Brevet FR2273357A1 — publié le 19751226

L'invention concerne un dispositif magnétique massif excite par courant alternatif, notamment pour l'entraînement magnétique de petits appareils de protection. Dans la fabrication de petits appareils de protection produits en grande série, à côté des dispositifs magnétiques à construction lamellaire selon la technologie traditionnelle, les dispositifs magnétiques massifs, pour des raisons économiques et fonctionnelles, ont trouvé, ces derniers temps, une application de plus en plus large. Les dispositifs magnétiques massifs de ce type, déjà réalisés, sont constitués de matériaux convenant sans doute bien à la fabrication de série de pièces estampées ou tournées, et également doués de bonnes propriétés de magnétisation, mais ne présentant qu'une résistance électrique spécifique relativement faible, de l'ordre de 10 à 20 PA cm. La dissipation complexe de puissance puissance correspondant aux courants de Foucault et puissance réactive de magnétisation - d'un conducteur magnétique parcouru par un flux alternatif, dépend de façon déterminante de l'influence conjointe des propriétés magnétiques et électriques des matériaux, la résistance électrique spécifique intervenant dans la me me mesure que la faculté de magnétisation. Avec les aciers non alliés comme matériaux de construction de dispositifs magnétiques excités par courant alternatif, les limites de réalisation des appareils, imposées par l'échauffement admissible, sont vite atteintes. Cet inconvénient peut être pallié par l'utilisation de matériaux faiblement magnétiques spéciaux, élaborés pour la construction des pièces parcourues par un flux alternatif. Ainsi, on connaît un-dispositif magnétique constitué de fer contenant du silicium, avec une teneur de silicium pouvant atteindre 8 3', dont l'armature et le noyau magnétique sont fabriqués sous forme de pièces de forme massive par un procédé de métallurgie des poudres. La forme de construction magnétique avec armature plate alors imposée préférentiellement pour des raisons technologiques possède toutefois, pour un encombrement déterminé, les possibilités de travail les plus réduites. pour des raisons tenant à la géométrie du champ, parmi toutes les formes de construction possibles.En conséquence. de tels dispositifs d'entraînement ne permettent aucun élargissement notable des limites de réalisation des dispositifs magnétiques massifs excités par courant alternatif. On connaît, en outre, un noyau magnétique en alliage fer-aluminium, avec plus de 9 % et moins de 12 % d'aluminium, fabriqué par un procédé de moulage de précision. En dehors d'une faible intensité du champ coercitif et d'une susceptibilité magnétique suffisante9 ce matériau possède, en premier chef, une haute résistance électrique spécifique d'environ 100 5L 5L cm, et, du point de vue électromagnétique, se trouve ainsi particulièrement indiqué comme matériau de construction pour des conducteurs magnétiques parcourus par un flux alternatif. Toutefois, des inconvénients rédhibitoires se manifestent lors de la fabrication des dispositifs magnétiques excités parcourant alternatif. Le matériau est dur et les surfaces polaires doivent être reprises par meulage. Avant tout, malgré une large possibilité de mise en formes individuelles, pour lesquelles, à vrai dire, les difficultés croissent rapidement, il n'est pas économiquement concurrentiel, même dans le cadre de calculs prévisionnels avec une technologie de demi-produits d'une automatisation poussée. L'invention a, en conséquence, pour but de créer des dispositifs magnétiques massifs, excités par courant alternatif9 à partir d'un matériau tel que, d'une part, il permette, par ses propriétés mécaniques et technologiques, une production de série économiquement avantageuse des différentes pièces constitutives, et que, d'autre part, grâce à ses propriétés magnétiques et électriques9 il autorise un élargissement important des limites de réalisation de tels appareils comparativement â ceux réalisés en acier non allié. Par élargissement des limites de réalisation, il faut entendre, soit que dans un encombrement donné, on peut loger un dispositif magnétique de haute performance, soit qu'à performances égales, le bilan des pertes est avantageusement modifié, soit encore qu'à performances et pertes égales, les dépenses en matériaux sont très diminuées Pour atteindre ce but, l'invention concerne un dispositif caractérisé en ce que le matériau utilisé est un acier en chrome aluminium de la composition suivante 40,12 % C, 1,20 à 1,80 % Si, 0,70 à 1,10 /0 Al, 5,50 à 7,00 % Cr, le reste étant du fer et des impuretés courantes. Suivant une réalisation de l'invention, te dispositif est réalisé sous la forme d'un dispositif à armature plongeante, une plaquette en