EP0146421B1 - Electro-aimant comprenant des culasses et une armature comportant un aimant permanent muni sur ses faces polaires, de pieces polaires débordant de l'axe de l'aimant, cet axe étant perpendiculaire à la direction du mouvement - Google Patents

Electro-aimant comprenant des culasses et une armature comportant un aimant permanent muni sur ses faces polaires, de pieces polaires débordant de l'axe de l'aimant, cet axe étant perpendiculaire à la direction du mouvement Download PDF

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EP0146421B1
EP0146421B1 EP84402036A EP84402036A EP0146421B1 EP 0146421 B1 EP0146421 B1 EP 0146421B1 EP 84402036 A EP84402036 A EP 84402036A EP 84402036 A EP84402036 A EP 84402036A EP 0146421 B1 EP0146421 B1 EP 0146421B1
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EP
European Patent Office
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armature
yokes
permanent magnet
electromagnet
axis
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EP84402036A
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German (de)
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EP0146421A1 (fr
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Gérard Koehler
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Telemecanique SA
Original Assignee
La Telemecanique Electrique SA
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Publication date
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    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
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    • H01F7/1638—Armatures not entering the winding
    • H01F7/1646—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet
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    • H01H2051/2218—Polarised relays with rectilinearly movable armature having at least one movable permanent magnet

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnet comprising yokes and a frame comprising a permanent magnet provided, on its polar faces, with pole pieces projecting from the axis of the magnet, the relative movement of the armature relative to the yokes having a direction perpendicular to the axis of the permanent magnet of the armature.
  • French Patent 2,466,844 to the Applicant describes an electromagnet modified with respect to that described in French Patent 2,358,006 in the sense that the armature is placed in the coil.
  • French patents 2,520,152 and European patent 0 086 121 of the Applicant describe electromagnets perfected compared to that described in French patent 2 466 844 to allow the electromagnet to operate in a monostable manner, possibly by permuting the mobile and fixed parts.
  • the electromagnet described in French Patent 2,388,386 also includes two coils located one next to the other, the four ends of which are connected in pairs by two armatures. These frames are movable in translation along the axis of the magnet.
  • the electromagnet described in French patent 2520152 has the drawback of generating flow losses through the leakage flow between the armature and the cylinder head. These flux losses can be demonstrated by means of a spectrum obtained by CAD. when the electromagnet is energized and is at the start of movement.
  • the mass of the armature can give the electromagnet insufficient resistance to shocks and due to the inertia, a long operating time, especially when the electromagnet is used to control the opening a short-circuit current limiting circuit breaker.
  • the coils of these electromagnets are not easily removable to allow maintenance or change of nominal voltage of the electromagnet.
  • the object of the present invention is to remedy the drawbacks of known electromagnets.
  • the electromagnet targeted by the invention comprises yokes, an armature and a coil surrounding part of the magnetic circuit, the yokes being movable relative to said armature and the latter comprising a permanent magnet provided on its two polar faces with two pole pieces arranged perpendicular to the main axis of the permanent magnet and projecting from this axis, the ends at least of one of said pole pieces being arched and directed towards the other pole piece so as to create two air gaps between said pole pieces, the ends of the cylinder heads being introduced into said air gaps so that each of these air gaps is divided into two air gaps, the magnetic forces in each pair of aforementioned air gaps being oriented against and perpendicular to the main axis from the permanent magnet.
  • this electromagnet is characterized in that it comprises a second armature provided with a permanent magnet, the second armature being of identical shape to the first and the armatures being arranged in parallel, in that each cylinder head is introduced into the air gaps, one of which is disposed near a frame and the other near another, and in that the above-mentioned cylinder heads are arranged one opposite the other of so that the armatures and cylinder heads form a magnetic circuit in series.
  • This arrangement allows direct and short connections between the air gap zones facing each other which considerably limit the magnetic flux of leakage.
  • the bistable operating electromagnet comprises fixed cylinder heads 11,12, a movable assembly comprising a frame 1a, of section substantially in the shape of an H, mobile relative to the cylinder heads 11, 12 and a coil 5 surrounding part of the magnetic circuit.
  • the frame 1a comprises a permanent magnet 2a, provided on its two polar faces with two pole pieces 3a, 4a, which project on either side of the axis of the magnet 2a.
  • One 4a of the pole pieces has its ends arched relative to the axis of the magnet 2a, to define with the other pole piece 3a, two airgap zones into which the ends 13a, 14a of the yokes 11 penetrate, 12.
  • each air gap zone comprises two air gaps generating opposing forces F 1a , F 2a , in a direction perpendicular to the axis of the permanent magnet 2a.
  • the mobile assembly also includes a second frame 1b made up of homologous elements 2b, 3b, 4b.
  • This frame 1b has the same shape as the first 1a and is arranged parallel and facing the first.
  • the ends 13a. 13b; 14a, 14b of the two yokes 11, 12 join the airgap zones of the two frames 1a, 1b located opposite one another.
  • the magnetic circuit of the electromagnet consists of a succession of armature and yoke forming a rectangle.
