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CA 02273677 2007-07-31
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AGITATEUR A ENTRAINEMENT MAGNETIQUE
L'invention a trait à un agitateur à entraînement
magnétique.
Des agitateurs sont classiquement utilisés pour brasser un
mélange situé à l'intérieur d'un récipient afin d'éviter une
décantation ou tout autre altération du mélange au cours du temps.
Un agitateur à entraînement magnétique présente l'avantage que la
mise en mouvement de l'hélice qu'il comprend est réalisée par un
couplage magnétique qui a lieu sans contact physique entre deux
parties tournantes, telles que l'arbre de sortie d'un moteur
électrique et l'hélice qui lui est associée. Ceci permet de
disposer cet arbre à l'extérieur du récipient alors que l'hélice
est installée à l'intérieur du récipient. Tout danger de fuite au
niveau de l'agitateur peut ainsi être écarté. Ceci est
particulièrement utile lorsque le mélange est toxique ou lorsque
une pollution de celui-ci par des agents extérieurs doit être
évitée, comme, par exemple, dans le cas d'une composition
médicamenteuse.
Dans les dispositifs connus, cette absence de lien mécanique
entre l'arbre d'entraînement et l'hélice peut conduire à des
erreurs de manipulation ou à des blocages qui ne peuvent pas être
décelés avant une vidange complète du récipient. Ainsi, un
opérateur peut oublier d'installer l'hélice à l'intérieur du
récipient alors que l'arbre de mise en mouvement de l'hélice
tourne normalement et que l'on peut être amené à croire que
l'agitateur remplit sa fonction. Un mélange pouvant être brassé
pendant une durée relativement longue, de l'ordre de plusieurs
jours, voire de plusieurs semaines, si l'on se rend compte de cet
oubli au terme de la manipulation, de nombreuses heures de travail
sont perdues ainsi que le produit à forte valeur ajoutée. De la
même manière, il peut arriver qu'une hélice se coince, notamment
du fait de l'inhomogénéité du mélange contenu dans le récipient.
Un tel coincement n'est pas détecté par un coincement
correspondant de l'arbre puisque celui-ci n'est pas lié
mécaniquement à l'hélice.
Pour obvier aux problèmes ci-dessus, on pourrait envisager
d'installer un capteur, par exemple capacitif, dans le voisinage
de l'agitateur. L'installation de ce capteur nécessiterait la
réalisation d'un perçage supplémentaire dans la paroi du
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récipient, ce qui augmenterait les risques de fuite et de
mauvais nettoyage et nécessiterait des opérations de mise en
place précises pour le réglage de ce capteur par rapport à
l'hélice à l'intérieur du récipient, c'est-à-dire dans une
zone d'accès réduit. Ceci résulterait dans un sur-coût du
dispositif.
C'est à ces inconvénients qu'entend plus
particulièrement remédier l'invention en proposant un
agitateur à entraînement magnétique dans lequel un défaut de
rotation de l'hélice peut être détecté immédiatement sans
qu'il soit nécessaire de réaliser de perçages supplémentaires
dans la paroi du récipient.
Dans cet esprit, l'invention concerne un agitateur à
entraînement magnétique pour un mélange situé dans un
récipient, cet agitateur étant supporté par une bride, montée
de façon étanche dans une paroi du récipient et pourvue d'un
manchon borgne à l'intérieur duquel est logé un arbre
d'entraînement muni d'un premier moyen de couplage magnétique,
alors qu'une hélice disposée autour de ce manchon est pourvue
d'un second moyen de couplage magnétique apte à coopérer avec
le premier moyen de couplage magnétique pour l'entraînement de
l'hélice autour d'un axe de rotation. Cet agitateur est
caractérisé en ce que l'hélice est solidaire d'un troisième
moyen de couplage magnétique, comprenant au moins un aimant
permanent et disposé en regard d'une cellule de détection du
passage du troisième moyen de couplage, cette cellule étant
portée par la bride.
Grâce à l'invention, la coopération du troisième moyen
de couplage magnétique et de la cellule permet de détecter les
mouvements de rotation effectifs de l'hélice et, a contrario,
une absence de l'hélice ou son blocage. Comme la cellule est
portée par la bride, elle peut être pré-montée sur celle-ci
avant la mise en place de la bride dans l'orifice
correspondant du récipient, de sorte que le positionnement de
l'hélice par rapport à la cellule peut être réglé avec
précision, dans des conditions optimales pour un opérateur.
