Commutateur magnétique sensible au passage d'une masse de fer L'invention a pour objet un commutateur magnétique sensible au passage de toute masse de fer à sa proximité, comportant un circuit magnétique primaire comprenant au moins deux générateurs de flux magnétique montés en série et un entrefer, un circuit magnétique secondaire branché aux extré mités de l'un, desdits générateurs, en dérivation sur ledit circuit primaire, et des moyens de commutation sensibles aux variations du flux magnétique dans ledit circuit secondaire, en réponse à l'introduction de ladite masse dans ledit entrefer.
Le dessin annexé représente:, à titre d'exemples; quelques, formes d'exécution de l'invention.
Sur ce dessin La fig. 1 représente, schématiquement, une forme d'exécution très simple de commutateur magnétique.
La fig. 2 est une courbe du flux magnétique en fonction de la force magnétomotrice d'un aimant permanent, mettant en évidence le principe du com mutateur.
La fig. 3 représente, schématiquement, une forme d'exécution, perfectionnée, notamment en ce qui concerne la sensibilité.
Les fig. 4 et 4a sont des vues comparatives mettant en évidence la manière dont on peut obte nir une concentration du flux dans une application particulière.
La fig. 5 est une vue partielle d'un détail de construction d'un commutateur magnétique associé à un dispositif de contrôle électronique. Dans le commutateur simplifié de la fig. 1, un aimant permanent 1 est monté entre deux pièces de fer 2 et 3 qui se terminent, au voisinage de la tra jectoire de la masse de fer dont on désire détecter le passage, par des, bandes plates ou selles 4 et 5.
Les pièces de fer 2 et 3 offrent au flux magnétique, émis par l'aimant 1, deux parcours en circuit fermé, traversant tous deux ledit aimant, comme indiqué par la flèche Fl. L'un de ces parcours, désigné dans la présente description sous le nom de circuit pri maire, et jalonné par les flèches F2, F3 et F4, tra verse un second aimant permanent 6, interposé entre deux parties rabattues de la pièce de fer 3-4, puis traverse l'entrefer formé entre les selles 4 et 5, comme indiqué sur la fig. 1,
par les lignes de force f, représentant le flux dans ledit entrefer. On voit donc que ce circuit primaire est, en fait, par- couru par une partie seulement des flux des aimants 1 et 6, qui travaillent en série.
Le second parcours, désigné dans la présente description sous le nom de circuit secondaire et jalonné par les. flèches F5, FE et F7, traverse une palette mobile 7, qui pivote en O. Dans l'exemple représenté, la palette mobile 7 tend à être écartée des pièces 2 et 3 par un ressort de contact mobile 8, qui peut être amené sélectivement, contre l'un ou l'autre de deux contacts fixes 9 et 10, sous l'action de ladite palette.
De plus, dans l'exemple représenté, l'aimant F3 est fortement shunté par une partie de la pièce de fer 3, toutefois séparée de la partie formant selle 4 par un petit entrefer 11. Comme on le verra plus loin, cette- disposition tend à maintenir constante la force magnétomotrice de l'aimant 6. Sur la fig. 2, A B représente la courbe de magné tisme d'un aimant déterminé.
O A représente le flux rémanent. O B représente la force coercitive.
On sait qu'on peut toujours obtenir un aimant dont le point caractéristique de fonctionnement se trouve sur la droite C D qui est appelée droite de recul.
Pour un réglage bien défini, le point caractéris tique sera en M, par exemple.
M N représente le flux total à l'intérieur de l'aimant, soit i p.
O N représente la force magnétomotrice dispo nible aux extrémités de l'aimant, soit e.
Dans les aimants modernes, la pente de la droite C D est très faible. Il en résulte qu'à de très faibles variations du flux tp correspond une grande varia tion de e.
Si on augmente le flux ip, la force magnéto- motrice e diminue, peut atteindre la valeur O et même devenir négative quand le point M passe à droite de l'axe O A.
Les variations de 9 sont très faibles et le flux ip dans l'aimant est sensiblement constant.
On désigne par ip"L le flux total débité par l'aimant 1 de la fig. 1, par ipn le flux qui traverse la palette 7, par ipt le flux parcourant le circuit de shunt de l'aimant 6 et par (1#u le flux qui passe dans le circuit primaire et notamment dans l'entrefer entre les selles 4 et 5.
La diminution de la réluctance du circuit pri maire, provoquée par l'introduction d'une masse de fer dans l'entrefer 4-5, qui entraine une augmenta tion de détermine une diminution égale en valeur absolue de ipz,.
( u dépend de la réluctance du circuit primaire ainsi que de la somme des forces magnétomotrices e de l'aimant 1 et E de l'aimant 6. En choisissant les dimensions de l'aimant 6 suffisamment grandes par rapport à celles de l'aimant 1, ou encore en inter posant plusieurs autres aimants en série avec les aimants 6 et 1, on obtient une valeur très élevée de E et, par conséquent, de e -i- E et, par consé quent encore, de #),,.
