Brevet FR2085507A1 — publié le 19711224

La présente invention concerne les dispositifs électriques à induction de forme généralement tubulaire ou similaire qui comportent une partie mobile motrice se déplaçant linéairement» On sait que de tels dispositifs fonctionnent suivant le 5 principe électrotechnique des moteurs dfinduction à champ tournant et qu'ils se composent d'un inducteur et d'un induit associés pour coulisser l'un dans l'autre» L'induit est le plus souvent constitué par un arbre cylindrique magnétique, parfois revêtu d'une chemise conductrice. L'inducteur comporte alors une 0u— 1 ' surfer© 10 verture centrale circulaire dans laquelle/est engagé et maintenu coaxialement de manière à former un entrefer délimité périphéri— quement par la surface extérieure de l*induit et la surface interne déterminée dans l'inducteur par l'ouverture susmentionnée» Cet inducteur est essentiellement constitué par un circuit ma— 15 gnétique et par des bobines qui sont logées dans des rainures circulaires prévues dans ledit circuit au niveau de sa surface interner Dans ces conditions^ lorsque les enroulements sont convenablement connectés sur une source de courant alternatif poly— 20 phase, un champ magnétique à peu près sinusoïdal dans le sens longitudinal se propage le long de l'entrefer en induisant des courants dans l*induit» Il en résulte qu'entre celui—ci et 1'inducteur se développe un effort axial dirigé dans un sens ou dans l'autre suivant le sens de propagation du champ glissantr c'est— 25 à—dire suivant le sens de succession des phases des tensions appliquées aux différents enroulements. Cet effort axial est régu_ lièrement réparti autour de l'arbre et se maintient à une valeur constante au cours de son déplacement linéaire à travers l'inducteur. 30 Un tel dispositif n'est pas une application courante malgré sa simplicité car il présente, tel qu'il a été succinctement décrit, deux caractéristiques désavantageuses dans bien des cas s — si l'effort moteur est, au démarrage, nettement plus élevé que 35 celui résistant, condition raisonnable sur le plan pratique, la vitesse linéaire de 1 '.arbre croîtra trop rapidement, — si les manoeuvres sont fréquentes, cet arbre aura tendance à chauffer du fait que sa vitesse est faible par rapport à celle du champ glissant» 40 Pour obvier à ce double inconvénient, l'invention vise 70 15408 2 2085507 à réaliser un dispositif d'entraînement dont l'arbre, spécialement dimensionné, se- meut dans au moins une enceinte remplie d'un liquide ayant pour double rôle de ralentir sa vitesse et d'évacuer les calories absorbées par cet arbre au cours de son passage 5 dans l'inducteur. En conséquence, le dispositif d'entraînement rectili— gne objet de l'invention, se caractérise en ce qu'il comprend î un arbre magnétique actionné longitudinalement par le champ glissant émis par un inducteur disposé autour dudit arbre, un corps 10 tubulaire solidaire de 1'inducteur et disposé dans l'axe de cet inducteur au—delà d'au moins l'une de ses faces frontales et des moyens associés à 1*arbre et au corps tubulaire pour délimiter dans ce dernier deux enceintes étanches remplies d'un fluide liquide, traversées par l'arbre, reliées entr*elles par une condui— 15 te à débit limité et dont les volumes varient en sens inverse de la même valeur lorsque 1*arbre se translate dans un sens ou dans 11 autre. Afin d'exposer d'une manière plus explicite les caractéristiques constructives et fonctionnelles du dispositif per-20 fectionné objet de l'invention, on en décrira quelques exemples de réalisation en se reportant aux dessins annexés dont les figures 1 à 4 représentent des vues en coupe longitudinale de dispositifs : — avec enceintes disposées de part et d'autre de l'inducteur et 25 deux bouts d'arbre (Fig.l), — avec enceintes disposées de part et d'autre de