Brevet FR2010685A1 — publié le 19700220

L'invention se rapporte aux vibrateursélectromagnétique* Un vibrateur électromagnétique selon l'invention comprend un aimant fixe ménageant un entrefer au moins en partie annulaire, une bobine mobile suspendue dans l'entrefer de façon à pouvoir vibrer 5 librement par rapport à son axe, des moyens pour alimenter les conducteurs de la bobine en courant alternatif suivant une direction sensiblement parallèle à l'axe, et un organe mécanique de sortie fixé à la bobine de façon à transmettre des vibrations dé torsion à une charge donnée. 10 Dans un mode de réalisation préféré, la polarité de la pièce polaire intérieure et celle de la totalité de la pièce polaire extérieure sont de signes contraires. La bobine peut être essentiellement constituée par un certain nombre de conducteurs parallèles à son axe et dont les extrémités 15 sont connectées à des barres omnibus placées en dehors du champ magnétique et assurant l'alimentation des conducteurs. Tous les conducteurs peuvent être connectés à une seule paire de barres omnibus, ou combinés de façon à constituer un tube d'un seul tenant. On peut aussi prévoir à chaque extrémité un certain nombre de barres omni-20 bus connectées chacune à un groupe de conducteurs ou à une section d'un tube conducteur, les barres omnibus étant reliées par des connexions extérieures de façon à relier ces groupes de conducteurs en série. Un agencement de ce genre peut Stre particulièrement avantageux pour faciliter l'adaptation de l'impédance de l'ensemble de 25 la bobine mobile à une source de courant alternatif. La suspension de la bobine mobile peut être réalisée de diverses manières, par exemple au mo^en d'un pivot central. Elle peut aussi, en variante ou en supplément, comporter un certain nombre de poutres de suspension, réunies à une extrémité à la bobine ou à l'or-30 gane de sortie et, à l'extrémité opposée, à une pièce fixe. Ces connexions mécaniques peuvent être réalisées au moyen d'articulations du type comprenant un coussin annulaire en caoutchouc ou autre matière plastique interposé entre deux manchons concentriques présentant . chacun une surface de révolution centrée sur un axe autour 35 duquel les deux parties de l'articulation peuvent tourner l'une par rapport à l'autre. De préférence, chaque poutre s'étend dans une direction ayant au moins une composante radiale j et les axes des pivots sont sensiblement parallèles à celui de l'entrefer. Dans un autre mode de réalisation, le vibrateur selon l'inven-40 tiu' comprend un aimant fixe dont l'entrefer affecte une forme cy 69 19355 2 2010685 lindrique annulaire, et une bobine mobile suspendue dans jcet entrefer de façon à y effectuer librement un mouvement vibratoire à la fois longitudinalement suivant l'axe et angulairement par rapport à celui-ci cette bobine comportant des circuits électriques capa-5 bles d'engendrer des courants généralement circulaires pour réaliser la vibration longitudinale précitée et des courants généralement longitudinaux pour réaliser la vibration angulaire précitée. L'invention peut être mise en oeuvre de nombreuses manières; on en décrit ci-après certains exemples de réalisation spé-10 cifiques, avec référence aux dessins annexés. Les figures 1 et 2 sont respectivement une coupe verticale axiale et un plan d'un premier exemple de vibrateur électromagnétique selon l'invention. La figure 3 est semblable à la figure 1 et représente une va-15 riante comportant une pièce poMre intérieure rainurée. La figure 4 est une coupe horizontale par 4-4 de la figure 3* La figure 5 est une perspective d'un vibrateur ayant un entrefer partiellement annulaire. Les figures 6 et 7 sont respectivement une coupe horizontale 20 et une coupe verticale du vibrateur de la figure 5. La figure 8 est une coupe verticale d'une variante dont le système de suspension utilise des poutres croisées. La figure 9 est une coupe verticale d'un vibrateur qui fournit des vibrations longitudinales et des vibrations angulaires, respec-25 tivement le long de son axe et par