arcade servant alors à définir de façon optimale la valeur minimale de l'entrefer évitant le collage De façon avantageuse, il est prévu que des pièces constitutives assurent simultanément plusieurs fonctions. L'alliage chrome-aluminium-acier mentionné ci-dessus est connu en soi et employé depuis longtemps pour la fabrication des pièces devant résister aux températures élevées et au feu dans les fours industriels et les installations de trempe. Il est toutefois très remarquable que son utilisation non prévue comme matière première pour la fabrication de dispositifs magnétiques massifs à excitation par courant alternatif ait donne des résultats sortant de l'ordinaire. Ce matériau est disponible sous forme de demi-produits, ronds, plats, tles, dans les différentes dimensions. Il peut être mis en oeuvre par estampage, pliage, et aussi par usinage avec enlèvement de copeaux sur tours automatiques, de toutes façons désirables. Les recherches ont montré que l'accroissement de la teneur en chrome améliore le maintien des propriétés magnétiques mais altère les qualités de mise en oeuvre et augmente le prix du matériau. L'invention va être exposée plus en detail grace à un exemple de réalisation en se référant aux dessins ci-joints, dans lesquels - la figure l donne les courbes de la puissance dissipée en fonction du flux pour différents matériaux constitutifs, - la figure 2 montre schématiquement un dispositif magnétique à armature plongeante, - la figure 3 donne les caractéristiques force magnétique-déplacement de l'armature pour deux matériaux constitutifs différents. Sur la figure i est représentée la valeur de la puissance complexe Si' à fournir en fonction du flux linéaire dans le cas d'une complète saturation. La caractéristique a correspond à un acier non allié typique, la caractéristique b a l'alliage fer-aluminium cité plus haut et la caractéristique c à l'alliage chrome-aluminium-acier proposé conformément à l'invention. Il en résulte que les propriétés électromagnétiques de l'alliage chrome-aluminium-acier sont bien meilleures que celles de l'acier non allié d'emploi très répandu et à peine moins bonnes que celles de l'alliage fer-aluminium.De ces propriétés, jointes aux bonnes caractéristiques technologiques précédemment mentionnées, résulte une adaptation excellente, et jusque là ignorée par les spécialistes, des aciers réfractaires au chrome-aluminium pour l'amélioration des dispositifs magnétiques massifs à excitation par courant alternatif. Les prix plus élevés des aciers en chrome-aluminium par rapport à ceux des aciers non alliés classiques sont alors, dans le cas d'une production de série hautement automatisée, d'importance secondaire et sont très largement compensés par le niveau élevé des caractéristiques utiles. Sur la figure 2 est représenté un dispositif magnétique réalisé sous la forme d'un dispositif à armature plongeante, constitué de pièces estampées et tournées, qui, pour une partie d'entre elles, sont conçues de telle sorte qu'elles assurent simultanément plusieurs fonctions. Ainsi, la plaquette en arcade 1 sert, d'une part, à réduire la résistance magnétique au col de l-'armature et à fixer ainsi de façon précise à la valeur minimale nécessaire l'entrefer évitant le collage, et elle porte, d'autre part, les boulons 2 prévus pour la fixation du dispositif de contact (non représenté). L'amélioration significative des possibilités d'utilisation de l'appareil de protection résulte de la carac téristique force magnétique-dáplacement de l'armature selon la figure 3, où un dispositif magnétique massif, excité en courant alternatif, en acier non allié (courbe 1) est comparé à un dispositif utilisant le matériau proposé (courbe 2), toutes les dimensions restant les mêmes. Pour un même échauffement de la bobine et pour un même déplacement s de l'armature, la force magnétique F disponible est pratiquement double. Eventuellement, cela ouvre la possibilité de passer à la dimension d'appareil immédiatement supérieure. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS t.- Dispositif magnétique massif excité par courant alternatif, dispositif notamment destiné à de petits appareils de protection, dispositif caractérisé en ce que le matériau utilise, est un acier au chrome aluminium de la compo sition suivante : % Cr, le reste étant du fer et des impuretés courantes. 2.- Dispositif magnétique massif selon la revendication i, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un dispositif à armature plongeante, une plaquette en arcade (i) servant alors a définir de façon optimale la valeur minimale de l'entrefer évitant le collage. 3.- Dispositif magnétique massif selon l'une des revendications i et 2, caractérisé en ce que des pièces constitutives assurent simultanément plusieurs fonctions.