Brevet FR2570866A1 — publié le 19860328

ELECTRO-AIMANT A DIFFERENTS PALIERS DE FORCE PORTANTE r La presente invention concerne un électroaimant à differents paliers de force portante. ELle s'applique notamment au maintien de barres absorbantes dans les reacteurs nucléaire. On contact déjà un électro-aimant comprenant un noyau axial fait d'un matériau magnétique et une bobine coaxiale au noyau et entourant celui-ci. Un tel électro-aimant peut être utilisé dans les réacteurs nucléaires pour porter une barre absorbante. Dans ce cas, cet électro-aimant est regle pour que sa force portante soit très superieure au poids de la barre, de manière que celle-ci ne se décroche pas de manière intempestive par exemple, lorsqu'elle est déplacée en translation par L'intermédiaire de l'élec- tro-aimant. Un telle realisation présente l'inconvé- nient de ne pas se prêter facilement à une chute "intrinsèque" de la barre, c' est-à-dire à une chute indépendante d'une coupure volontaire de courant électri- que d'alimentation de l'électro-aimant, lors d'un séisme ou d'une éLévation de température dans Le réacteur, lorsque la barre se trouve en "régime nominal", c'est-å-dire lorsqu'elle est maintenue à une position fixe et déterminée, par L'glectro-aimant. On sait par ailleurs que la courbe représentant Les variations de la force portante d'un électroaimant en fonction de L'intensité électrique d'alimentation de celui-ci, présente une pente très importante pour des intensités inférieures à un certain seuil et une pente très faible au delà dudit seuil.On pourrait donc songer à diminuer L'intensité d'alimentation de l'electro-aimant considéré plus haut lorsque la barre est en régime nominal, de telle sorte que la force portante de L'électro-aimant soit légèrement supé rieure au poids de la barre, mais L'on risquerait alors de se trouver dans une condition correspondant à la zone de pente trés importante de la courbe définie plus haut, pour laquelle de faibles variations d'intensité provoquent de fortes variations de la force portante, ce qui constitue un gros inconvénient. a présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents, en proposant un étectroaimant capable de présenter deux paliers de force portante, se situant chacun au-delà dudit seuil, et l'un des paliers étant inférieur à L'autre. L'électro-aimant objet de L'invention peut ainsi titre utilisé dans un réacteur nucléaire pour porter une barre absorbante, et réglé de façon à presenter un premier palier de force portante trés supérieur au poids de la barre et utilisabLe torsque cette barre est déplacée, et un second palier de force portante légèrement supérieur au poids de la barre et utilisable lorsque celte-ci est en régime nominal. De façon précise la présente invention a pour objet un électro-aimant comprenant : - un noyau axial fait d'un matériau magnétique, - une première bobine coaxiale au noyau et entourant celui-ci, et - une carcasse coaxiale au noyau, entourant celui-ci et la première bobine, carcasse dont L'extré- mité forme une face portante pour l'électro-aimant, caractérisé en ce qu'il comprend en outre - une seconde bobine coaxiale au noyau, entourant celui-ci, distincte de la première bobine et également entourée par la carcasse, et - une paroi faite d'un matériau magnétique, fixée au-noyau et séparant la seconde bobine de la première, et magnétiquement couplée à la carcasse de manière à détourner une partie du flux magnétique lorsque la seconde bobine est excite, de façon que l'electro-aimant puisse présenter un premier palier de force portante pour une excitation convenable d'au moins la premiere bobine et un second palier de force portante inférieur au premier, pour une excitation convenable de la seconde bobine seule. Selon un mode de réalisation particulier de l'électro-aimant objet de L'invention, la seconde bobine est si tuée au-dessus de la première par rapport à la face portante. Selon un autre mode de réalisation particulier, la seconde bobine entoure la première. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier de l'électro-aímant objet de l'invention, - la figure 2 est un diagramme qui montre les deux paliers de force portante que cet électroaimant est susceptible de présenter, et - la figure 3 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier de L'électroaimant objet de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un mode de réalisation particulier de L'électro-aimant objet de l'invention. Il comprend : - un noyau 2, composé d'un corps 4 vertical qui s'étend le long d'un axe 6, et d'une tête 8 qui domine le corps 4, - une carcasse 10 qui entoure le noyau 2 et qui déli- mite avec celui-ci un espace 12, - une première bobine 14 ainsi qu1une seconde