FR2458934A1 - LINEAR MOTOR - Google Patents
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Abstract
MOTEUR LINEAIRE. CE MOTEUR UTILISE L'ATTRACTION MAGNETIQUE ENTRE UNE RONDELLE 62, 64 CONSTITUEE EN UN MATERIAU FERREUX, PAR EXEMPLE L'ACIER, ET UN POLE MAGNETIQUE D'UNE ARMATURE 26 POUR AUTOMATIQUEMENT RENVOYER L'ARMATURE VERS SA POSITION INITIALE LORS DE LA DESEXCITATION D'UN ENROULEMENT DE CHAMP 54, 56. LA RONDELLE EST INITIALEMENT PLACEE EN ALIGNEMENT AVEC ET ENTOURE L'UN DES POLES EFFICACES DE L'ARMATURE. LA COURSE DE L'ARMATURE EST LIMITEE A UNE DISTANCE QUI ASSURE QU'A UNE EXTREMITE DE LA COURSE LEDIT POLE EFFICACE SE TROUVE PLUS PRES DE LA RONDELLE QUE NE L'EST TOUT AUTRE POLE EFFICACE. LORS DE LA DESEXCITATION DE L'ENROULEMENT DE CHAMP, L'ATTRACTION DE L'AIMANT ENTRE LEDIT POLE EFFICACE ET LA RONDELLE AMENE L'ARMATURE A REVENIR VERS SA POSITION INITIALE.LINEAR MOTOR. THIS MOTOR USES THE MAGNETIC ATTRACTION BETWEEN A WASHER 62, 64 CONSTITUTED OF A FERROUS MATERIAL, FOR EXAMPLE STEEL, AND A MAGNETIC POLE OF A REINFORCEMENT 26 TO AUTOMATICALLY RETURN THE REINFORCEMENT TO ITS INITIAL POSITION ON DE-EXCITATION OF ' A FIELD WINDING 54, 56. THE WASHER IS INITIALLY PLACED IN ALIGNMENT WITH AND SURROUNDED BY ONE OF THE EFFICIENT POLES OF THE FRAME. THE STROKE OF THE REINFORCEMENT IS LIMITED TO A DISTANCE WHICH ENSURES THAT AT ONE END OF THE STROKE OF THE EFFICIENT POLE IS CLOSER TO THE WASHER THAN ANY OTHER EFFICIENT POLE. WHEN DEEXCITATION OF THE FIELD WINDING, THE ATTRACTION OF THE MAGNET BETWEEN THE EFFECTIVE POLE AND THE WASHER CAUSES THE ARMATURE TO RETURN TO ITS INITIAL POSITION.
Description
-1--1-
La présente invention est relative à un moteur linéaire. The present invention relates to a linear motor.
Les moteurs dynamoélectriques sont bien connus et compren- Dynamoelectric motors are well known and include
nent généralement une bobine autour de laquelle sont enroulés un ou plusieurs enroulements de champ. Montée à l'intérieur de la bobine se trouve une armature qui peut être constituée d'un noyau formé à partir d'un morceau de fer doux, comme représenté dans le brevet U.S. no 3.728. 654; ou elle peut être constituée d'une pluralité d'aimants permanents, comme représenté dans les brevets U.S. n0 3.022.400, 3.202.886 et 3.495. 147, ou l'armature peut être une combinaison d'un noyau et d'un aimant permanent. L'application d'un courant continu dans une direction à l'enroulement de champ crée un champ magnétique generally a coil around which are wrapped one or more field windings. Mounted within the coil is an armature which may be a core formed from a piece of soft iron as shown in U.S. Patent No. 3,728. 654; or it may be comprised of a plurality of permanent magnets, as shown in U.S. Patent Nos. 3,022,400, 3,202,886 and 3,495. 147, or the frame may be a combination of a core and a permanent magnet. The application of a direct current in one direction to the field winding creates a magnetic field
qui produit une force pour entraîner l'armature en une première direc- which produces a force to drive the armature into a first direction
tion jusqu'à ce qu'elle soit physiquement arrêtée et l'application inverse du courant continu à l'enroulement de champ amène l'armature à être entraînée dans un sens opposé jusqu'à ce qu'elle heurte à nouveau une butée physique. Un inconvénient des moteurs décrits et représentés par les brevets indiqués ci-dessus est que chaque arbre de sortie ne produit qu'une course, pour chaque excitation et désexcitation de son enroulement de champ. En d'autres termes, l'armature ne revient pas à sa position initiale lors de la désexcitation de son enroulement de champ. L'un des problèmes soulevés par le retour d'une armature à sa position initiale est le positionnement précis de l'armature par rapport à l'enroulement de champ, ce qui assure que la longueur de chaque course est sensiblement la même. Une solution est proposée par le brevet U.S. n0 3.549.917 dans lequel les ressorts opposés sont utilisés pour centrer ou renvoyer une armature à sa position initiale lors de la désexcitation de son enroulement de champ. Voir également le brevet U.S. no 3.755.699 dans lequel des diaphragmes flexibles sont utilisés pour renvoyer une bobine à sa position centrale. Cependant l'ajustement des ressorts ou diaphragmes opposés pour assurer qu'ils procureront toujours des forces égales et opposées laisse beaucoup à until it is physically stopped and the reverse application of the direct current to the field winding causes the armature to be driven in an opposite direction until it again hits a physical stop. A disadvantage of the motors described and represented by the patents indicated above is that each output shaft produces only one stroke, for each excitation and de-excitation of its field winding. In other words, the armature does not return to its initial position when de-energizing its field winding. One of the problems raised by returning an armature to its initial position is the precise positioning of the armature relative to the field winding, which ensures that the length of each stroke is substantially the same. One solution is provided by U.S. Patent No. 3,549,917 wherein the opposing springs are used to center or return an armature to its initial position upon de-excitation of its field winding. See also U.S. Patent No. 3,755,699 wherein flexible diaphragms are used to return a coil to its central position. However the adjustment of opposite springs or diaphragms to ensure that they will always provide equal and opposite forces leaves much to
désirer tant du point de vue pratique que du point de vue économique. desire both from a practical and an economic point of view.
