Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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L'invention se rapporte a un electro-aimant constitué
d'une bobine et d'un circuit magnetique comprenant un noyau fixe en
forme de U et une armature mobile ayant sensiblement la forme d'un
L associes l'un ~ l'autre par un systeme de pivotage réunissant
avec un certain entrefer une premiere branche du noyau a une pre-
miere branche de l'armature, les secondes branches du noyau et de
l'armature presentant des surfaces courbes venant en regard l'une
de l'autre dans une region entouree par la bobine.
De tels electro-aimants sont en particulier utilises dans
les relais d'automatisme d'un certain calibre où l'excitation de
la bobine est effectuee en courant continu.
On connait deja des electro-aimants, conformes a l!art
anterieur qui vient d'être decrit, dans lesquels les surfaces cour-
bes delimitant les surfaces polaires sont concentriques a l'axe de
rotation de l'armature.
Dans ces electro-aimants le couple est progressif et en
raison du fait que l'entrefer est constant en epaisseur, la compo-
sante tangentielle (qui genere d'ailleurs le couple) est relative-
ment faible en egard a la composante radiale des forces d'attrac-
20 tion magnetique.
Il en resulte un frottement excessif sur les paliers del'armature et une mise en vitesse si lente de l'armature que la
bobine doit generer des amperes-tours importants afin de vaincre
le couple resistant dû au ressort de rappel de l'armature.
De plus, on ne beneficie pas, même dans le cas le plus
favorable, d'une variation importante du couple au moment ou la
reaction des ressorts assurant la pression des contacts vient s'a-
jouter a la force du ressort de rappel.
Afin de reduire les amperes-tours de la bobine et par
30 suite de realiser une economie substantielle de cuivre et d'ener-
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gie, il est souhaitable que le couple d'appel de l'électro-aimant
presente une evolution rapide dans sa phase de depart suivie d'une
evolution moderee dans la phase d'approche et terminée par une
phase a evolution rapide au moment ou se realise l'accostage des
contacts et la mise en pression de leurs ressorts.
On utilise ainsi l'energie cinetique accumulee dans les
deux premieres etapes de la course pour franchir avec succes la
troisieme etape qui est celle qui necessite le plus d'energie,
notamment en raison de la possibilite de montage sur l'appareil de
contacts auxiliaires ou de dispositifs temporises dont l'interven-
tion se produit en certains endroits de la course de l'armature.
Selon l'invention, ce resultat est atteint grâce au fait
que la surface courbe de la seconde branche du noyau fixe est cons-
tituee par deux portions successives dont la seconde voisine de la
base du U est situee en regard d'un epanouissement polaire soli-
daire de la base, tandis que la seconde branche de l'armature est
constituee par deux portions successives dont la seconde, voisine
de l'extremite de cette branche, vient se placer dans une region
placee entre la seconde portion de surface du noyau et l'epanouis-
sement polaire, et que l'extremite de la seconde portion de l'ar-
mature presente une surface polaire placee transversalement par
rapport au sens de deplacement de l'armature pour former avec une
surface placee entre la seconde branche du noyau fixe et l'epa-
nouissement polaire un entrefer dont l'effet d'attraction devient
efficace lorsque la seconde portion de ladite armature est engagee
sensiblement dans la moitie de ladite region.
D'autres caracteristiques destinees a ameliorer et a
adapter la loi de variation du couple d'attraction en fonction de
l'angle de rotation de l'armature seront mieux comprises dans la
description suivante qui est accompagnee par les figures suivantes:
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La figure 1 represente une vue en elevation de l'electro-
aimant associe à ses principaux elements ,
La figure 2 illustre plus precisement les caracteristiques
géomêtriques du circuit magnetique ,
La figure 3 indi4ue des lois d'evolution de differents
types d'electro-aimant par rapport aux efforts resistants ,
La figure 4 montre comment on peut decomposer les forces
d'attraction exercées entre deux surfaces polaires situées en re-
gard.
En se reportant a la figure 1, on reconnait en 1 la bo-
bine d'excitation de l'électro-aimant présentée sous une forme sur-
moulée par une masse de matière plastique.
Le circuit magnetique est compose d'une part, du noyau
fixe 3 prenant la forme générale d'un U dont les branches sont re-
pérées par 5 et 7 tandis que la base est indiquée en 13 , d'autre
part le noyau fixe est associé a l'aide d'un pivot 4 a une arma-
ture mobile 2 prenant la forme générale d'un L dont les premieres
et secondes branches sont représentées par 6 respectivement 8.
A l'état de repos et dans la position de travail de l'e-
20 lectro-aimant les secondes branches 7 et 8 penetrent dans la region
intérieure 9 de la bobine 1.
