Brevet FR2480489A1 — publié le 19811016

L'invention concerne un circuit magnétique d'électro- ai.mant comportant un noyau cylindrique massif, apte à recevoir une bobine et dont une première extrémité porte une surface d'as- sociation qui est fixée par soudure électrique contre une surface 5 d'appui appartenant à un élément de culasse massif ayant des branches en L ou en U de façon telle que l'axe dudit noyau soit perpendiculaire à la surface d'appui, tandis qu'une première sur- face polaire disposée sur une seconde extrémité opposée à la pre- mière est placée à une distance axiale déterminée d'une seconde 10 surface polaire, placée à l'extrémité de l'une des branches. De telles culasses trouvent une application très éten- due dans les relais à courant continu ou à courant alternatif, ainsi que dans les relais à excitation mixte pouvant recevoir des bobines alimentées soit en courant continu, soit en courant alter- 15 natif. Parmi les problèmes que l'on rencontre fréquemment dans les culasses magnétiques massives destinées à des relais, figurent celui de la bonne orientation de l'axe du noyau et celui du respect de la distance, mentionnée ci-dessus, et pour les culasses 20 mixtes celui de les produire dans des conditions économiques. Le non respect de la géométrie en fabrication, ou sim- plement les dispersions de cotes se traduisent, en effet, en l'- absence d'opération de reprise surtout dans les électro-aimants o l'on aura recherché l'économie du cuivre, par des dispersions 25 dans les forces d'attraction à l'appel de l'armature et/ou par des variations des forces de maintien de l'armature dans sa position de travail. Il est donc nécessaire de donner au noyau et aux bran- ches une orientation parfaite et une longueur précise, et de ré- 30 duire l'importance des opérations de reprises éventuelles. Dans certaines réalisations connues, le noyau est fixé sur un élément de culasse par un sertissage qui peut modifier la longueur de ce noyau et changer l'orientation initiale donnée aux deux pièces à réunir; de plus, des entrefers parasites peuvent 35 apparaître à l'endroit de leur liaison. Dans d'autres cas, on a proposé d'emmancher à force V'- extrémité du noyau dans un alésage pratiqué dans l'élément de cu- lasse, ce qui oblige à respecter des cotes très rigoureuse pour 2480489 - 2 - assurer la régularité du serrage au cours d'une fabrication en série. On a enfin proposé de fixer par soudure électrique l'- extrémité du noyau sur l'élément de culasse auquel il doit être 5 relié de façon permanente, sans toutefois prêter une attention particulière aux projections de particules métalliques en fusion, qui se produisent localement et viennent souvent empêcher la carcasse de la bobine de s'enfiler complètement sur le noyau; de plus, lorsqu'aucune précaution particulière, le plus souvent 10 coûteuse, n'est prise pour guider et déplacer rigoureusement le noyau au cours de la fusion et du forgeage du métal à l'endroit de la soudure, les deux pièces peuvent avoir,une fois soudées, des dispositions non satisfaisantes tant en dimensions qu'en orientation. 15 Si une culasse magnétique fabriquée selon l'une des méthodes exposées ci-dessus est destinée à des électro-aimants alimentés soit par du courant continu, soit par du courant alter- natif, il est bien connu que des aménagements doivent être ap- portés à la surface polaire placée à la seconde extrémité libre 20 du noyau et coopérant avec l'armature mobile pour réaliser des entrefers susceptibles de satisfaire dans chaque cas, les dif- férentes conditions d'attraction à l'appel et au maintien men- tionnées ci-dessus; généralement, on prévoit sur la seconde extré- mité d'un noyau recevant une bobine alimentée par du courant conti- 25 nu, un épanouissement annulaire ayant un diamètre supérieur à celui du noyau, alors que cette extrémité est laissée en l'état lors- que l'on fait appel à une bobine alimentée en courant alternatif. La réalisation de cet épanouissement s'il n'est pas fourni d'une seule pièce avec le noyau, pourra être faite de 30 diverses façons, mais seuls devront être retenus des procédés de fixation ne donnant pas lieu à une distorsion