Brevet FR2434512A1 — publié le 19800321

L'invention, due à Valentin Kirillovich POLIVODA, Jury Ivanovich RUPEANTSEV, Fanya Zakharovna TITINER, Lazar Genekhovich SHPUNGIN, est relative aux dispositifs de commande électromagnétique. Elle peut être appliquée, notaent, d ans des systèmes de commande comme convertisseur fonctionnel de dispositifs de démarrage ou de réglage, par exemple dans des systèmes de commande à thyristors pour moteurs électriques ou dans des systèmes électriques de transport et de manutention. On connaît des dispositifs de commande électromagnétiques comportant un circuit magnétique à trois tiges sur les tiges duquel sont placées des bobines, et une armature tournante dont la partie perméable est constituée sous forme d'un segment ou d'un secteur de cylindre ou de cône. Les surfaces conjuguées du circuit magnétique et de armature sont également réalisées sous forme de surfaces cylindriques ou coniques. On connaît par ailleurs des dispositifs de commande électromagnétiques comportant deux circuits magnétiques à deux tiges disposées en opposition et coaxialement, avec un certain entrefer entre les surfaces en regard des tiges. Une ou plusieurs bobines sont placées sur les tiges du circuit magnétique. Dans l'entrefer du circuit magnétique se trouve disposée une armature tournante ou mobile en matériau permeable, constituée sous forme d'un disque plat profilé dans le sens radial ou sous forme d'une plaque de profil variable. Lors de la rotation ou du déplacement de ltarmature, le rapport entre les flux magnétiques des tiges du circuit magnétique change, ce qui entraine une modification du niveau du signal de sortie ou des signaux des dispositifs électromagnétiques en cause. Ces dispositifs mettent pratiquement en oeuvre une seule loi fonctionnelle déterminée une fois pour toutes par la structure du dispositif. C'est pourquoi des corrections, mêmes minimes, de la loi fonctionnelle peuvent nécessiter des modifications constructives notables du dispositif électromagnétique. En outre, ces dispositifs sont sujets à des dispersions des paramètres de sortie résultant de variations, technologiquement conditionnées, de la grandeur de l'entrefer entre le circuit magnétique et l'armature. On connaît un dispositif électromagnétique comportant un circuit magnétique à trois tiges dont les tiges extrêmes sont équipées de bobines, et une armature tournante, dssépatsseur irré- gulièresuivant sa périphérie, appliquée sur les faces des tiges du circuit magnétique. L'axe de rotation de l'armature se situe sur la tige médiane du circuit magnétique. Du côté orienté vers les tiges du circuit magnétique et sur son secteur d'épaisseur minimale, l'armature est dotée d'un écran magnétique complétant sa forme jusqu'à celle d'un disque régulier. L'écran est constitué en un matériau à grande résistance magnétique.Lors de la rotation de l'armature il se produit une nouvelle répartition des flux magnétiques entre les tiges du circuit magnétique, ce qui entraîne une modification du niveau du signal de sortie ou des signaux du dispositif électromagnétique. La loi fonctionnelle de modification du niveau du signal de sortie de ce dispositif de commande électromagnétique connu est déterminée par la loi de modification de la conductivité magnétique de l'armature tournante. C'est pourquoi toute correction de la loi fonctionnelle du dispositif électromagnétique nécessite, pratiquement, un remplacement de l'armature. En outre, dans ce dispositif électromagnétique connu, il n'est pas possible, en principe, d'influer sur la grandeur du flux magnétique dans la tige médiane du circuit magnétique, ce qui limite sensiblement les possibilités fonctionnelles du dispositif en question. L'invention a pour objet principal de procurer un dispose tif de commande électromagnétique se prêtant à la réalisation simultanée de différentes lois de modification des flux magnétiques de chaque tige du circuit magnétique', c'est-à-dire présentant des possibilités fonctionnelles plus larges. Le dispositif de commande électromagnétique selon l'invention comporte un circuit magnétique à trois tiges équipées de bobines placées sur ces tiges et une armature tournante dont l'axe de rotation est décalé par rapport aux axes de symétrie du~circuit magnétique et qui est appliquée contre les faces des susdites tiges par un système d'entraînement élastique reliant l'armature à l'axe, l'armature pouvant être décalée angulairement par rapport