FR2498002A1 - Actionneur a electro-aimant - Google Patents
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Abstract
UN ACTIONNEUR A ELECTRO-AIMANT COMPREND UNE PIECE 28 QUI COMPORTE UNE PARTIE CYLINDRIQUE 281 ET UNE JOUE 282. CETTE PIECE RENFORCE LA STRUCTURE DU MANDRIN 21 ET REDUIT LA RELUCTANCE DU CIRCUIT MAGNETIQUE QUI EST DEFINI PAR UN NOYAU FIXE 25, UN NOYAU MOBILE 26 ET UNE ARMATURE MAGNETIQUE 23. CETTE STRUCTURE PERMET DE SUPPRIMER UN TUBE DE GUIDAGE AXIAL DU NOYAU MOBILE, CE QUI DIMINUE LA TAILLE DE L'ELECTRO-AIMANT, ET D'OBTENIR UNE FORCE ELECTROMAGNETIQUE ELEVEE AVEC UNE REDUCTION DE LA PUISSANCE ELECTRIQUE CONSOMMEE.
Description
1 s Actionneur à électro-aimant La présente invention concerne un
perfectionnement aux actionneurs à électro-aimant destinés à 9tre utilisés
avec des valves électromagnétiques et des dispositifs ana-
logues. Un actionneur à électro-aimant classique a une structure telle que celle représentée sur la figure 1, dans laquelle un noyau mobile 12 est attiré vers un noyau fixe 13
lorsqu'un courant d'excitation est appliqué à une bobine d'ex-
citation 11, et dans laquell le noyau mobile 12 est ramené vers sa position de repos par la force élastique d'un ressort de rappel (non représenté), au moment de l'interruption du courant d'excitation. Cependant, du fait de la présence d'un tube de guidage non magnétique 15 (d'ureépaisseur de plus de 0,3 mm) et d'un entrefer radial 16 (0,1 à 0,2 mm) entre le noyau mobile 12 et une armature magnétique 14 constituée par une matière ferromagnétique qui entoure la bobine d'excitation
11, la réluctance magnétique dans les chemins de flux magné-
tique est augmentée, ce qui diminue l'induction magnétique et réduit donc la force électromagnétique qui s'exerce entre le noyau fixe 13 et le noyau mobile 21. Ce défaut ne peut pas être supprimé de façon satisfaisante en plaçant une armature magnétique auxiliaire 17, en matière ferromagnétique et munie
d'une joue, entre l'armature magnétique 14 et le tube de gui-
dage 15, dans le but d'augmenter l'aire de section droite des chemins de flux magnétique, à cause d'un entrefer élevé présent dans ces chemins. De plus, la présence du tube de
guidage 15 complique la fabrication de la structure d'électro-
aimant. L'invention a été faite dans le but de résoudre les problèmes précités des actionneurs à électro-aimant de l'art
antérieur considérés ci-dessus, et un but principal de l'in-
vention est de réaliser un actionneur à électro-aimant de structure simple, dans lequel on n'utilise pas de tube de guidage pour guider le coulissement axial d'un noyau mobile, mais dans lequel une pièce munie d'une joue est insérée dans un mandrin pour renforcer la structure du mandrin, ainsi que pour permettre au noyau de passer directement dans l'ouverture
centrale du mandrin.
L'invention a également pour but de réaliser un actionneur à électroaimant qui puisse supprimer la nécessité d'opérations de fabrication telles que le soudage entre le tube de guidage et le noyau fixe, pour réduire ainsi le coût
de fabrication.
L'invention a également pour but de réaliser -un actiorneur à électroaimant comportant une pièce munie d'une joue dont la joue bute contre l'armature magnétique et dont la partie cylindrique est placée directement en regard du noyau, grâce à quoi la réluctance magnétique dans les chemins de flux
magnétique est notablement réduite, de façon à augmenter l'in-
duction magnétique et permettre ainsi d'obtenir une force
électromagnétique élevée en consommant moins d'énergie élec-
traque.
