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Electro-aimant diphasé alimenté'en triphasé,
La présente invention se rapporte aux électro-aimants et concerne, plus spécialement, des électro-aimants dont les bo- bines monophasées sont alimentées en triphasé afin d'obtenir un meilleur rendement de l'électro-aimant.
Quoiqu'un électro-aimant à courant continu exerce gé- néralement une force d'attraction uniforme sur toute la surface de l'aimant ainsi qu'une force d'attraction uniforme dans le temps sans provoquer de vibrations produisant du bruit, l'utilisateur d'un tel électro-aimant doit normalement avoir recours à ,un redres- saur pour alimenter en courant continu la bobine de l'électro-ai- mante D'autre part, un électro-aimant à courant alternatif sup-
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prime la nécessité d'un redresseur Nais subit des vibrations ou : ,des cliquetis qui produisent du bruit et raccourcissent la durée de vie du fait de la nature cyclique du courant d'alimentation , alors que la force d'attraction exercée sur la surface de l'ai- mant est irrégulière ou se déplace dans le temps.
La facilité d'utilisation d'un électro-aimant à courant alternatif fait que ce type est le plus intéressant si l'utilisateur peut admettre :;. l'irrégularité des forces d'attraction exercées.
Une courte description des électro-aimants à courant,., alternatif connus permettra de mieux faire ressortir ces caracté- ristiques. Une forme simple d'éledtro-aimant à courant alterna- tif est l'électro-aimant monophasé qui exerce une force d'attrac- tion variant cycliquement entre un maximum et un minimum en fonc- tion du courant périodique traversant la bobine unique de 1'électro- aimant. On peut utiliser des bobines en court-circuit pour pro-. duire une force d'attraction minimum d6sirée, la force d'attraction totale de l'électro-aimant variant alors dans une gamme de valeurs toujours supérieures à ce minimum.
Même en la présence de bobines en court-circuit, la force d'attraction initiale de l'électro-ai- mant monophasé peut donc varier entre un maximum et un minimum, ce maximum ou des valeurs voisines de ce maximum provoquant des cliquetis indésirables dans l'électro-aimant au moment de l'exci- tation d'un frein électro-magnétique,d'un contacteur ou dans le cas d'autres applications. En outre; les vibrations subies par l'élec- tro-aimant à l'état d'excitation dues aux variations de la force d'attraction font que la durée de vie de l'électro-aimant est raccour- cie même lorsque ces vibrations peuvent être plus ou moins atté- nuées par l'utilisation efficace de bobines en court-circuit.
Pour diminuer les vibrations, on peut utiliser un électro-aimant triphasé à trois branches, parce que ceci permet ' d'obtenir une force d'attraction totale en substance régulière dans
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le temps. Cependant,, le centre d'application de cette force d'attraction totale se déplace assez fortement sur la surface de l'aimant parce que le flux magnétique induit par les courants pé- riodiques triphasés varie de forme dans le temps.
Cette force très variable de l'électro-aimant triphasé constitue un inconvé- nient parce que celà provoque généralement des vibrations, et cette variation constitue aussi uh inconvénient lorsque l'électro- aimant doit coopérer avec d'autres éléments de manière à produire une force d'attraction totale uniforme dans le temps ainsi qu'un moment d'attraction uniforme dans le temps, ce dernier dépendant, à son tour, de l'importance de la force d'attraction et de son point d'application. Ceci est particulièrement vrai dans le cas où un électro-aimant doit actionna un bras de levier devant exer- cer un moment ou couple d'une valeur uniforme dans le temps.
La présente invention procure un électro-aimant com- prenant un noyau magnétique ayant une paire de branches intérieures aboutissant à une face de l'aimant, des bobines correspondan- tes montées sur ces branches intérieures du noyau, des branches extérieures disposées à l'extérieur des branches Intérieures,-,au noyau et aboutissant à la même face de l'aimant.et des moyens pour connecter les dites bobines monophasées de l'électro-aimant de ma- nière à les alimenter par une source de courant alternatif tripha- sé.
. Un électro-aimant selon la présente invention,pouvant être monté sur un bras de levier,comprend donc quatre branches tournées vers l'armature de l'électro-aimant, et une bobine est ' montée sur chacune des deux branches intérieures. Ces bobines monophasées sont alimentées par une source triphasée. La force d'attraction totale produite par 1$électro-aimant est'en substan- ce uniforme dans le temps et le point d'application de la force varie sur une plage relativement étroite de l'armature de manière
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à réduire au minimum les vibrations et le cliquetis de l'électro- aimant.