au circuit magnétique de sorte que les axes de symétrie longitudinaux de l'armature et du circuit magnétique forment entre eux un certain angle. De plus, l'armature peut être réalisée sous une forme asymétrique et présenter un entrefer entre la face aetige considérée et la surface d'armature adhérant aux faces des tiges du circuit magnétique.Les bobines peuvent être placées sur toutes les tiges du circuit magnétique et peuvent comprend dre un ou plusieurs enroulements électriques. L'invention permet d'élargir, par des procédés simples, les possibilités fonctionnelles d'un dispositif de commande électromagnétique du genre indiqué. L'invention sera expliquée plus en détail ci-après par la description de modes de réalisation préférés mais non limitatifs, description se référant aux dessins annexés sur lesquels: -la figure 1 montre la vue d'ensemble d'un dispositif de commande électromagnétique suivant l'invention, -la figure 2 représente les courbes caractéristiques de modification de l'inductance de ce dispositif électromagnétique en fonction de l'angle de rotation de l'armature; -la figure 3 montre diverses variantes de décalage de l'axe de rotation de l'armature par rapport aux axes de symétrie du circuit magnétique et de disposition des bobines sur les tiges du circuit magnétique;; -la figure 4 représente les courbes caractéristiques du dispositif électromagnétique illustré figure 3, en fonction de la grandeur du décalage de l'axe de rotation, du sens et de l'angle de rotation de l'armature; -la figure 5 montre une variante de la position initiale de l'armature par rapport au circuit magnétique; -la figure 6 représente les courbes caractéristiques en fonction des angles de pivotement et de rotation1 ainsi que du sens de rotation de l'armature; -la figure 7 montre une variante de forme asymétrique de l'armature, suivant l'invention; -la figure 8 représente les courbes caractéristiques en fonction de l'angle et du sens de rotation de l'armature. Le dispositif électromagnétique illustré figure 1 comporte un circuit magnétique 1 formé de tiges 2, 3 et 4 et de une ou plusieurs bobines 5. Une armature 6 est appliquée contre les ra- ces des tiges 2, 3 et 4 à l'aide dtun organe d'entraînement élastique 7 fixé rigidement, par l'une de ses extrémités, à l'armature 6, et,par son autre extrémité, à l'axe de rotation 8 de l'armature 6. Entre l'armature 6 et l'une des tiges du circuit magnétique 1 se trouve un entrefer 9 formé, dans ce mode de réalisation, par un évidement pratique sur la face de la tige 4. Ce dispositif de commande électromagnétique à entrefer 9 possède une fonction de modification de l'inductance QL (figure 2) qui est fonction de l'angle de rotation Oc de l'armature 6. Cette fonction de modification est representée graphiquement par la courbe caractéristique 10. En l'absence de l'entrefer 9, cette fonction aurait la forme définie par la courbe caractéristique 11. La figure 3 montre des variantes de décalage de l'axe de rotation 8 de l'armature 6 par rapport aux axes de symétrie du circuit magnétique 1. Le centre de l'axe 8 peut se situer aux points O1, O2, O3 avec des coordonnées de décalage "a" et "b". En plus, sur cette figure 3, on a montré des variantes de la disposition des bobines 5, 5 et 511 sur le circuit magnétique et de la position de l'armature 6 par rapport au circuit magnétique 1 pour une rotation de et de Oc0 La figure 4 montre, sous forme de courbes 12, la fonction de modification de l'inductance QL du dispositif électromagnétique représenté figure 3 avec la bobine 5, en fonction d'une rotation de et de Oc0 de l'armature 6 autour des centres disposés aux points O1, 02 et 03. La courbe 13 représente la modification de la tension U de la bobine 5I (figure 3) lôrs de l'alimentation de la bobine 5 par le courant alternatif,- en fonction d'une rotation de Oco et de Oc01 (figure 3) de l'armature 6 autour du centre situé au point 02. La courbe 14 (figure 4) représente la modification de la tens-ion de la bobine 5II (figure 3) lors de l'alimentation de la bobine 5 par le courant alternatif, en fonction d'une rotation de a et de a 1 de l'armature 6 autour du centre situé au point Oî La mise en symétrie, conformément aux angles &alpha;; et a01, de la fonction de modification du niveau du signal de sortie (inductance, tension) du dispositif électromagnétique est réalisée, suivant l'invention, par rotation du circuit magnétique 1 (figure 5), par rapport à l'armature 6, dans