Electro-aimant. 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 le fonctionnement d'un électro et son point d'utilisation, se trouve fréquemment intercalé un dispositif mécanique, par exem ple un jeu de cames susceptible de régulariser les variations trop considérables qui se pro duisent 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'attraction, ne sont pas récupérables. En outre, le dispositif mécanique tendant à régulariser la transmis sion des efforts d'attraction constitue une complication sujette à diminuer encore le rendement de l'appareil.
L'objet de la présente invention consiste précisément en 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 tou jours disposer de l'énergie requise avec un rendement maximum.
L'électro-aimant sui vant l'invention comporte deux noyaux mo biles 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'excitation présente un échelon nement 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 d'exécution préférée de l'invention, 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 uti liser la conjugaison de deux moyens qui con courent tous deux au même but: amplifier l'attraction au début de la course de l'arma ture mobile et la réduire vers la fin de cette même course.
Le premier de ces moyens concerne la forme donnée aux extrémités des armatures appelées à venir en contact; de préférence, 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 gra dins de section sensiblement régulière peu vent être raccordés par des parties dont l'in clinaison est de préférence de l'ordre de 45 degrés.
La concavité correspondante n'épou sant pas nécessairement le profil exact des gradins; le rapport entre la section de l'avant-corps et la section principale des ar matures ainsi que le rapport entre les lo-n- gueurs et les diverses sections droites de gra dins 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 maximum;
cela, cependant, dans la limite où les efforts d'at traction 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 con cavité.
Le deuxième de ces moyens concerne le mode d'excitation; il consiste de préférence à faire varier l'intensité de ce courant d'exci tation en partant en général d'un maximum coïncidant avec le début de la course de l'ar mature mobile, c'est-à-dire avec l'entrefer maximum pour atteindre une intensité mini mum 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. inverseurs manoeuvrés par l'armature mobile au cours -de son trajet et des . circuits séparés mis successivement en parallèle et en série par lesdits inverseurs, par l'emploi de circuits résistants @quelco:n- ques branchés par lesdits 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'appli cations.
Le principe même ,de la régularisation des effets d'attraction étant ainsi posé, il est évident que l'application -de ce principe peut présenter de multiples expressions selon les cas et les besoins particuliers -des applica- bons.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'ob jet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe axiale de la pre mière forme d'exécution.
La fig. 2 en est une vue en plan partielle. La fig. 3 représente un détail de l'inter rupteur, La fig. 4 est une coupe axiale de la deu- cièm@e forme d'exécution de l'électro-aimant. s La fig. 5 représente les armatures dans une autre position de fonctionnement.
En vue & se rendre compte uniquement à titre d'exemple d'application de ce que l'in vention peut représenter pratiquement dans s un cas simple, il est représenté au dessin annexé un électro à plonigpur à noyau central très saturé, eusceptible de recevoir son cou rant d'excitation d'une @s.ource ,
d'énergie à ten sion pratiquement constante telle qu'une E batterie d'accumulateurs.
Comme on peut le voir sur les fig. 1 et 2 du dessin, un corps d'électro tubulaire en acier.<B>10,</B> subdivisé, se termine à une de ses extrémités par un disque en acier 11 compor- i tant 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 tronc de cône 15 suivi d'une partie cylindri que 16 et terminée par un deuxième tronc, de cône 17.
La génératrice des parties coni ques fait un angle voisin de 45 avec l'axe général de l'électro; l'autre extrémité :du corps tubulaire 10 se termine par une ron delle en acier 18 comportant en 19 un bour relet étroit pour le centrage de- l'armature mo bile et en 2,0 un alésage légèrement plus grand que le diamètre intérieur du bourrelet.
Une armature mobile 2.1 -en acier, de forme cylindrique, comporte à son extrémité exté rieure un épaulement de butée 22 et à sa par tie d'extrémité intérieure une surface tronco nique 23 suivie de deux parties cylindriques 24 et<B>216</B> raccordées par une autre partie- tronconique 25, d'une troisième partie tron conique 2;
7 .et d'une tige de guidage cylin drique<B>28</B> pouvant coulisser librement dans le trou 14 de la partie fixe du noyau, la section de la partie d'extrémité de l'arma ture diminuant ainsi par igradins. Une ea,
r- e-as.se de bobine formée -d'un tube non magné tique 29 solidaire du noyau fixe 12 et des deux flasques en acier 30 et S1 est centrée dans la rondelle 1<B>8</B> par l'épaulement 312 et maintenue en p1we par la vis<B>30;
</B> dans l'es pace annulaire â!4 se trouvent -deux bobinages dont le premieren fil fin reçoit directement son courant d'excitation par le -conducteur 35 et .se raccorde directement à la, terre par le con- dueteur 3,6, tandis.
que le deuxième formé par un fil de plus- grosse section, reçoit son cou rant par l'intermédiaire du conducteur<B>37,</B> du plot 318, de la lame conductrice 39, du plot 40 et du conducteur 41 pour être relié en suite à la terre par 1e conducteur 42 Un interrupteur de fin de course eut formé par le support 43, solidaire du disque 11 et com portant un axe 4'4 sur lequel peut librement tourner le support.