Lorsque 1'électro-aimant est associé à un bras de levier comme décrit ci-après, il exerce un moment plus uniforme dans le, temps grâce au déplacement plus restreint du point d'application de la force d'attraction.
Une forme d'exécution déterminée de l'invention est décrite en détail ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 représente un électro-aimant à bobines monophasées alimentées en triphasé suivant la présente invention.
La figure 2 est un graphique montrant là forme d'on- de des tensions appliquées; .aux bobines montées sur un noyau de l'électro-aimant représenté à la figure 1.
La figure 3 est une vue schématique de l'alimentation des bobines de l'électro-aimant.
La figure 4 représente un électro-aimant triphasé de type connu, et
La figure 5 est un graphique donnant la forme d'onde des tensions appliquées aux,bobines de l'électro-aimant de la fi- gure 4. ,
La figure 1 représente un électro-aimant 10 construit selon les principes de la présente invention. Il est monté sur un bras de levier 12 au moyen de supports appropriés 13, 14 ou au moyen de dispositifs semblables. Un bras de levier semblable 16 porte une pièce magnétique ou armature en fer 18 fixée au moyen de supports 19 et 20, tandis qu'une surface frontale 22 de l'arma- turc 18 se trouve en face de la face 24 de l'électro-aimant 10, mais à une certaine distance de celle-ci. Les bras de levier 12 et 16 sont' montés de, façon appropriée pour pivoter autour d'axes
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-respectifs 26 ev 128.
Ou bien, uni j second , , électro-aimant (non re- présenté) identique ou semblable à l'électro-aimant 10 peut être
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monté sur le bras de levier 16,
L'électro-aimant 10 se'compose d'un noyau magnétique
30 en fer par exemple, qui est de préférence/ feuilleté afin de diminuer les pertes par courants de Foucault; ce noyau 30 compor- tant des branches parallèles 32, 34, 36 et 38 pointant vers la face 24 de l'aimant qui a un contour extérieur de forme générale car- rée ou rectangulaire. Des bobines correspondantes 40 et 42 sont glissées sur les branches respectives 34 et 36 du noyau afin de produire une force d'attraction magnéto-motrice pour l'aimant 10.
Puisque les bobines 40 et 42 sont glissées sur les branches 34 et
36, les branches extérieures du noyau constituent en substance une barrière (qui n'est pas une fermeture d'extrémité dans le cas considéré) pour les bobines 40 et 42.
Comme la figure 3 le montre, les bobines monophasées
40 et 42 sont électriquement connectées à et alimentées par une source de courant alternatif triphasé 44 appropriée. Les bobines
40 et 42 représentées sont alimentées par les phases A et B de la source de courant alternatif 44. Les formes d'onde de tension respectives (de préférence sinusoïdales) appliquées aux bobines 40'et 42 sont représentées à la figure 2. A cause de la relation de phase entre les tensions appliquées aux bobines 40 et 42, le flux total dans les branches 32, 34, 36, 38 du noyau et la force d'attraction totale de l'aimant produite par ce flux sont tous deux caractérisés par une bonne régularité dans le temps.
Pour exciter l'électro-aimant 10, on alimente les bobines 40, 42 et l'armature 18 est attirée contre la face 24 de l'aimant sous l'influence de la force magnétique d'attraction to- tale produite par le flux magnétique traversant l'entrefer qui sé- pare l'aimant 10 de l'armature 18.
Les supports 13, 14, 19 et
20 peuvent être disposés de façon à limiter le pivotement de l'ai- mant 10 et de l'armature 18 par rapport aux bras de levier 12 et 16
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' afin que la face 22 de l'armature puisse t'appliquer bien plat contre'la face 24 de l'aimant. '
Puisque la force magnétique d'attraction totale est en substance uniforme dans le temps, il y a peu ou pas de vibra - tions entre l'aimant 10 et l'armature 18 à cause des variations du flux total qui provoqueraient autrement des,vibrations. Par , conséquent, la durée de vie de l'aimant est prolongée et le bruit; indésirable produit par les vibrations est réduit à un minimu.
En outre, comme le flux total de l'aimant est uniforme dans le temps, la force d'attraction initiale exercée par l'aimant sur l'armature 18 a une valeur en substance égale d'une opération à l'autre et on parvient ainsi à donner une constance au mouvement d'impact de l'aimant 10 sur l'armature 18.
