensible dans les efforts d'attraction.
En principe, la longueur de l'avant-corps est nettement inférieure à l'ouverture des armatures, soit, de l'entrefer au début de la course de telle sorte qu'il assure à.ce moment, l'essentiel de l'effort d'attraction en épargnant en grande partie la formation d'un flux de dispersion. En vue d'assurer pour un même entrefer les conditions d'attraction maximum les extrémités de l'arma- ture mobile ainsi que la partie de l'armature fixe destinées à le recevoir sont formées par des cônes voisins de 45 et pour améliorer le rendement mécanique par un moyen simple, l'armature mobile est centrée par une tige s'engageant dans l'armature princi- pale. Le bobinage d'excitation est dans ce cas particulier formé de deux circuits séparés, un enroulement intérieur à fil fin et un enroulement extérieur à gros fil.
Dans l'enroulement à fil fin la puissance en ampères-tours résultant de l'excitation est pro- duite par une prépondérance du facteur exprimant le nombre de spires sur celui exprimant l'intensité du courant tandis que dans l'enroulement gros fil la tendance est inverse, c'est l'intensité @ qui est prépondérante par rapport au nombre des spires et cela au
<Desc/Clms Page number 7>
point .jute courant ne peut y passer que pendant un temps relativement court sans causer d'échauffement sensible.
En principe l'appel est produit par l'excitation des deux en- roulements en parallèle et le noyau mobile est maintenu au collage par une excitation série ou par le seul enroulement fil fin à l'aide d'un interrupteur manoeuvré par la tige centrale au moment où l'électro arrive à la fin de sa course. L'excitation en parallèle en raison de sa grande intensité produit instantané- ment un champ magnétique extrêmement actif qui trouve au passage facile dans l'armature extérieure largement dimensionnée tandis que la section relativement faible des armatures intérieures- cause rapidement une saturation dans ces sections.
Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2 du dessin, un corps d'électro tubulaire en acier 10, subdivisé, se termine à une de ses extrémités par un disque en acier 11 comportant un noyau fixe 12 à, l'intérieur duquel se trouve une cavité 13 terminée par un trou 14. Cette cavité 13 est formée d'un premier Irons de cône 15 suivi d'une partie cylindrique 16 est terminée par un deuxième tronc de cône 17.
La génératrice des parties coniques fait un angle voisin de 45 avec l'axe général de l'électro; l'autre extrémité du corps tubulaire 10 se termine par une rondelle en acier 18 comportant en 19 un bourrelet étroit pour le centrage de l'armature mobile et en 20 un alésage légèrement plus grand que le diamètre intérieur du bourrelet. une armature mobile 21 en acier, de forme cylindrique comporte à son extrémité extérieure un épaulement de butée 22 et à sa partie d'extrémité intérieure une surface tronconique 23 suivie de deux parties cylindriques 24 et 26 raccordées par une autre partie tronconique 25, d'ure troisième partie tron-
<Desc/Clms Page number 8>
conique 27 et d'une tige de guidage cylindrique 23 pouvant cou- lisser librement.dans le trou 14 de la partie fixe du noyau.
La section de la partie d'extrémité de l'armature diminuant ainsi par gradins. ne carcasse de bobine formée d'un tube non magnétique 29 solidaire du noyau fixe 12 et des deux flasques en acier 30 et 31 est centrée dans la rondelle 13 par l'épaulement 32 et maintenue en place par la vis 33; Dans l'espace annulaire 34 se trouvent deux bobinages dont le premier en fil fin reçoit directement son courant d'excita- tion par le conducteur 35 et se raccorde directement à la terre par le conducteur 36, tandis que le deuxième formé par un fil de plus grosse section, reçoit son courant par l'intermédiaire du conducteur 37 du plot 33 de la lame conductrice 39, du plot 40 et du conducteur 41 pour être relié ensuite à la terre par le conducteur 42.
