Brevet FR2236567A1 — publié le 19750207

La présente invention concerne d'une manière générale les séparateurs magnétiques du type de ceux couramment utilisés pour le triage de matériaux ferromagnétiques, et par exemple pour le triage de minerais, et vise plus particulièrement ceux de ces séparateurs magnétiques qui comportent sur une portion au moins d'une couronne circulaire, une pluralité d'éléments inducteurs dont chacun a sa direction d'aimantation qui s'étend sensiblement perpendiculairement au rayon de ladite couronne qui passe par sa zone médiane S'agissant de séparateurs magnétiques de basse intensité, c='est-à-dire produisant en surface un Champ magnétique inférieur à environ 1000 ou 1500 gauss, ces éléments inducteurs sont le plus souvent des aimants permanents et ceux-ci sont en général mis en oeuvre dans le cadre d'une structure à champ ouvert relativement économique à réaliser. S'agissant par contre de séparateurs magnétiques de haute intensité, c'est-à-dire produisant en surface un champ magnétique supérieur à 10000 gauss, les éléments inducteurs en question sont le plus souvent des électro-aimants et ceux-ci sont mis en oeuvre dans le cadre d'une structure à champ fermé qui, bien qu'onéreuse, est.justifiable des intensités recherchées et obtenues, et qui, en outre, permet une implantation extérieure des bobinages nécessaires à la commande de ces éléments inducteurs, cette implantation extérieure étant ainsi des nature à favoriser le refroidissement nécessaire de ces bobinages. S'agissant maintenant des séparateurs magnétiques de moyenne -intensité, ctest-à-dire produisant à leur surface un champ magnétique compris entre, d'une part, environ 1000 à 1500 gauss, et d'autre part, environ 10000 gauss, il était quasi obligatoire jus qu a ce jour d'utiliser des électro-aimants comme éléments inducteurs, selon la conception couramment adoptée pour les séparateurs magnétiques de haute intensité En effet les aimants couramment disponibles à ce jour possédaient un champ coercitif trop faible : ils perdaient rapidement leur aimantation ; en pratique, les aimants permanents connus jus qu a un passé récent ne permettaient pas d'atteindre de manière durable le domaine des moyennes intensités. Pour les séparateurs magnétiques de moyenne intensité, les éléments inducteurs, à ce jour le plus souvent des électro-aimants, peuvent étre mis en oeuvre soit au sein d'une structure à champ fermé du type "haute intensité", soit au sein dzune structure à champ ouvert du type "basse intensité". Dans le premier cas, ces séparateurs magnétiques de moyenne intensité sont onéreux à réaliser et, étant en pratique utilisés à une intensité inférieure à leur réelle capacité, leur rendement est faible ; ils ne sont donc pas économiques. Dans le deuxième cas les bobinages des électro-aimants de ces séparateurs magnétiques se trouvent enfermés à l'intérieur du corps de ces derniers, et leur refroidissement, qui est nécessaire, devient difficile à assurer, ce qui en limite. en pratique la capacité. Mettant à profit l'existence récente d'aimants permanents présentant notamment un champ coercitif élevé, la présente invention a pour objets diverses dispositions qui mises en oeuvre in dividuellement ou de préférence conjointement dans un séparateur magnétique à aimants permanents permettent non seulement d'avoir à la surface de ce dernier un champ relativement élevé, appartenant au domaine des moyennes intensités, mais encore d'atténuer la chute de ce champ entre cette surface et le voisinage de celle-ci, ou autrement dit d'avoir encore un champ notable à distance de cette surface. La première de ces dispositions vise à.limiter les fuites de flux magnétique à la périphérie interne de la courpnne circulaire constituée pour partie par les aimants permanents d-'un tel séparateur magnétique. A cet égard, la présente invention a tout d'abord plus particulièrement pour objet, un séparateur magnétique du genre comportant, sur une portion au moins de couronne circulaire une pluralité d'aimants permanents, dits ci-après aimants inducteurs, chacun desdits aimants inducteurs ayant sa direction d'aimantation qui s'étend sensiblement perpendiculairement au rayon de ladite couronne qui passe par sa zone médiane, caractérisé en ce que, à la périphérie interne de cette couronne sont prévus des aimants permanents supplémentaires, dits ci-après aimants de répulsion, chacun desdits aimants de répulsion ayant sa direction d'aimantation qui s'étend sensiblement suivant un rayon de la couronne, au droit d'une zone formant interface entre deux aimants inducteurs successifs, et le sens