Brevet FR2561549A1 — publié le 19850927

l 2561549 La présente invention concerne un excitateur vibratoire électromagnétique destiné à imprimer une excitation vibratoire à une masse divisée, par exemple dans un équipement de convoyeur vibratoire, des trémies et des gouttières pour le transport de matières en vrac et une alimentation mesurée. Des unités électromagnétiques d'entrainement vibratoires ont été largement utilisées dans l'indus- trie pour assurer un débit régulier de matières en J vrac depuis des casiers, des trémies et des gouttières d'alimentation. Des unités électromagnétiques d'entraine- ment vibratoires sont également utilisées dans des dispositifs d'alimentation à vibrations pour fournir diverses matières en vrac à des mélangeurs, des broyeurs, des concasseurs, des machines d' emballage, des postes de dosage, de triage ou de mélange. Les excitateurs électromagnétiques sont accouplés avec un bac d'alimen- tation qui est mis en vibration par l'excitateur pour contrôler le débit de matière le long d'une gouttière, d'un bac ou d'un plateau. En général, les dispositifs vibratoires à commande électromagnétique sont du type à deux masses áns lequel une masse porte l'électro-aimant et l'autre masse porte une armature. Les deux masses sont accouplées par des ressorts qui sont normalement dimensionnés our que l'ensemble utilise une amplification du mouvement par résonance. Les électro-aimants ne produisent une force utile que lorsque les faces polaires sont en toute proximité les unes des autres, par exemple de 2,5 num ou moins. La force d'attraction augmente à peu près conme l'inverse du carré de la distance. Le mouvement d'ensemble est divisé entre les deux masses à l'inverse de leur poids, c'est-à-dire que la masse la plus légère se déplace proportionnellement davantage. À Les masses se déplacent dans des sens opposés quand l'entrefer entre les faces polaires augmente ou diminue. Des dispositions doivent donc être prises pour éviter que les faces polaires se heurtent lorsqu'elles se déplacent au voisinage de l'entrefer minimal et que la force magnétique s'approche de sa valeur maximale. L'invention concerne donc un excitateur vibratoire électromagnétique comportant une masse libre complètement enfermée à l'intérieur d'un carter allongé. Le carter comporte deux capuchons d'extrémité qui reçoivent chacun un électro-aimant enrobé. Les capuchons d'extrémité sont séparés par un tube de carter fixé entre eux. La masse libre est suspendue par des ressorts à cisaillement élastomères à l'intàieur du tube de carter, équidistants de chaque capuchon d'extrémité. Deux armatures sont solidaires de la masse libre, une armature à chaque extrémité de cette masse libre de forme générale allongée. Des éléments de compression sont intercalés entre la masse libre et les capuchons d'extrémité de maintien d'électro-aimants, et espacés l'un de l'autre. Ces ressorts non linéaires aident à éviter les chocs sur l'armature et ils emmagasinent de l'énergie d'entrée pendant la conduction électromagnétique, ce dont il résulte un rendement élevé. Les électro-aimants sont excités séquentiellement par un dispositif de commande situé à distance qui est connecté au premier capcuchon d'extrémité contenant un électro-aimant. Une conduite armée est disposée entre le premier capuchon d'extrémité et le second capuchon d'extrémité. Sous l'effet de l'excitation séquentielle des électro-aimants, la masse libre se déplace dans la direction longitudinale d'un carter et en contact avec les éléments de compression et exécute un mouvement cyclique alternatif en réponse à l'excitation et la désexcitation de l'électroaimant. La fréquence de fonctionnement est proche de la fréquence naturelle dans une large plage de poids entrainés. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexes sur lesquels: La figure 1 est une représentation simplifié d'un bac d'alimentation sur lequel l'excitateur élec- tromagnétique a été monté, La figure 2 est une vue éclatée de l'excitateur selon l'invention dont certains éléments sont coupés, La figure 3 est une vue en élévation du dispo- sitif de la figure 2 dont certains éléments sont enlevés et coupés pour plus de clarté, La figure 4 est une vue en bout du dispositif de la figure 2 avec des parties du carter enlevées et coupées, La figure 5 est une vue de c8té selon la ligne -5 de la figure 3, La figure 6 est un graphe de la plage de réponse en fréquence de l'excitateur électromagnétique, La figure 7 est un graphe de l'énergie de sortie d l'électro-aimant. Un bac de manutention de matières en vrac désigné globalement par 10 sur la figure 1 constitue une