CA1090405A - Dispositif de commande magnetique a aimant permanent ayant deux entrefers - Google Patents

Abstract

Dispositif magnetique capable de prodiure une induction magnétique dans une portion de l'espace, et de supprimer cette induration en inversant le sens de l'aimantation de certains des aimants permanents au moyen notamment d'impulsions de courant de brève durée. Le dispositif comprend au moins une paire d'aimants permanents coopérant avec des armatures pour constituer un corps formant un premier entrefer. Il y a aussi des moyens d'inverser le sens de l'aimantation de l'un des aimants de façon à modifier le trajet du flux magnétique dans ledit corps en l'obligeant, pour un premier sens de l'aimantation, à se fermer en passant par ce premier entrefer. les flux magnétiques issus des deux aimants s'ajoutant alors, et, pour l'autre sens de d'aimantation, à se fermer a travers les deux aimants parcourus en série, en supprimant ainsi au moins partiellement le flux dans ce premier entrefer. Ce corps forme un second entrefer et, pour ledit autre sens de l'aimantation, une partie au moins du flux magnétique passe par le second entrefer, le second entrefer étant sensiblement plus petit que le premier.

Description

l~so4as L'invention se rapporte aux dispositifs de commande magnéti:que à aimants permanents, capables de produire une induc-tion magnetique dans une portion de l'espace, et de supprimer cette induction en inversant le sens de l'aimantation de certains des aimants permanents au moyen notamment d'impulsions de courant de brève duree.
De tels dispositifs sont decrits dans le brevet fran-çais n 1.202.165 depose le 8 Fevrier 1958 au nom de Michel Cotton de Bennetot, pour "Dispositif de commande magnetique à
10 aimants permanents", dans sa première addition n 73.562 et dans la demande de brevet canadien n 232,188 deposee le 24 Juillet 1975 au nom de la societe dite : Le Materiel Magnetique pour "Perfectionnement aux dispositifs de commande magnetique à
aimants permanents".
Dans certaines applications, il serait interessant de disposer d'appareils de commande magnetique possedant, non pas une seule face d'attraction, mais deux faces distinctes à force d'attraction variable. De telles ventouses magnetiques a deux entrefers ou faces actives pourront par exemple servir d'organe 20 d'actionnement d'une vanne a double effet ou d'une vanne à simple effet offrant la possibilite d'un verrouillage dans l'une de ses deux positions.
Le dispositif de commande magnetique selon l'invention comprend au moins une paire d'aimants permanents cooperant avec des armatures pour constituer un corps formant un premier entre-. fer, des moyens d'inverser le sens de l'aimantation de l'un des aimants de façon a modifier le trajet du flux magnetique dans ledit corps en l'obligeant, pour un premier sens de l'aimantation, a se fermer en passant par ce premier entrefer, les flux magne-30 tiques issus des deux aimants s'ajoutant alors et, pour l'autre sens de l'aimantation, a se fermer a travers les deux aimants par,courus en serie, en supprimant ainsi au moins partiellement le flux dans ce premier entrefer, et est caracterisé en ce que ledit corps forme un second entrefer et que, pour ledit autre sens de l'aimantation, une partie au moins du flux magnétique passe par le second entrefer, la longueur du second entrefer etant alors sensiblement inferieure a celle du premier.
L'invention sera mieux comprise a l'aide de la descrip-tion ci-apres.
Au dessin annexe :
La figure 1 est le schema de principe d'un dispositif magnetique selon l'invention, represente dans la phase dU fonc-~)9040S

