Brevet FR2554959A1 — publié le 19850517

La présente invention concerne un électro- aimant comprenant un aimant permanent et présentant un mouvement de translation d'une partie mobile du circuit magnétique entre deux positions extrêmes, ladite partie mobile définissant avec des extrémités du reste du circuit magnétique, deux zones d'entrefer situées sur des axes parallèles distincts, chaque zone d'entrefer étant susceptible d'engendrer alternative- ment deux forces antagonistes dont les directions sont parallèles à la direction du mouvement de trans- lation, le circuit magnétique comportant également au moins un aimant permanent muni sur ses deux faces polaires de pièces polaires dont des extrémités défi- nissent les deux zones d'entrefer, au moins une bobine entourant une partie du circuit magnétique de façon à pouvoir changer le sens de circulation du flux dans le circuit magnétique au moyen d'une excitation de sens convenable et à pouvoir ainsi provoquer le déplacement de la partie mobile d'une position extrême à l'autre. On connaît selon le brevet français 2 388 386, un électro-aimant dont la structure répond à la défi- nition précitée, la partie mobile ou armature étant constituée par l'aimant permanent muni de ses pièces polaires planes et se déplaçant parallèlement à l'axe de l'aimant permanent. Pour que le déplacement se fasse par transla- tion, on est obligé dans cette structure d'avoir, d'un premier côté de l'aimant permanent, une culasse fixe pénétrant entre les deux pièces polaires, et de l'autre côté de l'aimant, deux culasses fixes réunies entre elles, et encadrant les faces extérieures des pièces polaires. Il en résulte une dissymétrie dans le trajet du flux et les forces dans les deux zones d'entrefer ne sont pas identiques provoquant une mise en travers de l'armature s'il n'est pas prévu des moyens de guidage appropriés. De plus, quand on augmente l'exci- tation, les forces diminuent et changent de signe. Toutefois, si l'excitation devient importante, les flux de fuite peuvent provoquer une nouvelle attrac- tion de même sens que celle engendrée en l'absence d'excitation. Du fait de la dissymétrie précitée, les inversions des forces des deux côtés de l'armature ne se produisent pas simultanément. Lors d'une augmenta- tion progressive de l'excitation due à une mise sous tension de la bobine, on peut donc avoir une force résultante qui ne change pas de signe, ou qui soit inférieure au poids de l'armature, empêchant ainsi le démarrage de cette dernière. Les flux de fuite sont d'autant plus impor- tants que la bobine est située loin de l'aimant perma- nent et séparée de ce dernier par des entrefers. De plus, il existe des difficultés construc- tives pour obtenir la fermeture simultanée des entre- fers. En effet, ces entrefers sont situés dans quatre plans différents, et la tolérance sur la hauteur de l'aimant se répercute sur le positionnement des surfaces d'entrefer. Le but principal de la présente invention est de remédier aux inconvénients cités ci-dessus. Un autre but de l'invention est de permettre la mise en place de l'armature seule dans une enceinte hermé- tique contenant au moins un contact actionné par l'armature. L'électroaimant suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un disposi- tif aiguilleur de flux constitué par un aimant perma- nent muni sur ses deux faces polaires de pièces polaires et entouré par une bobine dont le champ est perpendiculaire en chaque point de l'aimant perma- nent à la direction d'aimantation dudit aimant permanent et dirigé vers l'une ou l'autre des extré- mités des pièces polaires émergeant de la bobine, et en ce qu'il est prévu des moyens pour réaliser un croisement des extrémités des pièces polaires définis- sant les deux zones d'entrefer de façon que deux extrémités de pièces polaires, appartenant à des zones d'entrefer différentes et ayant des polarités magnétiques opposées,soient situées dans un même plan. Suivant un premier mode de réalisation dans lequel l'électro-aimant comporte deux dispositifs aiguilleurs de flux, ces aiguilleurs de flux sont disposés parallèlement entre eux et ont leurs pièces polaires situées respectivement dans deux plans parallèles et les moyens pour- réaliser le croisement des extrémités des pièces polaires définissant les deux zones d'entrefer sont constitués par