  • a second coil 8 is arranged parallel to the first coil 5.
  • the coils 5. 8 are arranged respectively around the yokes 11.12 which form two opposite sides of the above rectangle defined by the magnetic circuit.
  • these coils 5, 8 each have a plastic carcass 6, 9 which can be molded around the yokes 11, 12 which act as a core for the corresponding coil 5. 8.
  • the path of the flux in the magnetic circuit of the electromagnet is represented by arrows in solid line when the coils 5 and 8 are excited in the direction H, and conversely by arrows in dotted line when the coils are excited in the direction H 2 .
  • the path of the magnetic flux which follows the outline of a rectangle or a square is close to the ideal path generated in a torus. This path is traveled in one direction or the other depending on the direction of the excitation H 1 or H 2 .
  • the magnetic potentials in the coils and permanent magnets have a regular distribution along the path of the flux.
  • the structure of the element of the electromagnet allows precise positioning by means of the plates 15a, 15b of the yokes 11, 12 which constitute planar cores for the coils 5, 8. These plates 15a, 15b can be used as a means of fixing the electromagnet.
  • the width of the pole pieces 3a, 3b at the air gaps could be greater than that shown so as to increase the surface of these air gaps.
  • the ends of the pole pieces 3a, 3b could be arched like the ends of the pole pieces 4a, 4b.
  • the structure of the electromagnet allows easy disassembly of the coils 5, 8 and facilitates the coupling of the coils 5. 8 in parallel or in series in order to reduce current consumption.
  • the electromagnet comprises, as in the case of FIG. 1, two fixed plates 21a, 21b of section substantially in H arranged parallel and facing each other.
  • two movable yokes 31 and 32a, 32b join the airgap zones located opposite one another so that the magnetic circuit is constituted by a succession of armature and yoke forming a rectangle.
  • each frame 21a, 21b consists of two pole pieces 23a, 24a; 23b, 24b projecting on either side of a permanent magnet 22a, 22b.
  • the pole piece 24a, 24b has two ends bent at right angles which define with the other pole piece 23a, 23b two airgap zones into which the opposite ends 33a, 33b penetrate; 34a, 34b of the cylinder heads 31; 32a, 32b.
  • the electromagnet shown in FIG. 2 differs mainly from that of FIG. 1 in that the coils 25 and 28 are placed around the assembly of each armature 21a, 21b, as for patent FR 2 466 844.
  • one of the magnetic yokes is composed of two elements 32a, 32b between which a permanent magnet 36 of small thickness is interposed.
  • the end 34b of the element 32b is arched in the manner of a bayonet so that it can be located in the extension of the element 32a which is entirely planar. This end 34b as well as the opposite end 34a of the planar element 32a penetrate into the lower airgap zones of the reinforcements 21a and 21b.
  • the operation of the electromagnet shown in FIG. 2 is similar to that of the embodiment according to FIG. 1.
  • the permanent magnet 36 reinforces the magnetic flux passing in the direction of the arrows shown in solid lines and which causes the displacement of the yokes in the direction F, and counteracts the magnetic flux passing in the opposite direction (arrows in dotted lines which tend move the cylinder heads in direction F 2 ).
  • the electromagnet shown in FIG. 2 has a monostable operation, the rest position corresponding to the displacement of the yokes in the direction F, and the working position corresponding to the displacement in the direction F 2 .
  • a permanent magnet identical to the magnet 36 could be symmetrically interposed in the yoke 31 broken down into two elements like the yoke 32a, 32b.
  • This guide plate 37 can be connected to an external device (not shown) to which the overall movement of the cylinder heads can be transmitted, the armatures 21a, 21b and the coils 25, 28 being in this case fixed.
  • the plate 37 can for example be made of brass, sliding in slots 38a. 38b formed between the adjacent edges of the plastic carcasses 26, 29 of the coils 25 and 28.
  • This plate 37 can be crimped into a hole in the cylinder head 31, or have a notch enclosing the assembly formed by the cylinder head elements 32a, 32b and the permanent magnet 36.
  • the plate 37 can be replaced by two columns extending on either side of the coils 25 and 28.
  • the cylinder heads 31, 32a, 32b which are mobile have a low inertia with respect to the two armatures 21a, 21b which are fixed, which is advantageous for the speed of operation of the electro magnet.
  • This inertia could be further reduced, by reducing the length of the cylinder head 31 and by arching the ends of the pole pieces 23a, 23b towards each other, which at the same time would increase the airgap surfaces.
  • the carcasses 26 and 29 of the coils 25 and 28 could then be easily overmolded on the frames 21a, 21b, under conditions making it possible to precisely position the airgap surfaces.
  • the overall height in the direction of movement of the electromagnet shown in Figure 2 is small since the coils 25 and 28 are placed opposite one another parallel to this movement.
  • the guide means allow a slight false parallelism of the cylinder heads. A complete closure of the air gaps is thus obtained even in the case where the positioning of the pole pieces is not rigorous.