tionnement où les deux aimants sont aimantés dans le même sens et produisent une force d'attraction entre les armatures et une première pièce polaire;
La figure 2 représente le même dispositif magnétique dans la phase de fonctionnement où les deux aimants sont aiman-tes en sens inverse llun de l'autre et produisent une force d'at-traction entre les armatures et une seconde pièce polaire;
La figure 3 represente schématiquement un mode d'exe-cution du dispositif, dans lequel le corps qui contient les aimants 10 et les bobinages d'excitation est realisé de façon étanche afin de pouvoir resister à la corrosion d'un fluide nocif;
Les figures 4a à 4d illustrent les differentes phases de fonctionnement d'un tel dispositif magnetique;
La figure 5 represente un generateur d'impulsions de courant, équipé de composants électroniques d'aiguillage, permet-tant d'alimenter une pluralite de dispositifs magnetiques confor-mes à l'invention, montes en parallèle; et La figure 6 represente un generateur d'impulsions de courant, equipe d'organes electromecaniques d'aiguillage, permet-20 tant egalement d'alimenter une pluralité de dispositifs magneti-ques conformes à l'invention, montés en parallèle.
A la figure 1, on a représente la moitie d'un disposi-tif magnetique à symetrie de revolution, qui comporte deux cou-ronnes d'aimants permanents 1 et 2 places dans un circuit compre-nant trois armatures en acier : une armature exterieure 3, une armature intermediaire 4, une armature interieure 5.
Ces pièces magnetiques sont separees par des elements amagnetiques tels que 6 et 7, en acier inoxydable par exemple, et le dispositif comporte en outre des ~binages d'excitation 30 tels que 8 et 9 places de part et d'autre des aimants et un bo-binage tel que 10 place entre les aimants.
A la partie superieure du dispositif, on a represente une première pièce polaire 11 qui est separee des armatures 3, 4 et 5 par un entrefer de longueur 1s.
A la partie inferieure du dispositif, on a represente une deuxième pièce polaire 12 qui est séparee du retour de cu-lasse des armatures 3 et 5 par un entrefer de longueur lj. Entre ces retours de culasse se trouve menagee une zone amagnetique 13.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant : lors-40 que les couronnes d'aimants 1 et 2 sont aimantees dans le mêmesens, ce qui est obtenu en envoyant une impulsion de courant de brève durée dans les bobinages 8 et 9, le flux magnétique suit ~(~9~4(15 le trajet indique en pointille sur la figure 1. On voit que le flux issu de l'aimant 1 passe à travers l'armature intermediaire 4, puis se refer~e sur l'armature interieure 5 après avoir fran-chi l'entrefer de longueur ls une premiere fois, la pièce polaire 11 dans le sens radial et à nouveau l'entrefer de longueur 1s.
A la partie inferieure du dispositif, l'armature extérieure 5 com-porte une partie en contact avec l'aimant 1, ce qui permet au flux de se refermer sur celui-ci. Le flux issu de l'aimant 2 suit un trajet analogue qui le conduit à travers l'armature intermé-10 diaire 4 jusqu'à l'armature extérieure 3 en franchissant à deuxreprises l'entrefer qui separe ces armatures de la pièce polaire 11. On constate que le trajet des flux magnetiques issus des ai-mants 1 et 2 ne traverse pas la zone amagnetique 13.
Dans ces conditions d'aimantation, une force d'attrac-tion s'exerce entre les armatures 3, 4 et 5 et la pièce polaire 11. Cette force tend à diminuer l'entrefer 1s, dans la mesure où
l'un des eléments precises ci-dessus est mobile. A titre d'exem-ple, les pièces polaires 11 et 12 sont fixes et le corps 14, cons-titue par les aimants, les armatures et les bobinages, est sus-