bobine 16 superposées, qui sont toges dans L'espace 12 et qui entourent le noyau et, - une paroi annulaire 18 qui prolonge radialement te noyau et qui sépare tes deux bobines. La paroi 18 peut Autre une bague rapportee sur le noyau 2. Ce noyau 2, La carcasse 10 et La paroi 18 sont faits d'un matériau magnétique, par exempLe de L'un des matériaux commercialisés sous Les noms de fer ARMCO et CHROMESCO. L'ensemble constitué par te noyau, La carcasse et Les bobines présente avantageusement une sy métrie de révolution autour de L'axe 6. L'extrémité inférieure du noyau présente par exempLe la forme d'un tronc de cône. La première bobine 14, ou bobine inferieure, s'etend entre ta paroi 18 et un fLasque annuraire 20 fait d'un matériau amagnétique, fixé sur le pourtour du corps du noyau, par exempLe au niveau de la grande base du tronc de cône ou pLus bas que celle- ci. La seconde bobine 11, ou bobine supérieure, s'étend entre la tête du noyau et la paroi 18. L'extrémité supérieure delta carcasse 10 est fermée par un couvercle 22 qui lui est soudé et qui s'etend au-dessus de La tête 8 du noyau 2.L'electro-aimant est fixé à un support 24, par L'intermédiaire du couvercLe 22 par exemple. Dans le cas d'un électro-aimant utilisé dans un réacteur nucléaire, ce support peut être un tube appelé "tube de translation" et déplaçable verticalement. L'alimentation des bobines 14 et 16 en courant électrique est réalisée respectivement à L'aide de conducteurs électriques isolés 26, 28 qui parviennent aux bobines par exemple en traversant Le support 24, Le couvercle 22 et Le noyau 2. Dans Le cas où L'électro-aimant est utilisé dans un milieu hostile, par exemple le sodium Liquide d'un reacteur à neutrons rapides, L'extrémité inférieure de la carcasse 10 est reliée de façon etanche à L'extrémité inferieure du noyau 2 par L'intermédiaire d'une pièce non représentée, faite d'un matériau ama gnétique tel que L'acier inoxydable du type 316L. L'étanchéité peut être également assurée de la façon suivante : L'extrémité inférieure de la carcasse comporte un fond plat 30 contre lequel est fixee l'extrémité inférieure du noyau 2, et une rainure annulaire 32, centree sur l'axe 6 est pratiquee sur la face externe de ce fond, de manière à ne laisser subsister dans ce dernier, en regard de la rainure, qu'un "pont" 34 de faible epaisseur, de L'ordre de 1 mm par exemple, et donc très facilement saturable magnétiquement, qui relie ainsi le noyau au reste de la carcasse. De préférence, La rainure 32 est en correspondance avec le pourtour inferieur du noyau.Ainsi, lorsque l'ex trématé inférieure du noyau est tronconique, le diamètre de la rainure est de l'ordre de celui de la petite base du tronc de cône. La partie du fond 30 délimitée par la rainure 32 constitue ainsi un prolongement du noyau. La face portante de l'électro-aimant est constituée par la réunion des faces externes respectives 36 et 37 du fond 30, situées de part et d'autre de la rainure 32. Elle peut porter un objet magnétique 38 lorsqu'au moins l'une des bobines est convenablement excitée. Dans le cas d'un emploi de l'électro-aimant dans un réacteur nucléaire, cet objet peut etre une barre absorbante dont la tete 40 est magnétique. La partie de la carcasse située au-dessous du couvercle 22 peut etre en contact avec la tete 8 du noyau, ou bien un faible entrefer 42 peut exister entre eux sans que cela ne diminue de façon significative la force portante de L'électro-aimant. La paroi 18 peut être en contact avec la carcasse, ou bien un faible entrefer 44 peut exister entre elles. Lorsque la bobine inférieure 14 est alimentee, La première saturation de L'éLectro-aimant se produit au niveau des faces polaires de ce dernier, constituees par les faces 36 et 37 du fond 30 de la carcasse, et l'on obtient ainsi, pourvu qu'une intensite électrique convenable soit fournie à la bobine inférieure, un premier palier de force portante qui peut entre très supérieur au poids de L'objet 38. En revanche, lorsque seule la bobine supérieure 16 est alimenté, une partie du flux magnétique ainsi créé dans le noyau est dérivée par la paroi 18, si bien que la première saturation de L'électro-aimant se produit dans Li partie supérieure du noyau et l'on obtient ainsi, pourvu qu'une intensité électrique convenable soit fournie à la bobine supérieure 16, un second palier de force portante qui est inférieur au premier et dont La valeur peut n'être que légèrement supérieure au poids de l'objet 38. Lorsque les deux bobines sont convenablement alimentées, on obtient un palier de force portante supérieur au premier. Lorsque L'électro-aimant est utilisé dans un réacteur nucléaire pour porter une barre absorbante, la bobine inférieure et, de