  • FIG. 3 the marks of which are identical to those of FIG. 2 after adding 20, the armature 41a has been rotated by 90 ° along its axis and the cut has been made at the level of the pole piece 43a.
  • the frame 41b is unchanged, but its coil has been removed.
  • an armature 41 symmetrical with 41 with respect to 41a has been added.
  • the coil of 41c is also deleted.
  • the means for guiding the two cylinder heads 51 and 52 have not been shown.
  • the circulation of the flow is represented as above according to the field H l -H 2 of the coil 45.
  • sections represented in 41b and 41c come from a single curved reinforcement in an arc of a circle concentric with the reinforcement 41a with a rubber magnet 42 magnetic.
  • Figure 4 shows such an arrangement. after adding 20 to the previous homologous benchmarks.
  • the frame 61b is curved over 360 ° so as to form a pot-shaped electromagnet.
  • the central frame 61a also has a cylindrical shape and is constituted by a solid cylindrical pole piece 64a provided at its two ends with openings playing the role of the ends arched at right angles.
  • the pole piece 64a is surrounded by an annular magnet 62a radially magnetized, itself surrounded by a hollow cylindrical pole piece 63a.
  • the thicknesses of the pole pieces can decrease as one moves away from the axis of the pot.
  • the yokes 71 and 72 are joined together and guided by elements 77 transmitting the movement of the electromagnet. They have an annular shape.
  • the coils 85 and 88 are curved in concentric arcs of a circle at the center of the electromagnet, the permanent magnets 82a and 82b having a radial magnetization whose axis of symmetry or main axis is always perpendicular to the displacement F l -F 2 .
  • the ends of the pole pieces 84a and 84b are no longer bent at right angles but the curve of these pieces, as well as that of the pieces 83a, 83b; 91 and 92 also makes it possible to have parallel forces for the different airgap zones. This arrangement requires more expensive tools than for the previous cases, but it makes it possible to have a circular flow path, therefore having a shorter length than for a rectangular or square path.
  • the permanent magnets are even closer to the air gaps.
  • FIG. 4 can also be transformed so that, on each side of the axis of the coil, the path of the flux in the plane of the figure is circular, with a common central part. There is thus a horizontal eight-shaped path, which due to the symmetry along the axis of the coil, gives a volume in the form of a torus whose interior is occupied by the coil. We thus arrive at a structure minimizing the paths of the flux in iron and of the current in copper.
  • the cylinder head 32a, 32b of FIG. 2 could have wings bent at 90 °, the magnet 36 being in this case disposed between these wings, so that the positioning of the air gaps does not depend on the thickness of the magnet 36 and the bending of the element 32b.
  • the air gaps described in the above examples are of the constant surface and distance between variable surfaces type. Without departing from the scope of the invention, it would be possible to obtain an air gap with variable surface with a constant distance between surfaces, for example in the case of the embodiment according to FIG. 1 by leveling the end 13a of the cylinder head 11 a slightly below the level of the guide plate 15a and by bringing the corresponding ends of the pole pieces 3a and 4a. Such air gaps are however less effective than those described taking into account friction and the risks of incomplete closure.

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Description

  • La présente invention concerne un électro- aimant comprenant des culasses et une armature comportant un aimant permanent muni, sur ses faces polaires, de pièces polaires débordant de l'axe de l'aimant, le mouvement relatif de l'armature par rapport aux culasses ayant une direction perpendiculaire à l'axe de l'aimant permanent de l'armature.
  • On connait selon le brevet français 2 358 006 un électro-aimant dont la structure répond à la définition précitée, l'une au moins des pièces polaires de l'armature ayant des extrémités cambrées.
  • Le brevet français 2 466 844 de la Demanderesse décrit un électro-aimant modifié par rapport à celui décrit dans le brevet français 2 358 006 en ce sens que l'armature est placée dans la bobine.
  • Les brevets français 2 520 152 et européen 0 086 121 de la Demanderesse décrivent des électro-aimants perfectionnés par rapport à celui décrit dans le brevet français 2 466 844 pour permettre à l'électro-aimant de fonctionner de façon monostable, éventuellement en permutant les parties mobiles et fixes.
  • On connait d'autre part selon le brevet allemand 2 407 184 et le brevet français 2 486 303 un électro-aimant présentant deux bobines situées l'une à côté de l'autre et dont les quatre extrémités sont reliées deux à deux par deux armatures en forme de H. Cependant contrairement au cas des électro-aimants utilisés précédemment, ces armatures ne sont pas mobiles suivant un mouvement de translation, mais suivant un mouvement de rotation.
  • L'électro-aimant décrit dans le brevet français 2 388 386 comporte également deux bobines situées l'une à côté de l'autre dont les quatre extrémités sont reliées deux à deux par deux armatures. Ces armatures sont mobiles en translation suivant l'axe de l'aimant.
  • Par ailleurs, on connait selon la demande internationale de brevet PCT WO 82/03 944 un électro- aimant modifié par rapport à celui décrit dans le brevet français 2 358 006 en ce sens que les parties fixes et mobiles de celui-ci sont inversées et qu'un deuxième ensemble constitué par un aimant et des pièces polaires est ajouté symétriquement, qui après l'inversion précitée devient également fixe.