L'invention a également pour but de réaliser un ac-
tionneur à électro-aimant dans lequel le positionnement du mandrin qui guide le coulissement axial du noyau mobile est effectué plus aisément et plus surement par l'utilisation d'une pièce magnétique munie d'une joue, et dans lequel le noyau fixe est fixé à l'armature magnétique, afin que le mouvement axial alternatif du noyau mobile s'effectue de façon plus douce et plus stable, grâce à quoi on peut réduire l'excentrement
dans la venue en contact des deux noyaux, au moment de l'opé-
ration d'attraction, ce qui permet de réduire autant que pos-
sible l'abrasion dans les surfaces des p8les et les surfaces
de coulissement des noyaux.
L'invention a également pour but de réaliser un ac-
tionneur à électro-aimant dans lequel un épaulement est formé dans le noyau mobile de façon à venir en contact avec la pièce munie d'une joue, ce qui permet d'éviter que le noyau mobile fasse saillie de façon excessive hors du mandrin, ou de définir
la distance sur laquelle ce noyau fait saillie.
On peut parvenir aux buts ci-dessus grâce à l'action-
neur à électro-aimant conforme à l'invention qui comprend un mandrin non magnétique en forme de bobine autour duquel est
bobinée une bobine d'excitation, une armature magnétique dis-
posée à l'extérieur de la bobine pour former des chemins de flux magnétique, et une paire de noyaux qui sont logés dans l'ouverture centrale du mandrin et qui exercent une force électromagnétique l'un sur l'autre de façon que l'un des noyaux, qui est monté de façon mobile, soit attiré vers l'autre par la force électromagnétique lorsqu'on applique un courant d'excitation à la bobine. Une pièce magnétique munie d'une joue, destinée à renforcer.le mandrin et à réduire la réluctance magnétique, est montée de façon que sa partie cylindrique soit insérée dans l'ouverture du mandrin et de façon que sa joue soit en contact avec l'armature magnétique, et les deux noyaux sont placés directement dans l'ouverture centrale du mandrin de façon que la partie cylindrique de la pièce munie d'une joue soit placée directement face au noyau mobile. Dans un mode de réalisation modifié, la pièce munie d'une joue peut comporter une fente destinée à supprimer les courants de Foucault. Dans un autre mode de réalisation, la joue de la pièce munie d'une joue est placée en contact intime avec l'armature magnétique de façon que cette dernière se trouve entre la joue et la face d'extrémité du mandrin, grâce à quoi la bobine est positionnée à une première extrémité et le noyau fixe ou une autre pièce munie d'une joue est ajusté dans l'ouverture située à l'autre extrémité de l'armature magnétique et il est inséré dans l'ouverture centrale du mandrin, gr6ce à quoi le mandrin est positionné à son autre extrémité. J Dans un autre mode de réalisation, -un épaulement est formé dans le noyau mobile de façon à venir en contact avec la face d'extrémité de la partie cylindrique de la pièce munie d'une joue, afin d'éviter que le noyau mobile fasse saillie de façon excessive hors du mandrin, ou afin de définir
la distance sur laquelle le noyau fait saillie.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la
description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à
titre non limitatif. La suite de la description se réfère
aux dessins annexés sur lesquels:
La figure 1 est une coupe d'un actionneur à électro-
aimant classique,
la figure 2 est une coupe du premier mode de réa-
lisation de l'invention, La figure 3 est une coupe du mandrin du premier mode de réalisation, dans un état démonté, la figure 4 est une vue en perspective de la pièce
munie d'une joue qui fait partie du premier mode de réalisa-
tion,
La figure 5 est une coupe du second mode de réali-
sation de l'invention,
la figure 6 est une coupe du troisième mode de réa-
lisation de l'invention, et
La figure 7 est une coupe du quatrième mode de réa-
lisation de l'invention.
Comme le montre la figure 2, un actionneur à élec-
tro-aimant 20 comprend un mandrin 21, une bobine d'excitation 22 bobinée autour du mandrin et une armature magnétique 23
constituée par une matière ferromagnétique disposée à l'exté-
rieur de la bobine pour former des'chemins de flux magnétique.
