CA1036660A - Dispositifs de commande magnetique a aimants permanents - Google Patents

Abstract

BREVET D'INVENTION PERFECTIONNEMENT AUX DISPOSITIFS DE COMMANDE MAGNETIQUE A AIMANTS PERMANENTS Invention : Michel COTTON de BENNETOT Société dite : LE MATERIEL MAGNETIQUE DESCRIPTIF Dispositif magnétique comprenant au moins une paire d'aimants permanents, des armatures formant avec au moins une desdites paires d'aimants un circuit magnétique fermé et délimitant d'autre part au moins un entrefer à l'extérieur dudit circuit, ledit circuit comportant des moyens d'inverser le sens d'aimantation de l'un des aimants d'au moins l'une desdites paires de façon à modifier le trajet de flux magnétique, en l'obligeant dans un cas à se fermer en passant par au moins l'un des entrefers et dans l'autre cas, après inversion du sens d'aimantation de l'un des aimants de l'une desdites paires, à se refermer par ledit aimant en supprimant totalement ou partiellement le flux au niveau de l'un au moins des entrefers, caractérisé en ce que les moyens d'inverser le sens d'aimantation de l'un des aimants d'au moins l'une desdites paires sont constitués par deux bobinages distincts, dont l'un est utilisé pour établir le flux magnétique au niveau de l'un au moins des entrefers, l'autre pour supprimer totalement ou partiellement ledit flux. Application aux ventouses magnétiques. Fig. 4

Description

~36660 L'invention a pour objet un dispositif magnétique perfectionné, comportant des aimants permanents, capable de produire une induction magnétique dans une portion de l~espace et de supprimer à volonté cette induction au moyen d'impul-sions de courant électrique.
De tels dispositifs sont notamment utilisés pour constituer des ventouses magnétiques.
L'invention vise plus particulièrement à associer à
un circuit magnétique un ensemble de bobinages conçu de telle manière que la fiabilité et la robustesse du système électri-que de commande soient en rapport avec celle~ du circuit magné-tique proprement dit. Elle a notamment pour objet les cas, fréquemment rencontrés dans les applications techniques, où
un générateur électrique est utilisé, grâce à un système d'-aiguillage, pour faire fonctionner par télécommande une plu-r~lité de tels dispositifs magnétiques.
On sAit que des circuits magnétiques a aimants per-m~inent~, constitués de façon générale par une paire ou plu-~ieurs paire8 d'aimants, peuvent être utilisés pour produire dan8 l~e~pace une induction magnétique supprimable à volonté
grâce à une modification du sens de l'aimantation de l'un des aimants de la paire ou des paires d~aimant~ que camprend le circuit. Un tel ~ystème est décrit dans le brevet français n 1 202 165 déposé le 8 Février 1958 au nom de Mr. Michel Cotton de Bennetot, pour 'IDispositif de commande magnétique à aimants permanents~, et sa première addition n 764,935 déposée le 6 mai 1958 et accordée le 22 Août 1960, sous le n 73 562.
La présente invention constitue un perfectionnement important de ces dispositifs antérieurement connus.

..

1~36~60 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des-cription ci-après :
Au dessin annexé :
La figure 1 est le schéma de principe d'un circuit ~-magnétigue conforme au brevet antérieur susvisé;
La figure 2 représente un exemple de circuit d'ali-mentation électrique du dispositif de la figure l;
La figure 3a représente un exemple de circuit d'ali-mentation électrigue correspondant au montage en parallèle de plusieurs dispositifs conformes à la figure 1;
La figure 3b sert à montrer, dans le fonctionnement du circuit de la figure 3 a, la nécessité d'introduire des organes, tels que diodes pour éviter certaines dérivations de courant inopportunes;
LA figure 4 est le schéma de principe d'un circuit magnétique conforme à l'invention :
La figure 5 repré~ente un exemple de circuit d'ali-me~tation electrigue correspondant au montage en parallèle de plu~ieur8 dispo~itifs conformes à la figure 4; et La figure 6 représente un mode d'exécution préféré
du dispositif de la figure 4.
En se référant à la figure , relative à l'art anté-rieur~ si l'on suppose gue les aimants permanents 1 et 2 sont aimantés-dans le même sens - indiqué par la flèche de l'aimant 1 - on voit que le flux produit par ces aimants suit un tra- .:
jet qul lui fait parcourir successivement l'armature 3, la pièce polaire 4 et l'armature 5, éléments constitués par des matériaux magnétigues doux.
Si l'on inverse le sens de l'aimantation de l'ai-; 30 mant 2,.en laissant inchangé celui de l'aimant 1, le flux is~u de l'aimant 1 tend à se refermer sur lui-même en passant

