Brevet FR2018559A1 — publié le 19700529

La présente invention se rapporte à un appareil electrique à courants de Foucault destiné à appliquer une force à une matière conductrice et qui utilise deux champs magnétiquesS le minutage et l'orientation des champs déterminant si la force résultante produite par l'appareil est une force d'attraction ou une force de répulsion. La présente invention se rapporte d'une manière générale à un appareil à courants de Foucault qui peut être utilisé, par exemple, pour appliquer des forces à des matières conductrices telles que les composants conducteurs d'une suspension ou d'un autre véhicule fluide ou bien à des tubes, des plaques et d'autres éléments conducteurs. L'appareil, comme décrit dans la pré sente demande de brevet, est capable d'appliquer des forces unidirectionnelles sur des matières,tendant à les rapprocher ou les écarter de la source de courants de Foucault, suivant le cas, et les valeurs de ces forces sont très supérieures à celles qu'il était possible d'obtenir jusqu'à présent.Comme décrit de plus, on peut l'utiliser pour enlever des particules conductrices d'un milieu fluide, mais on peut l'utiliser également pour cisailler un métal et également comme appareil de martelage servant à mettre en forme un métal. Dans ce dernier cas, le métal peut être déformé (aussi bien que mis en forme) à l'aide d'une force pouvant etre reproduite avec précision permettant d'appliquer une charge d'épreuve ou d'effectuer un essai non destructif sur des joints métalliques, etc... En conséquence, la présente invention a pour but de fournir - un nouvel appareil à courants de Foucault destiné à appliquer des forces unidirectionnellés, de répulsion ou d'attraction, à des matières conductrices, les valeurs de ces forces étant très supérieures à celles qu'il était possible d'obtenir jusqu'à présent. - un appareil à courants de Foucault destiné à enlever des particules conductrices ou des composants d'un véhicule fluide, gaz ou liquide. - un appareil pouvant être utilisé pour déformer et/ou cisailler des plaques, des tubes ou d'autres éléments conducteurs. En résumé, ces résultats sont obtenus d'une manière générale dans un appareil à courants de Soucault à deux champs servant à appliquer une force unidirectionnelle à une matière conduc trice, lequel appareil comprend en combinaison un bobinage, une source de courant destinée à être connectée au bobinage et à pro- nuire de cette maniere un champ magnétique présentant une profon cet de peau supérieure à la dimension de la matière dans la. direction de pénétration du champ, une source de courant à croissance brusque destinée à être connectée au bobinage et à produire de cette manière un champ magnétique à croissance rapide présen- tant une profondeur de peau qui est inférieure à ladite dimension de la matière. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins, La Fig. 1 représente schématiquement un appareil à courants de Foucault utilisé pour enlever des particules ou des composants conducteurs d'une suspension La Fig. 2 est un graphique représentant une onde sinusoi- dale servant à produire un champ magnétique à croissance lente pour l'appareil à courants de Foucault de la Fig. 1 et une onde rectangulaire servant à fournir le champ à croissance rapide de cet appareil;; La Fig. 3 est une vue schématique représentant un moyen à courants de Foucault analogue à celui drepresenté sur la Fig. 1 utilisé dans un appareil électromagnétique de cisaillage ou de martelage La Fig. 4 est une vue schématique représentant un moyen à courants de Foucault utilisé pour appliquer une force de traction a u~ne peau conductrice fixée sur une structure de support afin d'appliquer une charge d'épreuve à la liaison de la peau et déterminer d'une manière non destructive si la liaison supporte une force minimale nécessaire, et pour effectuer et essai non des- tructif sans avoir accés à l'intérieur de la structure qui est essayée ; et La.Fig. 5 représente une forme préférée de champ magne- tique à impulsionsappliapué par le moyen à courants de Foucault représenté sur les Fig. 3 et 4. -En se reportant maintenant à la Fig 15 un uY1 appareil à courants de Fouesult est représenté utilisé pour appliquer une force à une matière conductrice 42 Q2.i, dans le mode de réalisa- tion de la Fig. i est constituéX ar des particules en suspension dans un milieu non