Grâce au shunt de l'aimant 6 (fig. 1), on main tient la valeur de E constante en présence d'une masse de fer dans l'entrefer 4-5, et la nouvelle valeur du flux q)u dépend ainsi uniquement de la diminution de la réluctance du circuit primaire.
En l'absence de la masse de fer dans l'entrefer 4-5, le circuit secondaire est parcouru. par un flux qui peut être aisément déterminé de façon qu'il assure le maintien de la palette 7 en position col lée , dans laquelle le ressort de contact 8 repose sur le contact fixe 9.
Dès qu'une masse de fer est introduite dans l'entrefer 4-5, la réluctance du circuit primaire dimi nue, ce qui détermine une augmentation du flux du circuit primaire et une diminution égale en valeur absolue du flux du circuit secondaire.
Si les valeurs relatives de ces deux flux sont convenablement choi sies de la manière indiquée dans l'exposé ci-dessus, cette diminution pourra être suffisante pour libérer la palette 7, et le contact mobile 8 passera du contact fixe 9 sur le contact fixe 10. Cette commu tation pourra être utilisée à toutes fins désirées.
Le réglage de #tp, est obtenu par le réglage du shunt de l'aimant 6.
Avec 1). et -D,4 très grands par rapport à P", on obtient une sensibilité élevée.
L'aimant 6 a une très forte section, les entrefers de la palette mobile p sont réduits autant que pos sible, et les surfaces polaires sont importantes.
La force d'attraction de la palette est proportion nelle au carré du flux qui la traverse.
Dans le mode de réalisation de la fig. 3, on a remplacé l'aimant 6 du schéma de la fig. 1 par deux aimants 12 et 13, montés en série avec l'aimant 1 et disposés symétriquement, de part et d'autre de celui-ci. Par ailleurs, chacun des aimants 12 et 13 est shunté au moyen de pièces de fer, respectivement 14 et 15, entourant complètement ou partiellement les aimants associés, respectivement 12 et 13. Cette disposition a l'avantage de concentrer le flux D,, dans la région située immédiatement au-dessus des selles respectives 16 et 17 et, par conséquent, dans une zone où peut passer la masse de fer à détecter.
En particulier, dans le cas de l'utilisation du commutateur magnétique pour des applications fer roviaires, on peut voir sur les figures comparatives 4a et 4, représentant le dispositif de la fig. 3, vue de profil, que le flux principal (D,4 est, sur la fig. 4, concentré dans la région supérieure du champignon du rail, c'est-à-dire dans la zone que viendra tra verser le boudin des roues, alors que si le shunt des aimants 12 et 13 n'est pas réalisé par des pièces entourant ceux-ci jusqu'au niveau des selles 16 et 17, une partie du flux se trouve déviée vers le bas, comme indiqué en 18,
sur la fig. 4a, ce qui réduit de façon appréciable la sensibilité du dispositif.
Un tracé correct des lignes de force permet de déterminer la position la plus favorable des shunts. Pratiquement, le flux Dp étant très élevé, les pièces qui entourent les selles peuvent être disposées à quelques millimètres de celles-ci et concentrent le flux dans la région voulue. Le complément de flux sera absorbé par le dispositif de réglage qui peut être réalisé par une simple vis en fer.
Cette disposition permet d'obtenir des résultats nettement améliorés et de réduire les dimensions des aimants et l'encombrement général de l'appareil.
On a vu, à propos du dispositif de la fig. 1, un cas particulier d'agencement de la palette mobile 7, dans lequel celle-ci est constamment sollicitée vers sa position décollée par des moyens élastiques tels que le ressort de contact mobile 8, tandis que, lorsqu'une masse de fer quitte l'entrefer 4-5, le flux secondaire suffit pour recoller la palette contre l'ac tion desdits moyens élastiques.
Dans certaines appli cations, en particulier pour la détection du passage de roues de véhicules ferroviaires à très grande vitesse, cette disposition se traduit par une commu tation très brève des contacts, du fait que le réta blissement presque immédiat du flux dans le circuit secondaire réattire la palette aussitôt.
Dans ces applications, on utilisera avec avantage la disposition représentée sur la fig. 3, dans laquelle il est prévu un enroulement 19 de réarmement, dis posé, par exemple, autour de la pièce de fer 3 dans l'aimant 1. Dans cette forme d'exécution, la palette ne peut être recollée par le simple rétablissement de la valeur normale du flux dans le circuit secondaire.
Le recollage est assuré, à tout instant désiré, par une impulsion de courant continu envoyée dans l'en roulement 19 et propre à augmenter suffisamment la valeur normale du flux secondaire %, pour assurer le recollage de la palette.
