Brevet FR2027089A1 — publié le 19700925

t 2027089 la présente invention concerne un procédé d'orientation de corps conducteurs d'électricité par un champ magnétique et les dispositifs pour sa réalisation. Elle peut être utilisée dans différents domaines de la technique, en parti-5 culier pour l'automatisation des processus de production par l'orientation de différentes pièces au cours de leur fabrication et au cours de l'assemblage, à partir de ces pièces, d'ensembles, machines et appareils correspondants. On connaît un procédé d'orientation de corps conducteurs 10 d'électricité par l'interaction entre un champ magnétique créé par un aimant permanent et des courants alternatifs induits dans les corps à orienter. Le procédé connu présente plusieurs inconvénients sérieux: les possibilités de son utilisation sont limitées vu que les 15 corps à orienter doivent avoir une forme qui assure la circulation dans ces pièces des courants induits d'après des directions déterminées; l'orientation des corps n'est pas suffisamment précise par suite de leurs vibrations; les dispositifs qui réalisent le procédé indiqué sont complexes, etc... 20 La présente invention a pour but d'éliminer les incon vénients énumérés. Elle vise la création d'un procédé permettant d'assurer par des moyens simples l'orientation précise d'une gamme étendue de corps conducteurs d'électricité, de préférence 25 non magnétiques, et la création de dispositifs pour la réalisation de ce procédé. Ce problème est résolu en ce que dans le procédé proposé pour l'orientation de corps conducteurs d'électricité^ de préférence en matériaux non magnétiques, par un champ magné-30 tique, selon l'invention, les corps sont orient§s par un champ magnétique engendré par un courant alternatif dont la fréquence est choisie d'après le rapport requis entre 1'induetânce et la résistance ohmique des corps à orienter. Il convient d'agir sur les corps à orienter par un 35 champ magnétique non homogène dont l'induction augmente vers la zone d'orientation. On peut changer la direction de l'orientation du corps en faisant varier la direction du champ magnétique ou en faisant varier la fréquence du courant. __ t ÊÀb ORIGNAL 69 43809 2 2027089 Il est avantageux d'agir sur les corps à orienter par un champ magnétique créé par un groupe d'impulsions de courant alternatif, la durée de chaque groupe d'impulsions étant non inférieure à une période du courant de fréquence 5 choisie. La durée de la pause entre les groupes d'impulsions est réglée de façon que le corps à orienter, lorsqu'il se trouve dans la zone d'orientation, soit soumis à l'action d'un champ magnétique créé au moins par un groupe d'impulsions. 10 Le dispositif pour la réalisation du procédé d'orien tation des corps conducteurs d'électricité peut être constitué par un électro-aimant à circuit magnétique entre les pôles duquel se trouve la zone d'orientation, et par un enroulement connecté en série avec un condensateur et formant avec 15 ce dernier un circuit oscillant accordé en fréquence avec la source de courant alternatif alimentant 1*électro-aimant et un commutateur commandé qui assure le régime impulsionnel de l'alimentation de 1'électro-aimant. Dans le dispositif mentionné, les pôles de l'électro-20 aimant peuvent être en forme de pyramides dont les sommets sont dirigés l'un vessl'autre. Il convient d'utiliser un circuit magnétique à section variable diminuant progressivement vers les pôles. Il convient également de donner aux pôles une forme qui assure 25 l'élargissement de la zone d'orientation depuis le commence-mbïZu vers la fin de cette zone. Il est avantageux que lea cotés des pôles dirigés vers la zone d'orientation constituent des plans disposés verticalement et/ou sous un certain angle par rapport à la verticale. Il est utile que les côtés 30 des pôles dirigés vers la zone d'orientation constituent des surfaces à double courbure. Il est avantageux de doter le circuit magnétique d'au moins une pièce polaire 9 composée de fils métalliques distincts pouvant être déplacés et fixés l'un par rapport à l'autre, 35 le nombre et le diamètre des fils étant choisis en fonction d'une précision prédéterminée de l'approximation