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~27g~S73
La pr~sente in~ention concerne un
~lectro-aimant ~ courant continu ~ mouvement de
translation.
On sait que pour un ~lectro-aimant
donn~, ~ courant continu. il existe une distance
optimum d'entrefer pour laquelle le produit de la force
d~attraction ~ cette distance par la course restant
parcourir est maximum.
En effetl quand cette distance
diminue~ la force d'attraction ne tend pas vers
17infini~ compte tenu des effets de la saturati~n
magn~tique et de la pr~sence d~entre~ers r~siduels ou
antir~manents, et le produit diminue pour tendre vers
z~ron Et d'autre part~ quand cette distance augmente,
la force d~attraction diminue ~ensiblement comme le
carr~ de la course et le produit diminue ~galement. Dn
constate exp~rimentalement que cet entrefer optimum est
voisin du dixi~me de la racine carr~e de la surface de
l'entrefer.
La r~alisation de cet entrefer
optimum pour vaincre un travail m~canique r~sistant tel
que celui des contacts d~un relais, conduit en g~n~ral
augmenter la surface d~entrefer par rappurt ~ la
~ection de fer, par exemple en disposant à l~extr~mit~
d~un noyau un ~panouissement polaire dont la surface
est double de celle du fer.
5imultan~ment~ on peut utiliser une
amplification par rotation en faisant pivoter
l~armature sur une extr~mit~ d~une branche d~un U dont
l autre branche porte la bobine. ~insi, la cDurse de
fermeture de l'entrefer peut ~tre plu5 petite que le
d~placement utile communi~u~ par l'~lectro-aimant~ par
exemple aux contacts d7un relais.
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Si toutefois il est n~cessaire que
l~armature ait un mouvement de translation~ par exemple
pour commander directement des contacts a double
coupure dans des contacteurs~ on ne peut plus utiliser
l~artifice de 1 7 amplification par rotation. On pourrait
envisager d~utiliser un noyau plongeur mais cette
disposition s~accompagne d~une r~luctance de
coulissement non n~gligeable. On est donc contraint de
recourir à une configuration à deux entrefers en serie
tarmature plane en face d~un U ou d~un E~ ou armature
en U ou en E en face d~une culasse de m~me forme).
Or avec deux entrefers en s~rie,
pour retrouver les m~mes caract~ristiques ~r~luctance~
inductions~ flux~ forces) qu~avec un seul entrefer~ il
est n~cessaire de doubler la surface de chaque entrefer
~r~luctance totale d~entrefers inchang~e, flux inchang~
donnant deux forces ~gales chacune à la moiti~ de la
force pr~c~dente).
Pour retrouver les effets du
doublement de la surface d~un entrefer unique il
faudrait alors deux ~panouissements de chacun quatre
fois la section de fer. Non seulement les circuits
identiques en E ou en U se faisant face ne seront plus
utilisables~ mais m~me avec une armature planel
l~encombrement devient p~ohibitif et les flux de fuite
sont importants.
Pour r~soudre ce probl~me~ on a
propos~ d~avoir des surfaces d~entrefer non planes~ en
di~dre. ~ais on ne peut aller au-del~ de l~uivalent
du douhlement des surfaces. Et cela pose des probl~mes
de guidage. Dans le FR-~-2 522 871, un des entrefers
est à recouvrement~ donc à faible r~luctance~ mais les
surfaces correspondantes doivent ~tre recouvertes d~une
mati~re plastique telle que du polyt~trafluor~thyl~ne~
ce qui rend la r~alisation d~licate et on~reuse sans
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~liminer les risques d7usure et de coïncement.
La pr~sente invention a ~insi pour
but de proposer une structure d7~lectro-aimant ~
courant continu à mouvement de tran61ation permettant
d'avoir deux entrefers en s~rie ayant chacun une
surface jusqu~à dix fois sup~rieure ~ la section de
fer~ de fa~on ~ retrouver les conditions optimales
d~un entrefer unique a ~panouissement important et
amplification par rotation~ malgr~ un encombrement
restreint et une r~alisation peu on~reuse.