Le brevet U.S. no 3.860.300 décrit un système de commande comprenant une pluralité d'aimants permanents faits en cobalt-samarium et une paire d'électroaimants pour le repositionnement d'un arbre U.S. Patent No. 3,860,300 discloses a control system comprising a plurality of permanent magnets made of cobalt-samarium and a pair of electromagnets for repositioning a tree.
rotatif. La sortie de chaque électroaimant est commandée par un cir- rotary. The output of each electromagnet is controlled by a cir-
cuit contenant un amplificateur différentiel. Voir également le brevet U. S. no 3.874.750 dans lequel un système de palier de poussée d'aimant permanent est utilisé pour positionner par rapport à un organe fixe un -2arbre tournant. Cependant, aucun de ces systèmes ne concerne des circonstances dans lequelles un enroulement de champ est excité pour déplacer une armature axialement dans le but de fournir une sortie pour entraîner un organe, et, lorsqu'il est désexcité la renvoyer automatiquement à sa position initiale. cooked containing a differential amplifier. See also U.S. Patent No. 3,874,750 wherein a permanent magnet thrust bearing system is used to position a rotating shaft relative to a stationary member. However, none of these systems relate to circumstances in which a field winding is excited to move an armature axially for the purpose of providing an output for driving an organ, and when de-energized automatically returns it to its initial position.
La présente invention est relative à un moteur dynamoélec- The present invention relates to a dynamoelectric engine
trique et plus particulièrement à un moteur linéaire. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le moteur linéaire comprend une bobine de forme sensiblement cylindrique supportant entre ses joues and more particularly to a linear motor. In a preferred embodiment of the invention, the linear motor comprises a coil of substantially cylindrical shape supporting between its cheeks
des moyens électriquement conducteurs sous la forme d'une paire d'en- electrically conductive means in the form of a pair of
roulements de champ. La bobine comprend un passage axial de forme field bearings. The coil comprises an axial passage of form
cylindrique pour recevoir en va-et-vient une armature de forme cor- cylindrical to receive back and forth an armature form cor-
respondante. L'armature comprend de préférence un noyau formé à partir d'un matériau magnétiquement perméable, tel que l'acier. L'armature sponding. The frame preferably comprises a core formed from a magnetically permeable material, such as steel. Fittings
est complétée par une paire d'aimants permanents, de préférence cons- complemented by a pair of permanent magnets, preferably
titués en matériau contenant une terre rare, tel que le cobalt-samarium. stored in a material containing a rare earth, such as cobalt-samarium.
Les aimants sont assujettis de façon fixe à chaque extrémité axiale du noyau de sorte que des pôles communs des aimants sont en contact avec les extrémités du noyau et que les autres pôles communs définissent les extrémités opposées de l'armature. Des moyens sous la forme d'une paire de capuchons d'extrémité sont assujettis aux extrémités opposées The magnets are fixedly attached to each axial end of the core so that common poles of the magnets are in contact with the ends of the core and the other common poles define opposite ends of the armature. Means in the form of a pair of end caps are secured to opposite ends
de la bobine pour limiter la longueur de la course de l'armature. of the spool to limit the length of the armature stroke.
Chaque capuchon d'extrémité possède une ouverture centrale qui est dimensionnée de façon à permettre le passage à travers elle d'une partie d'un barreau de sortie qui s'étend axialement vers l'extérieur depuis chaque extrémité de l'armature. L'extrémité de chaque barreau de sortie qui est assujetti à l'armature est d'un diamètre supérieur au diamètre de l'ouverture et à celui du reste du barreau, ce par quoi chaque capuchon d'extrémité a pour effet de limiter le mouvement de Each end cap has a central opening that is dimensioned to allow passage therethrough of a portion of an outlet bar that extends axially outwardly from each end of the frame. The end of each outlet bar which is secured to the frame is of a diameter greater than the diameter of the opening and that of the rest of the bar, whereby each end cap has the effect of limiting the movement. of
l'armature le long du passage.the frame along the passage.
Une paire d'enroulements de champ sont enroulés sur la bobine en relation juxtaposée telle que lorsqu'ils ne sont pas en condition excitée ils sont placés symétriquement par rapport au noyau d'acier. Une paire de rondelles (ou disques) sont assujetties de façon fixe à chaque extrémité de la bobine par les capuchons d'extrémités de sorte qu'elles englobent et sont en alignement avec les pôles aux extrémités opposées de l'armature lorsque les enroulements ne sont pas excités. Chaque rondelle est de préférence formée en un matériau A pair of field windings are wound on the coil in juxtaposed relationship such that when they are not in excited condition they are placed symmetrically with respect to the steel core. A pair of washers (or discs) are fixedly attached to each end of the coil by the end caps so that they enclose and align with the poles at opposite ends of the armature when the windings are not not excited. Each washer is preferably formed of a material
magnétiquement perméable tel que l'acier. magnetically permeable such as steel.