de la forme requise de la pièce polaire. « *AÛ ORIGINAL 69 43809 3 2027089 U convient de répartir les spires de l'enroulement de 1'électro-aimant sur le circuit magnétique tout entier. Le dispositif pour l'orientation des corps conducteurs d'électricité peut aussi être réalisé au moins avec deux 5 bobines disposées sur un même axe au milieu et entre les faces en bout desquelles se trouvent les zones d'orientation. le procédé proposé peut être réalisé au moyen de dispositifs simples et universels. Il offre un. grand nombre de possibilités d'orienter des pièces de différentes formes, par 10 - exemple des brides, des boîtes, des manchons à trous ou à fentes, dont l'orientation par les procédés connus est impossible ou présente de grandes difficultés. Le procédé proposé permet de réaliser par des moyens simples l'orientation des pièces asymétriques, par exemple 15 des manchons à trous et fentes, d'orienter des pièces symétriques ou asymétriques d'après des signes constructifs extérieurs (bossages, trous, etc...) et des signes intérieurs cachés (nervures intérieures, cloisons, etc...), ainsi que d'obtenir une orientation (active) en faisant passer des pièces 20 mobiles ou immobiles d'une position quelconque à une autre posi-tiin prescrite. Les dispositifs proposés pour l'orientation des corps conducteurs d'électricité sont de construction simple, fiables, universels, de prix réduit et faciles à exploiter. 25 Bans ces dispositifs est réalisée une orientation précise des pièces sans vibration de ces dernières. Il est possible . d'orienter des pièces se trouvant sur une base rigide, ainsi que des pièces en suspension, lors de leur chute libre et pendant leur déplacement au-dessugd'un auget ou analogue vibrant, 30 lorsque ces pièces se trouvent dans la zone d'orientation. On trouvera ci-dessous la description, donnée à titre v d'exemple non limitatif, du procédé proposé et de versions concrètes des dispositifs pour l'orientation des corps conducteurs d'électricité selon l'invention, à l'aide des dessins annexés, 35 où: - la figure 1 représente schématiquement le dispositif proposé pour l'orientation des corps conducteurs d'électricité; 69 43809 4 2027099 - la figura 2 Illustra l'isgLuaaos da la fréquence du courant alternatif sur la direction d'orientation du corps; - les figures 3 (a, b et c) représentent schématiquament le dispositif proposé, avec ses pôles an forne,de pyramide, et 5 illustrent le principe de son fonctionnement; - la figure 4 représente des brides à différents signes dls-tinctifs d'après lesquels elles pejurent être orientées par la dispositif selon la figure 3; - la figure 5 représente 1'électro-aimant pour le dispoai-10 tif proposé, dont le circuit magnétique a une section variakle qui diminue progressivement vers les pôles. - les figures 6 (a, b et c) représentâtsâtématiquement le dispositif proposé comportant des pâles dont la forme l'élargissement de la zone d'orientatien depuis le c 15 ment jusqu'à la fin de cette zona, et illuatjrant le primoija *• fonctionnement du dispositif; - la .figure 7 représenta une pièce polaire qui ae cempeme des fila métalliquea pouvant être réglés an pasitlon et fixé* l'un par rapport à l'autre; 20 - la figure 8 repréaente s c hémat 1 quement la dispositif portant deux enroulementa aitués sur «a même axe* Le procédé proposé consiste an oa qui sait. On oriente un corps, par exemple urne bride 1 (figure 1) un champ magnétique alternatif en introduisant cettef tarlia^Éspe 25 la zone d'orientation 2 sitaée entre les pièces polalsas 3 de 1'électro-aimant, sur le circuit magnétique 4 duqual sa trouve l'enroulement 5* L'enroulement 5 de 1'électro-aimant eat alimenté par une source de courant alternatif 6 dont la temslem et la fréquence peuvent être réglées par des moyens ooaaus 30 quelconques. On règle la fréquence du courant d'après le rapport requis entre l'inductance et la résistance ohmique du corps à orienter. Généralement, 11 convient d'établir une fréquence telle que l'inductance et la résistance ohmique du corps 35 à orienter soient égales en valeur. Un couple de forces maximal qui agit sur le corps à orienter eat alors créé. Par exemple, pour la bride en aluminium indiquée sur la T BAD ORIGINAL 69 43809 5 2027089 figure 1, à dimensions de-10 x 10 x 15 mm, exécutée en tôle de 1,5 mm d'épaisseur, à l'égalité de l'inductance et de la ré -sistance ohmique correspond une fréquence de courant de 850 Hz. Le branchement en série avec l'enroulement 5 des condensateurs 5 7 qui forment avec ce dernier un circuit oscillant accordé en fréquence avec la source de courant 6 contribue à une orientation plus efficace des corps et à la diminution des-dimensions du dispositif pour l'orientation des corps indiquée sché-matiquement sur la figure 1. 