Brevet FR2485797A1 — publié le 19811231

L'invention se rapporte à un électro-aimant de levage comportant une bobine d'électro-aimant, une armature déplaçable longitudinalement et un pôle magnétique antagoniste, du type dans lequel les côtés de l'armature et du pôle antagoniste qui se situent l'un en face de l'autre présentent des gradins (gradation) au niveau desquels apparat une concentration des lignes de force du champ magnétique. Dans le cas d'électro-aimants de levage, il est connu d'exercer une influence sur la caractéristique force magnétique /course par une conformation de l'armature et du pôle magnétique antagoniste (voir Lueger, Lexikon der Technik, Vol. 13, Lexikon der Feinwerktechnik, Stuttgart, 1968, page 454). Toutes les formes connues de l'armature et du pôle antagoniste (cylindre , cône , ar- mature à gradin) doivent toutefois travailler avec des pertes relativement élevées pour que l'on puisse obtenir une influence de la force magnétique en fonction de la course de l'armature, en sorte que ces aimants absorbent une puissance élevée ou doivent avoir des dimensions im- portantes ou ne fournissent qu'une faible force.Par rapport à l'armature cylindrique connue (figure i), les lignes de champ du champ de forces magnétiques sont concentrées, dans le cas d'une "armature à gradin" connue (figure 2), au niveau des zones ma.rginales,.ce qui conduit à un accroissement du champ magnétique. Cet accroissement a pour conséquence qu'à l'instant où l'armature pénètre dans le p81e antagoniste, une force magnétique maximale apparat. Mais, en raison de la direction radiale des lignes de force , ia force diminue fortement lorsque l'entrefer diminue, et ne croit à nouveau, pour des entrefers très faibles du fait que les surfaces de l'armature et du pôle antagoniste qui sont perpendiculaires à la direction du déplacement de l'armature se situent à une faible distance entre elles.On obtient alors une caractéristique force magnétique/course présentant une portion d'allure croissante (zone A de la figure 3). Mais même dans ce cas, une force importante ne peut être obtenue que par un nombre important correspondant d'ampèrestours, en raison des pertes radiales, ce qui conduit à une augmentation des dimensions générales de l'aimant et, par voie de conséquence, à un poids relativement important. Une diminution arbitraire de l'entrefer radial, qui aurait également pour conséquence un accroissement de la force, n'est rarement possible en raison des tolérances de fabrication. La présente invention a pour objet d'améliorer un électro-aimant de levage du type rappelé en tête du présent mémoire en ce sens que pour de faibles dimensions ou pour un nombre d'ampèresstours faible , on obtient une force de levage importante de l'électro-aimant de levage. Selon l'invention, ce problème est résolu grace au fait que la gradation est conformée de manière à faire apparaitre une concentration multiple des lignes de force Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, la gradation est formée par une partie saillante annulaire et par une gorge annulaire de forme adaptée correspondante. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, la gradation est formée par plusieurs disques superposés et coaxiaux, dont les diamètres décroissent, les gorges étant adaptées à cette forme. I1 est clair que les parties saillantes peuvent être prévues au niveau de l'armature ou au niveau du p81e antagoniste, et dans ce cases gorges correspondantes sont ménagées au niveau du p81e antagoniste ou de l'armature. La concentration multiple des lignes de force a pour résultat une amélioration du rapport entre énergie magnétique mise en oeuvre et force résultante, en sorte que par rapport aux électro-aimants de levage connus, et pour une même force, les dimensions peuvent être réduites ou, si les dimensions sont maintenues, on peut obtenir une force plus importante. Suivant une autre forme de réalisation de l'in- vention, la partie annulaire saillante et la gorge annulaire sont concentriques et se situent symétriquement par rapport à la ligne médiane de l'armature ou du pôle antagoniste. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé deux formes de réalisation de ltobjet de l'invention. La figure 1 est une vue,,avec coupe partielle,de l'armature et du pôle magnétique antagoniste d'un électroaimant de levage de forme cylindrique. La figure 2 est une vue, avec coupe partielleXde l'armature et du pôle magnétique antagoniste d'un électroaimant de levage avec une gradation La figure 3 représente la caractéristique force magnétique/course de l'électro-aimant selon la figure 2. La figure 4 est une coupe d'une armature et d'un p81e magnétique antagoniste d'une première forme de réalisation de l'objet de l'invention, et La figure 5 est une vue partielle d'une armature et d'un p81e magnétique antagoniste suivant un second exemple d'exécution de l'objet de l'invention. Les électro-aimants de levage possèdent en général une bobine d'électro-aimant qui est traversée par un courant électrique. Le courant peut être un courant continu ou un courant alternatif. La bobine d'électro-aimant excite un pâlie magnétique antagoniste, ce qui fait qu'unie armature mobile est déplacée en direction du pôle antagoniste. L'armature est montée de façon appropriée, par exemple à l'aide d'une tige de piston faite avec un matériau non magnétisable et qui est montée dans des coussinnets du pôle antagoniste. La bobine d'électro-aimant (enroulement d'excitation) entoure au moins une partie du pôle magnétique antagoniste et souvent également l'arma- ture. Dans la figure 1, on a représenté une armature cylindrique 1 et un pôle magnétique antagoniste 2 alignés le long d'un axe 5. Entre leurssurfacesvoisinesse trouve un entrefer Squi est variable. Pm désigne les normales aux lignes du champ magnétique. La figure 2 montre une armature 1 et un pôle antagoniste 2 avec gradation. La gradation est formée par un disque cylindrique 3 prévu sur l'armature I et par une gorge cylindrique correspondante 4 ménagée sur le pôle magnétique antagoniste 2. Le diamètre extérieur du disque 3 est inférieur au diamètre extérieur de l'armature 1. De façon correspondante, le diamètre intérieur de la gorge 4 est inférieur au diamètre extérieur du pôle magnétique antagonoste 2. Le diamètre extérieur du disque est, par contre, inférieur au diamètre intérieur de la gorge 4, en sorte que le disque 3 peut pénétrer, avec un certain åeu (entrefer radial), dans la gorge 4. Dans ce cas également la référence & désigne l'entrefer nominal, alors que la longueur de la course donnée à l'avance par construction est désignée par h. Un tel électro-aimant de levage, dont les autres éléments tels que la bobine,-le montage de l'armature, etc. n'ont pas été représentés par mesure de simplicité, possède, en principe, la caractéristique force magnétique/ course représentée dans la figure 3. Pour un entrefer S très faible, la force magnétique F est très grande et décroît d'abord très fortement pour un entrefer croissant. Pour un entrefer h déterminé par la construction de l'électro-aimant de levage, et qui est déterminé, par exemple, par une butée pour l'armature, on obtient la force de levage maximale F déterminée pour l'électro-aimant de levage individuel.En raison des pertes radiales mentionnées ci-dessus, la force magnétique décroît de façon moins raide pour un entrefer crois sant, en sorte que la caractéristique force magnétique/ course atteint, pour un entrefer h2, un minimum relatif avec la pente "O". Si l'entrefer continue à augmenter, la force magnétique croît en raison des effets de la concentration des lignes de champ au niveau de la gradation, et cela jusqu'à une valeur de l'entrefer de h3 pour laquelle apparaît un maximum relatif de la force magnétique. La plage de travail efficace de l'électro- aimant de levage se situe entre les entrefers h2 et h3, et elle est désignée par la référence A. Si l'entrefer croît au-delà de la valeur h3, la force magnétique décroit suivant une pente raide. Dans la figure 4 on a représenté un premier exemple d'exécution de l'invention. L'armature 1 possède sur son c8té situé en face du p81e antagoniste 2 une partie annulaire saillante de section rectangulaire. Dais la coupe de la figure 4 on voit deux parties 3' et 3" de la partie saillante annulaire. La partie saillante annulaire est centrée ou symétrique par rapport à la ligne médiane 5. En face de cette partie saillante annulaire, le p81e magnétique antagoniste 2 présente une cuvette correspondante ayant la forme d'une gorge annulaire, la largeur de la gorge étant faiblement supérieure à la largeur de la section transversale de la partie saillante annulaire. De ce fait on obtient la fente annulaire radiale susmentionnée. Bien entendu, la gorge annulaire est centrée sur la ligne médiane 5 ou symétrique par rapport à cette dernière. Dans la coupe de la figure 4, on voit deux parties 4' et 4" de la gorge. L'entrefer nominal S est, dans ce cas, formé entre la face inférieure de la partie saillante annulaire et la surface de fond de la gorge annulaire. On voit que sur des bords voisins de la partie saillante et de la gorge, apparaît une concentration des lignes de champ. La figure 5 montre une variante d'une armature à gradin multiple, variante dans laquelle l'armature 