d'orientation étant tel que la polarité de sa face la plus proche des aimants inducteurs est de méme signe que les faces en regard des aimants inducteurs au droit desquelles l'aimant de répulsion est placé. Ces aimants de répulsion refoulent, en quelque sorte en direction de la périphérie externe de la couronne, la partie du flux des aimants inducteurs qui aurait tendance à sortir de ceux-ci au niveau de la périphérie interne de ladite couronne, et donc limitent avantageusement les pertes de flux, ce qui augmente les performances de l'ensemble. Selon un mode de réalisation possible, les aimants inducteurs sont jointifs. Selon cependant un mode préféré de réalisation, ces aimants inducteurs alternent avec des pièces polaires, au droit desquelles se trouvent les aimants de répulsion, ces pièces polaires présentant un évidement interne, ce qui permet, sans diminution d'efficacité, une diminution de poids, une économie de matière, un refroidissement naturel lorsqu'existe une cause extérieure d'échauffement, et une bonne adaptation à l'écoulement nécessaire du flux sans perte et sans saturation. Ces pièces polaires assument en elles-meCmes une canalisation avantageuse du flux magnétique et contribuent de ce fait à une augmentation du champ magnétique à ltextérieur. Elles peuvent en outre assurer une liaison mécanique d'entretoise entre les aimants inducteurs avec lesquels elles sont alter- nées. Ces pièces polaires peuvent entre en un matériau conducteur de flux magnétique : métal, acier, ferrite ... mais en tout cas de structure isotrope. Ainsi l'invention a encore pour objet un séparateur magnétique à aimants permanents, du genre comportant sur une portion au moins de couronne cIrculaire, une pluralité d'aimants permanents dits ci-après aimants inducteurs, chacun desdits aimants inducteurs ayant sa direction d'aimantation qui s'étend sensiblement perpendiculairement au rayon de ladite couronne qui passe par sa zone médiane, caractérisé en ce que lesdits aimants inducteurs alternent avec des pièces polaires présentant chacune un évidement interne. Lesdites pièces polaires permettent par ailleurs l'adoption de dispositions supplémentaires favorisant encore une augmentation du champ en surface. La première de ces dispositions complémentaires vise à doter ces pièces polaires d'un prolongement, en métal ou en ferrite de préférence anisotrope, au-delà de la périphérie externe de la couronne constituée conjointement par l'aimant inducteur et ces pièces polaires. Non seulement ces prolongements augmentent les champs en surface, mais encore lorsqu'ils sont anisotropes ils diminuent la chute de champ à distance de cette surface Selon une deuxième disposition complémentaire, des aimants antagonistes sont prévus entre les prolongements radiaux des pièces polaires, chacun de ces aimants antagonistes ayant sa direction d'aimantation qui s'étend sensiblement perpendiculairement au rayon de la couronne qui passe par sa zone médiane. Au prolongement radial de chaque pièce polaire sont associés deux aimants antagonistes disposés de part et d'autre de celui-ci Dans une forme de réalisation les deux aimants antagonistes situés entre les prolongements de deux pièces polaires consécutives sont jointifs. Ces aimants antagonistes assurent une certaine canalisation du flux sortant des prolongements des pièces polaires et contribuent ainsi à atténuer encore la chute inévitable de champ à distance de ltextrémité-libre de ces prolongements. L'expérience montre que l'ensemble- de ces dispositions, qui sont avantageusement usais non obligatoirement mises en oeuvre conjointement, permet d'avoir un gain de champ en surface d'au moins 30 % entre un séparateur magnétique de type classique et, les conditions étant égales par ailleurs, un séparateur magnétique comparable suivant l'invention, qui en est doté. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels les figures lA et 1B sont des vues générales en coupe trans ver sa le de séparateurs magnétiques du type de ceux auxquels est destinée l'invention. La figure 1A donne un exemple de montage en voie sèche et la figure 1B un exemple de montage en voie humide la figure 2 est à échelle supérieure une vue en élévation schématique de la partie active d'un séparateur magnétique suivant l'invention ; la figure 3 est à échelle encore supérieure une vue partielle de cette partie active les figures 4, 5, 6, 7 et 8 sont des vues analogues à la fign- re 2 et concernent des variantes de réalisation. Aux figures lA et 1B on reconnait un séparateur magnétique 10 du genre comprenant un boitier actif fixe Il disposé au sein d'une cage