l'inducteur et un seul bout d'arbre (Fig.2), du marne — avec enceintes disposées/côté de l'inducteur (Fig.3)* « avec verrouillage hydraulique incorporé (Fig.4}0 30 Le dispositif d'entraînement représenté sur la figure 1 comporte une partie inductive fixe composée de bobines t intercalées entre des disques en tôle 2 de sensiblement mimes diamètres extérieurs et intérieurs que les bobines. Cet ensemble est serré entre des plateaux 3 fixé dans la partie médiane d'un 35 corps tubulaire h en métal magnétique de manière à permettre ie passage longitudinal entre les tôles 2 du flux engendré par le& bobines 1; aux extrémités de cette pièce 4, sent soudées des brides 5» sur celles-ci sont centrées, après interposition de joints d'étanchéité 6, des flasques 7 présentant une ouverture 70 15408 3 2085507 centrale pour coulissement de l'arbre 9 sur des joints d'étanchéi té toriques 8» Cet arbre .se compose d'une partie médiane 9a dont une portion est toujours soumise au flux radial émanant des disques 2 et de deux parties latérales 9b d'un diamètre plus faible 5 que celui de la partie médianeo L'arbre 9 est exécuté d'une manié re connue et au moins en deux parties pour permettre le forage préalable dans sa partie médiane d'un trou axial 10 qui débouche par des trous radiaux 11 sur des enceintes A et B remplies d'un fluide liquide isolant tel que de l'huile» Dans ces conditions, 10 lorsque l'arbre 9 se déplace dans le sens de la flèche f, pour une raison ou pour une autre, le volume de l'enceinte A diminue tandis que celui de l'enceinte B augmente de la même quantité de sorte que le fluide s'écoule de A vers B à travers le trou central de l'arbre et dans une certaine mesure le long de l'entre— 15 fer. La portion d'arbre sortant de l'inducteur est donc efficacement refroidie tant par son centre que par sa périphérie et les pertes de charge du circuit d'huile créé par lé déplacement de l'arbre en limite la vitesse, On observera qu»avant de venir buter sur les flasques 7 ^par ses épaulements, l'arbre 9 est freiné 20- p'ep? réduction progressive du débit' de fluide au moment où les : troué 1î se présentent en* regard dès plateaux :3 0 ' - - • Pouf compenser les dilatations volumétrique s. de fluide de manière à permettre un fonctionnement convenable dans une gamme assez large de température, un compensateur R d'un type connu 25 en soi est inséré sur une conduite reliant les enceintes A et B. un tel compensateur, qui est représenté sur la Fig.1 et les suivantes à une échelle plus réduite que cèlle du dispositif principal, comporte deux pistons de -siurfade égale 'disposés pour être soumis à une poussée,équilibrée par un ressort, égale à la somme 30 algébrique des efforts dûs aux pressions dans les enceintes A et B. Cet appareil est donc insensible à toute différence de pression résultant d'un effort appliqué à l'arbre 9» car toute majoration de pression dans l'une des enceintes s'accompagne alors d'une réduction de pression équivalente dans l'autre enceinte. 35 Par contre, toute modification de volume d'origine thermique provoque le déplacement des pistons. Dans les applications où un seul bout d'arbre suffit pour assurer la manoeuvre de l'organe commandé, on réalisera un dispositif d'encombrement réduit en adoptant le mode d'exécution 40 illustré Fig02 sur laquelle l'inducteur est représenté en 12. Les 70 15408 h 2085507 enceintes A et B sont dans ce cas délimitées par des pistons 15 qui sont fixés aux extrémités de la partie motrice 9a de l'arbre 9A et qui coulissent d'une manière étanche, grâce à des joints 13» à l'intérieur du corps tubulaire 40 La partie d'arbre pa est 5 d'un côté prolongée par un bout d'arbre 9c de l'autre côté son trou central 10 est obstrué par un bouchon 14. Dans le mode d'exécution représenté, l'arbre 9a es^ centré et guidé par l'intermédiaire des pistons 