GENERATEUR ELECTROMECANIQUE DE VIBRATIONS ET DISPOSITIF ELECTROMECHANICAL VIBRATION GENERATOR AND DEVICE
UTILISANT CE GENERATEUR.USING THIS GENERATOR.
La présente invention concerne un générateur électroméca¬ nique de vibrations utilisable notamment, mais non exclu¬ sivement;, dans les aiguilles vibrantes servant à assurer la vibration du béton.The present invention relates to an electromechanical vibration generator which can be used in particular, but not exclusively; in the vibrating needles used to ensure the vibration of the concrete.
On sait que les générateurs électromécaniques utilisés à l'heure actuelle font intervenir des masselottes excen¬ trées par rapport à un arbre d'entraînement rotatif, entraîné en rotation par un moteur. Ces masselottes, en tournant, provoquent un balourd apte à engendrer des vibrations.It is known that the electromechanical generators used at present involve weights excen¬ trated relative to a rotary drive shaft, driven in rotation by a motor. These weights, when rotating, cause an imbalance capable of generating vibrations.
Dans les générateurs utilisés pour les aiguilles vibrantes qui servent à assurer la vibration du béton, 1'entraînement de 1'arbre rotatif est assuré par un moteur électrique en prise avec l'arbre, soit directe¬ ment, par l'intermédiaire d'une pignonnerie, ou même par l'intermédiaire d'une transmission à câble flexible.In the generators used for the vibrating needles which serve to ensure the vibration of the concrete, the drive of the rotary shaft is ensured by an electric motor engaged with the shaft, either directly, by means of a gearbox, or even via a flexible cable transmission.
Dans tous les cas, les vitesses élevées de rotation des masselottes qui permettent d'obtenir les fréquences de vibration désirées, engendrent des forces centrifuges intenses et, en conséquence, des contraintes importantes,
tant au niveau des pivoteries, qu'au niveau des moyens de transmission utilisés.In all cases, the high rotational speeds of the counterweights which make it possible to obtain the desired vibration frequencies, generate intense centrifugal forces and, consequently, significant stresses, both at the pivoting level and at the level of the transmission means used.
Il est donc nécessaire, pour une plus grande durée de vie du système, d'utiliser des composants à haute résistance mécanique et, en particulier, dans de nombreux cas, de monter 1'arbre rotatif portant les excentriques sur deux roulements spéciaux (de manière à réduire ainsi la charge par roulement).It is therefore necessary, for a longer service life, to use components with high mechanical resistance and, in particular, in many cases, to mount the rotary shaft carrying the eccentrics on two special bearings (so thus reducing the load per bearing).
Il apparaît donc que si les générateurs de vibrations réalisés à l'heure actuelle sont efficaces, ils présen¬ tent néanmoins 1'inconvénient d'être relativement complexes, tant au niveau de la technique utilisée que de leur mode de fabrication. Ils sont, par conséquent,. d'un prix de revient relativement élevé.It therefore appears that if the vibration generators produced at the present time are effective, they nevertheless present the drawback of being relatively complex, both in terms of the technique used and of their method of manufacture. They are, therefore ,. of a relatively high cost price.
Dans le but de supprimer cet inconvénient, 1'invention propose un générateur de vibrations du type comprenant un corps au moins partiellement réalisé en un matériau magnétisable et mobile le long d'au moins un élément de guidage de manière à ce que son centre de gravité puisse se déplacer le long d'un trajet fermé incurvé, et des moyens électromagnétiques permettant d'engendrer un champ magnétique tournant apte à entraîner ledit corps le long des éléments de guidage.In order to eliminate this drawback, the invention provides a vibration generator of the type comprising a body at least partially made of a magnetizable material and movable along at least one guide element so that its center of gravity can move along a closed curved path, and electromagnetic means for generating a rotating magnetic field capable of driving said body along the guide elements.