Q Les surfaces courbes de la branche 7 et de la branche 8
ménagent entre elles un entrefer dont l'évolution, au cours du dé-
placement de l'armature, dépendra du rayon et du centre de courbure
de ces surfaces. La loi d'attraction sera donc elle-même fonction
de ces variables.
Si l'entrefer existant entre ces deux surfaces était
constant, la force d'attraction serait proportionnelle a la course
de l'armature ainsi que cela est represente sur la courbe EC de la
30 figure 3, dans ce cas les forces radiales sont trop elevees par
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rapport aux forces tangentielles.
Afin de vaincre dans des conditions avantageuses les for-
ces resistances CR, on preferera adopter une loi de variation de
la force semblable à celle illustree par la courbe EV.
On a ete amené dans ce but a décomposer en trois phases
successives les diverses forces d'attraction qui s'exercent sur
l'armature.
La surface courbe de la branche fixe 7 est par suite cons-
tituée de deux portions successives 10 (représentée par des hachu-
10 res) et 11 (représentee par des pointilles), la première portion
s'étendant depuis l'extrémité de la branche, jusqu'a la seconde
portion de surface 11 qui aboutit au voisinage de la base 13 du
noyau.
En regard de la surface 11 est disposée une troisieme
surface 15 appartenant a un epanouissement polaire 17 solidaire de
la base 13 i entre ces deux surfaces se trouve donc une région
vide repérée par l'espace 20.
La seconde branche 8 de l'armature peut être partagée en
deux portions 12 et 14 dont les fonctions ne sont pas identiques.
La premiere portion 12 est destinée a coopérer essentiel-
lement avec la surface 10 du noyau dans une premiere partie de sa
course qui se termine au moment o~ la seconde portion 14 (repré-
sentée par des hachures) va pénétrer dans l'espace 20.
A cet instant le phénomene d'attraction magnétique dû a
une importante variation d'entrefer est remplacé par un effet d'at-
traction magnétique comparable a celui d'un noyau plongeur et ceci
pendant une deuxieme partie de la course qui va amener la région
extrême 14 sensiblement au milieu de l'espace 20.
Comme cette portion extrême 14 présente une surface po-
laire 18 sensiblement transversale a la direction de déplacement F
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de l'armature, son rapprochement de la surface 19 constituant le
fond de l'espace 20 et comprise entre les surfaces 11 et 15 va être
à l'origine d'une attraction magnétique fortement tangentielle qui
va gouverner la troisieme partie de la course de l'armature.
L'évolution de la force tangentielle d'attraction visible
sur la courbe EV de la figure 3 correspond bien a la succession et
a la conjugaison des trois modes d'a~traction qui viennent d'être
décrits.
Lorsque l'armature 2 est dans sa position completement at-
10 tirée son extrémité 18 vient buter sur une fine lame de laiton des-
tinée a prévenir les phénomenes de rémanence, et la branche 8
n'est séparée de la surface 10 que par un faible entrefer d'épais-
seur constante.
Dans cette même position la branche d'un rateau isolant
21 solidaire de l'armature vient soulever l'extrémité 22 d'une
lame souple 23 portant un contact 24 qui s'ouvre par conséquent
lorsque la bobine est excitée.
Il faut remarquer que la disposition décrite ci-dessus
fait dépendre la loi de variation des efforts de l'armature en
20 fonction de ses déplacements, d'un certain nombre de parametresin-
dépendants dont il faut etudier les limites et preciser les va-
leurs afin d'obtenir le meilleur resultat recherche qui depend
principalement de l'energie que l'on veut consacrer a la bobine et
de la somme des efforts resistants. Dans le cadre du probleme que
se propose de resoudre l'invention, il faut noter le fait que
l'electro-aimant sera appele a actionner des contacts ou des dis-
positifs de temporisation pneumatique additionnels dont les efforts
resistants interviennent pour diverses positions de l'armature.
La variation des divers entrefers lors du deplacement de
30 l'armature depend de la position du centre de rotation de celle-ci
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du rayon de courbure des surfaces en regard et de la position du
centre de courbure de ces surfaces. Si l'on se reporte à la figure
2 qui représente le circuit magnétique dans son état de repos, on
a représenté par 0 le centre de rotation de l'armature par XX' l'a-
xe de la bobine 1, par PP' la trace d'un plan perpendiculaire à XX'
passant par l'axe 0 et par TT' la trace d'un plan passant par l'axe
0 parallèlement à XX'.