45 qui est relié par les df#ux barrettes en matière isolante 46-46' d'une part, à la lame conductrice 319, -d'autre part, à l'attache réglable 447 du ressort de traction 48. Deux colonnettes<B>49</B> et 49' soli daires du disque 11 supportent la plaque iso lante 50 maintenue par les écrous 51 et 51'. Sur cette plaque isolante 50 se trouvent fixés deux plots de contact<B>38</B> et 40 auxquels sont reliés les conducteurs. 37 et 41 par les écrous ).: et 52i'.
Lorsque l':électro est excité, la majeure partie des lignes de fuite passe entre la sur face conique 2'7 et la surface conique 15 cependant, lorsque la partie cylindrique 2'6 se trouve à la hauteur de la partie cylindri que 116, la, fermeture des lignes de force entre ces, deux parties cylindriques 216 et 16 conserve une valeur assez faible pour ne pas causer de fléchissement trop sensible dans la,
force d'attraction du noyau mobile; il en est de même lorsque la surface cylindrique 24 vient à son tour à 'la hauteur de la. sur face cylindrique 1,6. En outre, pour accen tuer les -effets de canalisation des lignes de force, la -section de passage -réservée au champ magnétique à l'intérieur du tube 10 ainsi due dans les pièces 11-18-30 et 31 est très nettement supérieure à celle réser vée dans la partie cylindrique du noyau mo bile 21.
Fonctionnement. Avant le début, -de l'attraction, l'électro 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 pas sant par le conducteur 3,7, le plot 38, la lame conductrice 39, le plot 40 et .le conducteur gmos fil 41, pour ressortir par le conducteur 42 connecté à la terre et pour le fil fin par le conducteur 3,5 pour ressortir par le con ducteur 36 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 sa limite de saturation. La forme particulière de l'extré mité intérieure de ce noyau mobile 21 à l'en droit des parties cylindriques et coniques 23, 24, 2'5@, <B>216,
</B> 27 et 2'8 s e 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 furet à mesure que le noyau mobile 2-1 se rapproche du noyau fixe 1'2, la pénétration des parties cylindriques 2-6 et 24 tend à réduire la force d'attraction par la déviation -l'une partie des lignes de force dans un sens perpendiculaire à la trajectoire -du noyau mobile. 51.
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 où cette puissance d'attraction atteint une valeur qui dépasse l'effort de travail que le noyau mobile doit fournir.
Dès que le noyau mobile 2'1 atteint la fin -de sa course -et que l'épaulement 2'2 nie se trouve plus qu'à une faible distance de la rondelle 18, la. tige 258 soulève la pièce 45 qui pivote autour<B>de</B> l'axe 44 et qui, par l'intermédiaire dies pièces 46 et 46' entraîne la lame conductrice 39 qu'elle détache des plots 38 et 40 où elle s;e, trouvait maintenue par l'attraction du ressort 48;
le circuit d'excitation de la bobine, gros fil passant par le conducteur 37, le plot 38, la lame conductrice 39, le plot 40, le conduc teur 41, etc., se trouve donc coupé à ce mo ment et le collage de l'électro- est effectué et maintenu par le bobinage fil fin alimenté par le conducteur M',
l'appel de courant pro duit par le bobinage gros fil est donc limité à un temps très iaourt. Bien que le fil fin alimenté par le con- -ducteur M produise une puissance d'excita tion relativement faible, l'excellente utilisa tion de cette puissance en raison -du Tappro- clhement des armatures, quand elle se mani- feste seule,
lui permet d'assurer une attrac- tion suffisante entre les armatures arrivant au contact.
La fig. 4 représente un électro-aimant qui comporte une armature mobile formant noyau plongeur 6,0 coopérant avec une par tie de noyau fixe 61. La partie d'extrémité intérieure du noyau 60 présente un échelon nement de sections diminuant par gradins vers l'extrémité. Ainsi, une première sur face tronconique 612 est suivie d'une partie cylindrique 6;
3, dune deuxième surface tron conique 64, d'une partie cylindrique 6,5, d'une troisième surface tronconique 66, d'une partie cylindirique 67, d'une quatrième sur face tronconique 6,8, d'une partie cylindrique 69 et d'une cinquième surface tronconique 70. A l'extrémité de ce noyau 60 est fixée une tige de centrage 71 guidée dans un alésage 72 du noyau fixe 61. D'ailleurs, la tige 71. pourrait aussi bien être fixée au noyau 61 et coulisser d'ans un alésage du noyau mo bile 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'attraction, la forme des gradins extérieurs du noyau mobile. Cette cavité -du noyau fixe présente ainsi une sur face tronconique 74, quatre parties cylind'ri- ques 75, 76, 77 et 78, raccordées entre elles par des surfaces tronconiques 79,
80 et 81 et une surface tronconique 82. Les surfaces tronconiques du noyau mobile, ainsi que celle du noyau fixe ont de préférence une inclinaison de 4'5 par rapport à l'axe de l'électro-aimant.