10 En faisant varier la configuration des pièces polaires 3 on crée la non homogénéité requise du champ magnétique dans la zone d'orientation. Sur la figure 1 sont indiquées des pièces polaires constituées par un grand nombre de plaques planes pouvant être réglées en position et fixées l'une par 15 rapport à l'autre, ce qui permet de donner aux pièces polaires la forme- requise. En donnant aux pièces polaires une forme en coin on assure l'accroissement de l'induction vers la zone d'orientation et on crée ainsi un flux magnétique concentré par'lequel on peut orienter différentes pièces d'après l'un 20 de ses signes distinctifsi Pour faire varier la direction de l'orientation des corps, en particulier de la pièce 1, on fait varier la direction du champ magnétique. On y arrive en changeant la configuration des pièces polaires et en variant leur disposition l'une 25 par rapport à l'autre. En agissant sur la source d'alimentation 6 par le commutateur commandé 8 on assure non pas uis alimentation continue de l'enroulement 5 de 1'électro-aimant en courant alternatif, mais son alimentation en groupes d'impulsions qui sont des 30 oscillations d'un courant alternatif de fréquence adoptée. Dans ce cas, pour la même dépense d'énergie qu'avec une alimentation continue de l'enroulement 5 de l'électrp-aimant, grâce à l'accroissement de l'intensité du courant de la source d'alimentation 6 lors de son fonctionnement en régime impul-35 sionnel, on peut augmenter considérablement le couple de forces agissant sur le corps (la pièce) à orienter, et, par conséquent, accroître considérablement l'efficacité de l'orien 69 43809 6 2027089 tation. Mais si en régime d'alimentation impulsionnelle on veut conserver la même valeur du couple de forces agissant sur le corps (la pièce) à orienter que lors de l'alimentation 5 continue, la puissance absorbée par 1'électro-aimant diminue considérable ent. Le dispositif peut alors être de dimensions beaucoup plus petites. On réalise également une économie d'énergie grâce au fait que 1'électro-aimant est alimenté en impulsions de courant seulement lorsque la pièce se trouve dans 10 la zone d'orientation. La durée de l'alimentation de 1'électro-aimant en régime impulsionnel doit être non inférieure à celle d'une période de courant de fréquence adoptée et les groupes d'impulsions de courant doivent se suivre avec une fréquence telle que lors-15 que la pièce se trouve dans la zone d'orientation 1'enroulement 5 de 1'électro-aimant soit parcouru par au moins une impulsion de courant alternatif (une oscillation de courant alternatif de fréquence adoptée). Pour varier la direction d'orientation de pièces ayant des signes distinctifs extérieurs 20 et intérieurs, il convient de varier la fréquence du courant alternatif. Si l'on examine, par exemple, la façon dont sera orientée la pièce 9 (figure 2) loifede l'alimentation de l'é-lectro-aimant en courant de basse fréquence quand l'effet de surface ne se manifeste pratiquement pas et le flux magné-25 tique traverse toute la pièce 9. Il est évident que dans ce cas le facteur qui détermine l'orientation sera l'interaction entre le champ magnétique et les courants induits par le champ dans la nervure intérieure 10 de la pièce 9 et cette dernière sera disposée de façon que sa nervure se trouve le long du 30 champ en passant à la position 9'. Si l'on alimente l'électroaimant en un courant de fréquence plus élevée pour laquelle, grâce à l'effet de surface, le flux magnétique ne pénètre pas dans l'enveloppe de la pièce vers sa nervure intérieure 10, la pièce 9 sera orientée de façon à prendre la position 35 9". Cela s'explique par le fait que dans ce cas le facteur déterminant l'orientation est l'interaction entre le champ magnétique et les courants induits par ce champ magnétique BAD original 69 43809 ? 