De cette manière, on peut réduire au minimum le "cliquetis" produit à la mise en route;, ' contrairement au cas d'un électro-aimant monophasé avec bobine en court-circuit dans lequel la force d'attraction totale de pointe de l'aimant provoque habituellement du cliquetis puisque la force d'attraction de pointe a souvent une valeur excessive lorsque la force d'attraction totale minimum de l'aimant a été choisie de ma- nière à exercer une force d'attraction suffisante en tous les points du cycle du flux monophasé de l'électro-aimant avec bobine en court- circuit.
L'aimant 10 présente encore un autre avantage de fonctionnement important et celui-ci ressortira le plus clairement d'une comparaison avec la nature de fonctionnement d'aimants tripha- sés connus. Comme la figure 4-le montre, un électro-aimant tripha- sé 50 comprend un noyau magnétique 52 à trois branches 54, 56 et
58 aboutissant à une face 60 de l'électro-aimant. L'électro-ai- mant 50 est monté sur un bras de levier pivotant 62 et la face 60 de l'électro-aimant est disposée de façon à attirer 1'armature ma-
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gnétique 64 qui est aussi montée sur un bras de levier pivotant
66.
Comme la figure 5 le contre, les tensions C, D et E prove- nant des phases respectives d'une source de courant alternatif tri- phase appropriée sont appliquées respectivement aux bobines 68,
70 et 72 qui sont montées sur les branches respectives 54, 56 et
58 du noyau. Le flux magnétique total produit par les bobines
68, 70 et 72 se caractérise par une valeur uniforme dans le temps, ce qui donne les diminutions de bruit et les augmentations de du- rée de vie précitées. En fonctionnement,cependant, l'électro- aimant triphasé 50 voit le point d'application de sa force d'at- traction se déplacer de plus de 21 % de part et d'autre du milieu de l'électro-aimant 60. Ceci ressort clairement du tableau donné ci-après.
Ce tableau s'e@@lique par lui-même et contient des paramètres d'aimant oalculés et généralement vérifiés de fa- çon empirique, ainsi que des dimensions données à titre d'exemple.
Les .valeurs indiquées dans ce tableau le sont en unités anglaises.
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TABLEAU 1 - Electro-aimrnt diphasé.
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<tb>
Degrés <SEP> Branche <SEP> Sinus <SEP> B
<tb> -de <SEP> Densité <SEP> de <SEP> flux <SEP> Force <SEP> d'attraction <SEP> Bras <SEP> de <SEP> - <SEP> Force <SEP> d'attraction <SEP> Résultante <SEP> Point <SEP> d'ap
<tb> l'aimant <SEP> (100.000 <SEP> lignes <SEP> Fx <SEP> levier <SEP> multipliée <SEP> par <SEP> # <SEP> Mx <SEP> cation
<tb>
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par pouce errré) par brenche bras de levier 5-Fx Décaltge f
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<tb> par <SEP> rappo@
<tb> au <SEP> milieu
<tb>
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0 C 0 0 0 6-1/4 0 - 44 21..1,:â
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<tb> D-.866 <SEP> 86,600 <SEP> 104 <SEP> 4-3/8 <SEP> 455 <SEP> 208=3.44 <SEP> 21.4%
<tb> E <SEP> .866 <SEP> 86,600 <SEP> 104 <SEP> 2-1/2 <SEP> 260
<tb>
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300 ..5 50,000 34.5 6-1/4 216 310.,, ".175 30 D -1 100,000 139 4-3/8 608 pg"435 E - ,5 50,000 34.5 2-1/2 86 60 ' C..866 . 86,600 104 \, 6-1/4 650 1!.,O2:5 31 21 J.f.
4 -.866 g6,600 104 .4-3!8 -455 20g 531 8
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<tb> E <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 2-1/2 <SEP> 0
<tb>
EMI8.9
900 100,000 139 6-1/4 868 1105¯, -, 21.4;
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<tb> 90 <SEP> D <SEP> -.5 <SEP> 50,000 <SEP> 34.5 <SEP> 4-3/8 <SEP> 151 <SEP> 1105/208=5.31.
<tb>
E <SEP> -. <SEP> 5 <SEP> 50,000 <SEP> 34. <SEP> 5 <SEP> 2-1/2 <SEP> 86
<tb>
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120" C . 866 86,600 104 6-1/4 650 910 ,
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<tb> D <SEP> O <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 4-3/8 <SEP> 0 <SEP> /208=4.375
<tb> E-.866 <SEP> 86,600 <SEP> 104 <SEP> 2-1/2 <SEP> 260
<tb>
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150- C .5 50,000 34.5 6-1/4 216 714-3 M. 21 4 D .5 50,000 34.5 .4-3/8 151 208 1.