Un interrupteur de fin de course est formé par le support43, solidaire du disque 11 et comportant un axe 44 sur lequel peut tourner librement le support 45 qui est relié par les deux barrettes en matière isolante 46 - 46' d'une part, à la lame conductrice 39, d'autre part, à l'attache réglable 47 du ressort de traction 48. Deux colonnettes 49 et 49' solidaires du disque 11 supportent la plaque isolante 50 maintenue par les écrous 51 et 51'. Sur cette plaque isolante 50 se trouvent fixés deux plots de contact 38 et 40 auxquels sont reliés les conduc- teurs 37 et 41 par les éDrous 52 et 52'.
Le diamètre de la partie cylindrique 21 et le diamètre de l'avant-corps 24 sont dans un rapport dont dépend la régularisation de l'attraction, et, la section de passage que ce dernier diamètre réservé aux lianes de force du champ magnétique de l'attraction, absorbe,lorsque
<Desc/Clms Page number 9>
l'électro est excité, la majeure partie des lignes de fuite qui passe entre la surface conique 27 et la surface conique 15 ; cependunt lorsque la partie cylindrique 26 se trouve :1. la hauteur de la partie cylindrique 16, la fermeture des lignes de force entre ces deux parties cylindriques 26 et 16 conserve une valeur assez faible pour ne pas causer de fléchissement trop sensible dans la force d 'attraction du noyau mobile ;
en est de même lorsque la surface cylindrique 24 vient à son tour à la hauteur de la surface cylindrique 16. En outre pour accentuer les effets de canalisation des lignes de force, la section de passage réservée au champ magnétique à l'intérieur du tube 10 ainsi que dans les pièces 11- 18 - 30 et 31est très nettement supérieure à celle réservée dans la partie cylindrique du noyau mobile 21.
FONCTIONNAIENT . Avant le début de l'attraction, l'élec- tro se trouve dans la position représentée par le dessin c'est- à-dire que le noyau mobile 21 est le plus éloigné du noyau fixe 12; quand l'excitation se produit, les deux bobinages sont alimentés en parallèle: le courant passant par le conducteur
37, le plot 38, la lame conductrice 39, le plot 40 et le conduc- teur gros fil 41, pour ressortir par le conducteur 36 connecté à la terre et pour le fil fin par le conducteur 35 pour ressortir par le conducteur 42 connecté à la terre. Comme il avait été dit précédemment la densité du courant dans le gros fil est comparativement extrêmement forte et la magnétisation du noyau 21 tend rapidement vers la limite de saturation.
La forme particu- lière de l'extrémité intérieure de ce noyau mobile 21 à l'endroit des parties cylindriques et coniques 23,2 5,24, 26, 27 et 28
<Desc/Clms Page number 10>
se prête à l'appel des lignes de force en diminuant les trajets que ces lignes de force auraient à effectuer à l'origine dans l'air libre ; au fur et à mesure que le noyau mobile 21 se rapproche du noyau fixe 12, la pénétra- tion des parties cylindriques 26 et 24 tend à réduire la force d'attraction par la déviation d'une partie des lignes de force dans un sens perpendiculaire à la trajec- toire du noyau mobile 21. Ceci tend, d'une part, à augmenter la puissance d'attraction au début de la course du noyau mobile et à la diminuer à partir du moment oà cette puissance d'attraction atteint une valeur qui dépasse l'effort de travail que le noyau mobile doit fournir.
Dès que le noyau mobile 21 atteint la fin de sa course et que l'épaulement 22 ne se trouve plus qu'à une faible distance de la rondelle 18, la tige 28 soulève la pièce 45 qui pivote autour de l'axe 44 et qui par l'intermédiaire des pièces 46 et 46' entraîne la lame conduc- trice 39 qu'elle détache des plots 38 et 40 où elle se trouvait maintenue par l'attraction du ressort 48 ; lecircuit d'excita- tion de la bobine gros fil passant par le conducteur 37, le plot 38, la lame conductrice 39, le plot 40, le conaucteur 41 etc. se trouve donc coupé à ce moment et le collage-de l'électro est effectué et maintenu par le bobinage fil fin alimenté par le conducteur 35,l'appel de courant produit par le bobinage gros fil est donc limité à un temps très court:
Bien que le fil alimenté par le conducteur 35 produise une puissance d'excitation relativement faible, l'excellente utilisa- tion de cette puissance en raison du rapprochement des armatures, uand elle se manifeste seule, lui permet d'assurer une attrac- tion suffisante entre les armatures arrivant au contact.