2~ ceptible de se deplacer. La force d'attraction qui s'exerce entrela partie superieure du corps et la pièce polaire 11 tendra alors à diminuer l'entrefer 15 et à l'annuler, en contrariant l'action d'une force antagoniste qui, outre le poids du corps, pourrait être due à des éléments mécaniques, tels que des ressorts, non figures.
La figure 2 represente le même dispositif dans le cas correspondant à une aimantation de sens oppose des couronnes d'aimants, obtenue en alimentant le bobinage 10 au moyen d'une impulsion de courant. On voit que le flux issu de l'aimant 1 J 30 suit le trajet représenté en pointillé sur la figure 2 et qui traverse successivement : la partie inferieure de l'armature inté-rieure 5, l'entrefer de longueur lj entre cette armature et la pièce polaire inferieure 12, à nouveau l'entrefer de longueur lj entre cette pièce polaire et l'armature exterieure 3, la couronne d'aimants 2 et le trajet de retour sur l'aimant 1, à travers l'-armature intermediaire 4.
Dans la mesure où la longueur de l'entrefer l j est notablement inferieure à celle de l'entrefer 1s, la majeure par-tie du flux produit par les aimants 1 et 2 suivra le trajet qui 40 vient d'être indiquei une faible partie se dispersera egalement entre les armatures 3, 4, 5 et la pièce polaire 11. Il convien-dra donc, lorsque les aimants sont aimantés en sens oppose, de ~V904Q5 respecter la condition indiquée plus haut, a savoir que la lon-gueur de l'entrefer lj demeure notablement inférieure a celle de l'entrefer 1s, si l'on veut que la force d'attraction entre la pièce polaire 12 et le corps 14 l'emporte sur celle qui s'-exerce, dans ces conditions d'aimantation, entre led;t corps et la pièce polaire 11.
Le dispositif magnétique dont le fonctionnement vient d'être decrit apparaît donc capable, suivant que les aimants 1 et 2 sont aimantes dans le même sens ou en sens opposé, de pro-10 duire une force d'attraction, soit sur sa face supérieure, soit,sous la condition qui vient d'être précisée concernant la valeur relative des longueurs d'entrefer, sur sa face inférieure. Il constitue ainsi un perfectionnement du circuit magnétique décrit dans le brevet français n 1.202.165 et dans la demande de brevet canadien 232,188 susvisés qui ne comporte qu'une seule face attractive et où l'inversion de l'aimantation dans l'un des ai-mants est utilisée pour établir ou supprimer la force d'attrac-tion au niveau de cette face.
Pour certaines applications, concernant notamment le 20 fonctionnement du dispositif dans une atmosphère corrosive, il est intéressant d'assurer l'étanchéïté du corps 14, en évitant en particulier tout contact entre le fluide corrosif et les or-ganes internes du corps tels que bobinages et aimants. Pour cette raison, on peut remplacer la zone amagnétique 13 par la combinai-son, représentée sur la figure 3, d'une zone amagnétique telle que 15 et d'une paroi étanche 16 placée au voisinage de la bobine 10 comme il est indiqué sur la figure 3 ou bien dans une position différente, par exemple au voisinage de la pièce polaire 12. Cette paroi étanche peut être constituée, soit par un matériau amagné-30 tique, soit, ce qui peut présenter des avantages au point de vuetechnologique, par un materiau magnetique à travers lequel une partie du flux se trouve derivee. Cette dernière disposition con-duit à une reduction de la force d'attraction entre le corps et la pièce polaire 12. Cette reduction peut être tolerable dans la mesure où, en contrepartie, l'etanchelté du corps se trouve assu-ree de façon si~ple, par assemblage de materiaux de mêmes carac-teristiques.
La manière dont le circuit qui vient d'être decrit peut être mis en oeuvre va maintenant être precisee en se referant aux 40 figures 4a à 4d.
La figure 4a represente le corps mobile 14 place entre les pièces polaires fixes 11 et 12 et l'on suppose que l'entrefer 109~4(~5 lj est de longueur très faible ou nulle. Les aimants 1 et 2 ayant été aimantés au moyen du bobinage 10 en sens opposé, et l'entre-fer ls etant de longueur nettement plus grande que celle de l'en-trefer lj, la majeure partie du flux issu des aimants suit le trajet indiqué sur la figure 4a en traits pointilles. Une force d'attraction s'exerce donc entre le corps 14 et la piece polaire inferieure 12.
La phase suivante du fonctionnement est representee sur la figure 4b. En appliquant aux bobinages 8 et 9 une impulsion 10 de courant de brève duree, on aimante dans le même sens les cou-ronnes d'aimants 1 et 2. Les flux issus de ces aimants suivent alors le trajet indique en traits pointilles sur la figure 4b.
Une force d'attraction s'exerce, dans ces conditions d'aimanta-tion, entre le corps 14 et la pièce polaire superieure 11, tandis qu'est simultanément supprimée la force qui s'exerçait entre le corps 14 et la pièce polaire inférieure 12.
Le corps 14, supposé mobile, se rapproche de la pièce polaire 11 et l'entrefer ls diminue et éventuellement s'annule (figure 4c). Un système mecanique de ressort, par exemple, peut 20 être d'ailleurs prévu pour servir de dispositif de rappel du corps en position basse : dans la mesure ou la force d'attraction magné-tique est superieure à l'effort antagoniste ainsi produit par le poids du corps 14 et l'action du ressort, l'entrefer ls tend bien vers zéro, comme on l'a indiqué.
En agissant sur l'intensité d'aimantation des aimants 1 et 2, on peut diminuer cette force d'attraction magnétique et la rendre par exemple inférieure à la force de rappel mécanique.
Ce résultat peut être obtenu en utilisant par exemple les bobi-nages 8 et 9 auxquels on applique une impulsion de courant de sens 30 contraire à celui qui a été utilisé lors de l'opération d'aiman-tation se rapportant à la figure 4b. Après passage de cette im-pulsion de courant, l'intensité d'aimantation des aimants 1 et 2 se trouve, sinon annulee, du moins fortement diminuee. Sous l'-effet du système antagoniste, le corps 14 tend donc a se deplacer vers la position basse, l'entrefer 1; devient alors très faible ou nul et, par consequent, de longueur inferieure a l'entrefer 1s.
