Brevet FR2270667A1 — publié le 19751205

la présente invention concerne les électro-aimants et plus exactement les électro-aimants d'attraction utilisés comme dispositifs d'entrafnement pour des mécanismes divers, comme par exemple les galets de pression des magnétophones, les dispositifs de freinage, les leviers à ressort. Des électro-aimants dattraction à deux enroulements sont bien connus, dans lesquels l'un des enroulements est un enroulement moteur et autre, auxiliaire, est un enroulement de maintien. L'enroulement moteur de tels électro-aimants est alimenté par des impulsions de courant, tandis que l'enroulement de maintien est prévu pour un régime de travail permanent. Pour noyer l'armature, l'impulsion de courant parcourt l'enroulement moteur, tandis qu'à travers ltenroulement de maintien, le courant passe de façon permanente. Cet enroulement est parcouru par un courant faible pendant toute la durée du maintien de l'armature dans la position noyée. Pour la libération de l'armature et son retour à la position initiale, les deux enroulements sont débranchés de la source (l'alimentation et restent sans courant.Cela permet de réduire lréchauffement de l'électro-aimant, de réduire la consommation d'énergie, de réduire les dimensions de l'électro-aimant, mais ne résout pas le problème dans son principe : après l'attraction de l'armature, les enroulements, quoiqu'ils n'absorbent qu'un courant de peu d'importance, restent reliés à la source d'alimentation, s'échauffent et créent un champ magnétique de dispersion. On connaît aussi des électro-aimants d'attraction impulsionnels à un seul enroulement avec dispositif de maintien sur billes et avec dispositif de maintien à roue dentée en étoile rotative, en contact avec une roue dentée correspondante installée à poste file sur le corps de l'électro-aimant et pourvue de dents successives hautes et basses. De tels électro-aimants fonctionnent par courants impulsionnels exclusivement. Pour l'attraction comme pour la libération de l'armature, on fait passer l'impulsion de courant dans un seul et même enroulement. La première impulsion provoque l'attraction de l'armature qui reste dans la position noyée en s'appuyant sur les billes, ou grâce à l'appui de la roue dentée rotative du dispositif de maintien sur les dents hautes correspondantes de la seconde roue dentée fixe. L'impulsion suivante provoque un léger mouvement de l'armature de l'aimant dans le sens de l'attraction, puis l'armature est débrayée d'avec le corps de l'électro-aimant et, grâce au roulement des billes dans des rainures de guidage du dispositif, ou gracie au passage de la roue dentée rotative du dispositif à l'engrenage avec les dents basses de la roue dentée fixe. L'avantage de tels électro-aimants par rapport à ceux décrits plus haut, réside dans le fait qu'ils résolvent le problème en principe : après le fonctionnement, les enroulements sont débranchés de la source d'alimentation. Dans la position de travail des dispositifs utilisant de tels électro-aimants, ceux-ci ne stéchauffent pas, ne consomment pas d'énergie et ne créent pas de champ magnétique de dispersion. Toutefois, le fait que l'armature de l'aimant soit noyée et libérée par des impulsions de courants identiques parcourant les mêmes circuits (un seul enroulement), est un inconvénient sérieux du fait que dans des installations pourvues de plusieurs électro-aimants de ce type, il peut arriver que l'un d'entre eux ou plusieurs aimants perdent leur synchronisme et que, au moment où leurs armatures, pour les besoins du fonctionnement de l'installation, doivent être attirés, ils seront libérés ou inversement. De plus, les dispositifs de maintien de l'armature noyée de ces électro-aimants sont relativement compliqués et de fonctionnement peu str. Un autre électro-aimant d'attraction est également connu, qui comporte une armature principale et une armature auxiliaire à ressort, tous deux avec enroulements, et un dispositif de maintien qui retient l'armature principale dans la position noyée, en l'absence de courant dans les