2027009 t dans les côtés de 1'enveloppe «Tant os* ploa grands aarfaos. SI la pièce arrive dans la zone d'orientation en étant déjà orientée, cette position est conservée lorsque la pièce quitte la zone d'orientation. Il est à noter que le dispositif pour la réalisation du 5 procédé proposé, par exevple le dispositif indiqué sur la figure 1, assure la dispersion des pièces arrivant vers la zone d'orientation dans le flux indépendamment de leur disposition mutuelle en amont de la zone d'orientation (mène si les pièces ' étaient serrées de façon à se toucher l'une l'autre). Ensuite, 10 des distances déterminées restent entre les pièces à orienter, oe qui est utile pour 1'automatisation de nombreux processus de production, par exemple pour l'alimentation automatique des machines-outils. Le dispositif indiqué sur la figure 3 est caractérisé en 15 os que les pôles 11 de 1'éleotro-aimant sont en forme de pyramides entre les sommet* desfmsUes s* trouve la sone d'orien- - i ' tatien 2» Une telle forme de pièces polaires permet de réaliser la comcentratiozi du flux magnétique a0M forme d'un faisceau étroit. En amenant les pièces à orienter dans la sone 20 d'erlentatlen de façon que le signe dlstinctlf d'après lequel il fturfc les orienter se trouve attaivesn dm flux magnétique concentré en faisceau étroit, dû peut assurer une orientation précise des pièces d'après le signe dlstinctlf choisi. Par exemple, lors de l'orientation des brides symétriques 25 12 (figure 3a) comportant un trou 13 en haut, sur l'une des parties pllées de la bride, on amène ces brides dans la zone d'orientation de façon que les trous 13 soient au niveau des sommets des pôles 11. Le flux magnétique induit alors dans les parties pllées 30 de la bride des courants de différentes intensités, vu que la partie pliée comportant le trou 13 a une résistance électrique plus grande que la partie pliée pleine 14. Grâce à l'interaction entre les courants induits dans les parties pliées de la pièce 12 et le champ magnétique, ces 35 pièces passent d'une position non orientée quelconque à la position orientée 12' de façon que le trou 13 se trouve tour- T BàD 69 43809 s 2027089 né dans le sens de translation des pièces, indiqué par la flèche A. Les figures 3b et c montrent comment est réalisée l'orientation de la bride 15 comportant un trou 16 situé en haut, 5 sur une partie pliée 17, et un trou 18 en bas, sur l'autre partie pliée 19- En disposant la bride 15 dans la zone d'orientation de façon que le trou 16 se trouve au niveau des sommets des pôles 11 de 11électro-aimant (figure 3b), on assure la rotation de la bride dans le sens horaire. En dispo-10 sant la bride 15 dans la zone d'orientation de façon que le trou 18 se trouve au niveau des sommets des pôles 11 de 11 électro-aimant (figure 3c), on assure le pivotement de la bride dans le sens antihoraire. De façon analogue, le dispositif examiné assure l'orien-15 tation de pièces très diverses, par exemple des brides 15' indiquées sur la figure 4, d'après un signe qui caractérise la différence entre les conductibilité» électriques de» différentes portions de ces pièces. La figure 5 montre une variante possible d'exécution d'un 20 électro-aimant à circuit magnétique 20 ayant une section variable qui diminue vers les pôles 21. L'enroulement 22 de cet électro-aimant est réparti uniformément sur le circuit magnétique tout entier. Une telle construction de 1'électro-aimant assure une grande concentration 25 du flux magnétique dans l'espace interpolaire où se trouve la zone d'orientation. En plus, les dispositif pour l'orientation des pièces par un champ magnétique, dotés d'un tel élec-tro-aimant, sont plus compacts. Le dispositif pour l'orientation des corps (des pièces) 30 conducteurs d'électricité indiqué sur les figures 6a, b et c, a des pôles dont la forme assure l'élargissement de la zone d'orientation depuis son commencement jusqu'à la fin de cette zone. La pièce se trouvant dans la zone d'orientation est soumise, en