15» Par ailleurs, le corps tubulaire k est cein** turë d'ailettes de refroidissement 16 permettant, toutes choses 10 égales par ailleurs, l'évacuation d'une plus grande quantité d'énergie calorifique. Compte tenu de la description qui précède» lorsque l'arbre 9a se déplace latéralement dans le sens de la flèche f, le liquide de l'enceinte B reflue vers l'enceinte A à travers le trou central 10 et les trous radiaux 11 et cette cir— 15 culation entraîne les mêmes effets avantageux que ceux cités pour la figo 1 « Dans le cas particulier-d'un dispositif'd'entrafnement rectiligne fonctionnant comme certains engins de levage avec effet moteur électrodynamique dans un sens seulement, on réalise— 20 ra avantageusement le dispositif représenté sur la fig.3. L'inducteur 12 est alors disposé à une extrémité du corps tubulaire k contre l'un dés paliers,tandis que l'autre palier délimite avec la partie de ce corps non occupée par l'inducteur, une enceinte séparée en deux chambres B^ et B2 par un piston 18 calé sur un 25 arbre 9b entre un épaulement de cet arbre et un tube 19 de même diamètre extérieur que ledit arbre. L'extrémité de ce tube est, si nécessaire, obturée par un bouchon 20, L'arbre 9B et le tube 19 sont centrés et guidés au moyen de coussinets 21 portés, ainsi que des joints d'étanchéité 22 par des couronnes 23 fixées à des 30 plaques 2k, Les deux chambres B^ et B^ communiquent par un étran— gleur T et un électro—robinet E dont la bobine est alimentée en même temps que l'inducteur. L'étrangleur T, d'un type connu en soi, permet de régler le débit du fluide passant d'une chambre à 35 l'autre et par conséquent la vitesse de l'arbre pour un effort résultant déterminé0 L'electro-robinet E bloque toute communication hydraulique dès que l'inducteur n'est plus alimenté, ce qui a pour effet d'immobiliser l'arbre 9b dans la position qu'il occupait au moment de la coupure du courant, 40 En fin de course, le piston bute sur les couronnes 3 ou 70 15408 5 20855Q7 23 à vitesse très réduite, les conduites extérieures étant raccordées aux chambres de manière à être presque complètement obstruées par le piston un peu avant que celui—ci ne vienne en butée également obtenir l'immobilisation hydraulique de l'arbre en supprimant le trou central de l'arbre et en réunissant les deux enceintes A et B par un circuit comportant, comme dans le cas de la Fig.3» un étrangleur et un électro—robinet. 15 En variante de cette solution et conformément à l'inven tion, le trou central de l'arbre sera maintenu mais le passage du fluide d'une chambre à l'autre sera contrôlé grâce à un tirair interne sollicité, à 1'encontre des ressorts, par le champ émis par l'inducteur de manière que le passage du fluide soit interdit ou 20 autorisé suivant que l'inducteur est hors tension ou sous tension» La Fig»4 illustre, à titre d'exemple, cette disposition dans le cas où elle est appliquée à un engin tel que celui de la Fig.1. La partie médiane de l'arbre 9 est constituée par un tube magnétique 25 emmanché sur des bouts d'arbre 9d« Ce tube 25 est, 25 à ses extrémités, percé de trous radiaux 26 et, dans son alésage peut coulisser un tiroir creux 27 percé également de trous radiaux 26a» Lorsque l'inducteur 12 n'est pas alimenté, le tiroir 27 occupe à l'intérieur du tube 25 la position médiane représentée imposée par des ressorts latéraux 28. les trous 26a sont 30 alors décalés l'un vers l'autre par rapport aux trous 26 et toute communication est interdite entre les enceintes A et B, toute possibilité de passage du fluide le long de l'entrefer étant par ailleurs exclue grâce à des joints d'étanchéité 22^ logés dans une couronne 3a» Par contre, lorsque l'inducteur est alimenté, 35 le tiroir est sollicité vers la gauche par exemple et vient en butée sur la face interne de l'arbre 9d correspondant, dans une position