Brevet FR2554958A1 — publié le 19850517

La présente invention concerne un électro-aimant bistable comprenant plusieurs armatures qui comportent un aimant permanent. Selon le brevet français 2 388 386, on connait un électro-aimant comportant une armature de section en H qui, lors du fonctionnement de l'électro-aimant, se déplace suivant l'axe d'un aimant disposé au centre du H de l'arma- ture. Cet électro-aimant comporte éventuellement deux arma- tures disposées en série, les liaisons entre les entrefers définis par les pièces polaires de ces armatures étant réalisées au moyen de culasses. Le brevet allemand 2 407 184 décrit un électro- aimant comportant deux armatures de section en H disposées en séries et mobiles en rotation lors du fonctionnement de l'électro-aimant. Les entrefers de ces armatures sont reliés par des noyaux entourés par une bobine. Les brevets français 2 293 044 et 2 298 866 dé- crivent un électro-aimant ayant une succession d'entrefers disposés entre deux pièces polaires coaxiales en forme d'hélice, l'une de celles-ci comportant un aimant permanent tandis que l'autre porte un bobinage. L'ensemble est agencé pour obtenir un mouvement de translation entre les deux pièces coaxiales. Les inconvénients des électro-aimants connus résident surtout dans le fait qu'ils engendrent des flux de fuite importants par les culasses, car les ampèretours sont concentrés sur une petite partie seulement du circuit magnétique. De plus, les forces mécaniques engendrées lors du fonctionnement de ces électro-aimants ne sont disponibles qu'en un ou deux endroits prédéterminés de ceux-ci, de sorte que ces forces sont difficiles à répartir. Par ailleurs, les bobinages sont situés loin des aimants, donc sont peu efficaces. Les électro-aimants classiques d'autre part ont un volume s'adaptant difficilement à des espaces disponibles spéciaux, tels que des tores de faible hauteur. Certains électro-aimant sont utilisés pour commander des embrayages monostables. Ceux-ci présentent des problèmes d'échauffement et d'usure mécanique et électrique des bagues de connexion. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des réalisations connues. L'électro-aimant bistable visé par l'invention, com- porte un circuit magnétique-entouré partiellement par un bobinage et est constitué par une succession de maillons raccordés les uns aux autres par des entrefers, les maillons d'un premie type étant mobiles par rapport aux autres maillons d'un deuxième type, certains types de maillons comprenant un aimant permament muni sur ses faces polaires de pièces po- laires dont des extrémités définissent deux zones d'entre- fer avec les maillons voisins de l'autre type, chaque zone d'entrefer étant susceptible d'engendrer alternativement deux forces antagonistes dont les directions sont paral- lèles aux directions d'aimantation des aimants permanents, deux forces engendrées simultanément par un même maillon après une excitation dans un sens donné du bobinage étant de mme sens. Suivant l'invention, cet électro-aimant est carac- térisé en ce que chaque aimant permanent d'un type de mail- lon est soumis à l'influence du bobinage dont le champ est perpendiculaire à la direction d'aimantation dudit aimant permanent et dirigé vers l'une ou l'autre des extrémités des pièces polaires dont cet aimant est muni, de façon que l'électro-aimant ait la forme d'une chaîne fermée, pouvant suivre un trajet variable dans un plan et pouvant provo- quer, le long de son parcours, des forces perpen- diculaires à ce plan. Ainsi, lorsque les bobines des maillons d'un certain type sont excitées, les maillons d'un autre type subissent une translation perpendiculaire au plan de la boucle fermée formée par l'électro-aimant et d'amplitude égale au jeu compris entre les maillons voisins. Grâce à l'invention, il est possible de répartir les forces d'une manière régulière autour du parcours correspondant à la boucle fermée formée par l'électro- aimant. L'électro-aimant conforme à l'invention peut être appliqué avantageusement mais non limitativement à la réa- lisation d'un embrayage bistable dans lequel les efforts sont régulièrement répartis sur la périphérie du plateau mené, le fonctionnement bistable de l'électro-aimant per- 1o mettant notamment d'assurer l'embrayage et le débrayage sans ressort de rappel, ni butée susceptible de s'user. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est une vue en perspective d'un électro-aimant en forme de chaîne conforme à ltinvention, les différents maillons de cette chaîne étant, dans un but de clarté, représentés séparés les uns des autres, - la figure 2 est une vue en coupe à échelle agrandie, perpendiculairement au plan de la chaîne, de trois maillons assemblés de celle-ci, - la figure 3 est une vue en élévation des trois maillons assemblés représentés sur la figure 2, - la figure 4 est une vue en coupe suivant l'axe d'un embrayageélectromagnétique, commandé par un électro-aimant en forme de chaîne conforme à l'invention. - la figure 5 est une vue analogue à la figure 1, d'une réalisation simplifiée de la chaîne. Dans la réalisation des figures 1 à 3, l'électro- aimant conforme à l'invention présente la forme d'une chaîne dont le circuit magnétique est constitué par une succession de couples de maillons (M1-M2, M3-M4, M5-M6) associés les uns aux autres de façon à réaliser une boucle fermée. Chaque maillon M1, M2, M3, M4, M5, M6 comprend un aimant permanent 1, 2,... 6 muni sur.-ses faces polaires perpendiculairement à son axe de deux pièces polaires 7, 8; 9, 10; 11, 12; 13, 14; 15, 16; 17, 18 débordant de chaque côté de l'axe de l'aimant correspondant. Sur la figure 1, les maillons M1, M2... M6 pré- sentent des aimants et des pièces polaires identiques. D'un côté de l'aimuant, les extrémités 7a, 8a; 9a, 10a,... 17a, 18a des pièces polaires 7, 8; 9, 10;... 17, 18 sont cambrées en baionnettes c'està-dire s'écartent du plan des faces polaires des aimants 1, 2,... 5, 6 de façon que ces extrémités 7a, 8a... 17a, 18a puissent s'engager avec un jeu prédéterminé: e = el + e2 (voir figure 2) sur les extrémités adjacentes 9b, 10b,... 17b, 18b, 7b, 8b non cambrées des maillons voisins M2... M6 et M1. La liaison entre les différents maillons M1, M2,... M6 est réalisée au moyen de goupilles amagnétiques telles que 19, 20 engagées dans des trous pratiqués sur les extré- mités 7a, 8a; 9b, lO0b;... 17a, 18a; 7b, 8b engagées les unes sur les autres de sorte que les différents maillons M1, M2... M6 sont articulés les uns aux autres suivant des axes perpendiculaires au plan de la boucle fermée qu'ils réalisent. Les aimants permanents 1, 2, 3... 5, 6 ont des polarités S, N qui présentent des directions opposées pour les maillons voisins tels que M1 et M2,... M5 et M6. Par ailleurs, les maillons d'ordre impair, c'est- à-dire M1, M3 et M5 sont entourés d'une bobine 21, 23, représentée symboliquement sur la figure 1 et logée dans une carcasse en matière plastique telle que 26 (voir figures2 et 3). Sur la figure 2, on voit que la goupille 19 qui assemble le maillon M1 au maillon M2 présente une partie centrale épaulée 19a dont la longueur correspond à la largeur de l'aimant 2 de sorte que ses extrémités prennent appui contre les faces polaires 9 et 10. Les parties de la goupille 19 situées de part et d'autre de la partie cen- trale épaulée 19a sont serties dans des trous pratiqués dans les pièces polaires 9 et 10, mais peuvent tourner librement dans les trous ménagés dans les extrémités cambrées 7a, 8a du maillon M1. Par ailleurs, la goupille 20 qui assemble les mail- lons M2 et M3 présente une partie centrale épaulée 20a dont la largeur correspond à la distance comprise entre les extré- mités cambrées 9a et 10a des pièces polaires 9 et 10 du maillon M2. Cette partie centrale épaulée 20a peut tourner librement dans des trous pratiqués dans les pièces po- laires 11 et 12 du