-3--3-
Les pôles communs des aimants permanents sont fixés aux ex- The common poles of permanent magnets are fixed to the
trémités axiales du noyau d'acier pour fournir une zone de densité de flux magnétique maximale qui s'étend radialement vers l'extérieur depuis la partie centrale du noyau d'acier, ce qui crée une armature qui en fait possède trois pôles, c'est-à-dire deux pôles communs, un à axial trenches of the steel core to provide a zone of maximum magnetic flux density which extends radially outwardly from the central portion of the steel core, thereby creating an armature which in fact has three poles, and that is to say two common poles, one to
chaque extrémité de l'armature et un pôle de polarité opposée équi- each end of the armature and a pole of opposite polarity equi-
distant des extrémités du noyau. Ces pôles seront désignés ci-après par pôles efficaces de l'armature. Le premier des deux enroulements de champ lors de son excitation par un courant continu est conçu pour produire un champ magnétique dont la force déplace l'armature d'une première position, dans laquelle les rondelles d'acier sont placées en alignement avec les pôles d'extrémité communs efficaces de l'armature vers une seconde position à laquelle le mouvement de l'armature est arrêté par la partie agrandie d'un des barreaux de sortie se déplaçant en contact avec l'un des capuchons d'extrémité. Ce mouvement ou course de l'armature possède une longueur qui est inférieure à la moitié de la distance entre les pôles nord et sud de l'aimant qui est placé sur l'extrémité de l'armature la plus proche de la seconde position, ce qui assure que le pôle d'extrémité de l'aimant placé le plus proche de la seconde position est encore placé plus près de sa rondelle d'acier initialement alignée que ne l'est le pôle opposé de l'aimant. Lorsque le flux de courant vers le premier enroulement de champ est arrêté, l'attraction magnétique entre le pôle d'extrémité placé le plus proche de la seconde position et de sa rondelle d'acier respective est assez fort pour renvoyer l'armature à la première position dans laquelle les pâles d'extrémité efficaces sont à nouveau-placés en alignement avec leurs rondelles d'acier respectives. Le second enroulement de champ, lorsqu'il est excité par un courant continu, est conçu pour déplacer remote from the ends of the nucleus. These poles will be designated hereinafter by effective poles of the armature. The first of the two field windings when excited by a direct current is designed to produce a magnetic field whose force displaces the armature of a first position, wherein the steel washers are placed in alignment with the poles. effective joint end of the armature to a second position at which the movement of the armature is stopped by the enlarged portion of one of the output bars moving in contact with one of the end caps. This movement or stroke of the armature has a length that is less than half the distance between the north and south poles of the magnet which is placed on the end of the armature closest to the second position, this which ensures that the end pole of the magnet placed closest to the second position is still placed closer to its initially aligned steel washer than is the opposite pole of the magnet. When the flow of current to the first field winding is stopped, the magnetic attraction between the end pole placed closest to the second position and its respective steel washer is strong enough to return the armature to the first position in which the effective end plates are again in alignment with their respective steel washers. The second field winding, when excited by a DC current, is designed to move
l'armature de la première position à une troisième position, sensi- armature from the first position to a third position, sensi-
blement opposée à la seconde position, dans laquelle l'autre pôle d'extrémité efficace de l'armature et sa rondelle d'acier respective coopèrent d'une manière similaire à celle décrite en se référant au mouvement de l'armature en la seconde position pour automatiquement renvoyer l'armature vers la première position lors de la désexcitation opposed to the second position, in which the other effective end pole of the armature and its respective steel washer cooperate in a manner similar to that described with reference to the movement of the armature in the second position to automatically return the frame to the first position when de-energizing
du second enroulement de champ.the second field winding.
Dans une variante de l'invention les deux rondelles d'acier sont remplacées par une seule rondelle d'acier placée sensiblement In a variant of the invention the two steel washers are replaced by a single steel washer placed substantially
dans le plan de densité maximale du flux magnétique. Dans cette combi- in the plane of maximum density of the magnetic flux. In this combination
naison, lorsque l'armature a été déplacée soit en la seconde soit en la troisième des positions, le pôle efficace non commun de l'armature -4- est placé plus près de la rondelle d'acier que l'un ou l'autre des deux pôles communs efficaces de l'aimant, ce qui permet à l'attraction naison, when the armature has been moved either in the second or in the third positions, the non-common effective pole of the armature -4- is placed closer to the steel washer than either of the two effective common poles of the magnet, which allows the attraction
magnétique plus grande entre eux de renvoyer l'armature vers sa pre- greater magnetic distance between them to return the frame to its first
mière position lors de la désexcitation de l'enroulement de champ. first position when de-energizing the field winding.
