Brevet FR2081144A1 — publié le 19711203

La présente invention a pour objet un dispositif perfectionné pour la production de vibrations ou impulsions alternatives susceptibles d'être éventuellement transformées en impulsions unidirectionnelles ou en mouvement linéaire. Le dispositif perfectionné suivant l'invention étant réversible peut également entre utilisé pour la production de courant alternatif ou pour la réalisation d'appareils de mesure de vibrations, ces applications étant données à titre d'exemples non limitatifs. I1 est connu de produire des vibrations ou impulsions au moyen de dispositifs comportant une culasse en matière magnétique et un noyau également en matière magnétique disposé à l'intérieur de ladite culasse et formant avec cette dernière deux entrefers, le flux magnétique passant dans le circuit magnétique formé par la culasse et le noyau et dans les entrefers étant constitué par la superposition d'un flux continu et d'un flux alternatif, le flux résultant assurant les déplacements de la culasse et du noyau l'un par rapport à l'autre. Ces dispositifs présentent un certain nombre d'inconvénients. En particulier le flux alternatif produit par les enroulements alimentés en courant alternatif a pour effet d'induire dans les enroulements alimentés en courant continu, des courants qui peuvent avoir une action néfaste sur les générateurs de courant continu. D'autre part la puissance de ces dispositifs est en général limitée. Le dispositif suivant l'invention permet d'éliminer ces inconvénients, Ce dispositif est caractérisé en ce que, d'une part, le noyau est constitué dtau moins deux parties dont l'une comporte des enroulements parcourus par un courant alternatif et dont l'autre comporte des enroulements parcourus par un courant continu et > d'autre part, la culasse est formée également d'au moins deux parties disposées d'un coté et de l'autre du noyau, les distances entre les extrémités du noyau et les faces correspondantes des parties de la culasse, ou entrefers, étant en rapport avec l'amplitude des oscillations à obtenir. Le dispositif suivant l'invention peut permettre d'obtenir des vibrations ou impulsions alternatives dont l'amplitude et la fréquence peuvent entre modifiées en faisant varier simultanément ou non la tension alternative, la tension continue et la fréquence de la tension alternative. Une des applications intéressantes du dispositif de l'invention est le fonçage ou l'arrachage de pieux, palplanches, cuvelages ou analogues. Les dispositifs utilisés pour de tels travaux doivent répondre à des caractéristiques de plus en plus difficiles à remplir. Leur puissance, notamment, doit sans cesse augmenter sans, pour autant, que leur maniabilité, leur fiabilité et le bruit outils produisent en fonctionnement deviennent prohibitifs ou même gênants. Les piliers, les roulements, les canalisations d'amenée de fluide moteur, etc.. que comportent les appareils de fonçage mécaniques ne peuvent recevoir ou dépasser certains efforts-ou dimensions limites. D'autre part ces appareils ne peuvent permettre d'obtenir, mtme à des puissances relativement réduites, des fréquences dépassant notablement 50 Hz. Outre la possibilité d'obtenir des oscillations à fréquences et amplitudes variables, le dispositif suivant l'invention présente l'avantage de ne pas faire intervenir, pour son fonctionnement, de masses tournantes, de paliers, pignons, etc... c'est à dire des organes fragiles tributaires de limitations de charges et d'efforts La puissance des appareils réalisés conformément à l'invention peut Autre aussi grande que nécessaire et la fréquence des oscillations produites peut varier de quelques fractions de Hz à plus de 300 Hz. D'autre part l'alimentation à distance de ces appareils est facilitée puisqu'elle n' exige que des cules électriques D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit et qui est relative à des formes de réalisation données à titre d'exemples non limitatifs. Dans cette description on se réfère aux dessins ci-joints qui montrent fig.1 une vue en élévation d'un dispositif suivant l'invention; fig.2 des courbes relatives aux flux traversant les entrefers; fig.3 une vue en élévation d'un dispositif suivant l'invention générateur de percussions unidirectionnelles excité par un dispositif suivant l'invention. Le générateur d'oscillations représenté fig.1, en position verticale, comprend un noyau en tôles magnétiques 1, en forme de double H pouvant titre animé d'un débattement alternatif d'amplitude maximum déterminée d'avance, entre deux culasses 2 et 3, également en tales magnétiques, reliées mécaniquement entre elles par les colonnes 4 et 5, qui servent en meme temps de guide au noyau 1 par l'intermédiaire des glissières 6 et 7.Les ressorts 8 ont pour but de maintenir le noyau dans une position moyenne, à l'arrêt entre les culasses 2 et 3, c'èst à dire de manière que les entrefers 9 et 10 soient pratiquement égaux avant mise en marche de l'appareil, quel-le que soit sa position0 Ces entre fers e u- vent être réglés, par exemple, par-l'action