maillon M3. Les parties de la gou- pille 20 situées de part et d'autre de la partie épaulée a sont serties dans des trous pratiqués dans les ex- trémités cambrées 9a et 10a du maillon M2. Le fonctionnement de l'électro-aimant en forme de chaîne que l'on vient de décrire est le suivant (voir fi- gure 2). Lorsque les bobines 21, 23 sont excitées suivant le champ H1, un flux magnétique est engendré dans les pièces polaires suivant les flèches représentées en trait plein et le maillon M2 compris entre les maillons M1 et M3 entourés par les bobines et maintenues fixes par rapport à un plan Pest soumis à une force F1 parallèle aux gou- pilles 19, 20. Le maillon M2 subit un mouvement de trans- lation suivant F1 d'amplitude correspondant au jeu prédé- terminé e. Il en est de même pour tous les maillons d'ordre pair de la chaine, tels que les maillons M4 etM6 qui sont encadrés par des maillons entourés par des bobines. Ainsi tous les maillons d'ordre pair se déplacent simultané- ment suivant la direction F1. Inversement, lorsque les bobines 21, 23 sont excitées suivant le champ H2 de sens inverse, un-flux magnétique est engendré dans les pièces polaires suivant les flèches représentées en trait pointillé et le maillon M2 ainsi que des maillons d'ordre pair sont soumis à une force F2 dirigée en sens inverse de la force F1. L'électro-aimant conforme à l'invention présente ainsi un fonctionnement bistable. On remarque en particu- lier que chaque entrefer est encadré d'aimants permanents en amont et en aval de la circulation du flux. On voit aussi que le sens de la circulation du flux dans la cha ne s'inverse lorsqu'on change le sens d'exci- tation des bobines. Par ailleurs, on comprend que, grâce aux liaisons articulées comprises entre les maillons, la boucle fermée formée par l'électro-aimant peut s'adapter à des contours varies. Les maillons M1, M2,... M6 au lieu d'être iden- tiques peuvent être différents comme d'ailleurs représenté sur les figures 2 et 3 qui montrent notamment que les maillons impairs tels que MI et M3 entourés par une bobine sont plus longs que les maillons pairs. Par ailleurs, les maillons pairs tels que M2 présentent avantageusement comme indiqué sur la figure 3, des pièces polaires 9 et 10 dont les extrémités opposées sont conformées en arcs de cercle, l'arc de cercle formé sur l'extrémité 9a ou 10a ayant un diamètre plus faible que celui formé sur l'extré- mité opposée. Cette disposition permet une rotation des maillons entre eux suivant un secteur angulaire étendu. Par ailleurs, les extrémités 7a et 8a du maillon M1 sont conformées en pointe d façon à obtenir des surfaces d'entrefer identiques entre les parties engagées les unes dans les autres des diffé- rents maillons. Par ailleurs, les maillons pourraient être reliés les uns aux autres suivant des angles fixes, par exemple pour former un rectangle ou toute autre figure géométrique fixe ou variable. De plus, les maillons mobiles tels que M2 ou M4 pourraient être rendus solidaires et guidés par un axe perpendiculaire au plan de fixation. D'autre part, les bobines pourraient également être placées sur les maillons pairs tels que M2, M4 et M6, à condition de prévoir un jeu d'assemblage pour permettre le mouvement de translation perpendiculaire au plan de la boucle formée par l'électro-aimant. Dans un tel électroaimant, la répartition des ampèretours serait très proche de la configuration idéale d'un tore. Cependant, dans le cas de la réalisation représentée, comprenant une bobine pour deux maillons, la situation est déjà beaucoup plus favorable que dans le cas d'un électro-aimant classique dans lequel le retour du flux se fait avec des pertes de flux par une culasse non soumise à des ampèretours. Par ailleurs, les pièces polaires pourraient éga- lement être cambrées vers l'intérieur de la chaîne de l'électro-aimant, si les aimants permanents étaient plus hauts. D'autre part, les maillons d'un ordre déterminé