La longueur des parties: cylindriques 613, 65, 67 et 69 dans la direction axiale dimi nue graduellement vers l'extrémité du noyau mobile, et de façon analogue, la longueur des parties cylindriques de la cavité 73 du noyau fixe diminue -de l'extérieur vers l'inté rieur de .la cavité. D'autre part, et en géné- ral, la -différence :
entre les sections de parties cylindriques. 63 et 6.5 du noyau mobile est plus petite que la différence entre les. sec tions des parties cylindriques 65 et 67, et cette différence est plus. petite que celle entre les sections: 67 et 69, de façon que les sur faces de raccordement tronconiques devien nent plus larges. vers l'extrémité du noyau, pour compenser le diamètre diminuant de ces surfaces.
Autour des noyaux fixe et mobile 6,1 et 60 est dIsposée la bobine d'excitation qui est subdivisée axi.alement en cinq enroulements distincts 8:â, 8:
4, 8i5, Met 8 & 7. La bobine est portée par une douille en matière non magné tique 8'8 et par deux flasques en acier 89 et 90, et la fermeture du circuit magnétique Pst assurée par le corps tubulaire en acier 91, un disque annulaire en acier 9$ et le noyau fixe 61.
Ce disque 9'2 comporte un bourrelet 9,3 qui, lors. de l'excitation de la bobine est saturé 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 83 seul:, soit les deux enroulements 83 et 84.. soit les trois enroulements 8,3, 84 et 85, les quatre enroulements 83 à 86, ou les cinq en- roulements ensemble.
Le dispositif commu- tatteur pourrait aussi être actionné par la tige 71 prolongée.
Dans la position de repos, le noyau mo bile 60 se trouve approximativement dans la position montrée dans 1a fig. 4. Si un cou rant électrique traverse maintenant l'enrou lement intérieur M, il se produit une exci- tation. faible et les lignes die force se forment dans l'entrefer entre les surfaces inclinées 74 et 64 des noyaux mobile et fixe.
Comme ces surfaces. .sont relativement rapprochées, la faible excitation produite par l'enmoulement 83 suffit à faire avancer le noyau 60 jusqu'à ce que les surfaces cylindriques 68, et 75 viennent se superposer (fig. 5).
Alors, toutes les lignes & fonce produites par la bobine <B>86</B> sont déviées pe,rpendiculaireme nt à l'axe de déplacement et, par conséquent, ne peu vent plus faire avancer davantage le noyau.
Lorsque l'on fait passer maintenant le cou rant à travers les deux enroulements 8,3 et 84, la saturation des lignes de force dans la section @dù noyau fixe correspondant à la sur face 75 est telle que d'autres lignes de force passent dans l'entrefer entre les.
surfaces in clinées 66 et 79 et le noyau mobile 60 avance de nouveau jusqu'à ce que les surfaces eylin- driques 6i5 et 76 viennent à se superposer et que les lignes. de force soient de nouveau dé viées perpendiculairement à l'axe.
Lors de l'excitation de l'enroulement 85, conjointe ment avec les enroulements 84 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 6j0 soit arrivé à la fin de sa course d''atbraction.
On comprend qu'il est possible, à l'aide de la variation de l'excitation pendant le dé plmement du noyau mobile, de réaliser une canalisation des lignes de force et ainsi une régularisation de l'effort de l'attraction.
Par exemple, le noyau mobile peut effectuer sa, course entière en un mouvement intermittent d'une durée quelconque. En excitant les cinq enroulements simultanément, la course d'at traction sera effectuée en un mouvement con tinu rapide, eu excitant seulement l'enroule ment intérieur 83, ou les deux enroulements 8,3 et 84, ou les enroulements 83, 84 et 85, etc.,
le noyau G0 se déplace jusqu'à une po sition intermédiaire correspondant au d@epwé d'excitation de la bobine.
Il est évident qu'au lieu d'utiliser un certain nombre d'enroulements distincts, on peut réaliser la variation de l'excitation par une bobine unique non subdivisée qui sera combinée avec une résistance variable exté rieure, shuntée progressivement par une com mande indépendante -ou par le mouvement de la tige 71.
Pour rende plus précis les arrêts entre deux modes d'excitation, lesgradins delapar- tie -d'extrémité de l'une ou des deux arma tures pourraient comporter un bourrelet de saturation analogue au bourrelet de gui dage 93.
L'extrémiité extérieure de l'armature mo bile comporte un épaulement 22 venant en contact avec la pièce fixe 92 pour permettre l'établissement d'un entrefer s'opposant à l'effet de rémanence magnétique dans les ar matures. Cet épaulement peut être réglable de manière à pouvoir régler le, temps de la rémanence quand la durée de l'excitation est contrôlée.