applica- tion typique de l'excitateur vibratoire électromagnétique selon l'invention. L'excitateur désigné globalement par 12 peut être fixé sur le bas par des dispositifs de fixation 14. Une conduite d'alimentation 16 est disposée entre l'excitateur électromagnétique et un module de commande, généralement installé à distance. Les aspects mécaniques de l'invention peuvent être facilement compris à l'examen de la figure 2 qui est une vue éclatée de l'excitateur électromagnétique 12. L'excitateur est une structure fermée unitaire comprenant un tube de carter (20) qui peut être d'une matière solide, comme de l'aluminium. Un premier et un second capuchons d'extrémité 22 et 24 respectivement fonctionnent comme des boitiers d'aimant qui contiennent chacun un électro-aimant enrobé, comme en 26 dans le capuchon d'extrémité 24. Les capuchons d'extrémité 22 et 24 sont placés sur les extrémités opposées du tube de carter 20. Dans un mode de réalisation, des tiges filetées comme en 30 sont fixées avec des écrous 32 pour maintenir l'intégrité du carter. Ce carter est une enveloppe allongée qui est fermée hermétiquement contre toute intrusion, en raison de sa réalisation. Le carter offre la possibilité d'un carter anti-déflagrant, ce qui n'est pas possible avec la plupart des excitateurs électromagnétiques conventionnels. Le premier capuchon d'extrémité 22 comporte un raccord 28 de conduite électrique qui reçoit la conduite d'alimentation 16. La figure 5 montre la conduite 34 entre le premier et le second capuchons d'extrémité 22 et 24 pour conduire le faisceau de fil 36 utilisé pour fournir des impulsions électriques à l'électro-aimant 26. Le premier capuchon d'extrémité 22 peut également comporter des trous taraudés comme en 40, constituant un moyen de montage de l'excitateur électromagnétique 12 sur l'appareil qui doit être mis en vibration. Sur les figures 2, 3 et 4, des équipements supportés solidement à l'intérieur du carter peuvent être identifiés. L'électro-aimant 26, ainsi que l'élec- tro-aimant correspondant à l'extrémité opposée du tube de carter 20 (non visible) et ses fils d'alimentation électrique du faisceau 36 ainsi qu'une plaque de couver- ture 42 apparaissent clairement. A l'intérieur du carter et fixes sur chaque capu- chon d'extrémité se trouvent des éléments de compression, dans le présent mode de réalisation des éléments de compression élastomères, comme des paires d'éléments identiques 44 et 46 constituant des éléments élastiques qui fonctionnent comme des éléments non linéaires dans le cas présent. Les paires diffèrent l'une de l'autre par l'épaisseur des éléments élastomères. Les éléments de compression élastomères de la première paire 44 sont collés ou fixes par tout autre moyen sur une plaque d'appui, comme la plaque 50 qui, à son tour, est montée par un dispositif de fixation sur la face intérieure de la plaque d'extrémité, à chaque extrémité du tube de carter. Un capuchon d'une matière renforcée de textile peut être solidaire de la partie de corps élastomère. Le capuchon élimine tout mouvement relatif entre l'élastomère et la plaque de montage 76 pendant la compression élastique. Les éléments de compression élastomères de la seconde paire 46 sont également fixés de façon appropriée sur une palque d'appui similaire mais peut comporter des cales 2 dont l'une représentée en 52, intercalées entre la plaque d'appui et le capuchon d'extrémité sur lequel elle est montée. Les éléments de compression élastomères Sont dipocss symétriquement de manière que les éléments d'une paire se trouvent diamétralement opposés par rapport à l'axe longitudinal du carter. Les épaisseurs des éléments de compression élastomères et des cales qui leur sont associées sont variables et peuvent petre changées pour obtenir les caractéristiques voulues de fonctionnement d'un excitateur électromagnétique spécifié. La hauteur d'empilage de chacun des éléments de compression élastomères à chaque extrémité du carter peut être différente de celle de l'autre paire à la môme extrémité, de sorte qu'un meilleur contrôle de l'aspect non linéaire de ce dispositif élastique est possible. Les éléments de compression élastomères, en combinaison avec les ressorts de masse libre décrits ci-après donnent un taux de résistance non linéaire et permettent une déviation auto-limitée du dispositif. Il faut remarquer que le tube de carter et les capuchons d'extrémité ainsi que les équipements et les éléments mentionnés ci-dessus font partie de la masse entrainée dans l'ensemble vibratoire car ils sont accouplés solidairement dans le mode de réalisation assemblé. Une masse libre désignée globalement