plus de la force de pesanteur, aux forces électrodynami-35 ques le long de plusieurs axes de coordonnées, ce qui assure l'orientation la plus efficace de la pièce. En variant les angles qui caractérisent l'élargissement de la zone d'orientation, on peut régler la direction. et la bad original' 69 43809 9 2027089 -valeur des forces électrodynamiques en assurant ainsi la position requise de la pièce à orienter. Par exemple, si l'on introduit un pièce en forme de plaque 23 (figure 6a) dans la zone d'orientation située entre les 5 pôles 24, une partie 25 de la plaque 23 possédant une plus grande conductibilité que l'autre partie 26, il se forme un couple de forces de pesanteur P (figure 6b) et éleetrodynamique (composante verticale) F', qui fait tourner cette plaque. En plus, sur la plaque 23 agit la composante horizontale F" de 10 ' la force électrodynamique. Grâce à l'action des forces indiquées, la plaque 23 ' passe à la position orientée finale 23". la figure 6c représente le cas où la pièce 23 arrive dans la sone d'orientation en étant déjà orientée. La pièce 23 ne tourné pas alors et passe directement à la position finale 15 23*. Bans la variante examinée du dispositif, les côtés des pôles 24 dirigés vers la zone d'orientation constituent des plana disposés respectivement sous des angles Lj et Lg par rapport à la verticale et et B,, par rapport à l'horizon-20 taie. Les côtés des pôles dirigés vers la zone d'orientation peuvent «trs exécutés sous forme de surfaces à double courbure. Une telle forme des pôles assure la répartition nécessaire des composantes des forces électrodynamiques et permet 25 de faire correspondre les valeurs de ces forces à la position de la pièce à orienter. Les exemples examinés d'exécution des dispositifs concrets pour l'orientation des corps conducteurs d'électricité par un ' champ magnétique donne une idée sur l'importance de la forme 30 des pôles des électro-aimants pour la formation d'un champ magnétique alternatif à paramètres déterminés qui caractérisent la non homogénéité de ce champ. Pour résoudre le problème d'orientation d'un grand assortiment de pièces à différents signes distinctifs, il faut don-35 ner aux pôles de l'iectro-almant les formes les plus variées. Pour cette raison, il convient de doter 1'électro-aimant de pièces polaires 27 (figure 7) constituées par des fils métal- i BAD ORlG!NAk 69 43809 10 2027089 11 que a 28 distincts en matériau ferromagnétique qui peuvent être fixés et réglés en position l'un par rapport à l'autre. En utilisant un quantité suffisamment grande de fils de diamètre relativement faible, et en changeant la position rela-5 tive des fils, on peut obtenir pratiquement toute forme voulue de la pièce polaire. Pour accélérer cette opération préparatoire, il convient d'utiliser des gabarits. Lorsque l'opération de déplacement des fils métalliques 28 s'achève, on fixe ces derniers l'un 10 par rapport à l'autre à l'aide de la vis 29, par l'intermédiaire de la garniture ou analogue 30. Tous les fils métalliques de chaque pièce polaire sont introduits dans une cage 31. Le dispositif pour l'orientation des corps conducteurs 15 d'électricité par un champ magnétique, indiqué sur la figure 8, comporte deux bobines 32 et 33siiru^es sur un même axe. A l'intérieur de ces bobines passe un convoyeur 34 qui arène les pièces 35 dans une première zone d'orientation 36 qui se trouve à l'intérieur des bobines, et évacue les pièces orien-20 tées. Entre les bobines 32 et 33 passe un deuxième convoyeur 37 qui amène les pièces 38 dans une deuxième zone d'orientation 39 qui se trouve entre les bobines indiquées. Lorsque les bobines 32 et 33 sont branchées de façon à créer des flux concordants, les pièces 38 dans la deuxième 25 zone d'orientation 39 se placent en travers du convoyeur 37; lors du branchement des bobines 32 et 33 de façon à créer des flux opposés, la direction du flux magnétique dans la deuxième zone 39 change d'orientation de 90° et les pièces 38 sont orientées de façon à être disposées le long du con-30 voyeur 37, comme cela est représenté sur la figure 8. La commutation des bobines 32 et 33 est réalisée par un inverseur 40, par l'intermédiaire duquel la source de courant alternatif 6 alimente les boines . Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes 35 de réalisation décrits et représentés, qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens dé- * COPY 43809 n 2027089 crita, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. t» ii COPY ' * 6 12 2027089 REVENDICATIONS 1. Procédé d'orientation de corps conducteurs d'électricité par un champ magnétique créé dans une zone d'orientation, caractérisé en ce que lesdits corps sont orientés par un champ 5 magnétique engendré par un courant alternatif dont la fréquence est choisie selon le rapport requis entre l'inductance et la résistance ohmique des corps à orienter. 2. Procédé d'orientation de corps conducteurs d'électricité, selon la revendication 1, caractérisé en.ce qu'on fait agir 1 0 sur les corps à orienter un champ magnétique non homogène dont l'induction augmente vers la zone d'orientation. 3. Procédé d'orientation de corps conducteurs d'électricité, selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la direction de l'orientation dudit corps est variée par variation 15 de la direction du champ magnétique. 4. Procédé d'orientation de corps conducteurs d'électricité, selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce q,ue la direction d'orientation dudit corps est variée par modification de la fréquence du courant. 20 5- Procédé d'orientation de corps conducteurs d'électrici té selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on-agit sur les corps à orienter par un champ magnétique créé par des groupes d'impulsions de courant alternatif, la durée de chaque groupe d'impulsions étant non inférieure à celle d'une 25 période du courant de fréquence choisie et la durée de la pause entre les groupes d'impulsions étant réglée de façon que le corps à orienter, lorsqu'il se trouve dans la zone d'orientation, soit soumis à l'action d'un flux magnétique créé par au moins un groupe d'impulsions. 30 6. Dispositif pour réaliser le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un- électroaimant constitué par tin circuit magnétique entre les pôles duquel se trouve la zone d'orientation des corps à orienter, et par un enroulement connecté en série avec un condensateur et formant avec 35 ce dernier un circuit oscillant accordé en*fréquence avec la source de courant alternatif alimentant 1'électro-aimant et un commutateur COPY 69 43809 15 2027009 commandé qui assure le régime impulsionnel d'alimentation de 1'électro-aimant. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les pôles formant ladite zone d'orientation ont la 5 forme de pyramides dont les sommets sont dirigés l'un vers 1'autre. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit magnétique a une section variable qui diminue progressivement vers les pôles. 10 9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les pôles ont une forme qui assure l'élargissement de la zone d'orientation depuis le commencement vers la fin de cette zone. - 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en 15 ce que les côtés des pôles dirigés vers la zone d'orientation constituent des plans disposés verticalement et/ou sous un certain angle par rapport à la verticale. 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les côtés des pôles "dirigés vers la zone d'orienta- 20 tion constitutent des surfaces à double courbure. 12. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit magnétique comporte au moins une pièce polaire constituée par des fils métalliques pouvant être réglés en position et fixés l'un par rapport à l'autre, le 25 nombre et le diamètre desdits fils métalliques étant choisis de manière à assurer la précision voulue de l'approximation de la forme requise de la pièce polaire. 13. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que les spires de l"'enroulement de l'é- 30 lectro-aimant sont réparties uniformément sur tout le circuit magnétique. 14. Dispositif pour la réalisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 5» caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux bobines disposées suivant un même axe, et au milieu 35 et. entre les faces en bout desquelles se trouvent des zones d'orientation. CQP^