Selon l'invention, ce générateur est caractérisé en ce que :According to the invention, this generator is characterized in that:
- les moyens électromagnétiques consistent en un noyau central,- the electromagnetic means consist of a central core,
- ledit corps présente une forme creuse entourant ledit noyau et soumis au champ magnétique tournant produit par ce dernier,said body has a hollow shape surrounding said core and subjected to the rotating magnetic field produced by the latter,
- lesdits moyens de guidage comprennent une piste de gui¬ dage sur laquelle prend appui, à chaque instant, une génératrice différente d'une zone annulaire de la sur-
face interne dudit corps, lorsque ledit corps est entraîné par ledit champ magnétique.- Said guide means comprise a guide track on which is supported, at all times, a generator different from an annular zone of the over- internal face of said body, when said body is driven by said magnetic field.
Il apparaît que, grâce à la structure précédemment décrite, les moyens assurant les vibrations et les moyens moteurs forment une seule et même entité excluant tout système de transmission mécanique et toute pivoterie.It appears that, thanks to the structure described above, the means ensuring the vibrations and the motor means form a single entity excluding any mechanical transmission system and any pivoting.
En outre, les frottements des éléments entre eux sont quasi nuls, car les guidages sont assurés par des appuis successifs le long de la piste de guidage et, qu'en conséquence, on évite les forces de friction.In addition, the friction between the elements is almost zero, because the guides are provided by successive presses along the guide track and, as a result, friction forces are avoided.
Le bobinage du stator pourra être réalisé sur un noyau central présentant des épanouissements polaires sail¬ lants.The stator winding can be performed on a central core having polar blooming sailants.
Selon un premier exemple de réalisation, le noyau excen¬ tré constituant le rotor forme une couronne suspendue par son alésage interne sur le stator formé par le noyau cen¬ tral, par l'intermédiaire d'un fourreau cylindrique d'épaisseur égale à un entrefer à respecter.According to a first exemplary embodiment, the excen¬ trated core constituting the rotor forms a crown suspended by its internal bore on the stator formed by the cen¬ tral core, by means of a cylindrical sheath of thickness equal to an air gap to respect.
Selon un second exemple de réalisation, le noyau excentré constituant le rotor forme une couronne dont une paroi externe roule sur 1'alésage interne de 1'enveloppe constituant le chemin de roulement concentrique, le dia¬ mètre interne de la couronne étant tel qu'il laisse sub¬ sister un entrefer approprié entre la paroi externe du noyau central ou stator et l'alésage de la couronne constituant le noyau excentré.According to a second embodiment, the eccentric core constituting the rotor forms a crown, an external wall of which rolls over the internal bore of the envelope constituting the concentric raceway, the internal diameter of the crown being such that it allows a suitable air gap to exist between the outer wall of the central core or stator and the bore of the crown constituting the eccentric core.
Cette solution rend inutile l'emploi d'un fourreau pour créer 1'entrefer.This solution makes it unnecessary to use a sheath to create the air gap.
Dans le cas de la réalisation d'un générateur présentant un faible diamètre, le stator pourra comprendre deux
séries d'inducteurs disposés à chaque extrémité du carter.In the case of the production of a generator having a small diameter, the stator may include two series of inductors arranged at each end of the housing.
Selon une variante de ce dernier mode de réalisation, le stator est constitué de deux séries d'inducteurs disposés à chaque extrémité de son noyau central.According to a variant of this latter embodiment, the stator consists of two series of inductors arranged at each end of its central core.
D'autres caractéristiques apparaîtront au cours de la description qui va suivre en regard des dessins annexés sur lesquels :Other characteristics will appear during the description which follows with reference to the appended drawings in which:
Les figures la et lb sont des vues schéma¬ tiques, respectivement en coupe transversale et en coupe axiale d'un premier mode d'exécution d'un générateur selon l'invention ;Figures la and lb are diagram¬ tick views, respectively in cross section and in axial section of a first embodiment of a generator according to the invention;
La figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'une variante d'exécution du générateur selon la figure 1, dans laquelle le rotor est muni d'une pluralité d'aimants perma¬ nents ;Figure 2 is a schematic cross-sectional view of an alternative embodiment of the generator according to Figure 1, wherein the rotor is provided with a plurality of permanent magnets;
La figure 3 est une vue schématique en coupe transversale d'un second mode d'exécution du générateur selon l'invention ;Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a second embodiment of the generator according to the invention;
La figure 4 est une vue schématique en coupe transversale, correspondant à celle de la figure 2 mais dans laquelle les aimants perrna- nents sont remplacés par des cavités axiales ;Figure 4 is a schematic cross-sectional view, corresponding to that of Figure 2 but in which the permanent magnets are replaced by axial cavities;
Les figures 5 et 6 sont des coupes transver¬ sales schématiques de générateurs de vibrations dans lesquels les rotors suivent des trajec- toires ovales de manière à privilégierFigures 5 and 6 are schematic cross-sectional views of vibration generators in which the rotors follow oval paths so as to favor
1'amplitude des vibrations selon un axe déter¬ miné ;
La figure 7 est une vue schématique d'un vibrateur unidirectionnel réalisé par 1'association de plusieurs générateurs du type de ceux représentés sur les figures 5 et 6 ;The amplitude of the vibrations along a determined axis; FIG. 7 is a schematic view of a unidirectional vibrator produced by the association of several generators of the type of those represented in FIGS. 5 and 6;
La figure 8 est une coupe axiale schématique d'un générateur de vibrations apte à engendrer un couple de moment réglable.Figure 8 is a schematic axial section of a vibration generator capable of generating an adjustable torque.