des écrous 18-19 et 22-23. Des butées Il émptchent le noyau 1 de venir buter contre les culasses 2 et 3 en cas de déréglage de l'appareil. Le paquet de tales de la culasse 2 est solidement maintenu par un étrier 16, comportant à ses extrémités une oreille percée dans laquelle viennent se fixer, par le moyen des écrous 18 et 19, les colonnes de raidissement et d'écartement 4 et 5. Cet étrier est muni en son centre dtun crochet de manutention 24. L'étrier 30 de la culasse 3 fixé au moyen des écrous 22-23 a le mame objet que le précédent et possède un organe de préhension 17 destiné à fixer le générateur à l'objet à vibrer. On pourrait également fixer ce dernier au noyau. La branche centrale verticale du noyau est équipée à ses extrémités de bobines 12 et 13 de fil de cuivre isolé, alimentées en courant alternatif, et chaque partie de la branche horizontale médiane comporte une bobine 14, ou 15, ces bobines étant alimen tées en courant continu. Les enroulements 12 et 13 sont branchés de telle manière qu'ils produisent des flux de mÈmé sens. Au contraire, les flux produits par les bobines à courant continu sont opposés. Dans ces conditions, le trajet des lignes de force est le suivant Pour les flux continus, les lignes de force sont indiquées en trait pointillé avec flèches 25. Les flux des bobines 14 et 15 étant en opposition se séparent au milieu de la branche verticale centrale du noyau l pour s'orienter vers chacune des extrémités de ladite branche. Les flux ainsi produits cheminent à travers la culasse et les branches latérales verticales du noyau, pour se refermer à l'intérieur des bobines. Pour les flux alternatifs, à un moment donné d'une période du courant alternatif (au maximum, par exemple), le trajet est représenté en traits interrompus avec les flèches 26. Le trajet de ces flux suit toute la branche centrale verticale pour se refermer, à travers les culasses et les branches latérales du noyau, dans ladite branche centrale. Les flux alternatifs et continus vont donc se composer de la manière suivante; au moment d'un maximum du flux alternatif, supposé égal en intensité au flux continu, l'entrefer 10 sera traversé par la somme des deux flux, alors que le flux dans l'entrefer 9 est nul puisque les deux flux, opposés en direction, se retranchent et s'annulent. Le noyau sera donc attiré par la culasse 2. Cette action s'inversera au moment de l'inversion du sens du courant alternatif. Le système ainsi excité d'une part par un flux continu et d'autre part par un flux alternatif se mettra à osciller suivant son axe central XX' à une fréquence rigoureusement synchrone à celle du réseau qui alimente l'appareil. Ce générateur de vibrations est en fait un moteur à courant alternatif synchrone, dont les mouvements sont linéaires alternatifs sinusoidaux. Son fonctionnement peut ainsi s'identifier à celui d'un moteur synchrone rotatif, Dans le cas du moteur synchrone, la roue polaire et le champ tournant sont confondus à vide et prennent un décalage angulaire dès qu'une charge apparat à l'arbre. Dans le cas du générateur selon l'invention, le déplacement du noyau est décalé de T alternative sinusoldale qui lui donne naissance. Le travail produit par ce déplacement pendant une période est nul.Si une charge apparats le décalage est inférieur à T rat alors un produit positif du déplacement ét dè la force, La composition des flux dans appareil est illustrée par le schéma de--Ia fiv.2, dont l'abscisse représente-le temps et les ordonnées, les flux. La ligné- MN -représente le flux continu qui traverse la- branche centrale verticale supérieure du noyau et l'entrefer- 10. La ligne SR représente le flux continu inverse au premier, qui se propage dans- la partie inférieure de la branche centrale verticale et entrefer 9. La ligne sinusoidale a, en trait-plein, correspond au flux produit le long de la branche centrale verticale, par le courant alternatif et qui traverse les entrefers 10 et 90 A l'instant tl, moment du maximum du flux alternatif (courbe b), l'entrefer 10 est parcouru par la somme des flux alternatif et continu, et à l'instant t2 les flux se retranchent et s'an- nulent, étant donné que dans le cas considéré les amplitudes des courants continu et alternatif sont égales. Dans l'entrefer 9 (courbe c), les phénomènes sont identiques, mais de sens inverse > et décalés de sr par rapport aux précédents.C'est en effet à l'instant t2 de la période que la valeur maximum du flux alternatif s'ajoute au flux continu, alors qu'ils s'annulent à l'entrefer 10. Les parties inférieure et supérieure de la branche centrale verticale du noyau sont donc parcourues par un flux "ondulé, de sens inverse, variant de O à un maximum, pour revenir à 0. Une des particularités du générateur de vibrations suivant l'invention consiste dans la disposition des bobines à courant continu par rapport au cheminement du flux alternatif. Il est possible, en effet, qu'une certaine dispersion de ce dernier traverse la branche médiane horizontale autour de laquelle sont disposées les bobines à courant continu. Mais, comme