rapport à celui-cii Les figures 10 et 11 sont des perspectives représentant deux exemples de poutres pour le vibrateur de la figure 9. • Le vibrateur selon l'invention peut comporter un aimant à culasse très semblable à ceux qu'on utilise dans les vibrateurs élec-30 tromagnétiques usuels produisant des vibrations axiales. On peut par exemple le réaliser comme décrit dans les breve.ts français numéros 1.314.650, 1.497.026 et 1.541.215. Ainsi, dans le.mode de réalisatiôn des figures 1 et 2, l'aimart représenté comprend une pièce polaire .intérieure 10 entourée d'une 35 bobine excitatrice 11 alimentée en courant continu, et une pièce polaire extérieure .12; Les pièces 10 et Dans l'entrefer. 14 est suspendue une bobine mobile 15 ayant la forme d'un cylindre creux constitué par un grand nombre de con-40 ducteurs 16 parallèles à l'axe et dont les extrémités"sont réunies 69 19355 3 2010685 à des barres omnibus supérieure 17 et inférieure 18 situées respectivement au-dessus et au-dessous de l'entrefer 14. ïïn support 19 pour la bobine 15 est fixé rigidement à la jupe 22 d'un organe mécanique de sortie 20, qui comprend un disque circulaire 21, un bos-5 sage axial 23 formant pivot en saillie sur le centre de la face inférieure du disque 21, et un certain nombre de nervures radiales 24 réunissant le bossage 23 à la jupe 22. L'organe 20 est suspendu à l'aimant de façon à pouvoir vibrer axialement. A cet effet, il comporte une cuvette 25 formant palier 10 de butée pour le pivot 23, ou une articulation élastique centrale entre le pivot 23 et la pièce polaire 10. Se plus, un certain nombre de poutres de suspensions radiales 30, disposées sous le disque 21 et ayant chacune leur extrémité intérieure réunie à celui-ci par une articulation élastique 31» s'étendent vers l'extérieur en tra-15 versant des ouverture s ménagées dans la jupe 22, leur extrémité extérieure étant réunie par une articulation élastique similaire 32 à un socle fixé à la partie supérieure de la pièce polaire 12. Chacune des articulations élastiques précitées est du type comprenant un coussinet cylindrique en caoutchouc ou autre matière 20 élastique comprimé radialement entre deux manchons concentriques et, de préférence collé à ceux-ci. On peut par exemple ajuster le manchon extérieur dans l'extrémité correspondante de la poutre ou substituer simplement cette extrémité à ce manchon, tandis qu'on fixe l'élément intérieur de l'articulation à une broche fixée à la 25 pièce polaire extérieure 12 ou à l'organe de sortie 20 suivant qu' il s'agit de l'articulation extérieure 32 ou de l'articulation intérieure 31* Les axes des coussinets sont parallèles à celui du vibrateur et les poutres 30 sont de préférence rigides, les coussinets étant 30 destinés à permettre la totalité du mouvement angulaire relatif entre les poutres et les pièces sur lesquelles elles sont montées, ainsi que le très faible mouvement radial, relatif. Chaque barre mobile 17 ou 18 est reliée électriquement à une barre omnibus fixe 41; ou 42 au moyen de conducteurs souples 43, par 35 exemple tressés, qui permettent le mouvement angulaire des barres 17 et 18. D'une manière appropriée quelconque, les barres 41 et 42 sont connectées à une source extérieure de courant alternatif; par exemple, un ou plusieurs conducteurs 44 peuvent relier les barre a fixes inférieures 42 à la pièce polaire extérieure 12 via un 40 passage 45. 69 19355 4 2010685 Si l'on suppose que chaque barre omnibus est constituée par un anneau fermé, on relie tous les conducteurs longitudinaux de la bobine mobile en parallèle et, quand on relie les barres aux bornes d'un oscillateur ou d'un générateur de courant alternatif, le cou-5 rant qui circule dans ces conducteurs suit la même direction longitudinale. Comme indiqué précédemment, les barres omnibus sont placées à l'extérieur du champ magnétique, sinon du courant provenant d'un collecteur souple et circulant autour d'une portion de la barre omnibus dans un sens donné et autour de l'autre portion dans le 10 sens opposé exercerait sur cette barre un couple vibratoire de renversement. On pourrait aussi diviser les conducteurs de la bobine mobile en groupes reliés chacun à une paire de barres omnibus partiellement annulaires, la barre omnibus supérieure d'un groupe étant con-15 nectée, via un conducteur extérieur tel que 43 à la barre omnibus inférieure du groupe suivant de façon à relier les conducteurs en série» Généralement, cette disposition facilite l'adaptation de l'impédance de l'ensemble de la bobine mobile à la caractéristique de sortie du générateur. 