  • L'électro-aimant décrit dans le brevet français 2520152 présente l'inconvénient d'engendrer des pertes de flux par le flux de fuite entre l'armature et la culasse. Ces pertes de flux peuvent être mises en évidence au moyen d'un spectre obtenu par CAO. lorsque l'électro-aimant est excité et est en début de mouvement.
  • Par ailleurs, les culasses de cet électro-aimant étant cambrées, leurs extrémités doivent être rigoureusement parallèles et positionnées avec précision pour obtenir la fermeture simultanée des entrefers, ce qui nécessite des précautions onéreuses de fabrication.
  • D'autre part. dans certains cas, la masse de l'armature peut conférer à l'électro-aimant une résistance insuffisante aux chocs et du fait de l'inertie, un temps de fonctionnement important notamment lorsque l'électro-aimant est utilisé pour commander l'ouverture d'un disjoncteur limiteur de courant de court-circuit.
  • En outre dans le cas du remplacement d'un électroaimant conventionnel existant, présentant une faible hauteur dans le sens de son mouvement, les structures actuelles engendrent souvent des difficultés d'implantation.
  • De plus, les bobines de ces électro-aimants ne sont pas facilement démontables pour permettre la maintenance ou le changement de tension nominale de l'électro-aimant.
  • Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des électro-aimants connus.
  • L'électro-aimant visé par l'invention comprend des culasses, une armature et une bobine entourant une partie du circuit magnétique, les culasses étant mobiles par rapport à ladite armature et celle-ci comportant un aimant permanent muni sur ses deux faces polaires de deux pièces polaires disposées perpendiculairement à l'axe principale de l'aimant permanent et faisant saillie par rapport à cet axe, les extrémités au moins d'une desdites pièces polaires étant cambrées et dirigées vers l'autre pièce polaire de façon à créer deux entrefers entre lesdites pièces polaires, les extrémités des culasses étant introduites dans lesdits entrefers de façon que chacun de ces entrefers soit divisé en deux entrefers, les forces magnétiques dans chaque paire d'entrefers précités étant orientées à l'encontre et perpendiculairement à l'axe principal de J'aimant permanent.
  • Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, cet électro-aimant est caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième armature pourvue d'un aimant permanent, la deuxième armature étant de forme identique à la première et les armatures étant disposées parallèlement, en ce que chaque culasse est introduite dans les entrefers dont l'un est disposé près d'une armature et l'autre près d'une autre, et en ce que les culasses précitées sont disposées l'une en regard de l'autre de façon que les armatures et les culasses forment un circuit magnétique en série.
  • Cette disposition permet de réaliser entre les zones d'entrefer se faisant face, des liaisons directes et courtes qui limitent considérablement le flux magnétique de fuite.
  • D'autres caractéristiques de l'invention et d'autres formes de réalisation de celles-ci sont énoncées dans les sous-revendications 2 à 8 et dans les revendications indépendantes 9 et 10.
  • D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.
  • Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs,
    • la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une première version d'un électro-aimant conforme à l'invention,
    • la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une seconde version d'un électro-aimant conforme à l'invention,
    • la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une troisième version d'un électro-aimant conforme à t'invention.
    • la figure 4 est une vue en coupe d'une quatrième version ; et
    • la figure 5 celle d'une cinquième version.
  • Dans la réalisation de la figure 1, l'électro- aimant de fonctionnemenf bistable comprend des culasses 11,12 fixes, un équipage mobile comprenant une armature 1a, de section sensiblement en forme de H, mobile par rapport aux culasses 11, 12 et une bobine 5 entourant une partie du circuit magnétique.
  • L'armature 1a comporte un aimant permanent 2a, muni sur ses deux faces polaires de deux pièces polaires 3a, 4a, qui débordent de part et d'autre de l'axe de l'aimant 2a.
  • L'une 4a des pièces polaires a ses extrémités cambrées par rapport à l'axe de l'aimant 2a, pour définir avec l'autre pièce polaire 3a, deux zones d'entrefer dans lesquelles pénètrent les extrémités 13a, 14a des culasses 11, 12. Ainsi chaque zone d'entrefer comporte deux entrefers engendrant des forces antagonistes F1a, F2a, suivant une direction perpendiculaire à l'axe de l'aimant permanent 2a.
  • Le cambrage à angle droit des extrémités de la pièce polaire 4a permet d'avoir des forces parallèles pour les deux zones d'entrefer.
  • On voit sur la figure 1 que l'équipage mobile comprend également une deuxième armature 1b constituée des éléments homologues 2b, 3b, 4b. Cette armature 1b a la même forme que la première 1a et est disposée parallèlement et en regard de la première. De plus, les extrémités 13a. 13b ; 14a, 14b des deux culasses 11, 12 réunissent les zones d'entrefer des deux armatures 1a, 1b situées en regard l'une de l'autre.