Un noyau fixe 25 et un noyau mobile 26 sont ajustés dans l'ouverture centrale 211 du mandrin 21 et ils exercent une force électromagnétique l'un sur l'autre lorsqu'un courant d'excitation est appliqué à la bobine. Le noyau fixe 26 est directement ajusté dans une extrémité de l'ouverture centrale 211 du mandrin 21 et le noyau mobile 26, qui doit 9tre attiré par le noyau fixe 25, est introduit dans l'ouverture centrale 211 à partir de l'autre extrémité, en coulissant de manière axiale. L'extrémité supérieure à nu 251 du noyau fixe 25 est ajustée sur la plaque supérieure 31 de l'armature magnétique 23. Comme le montre la figure 3, le mandrin 21 comprend une pièce non magnétique en forme de bobine autour de laquelle est enroulée la bobine 22, et une pièce magnétique munie d'Lu joue, 28, représentée sur la figure 4, est montée à une extrémité au moins du mandrin pour renforcer la structure du
mandrin et pour réduire la réluctance magnétique. Plus pré-
cisément, le mandrin 21 comprend un tube axial 212 et des joues 213, 213, formées d'un seul tenant aux deux extrémités du tube, avec un alésage 214 de plus grand diamètre, formé à une extrémité de l'ouverture centrale 211 pour l'insertion de la partie cylindrique 281 de la pièce munie d'une joue,
28. L'alésage de plus grand diamètre 214 loge la partie cy-
lindrique 281 de la pièce munie d'une joue, 28, qui a un diamètre intérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur de l'ouverture centrale 211 du mandrin 21. La pièce munie d'une joue, 28, comprend une partie cylindrique 281 et une joue 282 destinée à buter contre la joue 213 du mandrin 21, et une fente 283 est formée dans la pièce 28 pour supprimer les courants de Foucault. La surface intérieure de la partie cylindrique 281 est soumise à un traitement améliorant la résistance à l'usure, tel que l'application d'un placage dur
en chrome ou d'un revêtement de polymères fluorés.
Pour monter l'actionneur à électro-aimant, on intro-
duit dans le mandrin 21 la partie cylindrique 281 de la pièce
munie d'une joue, 28, on les monte dans l'actionneur à élec-
tro-aimant 20, on place le noyau mobile 26 en regard de la surface intérieure de la partie cylindrique 281 de la pièce munie d'une joue, 28, avec un faible écartement 29 (0,1 à
0,2 mm), en utilisant cette surface en tant que face de gui-
dage pour le coulissement axial du noyau mobile 26, et on amène la joue 282 de la pièce 28 en contact avec la plaque
inférieure 232 de l'armature magnétique 23.
Dans l'actionneur à électro-ai.mant 20 ayant la structure indiquée cidessus et représentée sur la figure 2, le noyau mobile 26 est normalement sollicité par un ressort
(non représenté) ou un élément analogue, de façon à ttre écar-
té du noyau fixe 25 lorsque aucun courant d'excitation n'est appliqué à la bobine 22, mais le noyau mobile 26 est attiré de façon magnétique vers le noyau fixe 25, contre la force élastique du ressort ou d'un élément analogue, lorsque le
courant d'excitation est appliqué à la bobine 22.
Dans l'actionneur à électro-aimant de ce mode de réalisation, du fait que la partie cylindrique 281 de la pièce 28, dont la joue 282 est en contact avec la surface intérieure de la plaque inférieure 232 de l'armature magnétique 23, est placée directement face au noyau mobile 26, avec un écartement faible et une aire élevée, la réluctance magnétique dans les chemins de flux magnétique est réduite, ce qui augmente l'induction magnétique et, du fait que la pièce munie d'une joue, 28, comporte la Lente 283 destinée à supprimer les courants de Foucault, la puissance électrique appliquée peut être utilisée efficacement, ce qui permet d'obtenir une force d'attraction élevée entre le noyau mobile 26 et le noyau fixe , en consommant moins d'énergie électrique. En outre, du fait que le mandrin 21 est renforcé par la pièce munie d'une
joue, 28, il n'est plus nécessaire d'insérer un tube de gui-
dage supplémentaire dans l'ouverture centrale 211 du mandrin 21, ce qui permet de réduire la taille globale, ainsi que de
diminuer les coûts de matières et de fabrication.