Aucun perçage supplémentaire n'est nécessaire pour la mise en
place de la cellule de détection, ce qui est un facteur de
sécurité pour l'étanchéité du récipient.
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L'invention va à l'encontre d'un préjugé commun dans le
domaine des agitateurs magnétiques selon lequel l'intensité du
champ magnétique utilisé pour l'entraînement en rotation de
l'hélice, c'est-à-dire du champ magnétique intense régnant
entre les premier et second moyens de couplage magnétique,
serait de nature à perturber les mesures effectuées grâce à un
champ magnétique au voisinage de ces moyens de couplage. En
fait, il a pu être déterminé expérimentalement que le champ
magnétique régnant entre les premier et second moyens de
couplage magnétique est fermé au niveau de ces moyens, de
sorte qu'il ne perturbe pas le couplage réalisé entre le
troisième moyen de couplage magnétique et la cellule de
détection, et ce, y compris dans le cas ou ce troisième moyen
de couplage est disposé à proximité immédiate des premier et
second moyens de couplage. L'aimant permanent du troisième
moyen de couplage magnétique est de dimensions et de coût
restreints, de sorte qu'il ne risque pas de déséquilibrer
l'hélice ou de grever les performances économiques du
dispositif.
Selon un autre aspect avantageux de l'invention,
l'entrefer entre le troisième moyen de couplage et la cellule
de détection est globalement perpendiculaire à l'axe de
rotation de l'hélice. Cet aspect de l'invention limite très
sensiblement les interférences entre le champ magnétique
d'entraînement, créé entre les premier et second moyens de
couplage magnétique, et le champ magnétique de détection ou de
mesure, créé entre le troisième moyen de couplage et la
cellule.
Dans ce cas, on peut prévoir que les premier et second
moyens de couplage forment un champ magnétique s'étendant
selon une direction essentiellement radiale autour de l'axe de
rotation de l'hélice, le champ magnétique créé entre le
troisième moyen de couplage et la cellule de détection étant
globalement parallèle à cet axe de rotation.
En particulier, les second et troisième moyens de
couplage peuvent être montés sur un fourreau placé autour du
manchon borgne, le troisième moyen de couplage étant orienté
vers la
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cellule de détection.
Selon un autre aspect avantageux de l'invention, les
premier et second moyens de couplage magnétique comprennent
chacun au moins un aimant permanent dont la direction de
polarisation est orientée radialement par rapport au manchon.
Dans ce cas, et lorsque le troisième moyen de couplage comprend
un aimant permanent, l'aimant du troisième moyen de couplage
magnétique est disposé de telle sorte que sa direction de
polarisation est globalement perpendiculaire à la direction de
polarisation des aimants des premier et second moyens de
couplage.
Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le signal
de sortie de la cellule de détection est fourni à une unité de
traitement apte à déterminer, par le calcul, à partir de ce
signal, la vitesse de rotation de l'hélice. Ainsi, le disposi-
tif de l'invention permet de remplir à la fois une fonction de
contrôle de la rotation effective de l'hélice et de tachymètre.
Selon un autre aspect avantageux de l'invention, la bride
comprend un logement borgne de réception de la cellule de
détection, l'ouverture de ce logement étant tournée vers
l'extérieur de la bride. Cet aspect de l'invention garantit que
la cellule de détection ne peut en aucun cas être en contact
direct avec le mélange contenu dans le récipient, ce qui évite
tout risque de pollution du mélange ou de souillure de la
cellule.
Selon un autre aspect avantageux de l'invention, l'hélice
comprend plusieurs pales réparties autour d'un fourreau et une
tête munie de plusieurs branches soutenant ce fourreau, un
espace annulaire étant ménagé entre les branches et une partie
terminale du manchon formant palier. Cet espace annulaire
facilite le nettoyage de l'hélice montée sur le manchon borgne.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de
celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la
description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un
agitateur à entraînement magnétique conforme à son principe,
donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux
dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique de
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principe d'un récipient pour mélanges équipé d'un agitateur
conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue à plus grande échelle du
détail II de la figure 1, l'agitateur étant représenté en
5 coupe.