enroulements. En fait, cet électro-aimant constitue un dispositif à deux électro-aimants d'attraction à un enroulement, disposés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre L'un des électro-aimants est l'organe de travail, et le second, qui a une armature à ressort, fonctionne comme aimant auxiliaire. L'électro-aimant auxiliaire fait fonctionner le dispositif de maintien qui se présente sous forme d'un simple verrou relié à l'armature de l'électro-aimant auxiliaire et qui pénètre dans une gâchette de l'armature de l'électro- aimant principal quand cette dernière est noyée. L'attraction de l'armature de l'électro-aimant principal se fait sous l'impulsion d'un courant qui traverse son enroulement. L'armature est noyée. Le verrou de maintien, sous l'action de l'armature à ressort de l'électro-aimant auxiliaire pénètre dans la cette de l'armature principale et maintient ce dernier dans la position attirée en l'absence de courant dans les enroulements. Pour libérer l'armature de l'électro-aimant principal, une impulsion de courant est appliquée à l'enroulement de l'électro-aimant auxiliaire. L'armature de l'électro-aimant auxiliaire surmonte la force du ressort et la force de frottement dans le dispositif de maintien, extrait le verrou de la gâchette et libère l'armature principale. Cette dernière retourne à sa position de repos et le courant dans les enroulements est coupé. Tout en possédant les avantages des électro-aimants cités ci-dessus, ce dernier électro-aimant d'attraction à deux enroulements n'est pas exempt de défauts très impotants. Les enroulements d'un eleetro-aimant combine de ce type sont disposés dans des corps différents, fixés perpendicuDaLrement l'un par rapport à l'autre, et de ce fait, l'ensemble de l'installation occupe beaucoup de place. la constitution du dispositif de maintien de l'armature attirée est telle, que pour le déplacer quand il se trouve soumis au poids de l'armature principale, il faut un effort important et, de ce fait, l'électro-aimant auxiliaire, quant à ses dimensions, se distingue peu et méme pas du tout de l'électro-aimant principal. Pour la libération de l'armature de l'aimant principal, l'armature de l'électro-aimant auxiliaire se déplace perpendiculairement à ce dernier ; il en résulte que le mouvement de l'armature principane peut commencer avant que le verrou n'ait complètement quitté la gâchette, ce qui réduit la rapidité d'action du dispositif dans son ensemble. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients précités. A la base de l'invention se trouve le problème de la création d'un électro-aimant d'attraction dont la constitution permettrait de réduire ses dimensions d'encombrement, de réduire au minimum la consommation d'énergie, surtout pour le fonctionnement de l'électro-aimant auxiliaire, d'améliorer la rapidité de fonctionnement, et d'augmenter la sécurité de fonctionnement du dispositif de maintien de l'armature noyée. Ce problème est résolu du fait que, dans un électro- aimant d'attraction qui comporte une armature principale et une armature auxiliaire avec un dispositif de maintien qui retient l'armature principale dans la position attirée en l'absence de courant dans les enroulements, suivant l'invention l'armature auxiliaire est exécutée sous la forme d'un cylindre creux disposé coaxialement à l'armature principale, et que la base de l'armature principale orientée vers l'armature auxiliaire est pourvue d'une butée, tandis que le dispositif de maintien, également exécuté sous la forme d'un cylindre creux disposé entre les armatures principale et auxiliaire, possède, sur sa face latérale, au moins une ouverture à l'intérieur de laquelle est placée une bille qui m entre en contact avec la butée de l'armature principale pour le maintien de ce dernier dans la position attirée. Il est utile que l'armature auxiliaire soit sollicitée par un ressort agissant vers l'armature principale, ce qui permet le déplacement des deux armatures dans un même sens au moment de l'attraction ou de la libération de l'armature principale. Les