En outre, du fait que le diamètre intérieur de
l'ouverture centrale 211 du mandrin 21 est supérieur au dia-
mètre intérieur de la partie cylindrique 281 de la pièce mu-
nie d'une joue, 28, et du fait que la partie cylindrique 281 de la pièce munie d'une joue, 28, est ajustée dans le mandrin
21, comme le montre la figure 2, si l'enroulement de la bobi-
ne 22, autour du mandrin 21, exerce une force dirigée vers l'intérieur sur le tube axial 212, comme il est indiqué en trait mixte, on peut éviter un contact à friction entre la surface intérieure de l'ouverture centrale 211 et le noyau mobile 26, qui gênerait le mouvement de coulissement du noyau
mobile 26.
La figure 5 représente un actionneur à électro-
aimant 30 constituant le second mode de réalisation de l'in-
vention, dans lequel deux noyaux 35, 36 sont mobiles et s'at-
tirent mutuellement. Un mandrin 32 est incorporé dans l'élec-
tro-aimant et il comprend un tube axial 312 et des joues 313, 313 aux deux extrémités. Des alésages de diamètre accru 314, 314, sont formés aux deux extrémités d'une ouverture centrale 311 et des parties cylindrique 381, 381 de pièces munies
d'une joue, 38, 38, sont respectivement montées dans les alé-
sages de diamètre accru 314, 314.
Dans l'actionneur à électro-aimant 30 ayant la constitution indiquée cidessus, du fait que la joue 382 de chacune des pièces munies d'une joue, 38, 38, porte contre l'armature magnétique 33, et du fait que la partie cylindrique 381 de chacune de ces pièces est placée face à un noyau respectif, la réluctance magnétique dans les chemins de flux magnétique peut également 'tre réduite pour permettre une bonne utilisation de la puissance électrique appliquée et pour obtenir une force électromagnétique élevée avec moins de puissance électrique. De plus, du fait que le mandrin 31 est renforcé à ses deux extrémités par la paire de pièces munies
d'une joue, 38, 38, il peut supporter une charge plus élevée.
La figure 6 représente un actionneur à électro-ai-
mant 40 qui constitue le troisième mode de réalisation de l'invention, dans lequel une bobine d'excitation 42, bobinée
autour d'un mandrin 41, est entourée par une armature magné-
tique 43, pour former des chemins de flux magnétique, et
dans lequel le mandrin 41 est positionné par une pièce magné-
tique munie d'une joue, 48, et par un noyau fixe 45 qui sont respectivement fixés aux extrémités opposées de l'armature magnétique 43. Plus précisément, le mandrin 41 est positionné
à l'une de ses extrémités en introduisant la partie cylindri-
que 481 de la pièce munie d'une joue, 48, dans une ouverture 434 formée à une extrémité de l'armature magnétique 43, en placant la joue 482 de la pièce 48 en contact avec le c8té
extérieur de la plaque inférieure 432 de l'armature magné-
tique 43, et en introduisant la partie cylindrique 481 dans l'alésage de diamètre accru 414 de l'ouverture centrale 411
du mandrin 41. Le mandrin est positionné à son autre extré-
mité en introduisant le noyau fixe 45 dans l'ouverture 433 de la plaque supérieure 431i de l'armature magnétique 43 et en insérant le noyau dans l'ouverture centrale 411 du mandrin 41. De plus, un noyau mobile 46, qui est attiré vers le noyau fixe 45 lorsque l'électro-aimant est excité, est
inséré axialement de façon coulissante dans la partie cylin-
drique 481 de la pièce munie d'une joue, 48, avec un faible écartement 49, de façon que la partie cylindrique 481 et le noyau mobile 46 soient placés directement face à face sur une aire étendue, et la joue 482 de la pièce 48 est placée
en contact intime avec la plaque inférieure 432 de l'arma-
ture magnétique 43, de telle manière que la plaque inférieure 432 de l'armature magnétique 43 se trouve entre la joue 482
de la pièce 48 et la joue 423 du mandrin 41.