- 2 -~)36660 :
par l'armature 3, l'aimant 2 et l'armature 5, ce trajet lais-sant de côté la piece polaire 4 au niveau de laguelle l'induc-tion magnétique peut être pratiqucment abaissée jusqu'à une valeur négligeable.
La modification de l'état magnétique qui vient d'-etre décrite suppo~e la mise en oeuvre de moyens appropriés permettant de procéder à l'inversion du sens de l'aimantation de l'aimant 2 et lai~sant inchangé le sens de l'aimantation de l'aimant 1.
Dans le brevet précédemment cité, l'aimant perma-nent 2 comporte un enroulement qui permet de l'aimanter, dan~
le même sens que l'aimant 1 ou dans le ~ens oppo~é, comme il est indiqué par des flèches sur la figure 1.
L'aimant 1, dont l'aimantation e~t de sen~ inva-riable, peut ne pas comporter de bobinage, en admettant qu'il conserve l'aimantation initiale qui lui a été appliquée.
Lor~que l'on désire supprimer à peu prè~ complète-ment l'induction magnétique au niveau de la pièce polaire 4 le ~onctionnement d'un circuit magnétique tel que celui de la figure I requiert que le flux issu de l'un des aimants soit pratiquement égal au flux entrant dans l'autre aimant.
En raison des phénomènes liés au fonctionnement des matériaux magnétiquement durs qui se traduisent sur les cycles d'hystérésis et de recul, il en découle dans la pratique que pour assurer l'égalité desdits flux, il est le plus souvent utile d'associer un bobinage électrique à l'aimant 1, de ~açon à assurer ses réaimantations successives dans un sens invariable.
L'expérience a montré qu'un inconvénient pouvait résulter de llemploi de bobinages disposés comme cela est indiqué sur la figure 1. Lorsque l'on veut établir l'induction ,

- 3 -' ' .' ' , .. .~. .. ... ....... i, . .. . .... .. .... .. .... . .. .

1~36~i~0 magnétique au nivcau de la pièce polaire 4, il ~-onvient d'-aimanter dans le même sens les aimants 1 et 2; le flux magné-tique produit par l'enroulement 6 en vue d'aimanter l'aimant 1 dans le sens indiqué par la flèche sur la figure 1 tend à
inverser le sens de l'aimantation de l'aimant 2. Il en est de meme pour l'enroulement 7 losqu'il est utilisé pour aimanter l'aimant 2 dans le même sens que l'aimant 1 : le courant qui le parcourt produit à l'extérieur du bobinage un flux magné-tique qui tend à inverser le sens de l'aimantation de l'ai-mant 1.
Les inconvénients liés à ce phénomène sont parti-culièrement sensibles lorsque l'aimant 1 se trouve a faible distance de l'enroulement 7 - et corrélativement l'aimant 2 a ~aible distance de l'enroulement 6. Or, clans les applica-tion~ techniques, il est presque toujours intéreissant de dis-po~er les diveris éléments du circuit magnotique d ~aiblo clis-tance afin de limiter l'encombrement total du dispositif ainsi que les ~uites du flux magnétique.
Les inconvénients de la disposition analysée sont également très sensibles lorsque l'on utilise dei~ bobinages dont la longueur, parallèlement à l'axe d'aimantation, est inférieure au diamètre ou, de façon plus générale, aux dimen-sions intérieures du bobinage. L'induction de telles bobines plates est en effet particulièrement élevée à l'extérieur de l'enroulement, contrairement à ce qui ise produit dans le cas de bobines allongéeis. Or, l'emploi de matériaux magnétiques durs à grand champ coercitif conduit à faire travailler les aimants à des champs démagnétisants de plusieurs centaines d'Oersteds : il en résulte que les aimants modernes ont de plus en plus te~dance à être utilisés sous la forme, non de corps allonigés dans le sens de l'aimantation, mais au con-