Dans un autre mode de réalisation, le moteur linéaire com- prend une bobine supportant un seul enroulement de champ, une seule In another embodiment, the linear motor comprises a coil supporting a single field winding, a single
rondelle montée sur une extrémité de l'armature, un capuchon d'extré- washer mounted on one end of the frame, an end cap
mité, une armature comportant un seul aimant permanent possédant des pôles efficaces opposés, et un barreau de sortie dont une extrémité mity, an armature comprising a single permanent magnet having opposite effective poles, and an output bar having one end
- 10 est fixée à l'un des pôles efficaces dé l'aimant permanent. La ron- - 10 is attached to one of the effective poles of the permanent magnet. The long
delle d'acier est placée en alignement avec l'un des pôles efficaces Steel delle is placed in alignment with one of the effective poles
de l'armature lorsque l'armature (aimant) est dans la première posi- armature when the armature (magnet) is in the first posi-
tion. L'armature est déplacée vers la seconde position en réponse à l'excitation de l'enroulement de champ. Ainsi positionné le pôle efficace de l'armature qui était précédemment placé en alignement avec la rondelle d'acier est encore placé plus près de la rondelle d'acier que l'autre pôle efficace. Par conséquent, lorsque l'enroulement de champ est désexcité, l'attraction magnétique plus grande entre la rondelle précédemment alignée et le pôle efficace est assez forte pour tion. The armature is moved to the second position in response to the excitation of the field winding. Thus positioned the effective pole of the frame which was previously placed in alignment with the steel washer is still placed closer to the steel washer than the other effective pole. Therefore, when the field winding is de-energized, the greater magnetic attraction between the previously aligned washer and the effective pole is strong enough to
renvoyer l'armature à la première position. return the frame to the first position.
La présente invention a pour objet de réaliser un moteur linéaire possédant des moyens perfectionnés pour renvoyer une armature à sa position initiale lors de la désexcitation d'un enroulement de champ. The object of the present invention is to provide a linear motor having improved means for returning an armature to its initial position when de-energizing a field winding.
La présente invention a pour autre objet de centrer magné- Another object of the present invention is to center magnetic
tiquement une armature lors de la désexcitation de son enroulement de champ. tically an armature when de-energizing its field winding.
L'invention a encore pour objet d'utiliser l'attraction ma- Another object of the invention is to use the magnetic attraction
gnétique entre un matériau magnétiquement perméable et un aimant per- between a magnetically permeable material and a magnet
manent pour renvoyer une armature à sa position initiale lors de la manent to return an armature to its original position during the
déconnexion d'un enroulement de champ d'une source de courant continu. disconnection of a field winding from a DC source.
La présente invention va maintenant être expliquée de ma- The present invention will now be explained by
nière plus détaillée en se référant au dessin annexé dans lequel la figure 1 est une vue en élévation agrandie, partiellement en coupe, d'un mode de réalisation préféré d'un moteur linéaire en condition non excitée, la figure 2 est une vue du moteur linéaire de la figure 1 représentant la position de son armature lorsqu'un de ses enroulements de champ est excité, -5 - la figure 3 est une vue en élévation agrandie, partiellement 1 is an enlarged elevational view, partly in section, of a preferred embodiment of a linear motor in a non-energized condition, FIG. 2 is a view of the motor. FIGS. FIG. 1 showing the position of its armature when one of its field windings is excited, FIG. 3 is an enlarged elevational view, partly
en coupe d'une variante d'un moteur linéaire représenté en sa condi- in section of a variant of a linear motor represented in its
tion non excitée, la figure 4 est une vue en élévation du moteur linéaire de la figure 3 dans une condition excitée, la figure 5 est une vue en élévation agrandie, partiellement en coupe d'un autre mode de réalisation de la présente invention, et FIG. 4 is an elevational view of the linear motor of FIG. 3 in an excited condition, FIG. 5 is an enlarged elevational view, partly in section, of another embodiment of the present invention, and
la figure 6 est un diagramme des relations entre une arma- Figure 6 is a diagram of the relationships between an arma-
ture de la présente invention et une courbe qui représente la densité of the present invention and a curve which represents the density
de flux magnétique de l'armature.magnetic flux of the frame.
On se réfère maintenant aux figures 1 et 2 du dessin, dans lesquelles un mode préféré de réalisation d'un moteur linéaire 10 est Referring now to FIGS. 1 and 2 of the drawing, in which a preferred embodiment of a linear motor 10 is
représenté, le boîtier extérieur du moteur étant omis pour la clarté. shown, the outer casing of the motor being omitted for clarity.
Le moteur 10 comprend une bobine de forme sensiblement cylindrique 12 qui est de préférence en un matériau non conducteur tel que du Delrin, résine thermoplastique vendue par E.I. Dupont de Nemours et Cie. La bobine 12 comprend une pluralité de joues annulaires 14, 16 et 18, des portions d'extrémité 20 et 22 et un passage cylindrique longitudinal 24. Une armature 26 est montée à l'intérieur du passage 24 pour The motor 10 comprises a substantially cylindrical coil 12 which is preferably made of a non-conductive material such as Delrin, a thermoplastic resin sold by E.I. Dupont de Nemours et al. The coil 12 comprises a plurality of annular cheeks 14, 16 and 18, end portions 20 and 22 and a longitudinal cylindrical passage 24. An armature 26 is mounted inside the passage 24 for
un déplacement en va-et-vient dans le passage 24. L'armature 26 com- a displacement back and forth in the passage 24. The frame 26 com
prend un noyau 28, de préférence formé en acier, et deux aimants permanents 30 et 32, de préférence constitués en un matériau contenant takes a core 28, preferably formed of steel, and two permanent magnets 30 and 32, preferably made of a material containing
une terre rare tel que le cobalt-samarium. Chacun des aimants perma- a rare earth such as cobalt-samarium. Each of the permanent magnets
nents 30 et 32 possède un pôle commun tel que son pôle nord N assujet- 30 and 32 has a common pole such that its north pole N
ti de façon fixe à une face d'extrémité du noyau d'acier 28 de sorte que les pôles sud S des aimants définissent les extrémités opposées de ti fixedly to an end face of the steel core 28 so that the south poles S of the magnets define the opposite ends of
l'armature 26.the frame 26.
