Brevet FR2418531A1 — publié le 19790921

La présente invention, due à ORLOV Alexei Leonidovich et SALTANOV Anatoly Andreevich,concerne un procédé de fabrication d'électro-aimants. Le procédé faisant l'objet de l'invention peut être appliqué avantageusement pour la fabrication d'électro-aimants ayant un enroulement d'excitation réalisé avec un élément plat en matériau électroconducteur enroulé en spirale, de telle façon que des portions d'un circuit magnétique en matériau ferromagnétique se placent entre les spires de la spirale, et que les spires de la spirale soient découvertes du côté de la face dudit circuit magnétique et disposées parallèlement à cette face. Un tel électroaimant sera appelé ci-après "électro-aimant à système magnétique spiral". L'invention peut aussi être appliquée à la fabrication de certains éléments constitutifs du circuit magnétique de divers dispositifs électriques ayant un enroulement constitué par un élément plat en matériau électroconducteur enroulé en hélice, entre les spires duquel se trouve un matériau ferromagnétique. Actuellement, on connaît un procédé de fabrication d'un électro-aimant à système magnétique spiral. Ce procédé connu consiste à tailler des rainures spirales, au moyen d'un outil à tranchant, dans le circuit magnétique en matériau ferro-magnétique, notamment en acier. Les rainures peuvent aussi être taillées à la fraise et, dans certains cas, par électroérosion. L'enroulement d'excitation est réalisé avec un élément plat en matériau électroconducteur, qui est recouvert d'une couche d'isolant électrique et enroulé en spirale. L'enroulement d'excitation est ensuite introduit dans la rainure hélicoldale du circuit magnétique. Le principal inconvénient de ce procédé connu est son rendement insuffisamment élevé dû à la nécessité de tailler des rainures hélicoïdales étroites et profondes dans le circuit magnétique, afin dVy loger ensuite l'enroulement réalisé avec un élément plat large et mince de matériau électroconducteur enroulé en spirale. Le taillage d'une telle rainure doit être exécuté à des vitesses de coupe faible, d'où le rendement insuffisamment évé. Canes le cas de creusement des rainures par électroérosion, la vitesse opératoire est également faible, par suite de la nécessité d'évacuer les produits d'érosier hors d'une rainure étroite et profonde. Un autre inconvénient de ce procédé connu réside dans le fait que, dans le cas de taillage des rainures dans le circuit magnétique au moyen d'un outil de coupe, la durée de service de cet outil est extrêmement réduite, étant donné que, pour tailler une rainure profonde et étroite, on emploie généralement un outil de faible section dont la section correspond aux dimensions de la rainure, la résistance mécanique de cet outil étant donc faible. Dans le cas de creusement des rainures par électroérosion, la durée de viedelbutil employé pour cette opération est également faible, par suite de son usure rapide. De plus, l'outil présente généralement une forme assez compliquée, répétant celle de la surface à obtenir, aussi sa fabrication est elle compliquée. Le susdit procédé connu présente encore un inconvénient dû au fait que la mise en place de l'enroulement dans la rainure spirale nécessite une main-d'oeuvre importante et que cette opération provoque souvent des dégradations de l'isolation. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués du procédé connu rappelé ci-dessus. Le but de l'invention est donc de procurer un procédé de fabrication d'un électro-aimant à système magnétique spiral,dans lequel le système magnétique spiral serait obtenu de telle façon que le rendement de la fabrication des électro-aimants en serait accru. Le procédé selon l'invention, pour la fabrication d'électroaimants, consiste à loger dans un circuit magnétique en matériau ferromagnétique un enroulement d'excitation constitué par au moins un élément plat en matériau électroconducteur qui est branché à la source de courant et sur lequel est appliquée au préalable une couche d'isolant électrique, cet élément plat étant enroulé en spirale de telle façon que des portions du circuit magnétique se trouvent