avantages d'une telle construction résident dans le fait que les dimensions et le poids de ltélectro-aimant d'attraction proposé sont moindres que ceux des électro-aimants connus, équivalents quant à la puissance et aux conditions d'emploi, et que la consommation d'énergie pour le fonctionnement de l'armature auxiliaire et du dispositif de maintien est minimale, tandis que la rapidité de fonctionnement de l'électro-aimant est de plusieurs fois supérieure à celle des électroaimants d'attraction ordinaires. Ci-dessous, l'invention est expliquée par la description d'un exemple concret mais non limitatif de réalisation, avec renvois aux dessins annexés, qui représentent - la figure 1, ltélectro-aimant d'attraction proposé, avec armature principale noyée (vue en coupe longitudinale) ; - la figure 2, idem, l'armature principale étant libérée. L'électro-aimant d'attraction proposé (figure 1) comporte un corps 1 qui, en même-temps que des fonctions de caractère constructif pur, remplit les fonctions de circuit magnétique pour les électro-aimants principal et auxiliaire qutil contient. L'électro-aimant principal comporte une armature principale 2 et un enroulement 3 qui 11 entoure. L'électro-aimant auxiliaire comporte une armature auxiliaire 4 et un enroulement 5 disposé avec un entrefer 6 par rapport à l'armature 4, de telle façon que le champ magnétique de ltenroulement 5 provoque le déplacement de l'armature 4 -dans -cet entrefer 6 dans la direction axiale. L'armature auxiliaire est exécutée sous forme d'un cylindre creux disposé coaxialement par rapport à l'armature principale 2 et possède un épaulement 7 d'appui pour le ressort 8, qui repousse l'armature auxiliaire 4 vers l'armature principale 2. Aux extrémités de l'armature principale 2 sont fixées des tiges de poussée et de traction 9 et 10 destinées à la liaison avec un mécanisme (non représenté sur les figures) qu'ils mettent en action. Sur la tige de poussée 9 est fixé un amortisseur 11, en caoutchouc à base d'urétnane, destiné à amortir les chocs de la part de l'armature principale 2 lors de sa libération sous charge.La face en bout de l'armature principale dirigée vers l'armature auxiliaire 4 est pourvue d'une butée 12 en acier au carbone ayant la forme d'un cône tronqué dont la génératrice forme avec la base du cône un angle égal à 200 (dans la variante décrite). En plus des électro-aimants principal et auxiliaire décrits ci-dessus, l'électro-aimant d'attraction proposé comporte un dispositif de maintien 13 exécuté sous forme d'un cylindre creux et en matériau non-magnétique, par exempleen laiton, disposé entre les armatures auxiliaires et principale 4 et 2. Sur la surface latérale de ce cylindre se trouvent six ouvertures t4 disposées régulièrement sur la périphérie du cylindre au voisinage de son extrémité du c8t de l'armature principale 2. Dans chacune des ouvertures 14 se trouve une bille 15. Comme indiqué ci-dessus, le dispositif de maintien est placé entre les armatures principale et auxiliaire 2 et 4. L'armature 2 est en contact avec la surface interne du dispositif de maintien t3 et s'y déplace librement, tandis que l'armature auxiliaire 4 est en contact avec la surface externe du dispositif de maintien 13 et se déplace librement sur cette surface. Les dimensions des ouvertures 14, des billes 15, du dispositif de maintien 13 et l'épaisseur de ses parois sont choisies de telle façon que lors du maintien de l'armature 2 dans la position attirée, à la surface interne de l'armature auxiliaire 4 n'est transmise qu'une très faible partie des efforts constituant une charge extérieure, tandis que la partie principale de ces efforts est transmise aux parois des ouvertures 14 du dispositif 13. De cette façon, l'armature auxiliaire 4 se trouve déchargée et ses déplacements sont facilités. Il convient encore de noter que la constitution da dispositif de maintien 13 permet à l'électro-aimant d'attraction de supporter de très fortes et fréquentes surcharges et des vibrations, sans que le maintien de l'armature principale soit affecté. Dans la