géométrique des cotes réalisées après soudure; par suite, un procédé de défor- mation plastique de l'extrémité libre doit généralement être écarté, lorsque des procédés de fixation décrits ci-dessus n'ont 35 n'ont pu donner, au préalable, une disposition géométrique abso- lument rigoureuse aux deux éléments de la culasse magnétique. L'invention se propose donc de fournir un circuit magnétique tel que défini ci-dessus, mais dans lequel des mesures 2a40489 3 - seront prises pour qu'un noyau fixé par soudure électrique sur un élément de la culasse prenne une disposition géométrique rigou- reusement conforme à celle qui est prévue, au cours d'une fabri- cation en série, afin que des opérations mécaniques ultérieures 5 exécutées sur l'extrémité libre du noyau, ne produisent aucune dé- formation de la géométrie initiale. Selon l'invention, ce résultat est atteint grâce au fait que la surface d'appui est une surface plane qui.est placée au- dessous d'une surface intérieure de l'élément de culasse, et qui 10 possède une dimension mesurée parallèlement à cette surface inté- rieure, légèrement supérieure au diamètre du noyau et que, avant soudure, d'une part une ouverture cylindrique d'axe perpendiculaire à la surface d'appui et de diamètre choisi, pénètre ledit élément de culasse d'une profondeur déterminée, tandis que, d'autre part, 15 ladite première extrémité présente un téton de forme tronçonique dont la surface courbe constitue la dite surface d'association, ce téton ayant une racine dont le diamètre maxiumum est supérieur au diamètre choisi de l'ouverture, et une hauteur inférieure à la profondeur de l'ouverture, une surface de butée annulaire trans- 20 versale apte à coopérer après soudure avec la surface d'appui se trouvant entre ladite racine et la surface extérieure du noyau. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après. Au dessin annexé 25 La figure 1 représente les deux éléments du circuit ma- gnétique avant leur association, La figure 2 représente un circuit magnétique complet lorsqu'il est destiné à recevoir une bobine alimentée en cou- rant alternatif, 30 La figure 3 illustre un circuit magnétique complet lorsqu'il est destiné à recevoir une bobine alimentée par du courant continu, La figure 4 représente une variante de réalisation de- la culasse. 35 Deux éléments dont l'assemblage constituera le circuit magnétique fixe (1) d'un électro-aimant, sont visibles avant cette opération à la figure 1, o un noyau massif (2) de forme cylin- drique est placé en regard d'un élément de culasse (3) également massif; cet élément de culasse (3) peut prendre l'une de deux 2M40489. - 4- formes en L,en traits épais ou en U, en traits fins, obtenue par exemple par pliage, et comporte par conséquent soit une petite branche (4) et une grande branche (5), soit une traverse (6) ana- logue à la petite branche et reliée à deux grandes branches (5) 5 et (7) parallèles. Après pliage, des surfaces terminales et transversales (24, 23) placées aux extrémités libres des branches (7) et respec- tivement (5) sont placées à des distances (sj) et (s2), sensible- ment identiques, d'une face inférieure et extérieure (19) de 1'- 10 élément (4). La traverse ou la petite branche et les grandes branches sont généralement perpendiculaires entre elles et l'axe XX' du noyau (2) sera parallèle à une grande branche après assemblage, et donc perpendiculaire à la face extérieure (19). 15 Le noyau (2) qui présente un diamètre (d) possède à une première extrémité (8) un téton (9) de forme tronçonique ayant une racine (10) de diamètre (e) inférieur à (d) et une hauteur (h). Une surface de butée annulaire (11), qui est de préfé- rence perpendiculaire à l'axe XX', se trouve placée entre la 20 racine et la surface extérieure (12) du noyau. Le noyau présente à une-seconde extrémité (13) opposée à la première, un téton (14) tronconique de diamètre (j) et une surface transversale (15), analogues à ceux qui viennent d'être décrits- pour la première extrémité; toutefois, la hauteur (g) 25 de ce téton sera de préférence supérieure à (h), et son angle- au sommet sera différent. Une distance (t) sépare la surface de butée (11) d'une première face polaire plane (16) qui termine le téton (14). L'élément de culasse, constitué par la petite branche 30 (4), ou traverse (6), comporte sur sa face intérieure (17) une surface d'appui plane (18) qui est placée au-dessous de la face intérieure (17), dont elle est séparée par une valeur (f); cette surface d'appui, dont la dimension (m) mesurée parallèlement au plan de la face (17) est supérieure au diamètre (d), est plane 35 et parallèle à la face extérieure (19) opposée à (17), dont elle est séparée par la distance (n); sa réalisation peut être obtenue par usinage ou par frappe. 