L'inventiDn vise ainsi un ~lectro -
aimant à courant continu à mouvement de translation~
comprenant un premier et un second ~quipages
magn~tiques mobiles l~un par rapport ~ 17autre, et un
bobinage bobin~ sur une carcasse de bobine entourant un
noyau qui appartient au premier ~quipage et dont une
premi~re extr~mit~ est munie d~un ~panouissement
polaire faisant face ~ une premi~re r~gion du deuxi~me
4quipage en d~finissant ainsi un premier entrefer-
grande surface.
Suivant l~invention, l~lectro
aimant est caract~ris~ en ce que la deuxi~me extr~mit~
du noyau est prolong~e au-delà de la carcasse de bobine
et est munie d~un deuxi~me ~panouissement polaire, et
25- en ce que le deuxi~me ~quipage magn~tique pr~sente une
deuxi~me r~gion engag~e entre la carcasse de bobine et
le deuxi~me ~panouissement polaire en d~finissant ainsi
avec ce dernier un deuxi~me entrefer à grande surface
dispos~ magn~tiquement en s~rie avec le premier
entrefer et se fermant en simultan~ït~ avec lui.
~insi, chacun des deux entrefers en
s~rie se trouve à l'une des extr~mit~s axiales de la
bobine et peut donc avoir une tr~s grande surface sans
que l~encDmbrement de l~lectrD-aimant dans le plan
perpendiculaire à l~axe de la bo~ine en soit affect~.
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Quant à l'encombrement dans le sens de l'axe de la bobine, :il est
à peine accru par la présence du second entrefer.
L'invention vise un elec-tro-aiman-t a courant continu à
mouvement de translation, à fonctionnement monostable, comprenant
un premier et un second équipages magnétiques, mobiles l'un par
rapport à l'autre, et un bobinage bobiné sur une carcasse de
bobine entourant un noyau qui appartient au premier équipage et
dont une première extrémité est munie d'un épanouissement polaire
faisant face à une première région du deuxième équipage en
définissant ainsi un premier entrefer à grande surface,
caractérisé en ce qu'une deuxième extrémité du noyau est prolongée
au-delà de la carcasse de bobine et est munie d'un deuxième
épanouissement polaire, et en ce que le deuxiéme équipage
magnétique présente une deuxième région engagée entre la carcasse
de bobine et le deuxième épanouissement polaire en définissant
ainsi avec ce dernier un deuxième entrefer à grande surface
disposé magnétiquement en série avec le premier entrefer et se
fermant en simultanéité avec lui.
D'autres particularités et avantages de l'invention
ressortiront encore de la description ci-aprés.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non
limitatifs:
la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un
électro-aimant selon l'invention, selon la ligne I-I de la figure
2;
la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de
la figure l;
~`
~27~L~;i73
20155-414
- 4a -
la figure 3 est une vue en coupe partielle selon la ligne
III-III de la figure 2;
la figure 4 est une vue similaire à la figure 1 concernant
une variante de réalisation; et
la figure 5 est une vue similaire à la figure 3 concernant la
même variante de réalisation.
L'électro-aimant représenté aux figures 1 à 3 comprend
un bobinage 1 bobiné autour d'une carcasse de bobine 2, cette
carcasse étant en matière plastique isolante. On appelle bobine
l'ensemble du bobinage 1 et de sa carcasse 2.
La carcasse 2 entoure un noyau magnétique 3 appartenant
à un premier équipage magnétique, qui est fixe dans l'exemple.
Une première extrémité 3a du noyau 3 est munie d'un
épanouissement polaire adjacent à une face externe d'une joue 2a
de la carcasse 2. Cet épanouissement est réalisé à l'aide d'une
pièce polaire 4 emmanchée fixement sur l'extrémité 3a contre un
épaulement du noyau 3.
