Brevet FR2468192A1 — publié le 19810430

RÉPUBLIQUE FRAN AISE INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE PARIS ) NI de publication: (A n'utiliser que pour les commandes de reproduction). 2 468 192 A1 DEMANDE DE BREVET D'INVENTION N0 80 22029 (J) Actionneur à soléno'ide à courant continu. ( Classification internationale (Int Cl. 3). H 01 F 7/08; F 16 K 31/06. ) Date de dépôt........................ 15 octobre 1980. i) Y)(\) Priorité revendiquée: EUA, 17 octobre 1979, n 86.020. Date de la mise à la disposition du public de la demande............ B.O.P.I. -" Listes " n 18 du 30-4-1981. Déposant: AUTOMATIC SWITCH CO., résidant aux EUA. ) Invention de: Gerard S. Banick et Peter W. Van Seggern. - Titulaire: Idem Q 8 Mandataire: Cabinet Regimbeau, Corre, Martin et Schrimpf, 26, av. Kléber, 75116 Paris. D Vente des fascicules à l'IMPRIMERIE NATIONALE. 27, rue de la Convention - 75732 PARIS CEDEX 15 -2- mobile par le noyau, ce qui déplace ainsi l'armature plus profondément à l'intérieur du tube central. A la suite de la désexcitation du solénoïde, un ressort rappelle l'armature à sa position d'origine en l'éloi- gnant du noyau. Etant donné que le noyau conserve une aimantation résiduelle après la désexcitation du solé- noide, l'armature a tendance à rester attirée contre le noyau. Pour éviter cette situation, il est de pra- tique courante de munir la face du noyau contre laquelle l'armature vient en appui d'une mince pièce de matière amagnétique appelée habituellement une "pièce de ruptu- re" de circuit magnétique. En empochant un contact inti- me entre l'armature et le noyau, la pièce de rupture réduit considérablement l'effet d'attraction entre l'armature et le noyau dû à l'aimantation résiduelle du noyau. L'avange de cette disposition réside en ce qu'il n'est besoin que d'une plus faible force de ressort pour rappeler l'armature que celle qui serait nécessaire en l'absence d'une pièce de rupture. Plus la force de ressort est faible et plus est importante la proportion de la puissance qui tire le solénoïde vers le noyau à l'encontre de la force du ressort qui peut être utilisée pour effectuer un travail utile. L'un des buts de la présente invention est de réaliser un actionneur à solénoïde à courant continu qui ne comporte pas de pièce de rupture mais qui comporte néanmoins la fonction habituellement rem- plie par la pièce de rupture. Un autre but de l'invention est, dans le cas o l'actionneur à solénoïde comporte un tube central sans soudure, de réaliser un actionneur à solénoïde ayant un plus grand rendement magnétique en réduisant les intervalles amagnétiques entrainant une disconti- nuité de flux dans le circuit magnétique. -3- Encore un autre but de la présente inven- tion est de réaliser un actionneur à solénoïde à courant continu qui, lorsqu'il est utilisé pour actionner un robinet sans garniture commandant l'écoulement de liqui- des, a une plus grand rendement magnétique et est d'une fabrication moins onéreuse que les actionneurs classi- ques. Ces buts sont atteints, conformément à la présente invention, en disposant le noyau à l'exté- rieur du tube central et non pas à l'intérieur de ce tube comme il est de pratique courante. Le noyau étant disposé à l'extérieur du tube central, la paroi du tube central sert à séparer de manière permanente le noyau de l'armature. Par conséquent, la paroi du tube central remplit la fonction de la pièce de rupture habituelle et on peut supprimer la pièce de rupture. La suppression de la pièce de rupture a non seulement pour effet de réduire le cOôt de l'actionneur à solénoïde mais elle accroit également le rendement magnétique en supprimant une discontinuité du flux dans le circuit amagnétique. Habituellement, dans de tels cas, la paroi du tube cen- tral et la pièce de rupture créent toutes deux des in- tervalles amagnétiques dans le circuit magnétique. En l'absence d'une pièce de rupture, l'un des intervalles habituels n'est pas présent. Dans un robinet sans garniture, l'inté- rieur du tube central communique avec les passages d'é- coulement qui traversent le corps du robinet d'o il résulte