FR2659033A1

FR2659033A1 - Generateur electromecanique de vibrations et dispositif utilisant ce generateur.

Info

Publication number: FR2659033A1
Application number: FR9003202A
Authority: FR
Inventors: Houze Christian; Legrand Serge
Original assignee: PROCEDES TECH CONSTRUCTION
Current assignee: PROCEDES TECH CONSTRUCTION
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1991-09-06
Anticipated expiration: 2010-03-02
Also published as: FR2659033B1; WO1991012901A3; EP0471059A1; WO1991012901A2; JPH04505696A

Abstract

Le générateur de vibrations selon l'invention comprend un corps (3) au moins partiellement réalisé en un matériau magnétisable et mobile le long d'au moins un élément de guidage (6), de manière à ce que son centre de gravité (0') puisse se déplacer selon un trajet incurvé autour d'un axe central de rotation (0), et des moyens électromagnétiques permettant d'engendrer un champ magnétique tournant apte à entraîner ledit corps (3) le long des éléments de guidage (6). Cette structure, qui supprime toute transmission mécanique, réduit en outre au minimum les frottements.

Description

GENERATEUR ELECTROMECANIOUE DE VIBRATIONS ET DISPOSITIF
UTILISANT CE GENERATEUR.

La présente invention concerne un générateur électromécanique de vibrations utilisable notamment, mais non exclusivement, dans les aiguilles vibrantes servant à assurer la vibration du béton.

On sait que les générateurs électromécaniques utilisés à l'heure actuelle font intervenir des masselottes excentrées 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.

Dans les générateurs utilisés pour les aiguilles vibrantes qui servent à assurer la vibration du béton, l'entraînement de l'arbre rotatif est assuré par un moteur électrique en prise avec l'arbre, soit directement, par l'intermédiaire d'une pignonnerie, ou même par l'intermédiaire d'une transmission à câble flexible.

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.

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 l'arbre rotatif portant les excentriques sur deux roulements spéciaux (de manière à réduire ainsi la charge par roulement).

Il apparaît donc que si les générateurs de vibrations réalisés à l'heure actuelle sont efficaces, ils présentent néanmoins l'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.

Dans le but de supprimer cet inconvénient, l'invention propose un générateur de vibrations comprenant un corps réalisé au moins partiellement en un matériau magnétisable, mobile le long d'au moins un élément de guidage, de manière à ce que son centre de gravité puisse se déplacer selon un trajet circulaire ou ovoïde autour d'un axe central de rotation, et des moyens électromagnétiques permettant d'engendrer un champ magnétique tournant apte à entraîner ledit corps le long des éléments de guidage.

Ce générateur pourra notamment comprendre un carter cylindrique creux formant une enveloppe, dans laquelle un noyau magnétisable cylindrique excentré de diamètre inférieur est entraîné en déplacement circulaire sur un chemin de roulement concentrique au carter par des moyens d'entraînement électromagnétiques qui lui sont propres et dont l'axe longitudinal est susceptible de décrire autour de l'axe longitudinal dudit carter, un cercle dont le rayon correspond à une valeur d'excentrage du noyau à obtenir.

Selon une caractéristique de l'invention, les moyens électromagnétiques d'entraînement du noyau excentré qui constitue en quelque sorte un rotor, comprennent un inducteur statorique coaxial au carter et bobiné de manière à présenter des épanouissements polaires à polarités alternées.

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.

En outre, les frottements des éléments entre eux sont quasi nuls, car les déplacements s'effectuent par roulement.

Le bobinage du stator pourra être réalisé sur l'enveloppe même du carter ou même sur un noyau central présentant des épanouissements polaires saillants.

Selon un premier exemple de réalisation, le noyau excentré constituant le rotor forme une couronne suspendue par son alésage interne sur le stator formé par le noyau central, par l'intermédiaire d'un fourreau cylindrique d'épaisseur égale à un entrefer à respecter.

Selon un second exemple de réalisation, le noyau excentré constituant le rotor forme une couronne dont une paroi externe roule sur l'alésage interne de l'enveloppe constituant le chemin de roulement concentrique, le diamètre interne de la couronne étant tel qu'il laisse subsister un entrefer approprié entre la paroi externe du noyau central ou stator et l'alésage de la couronne constituant le noyau excentré.