Dans l'actionneur à électro-aimant 40 ayant la cons-
titution ci-dessus, la pièce munie d'une joue, 48, et le noyau fixe 45 peuvent ttre positionnés par l'armature magnétique 43 dans laquelle ils sont ajustés, et le mandrin 41 peut être positionné fixement par la pièce munie d'une joue, 48, et le noyau fixe 45. En outre, du fait que la partie cylindrique 481 de la pièce munie d'une joue, 48, qui est employée pour le positionnement mentionné ci-dessus, est placée directement face au noyau mobile 46 sur une aire élevée, et du fait que
la joue 482 de cette pièce est en contact intime avec l'arma-
ture magnétique 43, on peut réduire la réluctance magnétique dans les chemins de flux magnétique, pour obtenir une force
électromagnétique élevée.
La figure 7 représente uin actionneur à électro-
aimant 50 constituant le quatrième mode de réalisation de l'invention, dans lequel un épaulement 561 est formé dans un
noyau mobile 56 pour éviter que le noyau mobile 56 fasse sail-
lie de façon excessive par rapport au mandrin, ou pour définir la distance sur laquelle il fait saillie, et l'épaulement 561 porte contre la face d'extrémité de la partie cylindrique 581
de la pièce magnétique munie d'une joue, 58, qui est intro-
duite dans l'ouverture centrale 511 du mandrin 51. L'ouverture centrale 511 du mandrin 51 a un diamètre intérieur uniforme
d'une extrémité à l'autre.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent 9tre apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir
du cadre de l'invention.
Claims (4)
1. Actionneur à électro-aimant comprenant un mandrin
non magnétique (21) en forme de bobine autour duquel est bobi-
née une bobine d'excitation (22), une armature magnétique (23) placée à l'extérieur de la bobine de façon à former des che- mins de flux magnétique et une paire de noyaux (25, 26) logés dans l'ouverture centrale (211) du mandrin et exerçant une force électromagnétique l'un sur l'autre, de façon que cette force électromagnétique attire l'un des noyaux qui est monté
de façon mobile par rapport à l'autre, lorsqu'un courant d'ex-
citation est appliqué à la bobine; caractérisé en ce qu'une pièce magnétique munie d'une joue (28),destinée à renforcer le mandrin et à réduire la réluctance magnétique,est placée de façon que sa partie cylindrique (280) soit introduite dans l'ouverture centrale du mandrin et de façon que sa joue (282) soit en contact avec l'armature magnétique, et les deux noyaux sont logés directement dans l'ouverture centrale du mandrin de façon que la partie cylindrique (281) de la pièce munie d'une joue (28) soit placée directement face au noyau mobile
(26).
2. Actionneur à électro-aimant selon la revendication
1, caractérisé en ce qu'une fente (283) destinée à la suppres-
sion des courants de Foucault est formée dans la pièce munie
d'une joue (28).
3. Actionneur à électro-aimant selon l'une quelconque
des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le mandrin
(41) est positionné à l'une de ses extrémités en plaçant en contact intime la joue (482) de la pièce munie d'une joue (48), de façon qu'une extrémité (432) de l'armature magnétique (43)
se trouve entre la joue et la face d'extrémité (413) du man-
drin; et il est positionné à son autre extrémité en ajustant le noyau fixe (45) ou une autre pièce munie d'une joue dans l'ouverture située à l'autre extrémité (4311) de l'armature magnétique, et en l'introduisant dans l'ouverture centrale du
mandrin.
4. Actionneur à électro-aimant selon l'une quelconque
des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un épaulement
(561) destiné à porter contre la face d'extrémité de la partie
cylindrique (583) de la pièce mmunie d'une joue (58) est for-
mé dans le noyau mobile (56).
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