2480489 - 5- Enfin, une ouverture cylindrique (20) ou (20') d'axe YY' per- pendiculaire à la surface (18), de diamètre (a) inférieur à (e) et supérieur au diamètre (q) de l'extrémité du téton, traverse 1'- élément de culasse (4) ou le pénètre d'une profondeur (p) à partir 5 de la surface (18), sans déboucher, voir aussi la figure 4. Au cours du processus qui réalisera, par soudure électrique, l'assemblage du noyau et de la culasse, cette dernière sera appuyée par sa face extérieure (19) contre une table de tra- vail ou support (21); un appareil de soudage, terminé par exemple 10 par une pince conductrice de l'électricité, maintiendra un noyau (2) par son extrémité (13), de façon que son axe XX' coïncide sensiblement avec l'axe YY' de l'ouverture (20) et effectuera un mouvement de descente dans le sens de la flèche F jusqu'au moment o le téton (9) sera engagé dans l'ouverture; si un léger décalage 15 existe entre les axes XX' et YY', la coopération de la surface conique du téton et l'entrée (22) de l'ouverture provoquera un alignement des deux axes. Dans tous les cas, la hauteur (n) d'un trou traversant ou la profondeur (p) d'un trou borgne (non illustre sur la figure 20 1), sera supérieure à la hauteur (h) du téton. Au cours de la phase de soudage électrique proprement -dite, un courant circulera à travers le noyau et la culasse, et produira une fusion du métal localisée à l'entrée (22) de l'ou- verture (20) et à la surface courbe d'association (25) du téton 25 qui est en contact avec elle; lorsque le métal atteindra une fluidité convenable, et que le courant sera coupé, une phase de forgeage, consistant à appliquer au noyau un effort dans le sens F, provoquera une déformation plastique du téton .et de l'entrée de l'ouverture qui continuera jusqu'au moment o la surface de butée 30 annulaire (11) viendra s'appliquer contre la surface d'appui (18). Des goutelettes de métal en fusion ou des particules métalliques qui apparaissent au cours de l'opération de soudage, se rassembleront dans l'espace annulaire (26) qui existe entre la surface extérieure (12) de l'extrémité (8) du noyau, la surfa- 35 ce d'appui (18) et la face supérieure (17), voir figure 2. Lorsque l'opération de soudage est terminée et que les pièces assemblées se trouvent dans l'état visible à la figure 2, la première face polaire plane (16) se trouve placée à une hauteur (&+n) par rapport à la table (21),ou à la face extérieure (19). 2400489 -6 - Si un tel circuit, qui constitue en fait une même ébauche destinée à équiper soit un relais à courant alternatif, soit un relais à courant continu, est destiné à un relais à courant alter- natif, la distance axiale déterminée mentionnée ci-dessus, devra 5 avoir lorsque le circuit magnétique sera terminé, une valeur (el), tandis que dans l'autre cas à courant continu, cette distance dé- terminée devra avoir une valeur (e2) supérieure à (el) lorsqu'un épanouissement polaire aura été fixé sur la seconde extrémité, voir la figure 3. 10 Les dimensions (sl), (s2) et t+n sont choisies pour que la différence entre ces deux'couples de dimensions soit très voisine de la valeur déterminée (el) mentionnée-ci-'dessus, de sorte qu'une opération supplémentaire de mise à niveau des sur- faces terminales (23, 24) devra être effectuée pour l'obtenir; 15 cette opération est effectuée par une rectification qui prend com- me plan de référence la position de la surface supérieure (16) du noyau, et qui n'enlève, par suite, qu'une faible quantité de ma- tière sur les extrémités des branches (5) et (7) pour créer des secondes faces polaires usinées (23', 24'). 