conducteur qui peut être un véhicule liquide ou un véhicule gazeux. Deux champs magnétiques variant périodique ment dans le temps sont introduits dans le milieu d'une manière décrite plus loin et le minutage et l'orientation des champs I'u par rapport à à l'autre détermine Si la force qui est ainsi proS duite est dirigée vers la source des champs magnétiques ou s'écar- te de celle-ci. L'appareil représenté schématiquement sur la Fig 1 comprend une cuve non conductrice 37 (comportant un tuyau d'entrée 42) destinée à recevoir une suspension et à éliminer les composants conducteurs,qu'ils soient magnétiques ou non magnétiques de la suspension. Un champ à croissance lente, qui est représenté par l'onde 40, est fourni par un bobinage 38 qui est alimenté par une source de courant 36 ; et un champ à croissance rapide, représenté par l'onde 41, est fourni par un bobinage 39 qui est alimenté par une source de courant 43. Les composants conducteurs 42' (qui peuvent être constitués par des petites particules métalliques) se trouvant à l'intérieur de la suspension, sont propulsés de manière à se déplacer dans la direction de la flèche indiquée en A afin de sortir de la cuve 37 par un orifice de sortie 44 la suspension utilisable traversant un orifice de sortie 45. La force de toute particule conductrice 42' est dirigée vers la gauche ou vers la droite suivant que l'onde 40 est en avance ou en retard par rapport à l'onde 41, dans le temps,et suivant les orien tationtielativeides bobines 38 et 39.A la-différence des dispositifs qui ne comportent aucun champ de fond ni aucun champ de fond continu et dans lesquels le champ variant dans le temps doit être asymétrique pour produire une force unidirectionnelle nette, le dispositif selon la présente invention,bien qu'utilisant des champs symétriques, produit une force unidirectionnelle. De plus, la force est rendue maximale -du fait que le moment où le taux de variation est maximal cn'cide avec le moment où le champ est maximal. De cette manière, les courants de Foucault induits atteignent leur maximum à un moment où le champ magnétique est maximal, ce qui rend optimale l'utilisation de la force potentielle disponible. L'utilisation de champs à impulsions à haute intensité, du fait que le champ de fond n'est néc-essaire que pendant un bref instant, représente une économie importante de courant par rapport à un champ de fond- continu.De plus, comme expliqué ici, la durée de la période ou durée de croissance du champ variable est adaptée d'une manière systématique à l'objet qui doit être traité, de façon à obtenir la profondeur de peau ou rofoneus de pénétration appropriée des courants de Foucault induits. L'appareil à courants de 'Foucault décrit ici représente un perfectionne.nent par rapport à la technique antérieure par le fait qu'il utilise deux champs magnétiques variant périodiquement ou à impulsions, réglés séparément, dont l'un présente une durée de croissance relativement rapide afin d'induire des courants de Foucault de profondeur de peau appropriée dans l'objet ou dans les particules particulières qui sont traitées, et dont l'autre présente une durée de croissance relativement lente pour permettre à un champ de fond de pénétrer dans l'objet à traiter. L'impulsion à croissance rapide présente une profondeur de peau égale ou plus petite que les dimensions caractéristiques de l'objet à traiter dans la direction de pénétration du champ,tandis que l'impulsion à croissance lente présente une profondeur de peau qui est beaucoup plus importante que la dimension de l'objet à traiter dans la direction de pénétration du champ.Les deux champs magnétiques périodiques à impulsions sont minutés de façon à présenter une relation de phase dans le temps avantageuse l'un par rapport àl'autre, représentée ici comme un déphasage de XC/2 radians, en avance ou en retard,de telie sorte que l'élévation ou croissance brusque coïncide avec le maximum ou le minimum de l'onde sinusoi- dale,et des relations spatiales avantageuses l'un par rapport à l'autre fin de produire une force maximale dans la direction voulue. Le champ magnétique alternatif sinusoidal 40 de la Fig.2, comme indiqué, présente une profondeur de peau qui est supérieure aux dimensions transversales des composants 42'. La fréquence de la source de courant 36 est par exemple dans la gamme sonique in- . fériere.