rotative 12, ce boitier actif 11 ayant globalement la forme d'un secteur de couronne et n 'occupant de ce fait qu'une partie du volume interne de la cage 12. Un tel séparateur peut par exemple (figure lA > étre appliqué au tri d'un minerai comportant des particules ferromagnétiques et des particules magnétiquement inertes. Ce séparateur 10 est par exemple à cet effet disposé à l'aplomb d'une trémie 15 recevant le minerai en question entre cette trémie 15 et un déflecteur 16. Ce minerai à traiter est déversé sur la cage 12 du séparateur magnétique 10 les particules ferromagnétiques viennent se fixer temporairement sur cette cage, à l'aplomb du boîtier actif Il, et entraînées par cette cage tout au long de ce boîtier ne sont libérées qutau-delà du déflecteur 16, suivant le trajet indiqué par les flèches 13 ; par contre, les particules magnétiquement inertes tombent directement en deçà de ce déflecteur 16, suivant le trajet indique par les flèches 14. Un tel séparateur peut encore etre appliqué au tri de matersux sous forme de pulpe, figure lB. Là encore les matériaux magnétiques suivent le trajet des flèches 13 et les matériaux non magnétiques le trajet des flèches 14. Le boîtier actif il comporte en partie une portion de couronne circulaire 18 formée notamment d'une pluralité d'aimants permanents 19, dits ci-après aimants inducteurs. Ces aimants inducteurs sont aimantés dans la direction circonférentielle c'est-à-dire qu'ils ont leur direction d'aimantation 5N qui s'étend sensiblement perpendiculairement au rayon de ladite couronne qui passe par leur zone médiane, le sens de cette aimantation étant bien entendu alterné d'un aimant permanent à l'autre. Selon l'invention, à ces aimants inducteurs sont associés des aimants de répulsion 20 disposés à la périphérie interne de la couronne 18 au droit des zones d'interface entre deux aimants inducteurs 19 successifs, figures 2 et 3. Chacun de ces aimants de répulsion 20 a sa direction d'aimantation SN qui s'étend sensiblement suivant un rayon de la couronne 18, figure 3, et son sens d'orientation est tel que la polarité de sa face la plus proche des aimants inducteurs 19 est de meme signe, ctest-à-dire de meme nom SN que les faces en regard des aimants inducteurs 19 au droit-desquels il se trouve. Dans une variante non représentée, on dispose un aimant permanent dit de "super-répulsion", au droit d'un aimant de répulsion sur deux et de façon telle que sa face la plus proche de aimant de répulsion soit un pôle de mEme nom que la face en regard dudit aimant de répulsion ainsi le flux qui aurait pu traverser l'aimant de répulsion se verrait refoulé. De préférence les aimants inducteurs 19 alternent en pratique avec des pièces polaires 22. Dans l'exemple représenté sur les figures 2 et 3, ces pièces polaires, qui forment conjointement avec les aimants inducteurs 19 la couronne 18, ont, perpendiculairement à l'axe de celle-ci, une forme de coin, et les aimants inducteurs 19 ont conjointement une forme rectangulaire. Les pièces polaires 22 ont de préférence, de la périphérie interne à la périphérie externe de la couronne 18, c'est-à-dire radialement, une hauteur sensiblement égale à celle des éléments inducteurs 19. Il importe en fait que les pièces polaires 22 ne dépassent pas des aimants inducteurs 19, au moins à la périphérie interne de la couronne 18, et compte tenu des tolérances de construction iné- vitables, les pièces polaires 22 sont de préférence radialement légèrement en retrait vis-à-vis des aimants inducteurs 19, au moins à la périphérie interne de la couronne 18. De préférence chaque pièce polaire 22 présente un évidement interne 23, et celui-ci s'étend parallèlement à l'axe de la couronne 18, d'une face transversale dgune telle pièce polaire 22 à l'autre. Les pièces polaires 22 peuvent être simplement en acier. Elles peuvent également être en ferrite isotrope. Outre leur fonction relative au flux, tel que développé cidessus, les pièces polaires 22 assurent avantageusement une liaison mécanique entre les aimants inducteurs 19 auxquels elles peuvent titre solidarisées par tout moyen approprié, et par exemple par collage. De préférence chaque pièce polaire 22 est munie d'un prolongement 25 qui s'étend radialement à partir de la périphérie externe de la couronne 18. Ce prolongement peut titre en acier, ou en aimant ferrite anisotrope ou isotrope ; dans ce dernier cas il a sa direction d'ai- mantation qui s'détend sensiblement suivant un rayon de la couronne 18. Chaque prolongement 25 d'une pièce polaire 22 a pour but, et pour effet, de canaliser le flux sortant par les pièces polaires 22, pour