1 possè de, sur son côté situé en face du pôle antagoniste 2, deux disques cylindriques 3" et 3' dont le diamètre extérieur décroît en direction du pôle antagoniste 2. Les disques cylindriques sont centrés sur l'axe médian 5 ou se situent symétriquement par rapport à ce dernier. De façon correspondante, le pôle magnétique antagoniste 2 possède des gorges cylindriques 4' et 4" dont le diamètre intérieur est faiblement supérieur au diamètre extérieur des disques correspondants 3' et 3", grâce à quoi se trouve formé l'entrefer radial mentionné. Dans ce cas également apparaît au niveau des bords des disques et des gorges associées une concentration des lignes de champ. I1 convient de noter que par la concentration selon l'invention de l'armature, du pôle magnétique antagoniste, et pour un même diamètre de l'armature, on obtient un accroissement notable de la force par rapport aux électro-aimants de levage connus, accroissement qui se situe à plus de 600 si les données électriques et les dimensions de l'aimant restent les mêmes. Un accroissement supplémentaire de la force peut être obtenue par une concentration plus fréquente des lignes de force, obtenue dans l'exemple d'exécution de la figure 4 par la disposition de deux ou de plusieurs parties saillantes concentriques et annulaires et par des gorges conformées de façon correspondante ou, dans l'e- xemple d'exécution de la figure 5 par trois disques cylindriques ou davantage et par des gorges correspondantes. Bien entendu les parties saillantes ou les disques et les gorges correspondantes peuvent, en vue en plan, avoir une forme rectangulaire, ovale ou toute autre forme voulue, la forme de l'armature étant adaptée en conséquence. Si l'électro-aimant de levage est excité avec un courant continu, l'armature, les parties saillantes et le pôle magnétique antagoniste peuvent être réalisés avec un matériau magnétique massif, par exemple avec du fer. Si par contre l'électro-aimant de levage est excité avec un courant alternatif, il est avantageux, en vue de réduire les pertes électriques, de réaliser l'armature, les parties saillantes et le pôle magnétique antagoniste avec des paquets de tôle, comme cela est connu généralement. I1 est clair que l'armature et le pôle magnétique antagoniste peuvent être inversés, c'est-à-dire que l'armature comporte la gorge ou la cuvette alors que le p81e magnétique antagoniste possède la ou les parties saillantes. En outre, et selon la caractéristique force magnétique/course souhaitée, on peut donner aux parties saillantes ou disques une forme légèrement coniqué, étant entendu que les gorges doivent naturellement être adaptées à cette forme, grâce à quoi l'allure de la caractéristique, en particulier dans la région A de la figure 3 est plane. Toutes les caractéristiques indiquées dans la description ainsi que dans les figures peuvent être mises en oeuvre séparément ou dans leurs diverses combinaisons. REVENDICATIONS 1) Electro-aimant de levage comportant une bobine d'électro-aimant, une armature déplaçable longitudinalement et un pôle magnétique antagoniste, du type dans lequel les côtés de l'armature et du pôle antagoniste qui se situent l'un en face de l'autre présentent des gradins (gradation) au niveau desquels apparaît une concentration des lignes de force du champ magnétique, caractérisé par le fait que la gradation (3, 4) est conformée de manière à faire apparaître une concentration multiple des lignes de force (P ). 2) Electro-aimant de levage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la gradation (3, 4) est conformée de manière qu'en au moins deux emplacements de la zone d'action entre l'armature (1) et le pôle antagoniste (2) apparaît une concentration des lignes de force (Pm) 3) Electro-aimant de levage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la gradation est formée par une partie annulaire saillante (3) et par une gorge annulaire (4) adaptée en conséquence. 4) Electro-aimant de levage selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la partie annulaire saillante (3) et la gorge annulaire ou cuvette annulaire (4) sont concentriques et se situent symétriquement par rapport à la ligne médiane (5) de l'armature (1) ou du pôle antagoniste (2). 5) Electro-aimant de levage selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la gradation est formée par deux ou plusieurs disques cylindriques (3', 3"), coaxiaux entre eux, disposés l'un sur l'autre et dont les diamètres diminuent de disque à disque en direction du pâle antagoniste (2) ou de l'armature(1), les gorges ou cuvettes (4', 4") du pôle antagoniste (2) ou de l'armature (1) étant adaptées aux disques.