B
12'~ 3
Comme le montre la figure 25 les
joues 2a et ~b ~seule la joue 2a est visible~ ~e la
carcasse ~ ont une forme 94n~rale rectangulaire et
l~panouissement 4 a une forme rectangulaire dont la
S longueur et la largeur sont voisines de oel 1 es des
joues ~a et 2b.
L~lectro--aimant comprend en outre
un ~;econd ~cluipage magnétique7 mobile dans l~e~cemple~
qui comprend deux armatures magnétiques 5 et 6
disposées sym~triquement de part et d~autre de l~axe de
la bobine.
Ci~aque armature 5~ 6 comprend une
r~gion centrale plane 5b~ 6b dispos~e à cP,t~ de la
bobine~ parallèlement ~ son axe, et guidée en
translation parall~?le audit axe entre deux paires
d~ergots 2c port~es chacune par l~une des ioues ~2a~ 2b.
Les deux r~gions centrales 5b~ 6b sont dispo~ées de
part et d'autre de la bobine5 parallèlement l~une
l~autre.
~ 17 extr4mit~ de la r~gion centrale
5b~ 6b qui est adjacente a l~panouissement 4~ les
armatures 5~ 6 sont cambr~es à angle drait l~une vers
l~autre pour former chacune une premiè~e région
d~entrefer 5a~ 6a qui fait 1Face 3~ panouissement 4 du
cat~ OppO51~ ~ la joue 2a. Les r~gions 5a" 6a des
armatures 5, 6 forment ainsi avec l~panouissement 4 un
premier entrefer variable el à grande surface t4/5a.
6a). L~appui des régions 5a, 6a sur l~épanouissement 4
c~est--à--dire la fermeture du premier entrefer5
d~termine l~une des extr~mit~s du mouvement de
translation des armatures 5~ 6.
Les armatu~es 55 6 sont fix~es l~une
l~autre par un support 7 en mati~re plastique dans
lequel sont mont~s les contacts mobiles 13 d~un
conta.cteur dont l~lectro--aimant constitue 1~ ment
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mateur. Les cont~cts mobiles 13 sont sollicit~s contre
un appui de but~e 14 par des ressorts 16~ Pour la
fixation des armatures 5~ ~ au support 7~ chaque r~gion
5a~ ~a est retenue contre la face inf~rieure du support
7 entre deux glissi~res 7a pr~vues sur deux bords
oppos~s de ce dernier. ~insi, apr~s montage de la
bobine et du pre~ier ~quipage magn~tique~ ainsi que du
support de contacts mobiles et du support de contac$s
fixes (seuls les contacts fixes sont repr~sent~s en
trait mixte sous la r~f~rence 17~ il est possible de
monter les deux armatures 5~ 6 en les introduisant
lat~ralement, de part et d'autre de la bobine~ dans
leurs paires de glissi~res 7a respectives.
En position mont~e, les armatures 5
et ~ sont en but~e l'une contre l'autre par l'extr~mit~
libre de leur r~gion 5a, 6a~ Celles-ci d~finissent
cependant entre elles un aiour circulaire 5d
positionnant l'extr~mit~ large d'un ressort h~licoïdal
de compression conique 8 mont~ entre la face inf~rieure
du suppurt 7 et l'extr~mit~ 3a du noyau 3 qui appara~t
par le trou d'emmanchement de la piece polaire 4.