  • Ainsi, le circuit magnétique de l'électro-aimant est constitué d'une succession d'armature et de culasse formant un rectangle.
  • Par ailleurs, une seconde bobine 8 est disposée parallèlement à la première bobine 5.
  • Dans la réalisation représentée sur la figure 1. les bobines 5. 8 sont disposées respectivement autour des culasses 11.12 qui forment deux côtés opposés du rectangle précité défini par le circuit magnétique.
  • Par ailleurs, ces bobines 5, 8 comportent chacune une carcasse 6, 9 en matière plastique qui peut être surmoulée autour des culasses 11, 12 qui jouent le rôle de noyau pour la bobine 5. 8 correspondante.
  • Sur les faces latérales 6a. 6b ; 9a, 9b des carcasses 6. 9 en matière plastique sont plaquées des plaques 15a. 15b en métal ou alliage non magnétique tel que du laiton, qui servent à espacer les extrémités cambrées à angle droit des pièces polaires 4a, 4b des carcasses des bobines et à guider le déplacement des armatures magnétiques 1a. 1b suivant la direction des flèches F1a, F2a : F1b, F2b c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe des bobines 5 et 8.
  • Le fonctionnement de l'électro-aimant bistable que l'on vient de décrire est le suivant :
    • lorsque les bobines 5 et 8 sont excitées dans le sens H1, des forces F1a, F1b sont engendrées sur les armatures 1a et 1 b qui déplacent celles-ci vers l'une des positions stables (vers le bas de la figure 1).
    • Inversement, lorsque les bobines 5 et 8 sont excitées dans le sens H2 contraire au sens H1. des forces inverses F2a, F2b sont engendrées sur des armatures 1a et 1b qui déplacent celles-ci vers l'autre position stable (vers le haut de la figure 1).
  • Le trajet du flux dans le circuit magnétique de l'électro-aimant est représenté par des flèches en trait plein lorsque les bobines 5 et 8 sont excitées dans le sens H, et inversement par des flèches en trait pointillé lorsque les bobines sont excitées dans le sens H2.
  • On constate que des liaisons directes et courtes existent entre les zones d'entrefer se faisant vis-à- vis. Grâce à celles-ci, on obtient un flux de fuite très réduit.
  • Le trajet du flux magnétique qui suit le contour d'un rectangle ou d'un carré se rapproche du trajet idéal engendré dans un tore. Ce trajet est parcouru dans un sens ou l'autre suivant le sens de l'excitation H1 ou H2.
  • Les potentiels magnétiques dans les bobines et les aimants permanents ont une répartition régulière le long du trajet du flux.
  • On constate par ailleurs que les entrefers sont situés très près des bobines 5 et 8.
  • D'autre part, la structure de l'élément de l'électro-aimant permet un positionnement précis au moyen des plaques 15a, 15b des culasses 11, 12 qui constituent des noyaux plans pour les bobines 5, 8. Ces plaques 15a, 15b peuvent servir de moyen pour fixer l'électro-aimant.
  • Dans une version modifiée, la largeur des pièces polaires 3a, 3b au niveau des entrefers pourrait être supérieure à celle représentée de façon à augmenter la surface de ces entrefers.
  • Dans le même but, les extrémités des pièces polaires 3a, 3b pourraient être cambrées comme les extrémités des pièces polaires 4a, 4b.
  • En outre, la structure de l'électro-aimant permet un démontage faciJe des bobines 5, 8 et facilite les couplages des bobines 5. 8 en parallèle ou en série afin de réduire la consommation de courant.
  • Par ailleurs. en permutant les polarités d'un aimant tel que l'aimant 2b, on obtient des mouvements en sens contraire sur les armatures.
  • De plus, dans ce cas en réalisant un couplage mécanique entre les armatures 1a. 1 b on améliore la résistance de l'électro-aimant aux chocs.
  • Il aurait été également possible de mettre des bobines autour des armatures 1a et 1b. éventuellement en plus des bobines 5 et 8 autour des culasses 11 et 12.
  • Dans la réalisation de la figure 2. où les repères précédents homologues sont augmentés de 20. l'électro-aimant comprend comme dans le cas de la figure 1, deux armatures fixes 21a, 21b de section sensiblement en H disposées parallèlement et en regard l'une de l'autre.
  • De même, deux culasses mobiles 31 et 32a, 32b réunissent les zones d'entrefer situées en regard l'une de l'autre de façon que le circuit magnétique soit constitué par une succession d'armature et de culasse formant un rectangle.
  • De plus, comme dans le cas de la figure 1, deux bobines 25, 28 sont disposées sur les côtés opposés du rectangle précité.
  • Par ailleurs, chaque armature 21a, 21b se compose de deux pièces polaires 23a, 24a ; 23b, 24b débordant de part et d'autre d'un aimante permanent 22a, 22b.
  • La pièce polaire 24a, 24b a deux extrémités cambrées à angle droit qui définissent avec l'autre pièce polaire 23a, 23b deux zones d'entrefer dans lesquelles pénètrent les extrémités opposées 33a, 33b ; 34a, 34b des culasses 31 ; 32a, 32b.