variante décrite, le nombre d'ouvertures 14 et, en conséquence, le nombre de billes 15 a été fixé à six, comme nombre optimal. Ce nombre peut Etre augmenté ou diminue en fonction de la charge de l'électro-aimant. L'enroulement 3~est bobiné sur une carcasse composite, ayant la forme d'une bobine dont une extrémité 16 sert de butée et est constituée d'acier magnétique doux. L'autre extrémité 17 de la bobine est également en acier magnétique doux et est réunie à la butée 16 par une entretoise 18 en matériau non-magnétique (ici, en laiton). Le tout est assemblé au corps 1 au moyen d'un filetage 19 ; le corps 1 est également en acier magnétique doux. L'enroulement 5 est fixé sur sa carcasse 20 en acier magnétique doux, mandrinée dans le corps 1. la carcasse 20 possède un alésage axial qui permet le déplacement de la tige de traction 10. De cette façon, les deux carcasses, en même temps que des fonctions constructives, remplissent des fonctions de conducteurs magnétiques d'une partie des circuits magnétiques généraux constitués par une armature principale 22, la carcasse de l'enroulement 3 de l'armature principale 2, le corps 1 et aussi l'armature auxiliaire 4, la carcasse 20 et le corps 1. L'électro-aimant d'attraction décrit est démontable. Les divers éléments peuvent être extraits du corps 1. Font exception ltenroulement 5 et la carcasse 20, qui est mandrinée. En cas de nécessité, l'électros imant d'attraction proposé peut être prévu avec une seule tige : de poussée ou de traction. Il est également possible d'utiliser des dispositifs supplémentaires de libération de l'armature principale. L'électro-aimant d'attraction fonctionne de la façon suivante. Pour noyer, en l'attirant, l'armature principale, une impulsion de courant est appliquée à l'enroulement 3. L'armature 2 se déplace alors jusqu'à la-butée centrale t6 en effectuant un travail déterminé. L'armature auxiliaire 4, dont l'enroulement 5 n'est pas parcouru par le courant à ce moment, est sollicitée sous l'action du ressort 8 dans le même sens que l'armature principale. Les billes 15 sont repoussées par l'armature 4 dans la profondeur des ouvertures 14 du dispositif de maintien 13. Les ouvertures 14 sont obturées par la paroi intérieure de l'armature 4 et les billes 15 sont ainsi enfermées. A la fin de l'impulsion de courant, l'armature principale prend appui par sa butée 12 sur les billes 15 et est retenue par elles de façon adre dans la position attirée lorsque le courant est coupé dans les enroulements 3 et 5. Pour le rejet de l'armature principale 2 vers sa position initiale, une impulsion de courant est envoyée dans l'enroulement 5 de l'armature auxiliaire 4. L'armature auxiliaire 4, sous l'action des forces électro-magnétiques surmonte la résistance du ressort 8 et les frottements et se déplace suivant le cylindre du dispositif de maintien t3, découvrant les ouvertures 14. Les billes 15 libérées (figure 2) sont repoussées par la butée 12 de l'armature principale 2 et cette dernière revient à sa position de départ. Dans ce cas? le choc produit par la charge agissant sur l'armature principale 2 est amorti par les amortisseurs 11. Le processus de libération de 1'armature principale 2 et son déplacement vers sa position initiale commence en meme temps que le début du déplacement des billes 15, c'est-à-dire avant que l'armature auxiliaire 4 n'ait achevé toute sa course. Ceci contribue à la rapidité d'action de l'électroaimant d'attraction proposé. il en est de même du processus d'attraction et de maintien en position noyée de l'armature principale 2, étant donné que l'armature auxiliaire 4 commence son déplacement avec les billes 15, avant que l'armature principale bute contre la butée 16. La rapidité d'action est encore garantie par le fait que les enroulements 3 et 5 de l'électro-aimant d'attraction sont pourvue d'un nombre d'ampère-tours relativement faible et ont donc une inductance réduite. La réduction du nombre d'ampère-tours des enroulements 3 et 5 et, comme autre conséquence, la diminution des dimensions d'encombrements et du poids