Cette solution rend inutile l'emploi d'un fourreau pour créer l'entrefer.

Selon une troisième variante, le noyau excentré constituant le rotor est un cylindre plein dont une paroi externe roule sur un alésage interne d'une enveloppe constituant le carter et supportant le bobinage statorique, un fourreau étant interposé entre ledit noyau et ledit carter pour former l'entrefer à respecter.

Bien entendu, le rapport entre le diamètre interne de l'enveloppe formé par le carter et le diamètre externe du noyau et, plus généralement, les formes des courbes de roulement de l'enveloppe ou du stator ainsi que les épaisseurs de noyau seront choisis en fonction des caractéristiques d'inertie à obtenir dans chaque position.

Selon une autre variante d'exécution visant à améliorer le rendement électrique du générateur, la partie active du noyau excentré ou partie roulante, est équipée d'aimants permanents dont le pas est identique à celui des bobinages du stator.

Selon une autre variante de réalisation visant à réduire les coûts et alléger le générateur, le chemin de roulement du noyau excentré est constitué par des bagues amagnétiques qui, interposées à chaque extrémité du stator, entre ledit noyau excentré et ledit stator, ont une épaisseur apte à constituer un entrefer.

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.

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.

D'autres caractéristiques apparaîtront au cours de la description qui va suivre en regard des dessins annexés sur lesquels
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
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
La figure 3 est une vue schématique en coupe
transversale d'un second mode d'exécution du
générateur selon l'invention
La figure 4 est une vue schématique en coupe
transversale d'un troisième mode d'exécution
d'un générateur selon l'invention
La figure 5 est une vue schématique en coupe
transversale d'une variante d'exécution du
générateur selon la figure 4
Les figures 6 et 7 sont des vues schématiques
en coupe transversale, correspondant à celles
des figures 2 et 5 mais dans lesquelles les
aimants permanents sont remplacés par des cavi
tés axiales
Les figures 8 à 10 sont des coupes transver
sales schématiques de générateurs de vibrations
dans lesquels les rotors suivent des trajec
toires ovales de manière à privilégier
l'amplitude des vibrations selon un axe déter miné
La figure 11 est une vue schématique d'un
vibrateur unidirectionnel réalisé par
l'association de plusieurs générateurs du type
de ceux représentés sur les figures 8 à 10 ;
La figure 12 est une coupe axiale schématique
d'un générateur de vibrations apte à engendrer
un couple de moment réglable.

Dans l'exemple représenté figures la et lb, le générateur de vibrations comprend - un carter cylindrique 1, d'axe central longitudinal O - un stator cylindrique 2 disposé à l'intérieur du carter 1, coaxialement à ce dernier - un rotor annulaire 3 monté librement dans l'espace intercalaire compris entre le carter 1 et le stator 2, et - 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.

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 O' balaye une surface cylindrique centrée sur l'axe O.

Bien entendu, le rayon r de cette surface cylindrique (qui constitue en fait l'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 T1 à T4 délimitant entre elles des épanouissements polaires N, S autour desquels sont bobinés des enroulements, non représentés.

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.

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 O'.

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 a la réalisation de l'entrefer.

Ces deux fonctions pourraient être assurées par deux bagues amagnétiques 40, 40' entourant seulement les extrémités du stator 2 et présentant une épaisseur correspondant 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.

La variante de réalisation représentée à la figure 2 diffère essentiellement de la précédente en ce que l'alésage 3a du noyau excentré 3 en forme de couronne et constituant 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 représentés) des pôles N, S du stator 2. Le déplacement desdits aimants en fonctionnement est représenté fictivement par les positions A', B', C', D', E', F' données à titre illustratif.

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 l'alésage interne la de l'enveloppe 1 constituant ainsi le chemin de roulement concentrique suivant un contact par une génératrice intérieure de cette dernière sur une génératrice extérieure de ladite couronne 3 (le diamètre interne "D" de la couronne 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").