  • L'électro-aimant représenté sur la figure 2 diffère principalement de celui de la figure 1 par le fait que les bobines 25 et 28 sont placées autour de l'ensemble de chaque armature 21a, 21b, comme pour le brevet FR 2 466 844.
  • Par ailleurs, à titre d'exemple, l'une des culasses magnétiques est composée de deux éléments 32a, 32b entre lesquels est intercalé un aimant permanent 36 de faible épaisseur.
  • L'extrémité 34b de l'élément 32b est cambrée à la manière d'une baïonnette pour pouvoir être située dans le prolongement de l'élément 32a qui est entièrement plan. Cette extrémité 34b ainsi que l'extrémité opposée 34a de l'élément plan 32a pénètrent dans les zones d'entrefer inférieures des armatures 21 a et 21b.
  • Le fonctionnement de l'électro-aimant représenté sur la figure 2 est similaire de celui de la réalisation selon la figure 1.
  • Cependant, l'aimant permanent 36 renforce le flux magnétique passant dans le sens des flèches représentées en trait plein et qui provoque le déplacement des culasses dans la direction F, et contrarie le flux magnétique passant dans le sens contraire (flèches en trait pointillé qui tendent à déplacer les culasses dans le sens F2).
  • Toutefois, ce flux peut néanmoins s'écouler du fait des réluctances de fuite entre les éléments 32a et 32b et de la faible épaisseur de l'aimant permanent 36 comparée à celle des aimants 22a et 22b.
  • Ainsi l'électro-aimant représenté sur la figure 2a un fonctionnement monostable, la position de repos correspondant au déplacement des culasses dans le sens F, et la position de travail correspondant au déplacement dans le sens F2.
  • Bien entendu un aimant permanent identique à l'aimant 36 pourrait être intercalé symétriquement dans la culasse 31 décomposée en deux éléments comme la culasse 32a, 32b.
  • Par ailleurs, on remarque sur la figure 2 que les faces planes opposées 26a, 26b ; 29a, 29b des carcasses en matière plastique des bobines 25 et 28 sont en retrait par rapport aux extrémités opposées des pièces polaires 23a et 23b et que des moyens de guidage constitués par une plaque 37 réunissent les deux culasses 31 et 32a, 32b.
  • Cette plaque de guidage 37 peut être reliée à un dispositif extérieur (non représenté) auquel le mouvement d'ensemble des culasses peut être transmis, les armatures 21a, 21 b et les bobines 25, 28 étant dans ce cas fixes.
  • 'La plaque 37 peut être par exemple en laiton, coulissant dans des fentes 38a. 38b ménagées entre les bords adjacents des carcasses 26, 29 en matière plastique des bobines 25 et 28.
  • Cette plaque 37 peut être sertie dans un trou de la culasse 31, ou présenter une encoche enserrant l'ensemble constitué par les éléments de culasse 32a, 32b et l'aimant permanent 36.
  • La plaque 37 peut être remplacée par deux colonnes s'étendant de part et d'autre des bobines 25 et 28.
  • Ainsi, dans la réalisation représentée sur la figure 2, les culasses 31, 32a, 32b qui sont mobiles présentent une faible inertie par rapport aux deux armatures 21a, 21 b qui sont fixes, ce qui est avantageux pour la rapidité du fonctionnement de l'électro-aimant.
  • Cette inertie pourrait encore être réduite, en diminuant la longueur de la culasse 31 et en cambrant l'une vers l'autre les extrémités des pièces polaires 23a, 23b, ce qui en même temps augmenterait les surfaces d'entrefer.
  • Les carcasses 26 et 29 des bobines 25 et 28 pourraient alors être facilement surmoulées sur les armatures 21a, 21b, dans des conditions permettant de positionner avec précision les surfaces d'entrefer.
  • L'encombrement en hauteur dans le sens du mouvement de l'électro-aimant représenté sur la figure 2 est faible étant donné que les bobines 25 et 28 sont placées l'une en regard de l'autre parallèlement à ce mouvement.
  • Par ailleurs les moyens de guidage permettent un léger faux parallélisme des culasses. On obtient ainsi une fermeture complète des entrefers même dans le cas où le positionnement des pièces polaires n'est pas rigoureux.
  • Sur la figure 3, dont les repères sont identiques à ceux de la figure 2 après adjonction de 20, on a fait pivoter l'armature 41a de 90° suivant son axe et la coupe a été faite au niveau de la pièce polaire 43a. L'armature 41 b est inchangée, mais sa bobine a été supprimée. Par contre, on a ajouté une armature 41 symétrique de 41 par rapport à 41a. La bobine de 41c est également supprimée. Les moyens de guidage des deux culasses 51 et 52 n'ont pas été représentés. La circulation du flux est représentée comme précédemment suivant le champ Hl-H2 de la bobine 45.