- Le champ magnétique alternatif à ondes rectangulaires 4i qui présente une amplitude quide préférence,t inférieure à celle de l'onde sinusoïdale 40 mais qui est déphasée de $f /2 radians par rapport à celle-ci,-fournit, en combinaison avec le champ représenté par la sinusoïde 40-7 une force agissant sur les composants 42' qui est très supéreure à celle qui pourrait être fournie,par exemple, par un champ de courants de Foucault simple- tel que celui qui pourrit être fourni par un courant dont la fréquence tombe dans la gamme sonique supérieure et qui est connecté à l'une ou l'autre dès bobines 38 et 39. L'onde rectangulaire est fournie par la bobine 39 qui est excitée par la source de courant 43 de manière à fournir une onde rectangulaire 41 à la même fréquence que celle de l'onde sinusoïdale 40, mais tandis que la sinusode présente une croissance lente et se trouve à la basse fréquence utilisée,(c'est à dire dans la gamme sonique inférieure) et que sa profondeur de peau est importante en comparaison des dimensions caractéristiques des composants, l'onde rectangulaire alterne brusquement ou présente une croissance rapide ainsi qutune profondeur de peau qui est inférieure aux dimensions caractéristiques des composants. Le champ à croissance lente 40 agit comme un champ de fond à impulsions, le champ à croissance rapide 41 étant appliqué de manière à produire un taux de variation qui est maximal lorsque le champ de fond 40 est également maximal, de manière à produire une force maximale agissant sur les composants. La double impulsion décrite ici est particulièrement utile pour produire des forces par impulsions dans des marteaux électromagnétiques, etc... plus intenses que celles qui pouvaient être obtenues auparavant, afin de déformer ou perforer des plaques conductrices ou bien comme cisailles électromagnétiques afin de découper des tubes métalliques, tel que le tube 59 qu'on voit sur la Fig. 3. Dans les dispositifs de cisaillement, le courant du champ à croissance lente ou champ dtimprégnation peut être appliqué à une bobine en deux parties 58, et le courant du champ en ondes rectangulaires peut être appliqué ai onducteurs6,0' d'un dispositif de concentration du flux représenté schématiquement en 60 et qui est disposé entre les deux parties de la bobine 58. Les lignes de flux concentrées sont représentées par les lignes indiquées en 61 et les lignes de cisaillement du tube 59 sont représentées en pointillé en 62. Des marteaux électromagnétiques peuvent comporter des agencements de bobines semblables afin de concentrer le flux. La force agissant sur la plaque ou le tube conducteur est dirigée dans un sens ou dans l'autre suivant le minutage et l'orientation des champs par impulsions, comme indiqué plus haut, et chacune des impulsions peut représenter une demipériode des ondes 40 et 41 des champs produits, par exemple, par deux batteries de condensateurs, du type décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 761.048 deposée le 20 septembre 1968 par la même demanderesse, avec une commutation appropriée et chacune des impulsions de forme rectangulaire peut etre remplacée par une impulsion en forme de pointe à croissance rapide et à chute plus lente, afin d'appliquer des forces plus intenses. La Fig. 3 représente une application dans laquelle on utilise un moyen à courants de Fm;cault pour sectionner du métal en particulier pour sectionner un tube métallique. L'appareil selon la présente invention peut également être utilisé pour déformer u > métal, soit d'une rl7allière élastique soit d'une manière plastique, et soit en s'écartant du moyen produis;;t les courants de Foucault soit dans une direction se rapprochant de ce moyen, comme indiqué précédemment, c'est à dire que la force exercée peut être une force de répulsion ou une force d'attraction par rapport au bobinage.Une application particulièrement importante et qui ne peut être obtenue par aucun dispositif connu est représentée sur la Fig. 4. Elle consiste à appliquer une charge d'épreuve à une peau conductrice collée à une structure de support, telle que la peau en aluminium ou en titane d'un avion ou d'un véhicule spatial, collée sur des éléments de construction ou bien des panneaux de raidissement en nids d'abeille, de façon à déterminer, d'une manière non destructive, si un adhésif ou un autre dispositif de liaison supporte la force minimale nécessaire, et de