L'exemple de réalisation représenté sur la figure 4 diffère essentiellement des précédents en ce que le noyau magnétisable excentré ou rotor est un cylindre plein 20 entraîné en déplacement circulaire selon un sens C3 par un champ tournant C4 ayant pour effet de faire rouler sa paroi externe 21 sur l'alésage interne 22 d'une enveloppe 23 constituant le carter par l'intermédiaire d'un four reau 25. Selon le présent exemple, l'enveloppe 23 présente des encoches axiales 24 délimitant des épanouissements polaires N, S, ici au nombre de quatre, et dans lesquels sont prévus des enroulements statoriques (non représentés) aptes à constituer des polarités Nord (N) et
Sud (S) alternées.L'alésage 22 de l'enveloppe 23, constituant à la fois le carter et le stator, forme donc un chemin de roulement concentrique 25a par l'intermédiaire du fourreau cylindrique 25 d'épaisseur égale à un entrefer ''el'' à obtenir.

La variante de réalisation représentée à la figure 5 diffère de la précédente en ce que la paroi externe 21 du rotor cylindrique plein 20, constituant une partie activée par le champ tournant, est équipée d'une pluralité d'aimants permanents G, H, I, J disposés radialement et de manière équidistante selon un pas identique à celui des bobinages (non représentés) des pôles N, S. Le déplacement desdits aimants en fonctionnement est représenté fictivement par les positions G', H', I', J' données à titre illustratif. On remarquera que dans le présent exemple, le nombre de pôles N, S choisi est de six.

Bien entendu, dans les exemples représentés figures 4 et 5, le fourreau 25 qui constitue à la fois un chemin de roulement et un entrefer, peut être éventuellement remplacé par deux bagues amagnétiques d'épaisseur égale à l'entrefer à obtenir et montées sur les deux extrémités de la surface interne de l'enveloppe 23.

Par ailleurs, il convient de préciser que dans les exemples représentés figures 2 et 5, les aimants permanents A à F et G à J, respectivement inclus dans le noyau excentré 3 en forme de couronne et dans le rotor cylindrique plein 20, peuvent être remplacés par des évidements axiaux respectivement 31 à 36 et 201 à 204 occupant sensiblement la même place et qui permettent de créer des polarités similaires (figures 6 et 7).

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.

Bien entendu, l'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 conséquence, des vibrations présentant des amplitudes maximales selon un axe privilégié.

Ce résultat peut être obtenu par exemple - en utilisant une structure du type de celle du générateur représenté sur la figure 3, mais dans laquelle le rotor annulaire, de forme cylindrique, roule sur l'alésage de section ovale de l'enveloppe en entourant le stator central 2 qui présente lui-même une forme ovale (figure 8) - en utilisant une structure du type de celle du générateur représenté sur la figure 4 dans laquelle le noyau magnétisable constituant un cylindre plein 20 roule sur l'alésage intérieur (chemin de roulement 25), de section ovale, de l'enveloppe 23 qui constitue à la fois le carter et le stator (figure 9) - en utilisant une structure du type de celle représentée figure 1, mais dans laquelle le rotor annulaire 3 qui roule par sa surface intérieure sur un stator central 2, de forme cylindrique, présente une section ovale (figure 10).

Avantageusement, les générateurs précédemment décrits peuvent être utilisés pour réaliser des appareils générateurs de vibrations unidirectionnels utilisant une ou plusieurs paires de générateurs, par exemple deux paires comme représenté sur la figure 11.

Dans cet exemple, le générateur fait intervenir deux paires de structure du type de celle représentée figure 8, 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 S1, S2 - S3, S4 d'une même paire présentent - des rotors 44, 45 - 46, 47 tournant, de façon synchrone, dans un même sens qui est opposé au sens de rota tion des rotors de l'autre paire, - un même plan de symétrie P1, P'1 - P2, P'2 passant par les grands axes de leurs noyaux centraux 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.

Selon cette disposition, les axes longitudinaux des noyaux 42, 43 - 40, 41 forment les arêtes d'un volume prismatique de section carrée.

I1 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.

Bien entendu, il serait possible d'engendrer, parallèlement 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.

L'amplitude des vibrations engendrées par l'appareil précédemment 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 12, 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 l'un à l'autre et mobiles l'un par rapport à l'autre.

Cette structure permet d'assurer un réglage de l'excentration du rotor 50 et donc de l'amplitude des vibrations engendrées, par un simple réglage de l'écartement des deux chemins de roulement tronconiques 53, 54.