A la figure 1, un récipient 1 est formé d'une cuve 2 dans
laquelle est disposé un mélange 3 alors qu'un couvercle 4 est
prévu pour obturer une ouverture supérieure de la cuve. Dans la
paroi de fond 2a de la cuve 2 est disposée une bride 5 en
matériau amagnétique supportant un agitateur magnétique
comprenant un moteur électrique d'entraînement 6, situé à
l'extérieur de la cuve 2, et une hélice 7, disposée à l'inté-
rieur de la cuve dans le mélange 3. La mise en rotation de
l'hélice 7 par le moteur électrique 6 résulte dans un déplace-
ment de ses pales 8 autour d'un axe de rotation X-X', ce qui a
pour effet de brasser le mélange 3.
Un renvoi d'angle 9 est disposé à la sortie du moteur 6 et
son arbre de sortie est constitué par un arbre 10 partiellement
visible à la figure 2. Cet arbre 10 est rendu solidaire d'un
arbre creux 11 au moyen d'une vis de fixation 12. Il serait
également possible de monter le moteur 6 en prise directe sur
un arbre 10, l'utilisation d'un renvoi d'angle n'étant pas
_ indispensable.
L'arbre creux 11 porte deux rangées d'aimants permanents
13 régulièrement répartis à la périphérie de l'arbre 11. La
polarité Nord-Sud des aimants 13 est dirigée selon des direc-
tion Y-Y' ou Y-Y" globalement perpendiculaires à l'axe X-X'.
Ainsi, la mise en rotation de l'arbre 10 par le moteur 6
résulte dans une mise en rotation des aimants 13 autour de
l'axe X-X' alors que leurs lignes de polarité respectives sont
orientées perpendiculairement par rapport à cet axe.
La bride 5 est montée sur la paroi 2a de la cuve 2 par un
cordon de soudure 14, de sorte que l'assemblage ainsi réalisé
est étanche. La bride 5 est conformée en un manchon 15 dont
l'extrémité est obturée par une plaque 16 soudée sur le manchon
15. Ainsi, l'assemblage entre le manchon 15 et la plaque 16 est
étanche. Compte tenu de la fixation de la plaque 16 sur le
manchon 15, celui-ci est borgne en ce sens qu'il ne débouche
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pas à l'intérieur de la cuve 2.
Un palier 17 est monté sur la plaque 16 au moyen d'une vis
18 reçue dans un taraudage borgne 19 de la plaque 16. Le palier
17 porte une bague 20 dont la surface extérieure 20a constitue
une surface de palier. L'hélice 7 comprend une tête 21 formée
d'une bague 22 dont la surface circulaire interne 22a est
destinée à s'emboîter autour de la surface 20a de la bague 20.
Un palier lisse est ainsi réalisé par contact lisse, par
exemple métal/métal, entre les surfaces 20a et 22a.
Trois branches 22b régulièrement réparties à la périphérie
de la bague 22 s'étendent radialement vers l'extérieur à partir
de celle-ci et supportent un fourreau 23 disposé autour du
manchon borgne 15, radialement à l'extérieur de celui-ci. Ce
fourreau 23 porte, sur sa surface externe, deux rangées d'ai-
mants permanents 24 disposés en regard des aimants 13 portés
par l'arbre creux 1l. La polarité Nord-Sud des aimants 24 est
dirigée selon les directions Y-Y' ou Y-Y". Une pièce rapportée
25, réalisée en acier inoxydable, est disposée à l'extérieur
des aimants 24 pour constituer, avec le fourreau 23, un manchon
cylindrique sur lequel peuvent être soudées les pales 8 de
l'hélice 7.
Compte tenu de ce qui précède, la mise en rotation de
l'arbre creux 11 résulte dans une mise en rotation des aimants
13, ce qui a pour effet, compte tenu du champ magnétique créé
entre ces aimants 13 et les aimants correspondants 24, d'exer-
cer sur l'hélice 7 un couple de même sens que le sens de
rotation de l'arbre 11 autour de l'axe X-X'. L'hélice 7 est
ainsi entraînée en rotation autour de l'axe X-X', sans contact
mécanique direct entre l'arbre 11 et l'hélice 7.