Dans l'exemple représenté figures la et lb, le générateur de vibrations comprend :In the example shown in FIGS. 1a and 1b, the vibration generator comprises:
- un carter cylindrique 1, d'axe central longitudinal O ;- A cylindrical casing 1, with a longitudinal central axis O;
- un stator cylindrique 2 disposé à l'intérieur du carter 1, coaxialement à ce dernier ;- A cylindrical stator 2 disposed inside the casing 1, coaxial with the latter;
- un rotor annulaire 3 monté librement dans 1'espace intercalaire compris entre le carter 1 et le stator 2, etan annular rotor 3 mounted freely in the intermediate space between the casing 1 and the stator 2, and
- un fourreau 4 en un matériau amagnétique, de préférence isolant, qui présente une épaisseur égale à un entrefer "e" et qui recouvre au moins partiellement le stator 2.- A sheath 4 of a non-magnetic material, preferably insulating, which has a thickness equal to an air gap "e" and which at least partially covers the stator 2.
D'une façon plus précise, le rotor 3, réalisé en matière magnétisable, est dimensionné de manière à pouvoir rouler librement par sa surface cylindrique intérieure 5 sur la surface cylindrique extérieure 6 du fourreau 4, et ce, sans que sa surface cylindrique extérieure puisse venir porter sur la surface cylindrique intérieure du carter 1. Le rotor 3 peut donc effectuer un mouvement rotatif au cours duquel son axe 0' balaye une surface cylindrique centrée sur 1'axe 0.More precisely, the rotor 3, made of magnetizable material, is dimensioned so as to be able to roll freely by its internal cylindrical surface 5 on the external cylindrical surface 6 of the sleeve 4, and this, without its external cylindrical surface being able come to bear on the inner cylindrical surface of the casing 1. The rotor 3 can therefore perform a rotary movement during which its axis 0 ′ sweeps a cylindrical surface centered on the axis 0.
Bien entendu, le rayon r de cette surface cylindrique (qui constitue en fait 1'excentration du rotor 3) est défini en fonction des caractéristiques inertielles à obtenir.
Le stator 2 présente une structure sensiblement analogue à celle d'un rotor bobiné de machine asynchrone. Il est réalisé par exemple à l'aide d'un empilage de disques en tôle de silicone muni d'une pluralité d'encoches T_ à T4 délimitant entre elles des épanouissements polaires N, S autour desquels sont bobinés des enroulements, non repré¬ sentés.Of course, the radius r of this cylindrical surface (which in fact constitutes the eccentricity of the rotor 3) is defined as a function of the inertial characteristics to be obtained. The stator 2 has a structure substantially similar to that of a wound rotor of an asynchronous machine. It is produced for example using a stack of discs made of silicone sheet provided with a plurality of notches T_ to T4 delimiting between them polar expansions N, S around which are wound windings, not shown .
L'excitation des bobinages s'effectue en séquence de manière à engendrer un champ magnétique tournant, les épanouissements polaires présentant des polarités Nord (N) et Sud (S) alternées.The excitation of the windings is carried out in sequence so as to generate a rotating magnetic field, the pole shoes having alternating North (N) and South (S) polarities.