entre ses spires et que les spires soient découvertes du côté de la face du circuit magnétique et disposées parallèlement à cette face, le susdit procédé étant caractérisé en ce que le circuit magnétique est réalisé en deux partiels, dont l'une est constituée par au moins un élément plat, en matériau ferroma magnétique, appliqué sur au moins un élément plat en matériau électroconducteur lors de l'enroulement de celui-ci en spirale, et dont l'autre est une culasse obtenue en déposant par fusion une couche de matériau ferromagnétique sur la face de la première partie du circuit magnétique opposée à sa face ouverte. L'enroulement des éléments plats en matériau électroconducteurs et en matériau ferromagnétique, lors de la fabrication d'une partie du circuit magnétique, et le dépôt par fusion d'une couche de matériau ferromagnétique, lors de la fabrication de la seconde partie du circuit magnétique, peuvent être exécutés automatiquement à une vitesse bien plus grande que celle correspondant au taillage de rainures suivi de l'introduction de l'enroulement dans ces rainures d'après le procedé connu rappelé précédemment. En outre, dans le cas du procédé selon l'invention, la durée d'exécution des opérations ne dépend que très peu des caractéristiques dimensionnelles des éléments plats à enrouler et des propriétés des matériaux employés, lesquels peuvent être choisis de façon à conférer des propriétés d'utilisation optimales à 1' électro-aimant. De plus, la fabrication des électro-aimants par le procédé selon l'invention ne nécessite pas l'usage d'outils d'usinage a usure rapide. Quand l'électro-aimant est fabriqué par le procédé conforme à l'invention, à la différence du procédé connu, il n'y a pas 4'opération d'introduction de l'enroulement d'excitation dans la rainure et, par conséquent, l'éventualité de dégradations de l'isolation électrique liée à cette opération est supprimée. Il est avantageux que chaque élément plat en matériau ferre magnétique soit de largeur plus grande que celle de chaque élément plat en matériau électroconducteur. Il est également avantageux de disposer au moins un élément plat supplémentaire, en matériau ferromagnétique, entre les portions libres des spires successives de l'élément en matériau ferromagnétique, cet élément plat supplé dentaire étant disposé tout contre l'élément plat en matériau électroconducteur, du côté de la face sur laquelle la couche de matériau ferromagnétique sera ensuite déposée par fusion. On assure ainsi une diminution de l'action thermique exercée sur l'isolation électrique de l'enroulement d'excitation par le matériau ferromagnétique lors de son dépôt par fusion. I1 en résulte une augmentation de la stabilité d'application du dépôt lors de l'exécution de la seconde partie du circuit magnétique, grâce au fait que la surface recevant le dépôt de matériau ferromagnétique est homogène. Le procédé selon l'invention assure un accroissement important du rendement, supprime l'emploi d'outils s'usant rapidement pendant l'usinage, et diminue les risques de dégradation de l'isolation électrique de l'enroulement d'excitation. L'invention pourra être mieux comprise encore à l'aide de la description donnée ci-après d'un mode de réalisation préféré mais non limitatif, description faite en se référant au dessin ciannexé dont la figure unique représente schématiquement un lectro- aimant avec sa culasse partiellement formée, par un procédé conforme à l'invention, en déposant un matériau par fusion. Le mode de réalisation préféré, du procédé selon l'invention, comporte les étapes suivantes: Le circuit magnétique 1, qui est la partie de l'électroaimant dans laquelle est engendré le flux magnétique principal, est constitué de deux parties 2 et 3. La partie 2 du circuit magnétique est fabriquée avec un élément plat 4 en matériau ferromagnétique, notamment en acier doux. Pour la fabrication de l'électro-aimant on emploie un mandrin cylindrique 5, en acier, doté d'un épaulement 6. On soude un bout de l'élément plat 4 sur la surface cylindrique du mandrin 5. Pour fabriquer l'enroulement d'excitation 7 de ltélectro- aimant, on utilise un élément