par exemple pair pourraient être réalisés au moyen de pièces polaires entièrement planes, tandis que les pièces po- laires des autres maillons seraient alors cambrées à leurs deux extrémités opposées. En outre, dans une autre variante, une seule des deux pièces polaires d'un maillon serait cambrée vers l'inté- rieur ou l'extérieur de la chaîne formée par l'électro-aimant. Les aimants permanents peuvent être en caoutchouc magnétique étant donné que l'on dispose dans l'électro- aimant selon l'invention, de surfaces relativement grandes pour ces aimants. L'électro-aimant conforme à l'invention peut être utilisé dans de nombreuses applications industrielles. Ainsi, l'électro-aimant en forme de chaîne peut être disposé suivant un trajet fermé quelconque situé dans un plan. Par exemple, cet électroaimant peut être utilisé pour maintenir par ses bords une pièce en matière textile de forme variable, pendant qu'on effectue sur cette pièce un travail donné. L'électro-aimant peut également être disposé suivant un trajet circulaire de façon à pouvoir répartir d'une manière régulière des forces sur un joint torique d'étan- chéité. Une telle répartition régulière des forces est dif- ficile à obtenir dans le cas d'un électro-aimant classique engendrant seulement une force au centre d'un tel joint torique. Une autre application peut être envisagée pour commander des pôles de disjoncteurs en nombre variable, chaque pôle étant constitué par une chambre hermétique munie de traversées électriques pour un contact d'une phase et de traversées magnétiques pour actionner un maillon pair situé dans la chambre hermétique et portant un contact mobile. D'autre part, si les bobines des maillons sont ali- mentées par des impulsions périodiques de sens alternés de fréquence donnée, on engendre un mouvement de vibration qui peut être utilisé par exemple pour trier des pièces ou pour réaliser une agitation. Par ailleurs, dans le cas des embrayages mono- stables à électro-aimant central, se pose le problème d'amener le courant à la bobine tournante. Il est néces- saire à cet effet d'utiliser des bagues d'amenée de courant qui engendrent nécessairement des échauffements et qui s'usent inévitablement. Cette difficulté est résolue au moyen de l'électro- aimant en forme de chaîne conforme à l'invention. Ainsi, dans la réalisation de la figure 4, on a représenté un embrayage équipé d'un électro-aimant en forme de chaîne conforme à l'invention. Tout autour du plateau menant 30 de l'embrayage, sont fixés, par exemple au moyen de rivets 31, tous les maillons d'ordre impair M1, M3, M5 munis d!une bobine. Pour la clarté de la figure, seul le maillon M1 entouré par la bobine 21 a été représenté. Autour d'une collerette cylindrique 32 fixée à la périphérie du plateau 30 et entourant les maillons de l'électro-aimant, sont fixées deux bagues parallèles 33 et 34 concentriques à l'axe X-X' de l'em- brayage. Ces bagues sont isolées de la collerette 32 au moyen d'une couche isolante 35 et sont connectées élec- triquement à la bobine 21 au moyen de fils 36. En regard des bagues 33, 34, sont disposées, de façon diamétralement opposées, deux paires de balais 37a, 38a; 37b, 38b fixées à une plaque en matière isolante 39 parallèle au plateau 30. Lorsqu'on déplace cette plaque 39 dans la direction E, on amène les balais 37a, 38a en contact avec les bagues 33, 34, ce qui provoque l'excitation des bobines telles que 21 qui entourent les maillons impairs tels que M1. Inversement, lorsqu'on déplace la plaque 39 dans la direction inverse D, on amène les balais 37b, 38b dont les polarités sont opposées aux deux autres balais, en contact avec les bagues 33, 34, et on excite les bobines des maillons impairs tels que M1 dans une direc- tion opposée. Les maillons mobiles tels que M6 placés entre les maillons impairs sont fixés au moyen de leurs goupilles telles que 19 à une couronne élastique 40, par exemple en bronze, axée sur l'axe