Une paire de barreaux de sortie 34 et 36, constitués de pré- A pair of outlet bars 34 and 36, consisting of
férence en Delrin, sont assujettis de façon fixe aux extrémités oppo- in Delrin, are fixed in the opposite extremes
sées de l'armature 26. Le barreau de sortie 34 comprend un bras cylin- 26. The outlet bar 34 comprises a cylindrical arm
drique allongé 38 et une partie de tête 40 d'un diamètre supérieur à celui du bras 38. Le barreau de sortie 36 comprend un bras similaire et une partie de tête 42 et respectivement 44. Le bras 38 est conçu pour passer au travers d'une ouverture 46 d'un capuchon d'extrémité 48 tandis que le bras 42 est conçu pour passer au travers d'une ouverture and an end portion 40 having a diameter greater than that of the arm 38. The outlet bar 36 comprises a similar arm and a head portion 42 and 44 respectively. The arm 38 is designed to pass through an opening 46 of an end cap 48 while the arm 42 is designed to pass through an opening
dans un capuchon d'extrémité 52. Chacun de ces capuchons d'extré- in an end cap 52. Each of these end caps
- mité 48 et 52 est de préférence formé en un matériau thermoplastique Mite 48 and 52 is preferably formed of a thermoplastic material
tel que le Delrin.such as Delrin.
Deux enroulements de champ 54 et 56 sont montés côte à côte -6 - sur la bobine 12 de sorte que l'enroulement de champ 54 est placé entre les joues 14 et 16 et l'enroulement de champ 56 est placé entre les joues 16 et 18. Chacun des enroulements 54 et 56 est muni d'un câble électrique 58 et respectivement 60 pour une connexion de son enroulement de champ associé avec une source de courant continu. Chacun des câbles comprend une paire de fils pour fermer un circuit à Two field windings 54 and 56 are mounted side-by-side on the coil 12 so that the field winding 54 is placed between the cheeks 14 and 16 and the field winding 56 is placed between the cheeks 16 and 18. Each of the windings 54 and 56 is provided with an electrical cable 58 and 60 respectively for a connection of its associated field winding with a direct current source. Each of the cables includes a pair of wires to close a circuit to
travers l'enroulement.through the winding.
Deux rondelles 62 et 64, de préférence formées en un maté- Two washers 62 and 64, preferably formed of a material
riau magnétiquement perméable tel qu'un acier doux, sont prévues pour déplacer automatiquement l'armature 26 de la position représentée à la figure 2 vers la position représentée dans la figure 1 lors de la désexcitation de l'enroulement de champ 54. La rondelle 62 est montée magnetically permeable material such as mild steel, are provided to automatically move the armature 26 from the position shown in Figure 2 to the position shown in Figure 1 during the de-excitation of the field winding 54. The washer 62 is mounted
sur la portion d'extrémité 20 de façon à englober et être en aligne- on the end portion 20 so as to encompass and be aligned with
ment avec le pôle sud efficace gauche de l'armature 26 et est fixé sur elle par le capuchon d'extrémité 48. La rondelle 64 est montée de façon similaire sur la portion d'extrémité 22 de façon à englober et être en alignement avec le pôle sud efficace droit de l'armature et with the left effective south pole of the frame 26 and is secured thereto by the end cap 48. The washer 64 is similarly mounted on the end portion 22 so as to encompass and align with the effective south pole right armature and
est fixé sur elle par le capuchon d'extrémité 52. is fixed on it by the end cap 52.
Comme mentionné ci-dessus, les pôles nord des aimants 30 et 32 sont assujettis de façon fixe aux faces d'extrémité axiales 66 et 68 du noyau d'acier 28 pour réaliser une zone de densité de flux magnétique maximale qui s'étend radialement vers l'extérieur depuis la partie centrale du noyau d'acier 28, ce qui crée une armature qui en fait possède trois pôles, c'est-à-dire deux pôles sud désignés par S dans le dessin et un seul pôle nord représenté par la ligne en traits interrompus 70. Ceci est graphiquement représenté dans la figure 6 par la courbe 72 qui représente la densité du flux radial de l'armature 26, mesurée le long de son axe. On notera que la densité maximale de flux est en alignement avec le pôle nord efficace 70 tandis que la densité de flux des aimants 30 et 32 s'inverse à un point équidistant As mentioned above, the north poles of the magnets 30 and 32 are fixedly attached to the axial end faces 66 and 68 of the steel core 28 to provide a zone of maximum magnetic flux density that extends radially to the outside of the central portion of the steel core 28, which creates an armature which in fact has three poles, that is to say two south poles designated by S in the drawing and a single north pole represented by the This is graphically represented in FIG. 6 by the curve 72 which represents the density of the radial flux of the armature 26, measured along its axis. Note that the maximum flux density is in alignment with the effective north pole 70 while the flux density of the magnets 30 and 32 is reversed at an equidistant point
des pôles sud et nord de chaque aimant. south and north poles of each magnet.