deux culasses intermédiaires réunissant respectivement les extrémi- tés de pièces polaires situées d'un même côté des deux bobines, appartenant à des dispositifs aiguil- leurs de flux différents et situés dans des plans différents. Suivant un deuxième mode de réalisation, les moyens pour réaliser le croisement des extrémités des pièces polaires sont constitués par des cambrages à angle droit suivant des axes parallèles à l'axe de la bobine d'extrémitésen forme de languettes des deux pièces polaires, les quatre languettes étant cambrées d'un même coté par rapport à l'axe de la bobine et deux languettes appartenant à une même pièce polaire étant situées dans des plans parallèles différents. Suivant une version à fonctionnement bista- ble, la partie mobile est constituée par une barre plane réunissant les deux zones d'entrefer et se déplaçant à l'intérieur des surfaces en regard des extrémités des pièces polaires fixes définissant les zones d'entrefer. Suivant une autre version, à fonctionnement monostable, la partie mobile est constituée par un aimant permanent muni sur ses deux faces polaires de pièces polaires mobiles, une extrémité de chaque pièce polaire mobile venant en contact avec l'une ou l'autre des surfaces intérieures en regard des extré- mités des pièces polaires fixes situées d'un côté de la bobine. Enfin, suivant une réalisation particulière, la partie mobile est située dans une enceinte hermé- tique dont des parois minces sont situées contre les surfaces intérieures des extrémités des pièces polaires fixes définissant les zones d'entrefer. On peut ainsi manoeuvrer un contact électrique dans une enceinte étanche, sans avoir à englober la bobine dans cette enceinte et sans avoir à prévoir des traversées magné- tiques comme dans le cas du dispositif décrit dans le brevet européen 0086121 de la demandersse.- D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexes donnés à titre d'exemple non limitatif: 25. la figure 1 est une vue en plan en coupe d'un premier mode de réalisation d'un électro-aimant selon l'invention, en version bistable; la figure 2 est une vue en coupe latérale suivant le plan II-II de la figure 1; 30. la figure 3 est une vue en bout de l'avant de la figure 1; la figure 4 est une vue en bout de l'arrière de la figure 1; la figure 5 est un schéma développé montrant la circulation du flux dans l'électro-aimant de la figure 1; À la figure 6 est semblable à la figure 3, après mise en place d'une enceinte hermétique; À la figure 7 est une vue en plan d'un deuxième mode de réalisation, en version monostable; 10. la figure 8 est une vue en coupe latérale suivant le plan VIII-VIII de la figure 7; et la figure 9 est une autre vue en coupe latérale suivant le plan IX-IX de la figure 7. Dans la réalisation des figures 1 à 4, on a représenté en 1 la partie mobile ou armature du cir- cuit magnétique. Cette partie mobile est constituée par une simple barre plane. Un premier aimant perma- nent 2 est muni sur ses deux faces polaires N et S de pièces polaires 3 (sur S) et 4 (sur N). Un deuxième aimant permanent 5 est également muni sur ses deux faces polaires N et S de pièces polaires 6 (sur N) et 7 (sur S). L'ensemble de l'aimant permanent 2 et de ses pièces polaires 3 et 4 est entouré par une bobine 10 bobinée sur une carcasse 11. De même l'ensemble de l'aimant permanent 4 et de ses pièces polaires 6 et 7 est entouré par une bobine 12 bobinée sur une carcasse 13. Les bobines avec leurs ensembles aimant-pièces polaires sont disposées côte à côte parallèlement et les pièces polaires 4 et 7 sont situées dans un même plan P1 tandis que les pièces polaires 3 et 6 sont situées dans un même plan P2 parallèle au plan P1. D'un premier côté des bobines 10 et 12, les pièces polaires 3, 4; 6, 7 ont des extrémités 3b, 4b, 6b, 7b planes émergeant des bobines. De plus, les extrémités 3b et 7b, appartenant à des ensembles aimant permanent- pièces polaires différents et situées dans des plans P1-P2 différents, sont réunies par une culasse intermédiaire 8. De même, les extrémités 4b et 6&b sont réunies par une culasse intermé- diaire 9. Ces extrémités 4b et 6b sont cependant plus longues que les extrémités 3b et 7b, pour éviter que les culasses 8 et 9 ne se touchent. On réalise ainsi un croisement dans les liaisons entre les pièces polaires des deux ensembles. Les