Suivant l'invention la deuxi~me
extr~mit~ 3b du noyau 3 est prolong~e au-dela de la
carcas~e de bobine 2 et est munie, ~ une certaine
distance au-delà de la joue 7b~ d~un deuxi~me
~panouissement polaire r~alis~ au moyen d7une pi~ce
polaire 9 pr~sentant un trou central 9a par lequel elle
est engag~e et sertie autour de l'extr~mit~ 3b~ en
appui contre ~n ~paulement 3c du noyau~ L'~panouis-
sement 9 a une forme g~n~rale rectangulaire dont la
longueur et la largeur sont sensi~lement ~gales aux
dimensions correspondantes de l'~quipage mobile~ Pour
assurer la constance radiale de la section de fer au
passage du noyau 3 a la pi~ce polaire 9~ une rondelle
de fer 10 est sertie sur l'extr~mit~ 3b contre la pi~ce
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polaire du c~t~ OppO5~ ~ la bobine 1, 2.
Selon une autre particularit~
importante de l~invention~ ~ l'extr~it~ de leur r~gion
centrale 5b~ 6b~ qui est adjacente ~ l~extr~mit~ 3b du
noyau~ les armatures 5~ 6 sont cambr~es une seconde
foi 5 1 ~ une vers l~autre ~ 90 pour former une deuxi~me
r~gion d~entrefer 5c~ 6c engag~e entre la ioue 2b et
l?~panouissement 9~ pour former un deuxi~me entrefer
variable e2 ~9/5c~ 6c) dispos~ magn~tiquement en s~rie
avec le premier el. Dans la position extr~me dans
laquelle le premier entrefer el est ferm~. le second
entrefer e2 est ~galement ferm~. ~ans l~exemple
repr~sent~, les contacts mobiles 13 sont alors
appliqu~s sur les contacts fixes 17 avec une force qui
est d~termin~e par les ressorts 16.
Lorsque le bobinage 1 n~est pas
excit~ les armatures 5~ 6 sont ramen~es par le re~sort
8 ~ans la position extr~me repr~sent~e aux figures~
dans laquelle leurs r~gions 5c~ 6c sont en but~e contre
la ioue 2b de la carcasse 2.
Comme le premier entre~er el, le
second entrefer e2 a une surface remarquablement large,
par exemple de cinq à dix fois la section de fer du
circuit magn~tique~ c'est-a-dire la section du noyau 3
ou encore la somme des sections des r~gions centrales
5b et 6b des armatures 5 et 6 qui sont ma~n~tiquement
en pAra~ e. Le~ deux entrefers ont de pr~f~rence une
surface ~gale.
Un manchon 11 en cuivre ou en
laiton~ L~est-~-dire en mati~re non magn~tique mais
~lectriquement conductrice~ est emmanch~ sur le noyau
entre le deuxi~me ~panauissement polaire 9 et la joue
adjacente 2b de la carcasse de babine~ Le manchon 11 a
plusieurs r~les. D~une part il fixe l~cartement axial
entre l~panouissement polaire 9 et la carcasse de
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bobine ~ ~'autre part~ son diam~tre ext~rieur est
voisin du diam~tre int~rieur d~un orifice 5e que
d~finissent ensemble les extr~mit~s dirig~es l'une vers
17autre des r~gions 5c et 6c. ~insi l'orifice 5e
coop~re avec le manchon 11 pour compl~ter le guidage en
translation des armatures 5 et 6 tout en r~servant
entre elles et le noyau 3 un entrefer ~ ~cartement fixe
e3 qui minimise les fuites magn~tiques~
De plus le manchon ~1 joue le role
d'une bague de retard diminuant la surtension provoqu~e
par une coupure brusque de l'alimentation du bobi-
nage 1.
Du cot~ de la joue ~b, le manchon 11
pr~sente une collerette lla qui soutient m~caniquement
la ioue 2b, ~vitant que, au fil du temps~ la joue 2b ne
se d~forme sous la pression du bobinage 1 et fasse dimi-
nuer l'~cartement maximal possible de l'entrefer e2.