<Desc/Clms Page number 11>
@
Il est entendu queÇ''certains changements de détail peuvent être apportés dans l'électro-aimant qui vient d'être décrit sans déroger au principe essentiel de l'invention, c'est ainsi par exemple: que les modes d'excitation, leurs modes de fermeture, et leurs modes de rupture peuvent être différents selon les besoins de certaines applications et particulièrement en vue de régu- lariser davantage les efforts d'attraction;
dans la même ordre d'idées, tout en respectant le principe progressif de la section des armatures venant en contact, à l'aide d'un échelonne- ment de volumes géométriques à parois sensiblement parallèles, les besoins particuliers d'autres applications peuvent parfaitement nécessiter des modifications de formes sans cependant sortir de l'idée de principe qui est à la base du dispositif faisart l'objet de la présente invention.
La figure 4 représente un électro-aimant qui comporte une armature mobile formant noyau plongeur 60 coopérant avec une partie de noyau fixe 61. La partie d'extrémité intérieure du noyau 60 présente un échelonnement de sections diminuant par gradins vers l'extrémité. Ainsi, une première surface tron- conique 62 est suivie d'une partie cylindrique 63, d'une deuxième surface tronconique 64, d'une partie cylindrique 65, d'une troi- sième surface tronconique 66, d'une partie cylindrique 67,d'une quatrième surface tronconique 68, d'une partie cylindrique 69 et d'une cinquième surface tronconique 70. A l'extrémité de ce noyau 60 est fixé une tige de centrage 71 guidée dans un alésage 72 du noyau fixe 61.
D'ailleurs, la tige 71 pourrait aussi bien être fixée an noyau 61 et coulisser dans un alésage du noyau mobile 60. Le noyau fixe 61 est muni d'une cavité 73 à gradins intérieurs, dont la forme épouse, lorsque le noyau mobile-60 est à la fin de son mouvement d'attractiom, la forme des gradins
<Desc/Clms Page number 12>
extérieurs du noyau mobile. Cette cavité du noyau fixe présente ainsi une surface tronconique 74, quatre parties cylindriques 75, 76, 77 et 78, raccordées entre elles par des surfaces tronconiques 79,80 et 81, et une surface tronconique 82. Les surfaces tronconique du noyau mobile, ainsi que celle du noyau fixe ont de préférence une incli- naison de 45 par rapport à l'axe de 1'électro-aimant.
La longueur des parties cylindriques 63, 65, 67 et 69 dans la direction axiale, diminue graduellement vers l'ex- trémité du noyau mobile, et de façon analogue, la longueur des parties cylindriques de la cavité 73 du noyau fixe di- minue de l'extérieur vers l'intérieur de la cavité.
D'autre part, et en général, la différence entre les sections de parties cylindriques 63 et 65 du noyau mobile est plus petite que la différence entre les sections des parties cylin- driques 65 et 67, et cette différence est plus petite que celle entre les sections 67 et 68, de façon que les sur- faces de raccordement tronconiques deviennent plus larges vers l'extrémité du noyau, pour compenser le diamètre di- minuant de ces surfaces. autour des noyaux fixe et mobile 61 et 60 est disposée la bobine d'excitation qui est subdivisée axialement en cinq enroulements distincts 33, 4, 85, 86 et 87.
La bobine est portée par une douille en matière non magnétique 33 et par deux flasques en acier 89 et 90, et la fermeture du cir- cuit magnétique est assurée par le corps tubulaire en acier 91, un disque annulaire en acier 92 et le noyau fixe 61. Ce disque 92 courte un bourrelet 93 qui, lers de l'excitation de la
<Desc/Clms Page number 13>
bobine est satire par le flux magnétique et empêche un collage latéral du noyau mobile.