- 4 -, ~

~036~60 traire de disques plats, de faible longueur dans le sens de l'aimantation et de forte section. Par suite, les enroule-ments d'aimantation que l'on peut leur associer tendent éga-lement à se rapprocher d'une forme plate, à fortes fuites ma-gnétiques extérieures. La présente invention vise à supprimer en tout ou en partie, la difficulté précisée ci-dessus.
Elle a également pour objet de faciliter la télé-commande des enroulements associés aux aimants du circuit magnétique. Pour des raisons pratique~, on est amené à bran-cher en général les enroulements 6 et 7 en série sur la sourcede tension utilisée, où ils sont alors parcourus par le même courant électrigue, plutôt qu'en parallèle sur cette même source de tension.
Dans ce dernier cas, en effet, la répartition des inten0ités entre les enroulements 6 et 7 dépend de plusieurs parametres, notamment des variations de l'induction dnns les différentes parties des aimants et il en résulte une désyn-¢hronisation des opérations d'excitation des deux aimants. En outre, et ceci revêt une grande importance technique, il n'est pratiquement pas possible, en mesurant l'intensité de courant débitée par le générateur, de contrôler le nombre d'ampère tours appliqué à chacun des bobinages au cours de chaque im-pulsion. La surveillance d'un appareillage comportant un géné-rat~eur associé à une pluralité de dispositifs magnétique tel que celui de la figure 1 conduit donc également, en pratique, à monter en série plutôt qu'en parallèle sur le générateur d'impul8ion, les enroulements 6 et 7.
Si l'on utilise des composants électroniques uni-directionnels, tels que des thyristors, pour inverser le sens du passage du courant dans l'enroulement 7, on voit sur la figure 2 que ces thyristors 8 et 9 doivent être disposés 1~i36~6~
entre les enroulements 6 et 7 lorsque ceux-ci sont montés en série sur le générateur d'impulsion~ Ils se trouvent, par suite, avoir un potentiel flottant appliqué à leur cathode --et à leur gâchette, potentiel différent au repos et lors du passage de l'impulsion électrique, alors qu'une disposition permettant à ce potentiel de rester pratiquement fixe serait techniquement beaucoup plus intéressante.
Dans le cas où plusieurs dispositifs magnétiques sont montés en parallèle sur le même générateur, on voit qu'il convient, en outre, d'ajouter d'autres composants élec-troniques unidirectionnels, tels que les deux diodes repérées 10 sur la figure 3a, pour prévenir l~établissement de déri-vations de courant inopportunes, représentées par des flèches en traits pointillés sur la figure 3b, entre les enroulements de~ divers dispositifs.
Le circuit magnétique représenté à la figure 4 comporte, de façon connue en soi, une paire d'aimants, tels que 11 et 12, l'aimantation de l'aimant 11 restant de sens invariable, l'~imantation de l'aimant 12 étant inversée pour obtenir l'établissement ou la suppression du flux magnétique au niveau de la pièce polaire 14.
Deux bobinages sont associés au circuit magnétique proprement dit pour obtenir la modification du sens d'aiman- : :
tation de l'aimant 12 et le maintien dans un sens invariable de l'aimant 11.
Suivant l'invention, le bobinage 16 sert exclusi-vement à l'établissement du flux magnétique, tandis que le bobinage 17 sert exclusivement à la suppression totale ou partielle du flux. :~
Le bobinage 16 est utilisé lorsque l'on veut pro-duire une induction magnétique au niveau de la pièce polaire _ 6 -.... .................................................................... - . ,.

1~36660 14. Il est alors parcouru par une impulsion de courant qui aimante les aimants 11 et 12 dans le même sens.
L,e bobinage 16 peut comporter, comme cela est indi- ;
qué sur la figure 4, un enroulement unique assurant l'aiman-tation des aimants 11 et 12 : cette disposition a l'avantage pratique très important de supprimer l'inconvénient signalé
précédemment et qui est lié aux effets de bobinages distincts entourant le~ aimants 11 et 12 et dont les flux extérieurs tendent à s'opposer pour chaque bobinage au flux intérieur de l'autre.
Lorsque cet inconvénient n'est pas rédhibitoire ou lor8que les dimensions disponibles l'impo~ent, le bobinage 16 peut être constitué par plu~ieurs enroulements : par exemple, dans le cas de la figure 4, par un enroulement en-tourant l'aimant 11 et par un deuxième enroulement, monté en série avec le précédent, entourant l'aimant 12.
Le bobinage 17 est utilisé lorJque l'on veut suppri-mer l'induction magnétique au niveau de la pièce polaire 14.
Il permet d'aimanter.l'aimant 12 dans un sens opposé à celui qui correspond à l'emploi du bobinage 16.
.~ Le bobinage 17 peut être con~titué par un enroule-1.~... .
~; ment unique, entourant l'aimant 12 comme cela est représenté