que l'intérieur du tube central est rempli du fluide dont l'écoulement est commandé par le robinet. Par conséquent, dans le robinet classique de ce type, le fluide est en contact à la fois avec l'armature et avec le noyau qui sont tous deux situés à l'intérieur du tube central. Lorsqu'un actionneur à solénoïde selon -4- la présente invention est utilisé, le fluide qui s'écou- le à travers le robinet n'entre pas en contact avec le noyau, étant donné que ce dernier est disposé à l'exté- rieur du tube central. Il en résulte que le noyau peut être fabriqué en une matière qui a une plus grande per- méabilité magnétique et est moins onéreuse que celle utilisée pour les noyaux classiques du fait qu'il n'y a pas à prendre en considération la résistance à la corrosion par le fluide dont l'écoulement est commandé lorsqu'on choisit la matière dans laquelle le noyau est fabriqué. Ainsi le rendement magnétique est accru et le coût de fabrication est réduit. D'autres buts et avantages de la Drésente invention apparaltront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans le- quel: La Figure 1 est une vue en plan de des- sus d'un robinet muni d'un actionneur à solénoïde selon la présente invention; 20. La Figure 2 est une vue en coupe longi- tudinale suivant la ligne 2-2 de la Figure 1 représentant le robinet fermé; La Figure 3 est une vue partielle d'une partie de la Figure 2 représentant le robinet'ouvert; et La Figure 4 est une vue similaire à celle de la Figure 2 représentant un autre mode de réalisation de l'invention. L'actionneur 15 comporte une culasse 18 formée en une unique pièce de matière magnétique, par exemple, en métal ferreux, pliée sous la forme requise. La culasse a une base 19 qui comporte deux oreilles 20 faisant saillie longitudinalement, chaque oreille com- portant un trou taraudé. La culasse 18 et, par consé- -5- quent, l'actionneur à solénoïde sont fixés au corps du robinet au moyen de deux brides ou équerres 21 et de deux vis à métaux 22 qui sont vissées dans les trous des oreilles 20. La culasse comporte, en outre, des bras 23 verticaux qui sont repliés vers le haut à par- tir de la base 19 et des parties horizontales 24 re- pliées vers l'intérieur à partir des extrémités supé- rieures des bras 23. Les parties horizontales ont une configuration en gradin de façon à s'emboîter l'une dans l'autre, comme représenté sur la Figure 1, pour former la paroi supérieure de la culasse et chaque par- tie 24 est formée avec une découpe de forme générale semi-circulaire, les deux découpes se combinant pour former un trou 25 dans la paroi supérieure de la culas- se. A l'intérieur de la culasse 18 est dis- posé un enroulement de solénoïde électrique annulaire 28 muni de moyens classiques pour pouvoir être excité par un courant électrique continu. A l'intérieur de l'enroulement de solénoïde est disposé un tube central sans soudure 29 fabriqué en une matière amagnétique habituellement métallique. Le tube central pénètre à l'intérieur de l'enroulement de solénoïde sur environ la moitié de la hauteur de ce dernier, il est fermé à son extrémité supérieure par une paroi d'extrémité 30 ayant une forme tronconique, comme représenté, en toute autre forme appropriée pour optimiser les caractéristi- ques magnétiques de l'agencement. L'extrémité inférieure du tube central 29 est ouverte et munie d'une collerette orientée vers l'extérieur, une bague d'étanchéité tori- que 31 étant comprimée entre la collerette et la base 19 de la culasse. Le tube central 29 loge une armature 32 susceptible de coulisser longitudinalement fabriquée en -6- une matière magnétique. A son extrémité inférieure l'armature 39 porte un obturateur 33 en matière élas- tique disposé à l'intérieur d'une chambre 34 formée dans le corps de robinet et destiné à coopérer avec un siège-de robinet 14. Un ressort de compression 35 disposé dans la chambre 34 sollicite constamment l'ob- turateur 33 et, par conséquent, l'armature 32 en di- rection du siège de robinet 14. Un noyau 38 est en appui contre la surface extérieure de la paroi supérieure 30 du tube central. Le noyau remplit le reste