plat en matériau électroconducteur, notamment en cuivre, affecté également de la référence 7. On revit cet élément plat 7 d'une couche d'isolant électrique 8 résistant à la chaleur, par n'importe quel procédé connu approprié. En tant qu'isolant électrique 8 on utilise un tissu en verre de quartz. L'isolant électrique 8 peut aussi être constitué par d'autres matériaux d'isolation électrique connus appropriés, résistant à la chaleur. L'élément plat en acier 4 est appliqué sur l'élément plat en cuivre 7 revêtu par l'isolant électrique 8. L'élément plat en acier 4 est d'une largeur supérieure à celle de l'élément plat en cuivre 7, en sorte que, lorsqu'il est appliqué sur l'élément plat en cuivre 7, le susdit élément en acier 4 présente, de part et d'autre de élément 7, dee portions libres 9 et 1G, On place alors dans la portion libre 9, à côté de l'élé- ment plat en cuivre 7, un élément plat en acier supplémentaire, affecté lui aussi du repère 9. La présence de l'élément plat en acier supplémentaire 9 assure l'abaissement de la température d'échauffement de la couche d'isolant électrique 8 lors de la fabrication ultérieure de la partie 3 du circuit magnétique réalisé en déposant un matériau par fusion, ce qui a pour effet de réduire les risques de dégradation de la couche d'isolant électri que 8 lors de l'exécution du dépôt par fusion. Le paquet des trois éléments plats 4, 7 et 9, obtenu comme décrit ci-dessus, est enroulé sur le mandrin 5 en une spirale plane, c'est-à-dire en une spirale dans laquelle les champs des spires sont dans un même plan. L'enroulement des éléments plats 4, 7 et 9 en une spirale plane est exécuté en faisant tourner le mandrin 5 à l'aide de dispositifs connus appropriés, à actionnement mécanique (non représentés sur le dessin). Quand le mandrin 5 tourne, le bout de l'élément plat 4 qui est soudé sur sa surface cylindrique tourne aussi. Le déplacement de l'élément plat 4 est suivi par les éléments plats 7 et 9, grâce au frottement apparaissant au contact entre les éléments plats 7, 9 et l'élément plat 4.Pendant la rotation, les éléments plats 4, 7 et 9 sont serrés sur le mandrin 5 et entre eux avec une force suffisante pour assurer leur cintrage suivant une spirale et pour leur assurer une bonne adhérence entre eux. Le serrage des éléments plats est effectué au moyen de dispositifs connus appropriés. Au fur et à mesure que le mandrin 5 tourne, le paquet de trois éléments plats 4, 7j 9 se cintre sous l'effet de l'effort de serrage, en formant les spires de la spirale. L'enroulement est arrêté après obtention du nombre de spires voulu dans la spirale. L'élément plat 4 forme alors les portions de circuit magnétique situées entre les spires de l'élément plat de cuivre constituant l'enroulement d'excitation 7. Les spires de l'enroulement d'excitation 7 sont découvertes du côté de la face 2a de la partie 2 du circuit magnétique 1 et disposées parallèlement à cette face. Les déplacements relatifs des surfaces des éléments plats 4 et 7 se produisant au cours de l'enroulement des éléments plats 4, 7, 9 en une spirale plate sont insignifiants, aussi ne risquentils pas d'endommager l'isolant électrique 8. Les écarts se formant entre la surface cylindrique du mandrin 5 et les surfaces des éléments plats 4, 7, 9 sont fermés par dessus par l'épaulement cylindrique 6 du mandrin 5. L'épaulement 6 s'oppose à la pénétration du métal liquide dans lesdits écarts au cours de la fabrication de la partie 3 du circuit magnétique 1, fabrication réalisée en déposant un matériau par fusion. Grâce à cette fermeture, on exclut l'éventualité de mise en contact du métal liquide avec l'isolant électrique 8 revêtant le plat 7 et la dégradation de la couche d'isolant 8 qui en résul terait. L'enroulement des éléments plats 4, 7 et 9 en une spirale plane décrit ci-dessus s'effectue bien plus vite que l'usinage des rainures spirales et l'introduction dans ces rainures de l'enroulement d'excitation 7 dans le cas de la fabrication des lec- tro-aimants à système magnétique spiral par le procédé connu rappelé précédemment.En outre, la durée de l'enroulement des éléments plats 4, 7, 9 en une