Sous l'effet de ce champ tournant, le rotor 3, attiré par les paires de pôles successives N, S, est amené à rouler sur le stator 2 par sa face cylindrique intérieure 5 et effectue donc un mouvement de rotation "pour rattraper le champ" par exemple dans le sens antihoraire de la figure 1, l'axe 0' balayant une surface cylindrique d'axe O en produisant un même effet vibratoire que celui qui serait produit par une masselotte centrée en 0' .Under the effect of this rotating field, the rotor 3, attracted by the successive pairs of poles N, S, is caused to roll on the stator 2 by its inner cylindrical face 5 and therefore performs a rotational movement "to catch up with the field "for example in the counterclockwise direction of FIG. 1, the axis 0 'sweeping a cylindrical surface of axis O by producing the same vibratory effect as that which would be produced by a counterweight centered at 0'.
Comme précédemment mentionné, le fourreau 4, qui s'étend ici sur toute la longueur du stator 2, sert à la fois de chemin de roulement pour le rotor 3 ainsi qu'à la réali¬ sation de l'entrefer.As previously mentioned, the sleeve 4, which here extends over the entire length of the stator 2, serves both as a raceway for the rotor 3 as well as for the réali¬ tion of the air gap.
Ces deux fonctions pourraient être assurées par deux bagues amagnétiques 40, 40' entourant seulement les extrémités du stator 2 et présentant une épaisseur cor¬ respondant à la valeur de l'entrefer recherché, ou bien par deux disques 8, 9 (en traits interrompus) en matériau amagnétique disposés aux deux bouts du stator 2, coaxia- lement à ce dernier et présentant un rayon égal à la somme du rayon du stator 2 et d'une valeur correspondant à l'entrefer recherché "e", la surface cylindrique de ces
disques 8, 9 servant alors de chemin de roulement pour le rotor 3.These two functions could be ensured by two non-magnetic rings 40, 40 'surrounding only the ends of the stator 2 and having a thickness cor¬ corresponding to the value of the desired air gap, or by two discs 8, 9 (in dashed lines) of non-magnetic material arranged at the two ends of the stator 2, coaxially with the latter and having a radius equal to the sum of the radius of the stator 2 and of a value corresponding to the desired air gap "e", the cylindrical surface of these discs 8, 9 then serving as a raceway for the rotor 3.
La variante de réalisation représentée à la figure 2 dif- fère essentiellement de la précédente en ce que 1'alésage 3a du noyau excentré 3 en forme de couronne et consti¬ tuant une partie activée par le champ tournant, est équipé d'une pluralité d'aimants permanents A, B, C, D, E, F disposés radialement et de manière équidistante selon un pas identique à celui des bobinages (non repré¬ sentés) des pôles N, S du stator 2. Le déplacement des¬ dits aimants en fonctionnement est représenté fictivement par les positions A', B', C' , D', E', F' données à titre illustratif.The variant embodiment shown in FIG. 2 essentially differs from the previous one in that the bore 3a of the eccentric core 3 in the form of a crown and constituting a part activated by the rotating field, is equipped with a plurality of 'permanent magnets A, B, C, D, E, F arranged radially and equidistantly at a pitch identical to that of the windings (not shown) of the poles N, S of the stator 2. The movement of the said magnets in operation is represented fictitiously by the positions A ', B', C ', D', E ', F' given by way of illustration.
Le mode de réalisation représenté à la figure 3 diffère essentiellement de celui de la figure 1 en ce que le noyau excentré constituant le rotor forme une couronne 3 dont la paroi externe 3b roule sur 1'alésage interne la de 1'enveloppe 1 constituant ainsi le chemin de roulement concentrique suivant un contact par une génératrice inté¬ rieure de cette dernière sur une génératrice extérieure de ladite couronne 3 (le diamètre interne "D" de la cou¬ ronne 3 étant égal, pour un point donné, à la distance "d" d'un point P de l'alésage 3a de la couronne 3 à un point P' diamétralement opposé situé sur la paroi externe 2a du stator 2, plus la distance d'entrefer "e" ).The embodiment represented in FIG. 3 differs essentially from that of FIG. 1 in that the eccentric core constituting the rotor forms a crown 3 whose external wall 3b rolls on the internal bore 1a of the envelope 1 thus constituting the concentric raceway following contact by an internal generator of the latter on an external generator of said crown 3 (the internal diameter "D" of the crown 3 being equal, for a given point, to the distance "d "from a point P of the bore 3a of the crown 3 to a diametrically opposite point P 'situated on the external wall 2a of the stator 2, plus the air gap distance" e ").