manière à effectuer cet essai sans avoir accès à l'intérieur de la structure.Sur la Fig. 4, les éléments qui remplissent des fonctions semblables aux éléments représentés sur la Fig. 3 portent jes mêmes références numériques que celles qui sont appliquées sur la Fig. 3. Le dispositif représenté sur la Fig. 4 comprend une bobine 58 servant à produire le champ de fond de pénétration lent, une bobine séparée constituée par un dispositif de concentration du flux 60 et un bobinage 60' servant à produire le champ rapide produisant des courants de Foucault, et les sources de courant 36 et 43 pour les impulsions à croissances/lente et rapide, respecti- vement La peau qui est indiquée par la référence 48 a été déformée afin de repésenter une ampoule de forme annulaire en relief, indiquant une liaison médiocre entre la peau 48 et une struc- ture de support 49 se trouvant en dessous. Il peut être commode de disposer un blindage contre le flux (non représenté) entre les deux bobines pour réduire le couplage induc-Gls qui peut se produire entre elles . L'impulsion représentée en 46 sur la Fig. 5 remplit la fonction de fond ou d'imprégnation remplie pa le champ repré- senté par l'onde 40 sur la Fig. 2 et l'impulsion en forme de pointe à croissance rapide et chute lente indiques en 47 remplit fonction de l'onde rectangulaire 41, à l'exception du fait que la vue de la Fig. 5 est celle d'une seule impulsion des deux champs et non les cycles multiples représentés sur la Fig. 2. Les champs par impulsions représentés sur la Fg. 5 son * articulièrement avantageux pour appliquer les forces de percussion nécessaires pour les opérations de cisaillage et de martelage décrites en liaison avec les Fig. 3 et 4. il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. LEGENDE DES DESSINS Figures Repères 2 B Champs magnétiques " C Temps 5 D Champs magnétique E E Temps REVENDICATIONS 1. Appareil à courants de Fouault servant à appliquer une force à une matière conductrice, caractérisé en ce qu'il com prend : un bobinage, une source de courant électrique variant dans le temps destinée à être connectée au bobinage et à produire de cette manière un champ magnétique à croissance lente présentant une profondeur de peau supérieure aux dimensions de la matière dans la direction de pénétration du champ, une source de courant électrique à croissance brusque destinée à être connectée au bo binage et à produire de cette manière un champ magnétique à crois sance rapide présentant une profondeur de peau qui est inférieure à ladite dimension de la matière, les deux champs magnétiques étant minutés et orientés lrun par rapport à l'autre de façon à produire la force dans la direction voulue. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bobinage comprend deux bobines dont l'une est connectée à une source de courant à croissance lente et dont l'autre est connectée à une source de courant à croissance rapide. 3. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le courant à croissance lente est sinusoSdal et le courant à croissance rapide est une onde rectangulaire, la fréquence de l'onde rectangulaire étant égale à la fréquence de l'onde sinuso- dale mais étant déphasée dans le temps de 1t /2 radians. 4. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen concentrant le flux du champ à crois sance rapide afin de déformer et/ou cisailler des plaques, des tu- bes et d'autres éléments conducteurs. 5. Appareil à courants de Poucault servant à appliquer une force à une matière conductrice, caractérisé en ce qu'il com prend : un moyen appliquant un premier champ magnétique alternatif à la matières, la fréquence du champ étant suffisamment faible pour présenter une profondeur de peau à l'intérieur de la matière qui est importante en comparaison de la dimension de la matière dans la direction dé pénëtration du champ, et un moyen appliquant un second champ magnétique :alternatif à croissance brusque à la matière, la fréquence du champ alternatif à croissance brusque étant égale à -celle du premier champ alternatif mais étant déphasée par rapport à celle-ci. 6. Appareil suivant la révendication 5, caractérisé en ce que le champ alternatif à croissance brusque est une onde rectangu-- laire présentant une amplitude qui est inférieure à l'amplitude du premier champ magnétique. 7. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le premier et le second moyens appliquant des champs magné tiques sont constitués par un bobinage destiné à présenter les champs magnétiques à la matière et par une source de courant élec trique alternatif connectée au bobinage et qui est destinée à l'exciter pour produire les deux champs. 8. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le premier ét le second moyens appliquant les champs sont constitués par deux bobines-et deux sources de courant électrique alternatif, dont chacune est connectée à l'une des bobines et qui sont destinées à exciter les bobines respectives pour produire le premier et le second champs magnétiques. 9. Appareil suivant la revendication'5, caractérisé en ce que le second champ est déphasé dans le temps de St /2 radians par rapport au premier champ. 10. Appareil suivant la revendication 5, utilisé pour déformer et/ou cisailler des plaques, des tubes, ou d'autres élé ments conducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen con centrant le flux du champ alternatif à croissance brusque. 11. Procédé pour enlever des particules conductrices d'un milieu non conducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à intro duire dans le milieu deux champs magnétiques variant périodique ment, l'un des champs présentant une durée de croissance qui est suffisamment lente pour présenter une profondeur de peau supérieure aux dimensions caractéristiques des particules conductrices et dont l'autre champ présente une durée de croissance qui est suf fisamment courte pour présenter une profondeur de peau qui est inférieure aux dimensions caractéristiques des particules conduc trices mais dont la fréquence est égale à celle du champ dont la durée de croissance est lente. 12. Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que les deux champs périodiques sont minutés de manière à pré senter une relation de phase dans le temps commode et une relation spatiale commode l'un par rapporte l'autre afin de produire une force maximale. dans la dirèction voulue. . 13. Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en - ce que le champ -('ont la durée de croissance est lente est un champ variant (d'une manière sinusoïdale, le champ présentant une durée de croissance rapide étant une onde rectangulaire, les champs étant déphasés dans le temps de X /2 radians. 14. Appareil à courants de Foucault, servant à appliquer une force à une matière conductrice, caractérisé en ce qu'il comprend : un bobinage, une source d'impulsions de courant élec urique destinée à être connectée au bobinage et à produire de cette manière un champ magnétique à croissance lente, une source d'impulsions de courant à croissance brusque destinée à être connectée au bobinage et produire de cette manière un champ magnétique à croissance rapide, les deux champs magnétiques à impul- sions lorsqu'ils sont introduits dans ladite matière étant minutes et orientés l'un par rapport à l'autre de façon à produire une force de répulsion ou une force d'attraction dépendant du minu- tage et de l'orientation desdits champs. 15. Appareil à courahts de Foucault, servant à appliquer une force à une matière conductrice, caractérisé en ce qu'il comprend : un bobinage, une source de courant électrique variant dans le temps destinée à être connectée au bobinage et à produire de cette manière un champ magnétique à croissance lente, une source de courant à croissance brusque destinée à être connectée au bobinage et à produire de cette manière un champ magnétique à croissance rapide, les deux champs magnétiques variant dans le temps lorsqu'ils sont introduits dans la matière étant minutés et orientés l'un par rapport à l'autre de manière à produire une force de répulsion ou une force d'attraction dépendant du minutage et de l'orientation desdits champs. 16. Appareil à courants de Foucault suivant la revendications 14, caractérisé en ce que l'impulsion à croissance brusque est une impulsion en forme de pointe à croissance rapide et à chute plus lente. 17. Appareil à courants de Foucault servant à appliquer une force à une matiez co?iductrics,caractérisé en ce qu'il com prend un moyen produisant un champ magnétique de fond , un moyen produisant un champ magnétique à croissance rapide, les deux champs magnétiques lorsqu'ils s6nt introduits dans Sa matière étant orientés d'une façon appropriée l'un par rapport å l'autre pour produire une force sur ladite matières