Brevet FR2481858A1 — publié le 19811106

i La présente invention concerne un dispositif électromagnétique du genre comprenant une structure de stator intérieure allongée qui définit plusieurs pièces polaires annulaires, espacées axialement, qui peuvent être aimantées, ces pièces polaires ayant des diamètres qui augmentent en direction d'une extrémité de la structure de stator, un enroulement porté par la structure de stator et qui, lorsqu'il reçoit un courant électrique, fait prendre des polarités magnétiques opposées aux pièces polaires adjacentes, et une armature annulaire qui entoure la structure de stator, cette armature étant formée par une matière pouvant être aimantée et comportant une surface intérieure de forme générale tronconique, grâce à quoi l'armature se déplace axialement vers ladite extrémité de la structure de stator lorsqu'on fait circuler un courant dans l'enroulement. Dans la forme de dispositif indiquéeci-dessus, l'armature doit être ramenée à sa position initiale par l'action d'une force externe, comme par exemple celle fournie par un ressort qui peut être incorporé dans la structure du dispositif ou qui peut faire partie du méca- nisme, par exemple une valve, actionné par le dispositif. Cependant, il peut être souhaitable dans certains cas que le mécanisme soit ramené à sa position initiale de manière commandée. On pourrait y parvenir en utilisant un autre dispositif du genre décrit ci-dessus, travaillant en oppo- sition, les deux dispositifs étant de façon générale montés bout à bout. Cependant, cette solution est volumi- neuse et coûteuse et, de plus, elle augmente la masse des pièces mobiles, ce qui entraîne une diminution de la vitesse de fonctionnement. Pour réaliser un dispositif à double action, il a été proposé d'incorporer une structure de stator exté- rieure dans le dispositif du genre indiqué, cette struc- ture de stator extérieure étant située autour de l'armatu- re et comportant plusieurs pièces polaires annulaires, espacées axialement et pouvant être aimantées, et un enroulement conçu de façon que les pièces polaires adja- centes prennent des polarités magnétiques opposées, lorsqu'un courant électrique circule dans l'enroulement. Les diamètres des ouvertures forméoe dans les pièces polaires augmentent en direction de ladite extrémité de la structure de stator intérieure. Une telle configuration présente un inconvénient qui consiste en ce que lorsque l'armature est dans une position extrême, c'est-à-dire lorsque des parties de l'armature sont en contact avec les pièces polaires d'une première des structures de stator, au moment o l'enroule- ment de l'autre structure de stator est excité pour dépla- cer l'armature vers l'autre position extrême, des parties de la première structure de stator établissent *des shunts magnétiques pour le flux magnétique qui traverse l'armatu- re. Ces shunts magnétiques comprennent les entrefers qui sont en fait annulés du fait que l'armature est dans une position extrême. Ainsi, le flux magnétique dans les shunts précités, en association avec les entrefers, peut maintenir l'armature dans cette position extrême en dépit du fait que l'enroulement de l'autre structure de stator est excité, et le flux produit par cette structure de stator traverse les entrefers principaux qui ont évidemment leur taille maximale. L'invention a pour but de réaliser sous une forme simple et commode un dispositif du genre indiqué dans lequel le problème envisagé ci-dessus soit résolu. Conformément à l'invention, un dispositif du genre indiqué comprend une structure de stator extérieure qui entoure l'armature, cette dernière comportant une surface extérieure de forme générale tronconique. La structure de stator extérieure comporte plusieurs pièces polaires annulaires, espacées axialement et pouvant être aimantées, et un enroulement qui est conçu de façon que les pièces polaires adjacentes prennent des polarités magnétiques opposées lorsqu'un courant électrique circule dans l'enroulement. La structure de stator extérieure est décalée axialement par rapport à la structure de stator intérieure, grâce à quoi les circuits magnétiques qui sont 248 1858 établis dans l'armature pour le flux produit par les structures de stator intérieure et extérieure, lorsque les enroulements respectifs sont excités, sont mutuellement décalés. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 montre la structure du dispositif qui présente le défaut indiqué ci-dessus; La figure 2 montre la modification nécessaire pour réduire au minimum le risque de collage de l'armatu- re dans une position extrême; et Les figures 3 et 4 montrent d'autres formes de construction de l'armature et des structures de stator. En considérant la figure 1, on voit que le dispo- sitif comprend une structure de stator intérieure 10 qui est constituée par une matière pouvant être aimantée et qui comporte à sa surface périphérique plusieurs pièces polaires désignées par la référence 11 et s'étendant dans des directions radiales. Les extrémités des pièces polai- res ont un diamètre qui diminue lorsqu'on se dirige vers une extrémité de la structure de stator, et des encoches qui logent des enroulements sont formées entre les paires de pièces polaires adjacentes. Les enroulements ne sont pas représentés sur la figure 1 mais on a néanmoins indi- qué le sens de circulation du courant dans les enroule- ments par les symboles constitués par un point et une croix. On notera que le courant circule dans des sens opposés dans les enroulements adjacents. Il existe également une armature 12 qui a une forme annulaire et qui présente une surface intérieure de forme générale tronconique. La surface intérieure comprend en fait une série d'épaulements dont les faces latérales sont placées en regard des pièces polaires 11. La surface périphérique extérieure de l'armature a également une forme générale tronconique et elle présen- - te des épaulements complémentaires par rapport à ceux qui sont formés sur la surface intérieure de l'armature. 248 1858 Il existe une structure de stator extérieure qui comprend une pièce annulaire 13 constituée par une matière qui peut être aimantée. La surface interne de la pièce annulaire porte des pièces polaires 14 et les diamètres des extrémités intérieures des pièces polaires, par rapport à l'axe central 15 du dispositif, augmentent en même temps que les diamètres des pièces polaires 11. Les pièces polai- res 11 et 14 ne sont pas situées en alignement axial et elles sont décalées d'une distance égale à la course de l'armature augmentée de l'épaisseur de la matière formant l'armature. Les encoches qui sont définies entre les pièces polaires 14 sont occupées par des enroulements et ces enroulements peuvent recevoir un courant électrique pour faire prendre aux pièces polaires des polarités magnéti- ques opposées. Sur la figure 1, l'armature 12 est représentée dans une position extrême et on suppose que cette position a été atteinte en excitant les enroulements portés par la structure de stator extérieure. Il faut maintenant dépla- cer l'armature vers l'autre position extrême. Dans ce but, on excite les enroulements portés par la structure de stator 10 et on coupe l'excitation de ceux qui sont portés par la structure 13. Les pièces polaires Il s'aimantent, avec des polarités magnétiques opposées pour les pièces polaires adjacentes. Les chemins principaux du flux magné- tique sont représentés en trait continu, avec des flèches, et on voit que le flux traverse les entrefers situés entre les pièces polaires et les épaulements de l'armature. Ceci a pour effet de communiquer à l'armature une force qui tend à la déplacer vers la droite, sur la représentation de la figure 1. Malheureusement, il existe cependant des shunts magnétiques formés par la structure de stator extérieure et le flux magnétique qui passe dans ces shunts est indiqué en'pointillés. Les circuits magnétiques des shunts comprennent les entrefers fermés situés entre les épaulements de l'armature et les pièces polaires 14 et on constate avec cette configuration que l'armature tend à demeurer dans la position extrême considérée. Pour réduire au minimum cette difficulté, on adopte la structure qui est représentée sur la figure 2. On va maintenant considérer la figure 2 sur laquelle on utilise des numéros de référence identiques de partout o c'est possible et on notera que l'armature présente ici-une forme différente. L'armature est désignée par la référence 16 et on voit qu'elle a un nombre d'épaule- ments double de celui de l'armature qui est représentéesur- la figure 1. L'effet pratique de ceci consiste en ce que le circuit magnétique principal qu'emprunte dans l'armature le flux qui circule entre les pièces polaires 11 adjacentes est décalé par rapport au circuit magnétique principal qu'emprunte dans l'armature le flux qui circule entre une paire de pièces polaires 14 de la structure de stator exté- rieure, lorsque ces pièces polaires sont excitées. Le che- vauchement est pratiquement moitié. Les chemins de flux sont représentés sur la figure 2 avec une configuration exactement identique à celle de la figure 1, mais le flux dans les pièces polaires 14 constituées par le stator 13 n'est représenté que dans un but d'illustration du fait que, comme on le notera, le flux dans chaque pièce polaire est en fait pratiquement nul. Il résulte de ceci qu'il n'y a pratiquement aucune force s'opposant au mouvement de l'armature d'une position extrême à l'autre. Ceci est vrai pour les pièces polaires intermédiaires mais n'est pas vrai pour les pièces polaires d'extrémité, du fait qu'il n'existe pas de flux d'équilibrage provenant d'un enroule- ment adjacent sur l'autre structure de stator. Il en résulte qu'une force d'attraction peut apparaître au niveau des pièces polaires d'extrémité, mais cette force est très faible, à cause du chemin magnétique de grande lon- gueur qu'elle fait intervenir, ce chemin magnétique s'éten- dant sur toute la longueur des structures de stator. Les armatures 12 et 16 ont une configuration générale tronconique bien que les entrefers soient définis entre des surfaces s'étendant en direction radiale. Dans la configuration qui est