X-X' et située à l'opposé du plateau 30 par rapport aux maillons M1... M6. La couronne 40 porte en regard de chaque maillon impair tel que M1, une garniture de friction 41. En face de cette couronne 40 du côté des garnitures 41,est dis- posé un disque 42 axé sur X-X' jouant dans l'embrayage le rôle de plateau mené. Le fonctionnement de cet embravaqe est le suivant: Quand on déplace momentanément la plaque 39 dans la direction E, les bobines des maillons tels que M1 sont excitéesdans une direction telle que les axes tels que 19 des maillons mo- biles tels que M6 se déplacent dans la direction F2. La couronne élastique 40 se déforme de façon à appliquer les garnitures 41 sur le disque 42, ce qui provoque l'embrayage entre le plateau menant-et le plateau mené. Le débrayage est produit en déplaçant momentanément le plateau 39 dans la direction inverse D, ce qui provoque une force Fl. Par rapportaux embrayages électromagnétiques clas- siques, l'embrayage décrit ci-dessus présente l'avantage de ne comporter ni ressort de rappel ni butée d'embrayage. De plus, il n'engendre pas de consommation permanente de courant,-ni de frottement des balais étant donné que ceux- ci ne prennent appui sur les bagues correspondantes que pendant la durée du débrayage ou de l'embrayage. Par ailleurs, l'usure des garnitures 41 est com- pensée par la flexion de la couronne 4Q. Cet embrayage pourrait ne comporter qu'une seule paire de balais tels que 37a et 38a en prévoyant un dispositif permettant d'inverser les polarités de ceux-ci. Bien entendu, le nombre des maillons M1,... M6 peut être augmenté ou diminué suivant la taille de l'em- brayage. Sans sortir du domaine de l'invention, il est pos- sible de simplifier la chaîne formée par les maillons en supprimant les aimants 2, 4, 6... des maillons d'ordre pair. On aboutit ainsi à la figure 5, analogue à la figure 1, mais. avec 4 maillons M1 à M4 seulement. Sur cette figure, on voit que le maillon M1 est identique au maillon M1 de la figure 1, à l'exception des pièces polaires 7 et 8 qui sont planes, sans cambrage en baïonnette à une de leurs extrémités. De plus, le mail- lon M2 est constitué par une simple plaque plane 9, 10 de forme semblable à celle des pièces polaires 9 et 10 du maillon M2 de la figure 1. Le maillon M3 est identique au maillon M1, de même M4 et M2. Les extrémités des plaques 9, 10 et 13, 14 pénètrent respectivement entre les extrémités des pièces polaires 7 et 8, et 11 et 12. Un champ H1 de la bobine 21 etH'1 de la bobine 23 donne une force F1 sur la plaque 9, 10, dirigée ici vers l'avant de la figure et une forceF'1 sur la plaque 13, 14, dirigée vers l'arrière de la figure. Ces forces sont donc mainte- nant de directions opposées, et il faut avoir un nombre pair de paires de maillons. De plus, un entrefer n'est plus encadré par deux aimants permanents, mais la réalisation de cette cha ne est simplifiée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Electro-aimant bistable dont le circuit magné- tique, entouré partiellement par un bobinage est constitué par une succession de maillons (M1, M2, M3, M4, M5, M6) raccordés les uns aux autres par des entrefers, les maillons -5 d'un premier type étant mobiles par rapport aux autres maillons d'un deuxième type, certains types de maillons comprenant un aimant permanent (1, 3,5,...) muni sur ses surfaces polaires de pièces polaires (7, 8;11, 12; 15 16;...) dont des extrémités.définissent deux zones d'entre- fer avec les maillons voisins de l'autre type, chaque zone d'entrefer étant susceptible d'engendrer alternativement deux forces antagonistes dont les directions sont parallèles aux directions d'aimantation des aimants permanents, deux forces engendrées simultanément par un même maillon après une excitation dans un sens donné du bobinage étant de même sens, caractérisé en ce que chaque aimant permanent (1, 3, ) d'un type de maillon (M1, M3, M5) est soumis à l'influence d'un bobinage (21, 23, 25) dont le champ est perpendiculaire à la direction d'aimantation dudit aimant permanent et dirigé vers l'une ou l'autre des extrémités des pièces po- laires (7, 8; 11, 12; 15, 16) dont cet aimant est muni, de façon que l'électro-aimant ait la forme d'une chaîne fermée, pouvant suivre un trajet variable dans un plan P et pouvant provoquer, le long de son parcours, des forces F1, F2 perpendiculaires à ce plan. 2. Electro-aimant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les maillons fixes (M1, M3, M5) du deuxième type comportent chacun un aimant permanent (1, 3, ) muni de pièces polaires (7, 8; 11, 12; 15, 16) et entouré par une bobine (21, 23, 25). 3. Electro-aimant selon la revendication2, carac- térisé en ce que les maillons mobiles du premier type (M2, M4, M6) comprennent également chacun un aimant permanent (2, 4, 6) muni de pièces polaires (9, 10; 13, 14; 17,18) de façon à ce que chaque entrefer soit encadré par un aimant en aval et un aimant en amont par rapport au sens du flux magnétique. 4. Electro-aimant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le déplacement des maillons mo- biles est guidé par des goupilles amagnétiques (19, 20) traversant les extrémités (7a, 8a; 9b, lob;...) en regard des pièces polaires appartenant à des maillons de type différent. 5. Electro-aimant selon la revendication 3 ou 4, carac- térisé en ce que les pièces polaires (7, 8; 9, 10,...) d'un maillon sont identiques. 6. Electro-aimant selon la revendication 5, carac- térisé en ce que les pièces polaires (7,. 8; 9, 10,...) de maillons d'ordre différent (M1, M2,...) sont identiques. 7. Electro-aimant selon la revendication 5 ou 6, carac- térisé en ce que les pièces polaires (7, 8; 9, 10;...) d'un maillon sont cambrées de façon à augmenter l'écar- temenL de ces pièces sur les extrémités (7a, 8a; 9a, 10a,...) débordant d'un côté de l'aimant (1, 2,...). 8. Electro-aimant selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce qu'il est monté sur un plateau (30) ou analogue tournant autour d'un axe de rotation (X-X') et en ce que les bobines (21,...) des maillons (M1,...) sont connectées électriquement à des bagues (33, 34) concentriques audit axe et reliées à des moyens (37a, 38a; 37b, 38b, 39) permettant d'exciter les bobines (21,...) dans un sens déterminé ou inverse de celui-ci de façon à engendrer une force (F1, F2) dans la direction de l'axe (X-X'). 3C 9. Electro-aimant conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que ledit plateau (30) est le plateau menant d'un embrayage électromagnétique bistable à la périphérie duquel sont fixés les maillons (M1,... ) entourés par une bobine (21,...), en ce que les maillons mobiles (M6,... ) sont fixés à une couronne élastique (40) portant des garnitures de friction (41) disposées en regard du plateau mené (42) de l'embrayage, de façon que ladite force (F1, F2) ait pour effet d'appliquer lesdites gar- nitures (41) contre le plateau mené (42) ou de les en écarter, suivant le sens d'excitation des bobines (21,...). 10. Electro-aimant selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que les moyens permettant d'exciter les bobines comprennent des balais (37a, 38a; 37b, 38b) reliés à des moyens (39) permettant de les amener sélecti- vement en contact avec les bagues (33, 34). 11. Electro-aimant selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 14 caractérisé en ce que les bobines (21, 23, 25) sont alimentées par des impulsions périodiques de sens alternés, de façon à obtenir un mouvement vibra- toire. 12. Electro-aimant selon larevendication l ou 2, carac- térisé en ce qu'il comprend des maillons (M1, M3) dont les pièces polaires (7, 8; 11,. 12) sont planes et entourées par une bobine (21, 23) et des maillons (M2, M4) reliés aux extrémités des maillons (Ml, M3) et constitués par de simples plaques planes (9, 10; 13, 14), et en ce qu'il y a un nombre pair de paires de maillons (M1, M2; M3, M4...).