Par ailleurs, il convient de préciser que dans l'exemple représenté figure 2, les aimants permanents A à F et G à J, respectivement inclus dans le noyau excentré 3 en forme de couronne peuvent être remplacés par des évide- ments axiaux respectivement 31 à 35 occupant sensiblement la même place et qui permettent de créer des polarités similaires (figure 4).Furthermore, it should be noted that in the example shown in FIG. 2, the permanent magnets A to F and G to J, respectively included in the eccentric core 3 in the form of a crown can be replaced by axial recesses respectively 31 to 35 occupying substantially the same place and which make it possible to create similar polarities (FIG. 4).
Dans les exemples précédemment décrits, les rotors sont guidés par des surfaces circulaires, de telle manière que
leurs centres de gravité effectuent eux-mêmes des trajets circulaires.In the examples described above, the rotors are guided by circular surfaces, so that their centers of gravity themselves make circular paths.
Bien entendu, 1'invention ne se limite pas à une telle particularité. Elle propose, au contraire, de tirer parti de la structure spécifique des générateurs précédemment décrits pour obtenir, moyennant de simples modifications de forme, une trajectoire ovale du rotor et, en consé¬ quence, des vibrations présentant des amplitudes maxi- maies selon un axe privilégié.Of course, the invention is not limited to such a feature. On the contrary, it proposes to take advantage of the specific structure of the generators described above in order to obtain, with simple shape modifications, an oval trajectory of the rotor and, consequently, vibrations having maximum amplitudes along an axis. privileged.
Ce résultat peut être obtenu par exemple :This result can be obtained for example:
- en utilisant une structure du type de celle du généra- teur représenté sur la figure 3, mais dans laquelle le rotor annulaire, de forme cylindrique, roule sur 1'alésage de section ovale de 1'enveloppe en entourant le stator central 2 qui présente lui-même une forme ovale (figure 5) ; - en utilisant une structure du type de celle représentée figure 1, mais dans laquelle le rotor annulaire 3 qui est guidé par sa surface intérieure sur un stator central 2, de forme cylindrique, présente une section ovale (figure 6).- using a structure of the type of that of the generator shown in FIG. 3, but in which the annular rotor, of cylindrical shape, rolls on the oval section bore of the envelope, surrounding the central stator 2 which has itself an oval shape (Figure 5); - Using a structure of the type shown in Figure 1, but in which the annular rotor 3 which is guided by its inner surface on a central stator 2, of cylindrical shape, has an oval section (Figure 6).
Avantageusement, les générateurs précédemment décrits peuvent être utilisés pour réaliser des appareils généra¬ teurs de vibrations unidirectionnels utilisant une ou plusieurs paires de générateurs, par exemple deux paires comme représenté sur la figure 7.Advantageously, the generators described above can be used to produce apparatuses for generating unidirectional vibrations using one or more pairs of generators, for example two pairs as shown in FIG. 7.
Dans cet exemple, le générateur fait intervenir deux paires de structures du type de celle représentée figure 5, dont les noyaux centraux 40 à 43, solidaires les uns des autres, sont axés parallèlement les uns aux autres et sont orientés dans un même sens.
Les deux structures Si, S2 - S3, S4 d'une même paire pré sentent :In this example, the generator involves two pairs of structures of the type shown in FIG. 5, the central cores 40 to 43, integral with each other, are oriented parallel to each other and are oriented in the same direction. The two structures Si, S2 - S3, S4 of the same pair present:
- des rotors 44, 45 - 46, 47 tournant, de façon syn- chrone, dans un même sens qui est opposé au sens de rota¬ tion des rotors de l'autre paire,- rotors 44, 45 - 46, 47 rotating, synchronously, in the same direction which is opposite to the direction of rotation of the rotors of the other pair,
- un même plan de symétrie Pi, P'l - P2, P'2 passant par les grands axes de leurs noyaux centraux 40, 41 - 42, 43,- the same plane of symmetry Pi, P'l - P2, P'2 passing through the major axes of their central cores 40, 41 - 42, 43,
- deux plans de symétrie respectifs parallèles P3, P'3 - P4, P'4 passant par les petits axes de leurs noyaux centraux 40, 41 - 42, 43, ces deux plans étant confondus avec les plans de symétrie correspondants des structures de l'autre paire.- two respective parallel planes of symmetry P3, P'3 - P4, P'4 passing through the minor axes of their central cores 40, 41 - 42, 43, these two planes being coincident with the corresponding planes of symmetry of the structures of l 'other pair.