Claims

Revendications

1. Générateur électromécanique de vibrations, caractérisé en ce qu'il comprend un corps (3) au moins partiellement réalisé en un matériau magnétisable et mobile le long d'au moins un élément de guidage (6) de manière à ce que son centre de gravité (O') puisse se déplacer selon un trajet incurvé autour d'un axe central de rotation (0), et des moyens électromagnétiques permettant d'engendrer un champ magnétique tournant apte à entraîner ledit corps (3) le long des éléments de guidage (6).

2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit trajet est circulaire.

3. Générateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un carter cylindrique creux formant une enveloppe (1), dans laquelle le susdit corps (3) est entraîné le long d'un chemin de roulement concentrique à l'enveloppe (1) par les susdits moyens électromagnétiques.

4. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les susdits moyens électromagnétiques comprennent un inducteur ou stator (2, 23) coaxial au carter et bobiné de manière à présenter des polarités (N, S) alternées.

5. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'inducteur est incorporé à l'enveloppe (23) du carter, et en ce que cette enveloppe comprend des encoches axiales (24) délimitant des épanouissements polaires (N, S) autour desquels sont bobinés des enroulements.

6. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les susdits moyens électromagnétiques consistent en un noyau central (2) autour duquel vient rouler ledit corps (3), et en ce que ce noyau (2) comprend des encoches (T1 à T4) axiales délimitant des épanouissements polaires autour desquels sont bobinés des enroulements.

7. Générateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le susdit corps (3) constituant le rotor forme une couronne suspendue par un alésage interne sur le stator formé par le noyau central (2 ) , par l'intermédiaire d'un fourreau cylindrique (4) d'épaisseur égale à un entrefer ("e") à respecter, la paroi externe dudit fourreau (4) constituant le chemin de roulement sur lequel roule l'alésage de ladite couronne.

8. Générateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le susdit corps (3) constituant le rotor forme une couronne dont une paroi externe (3b) roule sur l'alésage interne (la) de l'enveloppe (1), le diamètre interne ("D") de cette couronne étant déterminé de manière à laisser subsister un entrefer permanent ("e") entre la paroi externe (3a) du corps et l'alésage (2a) de ladite couronne.

9. Générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le susdit corps (20) constituant le rotor présente une forme cylindrique et est disposé à l'intérieur du carter, de manière à pouvoir rouler sur un fourreau (25) qui revêt au moins partiellement l'alésage interne de la susdite enveloppe (23) et qui joue à la fois le rôle de chemin de roulement et d'entrefer ("e").

10. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie active du susdit corps (3, 20) est équipée d'aimants permanents (A à F, G à J), dont le pas est identique à celui des bobinages du stator.

11. Générateur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la partie active du susdit corps (3, 20) comprend des évidements axiaux (31 à 36, 201 à 204), dont le pas est identique à celui des bobinages du stator.

12. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chemin de roulement du susdit corps est constitué par des bagues amagnétiques (40, 40') interposées, à chaque extrémité du stator (2), entre ledit corps (3) et ledit stator (2).

13. Générateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le susdit corps (3) roule sur deux disques (8, 9) respectivement disposés en bout du noyau central (2).

14. Générateur selon l'une des revendications 1 et 4 à 13, caractérisé en ce que le susdit trajet est ovale.

15. Générateur selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un stator central (2) de section ovale autour duquel roule un rotor annulaire (3).

16. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le noyau magnétisable constituant un cylindre plein (20) roule sur un alésage intérieur de section ovale de l'enveloppe (23) qui constitue le stator.

17. Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un rotor annulaire (3) de section ovale, qui roule par sa surface intérieure sur un stator central (2), de forme cylindrique.

18. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un rotor de forme cylindrique roulant, par ses deux extrémités (51, 52), sur deux chemins de roulement respectifs (53, 54) coaxiaux mobiles l'un par rapport à l'autre de manière à pouvoir régler leur écartement.

19. Dispositif permettant d'engendrer des vibrations unidirectionnelles, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux générateurs mutuellement solidaires et dont les rotors tournent en sens inverse.

20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend deux paires de générateurs selon 1 'une des revendications précédentes, axés parallèlement les uns aux autres et orientés dans un même sens, les deux structures d'une même paire présentant - des rotors (44, 45 - 46, 47) tournant, de façon synchrone, dans un même sens qui est opposé au sens de rotation des rotors de l'autre paire, - un même plan de symétrie (P1, P'1 - P2, P'2) passant par les grands axes de leurs noyaux centraux (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.