éviter une perte intempestive de flux, et éventuellement de concentrer ledit flux. A cet effet il est avantageux, notamment lorsqu'il s'agit de prolongements en acier, de donner à ceux-ci une forme de dôme, celle des extrémités d'un tel prolongement 25 qui est la plus éloignée de la pièce polaire 22 associée étant circonférentiellement de largeur moindre que celle des extrémités de ce prolongement 25 par laquelle celui-ci est lié à ladite pièce polaire A la figure 3 on a schématisé par des traits interrompus 26 la forme en dôme éventuelle d'un tel prolongement 25, ce prolongement pouvant, tel que représenté en traits pleins, avoir couramment une forme rectangulaire. Comme précédemment les prolongements 25 peuvent titre solidarisés aux pièces polaires 22 correspondantes par simple collage. Selon une disposition complémentaire de l'invention entre les prolongements 25 des pièces polaires 22 s'étendent des aimants permanents 28, dits ci-après aimants antagonistes, et chacun de ces aimants antagonistes 28 a sa direction d'aimantation SN qui stetend sensiblement perpendiculairement au rayon-de la couronne 18 qui passe par sa zone médiane, parallèlement à la direction SN de l'aimant inducteur 19 correspondant. Pour éviter un court-circuit du flux à la base des prolongements 25 des pieces polaires 22, les aimants antagonistes 28 sont à distance des aimants inducteurs 19 correspondants , en pratiqué les aimants antagonistes 28 sont de préférence à niveau avec ltex- trémité libre des prolongements 25 des pièces polaires 22 qu'ils encadrent, et leur hauteur h, c'est-à-dire leur dimension suivant un rayon de la couronne 18, est de préférence au plus égale à la moitié de la hauteur H correspondante desdits prolongements 25. Ces aimants antagonistes 28 peuvent titre associés par paire à chaque prolongement 25, figure 8, ou bien, deux aimants antagonistes voisins, c'est-à-dire entre deux. prolongements radiaux 25, peuvent être jointifs, figures 2 à 4. Le maintien des aimants de répulsion 20 et des aimants antagonistes 28 peut être assuré en noyant l'ensemble dans une matière synthétique appropriée, par exemple du type de celle vendue sous la désignation commerciale nARALDITE" Des essais ont montré que le fait d'ajouter un aimant de répulsion augmente les performances de 3 à 5-%. Les aimants de concentration améliorent également beaucoup les performances de ltap- pareil : jusqu'à 15 %. Les aimants antagonistes entraînent une augmentation de l'amélioration des performances de 25 à 50 %. Bien entendu, -et tel que schématisé à la figure 4, les divers aimants mis en oeuvre, et en particulier les aimants inducteurs 19 et les aimants antagonistes 28, pèuvent chacun être constitués par un empilage approprié dtaimants élémentaires, respectivement 19A, 28A. Suivant la variante de réalisation illustrée à la figure 5, les pièces polaires 22 ont, en coupe, perpendiculairement à l'axe de la couronne 18, une forme rectangulaire, et il en est de-méme des aimants inducteurs 19, lesquels dans exemple représenté sont chacun constitués par un empilage de plaquettes rectangulaires de mimes dimensions. Chaque pièce polaire 22 est dans ce cas flanquée de pièce de jonction en forme de coin 30, en ferrite isotrope ou en acier. Suivant la forme de réalisation illustrée à la figure 6, les pièces polaires 22 ont, en coupe comme pour la forme de réalisation représentée à la figure 5, une forme rectangulaire, mais conjointement, les aimants inducteurs 19 ont globalembnt en coupe, perpendiculairement à l'axe une forme trapézoidale. Dans ce cas ils sont formés par un empilage approprié de plaquettes rectangulaires 19A de dimensions progresEivément décroissantes de la périphérie externe de la couronne 18 à la périphérie interne de celle-ci. La figure 7 illustre une variante simplifiée de réalisation suivant laquelle les aimants inducteurs 19 sont jointifs et ont de ce fait, en coupe, perpendiculairement à l'axe de la couronne 18 qu'ils constituent, une forme globalement trapézoidale. Pour une telle variante simplifiée il n'y a donc pas de pièce polaire entre ces aimants inducteurs, et seuls sont prévus suivant l'invention les aimants de répulsion 20. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais englobe toute variante d'exécution. REVENDICATIONS 1. Séparateur magnétique à aimants permanents du genre com- portant, sur une portion au moins de couronne circulaire, une pluralité d'aimants permanents, dits ci-après aimants inducteurs, chacun desdits aimants inducteurs ayant sa direction d'aimantation qui slétend sensiblement perpendiculairement au rayon de ladite couronne qui passe par sa zone médiane, caractérisé en ce que, à la périphérie interne de cette couronne, sont prévus des aimants permanents supplémentaires dits ci-après aimants de répulsion, chacun desdits aimants de répulsion ayant sa direction d'aimant tion qui s 'étend sensiblement suivant un rayon de la couronne, au droit d'une zone formant interface entre deux aimants inducteurs successifs, son sens d'orientation étant tel que la polarité de sa face la plus proche des aimants inducteurs est de mQme signe que les faces en regard des aimants inducteurs au droit desquelles l'aimant de répulsion est placé. 2. Séparateur magnétique suivant la revendication t, caractérisé en ce qu'il comporte autant d'aimants de répulsion que de couples dtaimants inducteurs. 3. Séparateur magnétique suivant la revendication 2, caracté- risé en ce qutun aimant permanent, dit de super répulsion, est disposé au droit d'un aimant de répulsion et de façon telle que sa face la plus proche de l'aimant de répulsion soit un poule de meme nom que la face en regard de celui-ci. 4. Séparateur magnétique suivant la revendication 3, caractérise en ce qu'un aimant de super-répulsion est associé à un sur deux des aimants de répulsion. S. Séparateur magndtiqwe- suivant Itune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aimants inducteurs sont jointifs. 6. Séparateur magnétique suivant l'une quelconque des revendi- cations précddentes, caractérisé en ce que les aimants inducteurs alternent avec des pièces polaires, au droit desquelles se trouvent les aimants de répulsion. 7. Séparateur magnétique à aimants permanents du genre com- portant, sur une portion au moins de couronne circulaire, une pluralité d'aimants permanents, dits ci-après aimants inducteurs, chacun desdits aimants inducteurs ayant sa direction d'aimantation u s'étend sensiblement perpendiculairement au rayon de ladite couronne qui passe par sa zone médiane, caractérisé an ce que lesdits aimants inducteurs alternent avec des pièces polaires présentant chacune un évidement interne. 8. Séparateur magnétique suivant la revendication 7, caractérisé en ce que cet évidement stétend parallelement à ltaxe d+une face transversale d'une pièce polaire à l'autre. 9. Séparateur magnétique suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que, perpendiculairement à f0axe, les pièces polaires ont une forme de coin. 10. Séparateur magnétique suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que, perpendiculairement à l'axe, les pieces polaires ont une forme rectangulaire. 11. Séparateur magnétique suivant l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que, radialement, les pièces polaires ont une hauteur sensiblement égale à celle des aimants inducteur s 12. Séparateur magnétique suivant leune quelconque des revendications 6 à 11 caractérisé en ce que les pièces polaires sont magnétiquement isotropes. 13. Séparateur magnétique suivant l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce qutà chaque pièce polaire est associé un prolongement radial par exemple en acier ou en ferrite de préférence anisotrspe. 14. Séparateur- magnétique suivant la revendication 13, carac térisé en ce que celle des extrémités du prolongement radial d'une pièce polaire qui est la plus éloignée de celle-ci est circonféren tellement de largeur mcindre que l'autre. 1S, Séparateur magnétique suivant l'une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que, à chaque prolongement radial sont associés deux aimants permanents, dits ci-après aimants antagonistes, et chacun de ces aimants antagonistes a sa direction d'aimantation qui s'étend sensiblement perpendiculairement au rayon de la couronne qui passe par sa zone médiane et son sens d'aimant tion qui est le meme que celui des aimants principaux. 16. Séparateur magnétique suivant la revendication 15, caractérisé en ce que les deux aimants antagonistes placés entre deux prolongements radiaux sont jointifs. 17 Séparateur magnétique suivant les revendications 15 ou 16, caractérisé en ce que les aimants antagonistes sont à niveau avec l'extrémité libre des prolongements des pièces polaires et en ce que la hauteur des aimants antagonistes est au plus égale à la moitié de celle desdits prolongements. 18. Séparateur magnétique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une coupe de chaque aimant inducteur suivant un plan perpendiculaire à l'axe a glcba- lement une forme rectangulaire. 19. Séparateur magnétique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutune coupe de chaque aimant inducteur suivant un plan perpendiculaire à l'axe a globalement une forme trapézoidale.