l'un ou l'autre sens, de sorte que les axes de symétrie longitudinaux du circuit magnétique 1 et de l'armature 6 forment un angle ss lors de la mise en coincidence des centres de symétrie du circuit magnétique 1 et de l'armature 6. Cette mise en symétrie de la fonction est représentée graphiquement sur la figure 6. La courbe 1S montre la modification de l'inductance QL du dispositif électromagnétique représente figure 3, avec la bobine 5, pour une rotation de a et de a 1 de l'armature 6. Le graphique 16 (figure 6) montre la modification de la tension U de la bobine 51 (figure 5) lors de l'alimentation de la bobine 5 par le courant alternatif, pour une rotation de et de a 1 de l'armature 6. La courbe 17 (figure 6) représente la modification de la tension U de la bobine 5II (figure 5), pour une rotation de crO et de Oc01, de l'armature 6 lors de l'alimentation de la bobine 5 par le courant alternatif. Le dispositif de commande électromagnétique à armature 6 asymétrique illustré figure 7 possède, en fonction de l'angle de rotation de Oc0 ou de a01, des caractéristiques de sortie illus trées sur la figure 8. La courbe 18 montre la modification de l'in duc tance QL du dispositif électromagnétique susindiqué. Le dispositif de commande électromagnétique venant d'être dé. crit fonctionne de la manière exposée ci-après. Le circuit magné tique 1 (figure 1), avec ses tiges 2,3 et 4 et sa bobine 5, est fermé par l'armature tournante 6. A la suite de la rotation de ladite armature 6 sous l'action de l'élément entraîneur 7, avec l'axe 8, dans l'un ou l'autre sens, d'un angle Oc0 ou Oc01, (figure 3), la grandeur de recouvrement des faces des tiges 2,3 et 4 par l'armature 6 (figure 1) du circuit magnétique 1 se modifie. Il en résulte, lors de l'utilisation du dispositif électromagnétique en tant que self commandée, une modification de la grandeur de l'induc tance QL (figure 2) du dispositif. Cette modification est représentée graphiquement sur la figure 2.Dans ce cas, la courbe 10 représente la modification de l'inductance QL en présence de l'entrefer 9 (figure 1) entre la face de la tige 4 et l'arcature 6. La courbe 11 (figure 2) montre la modification de l'inductance QL en l'absence d'entrefer 9. Lors du fonctionnement du dispositif électromagnétique en tant que transformateur commandé (figure 3), la grandeur du flux magnétique dans le circuit magnétique 1 se modifie à la suite de la modification du recouvrement du circuit magnétique 1 par l'ar mature 6, pour une rotation de l'armature 6 dtun angle aO ou a" Par conséquent, il se produit une variation de la grandeur de la tension transformée, par exemple aux bobines 5I et 5II. En modifiant la grandeur de décalage, par rapport aux axes de symétrie du circuit magnétique 1 (coordonnées "a" et "b"), du centre autour duquel tourne l'armature 6 (points 1 et 03), on modifie en même temps la loi de modification de la tension transformée aux bobines 5I et 5II Ces modifications sont montrées graphiquement sur la figure 4. Les courbes 12 montrent les modifications de l'inductance QL du dispositif électromagnétique représenté figure 3,en fonction de l'angle de rotation a0 ou a0 de l'armature 6 et des coordon nées "a" et "b" de décalage ducentre autour duquel tourne l'arma ture 6 (points 1' O2 et 03). Les courbes 12 (figure 4) présentent 3 une symétrie de leurs parties droite et gauche, ce qui correspond aux angles de la rotation a0 et a01, (figure 3) de l'armature 6. La courbe 13 (figure 4) montre la modification de la tension transformée U sur la bobine 5 (figure 3) et la courbe 14 (figure 4) sur la bobine 5II (figure 3), en fonction de la rotation de l'armature 6 de a0 et a La mise en symétrie de toutes les fonctions de modification du signal de sortie du dispositif de commande électromagnétique s'obtient par rotation du circuit magnétique 1 (figure 3) par rapport à l'armature 6, de façon que les axes de symétrie longitudinaux du circuit magnétique 1 et de l'armature 6 forment un angle p". Les fonctions de modification du signal de sortie (inductance QL, tension U) sont montrées graphiquement sur la figure 6.La courbe 15 montre la modification de l'inductance du dispositif électromagnétique représenté sur la figure 5, en fonction des angles de rotation a0 et a01 de l'armature 6. La courbe 16 (figure 6) représente la -modification de la tension transformée sur la bobine 51 (figure 5),et la courbe 17 (figure'6) sur la bobine 5 (figure 5), en fonction des