de l'intérieur de l'enroulement de solénoïde 28 qui n'est pas occupé par le tube cen- tral 29 et fait saillie vers le haut au-delà du solé- nolde. A son extrémité supérieure, le noyau 38 comporte un téton!9 de plus petit diamètre qui est adapté dans le trou 25 de la culasse 18. Le noyau 38 est fortement serré contre la paroi supérieure 30 et les parties 24 de la culasse pour assurer un bon contact entre les par- ties 24 et la paroi orientée vers le haut du noyau oui entoure le téton 39. On peut voir que lerDyau 38 est disposé complètement à l'extérieur du tube central 29 et que la paroi supérieure 30 du tube central est si- tuée entre le noyau 38 et l'armature 32 qu'elle sépare complètement. Lorsque l'enroulement de Folénoïde 28 est excité par le courant continu, le flux magnétique s'é- coule dans le circuit magnétique à partir de la base 19 de la culasse, par les bras 23, les parties 24, le noyau 38 et l'armature 32 pour retourner à la base 19. Il en résulte que l'armature 32 est attirée vers le noyau 38 à l'encontre de la force du ressort 35 pour ouvrir le robinet, comme représenté sur la Fii-ure 3. Le fluide s'écoule à partir de l'orifice d'entrée Il par un passage 40 formé dans le corps de robinet, par la -7- chambre 34 et l'orifice 13 jusqu'à l'orifice de sortie 12. A la suite de la désexcitation de l'enroulement 28, le ressort 35 redéplace l'armature 32 vers le bas ame- nant l'obturateur 33 en appui contre le siège 14 pour fermer le robinet, comme représenté sur la Figure 2. Pendant toute la période de fonctionnement du robinet, la chambre 34 et l'intérieur du tube central 29 sont remplis de fluide dont l'écoulement est commandé par le robinet, étant donné qu'ils sont constamment mis en communication avec l'orifice d'entrée 11 par le passage 40. Cependant, étant donné que le noyau 38 est disposé à l'extérieur du tube central, le fluide n'entre jamais en contact avec le noyau. Par conséquent, il n'y a au- cun risque que le fluide ait un effet corrosif sur le noyau. On peut voir également qu'aucune pièce de rupture du circuit magnétique n'est utilisée, étant don- né que la paroi supérieure 30 du tube central remplit la fonction d'une pièce de rupture c'est-à-dire qu'elle empêche le contact entre l'armature 32 et le noyau 38 lorsque le solénoïde 28 est excité, comme représenté sur la Figure 3. Il en résulte que, lorsque le solénol- de 28 est déséxcité, l'intervalle amagnétique créé par la paroi supérieure 30 réduit l'effet sur l'armature 32 de l'aimantation résiduelle du noyau. En outre, bien qu'on utilise un tube central 29 sans soudure, le cir- cuit magnétique n'est interrompu que par deux dis- continuités, l'une entre le noyau et l'armature, créée par la paroi supérieure 30, et l'autre entre l'armature et la base 19 de la culasse, créée par la paroi laté- rale du tube central 29. Par contraste, si le noyau 38 était disposé à l'intérieur du tube central 29, une troisième discontinuité serait créée dans le circuit magnétique par la pièce de rupture nécessaire entre le -8. - noyau et l'armature. Un autre mode de réalisation de l'action- neur à solénoïde de la présente invention appliqué à un robinet a été représenté sur la Figure 4. Les éléments qui, dans cette figure, sont identiques à ceux des Figu- res 1 à 3 ont été désignés par les mêmes références que dans ces premières figures et les éléments qui corres- pondent d'une manière générale à ceux des Figures 1 à 3 ont été désignés par les mêmesréférences, suivies du signe prime ('), que dans ces premières figures. Dans ce mode de réalisation de l'invention, le tube central 29' comporte une partie 43 de plus petit diamètre qui s'étend à partir de la partie du tube central qui loge l'armature 32'. La partie d'extrémité supérieure 43 peut être fermée ou elle peut être ouverte, comme représenté sur la Figure 4, pour former un orifice 11' de robinet. Une fente 44 formée dans l'armature 32' permet au flui- de de s'écouler entre l'orifice 11' et la chambre 34, la chambre 34 communiquant, à son tour, lorsque le ro- binet est ouvert, avec l'orifice de sortie 12', par l'intermédiaire de l'orifice 