20 Dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, la pièce po laire intérieure 10 présente un certain nombre de rainures radiale 50 et une dépression centrale 51 pour recevoir un bossage 52 et des nervures 53 d'un organe de sortie qui s'étendent beaucoup plus bas ■ que dans le cas des figures 1 et 2. Ainsi, le bord inférieur 25 de chaque nervure 53 descend pratiquement jusqu'au niveau de l'extrémité inférieure de la bobine mobile, les rainures 50 divergent de façon à permettre aux vibrations angulaires de l'organe de sortie 20 et de ses nervures 53 d'avoir l'amplitude requise, et les conducteurs de la bobine sont disposés en groupes dont les entre-30 fers se trouvent en face des rainures, la pièce polaire extérieur© annulaire étant aussi rainurée^de façon à concentrer le flux magné tique dans les portions de circonférence occupées par les groupes de conducteurs constituant la bobine mobile. A tous autres égards, le vibrateur des figures 3 et 4 est id. 35 tique à celui des figures 1 et 2. Dans le mode de réalisation des figures 5 à 7, l'entrefer n! . que partiellement annulaire et comprend seulement deux portions cylindriques 60 symétriques par rapport à l'axe. Ainsi, les portions courbes 61 de la bobine mobile peuvent 40 être reliée® par une paire de plaques planes 62, la pièce polaire 69 19355 5 2010685 intérieure 63 et chaque pièce polaire extérieure 64 présentant des faces planes analogues 65 et 66 parallèles et voisinasdes faces partiellement cylindriques dirigées vers l'entrefer, Bans ce cas, le système de suspension peut comprendre, outre 5 des poutres 30 analogues à celles des figures 1 à 4 et disposées au-dessus de l'entrefer, des poutres analogues 67 disposées au-dessous de cet entrefer, s'étendant au-delà des plaques 62 et réunissant des articulations 68 montées sur leurs faces extérieures à des articulations similaires 69 portées par les faces planes de la 10 pièce polaire intérieure. On peut aussi prévoir un palier de butée central ou une articulation élastique 70. Sans les modes de réalisation précédemment décrits, la polarité de la pièce polaire centrale et celle de l'ensemble de la pièce polaire extérieure sont de signes contraires. Ainsi, dans le mode 15 de réalisation décrit en dernier lieu, l'aimant affecte la forme générale d'un E dont la branche centrale est d'une polarité et les deux branches extérieures sont de la polarité opposée» Sans une variante non représentée, les pièces polaires extérieures sont de polarités opposées et les extrémités opposées de la pièce polaire 20 centrale sont aussi de polarités opposées» Les pièces polaires extérieures peuvent alors faire partie d'un circuit magnétique en U comportant des enroulements ou des aimants permanents tandis que la pièce polaire intérieure peut soit comprendre un aimant permanent ou.un enroulement, soit être en une matière à haute perméabilité 25 aimantée seulement par les pièces polaires extérieures. 11 va de sd que, dans des constructions de ce genre, le courant doit circuler t dans des sens opposés dans les conducteurs disposés respectivement dans les deux portions de l'entrefer» On peut à cet effet réaliser ces conducteurs sous la forme de bobinages hélicoïdaux. 30 Le système de suspension de la figure 8 comprend des paires de poutres croisées 72 inclinées dans des sens opposés. Cette disposition réduit le mouvement angulaire exigé de chacune des articulations élastiques. 