de l'électro-aimant proposé, sont possibles grâce au fait que la densité de courant permise dans les enroulements 3 et 5 est plus de dix fois plus grande que dans les électro-aimants ordinaires. La constitution du dispositif de maintien 13 de l'électro-aimant proposé, tout en assurant un maintien sûr de l'armature principale 2 dans la position attirée, permet de la libérer avec une dépense d'énergie minimum. L'énergie nécessaire peut être accumulée dans un condensateur. Ce dernier point est tres significatif, car il montre que le rejet de l'armature 2 vers sa position initiale est possible en cas de débranchement accidentel du réseau d'alimentation de l'installation dans laquelle il est utilisé. De façon générale, le fonctionnement de l'électro-aimant proposé peut Btre assuré par un coilensateur chargé, et 6e,aussi bien pour la libération que pour l'attraction de l'armature principale 2. La présence d'un condensateur accumulateur d'énergie dans le réseau d'alimentation de l'électro- & mant permet d'utiliser dans l'installation de faibles sources d'alimentation qui chargent le condensateur pendant leslpériodes de pause entre les impulsions de courant. La durée des impulsions de courant nécessaire pour le fonctionnement (dans le cas de combinaison du mécanisme avec des ressorts) dans les électro-aimants existants est telle que pendant l'impulsion de courant, l'électro-aimant n'a pas le temps de s'échauffer, ce qui, en général, facilite le refroidissement de l'installation. En cas d'emploi des électro-aimants dans les dispositifs d'enregistrement magnétique, il est important de noter que pendant le régime de travail de l'installation, les électroaimants ne créent pas de champ magnétique de dispersion. Ci-dessous sont donnés les paramètres essentiels des électro-aimants proposés en deux exécutions A et B : avec armature principale à extrémité tronconique, comme indiqué sur les figures 1 et 2 (la force d'attraction est constante sur tout le parcours de 1'armature) ; avec armature principale à extrémité plane, tous les autres éléments étant identiques à la construction décrite ci-dessus (la force d'attraction augmente fortement à mesure du rapprochement de l'armature de la butée de fin de course), Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représentés qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. Exécution Dimensions Poids PORCES Course Travail Courant Tension Diamètre kg Attrac- Main Totale (val. d'impul- d'alimen longueur tion kg tien (limite) maximale) sion tation 1 mm kg mm kgm Attrac- libé V tion ration A A 1. A # 21 ; 1=61 0,14 1 6 6.10-3 2. B 4 6 9.10-3 1,5 1,5 27 # 48 3. A # 28 ; 1=71 0,27 2,3 7 17.10-3 3 1,4 27 # 48 4. B 9 7 17.10-3 5. A # 34 ; 1=80 0,45 4 9 40.10-3 6. B 10 9 40.10-3 4,2 1,8 27 # 48 7. A # 40 ; 1=95 0,75 6,4 11,5 65.10-3 8. B 18 11,5 100.10-3 4,6 1,5 27 # 48 9. A # 50 ; 1=125 1,60 9 - 13 125.10-3 5 0,6 27 # 48 REVENDICATIONS 1. Electro-aimant d'attraction comportant une armature principale et une armature auxiliaire à ressort, avec des enroulements et un dispositif de maintien, lequel retient l'armature principale en position attirée ou noyée en l'absence de courant dans les enroulements, caractérisé en ce que l'armature auxiliaire est exécutée sous forme d'un cylindre creux disposé coaxialement à l'armature principale dont la face en bout orientée vers l'armature auxiliaire est pourvue d'une butée, et en ce que le dispositif de maintien, également exécuté sous forme d'un cylindre creux, est disposé entre l'armature auxiliaire et l'armature principale et comporte dans sa paroi latérale au moins une ouverture dans laquelle est disposée une bille entrant en contact avec ladite butée de l'armature principale pour son maintien en position attirée. 2. Electro-aimant d'attraction suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'armature auxiliaire est sollicité par un ressort vers l'armature principale, ce qui assure le déplacement des deux armatures dans un sens commun, aussi bien pendant l'attraction que pendant la libération de l'armature principale.