angles de rotation et a01 de l'armature 6. Au contraire, une asymétrie notable des fonctions de modification du signal de sortie du dispositif électromagnétique peut être obtenue grâce à une forme asymétrique de l'armature 6 (figure re 7). A titre d'exemple on a représenté sur la figure 8 la courbe 18 de modification de l'inductance QL du dispositif électroma magnétique en fonction des angles de rotation orO et a01, d'une armature 6 de forme asymétrique représentée figure 7. Par décalage de l'axe de rotation 8 (figure 1) de l'armature 6, par rapport aux axes de symétrie du circuit magnétique 1, on obtient, lors de la rotation de l'armature 6, différentes lois fonctionnelles de modification du recouvrement par l'armature 6 de la surface des tiges 2,3, 4 du circuit magnétique 1. Il-en résulte les modifications des flux magnétiques de chaque tige 2, 3, 4 du circuit magnétique 1 différent. C'est pourquoi le signal de sortie du dispositif électromagnétique peut être représenté,soit comme la somme ourla différence de l'équivalent électrique de modification des flux magnétiques de chaque tige 2, 3, 4 du circuit magnétique 1, soit sous une forme différentielle. La rotation de l'armature 6, dans la position initiale1 par rapport au circuit magnétique 1 à l'angle p (figure 5),permet de niveler la différence dans les lois indiquées de modification du flux magnétique des tiges 2,3,4 du circuit magnétique 1. Au contraire, l'armature 6 (figure 7) de forme asymétrique permet dé maximaliser cette différence. En outre,il est facile, au point de vue constructif, de réaliser le dispositif électromagnétique de sorte qu'il présente une possibilité de changer, dans des limites jugées nécessaires, le décalage de l'axe de rotation 8 (figure 1) de l'armature 6 par rapport au circuit magnétique 1, ce qui permet, en même temps, de changer la loi fonctionnelle de modification du flux magnétique de chaque tige 2,3,4 du circuit magnétique 1.Par exemple, lorsque le dispositif électromagnétique, suivant l'invention est utilisé en qualité de convertisseur fonctionnel du combi nateur d'un système de commande à thyristors-impulsions d'un moteur électrique de traction pour moyen de transport, le susdit dispositif est capable de réaliser toutes les lois de commande nécessaires, y compris les lois intéressant le processus de freinage par récupération. Il résulte de ce qui précède que le dispositif de commande électromagnétique selon l'invention présente des avantages notablas par rapport aux dispositifs électromagnétiques connus. Par exemple, on sait que le processus de commande du moteur électrique de traction d'un moyen de transport se mouvant avec accélération et le processus de commande du freinage par récupération du même moyen de transport sont notablement différents. Ces différents prqcessus peuvent être facilement réalisés dans le combinateur de ce moyen de transport grâce à l'utilisation d'un dispositif de commande électromagnétique conforme à l'invention, avec l'asymétrie nécessaire des fonctions de la grandeur du signal de commande en fonction du sens de rotation de l'armature 6 par rapport à sa position initiale. 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 qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse au contraire, toutes les variantes. -REVENDICATIONS- 1.- Dispositif de commande électromagnétique à flux magnétique commandé, comportant un circuit magnétique à trois tiges, des bobines et une armature disposée à proximité immédiate des tiges du circuit magnétique et montée avec possibilité de rotation autour d'un axe, caractérisé en ce que l'axe de rotation de l'armature est décalé par rapport à l'axe de symétrie du circuit magnétique. Dispositif de commande électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'armature est appliquée contre les faces des tiges du circuit magnétique à l'aide d'un système d'entraînement élastique relié rigidement à l'armature. 3.- Dispositif de commande électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu un entrefer entre l'armature et l'une des tiges du circuit magnétique. 4.- Dispositif de commande électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de rotation de l'armature est décalé de sorte que son axe de symétrie longitudinal forme un angle avec l'axe de symétrie du circuit magnétique. 5.- Dispositif de commande électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme de l'armature diffère de celle des tiges du circuit magnétique.