  • Au lieu d'avoir une circulation du flux suivant un rectangle dont deux côtés opposés sont munis de bobines, on voit qu'on a maintenant deux rectangles ayant un côté commun, sur lequel est disposé une seule bobine. Cette disposition symétrique présente aes avantages de compacité.
  • On peut aussi considérer que les coupes représentées en 41b et 41c proviennent d'une seule armature galbée en arc de cercle concentrique à l'armature 41a avec un aimant 42 en caoutchouc magnétique.
  • La figure 4 représente une telle disposition. après adjonction de 20 aux repères homologues précédents.
  • L'armature 61 b est galbée sur 360° de façon à former un électro-aimant en forme de pot. Pour parfaire la symétrie de révolution, l'armature centrale 61a a également une forme cylindrique et est constituée par une pièce polaire cylindrique pleine 64a munie à ses deux extrémités d'épanouissements jouant le rôle des extrémités cambrées à angle droit.
  • La pièce polaire 64a est entourée d'un aimant annulaire 62a aimanté radialement, lui-même entouré d'une pièce polaire cylindrique creuse 63a. Bien entendu, les épaisseurs des pièces polaires peuvent aller en diminuant au fur et à mesure qu'on s'éloigne de l'axe du pot.
  • Les culasses 71 et 72 sont réunies et guidées par des éléments 77 transmettant le mouvement de l'électroaimant. Elles ont une forme annulaire.
  • Au lieu d'avoir une disposition cylindrique suivant l'axe du déplacement F1-F2, on peut aussi transformer la disposition de la figure 2 pour avoir une disposition cylindrique suivant un axe perpendiculaire au déplacement F,-F2, comme sur la figure 5, après adjonction de 20 aux repères homologues précédents.
  • On voit que les bobines 85 et 88 sont galbées en arcs de cercle concentriques au centre de l'électro-aimant, les aimants permanents 82a et 82b ayant une aimantation radiale dont l'axe de symétrie ou axe principal est toujours perpendiculaire au déplacement Fl-F2. Les extrémités des pièces polaires 84a et 84b ne sont plus cambrées à angle droit mais le galbe de ces pièces, ainsi que de celui des pièces 83a, 83b ; 91 et 92 permet encore d'avoir des forces parallèles pour les différentes zones d'entrefer. Cette disposition nécessite des outillages plus onéreux que pour les cas précédents, mais elle permet d'avoir un trajet circulaire de flux, ayant donc une longueur plus faible que pour un trajet rectangulaire ou carré. De plus, les aimants permanents sont encore plus près des entrefers.
  • De la même manière, on peut aussi transformer la disposition de la figure 4 pour que, de chaque côté de l'axe de la bobine, le trajet du flux dans le plan de la figure soit circulaire, avec une partie centrale commune. On a ainsi un trajet en forme de huit horizontal, qui en raison de la symétrie suivant l'axe de la bobine, donne un volume en forme de tore dont l'intérieur est occupé par la bobine. On arrive ainsi à une structure minimisant les trajets du flux dans le fer et du courant dans le cuivre.
  • . En outre, la culasse 32a, 32b de la figure 2 pourrait avoir des ailes cambrées à 90°, l'aimant 36 étant dans ce cas disposé entre ces ailes, pour que le positionnement des entrefers ne dépende pas de l'épaisseur de l'aimant 36 et du cambrage de l'élément 32b.
  • Les entrefers décrits dans les exemples ci-dessus sont du type à surface constante et distance entre surfaces variables. Sans sortir du cadre de l'invention, il serait possible d'obtenir un entrefer à surface variable avec une distance entre surfaces constante, par exemple dans le cas de la réalisation selon la figure 1 en arasant l'extrémité 13a de la culasse 11 un peu en-dessous du niveau de la plaque de guidage 15a et en rapprochant les extrémités correspondantes des pièces polaires 3a et 4a. De tels entrefers sont cependant moins efficaces que ceux décrits compte tenu des frottements et des risques de fermeture non complète.
  • Les structures décrites ci-dessous peuvent également recevoir les perfectionnements contenus dans le brevet d'invention ayant pour titre « Electro-aimant à fonctionnement bistable, à aimant permanent •, déposé ce même jour par la Demanderesse.

Claims (10)

1. Electro-aimant comprenant des culasses (11, 12: 31, 32a), une armature (1a, 21a) et une bobine (5, 25) entourant une partie du circuit magnétique, les culasses étant mobiles par rapport à ladite armature (1a. 21a) et celle-ci comportant un aimant permanent (2a, 22a) muni sur ses deux faces polaires de deux pièces polaires (3a, 4a ; 23a, 24a) disposées perpendiculairement à l'axe principal de l'aimant permanent et faisant saillie par rapport à cet axe, les extrémités au moins d'une (4a, 24a) desdites pièces polaires étant cambrées et dirigées vers l'autre pièce polaire (3a, 23a) de façon à créer deux entrefers entre lesdites pièces polaires, les extrémités des culasses (11, 12 ; 31, 32a) étant introduites dans lesdits entrefers de façon que chacun de ces entrefers soit divisé en deux entrefers, les forces magnétiques dans chaque paire d'entrefers précités étant orientées à l'encontre et perpendiculairement à l'axe principal de l'aimant permanent (2a. 22a), caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième armature (1b. 21 b) pourvue d'un aimant permanent (2b, 22b), la deuxième armature étant de forme identique à la première et les armatures étant disposées parallèlement, en ce que chaque culasse est introduite dans les entrefers dont l'un est disposé près d'une armature et l'autre près d'une autre, et en ce que les culasses précitées sont disposées l'une en regard de l'autre de façon que les armatures et les culasses forment un circuit magnétique en série.