On notera encore qu'il est r~serv~
entre la tranche de la pi~ce polaire 4 et la r~gion
centrale 5b ou 6b de chaque armature 5~ 6 un entrefer
e4, d~cartement constant~ qui minimise les fuites
magn~tiques inutiles entre la pi~ce polaire 4 et chaque
armature 5, 6a
L'invention permet de donner ~
chaque entrefer variable une surface d'environ dix fois
celle de la section de fer du noyau 3~ ce qui est
magn~tiquement ~quivalent ~ un circuit magn~tique qui
ne comporterait qu'un seul entre~er ayant une surface
cinq fois plu5 grande que celle du noyau ou encore à un
circuit magn~tique ayant un entre~er unique dont la
surface est 215 fois sup~rieure ~ celle de la section
du noyau en combinaison avec une amplification doublant
la course utile au moyen d'une rotation.
Bien entendu, 5i la surface
d'entrefer ainsi procur~e est excessive7 il est facile
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de la dimirtuer. On peut donc arriver ~ choisir une
surface d entrefer optimum. Il ne sert en effet a rien
d?augmenter exag~r~ment la surface d~entrefer car alors
la r~luctance du fer devient voisine de celle des
entrefers ~ circuit ouvert~ et" d~autre part, la force
~ circuit ~agn~tique ferm~ diminue au point d~entralner
des di4ficult~s ~ comprimer les ressorts des contacts
de puissance~
Moyennant suppression du manrhon 11
le noyau peut ~tre coulissant dans la carcasse de
bDbine~ les pi~ces telles que 5 et b ~tant fix~es
contre la joue 2c de la ~arcasse de bobine.
Les figures 4 et 5~ homolog~les
simplifi~s des figures I et 3 d~crites en d~tail ci-
lS avant~ illu~trent cette variante de r~alisation. ~ans
ce cas l~quipage magn~tique 5~ 6 constitue l'~quipage
fixe et est maintenu avec la bobine ly 2 dans un
boltier 35 tandis que l~quipage 3~ 4 constitue
l~quipage mobile.
~insi le noyau 3 est mont~ ~
coulisse dans l~al~sage 32 de la carcasse de bobine 2
tandis qu~un ressort de rappel 28 de l~quipage mobile
3~ 4 est emmanch~ sur le noyau 3 entre le deuxi~me
~panouissement polaire ~ et la joue adiacente 2b
appartenant a la carcasse de bobine 2.
Par ailleurs~ par analogie de
fonctionnement avec la forme de r~alisation pr~f~r~e
d~crite ci-avant~ le premier ~p2nouissement polaire 4
est cambr~ sensiblement a angle droit du cot~ oppos~ au
second ~panouissement polaire 9 et de part et d7autre
de la pi~ce isolante 7 portant les contacts mobiles 13~
pour former des r~gions 4b solidaires en d~placement de
la pi~ce isolante 7 tandis que naturellement~ celle-ci
a ~t~ d~solidaris~e de la r~gion 5a5 6a de l~quipage
fixe 5, ~-
127~i73
~ien entendu~ l'inventian n'est pas
limit~e aux exemples d~crits et repr~sent~s, et de
nombreux am~nagements peuvent ~tre apport~s ~ ces
exemples sans sortir du cadre de l~invention.
Si l~on se contente d~entre~ers
ayant une ~urface cinq ~ois plus grande que 1A section
du noyau~ il est possible de supprimer l~une des
armatures 5 et 6~
Il serait ~galement possible de ne
pr~voir qu'une seule armature sans r~duire les sur~aces
d~entrefer ~ condition de pr~voir dans l~une des
r~gions d~entrefer de cette armature un trou pnur le
pas~age du prolongement du noyau qui porte la pi~ce
polaire telle que 9.
Le noyau peut avoir une section
rectangul ire, et par exemple ~tre constitu~ d~un
empilage de toles d~cuupees, ou encore de deux t~les
cambr~2s ~ angle droit en directions oppos~es au-del~
de cha~ue extr~mit~ de la bobine de 4a~on a r~aliser
d~un seul tenant le noyau et ses deux ~panouissements
polaires.