35 bine mobile puisse vibrer simultanément ou séparément dans le sens longitudinal parallèlement à son axe et angulairement par rapport à Se façon générale, la construction de ce vibrateur peut être analogue à l'une des constructions précédemment décrites, avec 40 toutefois certaines modifications. Tout d'abord, la bobine mobile Le vibrateur des à 11 est réalisé de façon que la bo- cet axe. 69 193S5 6 2010685 comporte deux jeux de conducteurs 80 et 81, dans l'un desquels, par exemple le jeu 80 (figure 9)* les conducteurs sont disposés longi-tudinalement afin d'assurer une vibration angulaire comme dans les modes de réalisation précédemment décrits, tandis que deux du jeu 5 81 sont disposés circulairement et forment un ou plusieurs bobinages comme dans les vibrateurs classiques à bobine mobile dont le mouvement vibratoire est purement longitudinal. Par exemple, on peut disposer les conducteurs longitudinaux. . sur la face intérieure d'un mandrin 82 ou d'un autre support tubulaire, et enrouler le 10 conducteur circulaire sur la face extérieure du support. Dana chaque cas, la bobine mobile peut affecter la forme générale d'un tube par lequel on peut faire passer un fluide réfrigérait De plus, d'autres tubes jouant le même rôle peuvent être insérés dans le support entre les deux bobinages, par exemple comme décrit 15 dans le brevet français n° 1.451.824. Les deux jeux de conducteurs sont reliés à la structure fixe par des connexions souples distinctes, non représentées, de façon à pouvoir être alimentés en courant alternatif par des circuits indépendants. On peut ainsi faire varier séparément les amplitudes 20 respectives des deux types de vibration pour donner la prééminence à l'un ou à l'autre; on peut aussi faire varier de façon indépendante les fréquences et/ou les formes d'onde des courants amenés séparément aux deux circuits. Par exemple, on peut communiquer à l'organe mécanique de sortie une vibration angulaire sinusoïdale 25 lente accompagnée d'une vibration erratique dirigée longitudinalement et dont la gamme de fréquence est étendue. Afin d'adapter le vibrateur à ces deux modes de vibration, chaque poutre 85 est agencée de façon qu'un coussinet 86 placé à son extrémité intérieure ait son axe parallèle à celui du vibrateur, 30 tandis qu'un coussinet 87 placé à l'extrémité opposée a son axe perpendiculaire ou tangent à celui du vibrateur. On réalise la poutre 85 à partir d'une bande relativement mince qu'on tord en un poiiit intermédiaire de sa longueur de façon à amener son extrémité extérieure 88 dans un plan vertieal et son extrémité intérieure 89 35 dans un plan horizontal. Ainsi, tout mouvement autour d'un axe perpendiculaire à celui d'un coussinet peut être absorbé en partie par une compression dujcxoussinet lui-même et en partie par une flexion de la poutre considérée. En utilisant au moins trois poutres telles que 85, on peut maintenir la bobine mobile constamment centrée dans 40 l'entrefer. 69 19355 7 2010685 On peut donner une torsion ou une autre déformation préalable aux coussinets 87 montés sur la pièce polaire extérieure de façon qu'ils tendent à soulever leurs poutres 85 pour absorber en totalité ou en partie le poids àc d'une pièce d'essai. Dans le même 5 but, on peut aussi monter un ressort 90 entre les centres de l'organe de sortie et de la pièce polaire intérieure. Ce ressort 90 peut entourer un palier 91> de préférence en polytétrafluoréthylène ou en une matière plastique analogue afin de permettre simultanément le mouvement longitudinal et le mouvement angulaire. 10 On peut réaliser les poutres de suspension de nombreuses ma nière. Ainsi, dans un exemple non représenté, le manchon intérieur du coussinet extérieur, dont l'axe est horizontal et tangent à celui du vibrateur, a ses deux extrémités fixées à une des poutres, préalablement tordues comme précédemment décrit, tandis que l'ex-15 trémité intérieure de chaque poutre est fixée au manchon intérieur d'un de deux coussinets élastiques dont les manchons extérieurs sont fixés à l'organe de sortie au voisinage du centre de celui-ci. Dans une variante représentée figure 10, chaque poutre est fourchue avec deux branches 93 fixées aux extrémités extérieures du coussi-20 net comme décrit précédemment, tandis que le "manche" 94 de la fourche est fixé au manchon intérieur d'un coussinet voisin du centre de l'organe de sortie. Dans une autre variante représentée figure 11, une poutre rigide.95 Pêut comporter à l'une au moins de ses extrémités deux 25 articulations à coussinets en caoutchouc 96 et 97 dont les axes sont perpendiculaires de façon à permettre simultanément les deux « types de mouvements sans exiger une flexion quelconque de la poutre. 