par 60 est complètement enfermée et suspendue à l'intérieur du tube de carter 20 entre les capuchons d'extrémité 22 et 24. Les figures 2 et 3 permettent d'identifier ces éléments. Un premier et un second ressorts de cisail- lement 54, 56 annulaires en caoutchouc ou élastomères sont comprimés à l'intérieur du tube de carter 20 allongé pour suspendre la masse libre 60. Ces ressorts à cisail- lement élastomères représentent un mode de réalisation mais il est évident que d'autres systèmes élastiques peuvent être utilisés en variante. La masse libre comporte une pièce centrale 62 d'une forme générale allongée avec des parois percées définissant deux logements comme le logement 64. Cette masse ibre est supportée et fixée dans les ouvertures intérieures du premier et du second ressorts de cisail- lement annulaires en caoutchouc. Un dispositif de maintien comme une tige filetée 66 est prévu pour maintenir des poids de réglage comme en 70, qui peuvent être maintenus en position comme des dispositifs de fixation. Les poids de réglage comme le poids 70 sont des éléments interchangeables qui permettent de changer le poids de la masse libre même si les dimensions géné- rales et la configuration des éléments de l'excitateur électromagnétique restent constantes. Les poids de réaglage peuvent être changés sans qu'il soit nécessaire de modifier ou de régler la force des ressorts à cisail- lement pendant le réglage. Ainsi, des excitateurs de différentes capacités peuvent être fabriqués à partir d'éléments communs, offrant l'avantage d'économies de dimensions. Un réglage universel est possible par un choix approprié de la fréquence naturelle de la masse libre des ressorts à cisaillement 54 et 56. Ce réglage universel permet à l'excitateur de délivrer une puissance nominale indépendamment du poids de la pièce entrainée sur laquelle il est fixé. Quand les poids de réglage sont en position, des joues comme en 72 sont fixées de façon appropriée sur les extémités opposées de la pièce centrale 62. Des armatures 74, comprenant une plaque de montage 76 et une armature 80 de forme générale rectangulaire sont fixées sur la joue 72. Un autre procédé d'assemblage consistr à éliminer les plaques de montage et à monter les armatures directement sur les joues 72. Au montage de l'excitateur électromagnétique, un entrefer 82 est formé entre les faces des armatures, comme en 80, et les faces des électroaimants 26 à l'état de repos. En fonctionnement, l'entrefer diminue et augmente cycliquement mais les faces polaires ne se heurtent pas si un choix approprié de ressorts non linéaires a été fait. Il faut noter, comme cela ressort des figures, que les éléments à l'intérieur du carter sont similaires symétriquement à chaque extémité de la pièce centrale en acier. La symétrie résultant de cette structure et des deux électro-aimants en opposition est avantageuse pour un bon fonctionnement de l'excitateur. Les figures 6 et 7 présentent graphiquement les avantages obtenus par le présent mode de réalisation. La figure 6 représente schématiquement les avantages du réglage universel de l'excitateur. Le rapport de fréquence sur l'axe x montre que l'amplitude maximale est obtenue quand la fréquence de fonctionnement de l'excitateur et la fréquence naturelle de l'ensemble sont les mêmes. La partie à l'intérieur de la courbe en A et B représente la région de fonctionnement pour un excitateur d'une masse libre donnée appliquée à une large plage de poids entrainés. L'excitateur est réglé par un choix judicieux des poids de réglage de manière que la fréquence naturelle soit égale à la fréquence de fonctionnement de l'excitateur. Cela veut dire que l'excitateur peut être réglé de manière que le rapport de fréquence se trouve entre les points A et B de la figure 6 pour une large plage de poids entrainés. L'amplification par résonance dans cette plage est au point cinq. L'excitateur continue à fonctionner de façon efficace jusqu'à une superrésonance représentée à l'endroit o la ligne B coupe la courbe. Le facteur d'amplification par résonance est également cinq. Il apparait en résumé que cet excitateur est voisin de la résonance dans une large plage de poids de masses entrainées. En l'absence des éléments de compression, les faces polaires se heurteraient aux facteurs élevés d'amplification. La ligne C montre la déviation totale qui est maintenue par ces éléments. La figure 7 montre graphiquement la temporisation des impulsions de puissance électrique et la force produite par l'électro-aimant. Chaque électro-aimant est excité une fois par cycle mécanique. Bien que cela ne soit pas représenté sur les figures, un dispositif de commande est installé à distance de l'excitateur et il est réalisé pour fournir séquentiellement à chaque électro-aimant une impulsion d'énergie électrique temporisée de façon appropriée pour exciter chaque électro-aimant. 