-1 100,000 139 2-1J2 347 c:;':) K Bras de levier : icc-54) =6-1/4 .':. " . :", (x-56) =4-3/8 - ,',1.....,. ';""":";' ..¯ - . .... (x-5S)= 2-1/2 . . ..... 0,'
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Par contraste, l'électro-aimant 10 à bobines mono- phasées. alimentées en triphasé constitue un perfectionnement en ce que le .point d'application de la force d'attraction s'écarte moins du milieu de l'électro-aimant. Ces écarts sont notamment d'environ 12 % de part et d'autre du milieu de la face 24 de l'é- lément, comme on peut le voir au tableau ci-après qui contient des paramètres d'aimant calculés et vérifiés de façon générale- ment empirique.'Les valeurs indiquées dans ce tableau le sont en unités anglaises.
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,¯ TABLEAU II - El.ǯctro-;1m;mt triphasé. '
EMI10.2
<tb> Degrés <SEP> Branche <SEP> B
<tb>
EMI10.3
de Sinus Densité de flux Force d9z,ttrection Bras de Force d'attraction Résultante Point d'app11ca l'aimunt (100.000 lignes Fx levier K fois bras de L Mx tion par pouce crirré) per brenehe levier Fx Déce1fge en %
EMI10.4
<tb> par <SEP> rapport
<tb> ¯ <SEP> eu <SEP> centre.
<tb>
EMI10.5
0 , 0 0 0 5-7/l6 0 7µ9= ,gc 12%
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<tb> B <SEP> -.866 <SEP> 86,600 <SEP> 104 <SEP> 3-5/16 <SEP> 345 <SEP> /208 <SEP> = <SEP> 3.85 <SEP> 12%
<tb> 86,600 <SEP> 52 <SEP> 6-13/16 <SEP> 554 <SEP> - <SEP>
<tb> A' <SEP> 86,600 <SEP> 52 <SEP> 1-15/16 <SEP> 100
<tb>
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30 A .5 50,000 34.5 5-7/16 18$ 79 = 3:85 12%
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<tb> B <SEP> -1 <SEP> 100,000 <SEP> 139 <SEP> 3-5/16 <SEP> 460 <SEP> 208
<tb> A' <SEP> 50,000 <SEP> 17.25 <SEP> 6-13/16 <SEP> Ils
<tb> B' <SEP> 50,000 <SEP> 17.25 <SEP> 1-15/16 <SEP> 33
<tb>
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60 Jo..8±6 86,600 104 ;.-7/l6 565 10 ¯ 43?5 .0 B -.866 86,600 104 3-5/16 345 208 A' 0 - "-.'. ". .. .. . , . ¯
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<tb> B' <SEP> o
<tb>
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90 A 1 100,000 139 5-7/16 755 l020 - 4 9 12% B -.5 50,000 34.5 3-5/16 314 208.
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x Bras de levier: (26-32) 6-13/16: (26-3) = 5-7/16; (26-36) =4-3/8; (26-38) = -:3' jlb '' - - ' , " ¯ ' ,... ; ,. : . ' ' ' ' ,- ¯" . zO . '
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Le fonctionnement perfectionne de l'électro-ai- mant suivant l'invention résulte de ce qu'en s'écartant moins du milieu de l'électro-aimant dans¯le temps, le point.d'application de la force d'attraction provoque moins de vibrations et exerce un moment plus uniforme dans le temps sur le bras de levier 12 ou 16 pivotant autour de son point de pivotement 26 ou 28. Comme le moment ou.couple exercé sur le bras de levier 12 ou 16 est plus uniforme dans le temps, tout autre organe solidaire du bras de le- vier 12 ou 16 subit à son tour un moment ou couple plus uniforme dans le temps.
L'aimant 10 ou un aimant en principe semblable peut être utilisé dans les freins électro-magnétiques, les contacteurs et dans beaucoup . d'autres applie@tions. Dans le cas d'un frein électro-magnétique, l'électro-aimant 10 freine plus efficacement puisque le cliquetis de l'électro-aimant est réduit ou contrôlé de façon satisfaisante et aussi du fait que les mouvements oscil- . lants ou vibrations de l'électro-aimant sont notablement réduits.
Dans des contacteurs, où l'électro-aimant est disposé mécanique- ment de façon à établir ou à rompre le contact suivant que l'électro-aimant est excité ou désexcité, on jouit d'avantages sem- blables à ceux décrits. L'augmentation de la durée de vie des contacteurs à la suite de 'la réduction des vibrations de l'électro- aimant est un avantage particulièrement intéressant lorsque le con- tacteur est utilisé dans des appareils soumis à des travaux lourds comme dans le cas des commandes d'une scierie.