2. Electro-aimant conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une bobine supplémentaire (8. 28) d'axe parallèle à la première bobine (5, 25).
3. Electro-aimant conforme à la revendication 2. caractérisé en ce que les bobines (25, 28) sont disposées autour des armatures (21a, 21 b).
4. Electro-aimant conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que l'une au moins des culasses est en deux parties (32a, 32b) et en ce qu'un aimant permanent est intercalé entre les extrémités (34a. 34b) de ces deux parties de façon à obtenir un fonctionnement monostable.
5. Electro-aimant selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un moyen de guidage (37) est fixé aux culasses (31, 32a, 32b) et monté indépendamment par rapport aux armatures (21a, 21 b) et aux bobines (25, 28), ce moyen de guidage étant relié à un dispositif extérieur auquel est transmis le mouvement des culasses précitées.
6. Eiectro-aimant conforme à l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les carcasses (26, 29) des bobines (25, 28) sont en matière plastique surmoulée respectivement sur les armatures (21 a. 21 b).
7. Electro-aimant conforme à la revendication 1. caractérisé en ce qu'il comprend une troisième armature centrale (41a), les deux premières armatures (41b, 41c) étant disposées symétriquement par rapport à l'axe central de ladite armature (41a) et le circuit magnétique étant constitué de deux rectangles ayant une branche commune (41 a).
8. Electro-aimant conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que l'armature centrale (41a) est équipée d'une bobine (45).
9. Electro-aimant comprenant des culasses (71, 72), une armature (61a) et une bobine (65) entourant une partie du circuit magnétique, les culasses étant mobiles par rapport à ladite armature (61 a) et celle-ci comportant un aimant permanent (62a) muni sur ses deux faces polaires de deux pièces polaires (63a, 64a) disposées perpendiculairement à l'axe principal de l'aimant permanent et faisant saillie par rapport à cet axe, les extrémités desdites pièces polaires définissant deux entrefers entre lesdites pièces polaires, les extrémités des culasses (71, 72) étant introduites dans lesdits entrefers de façon que chacun de ces entrefers soit divisé en deux entrefers, les forces magnétiques dans chaque paire d'entrefers précités étant orientées à l'encontre et perpendiculairement à l'axe principal de l'aimant permanent (62a), caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième armature (61b) pourvue d'un aimant permanent (62b), en ce que la deuxième armature (61 b) est galbée en arc de cercle concentrique à l'armature centrale (61a), en ce que l'axe magnétique de cette deuxième armature est dirigée vers l'armature centrale (61a), en ce que seule cette première armature (61a) de forme cylindrique est munie d'une bobine (65) de façon à constituer un électro-aimant en forme de pot, en ce que chaque culasse est introduite dans les entrefers dont l'un est disposé près d'une armature et l'autre près d'une autre, et en ce que les culasses précitées sont disposées l'une en regard de l'autre de façon que les armatures et les culasses forment un circuit magnétique en série.
10. Electro-aimant comprenant des culasses (91. 92), une armature (81a) et une bobine (85) entourant une partie du circuit magnétique, les culasses étant mobiles par rapport à ladite armature (81a) et celle-ci comportant un aimant permanent (82a) muni de ses deux faces polaires de deux pièces polaires (83a, 84a) disposées perpendiculairement à l'axe principal de l'aimant permanent et faisant saillie par rapport à cet axe, les extrémités desdites pièces polaires définissant deux entrefers entre lesdites pièces polaires, les extrémités des culasses (91, 92) étant introduites dans lesdits entrefers de façon que chacun de ces entrefers soit divisé en deux entrefers, les forces magnétiques dans chaque paire d'entrefers précités étant orientées à l'encontre et perpendiculairement à l'axe principal de l'aimant permanent (82a), caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième armature (81b) pourvue d'un aimant permanent (82b) et d'une bobine (88) en ce que les bobines (85, 88) avec leurs aimants permanents (82a, 82b) et leurs pièces polaires (83a. 84a, 83b, 84b) ainsi que les culasses (91, 92) sont galbées en arcs de cercle concentriques à l'axe central de l'électro-aimant, de façon à obtenir un trajet du flux de forme circulaire, en ce que chaque culasse est introduite dans les entrefers dont l'un est disposé près d'une armature et l'autre près d'une autre, et en ce que les culasses précitées sont disposées l'une en regard de l'autre de façon que les armatures et les culasses forment un circuit magnétique en série.
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