25615 49 L'entrefer au repos A sur le côté droit de la courbe indique la position dans laquelle la masse libre est également espacée des électro-aimants. A partir de la gauche du graphe vers l'entrefer minimal, la durée de l'impulsion électrique à l'électro-aimant est repré- sentée par la courbe pointillée C. La durée de l'impulsion électrique pour chaque électroaimant est de l'ordre de 20% à 30% du cycle mécanique complet et par conséquent, les deux électro-aimants sont engagés pendant 40 % à 60% du cycle mécanique complet. Cela assure que les électro-aimants sont excites quand l'armature voisine est proche de lui. La force produite par l'électro-aimant est représentée par la courbe B tandis que la surface intérieure de la courbe représente l'énergie de sortie de l'électroaimant. L'électro-aimant est excité pendant la déviation de la masse libre vers les électro-aimants dans la zone E à B (entrefer minimal). Quand l'entrefer s'ouvre, un courant continue à circuler jusqu'au point F et par conséquent l'énergie globale produite est celle indiquée par la zone hachurée sous la courbe. Cette énergie est celle emmagasinée dans les ressorts de compression 44 et 46. Les électro-aimants conçus pour une excitation de la manière décrite ci-dessus permettent d'emmagasiner nettement plus d'énergie par cycle que les réalisations antérieures. En fonction du type de ces éléments de compressions l'énergie emmagasinée résultant du choc initial de la masse libre dirigée vers l'élément de compression fournit environ 30% de la force nécessaire pour accélérer la masse libre dans le sens opposé. L'énergie emmagasinée dans les éléments de compression représente 20 à 30% de l'énergie totale; Cela est de deux à trois fois supérieur à l'énergie emmagasinée dans les dispositifs antérieurs déjà connus. Il en résulte une économie d'énergie électrique et un avantage de prix associé. Etant donné que les éléments de compression ne sont pas linéaires, tout choc sur l'armature peut être évité par un choix approprié des éléments. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au mode de réalisation décrit et illustré à titer d'exemple nullement limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation vibratoire électro- magnétique comportant un excitateur électromagnétique (12), caractérisé en ce que ledit excitateur électromagné- tique fonctionne à une fréquence suffisamment proche de la résonance pour obtenir un facteur d'amplification d'au moins cinq quand le rapport de poids entre le poids de l'excitateur et le poids total du dispositif d'alimentation est inférieur à un tiers. 2. Excitateur vibratoire électromagnétique comprenant un corps d'excitateur avec un carter (20) comportant plusieurs dispositifs électromagnétiques (26) dirigés vers l'intérieur dudit corps d'excitateur, plusieurs dispositifs élastiques non linéaires (44,46) supportés dans ledit corps d'excitateur, une masse libre (60) supportée pour un mouvement longitudinal séquentiel dans ledit corps d'excitateur, vers un premier puis vers un autre desdits dispositifs électromagnétiques, excitateur caractérisé en ce qu'il fonctionne à une fréquence suffisamment proche de la résonance pour obtenir un facteur d'amplification d'au moins cinq quand le rapport de poids entre la masse de l'excitateur et le poids total d'un dispositif d'alimentation est inférieur à un tiers. 3. Excitateur vibratoire électromagnétique comprenant un carter d'excitateur (20), plusieurs dispo- sitifs électromagnétiques (26) portés par ledit carter, plusieurs dispositifs élastiques (44, 46) non linéaires supportés par ledit carter, une masse libre (60) supportée pour un mouvement longitudinal séquentiel dans ledit corps d'excitateur vers un premier puis vers un autre desdits dispositifs électromagnétiques et une source de courant électrique pulsée, excitateur caractérisé en ce que lesdites impulsions d'énergie électriques délivrées séquentiellement à chacun desdits dispositifs électromagnétiques ont une durée comprise entre vingt et trente pour cent du cycle mécanique total dudit excitateur vibratoire électromagnétique. 4. Excitateur selon la revendication 3, carac- térisé ence que lesdites impulsions d'énergie électrique excitent chaque dispositif électromagnétique pendant le déplacement de ladite masse libre jusu'à l'entrefer minimal entre ladite masse libre et lesdits dispositifs électromagnétiques?