~ ~ - sur la figure 4. L'induction produite à l'intérieur de cet .. ..,.~, ~ ,, enroulement tend a aimanter l'aimant 12 dans le sens opposé à
l'almant 11, tandis que l'induction produite à l'extérieur de , ~ ~ l'enroulement tend à maintenir dans le même sens l'aimantation de l'aimant 11.
." , .
~ Cependant pour des raisons pratiques, on peut etre $ . amené à`oonstituer le bobinage 17 au moyen de plusieurs enrou-30~ ;léments. Dans le ca~.de la figure 4, par exemple, le bobinage 17 peut comp:orter un enroulement entourant l'aimant 12 et un " ~: .
~ 7 ;-':`' . ' 1~:)36~60 autre enroulement, monté en série avec le précédent, entourant l'aimant 11. Chacun de ces enroulements assure l'aimantation de l'aimant correspondant lorsgue l'on veut supprimer la force d'-attraction au niveau de la pièce polaire 14, c'est-à-dire en inversant le sens d'aimantation de l'aimant 12 et en réaiman-tant l'aimant 11 dans le même sens.
D'après ce qui précède, il apparaît gue l'invention est caractérisée essentiellement par l'emploi de deux bobinages distincts, l'un utilisé lors de l'opération correqpondant à
l'établiYsement du flux extérieur au niveau de la pièce polaire 14, l'autre utilisé lors de l'opération où ce flux est suppri-mé. Ce double bobinage agit sur l'aimant 12 dont le sens d'ai-mantation est inversé et, secondairement, sur l'aimant 11 dont le sens d'aimantation demeure inchangé.
Un tel dispositif magnétique est particulièrement ~isé à commander par un générateur d'impulsion8 oloctriques équipé de systèmes électroniques d'aiguillage. La figure 5 représente le schéma correspondant où l'on voit qu'un composant électronique unidirectionnel, monté en 3érie avec le bobinage 16, et un autre composant de même type monté en série avec le bobinage 17, permettent d'obtenir l'établissement et la sup-pression de l'induction magnétique au niveau de la pièce polaire 14. Danq le ca~ où les composant~ utilisés sont des thyristors, on note que ceux-ci ont un potentiel de cathode et de gâchette non flottant et qu'il n'est pas utile, au surplus, d'utiliser des diodes pour prévenir les dérivations de courant entre les bobinages de dispositifs magnétiques montés en parallèle sur le même générateur électrique.
La figure 6 représente une variante à symétrie de rév~lution du dispositif magnétique conforme à 1'invention.

~36660 On voit que le bobinage 18, constitué par les en-roulements 18a et 18 b montés en série de part et d~autre des aimants assure l'aimantation dans le meme sens des aimants 21 et 22, tandis que le bobinage 19, disposé entre les ai-mants assure l'inversion du sens de l'aimantation de l'ai-mant 22, et maintient inchangé le sens de l'aimantation de l'aimant 21. Le flux au niveau de la pièce polaire 20 est donc établi par utilisation du bobinage 18 et supprimé par utilisation du bobinage 19.
Il va de soi que les dispositifs décrits et repré-~entés pourront faire l'objet de variantes d'exécution sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Leur application à la réalisation de ventouses magnétiques n'est pas limitative.

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Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Dispositif magnétique comprenant au moins une paire d'aimants permanents, des armatures formant avec ladite paire d'aimants un circuit magnétique fermé et délimitant d'autre part, au moins un entrefer à l'extérieur dudit cir-circuit magnétique; au moins un bobinage couplé à l'un des aimants; une source d'impulsions électriques et un circuit de commutation agencé pour appliquer lesdites impulsions dans le bobinage avec un sens de circulation du courant ou le sens opposé, afin d'inverser le sens d'aimantation de l'aimant auquel il est couplé, de façon à modifier le trajet de flux magnétique dans le circuit, en l'obligeant, pour un premier sens du courant, à se fermer en passant par ledit entrefer et, pour le sens opposé, à se fermer en supprimant au moins partiellement le flux au niveau dudit entrefer, carac-térisé en ce que ledit bobinage comprend un premier et un second bobinages distincts composés chacun d'au moins un en-roulement, les enroulements de chaque bobinage étant reliés en série, le premier bobinage étant couplé au premier et au second aimants de ladite paire, et le second bobinage étant couplé au moins au second aimant, le circuit de commutation comportant une première position de commutation, dans la-quelle le courant circule dans le premier bobinage avec un sens propre à aimanter dans le même sens les deux aimants de ladite paire, ce qui a pour effet d'établir le flux magné-tique dans l'entrefer, et une seconde position, dans laquelle le courant circule dans le second bobinage en sens opposé, pour inverser le sens d'aimantation du second aimant, ce qui a pour effet de supprimer au moins partiellement le flux magnétique dans l'entrefer.

2. Dispositif magnétique conforme à la revendication 1 caractérisé en ce que ledit circuit magnétique fermé présente une symétrie de révolution, le premier bobinage étant disposé
de part et d'autre des aimants, tandis que le second bobinage est disposé entre les aimants.

3. Dispositif magnétique conforme à la revendication 1, où l'excitation des bobinages est obtenue par l'application d'impulsions électriques délivrées par un générateur et aiguil-lées sur lesdits bobinages au moyen de composants électroni-ques unidirectionnels munis d'une cathode et d'une électrode de commande tels que des thyristors, caractérisé en ce que le potentiel de la cathode et de l'électrode de commande des-dits composants est sensiblement fixe et voisin du potentiel de la masse.

4. Appareillage comportant une pluralité de dispo-sitifs magnétiques conformes à la revendication 3, et montés en parallèles sur le circuit d'alimentation d'un générateur d'impulsions électriques.