Selon cette disposition, les axes longitudinaux des noyaux 42, 43 - 40, 41 forment les arêtes d'un volume prismatique de section carrée.According to this arrangement, the longitudinal axes of the cores 42, 43 - 40, 41 form the edges of a prismatic volume of square section.
Il apparaît clairement que lorsque les rotors 44, 45 - 46, 47 de ces structures effectuent leurs mouvements de rotation, les forces engendrées parallèlement aux petits axes des noyaux centraux vont se compenser (résultante nulle), tandis que les forces engendrées parallèlement aux grands axes vont se cumuler, de sorte que l'on obtient ainsi un vibrateur unidirectionnel axé parallèlement aux grands axes des noyaux et engendrant des vibrations d'amplitude maximum.It is clear that when the rotors 44, 45 - 46, 47 of these structures perform their rotational movements, the forces generated parallel to the small axes of the central cores will compensate (resulting zero), while the forces generated parallel to the large axes will accumulate, so that a unidirectional vibrator is thus obtained which is parallel to the major axes of the cores and generates vibrations of maximum amplitude.
Bien entendu, il serait possible d'engendrer, parallèle- ment aux petits axes des noyaux, des vibrations de plus faible amplitude en faisant tourner les rotors 47 et 44 dans un même sens et les rotors 46 et 45 en sens opposé.Of course, it would be possible to generate, parallel to the minor axes of the cores, vibrations of smaller amplitude by rotating the rotors 47 and 44 in the same direction and the rotors 46 and 45 in the opposite direction.
L'amplitude des vibrations engendrées par 1'appareil pré- cédemment décrit pourrait être en outre réglée en faisant varier l'orientation des noyaux centraux 41 à 44, les uns par rapport aux autres.
Dans le mode d'exécution représenté sur la figure 8, le rotor 50 qui présente la forme d'un tronçon tubulaire roule par ses deux extrémités chanfreinées 51, 52 sur deux chemins de roulement tronconiques respectifs 53, 54, coaxiaux 1'un à 1'autre et mobiles 1'un par rapport à 1'autre.The amplitude of the vibrations generated by the previously described apparatus could also be adjusted by varying the orientation of the central cores 41 to 44, with respect to each other. In the embodiment shown in FIG. 8, the rotor 50 which has the shape of a tubular section rolls by its two chamfered ends 51, 52 on two respective frustoconical raceways 53, 54, coaxial 1 to 1 other and movable one with respect to the other.
Cette structure permet d'assurer un réglage de 1'excentration du rotor 50 et donc de 1'amplitude des vibrations engendrées, par un simple réglage de 1'écartement des deux chemins de roulement tronconiques 53, 54.This structure allows adjustment of the eccentricity of the rotor 50 and therefore of the amplitude of the vibrations generated, by a simple adjustment of the spacing of the two frustoconical raceways 53, 54.
Un tel réglage de 1'amplitude des vibrations pourrait être également obtenu au moyen d'un générateur du type de celui représenté sur la figure 7, faisant intervenir au moins un couple de structures Si, S2 ou S3, S4.Such adjustment of the amplitude of the vibrations could also be obtained by means of a generator of the type shown in FIG. 7, involving at least a pair of structures Si, S2 or S3, S4.
Dans ce cas, la variation commandée de 1'amplitude des vibrations est assurée en engendrant un déphasage dans les cycles d'excitation des enroulements des noyaux cen¬ traux 40, 41 ou 42, 43, grâce à un circuit de commutation approprié.
In this case, the controlled variation of the amplitude of the vibrations is ensured by generating a phase shift in the excitation cycles of the windings of the cen¬ traux cores 40, 41 or 42, 43, thanks to an appropriate switching circuit.