Dans un exemple de moteur linéaire construit selon la pré- In an example of a linear motor constructed according to
sente invention, chacun des aimants 30 et 32 possède une longueur et un diamètre de 3,175 mm, le noyau d'acier possède une longueur de 1,905 mm et un diamètre de 3,175 mm, le passage 24 possède un diamètre de 3,2512 mm et une longueur de 12,192 mm et la bobine 12 possède un diamètre maximum de 9,525 mm et un diamètre minimum de 3,5052 mm à l'emplacement o les enroulements de champ 54 et 56 sont enroulés autour de la bobine 12. Cette combinaison fournit un maximum d'environ 800 Gauss au pôle efficace nord de l'armature 26, comme représenté par -7- In this invention, each of the magnets 30 and 32 has a length and a diameter of 3.175 mm, the steel core has a length of 1.905 mm and a diameter of 3.175 mm, the passage 24 has a diameter of 3.2512 mm and a diameter of 3.175 mm. length of 12.192 mm and the coil 12 has a maximum diameter of 9.525 mm and a minimum diameter of 3.5052 mm at the location where the field windings 54 and 56 are wound around the coil 12. This combination provides a maximum of about 800 Gauss at the north effective pole of armature 26, as represented by -7-
la ligne en traits interrompus 70.the line in broken lines 70.
Dans son état désexcité, l'armature 26 du moteur linéaire 10 assume la position représentée dans la figure 1. L'armature 26 est In its de-energized state, the armature 26 of the linear motor 10 assumes the position shown in FIG. 1. The armature 26 is
déplacée de la position représentée dans la figure 1, ci-après dési- moved from the position shown in Figure 1, hereinafter referred to
gnée: première position, vers une seconde position, représentée dans la figure 2, en connectant l'enroulement de champ 54 à une source de courant continu. Ainsi l'armature se déplace à travers une distance Y avant que son pôle sud efficace gauche ne vienne en contact avec la Fig. 2 shows the first position, to a second position, shown in Fig. 2, by connecting the field winding 54 to a DC power source. Thus the armature moves through a distance Y before its left effective south pole comes into contact with the
surface intérieure du capuchon d'extrémité 48. Dans l'exemple de mo- inner surface of the end cap 48. In the example of
teur linéaire décrit ci-dessus, cette distance Y est égale à approxi- described above, this distance Y is equal to approxi-
mativement 1,2065 mm. Ainsi positionné, le pôle sud efficace sur le côté gauche de l'armature 26 est encore placé plus près de la rondelle d'acier 62 que le pôle nord N de l'aimant 30. Ceci est toujours vrai parce que la distance Y est inférieure à la moitié de X, o X est la distance entre les pôles adjacents de l'aimant 30. Par conséquent, 1.2065 mm. Thus positioned, the effective south pole on the left side of the frame 26 is still placed closer to the steel washer 62 than the north pole N of the magnet 30. This is always true because the distance Y is smaller at the half of X, where X is the distance between the adjacent poles of the magnet 30. Therefore,
lorsque le courant vers l'enroulement de champ 54 prend fin, l'attrac- when the current to the field winding 54 ends, the attrac-
tion magnétique supérieure entre le pôle sud efficace sur le côté gauche de l'armature 26 et sa rondelle d'acier associée 62 fournit une force pour renvoyer l'armature 26 vers sa première position. Cette The upper magnetic bearing between the effective south pole on the left side of the frame 26 and its associated steel washer 62 provides a force to return the frame 26 to its first position. This
force est augmentée par l'attraction magnétique qui existe entre l'au- strength is increased by the magnetic attraction that exists between the
tre pôle sud efficace de l'armature 26 et sa rondelle d'acier associée to be the effective south pole of frame 26 and its associated steel washer
64. Dans l'exemple de moteur présenté ci-dessus, chaque rondelle pos- 64. In the example of engine shown above, each washer pos-
sède de préférence un diamètre externe de 9,525 mm, un diamètre inter- preferably an outer diameter of 9.525 mm, an internal diameter
né de 5,08 mm et une épaisseur de 0,254 mm. L'attraction magnétique entre chaque rondelle et son pôle efficace associé peut être augmentée ou diminée en diminuant ou en augmentant, respectivement, le diamètre born of 5.08 mm and a thickness of 0.254 mm. The magnetic attraction between each washer and its associated effective pole can be increased or decreased by decreasing or increasing, respectively, the diameter
du trou dans chaque rondelle.the hole in each washer.
L'armature 26 peut être déplacée vers la droite, c'est-à- The armature 26 can be moved to the right, that is,
dire vers une troisième position, en connectant l'enroulement de champ 56 à une source de courant continu. Ainsi excitée, la partie de tête 44 du barreau de sortie 36 se déplace en contact avec la surface intérieure du capuchon d'extrémité 52 après avoir franchi une distance say to a third position, by connecting the field winding 56 to a DC power source. Thus excited, the head portion 44 of the outlet bar 36 moves in contact with the inner surface of the end cap 52 after having traveled a distance
Y. Dès que l'enroulement de champ 56 est désexcité, la force magnéti- Y. As soon as the field winding 56 is de-energized, the magnetic force
que plus grande qui existe entre le pôle sud efficace de l'armature 26 et sa rondelle associée 64, comparée à celle qui existe entre le pôle nord efficace N de l'aimant 32 et la rondelle 64, déplace l'armature that greater that exists between the effective south pole of the frame 26 and its associated washer 64, compared to that which exists between the effective north pole N of the magnet 32 and the washer 64, moves the frame
26 à nouveau dans sa position initiale ou première position. 25 again in his original position or first position.
