Brevet FR2005216A1 — publié le 19691212

"Electro-aimant à grande vitasse". La présente invention a trait à un électro-aimant fonction nant à grande vitesse du type employé atnabitude pour actionner les marteaux d'impression d'une imprimante à grande vitesse utili électroniques @@@ @@@ @@@@@@@ @@ @@@@@@@@@ @@@@ @@@ @@@@@@@@@ @@ @@@@@@@@@ @@ @@@ transmission d'information. Les électro-aimants connus comportent généralement un noyau magnétique en forme de U sur lequel des bobines d'excitation sont enroulées, et une armature mobile qui forme la culasse magnétique fermant le circuit magnétique du noyau. En conséquence, l'armature a une inertie mécanique assez élevée qui réduit la vitesse de son mouvement. En outre, quand l'électro-aimant n'est plus excIté, 11 intervalle d'air entre le noyau et l'armature est beaucoup plus large qu'en fonctionnement. La force initiale agissant sur l'armature au repos est, pour une meme valeur au courant, très inférieure à celle agissant dans l'état de fonctionnement. Donc, l'accélération initiale de l'armature est relativement faible et atteint sa valeur maximum seulement à la Rin du déclenchement.Ces con di tons sont défavorables à l'utilisation de tels électro-aimants pou commander le mouvement d'un marteau dans un appareil d'impres sion, et dans tous les cas où une grande vitesse de l'armature est plus importante qu'une réponse très rapide. En fait, le dispositif de commande des électro-aimants d'une imprimante peut compenser un petit retard de fonctionnement en anticipant convenablement l'action d'excitation, tandis qu'il estimportant que llar- mature atteigne aussitôt que possible sa vitesse maximum pour être sur d'obtenir un impact précis du caractère sur le milieu d'impression.Ce but est atteint, dans un électro-aimant selon l'invention, grâce à une conformation spéciale de l'armature, en sorte que la culasse magnétique comporte au moins une partie fixe et au moins une partie mobile avec l'armature. Une réduction substantielle de l'inertie de l'armature est alors obtenue. En outre, la présence d'au moins un intervalle d'air supplémentaire peut être utilisée pour commander la variation de la force de déplacement pendant le déclenchement de l'armature, dans le but d'augmenter a vitesse moyenne. Ces caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que dlaut es, seront mieux compris en se référant à la description détaillée lui va suivre d'un mode de réalisation W--éférée, et aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 représente un électro-aimant d'un type connu. La figure 2 représente un diagramme du courant d'excitation dans dIfférentes conditions. La figure 3 représente une vue arrachée dtun électro-aimant selon l'invention. ba figure ; est une représentation schématique du circuit magnétique d'-u électro-aimant selon l'invention dans son état de fonctionnement ou d'excitation. La figure 5 est une représentation schématiqwe du,même électro-aimant dans son état de repos. La figure 6 est une représentation schématique d'une autre disposition des intervalles d'air. La figure 7 représente une variante de.l'invention. La fIgure 8 représente une autre variante de l'invention. Un électro-aimant d'un type connu est représenté sur la figure 1. IL comprend un noyau 1 en forme de U, constitué d habitude de feuilles juxtaposées d'un matériau ferromagnétique ; une bobine 3 enroulée sur le noyau ; une armature 2, constituée en un matériau ferromagnétique fixée à un cadre mobile 5 qui est artico- lé au point 6 sur un cadre fixe 7 fixé au noyau 1. Un ressort 9 de rappel est fixé à une barre 8 montée sur lecadre mobIle. Son extrémité opposée est fixée à un point fixe non représentée. Le ressort fonctionne de façon à maintenir l'armature a une certaine distance du noyau.Des butées réglables appropriées non représen tées limitent la distance maximum de l'armature au noyau, en dé- terminant une valeur maximale T max de l'intervalle d'air total qui est la somme de deux intervalles d'air partiels T1 et T2, si tués en face des bras verticaux du noyau en forme de U. Quand l'électro-aimant est excité, l'armature est attirée par le noyau contre l'action du ressort de rappel, et elle arrive dans sa po- sition d'actionnement, en laissant un intervalle d'air total mi nimum