représentée sur la figure 3, les extrémités des pièces polaires 17 portées par les structures de stator sont inclinées et les parties associées de l'arma- ture 18 sont également inclinées. Comme dans l'exemple de la figure 2, les circuits magnétiques principaux qui sont éta- blis dans l'armature sous l'action des deux structures de stator sont en chevauchement et les chemins de flux sont ceux qui sont indiqués sur la figure 2. Sur la figure 4, les faces des pièces polaires 19 des deux structures de stator sont également inclinées et correspondent à l'inclinaison des surfaces intérieure et extérieure de l'armature 20 qui sont lissesdans ce cas. Pour obtenir un mouvement rapide de l'armature, on peut exciter les enroulements d'une structure de stator avant de couper l'excitation des enroulements de l'autre structure de stator. Le flux produit par l'autre structure de stator maintiendra l'armature jusqu'à ce que l'excita- tion de ses enroulements soit coupée. Il est possible d'appliquer aux enroulements l'excitation maximale, en permettant au courant d'atteindre sa valeur maximale. Le dispositif de commutation du courant peut être conçu de façon que le courant dans l'un des enroulements n'atteigne pas sa valeur maximale avant la coupure de l'excitation de l'autre enroulement. Pour économiser l'énergie, il est possible d'appliquer des impulsions de courant une fois que l'arma- ture s'est déplacée jusqu'à l'une de ses positions extrê- mes, afin de maintenir l'armature dans cette position. Dans ce cas, l'instant auquel l'autre enroulement est excité ne doit pas précéder de façon trop importante l'instant de coupure de l'excitation du premier enroule- ment, car sinon l'armature peut se déplacer vers son autre position extrême avant que l'excitation du premier enroulement soit coupée. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. 248 1858 REVENDICATIONS 1. Dispositif électromagnétique caractérisé en ce qu'il comprend une structure de stator intérieure (10) de Lorme allongée, qui définit plusieurs pièces polaires (11) annulaires, espacées axialement et pouvant être aimantées, ces pièces polaires ayant des diamètres qui augmentent en direction d'une première extrémité de la structure de stator; un enroulement porté par la structure de stator et qui, lorsqu'il est alimenté en courant électrique, fait prendre des polarités magnétiques opposées aux pièces polaires adjacentes; une armature annulaire (16) entourant la structure de stator intérieure, cette armature étant constituée par une matière qui peut 8tre aimantée et com- portant une surface intérieure de for-me générale tronconi- que, grâce à quoi l'armature se déplace axialement vers la première extrémité de la structure de stator intérieure lorsque l'enroulement reçoit du courant électrique; et une structure de stator extérieure (13) qui entoure l'arma- ture, cette dernière ayant une surface extérieure de forme générale tronconique, la structure de stator extérieure comportant plusieurs pièces polaires (14) annulaires, espacées axialement et pouvant être aimantées, et un enroulement conçu de façon que les pièces polaires adjacen- tes prennent des polarités magnétiques opposées lorsqu'un courant électrique circule dans cet enroulement, la structure de stator extérieure étant décalée axialement par rapport à la structure de stator intérieure, grâce à quoi les circuits magnétiques établis dans l'armature pour le flux produit par les structures de stator intérieure et extérieure lorsque les enroulements respectifs sont excités, sont mutuellement décalés. 2. Dispositif électromagnétique selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les surfaces externe et interne de l'armature (16) ont une forme présentant des épaulements pour définir des faces situées respectivement en regard des pièces polaires (11, 14) des structures de stator intérieure et extérieure (10, 13), les faces de la surface intérieure de l'armature qui sont situées en regard des pièces polaires de la structure de stator intérieure et qui sont attirées vers ces pièces polaires étant décalées axialement par rapport aux faces de la surface extérieure de l'armature qui sont situées en regard des pièces polai- res de la structure de stator extérieure et sont attirées vers ces pièces polaires. 3. Dispositif électromagnétique selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que les faces polaires des pièces polaires (11, 14) et lesdites faces de l'armature sont radiales. 4. Dispositif électromagnétique selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que les faces polaires des pièces polaires (17) et lesdites faces de l'armature (18) sont inclinées par rapport à l'axe longitudinal du dispo- sitif. 5. Dispositif électromagnétique selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les surfaces intérieure et extérieure de l'armature (20) sont lisses et les faces des pièces polaires (19) des structures de stator qui sont situées en regard des surfaces de l'armature sont inclinées, les faces polaires des structures de stator étant mutuelle- ment décalées en direction axiale.