les dispersions produites par les bobines 12 et 13 sont égales et de sens inverse, à l'intérieur des bobines à courant continu, aucune induction ne peut s'y produire, il n'y a pas apparition de tension alternative, qui serait néfaste pour les générateurs de courant continu, ou pourrait suivant le couplage des bobines continu, produire un court-circuit dans ces dernières et les détériorer. I1 existe des appareils générateurs de percussions unidirectionnelles engendrées par la transformation d'oscillations alternatives, produites par un excitateur mécanique à volants à balourds. Le générateur électrique selon l'invention peut avantageusement remplacer l'excitateur mécanique de ces appareils. La fiv 3 montre un appareil de ce genre en position verticale, muni d'un excitateur électrique conforme à l'invention. Cet appareil à percussions comporte un cadre rigide formé de deux traverses 31 et 32 bridées par les colonnes 33. La traverse supérieure est munie d'un crochet d'enlevage 34 et de deux vérins à vis 35, dont l'utilité sera décrite plus loin. La traverse inférieure possède en son milieu d'une part un organe de préhension 36 destiné à saisir l'objet à foncer, et d'autre part, une enclume 37 destinée à recevoir les percussions provo quées par l'excitateur 38. Ce dernier, conforme au dispositif qui vient d'être décrit, peut glisser et être guidé le long des deux colonnes verticales 33 du cadre. Il comporte à sa partie inférieure un mouton 39, préalablement appliqué sur l'enclume 37 par l'action de ressorts 40. Ces derniers peuvent être préalablement plus ou moins comprimés par le jeu des vérins 35. Le fonctionnement est le suivant : lorsque la tension et la fréquence appliquées à l'excitateur provoquent en ce dernier des forces supérieures à la compression-des ressorts, le mouton 39 se sépare de l'enclume pour venir, à la fin de la course inverse produite par l'inversion de la force alternative, buter de nouveau sur l'enclume. La fréquence des coups est identique à celle du réseau alternatif alimentant l'appareil. Pour obtenir une fréquence plus élevée, il faudra augmenter la compression des ressorts 40 bien entendu de façon concomitante avec l'augmenta tion de la fréquence d'alimentation. Cet appareil ne comporte aucun organe fragile rendant délicat son fonctionnement. Sa puissance et la fréquence de battage peuvent pratiquement être illimitées et il est donc possible d'obtenir des efforts de percussion de plusieurs milliers de tonnes. Outre ces avantages, on peut signaler: grande fiabilités silence total du générateur de vibrations, possibilité de réaliser une gamme très étendue de types d'appareils: terrestres, sous-marins, de puissances très variables. Le dispositif suivant l'invention est susceptible de très nombreuses.applications parmi lesquelles on peut citer notamment: a) dans l'industrie des travaux publics et connexes - la reconnaissance de sols à terre ou dans les fonds sous-marins, l'appareil étant rendu étanche; - le forage, le battage, l'arrachage de pieux, palplanches, cuvelages, etc.. en direction verticale, inclinée ou hori zontale, l'excitation pouvant notamment entre à fréquences soni ques; - - le compactage, le damage des revtements, enduits ou autres, ou encore des terrains en profondeur; b) dans les industries de manipulation et connexes - l'agitation des tapis statiques destinés au transport de matériaux tels que grains, charbons, agglomérés, etc... en remplaçant les oscillateurs à balourd habituellement utilisés; c) dans l'industrie électrique - la création de générateurs de courants alternatifs, le noyau du dispositif étant animé suivant son axe de mouvements de translation alternatifs, par exemple au moyen d'un système bielle-manivelle, ce qui engendre des courants alternatifs dans les enroulements tels que ceux prévus sur la partie verticale centrale du dispositif; ; - l'utilisation de ce générateur comme appareil de détection et de mesure de l'amplitude et de la fréquence, meme fai bles, d'objets soumis à des vibrations. il doit titre entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation qui viennent d'entre décrites mais qu'elle peut titre réalisée suivant de nombreuses variantes. De mame l'invention est susceptible d'applications autres que celles qui ont été indiquées; par exemple elle peut titre appliquée à la création d'un moteur de véhicule automobile en n'utilisant que les impulsions produites dans un seul sens. REVENDICATIONS 1) Perfectionnement à la production de vibrations ou impulsions alternatives au moyen de dispositifs du type comportant une culasse en matière magnétique et un noyau également en matière magnétique disposé à l'intérieur de ladite culasse dont il est séparé par un ou des entrefers, le flux magnétique passant dans le circuit magnétique formé par la culasse et le noyau et dans le ou les entrefers étant constitué par la superposition d'un flux continu et d'un flux alternatif, le flux alternatif résultant assurant les déplacements de la culasse et du noyau l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce que, d'une part, le. noyau est constitué d'au moins deux-parties dont l'une comporte des enroulements parcourus..par..un::cpurant alternatif et.dont l'autre comporte des enroulements parcourus par un courant continu. et, d'autre part, la culasse est formée d'au moins deux parties, également disposées d'un coté et de l'autre du noyau, les distances entre les extrémités du noyau et les faces correspondantes des parties de la culasse, ou entrefers, étant en rapport avec l'amplitude des oscillations à obtenir. 