La figure 4d represente le corps 14 en position basse.
Si l'on inverse le sens d'aimantation de l'un des aimants au moyen du bobinage 10, le flux issu des aimants suit en majeure partie 40 le trajet indique en traits pointillés sur la figure. Une force d'attraction est produite entre le corps 14 et la pièce polaire inferieure 12. On se trouve ramene à l'etat magnetique initial representé à la f;gure 4a.
Le dispositif magnét;que qui vient d'être décrit néces-site, pour son fonctionnement, une alimentation électrique qui peut être avantageusement constituée par un générateur délivrant des impulsions de courant de breve durée et utilisant la décharge d'une batterie de condensateursO Celle-ci doit être reliée aux bobinages d'excitation des aimants par des organes d'aiguillage électroniques ou électromécaniques.
La figure 5 représente l'alimentation d'une pluralité
de dispositifs magnétiques montés en parallele sur un générateur d'impulsions.
Pour aimanter dans le même sens les aimants du dispo-sitif magnétique de rang n, on charge par exemple la batterie de condensateurs de façon à ce que le point P soit porté a une ten-sion positive et on décharge cette batterie dans les bobinages 8 et 9 du dispositif de rang n en rendant conducteurs les compo-sants électroniques unidirectionnels 17 et 18. Pour désaimanter les aimants du même dispositif, on peut utiliser à nouveau les bobinages 8 et 9, mais en leur délivrant une impulsion de courant 20 d'intensité moins élevée que précédemment et de sens contraire.
Pour cela, il convient de porter le point P à une tension néga-tive et de déclencher les composants électroniques unidirection-nels 19 et 20.
Pour inverser le sens d'aimantation de l'un des aimants du dispositif de rang n, on charge la batterie de condensateurs de telle manière que le point P soit porté à une tension positive et on alimente le bobinage 10 en rendant conducteurs les compo-sants électroniques unidirectionnels 17 et 21.
Dans la variante de la figure 6, qui utilise des con-30 tacteurs électromécaniques, pour aimanter dans le même sens lesaimants du dispositif de rang n, on porte le point P a une tension positive et on décharge la batterie de condensateurs dans les bobinages 8 et 9 en fermant les contacteurs 22 et 23. Pour dé-saimanter les aimants du même dispositif, on peut utiliser a nou-veau les bobinages 8 et 9 et leur délivrer une impulsion de courant d'intensité moins élevée qu'au cours de l'opération pré-cédente et de sens opposé. Pour cela, l'on porte le point P a une tension négative, et l'on décharge la batterie de condensa-teurs dans les bobinages 8 et 9 en fermant les contacteurs 22 et 40 23.
Pour inverser le sens d'aimantation de l'un des ai-mants du dispositif de rang n, l'on charge la batterie de conden-~OgO4~5 sateurs de telle maniere que le point P soit porte a une tens;onpositive et l'on alimente le bobinage 10 en fermant les contac-teurs 22 et 24.
Il va de soi que l'on peut combiner l'utilisation de composants electroniques et de contacteurs electromecaniques et remplacer, par exemple, sur la figure 6, le contacteur 22 par un jeu de composants electroniques unidirectionnels disposes comme il est indique à la figure 5 sous les numeros de réference 17 et 19.
Il est bien entendu que les dispositifs decrits et représentés pourront faire l'objet de variantes d'exécution sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Celles-ci pourront, par exemple, ne pas présenter de symétrie de révolutionO Par ailleurs, leur application a la réalisation de ventouses magnétiques n'est pas limitative.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de commande magnétique comprenant un premier et un second aimant permanent ayant chacun une première et une seconde extrémité polaire ; une pièce d'armature inter-médiaire reliant magnétiquement les premières extrémités po-laires des aimants permanents respectifs, une première et une seconde culasse ayant chacune une seconde partie terminale en contact avec la seconde extrémité polaire de l'aimant permanent correspondant et une première partie terminale ; une première et une seconde zone amagnétique séparant respectivement les pre-mières parties terminales des première et seconde culasse de la pièce d'armature intermédiaire , une première pièce polaire for-mant un premier entrefer avec la pièce d'armature intermédiaire et avec lesdits premières parties terminales , une troisième zone amagnétique séparant l'une de l'autre les secondes parties terminales desdites culasses ; une seconde pièce polaire formant un second entrefer avec lesdites secondes parties terminales, ledit second entrefer étant sensiblement plus petit que le pre-mier et des moyens d'inverser le sens de polarisation magnéti-que de l'un desdits premier et second aimant permanent.

2. Dispositif magnétique selon la revendication 1, ca-ractérisé en ce que lesdits aimants permanents, ladite pièce d'-armature intermédiaire et lesdites culasses forment ensemble un bloc qui est mobile relativement à la première et la seconde pièce polaire avec lesquelles il forme respectivement le premier et le second entrefer, des moyens mécaniques étant prévus pour rappeler ledit bloc vers la second pièce polaire.

3. Dispositif magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite troisième zone amagnétique est constituée par un intervalle d'air.

4. Dispositif magnétique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ladite troisième zone amagnétique est constituée par un intervalle d'air et qu'une paroi magnétique étanche aux fluides relie entre elles lesdites secondes par-ties terminales.