On se réfère maintenant aux figures 3 et 4 du dessin, dans lesquelles on a représenté un autre mode de réalisation d'un moteur Reference is now made to FIGS. 3 and 4 of the drawing, in which another embodiment of an engine has been shown.
linéaire, 10'.linear, 10 '.
-8- 2458934-8- 2458934
Le moteur linéaire 10' est sensiblement identique au moteur The linear motor 10 'is substantially identical to the motor
linéaire représenté dans les figures 1 et 2, avec une différence prin- shown in Figures 1 and 2, with a major difference
cipale, c'est-à-dire que les deux rondelles d'acier 62 et 64 ont été remplacées par une seule rondelle d'acier 74, qui est située sur la bobine 12' dans la position précédemment occupée par la joue 16. Le fonctionnement du moteur linéaire 10' est sensiblement identique à celui du moteur 10 sauf que dans ce mode de réalisation c'est la force magnétique plus grande s'exerçant entre le pôle nord efficace et l'unique rondelle d'acier 74 qui déplace l'armature 26 soit de la seconde soit de la troisième positions à nouveau en la * première position. Par exemple l'excitation de l'enroulement de champ 54 par un courant continu a pour effet de déplacer l'armature 26 vers la gauche d'une distance Y, en la seconde position dans laquelle le pôle sud efficace sur la gauche de l'armature 26 est en contact avec la surface intérieure du capuchon d'extrémité 48, comme représenté dans la figure 4. Cependant, le pôle nord efficace 70 est encore placé plus près de la rondelle d'acier 74 que l'un ou l'autre des pôles sud efficace de l'armature parce que Y est inférieur à une moitié de X' ou X' est la distance entre deux pôles efficaces. Par conséquent, lorsque l'enroulement de champ 54 est désexcité, l'attraction-magnétique plus grande entre le pôle nord efficace 70 et la rondelle 74 fournit la force nécessaire pour envoyer l'armature 26 vers sa position centrale ou première position. L'excitation de l'enroulement de champ 56 a pour that is to say that the two steel washers 62 and 64 have been replaced by a single steel washer 74, which is located on the coil 12 'in the position previously occupied by the cheek 16. The operation of the linear motor 10 'is substantially identical to that of the motor 10 except that in this embodiment it is the larger magnetic force exerted between the effective north pole and the single steel washer 74 which displaces the motor. armature 26 either of the second or of the third positions again in the first position. For example, the excitation of the field winding 54 by a direct current has the effect of moving the armature 26 to the left by a distance Y, in the second position in which the effective south pole on the left of the armature 26 is in contact with the inner surface of the end cap 48, as shown in FIG. 4. However, the effective north pole 70 is still placed closer to the steel washer 74 than either effective south poles of the armature because Y is less than one half of X 'where X' is the distance between two effective poles. Therefore, when the field winding 54 is de-energized, the greater magnetic attraction between the effective north pole 70 and the washer 74 provides the force necessary to send the armature 26 to its central or first position. The excitation of the field winding 56 has for
effet de déplacer l'armature 26 vers la droite en sa troisième posi- effect of moving the armature 26 to the right in its third position.
tion.tion.
On se réfère maintenant à la figure 5 du dessin dans laquelle on a représenté encore une autre variante d'un moteur linéaire 100, le Referring now to Figure 5 of the drawing in which there is shown yet another variant of a linear motor 100, the
moteur étant représenté en une première position ou position désex- motor being represented in a first position or position
citée. Le moteur 100 comprend une bobine 102 de forme cylindrique possédant une paire de joues annulaires 104 et 106 entre lesquelles est enroulé un enroulement de champ 108. Une partie d'extrémité 110 de forme cylindrique s'étendant d'un côté de la joue 104 est munie d'une ouverture 112 qui forme une continuation d'un passage 114 de forme cylindrique. Une rondelle 116, faite en un matériau magnétiquement cited. The motor 100 comprises a cylindrical coil 102 having a pair of annular cheeks 104 and 106 between which is wound a field winding 108. A cylindrical end portion 110 extending on one side of the cheek 104 is provided with an opening 112 which forms a continuation of a passage 114 of cylindrical shape. A washer 116, made of a magnetically
perméable tel que de l'acier doux, est montée sur la partie d'ex- permeable such as mild steel, is mounted on the part of ex-
trémité 110 et retenue en place sur elle par un capuchon d'extrémité tremity 110 and retained in place on it by an end cap
118. Le capuchon d'extrémité 118 possède une ouverture 120 pour per- 118. The end cap 118 has an opening 120 for
mettre le passage d'une portion de la partie d'arbre cylindrique 122 d'un bras de sortie 124. Le bras de sortie 124 comprend une tête 126 possèdant un diamètre plus grand que celui de l'ouverture 120 et -9- putting the passage of a portion of the cylindrical shaft portion 122 of an output arm 124. The output arm 124 comprises a head 126 having a diameter greater than that of the opening 120 and -9-
légèrement inférieur à celui de l'ouverture 112 et du passage 114. slightly smaller than that of the opening 112 and the passage 114.