Tmin. Cette valeur est d'habitude déterminée par une très mince couche d'un matériau non magnétique interposé entre l'arma ture et le noyau.Les caractéristiques du mouvement de l'armature pendant son déclenchement peuvent être déterminées avec une préci- sion suffisante par une inspection du courant d'excitation à l'aide d'un oscillographe. Sur la figure 2, la ligne a représente le courant croissant, quand une source de tension continue est appliquée à l'instant , et quand l'armature est maintenue fermement dans sa position de repos c'est-à-dire avec un intervalle d'air maximum T La courbe en question est une courbe exponantielle ayant-une constante de temps C1 = L 1/p où tz est la résistance totale du circuit élec trique et L1 est l'inductance totale du circuit magnétique avec an intervalle d'ai@ maximum.La cou@be b représente le courant dans le cas où, toutes les autres conditions étant les mêmes, l'armature est maintenue fermement dans sa position d'excitation. Cette cour Le exponantielle a une constante de temps plus importante C2 = @2/R, L2 étant l'inductance du circuit magnétique compte tenu de l'intervalle d'ai@ minimum Tmin. , et par suite L2 étant plus importante que 1. Si l'armature est laissée libre de se- déplacer et s le courant d'alimentation démarre au temps t0, le courant suit d'abord la courbe a, aussi longtemps que l'armature :t'este dans sa position de repos.Quand, au temps t1, l'armature commence a se déplace@, 'intervalle d'air diminue, et l'augmentation du flux qui en @esu@te engendre une tension opposée à la direction du courant qui généralement fait décroître le courant. Quand, au temps t2, l'armature a definitivement atteinte sa position d'excitation, ie courant commence de nouveau à croître suivant la courbe b. L'in tervalle t@ - t1 déte@mine le temps de réponse de l'électro-aimant et l'intervalle t1 - t2 le temps de transit de l'armature.On a trouvé que, pou@ des électro-aimants commandant les marteaux d'impression d'une imprimante à grande vitesse, il était essentiel que le temps de transit t1 - t2 soit réduit au minimum, dans le but d'obten@@ que l'armature se déplace avec la plus grande vites se possible de façon à fournir une impression précise du ca: Ceci s'obtient, selon l'invention, en réduisant substantiellement la masse eii déplacement de l'armature tout en maintenant sensible- ment les mêmes dimensions et les mêmes caractéristiques du circui@ magnétique. Sur la figure 3, qui représente une vue arrachée d'un électr@- aimant selon l'invention, l'armature comprend un bras rigide le monté à pivot en 11 sur un cadre fixe 12. Le bras 10 n'a pas de fonction magnétique et par suite il n'est pas nécessaire qu'il soit constitué en un matériau magnétique. Deux parties 13 et 14 de la culasse de fermeture du circuit magnétique lui -sont fixées. Cette culasse de fermeture est complétée par une partie fixe 15 comprenant un car 16 dans lequel le bras 10 peut entrer. Dans sa position de fonctionnement ou d'excitation, les parties 13 et 14, déplaçables avec l'armature, sont alignées sur la partie fixe 15. Dans cet état, le circuit magnétique de l'électro-aimant aecrrt diffère du circuit d'un électro-aimant ae type connu du faite qu'il renferme deux intervalles d'air supplémentaires S1 et S2 comme représenté sur la figure 4. On peut voir que les forces agissant sur les surfaces magnétiques limitant ces intervalles d'air ont une composante, dans la direction du mouvement possible, qui est nulle, et par suite elle n'affecte pas dans cette position le rendement de l'armature. La masse déplaçable de l'armature dans llélectro-aimant décrit est substantiellement réduite par rapport à celle d'un électroaimant connu. Ceci provoque une réduction du temps de transit, et, toutes les autres conditions restant les mêmes, la courbe du courant est celle représentée pa la partie en trait mixte de la courbe be inférieure de la figue @ 2. Les intervalles d'air supplémentaires et et S2 augmentent la réluctance du circuit magnétique.En conséquence, les courants de l'rmature dans sa position de repos et dans sa position d'excitation varient comme représentés respecti- vement par les courbes d et e, avec des constantes de temps rédui- tes C' et C'2 Ceci doit avoir pour effet de diminuez à la fois