69 19355 8 2010685 REVENDICATIONS 1. - Vibrateur électromagnétique, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison un aimant fixe présentant un entrefer 14 au moins partiellement annulaire, une bobine mobile 15 suspendue dans 5 l'entrefer de façon à pouvoir vibrer librement par rapport à son axe, des moyens pour alimenter les conducteurs 16 de la bobine en courant alternatif suivant une direction sensiblement parallèle audit axe, et un organe mécanique de sortie 20 fixé à la bobine 15 de façon à transmettre des vibrations de torsion à une charge donné! 10 2. - Vibrateur suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce polaire intérieure 10 et l'ensemble de la pièce polaire extérieure 12 ont des polarités opposées. 3. - Vibrateur suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la bobine mobile 15 comprend un certain 15 nombre de conducteurs 16 parallèles à l'axe et connectés à leurs extrémités à des barres omnibus 17 et 18 placées à l'extérieur du champ magnétique et assurant l'alimentation des conducteurs 16. 4« - Vibrateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conducteurs 16 sont reliés 20 à une seule paire de barres omnibus. 5» - Vibrateur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que tous les conducteurs 16 sont combinés de façon à constituer un ensemble tubulaire unique. 6. - Vibrateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 25 3, caractérisé en ce qu'un certain nombre de barres omnibus sont prévues à chaque extrémité, sont connectées chacune à un groupe de conducteurs ou à une section d'un élément tubulaire, et sont reliées par des connexions extérieures 43 de façon à* relier les groupes de conducteurs en série les uns avec les autres. 30 7» - V-brateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de suspension de la bobine mobile comprend un pivot central 23. 8., - Vibrateur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de suspension de la 35 bobine mobile comprend un certain nombre de poutres de suspension dont une extrémité est reliée à la bobine ou à l'organe de sortie et l'extrémité opposée à une pièce fixe. 9. - Vibrateur suivant la r evendication 8, caractérisé en ce que le montage des poutres 30 est assuré par des articulations 32? 40 33» 68, 69..„ du type comprenant au moins un coussinet annulaire 69 19355 9 2010685 caoutchouc ou matière élastique analogue interposé entre deux manchons intérieur et extérieur présentant chacun une surface de révolution centrée sur l'axe autour duquel les pièces de l'articulation tournent les unes pas rapport aux autres. 5 10. - Vibrateur suivant la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce que chaque poutre de suspension s'étend dans une direction ayant au moins une composante radiale, les axes des pivots étant sensiblement parallèles à celui de l'entrefer. 11. - Vibrateur électromagnétique, caractérisé en ce qu'il 10 comprend en combinaison un aimant fixe 10, 12 ménageant un entrefer cylindrique annulaire 14 entre des pièces polaires intérieure 10 et extérieur 12, et une bobine mobile 15 suspendue dans l'entrefer 14 de façon à pouvoir vibrer librement à la fois longitu-dinalement suivant son axe et angulairement par rapport à cet axe, 15 et en ce qu'il comporte des circuits électriques capables d'engendrer des courants alternatifs qui circulent de façon générale circulaire pour réaliser le type de vibration mentionné en premier lieu et de façon générale longitudinalement pour produire le type de vibration mentionné en second lieu.