L'extrémité ouverte du passage 114 est fermée par une plaque 128 pos- The open end of the passage 114 is closed by a plate 128 pos-
sédant une partie renfoncée 130. La partie renfoncée 130 est suffisam- seducing a recessed portion 130. The recessed portion 130 is sufficiently
ment écartée de l'extrémité d'armature du moteur pour éviter le con- spaced apart from the armature end of the motor to
tact entre elles lorsque cette dernière est renvoyée vers la position représentée dans la figure 5, ci-après appelée première position. La bobine 102, le capuchon d'extrémité 118, la plaque 128 et le bras de tact between them when the latter is returned to the position shown in Figure 5, hereinafter called the first position. The coil 102, the end cap 118, the plate 128 and the arm of
sortie 124 sont de préférence réalisés en Delrin. output 124 are preferably made of Delrin.
Une armature de forme cylindrique 132 est reçue à coulisse- A cylindrical frame 132 is slidably received
ment à l'intérieur de l'ouverture 112 et du passage 114. L'armature - 132 est constituée d'un aimant permanent, de préférence formé en cobaltsamarium, possédant son pôle nord-efficace (N) et son pôle sud efficace (S) alignés axialement au passage 114. Le pôle sud efficace S de l'armature est assujetti de façon fixe par tout moyen approprié à la tête 126 du bras de sortie 124. Lorsque l'armature 132 est dans sa position initiale ou première position comme représenté dans la figure , la rondelle d'acier 116 est placée de façon à entourer et en aligne- within the opening 112 and the passage 114. The armature - 132 consists of a permanent magnet, preferably formed of cobaltsamarium, having its north-effective pole (N) and its effective south pole (S ) aligned axially with the passage 114. The effective south pole S of the armature is fixedly secured by any suitable means to the head 126 of the output arm 124. When the armature 132 is in its initial position or first position as shown in the figure, the steel washer 116 is placed so as to surround and align with
ment avec le pôle sud efficace S de l'armature 132. with the effective south pole S of frame 132.
L'enroulement de champ 108 est excité en connectant un càble électrique 134 à une source de courant continu. Ainsi excité un champ magnétique est produit pour fournir une force entraînant l'armature 132 vers la gauche (selon la figure 5) sur une distance Y (qui est inférieure à la moitié de X) à laquelle elle est arrêtée en sa seconde The field winding 108 is energized by connecting an electrical cable 134 to a DC power source. Thus excited a magnetic field is produced to provide a force driving the armature 132 to the left (according to Figure 5) over a distance Y (which is less than half of X) at which it is stopped in its second
position par la surface intérieure du capuchon d'extrémité 118. Lors- position by the inner surface of the end cap 118. When
que l'armature 132 est placée en sa seconde position, le pôle sud efficace S est encore placé plus près de la rondelle d'acier 116 que that the armature 132 is placed in its second position, the effective south pole S is still placed closer to the steel washer 116 than
ne l'est le pôle nord efficace N, ayant ainsi une attraction magné- is the North Pole effective N, thus having a magnetic attraction
tique plus grande vers la rondelle 116. Lorsque l'enroulement de champ 108 est désexcité, cette attraction magnétique plus grande entre le pôle sud efficace S et la rondelle 116, fournit la force qui renvoie automatiquement l'armature 132 vers sa première position. La partie renfoncée 130 de la plaque 128 permet à l'armature de momentanément dépasser sa première position sans provoquer de dommage potentiel à l'armature 132. Bien que l'armature 132 ait été représentée avec son When the field winding 108 is de-energized, this larger magnetic attraction between the effective south pole S and the washer 116 provides the force that automatically returns the armature 132 to its first position. The recessed portion 130 of the plate 128 allows the armature to momentarily exceed its first position without causing any potential damage to the armature 132. Although the armature 132 has been shown with its
pôle sud efficace en alignement avec la rondelle 116, on doit compren- effective south pole in alignment with puck 116, one must understand
dre que les pôles pourraient être inversés, comme dans tous les pré- that the poles could be reversed, as in all
cédents moteurs à double aimant.double magnet motor cases.
Du fait que certains changements peuvent être apportés au Because some changes can be made to the
dispositif ci-dessus sans sortir du cadre ni de l'esprit de l'inven- above without departing from the framework and spirit of the invention.
tion, il est bien entendu que la description ci-dessus d'un mode de tion, it is understood that the above description of a mode of
-10- 2458934-10- 2458934
réalisation et de ses variantes n'est donnée qu'à titre d'exemple en aucune manière limitatif. Par exemple, on pourrait remplacer les deux enroulements de champ, des modes de réalisation représentés dans les figures l à 4, par un seul enroulement de champ et le mouvement de l'armature de la première position à la seconde position pourrait s'effectuer, en réponse à la circulation de courant continu à travers l'enroulement de champ, dans un sens tandis que l'inversion de la circulation de courant continu pourrait déplacer l'armature de la embodiment and its variants is given by way of example in no way limiting. For example, the two field windings, of the embodiments shown in FIGS. 1 to 4, could be replaced by a single field winding and the movement of the armature from the first position to the second position could take place, in response to the flow of DC current through the field winding, in one direction while reversing the DC flow could move the armature of the
première position à la troisième position. first position in the third position.
-10-10
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