spirale par le procédé conforme à l'invention, à la différence de la durée de l'usinage des rainures dans le cas de fabrication des électro-aimants à système magnétique spiral par le procédé connu, ne dépend que très peu des caractéristiques dimensionnelles des éléments plats à enrouler 4, 7 et 9 et des'propriétés des matériaux employés, lesquels peuvent être choisis de façon à conférer des propriétés d'utilisation optimales à ltélectro-aimant. L'enroulement des éléments plats 4, 7 et 9, dans le procédé conforme à l'invention, ne nécessite pas l'emploi d'outils à usure rapide. auprès achèvement de l'enroulement des éléments plats 4, 7, 9 et obtention de cette façon de la partie 2 du circuit magnétique 1, on fabrique la partie 3 dudit circuit magnétique, à savoir la culasse. Selon l'invention, la culasse 3 est fabriquée en déposant par fusion une couche 11 de matériau ferromagnétique, notamment d'acier doux, sur la face 12 de la partie 2 du circuit magnétique 1, du côté où se trouve l'élément plat 9. Le dépôt de la couche est exécuté par fusion à l'arc électrique d'un fil d'apport 13, avancé dans la zone de l'arc à travers la buse 14 d'une torche de soudage. Pour que le matériau de la culasse 3 ait de bonnes propriétés magnétiques et afin d'assurer la stabilité de l'application du dépôt par fusion à 11 arc, on choisit les matériaux constitutifs de la couche déposée 11 et des éléments plats 4 et 9 de fa çon que leurs propriétés magnétiques et leurs propriétés déterminant la stabilité de l'arc pendant l'exécution du dépôt ne diffèrent pratiquement pas. Aux endroits où, pendant le dépôt de la couche 11, le mé- tal liquide est en contact avec les champs (supérieurs sur le dessin) des éléments plats 4 et 9, ainsi que dans les zones sousjacentes qui sont portées à de hautes températures pendant le dépôt par fusion, c'est-à-dire aux endroits 15 où les éléments plats 4 et 9 se touchent, les atomes des matériaux de ces éléments plats et de la couche 11 interdiffusent. I1 en résulte la formation d'un circuit magnétique monolithique. A dimensions égales et à matériaux employés identiques, le circuit magnétique 1 ainsi fabriqué présente la méme résistance mécanique et la même rigidité que celui d'un électro-aimant, fabriqué par le procédé connu rappelé ci-dessus, dont le circuit magnétique est un disque d'acier dans lequel sont taillées des rainures spirales. Après achèvement du dépôt par fusion pour la constitution de la culasse 3,on usine au tour la surface extérieure de la couche déposée 11. Ensuite,on soude aux extrémités libres de l'élément plat 7, constituant l'enroulement d'excitation, des conducteurs (non représentés sur le dessin) pour le branchement à la source d'alimentation de l'électro-aimant. Ceci fait, on remplit les portions 10 et les intervalles (non représentés sur le dessin) entre le mandrin 5 et les éléments plats 4, 7, 9 avec un liant isolant. Au dernier stade de la fabrication, la face 2a de l'électoo- aimant est rectifiée. Pour mieux mettre en évidence les avantages du procédé selon l'invention, on va donner maintenant une description succinte du fonctionnement d'un électro-aima-nt fabriqué par le susdit procédé. Dans les électro-aimants à système magnétique spiral, alimentés en courant continu, 11 enroulement d'excitation 7 est constitué par élément plat en matériau électroconducteur, qui, dans la variante considérée, est enroulé suivant une spirale à deux branches dont les branches sont reliées électriquement au centre de la spirale. Les extrémités libres des branches sont connectées aux pôles de noms contraires de la source de courant. Dans un électro-aimant ainsi réalisé, les courants circulant dans les branches voisines de la spirale de ltenroulement 7 sont de sens contraires et induisent dans les portions adjacentes du circuit magnétique 1 des flux magnétiques de sens contraires. Sur la face 2a de l'électro-aimant, les flux magnétiques sortent du circuit magnétique 1 en formant des pôles magnétiques. En accord avec les sens des flux magnétiques, les pôles magnétiques voisins sont de noms contraires. L'usage principal des électro-aimants à système magnétique