culasses 8 et 9 peuvent par exemple avoir un léger cambrage en baionnette et être fixées par des vis 14. De l'autre côté des bobines 10 et 12, les pièces polaires 3, 4, 6, 7 ont également des extré- mités 3a, 4a, 6a, 7a planes émergeant des bobines et la partie mobile ou armature 1 est placée entre les surfaces en regard de ces extrémités 3a et 4a d'une part et 6a et 7a d'autre part. On définit ainsi deux zones d'entrefer situées sur des axes parallèles distincts, perpendi- culaires aux plans P1-P2, chaque zone d'entrefer étant susceptible d'engendrer alternativement deux forces antagonistes dont les directions sont perpendiculaires aux plans P1-P2 et parallèles a la direction du mouve- ment de translation de la partie mobile 1. On peut remarquer que, grâce au croisement décrit ci- dessus, deux extrémités telles que 3a et 6a, ou 4a et 7a, de pièces polaires, appartenant à des zones d'en- trefer différentes et ayant des polarités magnétiques opposées, sont situées dans un même plan P2 ou P1. Le fonctionnement de cet électro-aimant est explicité sur le schéma développé de la figure 5 o on a fait pivoter les deux bobines 10 et 12 pour qu'elles aient leur axe dans le plan de la figure. La partie mobile 1 est représentée dans sa position inférieure sur le plan Pi. Elle est en contact avec l'extrémité 4a polarisée Net avec l'extrémité 7a polarisée S. Il en résulte la circulation d'un flux représenté par des flèches. Ce flux se divise ensuite en deux: une partie repérée I passant par la culasse 8 et l'aimant 2 et une autre partie repérée II passant par l'aimant S et la culasse 9. La circulation de ce flux a été provoquée par les champs H1 et H'1 des bobines 10 et 12. Si on inverse ces champs, le flux de l'aimant 2 ne peut plus sortir par l'extrémité 4a, mais est aiguillé sur l'extrémité opposée 4b et, par la culasse 9, il arrivera donc sur l'extrémité 6a. De même, le flux de l'aimant 5 ne peut plus sortir par l'extrémité 6b, mais s'ajoute au flux précédent en 6a. Chaque ensemble bobine-aimant-pièces polai- res joue donc le rôle d'un aiguilleur de flux capable d'annuler un flux préexistant passant dans des entre- fers, pour créer un flux dans des entrefers antagonis- tes ouverts, en provoquant ainsi le déplacement de la partie mobile de la position extrême basse à la position extrême haute, ou inversement. Contrairement au cas du dispositif décrit dans le brevet français 2 388 386, on voit que le champ d'une bobine agit directement sur l'aimant qu'elle entoure, sans passer par un entrefer, et que la bobine est très proche des entrefers. De plus, les entrefers sont parfaitement symétriques, donnant des forces identiques dans les deux zones d'entrefer. Enfin, la fermeture complète des entrefers est facile à obtenir, éventuellement en acceptant une légère mise en travers de la partie mobile, rendue possible par un guidage lâche de celle-ci. On remarque enfin que c'est grâce au croisement des culasses 8 et 9 que les surfaces d'entre- fer sont contenues dans deux plans seulement au lieu de quatre dans l'art antérieur. Sur la figure 6, analogue à la figure 3, on a représenté en 15 une coupelle inférieure, vue en coupe. Des parois minces de cette coupelle sont appli- quées contre les surfaces intérieures des extrémités 4a et 7a des pièces polaires 4 et 7. De plus, une coupelle supérieure 16 a également des parois minces appliquées contre les surfaces intérieures des extré- mités 3a et 6a des pièces polaires 3 et 6. Cette cou- pelle 16 se prolonge vers le haut par une chambre fermée (non représentée) contenant au moins un contact électrique. La partie mobile de ce contact est action- née par un bras isolant 17 fixé d'autre part au centre de la partie mobile 1. Après mise en place du contact et de la partie mobile 1, les deux coupelles sont emboîtées l'une dans l'autre d'une manière étanche. L'enceinte hermétique ainsi créée peut être remplie d'un gaz;. approprié à la nature des métaux choisis pour les contacts et approprié à la nature de la charge élec- trique commandée. On voit que cette enceinte peut à volonté être introduite ou retirée du reste du circuit magnétique. Les parois minces ont un effet analogue à un anti-rémanent et occasionnant peu de perte de force si elles sont assez minces par rapport à la surface d'entrefer. Un deuxième mode de réalisation de