Ces traces PP' et TT' définissent quatre cadrans ql, q2,
q3, q4. Si C1 est le centre de courbure de la portion de surface 10
10 on se rend compte que sa position ne peut être située que dans l'un
des cadrans ql ou q2 ; car si (C1) était situé dans l'un des qua-
drants 93 ou 94, il y aurait une impossibilité mécanique de mouve-
ment de l'armature par rapport au noyau.
Lorsque C1 est placé dans le premier cadran, on assiste à
une variation de l'entrefer placé entre la surface 10 et la branche
mobile 8 qui se traduit par une force tangentielle Ft (c'est-à-
dire dans le sens de la flèche F) élevée par rapport à la force ra-
diale Fr (dirigée vers le centre de rotation) en particulier voir
la figure 4.
D'autre part, si l'on veut que les conditions de satura-
tion magnétiques du pied de la branche 7 soient comparables à cel-
les du pied de l'épanouissement polaire 17, et que la totalité de
la longueur de la branche 7 soit utilisée, il faut que la surface
courbe 10 passe par les points B et A, B étant défini comme un
point voisin de l'axe XX' situé dans l'espace 20 défini plus haut
et A étant un point voisin de l'extrémité de la branche 7, par
conséquent également voisin de l'arête qui limite le logement 9 de
la bobine. Le centre de courbure C1 sera par suite également voi-
sin de la médiatrice du segment A, B.
Des expériences nombreuses ont permis de constater par
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ailleurs que l'allure de la courbe de force recherchee était obte-
nue lorsque le rayon de courbure de la surface 10 etait compris en-
tre 1, 3 fois et 2 fois la valeur de la distance R séparant le
point A du centre de rotation 0. En effet, si ce rayon de courbure
est trop faible, la variation de l'entrefer se traduit par une va-
leur de la composante radiale trop élevee par rapport à la compo-
sante tangentielle. Si au contraire le rayon de courbure est trop
grand, l'entrefer est trop important et l'accroissement des fuites
magnétiques détériore le rendement.
Si le rayon de courbure de la surface 10 etait situe
dans le quadrant 92, llentrefer aurait tendance à augmenter au
cours de la rotation de l'armature.
Cet effet a ete toutefois choisi pour les surfaces 11 de
la branche 7 et 15 de l'épanouissement polaire 17 pour obtenir une
allure quasi constante de la force d'attraction correspondant à la
rotation comprise entre environ 3 et 8 sur la figure 3.
Le rayon de courbure de la surface 11 aboutissant à c2 a
été choisi plus petit que le rayon de courbure de la surface 15
aboutissant a C3 pour faire que la composante radiale dûe à l'en-
20 trefer placé entre la portion 14 de l'armature et la surface 15 del'épanouissement polaire vienne soulager le pivot 4 placé au cen-
tre de rotation 0.
Compte tenu des nécessités de passage de la portion 14
dans l'espace 20, les centre C3, C2 des rayons de courbure sont
voisins d'une droite passant par les points 0 et B.
L'importance attribuée à l'attraction purement tangen-
tielle dûe a la variation de l'entrefer present entre les surfaces
18 et 19 a amene à donner à celles-ci des valeurs voisines de la
valeur des sections du pied de la branche 7. Par suite si S repre-
30 sente la section maximum de la branche 8 de l'armature penetrant
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dans l'ouverture 9 de la bobine, il en resulte que la section sldu pied de la branche 7, la surface s2 de la surface polaire 19 et
la section s3 du pied de l'epanouissement polaire 17 sont sensible-
ment egales chacune au tiers de la section s.
La portion de surface de l'extremite 14 de la branche 8
de la nature, situee en regard de la surface 11 presente une allure
semblable a celle-ci ; toutefois, pour permettre son introduction
aisee dans le logement 20 on a ete amene a lui donner un rayon de
courbure plus elevé.
Dans le mode de réalisation avantageux qui est décrit,
l'une des données fixée a l'origine est que le centre de rotation 0
soit contenu dans un plan PP' perpendiculaire a l'axe XX' et pas-
sant au voisinage du centre Jr~ de la bobine 1 ; cette donnée n'est
pas en réalité fixée arbitrairement car elle se traduit par le
fait que les dimensions de l'ouverture 9 de la bobine présentent
un rapport de la longueur a la section transversale qui est opti-
mum pour un déplacement angulaire donné de l'armature.
Les mesures décrites pourraient faire l'objet de modifi-
cations sans toutefois sortir du cadre de l'objet de l'invention ,
c'est ainsi que l'on pourrait remplacer les surfaces courbes par
des portions de plans. Ces réalisations pourraient éventuellement
présenter un intérêt de fabrication qui se traduirait par contre
par une altération des performances.