spiral est la manutention des tôles minces en acier une par une, avec exclusion de la prise des tôles sous-jacentes d'une pile quand l'électro-aimant soulève la tôle supérieure. La probabilité de prise de la tôle sous-jacente d'une pile par l'électro-åimant est d'autant plus faible que le rapport de la distance entre les pôles magnétiques de noms contraires, à ltépais- seur de la tôle à manutentionner, est lui-même plus petit. Dans la manutention des tôles minces une par une, il est donc particulièrement avantageux d'employer des électro-aimants à système magnétique spiral présentant une faible distance entre les pôles magnétiques de noms contraires, cette distance étant proche en valeur de ltépaisseur de la tôle à manutentionner. Par contre, pour les systèmes magnétiques spiraux fabriqués par le procédé connu, la plus petite distance entre les pôles magnétiques de noms contraires est limitée par les possibilités du taillage de la rainure spirale recevant l'enroulement, rainure dont la largeur est plus faible que la distance entre les pôles magnétiques de noms contraires. On conçoit aisément que, pour un électro-aimant à système magnétique spiral fabriqué par le procédé conforme à l'invention, la diminution de la distance entre les pôles magnétiques de noms contraires et la diminution de l'épaisseur des éléments plats 4, 7 et 9 enroulés en spirale ne posent de difficultés, ni pour l'en- roulement des éléments plats, ni pour ltexécution du dépôt par fusion constituant la culasse. Donc, dans ce cas, la distance entre les pôles peut être choisie telle que l'exige l'excluston de la prise des tôles sous-jacentes dans la pile lors de la prise de la tôle supérieure par l'électro-aimant, quelle que soit l'épaisseur des tôles à manutentionner. Ceci élargit notablement le champ d'application des électro-aimants à système magnétique spirale, en permettant de réaliser la manutention de tôles quelle que soit leur minceur. Le procédé de fabrication d'un électro-aimant conforme à l'invention a été appliqué avec succès pour la fabrication d'un électro-aimant à système magnétique spiral. Les avantages du procédé conforme à l'invention, comparativement au procédé connu suivant lequel ltenroulement d'excitation est introduit dans des rainures en spirale taillées dans un disque d'acier, ont été confirmés. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède,l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation quiont été été plus spécialement vlsagesjelle en embrasse au contraire,toutes les variantes. = -REVENDICATIONS1.- Procédé de fabrication d'un électro-aimant, suivant lequel on loge dans un circuit magnétique en matériau ferromagnétique un enroulement d'excitation constitué par au moins u élément plat en matériau électroconducteur qui est branché à la source de courant et sur lequel est appliquée au préalable une couche d'isolant électrique, cet élément plat étant enroulé en spirale de telle façon que des portions du circuit magnétique se trouvent entre ses spires et que les spires soient découvertes du côté de la face du circuit magnétique et orientées parallèlement à cette face, le susdit procédé étant caractérisé en ce que le circuit magnétique est réalisé en deux parties, dont l'une est constituée par au moins un élément plat en matériau ferromagnétique appliqué sur au moins un élément plat en matériau électroconducteur lors de l'enroulement de celui-ci en spirale, et dont la seconde partie est une culasse obtenue en déposant par fusion une couche de matériau ferromagnétique sur la face de la première partie du circuit magnétique opposée à sa face ouverte. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément plat en matériau ferromagnétique présente une largeur supérieure à celle de chaque élément plat en matériau électroconducteur, et en ce que, entre les portions libres des spires successives de l'élément plat en matériau ferromagnétique, on dispose au moins un élément plat supplémentaire en matériau ferromagnéti que contre élément plat en matériau électroconducteur, du côté de la face sur laquelle est ensuite déposée par fusion la couche de matériau ferromagnétique.