l'électro- aimant est représenté sur les figures 7, 8 et 9. Sur ces figures, les moyens pour réaliser le croisement des extrémités des pièces polaires definissant les deux zones d'entrefer sont constitués paL des cambrages à angle droit 108a, 108b, 109a, 109b suivant des axes parallèles à l'axe de la bobine 110,d'extrémités 103a, 103b, 104a, 104b en forme de languettes des deux pièces polaires 103, 104. Les quatre languettes sont cambrées d'un même côté par rapport à l'axe de la bobine 110. Deux languettes - 103a, 103b; 104a, 104b appartenant à une même pièce polaire 103, 104 sont situées dans des plans parallè- les P'1, P2 différents. Par ailleurs, la partie mobile de l'électro- aimant est constituée par un aimant permanent 120 muni sur ses deux faces polaires de pièces polaires mobiles 121, 122. Une extrémité 121a de la pièce polaire mobile 121 vient en contact avec l'une ou l'autre des surfaces intérieures en regard des extré- mités 103a ou 104a des pièces polaires fixes situées d'un côté de la bobine 110. Une autre extrémité 122b de la pièce polaire mobile 122 vient en contact avec l'une ou l'autre des surfaces intérieures en regard des extrémités 103b ou 104b des pièces polaires fixes situées de l'autre côté de la bobine 110. On obtient ainsi un fonctionnement monostable. Comme dans le cas de la réalisation selon la figure 6, la partie mobile 120, 121, 122, de l'électro-aimant selon les figures 7 à 9 peut être située dans une enceinte hermétique dont les parois minces sont situées contre les surfaces intérieures des extrémités des pièces polaires fixes définissant les zones d'entrefer. Le fonctionnement de l'électro-aimant monostable représenté sur les figures 7 à 9, est semblable à celui décrit dans le brevet européen EP 0086121. Grâce à la disposition ci-dessus, on peut manoeuvrer un contact électrique dans une enceinte étanche, sans avoir à englober la bobine dans cette enceinte et sans avoir à prévoir des traversées magnétiques comme dans le cas du dispositif décrit dans le brevet européen précité. De plus, grâce à la disposition selon l'in- vention, la fermeture complète des entrefers est obtenue, même en cas de légère dissymétrie du flux magnétique appliqué sur la partie mobile. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifica- tions sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, sur les figures 1 à 4, l'ensemble 3, 8, 7 pourrait être réalisé en une seule pièce découpée et cambrée de même que pour l'ensemble 4, 9, 6. De plus, une armature plane 1 de la figure 3 pourrait être mise à la place de l'armature composite , 121, 122 de la figure 7, et réciproquement. On pourrait aussi avoir une armature en forme de H, portant sur les surfaces extérieures des extrémités des pièces polaires. On pourrait n'avoir qu'une bobine sur l'électro- aimant de la figure 1, en ajoutant par symétrie un autre ensemble aimant permanent-pièces polaires de l'autre côté de la bobine, les conducteurs de cette dernière exerçant également une influence sur les aimants permanents des branches latérales. Sur l'électro-aimant des figures 7, 8 et 9, on pourrait ajouter une deuxième armature de l'autre côté de la bobine, en prolongeant également de ce côté leslanguettes 103a, 103b, 104a, 104b. On pourrait aussi avoir deux ensembles conformes à la figure 1, mis face à face au niveau des extrémités 3a, 4a, 6a, 7a des pièces polaires, de façon à avoir une armature 1 commune au centre de l'électro-aimant. La solution idéale de ce problème, au point de vue des longueurs de circuit de fer et des fuites magnétiques, est d'avoir des pièces polaires fixes 3 et 4 séparées par leur aimant en caoutchouc cambrées en hélice sur une fraction de tour au-dessus des plans Pl et P2 contenant les premières extrémités des pièces polaires, en ramenant ensuite les deuxièmes extrémités de ces pièces polaires respectivement dans les plans P1 et P2, et en répartissant le bobinage sur la frac- tion du tore ainsi constitué. REVENDICATIONS 1. Electro-aimant à aimant peranent à Pmovaent de translation d'une partie mobile (1, 120,121,122) entre deux positions extrêmes, ladite partie mobile définis- sant, avec des extrémités du reste du circuit magnéti- que, deux zones d'entrefer situées sur des axes paral- lèles distincts, chaque zone d'entrefer étant suscep- tible d'engendrer alternativement deux