20 Lorsque l'on prévoit d'utiliser un circuit magnétique pour la réalisation d'un relais à: courant continu, on fait appel à un circuit magnétique déjà usiné pour un relais à courant alter- natif dont on équipe le noyau, d'abord d'une bobine appropriée (29) et ensuite, à sa seconde extrémité (14), d'une bague (27) 25 destinée à former l'épanouissement polaire qui est nécessaire dans ce cas, voir figure 3. Cette bague, qui présente avant fixation une ouverture cylindrique (28) ayant un diamètre (t) inférieur au diamètre (j) de la racine du téton (14), est emmanchée sur ce dernier, et est 30 fixée ensuite par un bouterollage ou un sertissage (30). Au cours de cette opération, qui doit créer maintenant une première face polaire plane (16') déformée et placée à une distance axiale (e2) des secondes faces polaires (23', 24'), V'- outil de formage de cette surface prend comme plan de référence 35 les secondes faces (23') et (24') existantes, voir figure 3; en raison de la bonne assise et de la bonne orientation du noyau, aucune déformation géométrique parasite du noyau ne peut être ob- servée au cours de cette opération. - 480489. Naturellement, la nature des matériaux choisis pour la réalisation de la culasse, du noyau et de la bague tient compte des conditions auxquelles seront soumises ces pièces tant du point de vue de leurs propriétés magnétiques que de celui de leurs pro- 5 priétés mécaniques. 2.4O048 9. -8- REVENDICATIONS 1. Circuit magnétique d'électro-aimant, comportant un noyau cylindrique massif, apte à recevoir une bobine et dont une- première extrémité porte une surface d'association qui est fixée par soudure électrique contre une surface d'appui appartenant à 5 un élément de culasse massif ayant des branches en L ou en U, de façon telle que l'axe dudit noyau soit perpendiculaire à la sur- face d'appui tandis qu'une première surface polaire disposée sur une seonde extrémité opposée à la première est placée à une dis- tance axiale déterminée d'une seconde surface polaire, placée à 10 l'extrémité de l'une des branches, caractérisé en ce que la sur- face d'appui (18) est une surface plane qui est placée au-dessous d'une surface intérieure (17) de l'élément de culasse (4) et qui possède une dimension (m) mesurée parallèlement à cette surface intérieure, légèrement supérieure au diamètre (d) du noyau (2) 15 et que, avant soudure, d'une part une ouverture cylindrique (20, respectivement 20'), d'axe (XX') perpendiculaire à la surface d'appui (18) et de diamètre choisi (a), pénètre ledit élément de culasse d'une profondeur (n, respectivement p), déterminée, tan- dis que, d'autre part, ladite première extrémité (8) présente un 20 téton (9) de forme tronçonique, dont la surface courbe (25) cons- titue ladite surface d'association, ce téton (9) ayant une racine (10) dont le diamètre (e) maximum est supérieur au diamètre choi- si (a) de l'ouverture (20, respectivement 20') et une hauteur (h) inférieure à la profondeur (n, respectivement p) de l'ouverture, 25 une surface de butée annulaire (11) transversale, apte à coopérer après soudure avec la surface d'appui (18) se trouvant entre la dite racine (10) et la surface extérieure (12) du noyau (2). . 2. Circuit magnétique pour électro-aimant à courant al- ternatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau 30 (2) présente à sa seconde extrémité (14) une première face polaire (16) servant, après assemblage, de plan de référence pour l'usi- nage de secondes faces polaires (23', 24') ,disposées aux extré- mités des branches (7,5) de la culasse, et placées à une dis- tance axiale (el). 35 3. Circuit pour électro-aimant à courant continu carac- térisé en ce que un circuit magnétique présentant la constitu- tion définie a la revendication 2, reçoit sur sa seconde extré- mité (14) une bague (27) qui est fixée par déformation latérale 2.480489, et axiale (30) de cette extrémité au cours d'une opération d'- usinage réalisant une première face polaire (16') placée à une distance axiale (e2) des secondes faces polaires (23', 24') uti- lisées comme surfaces de référence pour l'opération de déforma- 5 tion axiale.