L'excitation de la bobine est commandée à l'aide d'un dispositif de commutation non représenté qui peut être actionné à, la main ou automatiquement en fonction du couple moteur ou de la vitesse d'une machine, ou du temps ou d'une combinaison de ces moyens. Ce dispositif commutateur fonctionne de préférence de manière que l'on puisse exciter à volonté, soit le premier enroulement 33 seul, soit les deux enroule- ments 33 et 84, soit les trois enroulements 33, 34 et 85, les quatre enroulements 83 à 86, ou les cinq enroulements en- semble. Le dispositif commutateur pourrait aussi être actionné par la tige 71 prolongée.
Dans la position de repos, le noyau mobile 60 se trouve approxiamtivementdans la position montrée en fig. 4.
Si..un courant électrique traverse maintenant l'enroulement intérieur 83 il se produit une excitation faible et les lignes de force se forment dans l'entrefer entre les surfaces inclinées 74 et 64 déloyaux mobiles et fixes.Comme ces surfaces sont relativement rapporchées, la faible excitation produite par l'enroulement 83 suffit à faire avancer le noyau 60 jusqu'à se ce que les surfaces cylindriques 63 et 75 viennent superposer (fig. 5)..Alors toutes les lignes de force produites par la bobine 83 sont déviées perpendiculairement à l'axe de déacement et, par conséquent, ne peuvent plus faire avancer davantage le noyau.
Lorsque l'on fait passer maintenant le courant à travers les deux enroulements 83 et 34, la saturation des lignes de force dans la section du noyau fixe correspondant à- la surface 75 est telle que d'autres lignes de force passent dans l'entrefer
<Desc/Clms Page number 14>
entre les surfaces inclinées 66 et 79 et le noyau mobile 60 avance de nouveau jusqu'à ce que les surfaces cylindriques 65 et 76 viennent à se superposer et que les lignes de force soient de nouveau déviées perpendiculairement à l'axe. Lors de l'excitation de l'enroulement 85 conjointement avec les enroule- ments 34 et 83, le même fonctionnement se répète, et ainsi de suite, jusqu'à ce que la bobine entière soit excitée,
et que le noyau mobile 60 soit arrivé à la fin de sa course d'attraction.
On comprend qu'il est possible, à l'aide de la variation de l'excitation pendit le déplacement du noyau mobile, deéali- ser une canalisation des lignes de force et ainsi une régularisa- tion de l'effort de l'attraction. Par exemple, le noyau mobile peut effectuer sa course entière en un mouvemeit intermittent d'une durée quelconque. n excitant les cinq enroulements simul- tànément la course d'attraction sera effectuée en un mouvement continu rapide. n excitant seulement l'enroulement intérieur 33, ou les deux enroulements 33 et 34, ou les enroulements 33, 84 et 35 etc., le noyau 60 se déplace jusqu'à une position intermé- diaire correspondant au degré d'excitation de la bobine.
Il est évident qu'au lieu d'utiliser un certain nombre d'enroulements distincts, on peut réaliser la vanration de l'excitation par une bobine unique non subdivisée ;lui sera combinée avec une résistacne variable extérieure, shuntée progressivementpar une commande indépendante ou par le mouvement de la tige 71.
L'électroaimant décritpourrait être combiné avec un dispositif de transmission de mouvement par cames, fonctionnant comme variateur de couple et de vitesse, ou avec un dispositif amortisseur (dash-pot), ces dispositifs pouvant être par exemple
<Desc/Clms Page number 15>
du genre de ceux décrits dans les brevets suisses 201 714 et 210 273.
Pour rendre plus précis les arrêts entre deux modes d'excitation les gradins de la partie d'extrémité de l'une ou des deux armatures pourraient comporter un bourrelet de saturation analogue au bourrelet de guidage 93.
L'extrémité extérieure de l'armature mobile comporte un épaulement 22 venant en contact avec la pièce fixe 92 pour permettre l'établissaient d'un entrefer s'opposant à l'effet de rémanence magnétique dans les armatures. Cet épaulement peut être réglable de manière à pouvoir régler le temps de la rémanence quand la durée de l'excitation est contr6lée.