forces anta- gonistes dont les directions sont parallèles à la direction du mouvement de translation, le circuit magnétique comportant également au moins un aimant permanent (2,5, 102) muni sur ses deux faces.polaires de pièces polaires (3,4,6,7, 103,104) dont des extré- mités définissent les deux zones d'entrefer, au moins une bobine (10, 12, 110) entourant une partie du cir- cuit magnétique de façon à pouvoir changer le sens de circulation du flux dans le circuit magnétique au moyen d'une excitation de sens convenable et à pouvoir ainsi provoquer le déplacement de la partie mobile d'une position extrême à l'autre, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif aiguilleur. de flux constitué par un aimant-permanent.(2,5,102) muni sur ses deux faces polaires de pièces polaires (3,4,6,7, 103,104), et entouré par une bobine (10,12,110) dont le champ (Hl, H'1)est perpendiculaire à la direction d'aimantation (N-S) dudit aimant permanent et dirigé vers l'une (3a, 4a, 6a, 7a, 103a, 104a) ou l'autre (3b, 4b, 6b, 7b, 103b, 104b) des extrémités des pièces polaires (3,4,6,7,103,104) émergeant de la bobine (10,12,110), et en ce qu'il est prévu des moyens (8,9,108a,108b,109a,109b) pour réaliser un croisement des extrémités (3a, 4a,6a,7a,103a,104a,103b,104b) des pièces polaires (3,4,6,7,103,104) définissant les deux zones d'entrefer de façon à ce que deux extrémi- tés (3a,6a,4a,7a,103a,I04b,103b,104a) de pièces polaires, appartenant à des zones d'entrefer différentes et ayant des polarités magnétiques opposées soient situées dans un même plan (P1,P2). 2. Electro-aimant selon la revendication 1, comportant deux dispositifs aiguilleurs de flux, caractérisé en ce que ces dispositifs aiguilleurs de flux sont disposés parallèlement entre eux et ont leurs pièces polaires (3 et 6 et respectivement 4 et 7) situées respectivement dans deux plans (P1,P2) paral- lèles et en ce que les moyens pour réaliser le croise- ment des extrémités des pièces polaires définissant les deux zones d'entrefer sont constitués par deux culasses intermédiaires (8,9) réunissant respectivement les extrémités (3b et 7b et respectivement 4b et 6b) de pièces polaires situées d'un même côté des deux bobines (10,12), appartenant à des dispositifs aiguil- leurs de flux différents et situés dans des plans (Pl, P2) différents. 3. Electro-aimant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour réaliser le croisement des extrémités des pièces polaires définis- sant les deux zones d'entrefer sont constitués par des cambrages à angle droit (108a, 108b, 109a, 109b) suivant des axes parallèles à l'axe de la bobine (110) d'extrémités (103a, 103b, 104a, 104b) en forme de lan- guettes des deux pièces polaires (103, 104), les quatre languettes étant cambrées d'un même côté par rapport à l'axe de la bobine (110) et deux languettes (103a, 103b, 104a, 104b) appartenant à une même pièce polaire (103, 104) étant situées dans des plans paral- lèles (Pl, P2) différents. 4. Electro-aimant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie mobile est constituée par une barre plane (1) réunissant deux zones d'entrefer et se déplaçant à l'intérieur des surfaces en regard des extrémités (3a, 4a, 6a, 7a) des pièces polaires fixes définissant les zones d'entrefer, de façon à avoir un fonctionne- ment bistable. - 5. Electro-aimant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie mobile est constituée par un aimant permanent (120) muni sur ses deux faces polaires de pièces polaires mobiles (121,122),une extrémité (121a) de la pièce polaire mobile (121) venant en contact avec l'une ou l'autre des surfaces intérieures en regard des extré- mités (103a ou 104a) des pièces polaires fixes situées d'un côté de la bobine (110) et une extrémité (122b) de la pièce polaire mobile (122) venant en contact avec l'une ou l'autre des surfaces intérieures en regard des extrémités (103b ou 104b) des pièces polai- res fixes situées de l'autre c6té de la bobine (110), de façon à obtenir un fonctionnement monostable. 6. Electro-aimant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie mobile (1,120,121,122) est située dans une enceinte hermétique (15, 16) dont des parois minces (15a, 15b, 16a, 16b) sont situées contre les surfaces intérieures des extrémités (4a, 7a, 3a, 6a) des pièces polaires fixes définissant les zones d'entrefer.