le temps de réponse et le temps de transit. Cependant, ia valeur du courant nécessaire pour fournir un flux capable de faire démarrer la même armature est plus importante du fait de l'augmentation de la réluctance.Si les dimensions des intervalles d'air slpplémen- talures S1 et S2 sont maintenues dans une limite convenable, la forme actuelle de la courbe de courant est la courbe supérieure leprésentée sur la figure 2 et le temps de réponse t0-t'1 n'est pas sensiblement plus important que le temps de réponse t0 - t1 tandis que le temps de transit t'1 - t'2 est considérablement réduit par rapport au temps de transit t1 - t2. La figure 5 représente, d'une façon exagérée, les positions relatives des parties mobiles et fixes de la culasse dans sa position de repos. Comme on le voit, quand la bobine est excitée, un flux s'établit le long de la trajectoire indiquée et les forces résultantes appliquées aux faces limites des intervalles supplémentaires ont une direction oblique par rapportauxdites faces d'ou il résulte une composante dans la direction du mouvement coopérant avec les forces agissant sur les intervalles d'air principaux. Cette force d'attraction supplémentaire décroît rapidement quand l'armature se déplace et elle devient nulle dans la position finale ou position d'excitation.Donc, elle permet d'augmenter l'accélaration de l'armature dans la phase initiale quand la force agissant sur l'intervalle principal est minimum, ce qui augmente la vitesse moyenne de l'armature et ce qui diminue le temps de transit. Par des considérations analogues, on peut voir que la direction et la disposition des intervalles d'air supplémentaires et principaux peuvent être arrangées de façon à fournir des résultats intéressants dans la voie de la variation de la force pendant le mouvement de l'armature. La figure 6 représente un tel arrangement dans lequel les quatre intervalles d'air T1, S7, T2, S2 sont symétriquement placés par rapport à la direction du mouvement de l'armature. La figure 7 représente une variante du mode de réalisation préférée, dans lequel la barre 17 peut tourner en 18 par rapport à l'élément fixe 19 et porte seulement une partie 20 de la culasse de fermeture du 2f circuit magnétique, la partie restante étant fixée au cadre fixé lui-même au noyau magnétique. Il y a un seul intervalle d'air actif et un seul intervalle d'air supplémentaire, ce qui fournit une nouvelle réduction de l'inertie de l'armature, ainsi que de la réluctance des circuits magnétiques et, en outre, une structure mécanique très simple. La figure 8 montre comment l'invention peut être mise en oeuvre dans le cas d'un électro-aimant d'un type dans lequel le noyau magnétique fixe est formé par une pièce centrale 22 portant la bobine et par deux bras latéraux 24 et 25. Selon l'invention, l'armature comprend trois parties mobiles de la culasse de fermeture du circuit magnétique, tandis que les deux parties 30 et 31 de la culasse sont ìxts.- il y a trous intervalles d'air principaux et quatre intervalles d'air supplémentaires. La force d'attraction supplémentaire, agissant sur les intervalles d'air supplémentaires, est particulièrement efficace dans ce cas. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Electro-aimant comprenant un noyau ferromagnétique fixe, un enroulement bobiné sur le noyau qui engendre un flux magnétique dans un circuit fermé comprenant ce noyau, une culasse ferromagné tique fermant ce circuit magnétique extérieurement au noyau le long alune voie à faible réluctance comprenant au moins un intervalle d'air mince et plan, caractérisé en ce qui ladite culasse comprend au moins une partie fixe et au moins une partie mobile séparées par au moins un intervalle d'air supplémentaire compris entre ces parties fixes et mobiles, la direction du mouvement de la surface de la partie mobile de la culasse faisant face à cet intervalle d'air supplémentaire étant oblique par rapport au plan de cet intervalle d'air. 2 - Electro-aimant selon la revendication 1 comprenant une armature mobile sous l'action du flux magnétique et comportant une série de parties mobiles et une pièce rigide à laquelle ces parties mobiles sonL fixées de façon à former un assemblage solide. "Nous certifions que le alésent mémoire cnmDortF! 8 pages".