Quelle que soit la vitesse de passage des roues, on peut ainsi maintenir les contacts en position déclenchée., aussi longtemps qu'il est nécessaire, pour assurer le fonctionnement du ou des organes con trôlés par ces contacts.
Dans la variante représentée sur la fig. 5, le dis positif est complété par des joints magnétiques, par exemple constitués par des feuilles minces de clin quant interposées dans d'étroits entrefers 20 et 21, ménagés de part et d'autre de l'aimant 1, entre celui-ci et les extrémités 22, 23, des, pièces de fer du circuit primaire. Ces joints sont calculés: de telle manière que la réluctance totale additionnelle qu'ils introduisent dans le circuit primaire traversé par le flux q)" donne une chute de tension égale à e, farce magnétomotrice de l'aimant 1.
Par suite, le potentiel de la culasse de droite est identique au potentiel de la culasse de gauche, puis que la chute de potentiel dans les joints, est égale à la différence de potentiel e, mais de signe contraire. Cette disposition permet d'annuler le flux de fuite entre les deux culasses 22 et 23. La valeur de e étant très faible par rapport à celle de E (force magnétomotrice du. ou des aimants montés en série avec l'aimant dans le circuit primaire), l'action des joints magnétiques 20 et 21 sera négligeable en ce qui concerne le fonctionnement du dispositif.
Sur la fig. 5, on, a en outre représenté un enrou lement 24, monté autour d'une des pièces de fer du circuit secondaire et dont les extrémités, sont reliées aux bornes d'entrée d'un dispositif électronique 25, propre à détecter et à amplifier les forces électro motrices induites dans l'enroulement 24, en réponse aux variations du flux dans le circuit secondaire.
Ces forces électromotrices induites sont d'autant plus grandes que la vitesse de passage de la masse de fer dans l'entrefer du circuit primaire est plus élevée.
Ce dispositif pourra donc être utilisé avantageu sement lorsque les masses de fer à détecter défilent devant l'appareil à très grande vitesse. Par contre, aux vitesses réduites, les forces électromotrices peu vent devenir trop faibles pour pouvoir être détectées par le dispositif électronique 25. Il est alors avan tageux de conserver la palette mobile 7 dont le brusque décollage produit une variation rapide et notable du flux secondaire, laquelle variation peut alors assurer un bon fonotionnement du dispositif électronique, même pour les très faibles vitesses.
Indépendamment de sa sensibilité, qui n'est pra tiquement limitée que par l'encombrement maximum qu'on désire donner au dispositif, celui-ci offre, notamment dans les applications ferroviaires, par rapport aux pédales magnétiques, classiques, un cer tain nombre d'avantages essentiels. Du fait même que son fonctionnement n'exige que l'introduction d'une simple masse de fer dans l'entrefer du circuit magnétique primaire, il permet de détecter le pas sage en un point d'un rail, de toute roue de véhicule ferroviaire.
Le commutateur magnétique se prête, par conséquent, à un grand nombre d'applications dans le domaine du contrôle de la circulation ferro viaire. En particulier, on pourra l'utiliser avec avan tage en. remplacement des pédales mécaniques clas siques, non seulement pour le déclenchement d'une commande, en réponse au passage d'une locomotive, mais encore pour le comptage d'essieux dans un block-system, pour la préparation d'un circuit par le premier essieu d'un véhicule et l'établissement de ce circuit par le dernier essieu, etc...
Ce commutateur permet également la réalisation d'appareils divers adaptés à la solution de problèmes variés. On peut citer, par exemple, le comptage de pièces et objets en métal ferreux, de wagonnets ou voitures, etc...
La détection du passage, en des, points définis, d'appareils, tels que des ascenseurs, des; ponts rou lants, etc., et, d'une manière générale, le contrôle de la position de toutes pièces mobiles. (machines- outils, etc...).
Le maintien à une valeur sensiblement constante de la force magnétomotrice du ou des aimants mon tés, en série avec l'aimant 1 peut être assuré par un enroulement parcouru par un courant continu. Tou tefois, pour des. raisons évidentes de sécurité, en particulier dans les applications ferroviaires, le dis positif à aimant shunté décrit ci-dessus est préférable.
En ce qui concerne la disposition du commu tateur magnétique dans les applications. ferroviaires, on peut, dans certains cas, utiliser le rail lui-même comme partie du circuit primaire. Toutefois,, cette disposition n'est pas à conseiller dans le cas.
où le rail est susceptible d'être parcouru par des courants intenses (traction électrique, bloc système par circuit de voie, etc...). En<B>,</B> effet, de tels courants peuvent donner naissance à des flux parasites qui, en passant directement dans le circuit primaire, pourraient per turber le fonctionnement du dispositif.
Il y a donc lieu dans ce cas d'utiliser de préférence le dispositif de la fig. 3 monté à l'intérieur ou à l'extérieur du rail, bien parallèlement à celui-ci, comme représenté, par exemple, sur la fig. 4.