Un aimant permanent 30 est disposé dans le bas de la pièce
25, c'est-à-dire du côté de cette pièce dirigée vers la bride
5. La polarité Nord-Sud de l'aimant 30 est disposée selon une
direction Z-Z' globalement parallèle à l'axe X-X'. Dans la
bride 5, il est prévu un perçage borgne 31 dont l'ouverture 3la
est disposée au niveau d'une surface extérieure 5a de la bride
5, c'est-à-dire d'une surface tournée vers le renvoi d'angle 9.
Une cellule de mesure 33 apte à détecter la proximité de
l'aimant 30 est installée dans le perçage 31. Un entrefer e est
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défini entre l'aimant 30 et la cellule 33. Dans cet entrefer
est créé, lors de chaque passage de l'aimant 30 en regard de
la cellule 33, un champ magnétique transitoire qui peut être
détecté par la cellule 33 et transformé en un signal de sortie
ou "top" pouvant être transmis à une unité de traitement 34
par un câble électriquement conducteur 35.
Le fonctionnement est le suivant :
Lorsque l'hélice 7 est mise en mouvement grâce à la
coopération des aimants 13 et 24, l'aimant 30 passe, à chaque
tour, en regard de la cellule 33 qui détecte ce passage grâce
à la variation du champ magnétique créé dans l'entrefer
temporaire e, par exemple par création d'un courant de
Foucault dans la cellule 33. Ainsi, la mise en rotation
effective de l'hélice 7 est-elle détectée par la cellule 33.
Le champ électromagnétique intense créé au niveau d'un
entrefer e' entre les aimants 13 et 24 à travers le manchon 15
et le fourreau 23 ne perturbe pas le champ électromagnétique
régnant temporairement dans l'entrefer e, car le champ
électromagnétique créé dans l'entrefer e' est fermé par les
aimants 13 et 24. En outre, le champ électromagnétique régnant
entre les aimants 13 et 24 s'étend dans une direction
essentiellement radiale, autour de l'axe X-X', alors que le
champ électromagnétique temporaire créé entre l'aimant 30 et
la cellule 33 s'étend dans une direction globalement parallèle
à la direction de l'axe X-X'.
Comme le perçage 31 est borgne, il n'existe pas de
contact entre le mélange 3 et la cellule 33, ce qui évite tout
risque de pollution du mélange et tout risque de souillure de
la cellule.
Les pièces visibles à la figure 2 sont, pour
l'essentiel, réalisées en un matériau amagnétique, par exemple
en acier inoxydable, afin de ne pas perturber les champs
électromagnétiques créés entre les aimants 13 et 24 ou entre
l'aimant 30 et la cellule 33.
Il convient de noter que la pièce rapportée 25 pourrait
être supprimée si le fourreau 23 était réalisé par surmoulage
des aimants 24 et 30.
L'invention a été décrite avec un unique aimant 30, mais
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il est possible d'utiliser plusieurs aimants régulièrement
répartis autour de l'axe X-X', ce qui confère une meilleure
précision à la chaîne de mesure réalisée avec la cellule 33.
L'unité 34 est avantageusement prévue pour déterminer par,
le calcul, la vitesse de rotation de l'hélice 7, ce qui est
aisé puisqu'il suffit de compter le nombre de tops reçus de la
cellule 33 au cours d'un intervalle de temps. L'invention
permet donc de réaliser un tachymètre pour un agitateur à
entraînement magnétique.
Un espace annulaire 40 est ménagé entre les branches 22b
de la tête 31 de l'hélice 7 et le palier 17, ce qui permet un
nettoyage aisé de l'hélice 7, y compris lorsqu'elle est conser-
vée en place sur le manchon borgne 15, c'est-à-dire sans
démontage de l'hélice.
Tout type de cellule de détection par effet magnétique
peut être utilisé avec l'agitateur de l'invention.
L'invention a été représentée avec deux rangées d'aimants
13 et 24. Cependant, le nombre et la répartition de ces aimants
sont variables. Ils peuvent être disposés en une seule rangée
ou, au contraire, en plus de deux rangées, en fonction du
couple à transmettre et de la géométrie de l'hélice.