13'. Dans ce mode de réa- lisation, le noyau 38' est constitu- par un manchon creux qui entoure la partie 43 du tube central 29' et qui est adapté contre la paroi tronconique 45 du tube central. Le noyau 38' est:z-nemoent oerré entre la paroi 45 et les parties 24 de la culasse pour assurer un bon con- tact entre l'extrémité supérieure du noyau et les par- ties 24 de la culasse. Comme dans le mode de réalisation précé- demment décrit, le noyau 38' est séparé de l'armature 32' par la paroi 45 du tube central, ce qui supprime la nécessité d'avoir à utiliser une pièce de rupture sépa- rée et le fluide dont l'écoulement est commandé par le robinet n'entre jamais en contact avec le noyau 38'. Le -9- robinet de la Figure 4 fonctionne de la même manière que celui représenté sur les Figures 1 à 3 en ce sens que l'armature 32' se soulève pour ouvrir le robinet lorsque l'enroulement de solénoïde 28 est excité et est rappelée par le ressort 35 pour fermer le robinet, comme représenté sur la Figure 4, lorsque le solénoïde est désexcité. On n'a décrit et représenté qu'un mode de réalisation préféré de l'invention, donné uniquement à titre d'exemple, et on pourrait y apporter de nombreuses modifications sans s'écarter pour cela de son esprit. Il est, par conséquent, bien entendu que l'invention n'est pas limitée à une forme ou à un mode de réalisa- tion particulier sauf dans la mesure o de telles limi- tations sont incluses dans les revendications annexées. -10- REVENDICATIONS 1. Un actionneur à solénoïde à courant con- tinu caractérisé en ce qu'il comprend: a) un enroulement de solénoïdeêlectrique annulaire (28); b) un tube central amagnétiaue (29; 29') disposé à l'intérieur de l'enroulement de solénoïde; c) une armature magnétique (32;32') montée longitudinalement coulissante à l'intérieur du tube central; et d) un noyau magnétique (38;38') monté à l'intérieur de l'enroulement de solénoïde, le noyau é- tant situé à l'extérieur du tube central de sorte que la paroi du tube central est disposée entre le noyau et l'armature et les sépare complètement l'un de l'autre. 2. Actionneur de solénolde à courant con- tinu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il ne comporte pas de pièce amagnétique de rupture du circuit magnétique séparée entre l'armature (32;32') et le noyau (38;38'), la paroi du tube central servant à empêcher un contact intime entre l'armature et le noyau. 5. Actionneur de solénolde à courant con- tinu selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi supérieure (30) du tube central (32) est fermée et en ce que le noyau (38) est disposé au-dessus de la paroi supérieure du tube central. 4. Actionneur de solénoide à courant con- tinu selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube central (29') comporte une partie de plus petit diamètre (43) qui s'étend au-delà de la partie du tube central occupé par l'armature (32') et en ce que le noyau (38') est constitué par un manchon creux aui -11- entoure la partie de plus petit diamètre du tube central. 5. Actionneur de solénoïde à courant con- tinu selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est assemblé avec un corps de robinet (10) et en ce que l'extrémité libre (11') de la partie (43) de plus petit diamètre du tube central (29') forme un orifice d'entrée du robinet. 6. Actionneur de solénolde à courant con- tinu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est assemblé: e) avec un corps de robinet (10) ayant un orifice (13;13') entouré d'un siège de robinet (14); et f) avec un obturateur (33) porté par l'ar- mature et mobile avec elle en appui et hors d'appui contre le siège de robinet pour fermer et, respective- ment, ouvrir le robinet. 7. Actionneur de solénoide à courant con- tinu selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'intérieur du tube central (29;29') communique avec le trajet d'écoulement du fluide formé dans le corps de robinet (10), le tube central étant disposé entre le traJet d'écoulement du fluide et le noyau (38;38'), empêchant de ce fait le fluide qui s'écoule à travers le robinet d'entrer en contact avec le noyau.