où les trous radiaux 26a et 26 de gauche sont en regard et où les trous 26 de droite sont dégagés; le fluide peut alors circuler entre les deux enceintes A et B et l'ensemble de l'arbre 40 peut se déplacer vers la gauche sous l'action de l'effort électro- 70 15408 6 2085507 dynamique intervenant entre l'inducteur 12 d'une part, le tube 25 et le tiroir 27 d'autre part» Dès que l'inducteur n'est plus alimenté, l'arbre est de nouveau immobilisé, le tiroir 27 reprenant la position médiane imposée par les ressorts 2ti„ 5 Dans les exemples précédents, l'immobilisation de l'ar bre est obtenue en bloquant la circulation du liquide entre deux enceintes ou chambres soit au moyen d'un électro-robinet, soit au moyen d'un tiroir creux logé dans un tube central (fig.4}» Il est également possible d'obtenir cette immobilisation en adaptant, 10 conformément à l'invention, au dispositif de déplacement rectili— gne du type décrit ci—dessus, un verrouillage mécanique d'un type connu en soi généralement utilisé pour immobiliser des vérins classiques à pression d'huile» Bien entendu, les modes d'exécution décrits en se re— 15 portant aux figures 1 à h ont été choisis pour bien montrer la nature cte l'invention, mais ils ne pourront être considérés comme en limitant la portée» C'est ainsi que sans sortir du cadre de cette invention, on pourra réaliser tout dispositifs d'entraînement rectiligne faisant appel à une combinaison quelconque des 20 différents moyens figurés ou décrits, ou tout dispositif perfectionné suivant la même conception en vue des mimes objectifs. On soulignera dans le même esprit la possibilité de compléter ou de modifier les circuits hydrauliques extérieurs en faisant appel à des organes d'un type bien connu normalement uti— 25 Usés dans les installations de vérins entr'autres} par exemple adjonction d'un manocontact, d'une soupape de sécurité, de fins de course ou encore remplacement si nécessaire de l'étrangleur T soit par un régulateur de débit assurant dans un sens le déplacement de l'arbre à une vitesse réglable mais constante malgré les 30 variations de l'effort et dans l'autre sens une vitesse correspondant à l.a position d'un étrangleur incorporé, soit par un régulateur de débit avec étrangleur et clapet antiretour incorporés assurant dans le second sens mentionné ci-dessus une vitesse plus élevée, soit par une soupape agencée avec deux clapets anti— 35 retour pour permettre des débits différents dans les deux sens d'écoulement, soit enfin par un liroiteur de pression pour éviter une vitesse excessive en cas d'effort résistant faible, vis-à-vis de 15 effort moteur„ Le dispositif perfectionné objet de l'invention sera 40 avantageusement utilisé comme vérin électrique en lieu et place du vérin à fluide comprimé, notamment lorsque la distribution d'un tel fluide ou l'installation d'un compresseur pose des problèmes d'ordre pratique ou économique» 70 15408 7 2085507 REVENDICATIONS 1»- Perfectionnement aux dispositifs d'entraînement recti- ligne du type à champ glissant longitudinalement composés d'un inducteur et d'un induit coulissant à l'intérieur de cet inducteur, caractérisé par l'adjonction audit inducteur d'un corps 5 tubulaire coaxial s'étendant au—delà d'au moins l'une de ses faces frontales et de moyens associés à l'arbre induit et au corps tubulaire pour délimiter dans ce dernier deux enceintes étanches remplies d'un fluide liquidé, traversées par l'arbre, reliées entr'elles par une conduite à débit limité et dont les volumes "10 varient en sens inverse1 de la même valeur lorsque l'arbre se déplace dans un sens ou 'dans l'autre. 2.