2) Dispositif suivant. la revendication 1 caractérisé en ce que l'on obtient simultanément ou non des variations de l'amplitude et de la fréquence des oscillations en faisant varier la tension alternative ou la -tension continue, et la fréquence de la tension alternative. 3) Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le noyau est en-forme de double H'dont la branche centrale est munie, de part et^d'-autre de la branche médiane, d'un enroulement alimenté .en courant alternatif et dont chacune des deux partis de la branche médiane, située de part et d'autre de la branche centrale, est munie d'un enroulement -alimenté en courant continu, les enroulements parcourus par le courant alternatif produisant des flux-de meme sens et les enroulements parcourus par le courant continu produisant des flux de sens opposés, de telle manière que les flux continus et alternatifs, égaux en amplitude, s'ajoutent dans l'entrefer entre le joyau et l'une des culasses et se retranchent dans l'autre entrefer entre ledit noyau et l'autre culasse pour communiquer ainsi au dit noyau un mouvement alternatif dont la fréquence est celle du courant alternatif utilisé, les parties inférieure et supérieure de la branche centrale du noyau étant alors parcourues par un flux ondulé de sens inverse pour chacune d'elles et variant de O à un maximum pour revenir à 0. 4) Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les enroulements à courant continu sont disposés ae telle façon, par rapport au trajet du flux alternatif, que la dispersion de ce dernier à travers les parties de la branche mé- diane autour desquelles sont disposés les enroulements à courant continu, ne puisse produire aucun courant induit dans ces dits enroulements. 5) Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le noyau et les culasses sont reliés mécaniquement entre eux par des colonnes servant en meme temps de guides et de support pour le noyau qui est maintenu à l'arrêt dans une position moyenne entre les culasses par des ressorts de tension réglable. 6) Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que des moyens sont en outre prévus pour régler l'importance de l'entrefer entre noyau et culasses. 7) Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'ensemble formé par les culasses et les moyens de guidage du noyau et de réglage des entrefers est solidaire d'étriers ou d'un carter entourant tout ou partie de l'appareil. 8) Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que des organes de préhension ou de solidarisation avec les éléments à faire vibrer sont fixés sur ces étriers ou le carter. 9) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des butées sont prévues pour empêcher le noyau de buter contre le métal des culasses dans le cas où le fonctionnement de l'appareil serait déréglé, 10) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les oscillations alternatives produites sont transformées en mouvements de percussion unidirectionnels en prévoyant des organes élastiques réglables entre la partie de l'une des culasses opposée à l'un des entrefers, ou entre un organe solidaire de cette partie, et un cadre rigide entourant le générateur d'oscillations, ce cadre comportant , sur sa face correspondant à une partie de l'autre culasse opposée à l'autre entrefer, une enclume sur laquelle vient frapper ladite partie de l'autre culasse ou un organe solidaire de cette partie, des moyens de guidage étant en outre prévus pour le déplacement alternatif dudit générateur à l'intérieur du cadre rigide. 11) Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le cadre rigide comporte, à sa partie supérieure, un organe de préhension et, à sa partie inférieure, un organe de solidarisation avec l'élément auquel on doit communiquer les impulsions unidirectionnelles, ou percussions, produites par le dispositif. 12) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est appliqué à ltenfonce- ment ou à l'arrachage de pieux, palplanches ou analogues. 13) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, rendu étanche, il est appliqué à des travaux sous-marins. 14) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la production de mouvements continus en faisant agir le générateur d'oscillations sur un dispositif transformant le mouvement alternatif en mouvement continu. 15) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, l'alimentation des enroulements à courant alternatif étant supprimée, le noyau est animé d'un mouvement alternatif engendrant la production d'un courant alternatif dans lesdits enroulements0