— Dispositif suivant la revendication 1, dans lequel le coirps'- tubulaire fermé à sës extrémités'' s'étend de part et d'autre des faces frontales de l'inducteur et dans lequel' l'arbre se com— 15 posé d'une partie médiane motrice comportant un trou central débouchant par des trous radiaux dans les deux enceintes délimitées périphériquement par le corps tubulaire et de deux parties latérales qui s'étendent au—delà des enceintes à travers des joints d'étarichéité et dont les diamètres sont égaux entr'eui mais dif— 20 férents de celui de la partie médiane. - 3.- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le corps tubulaire est fixé à l'inducteur de manière à s'étendre de part et d'autre de ses faces frontales 'et dans lequel, aux deux extrémités de l'arbre- constituant .1 ' induit, s'ont fixés des pis — 25 tons coulissant d'une manière étanche dans l'alésage du corps tubulaire, cedit arbre -étant percé d'un trou central raccordé à des trous radiaux débouchant dans lés enceintes'délimitées latéralement par lesdits pistons, à proximité de ces derniers. 4.— Dispositif selon la revendication T, dans lequel le 30 corps tubulaire est fixé à l'inducteur de manière à s'étendre coaxialement à cet inducteur au—delà de l'une de ses faces frontales et dans lequel l'arbre, centré et guidé d'une manière é — tanche aux extrémités du bloc statique constitué par l'inducteur et le corps tubulaire, est équipé d'un piston disposé pour se 35 déplacer à l'intérieur du corps tubulaire, cedit piston étant dimensionné ou agencé afin de permettre la circulation du fluide entre les deux chambres qu'il délimite lorsque l'arbre est sollicité par un effort moteur. 5„— Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le 70 15408 8 2085507 corps tubulaire s'étend de part et d'autre des faces frontales de l'inducteur, coaxialement à ce dernier, dans lequel des joints sont disposés pour éviter le passage du fluide le long de l'entrefer et dans lequel l'arbre est immobilisé hydrauliquement en 5 l'absence de tout effort électrodynamique et est agencé à cette fin ; d'un tube central soumis au champ de l'inducteur, de deux arbres latéraux cylindriques engagés aux extrémités dudit tube, ces arbres latéraux étant d'un diamètre différent de celui du tube, et coulissant d'une manière étanche à travers des plaques 10 de fermeture disposées aux extrémités du corps tubulaire, d'un tiroir creua coulissant à l'intérieur du tube et de ressorts immobilisant le tiroir au milieu du tube en l'absence de champ inducteur, cedit. tube et le tiroir comportant à leurs extrémités des trous radiaux disposés les uns par rapport aux autres de ma— 15 nière à bloquer toute circulation de liquide entre les deux enceintes latérales lorsque l'inducteur n'est pas alimenté et à permettre cette circulation, et par conséquent le déplacement de l'arbre, lorsque, sous l'effet du champ inducteur, le tiroir se déplace dans le tube jusqu'à venir en contact avec la face fron— 20 taie intérieure de l'un des arbres latéraux. 6.— Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le piston est équipé de joints d'étancbéité portant sur l'alésage du corps tubulaire et dans lequel les extrémités opposées des deux chambres étanches ainsi délimitées sont raccordées par une 25 tuyauterie à débit contrôlable. 7.— Dispositif selon les revendications 2 ou 3» dans lequel l'arbre ne comporte pas de trous pour la circulation du liquide, celle—ci étant assurée au moyen d'une tuyauterie extérieure à débit contrôlable. 30 8«- Dispositif selon les revendications 6 ou 7» dans la tuyauterie extérieure duquel est inséré tout appareil hydraulique d'un type connu en soi tel que : étrangleur, clapet à commande électrique, régulateur de débit, soupape à double clapet antiretour, limiteur de pression0 35 9o— Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dont les enceintes ou chambres sont raccordées à un compensateur de dilatation calorifique» 10.— Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le corps tubulaire est équipé d'ailettes de refroidis— 40 sement.