préférence, la bobine supérieure, sont alimentées, pour déplacer verticalement la barre, de manière à obtenir une force portante très supérieure au poids de cette barre, pour éviter tout décrochement au cours de la translation de celleci, tandis que seuLe la bobine supérieure est alimentée en régime-nominal, de manière à obtenir une force portante qui ne soit que Légèrement superieure au poids de la barre, pour que celle-ci se decroche au delà pour des niveaux peu éleves de séisme ou d'eleva- tion de température du rédacteur. La valeur du second palier de force portante est réglable en ajustant L'épaisseur de la paroi 18 (comptee parallèlement à l'axe 6) et/ou la longueur de l'entrefer 44 (comptée perpendiculairement à l'axe 6). Un réglage complémentaire peut être effectué en réduisant le diamètre du noyau au-dessus de la paroi, en pratiquant une gorge annulaire dans le noyau également au dessus de La paroi et en ajustant ce diamètre et les dimensions de la gorge. Sur la figure 2, on a représenté les courbes des variations de force portante F pour la bobine inférieure seule (courbe A) et pour la bobine supérieure seule (courbe B), en fonction de l'intensité I des courants électriques d'alimentation des bobines. Chaque courbe présente une portion dont la pente varie fortement et qui correspond à des intensités inférieures à un certain seuil, et une portion, ou palier, dont la pente est tres faible et qui correspond à des intensités situées au-delà du seuil. Les intensités d'alimentation des bobines sont supérieures à une valeur lo au moins égale au plus grand des seuils correspondant aux deux courbes. Le palier correspondant à la courbe B est inférieur au palier correspondant à la courbe A et peut être ajusté comme on l'a indiqué plus haut. Une méthode d'assemblage de l'électro-aimant représenté sur la figure i peut être la suivante : la bobine supérieure 16, La paroi 18, la bobine inférieure 14 et le flasque 20 sont successivement mis en place sur le noyau, l'extrémité inférieure de ce noyau est soudée au fond de la carcasse, par bombardement électronique par exemple, et le couvercle 22 est installé. Sur La figure 3, on a représenté schémati quement un autre mode de réalisation particulier de L'electro-aimant objet de L'invention. Il comprend le noyau 2 et ta carcasse 10 avec son couvercle 22, qui ont éte décrits en reference à la figure 1, et comprend également une première bobine 46 et une seconde bobine 48 entourant le corps du noyau 2 et logées dans l'espace 12 compris entre la carcasse et le corps du noyau ; mais, dans le cas présent, la seconde bobine 48 entouré ta première 46 qui, quant à elle, entoure directement Le corps du noyau 2. Une paroi 50 faite d'un matériau magnétique et présentant La forme d'un tube coaxial au corps du noyau, sépare les deux bobines et s'étend de la tête 8, à LaqueLLe elle est fixée, jusqu'au fond 30 de ta carcasse. La première bobine 46 s'étend entre ta tête du noyau et un flasque annulaire 52 fait d'un matériau amagnétique et fixé sur le pourtour du corps du noyau, par exemple au niveau de la grande base du tronc de cone de la partie inférieure dudit -corps, tandis que la seconde bobine 48 s'étend entre la tête du noyau et un autre fLasque annulaire 54 fait d'un matériau amagnétique et fixé sur le pourtour du tube 50, au même niveau que le fLasque 52. Un faible entrefer 56 peut exister entre le tube 50 et le fond 30 de la carcasse sans que cela ne diminue de façon significative la force portante de l'electro-aimant. Bien entendu, des câbles électriques isolés 58 et 60 sont prévus pour alimenter respectivement les bobines 46-et 48 en courant électrique et atteignent celles-ci à travers des passages prévus dans le support 24, Le couvercle 22 et la tête 8 du noyau. Avec l'electro-aimant représenté sur la figure 3, on peut egalement obtenir un premier palier de force portante correspondant à la première bobine 46 et un second palier de force portante correspondant la seconde bobine 48 et inférieur au premier, compte tenu de la dérivation, dans le tube 50, d'une partie du flux magnétique parcourant le noyau 2 lorsque la seconde bobine 48 est seule excite. Le montage de l'electro-aimant représenté sur la figure 3 peut être le suivant : le noyau étant maintenu tete en bas, la bobine 46 est mise en place sur le noyau et le flasque 52 est mis en place. Le tube 50 est ensuite soudé sur ta tête 8 du noyau, puis la bobine 48 est mise en place et enfin, le flasque 54 est fixé sur le tube 50. Ensuite, la carcasse 10 est positionnée et le fond 30 est alors soudé, par exemple par bombardement électronique, à L'extrémité inférieure du noyau. Après quoi, L'ensemble ainsi réalisé est retourné puis le couvercle 22 est mis en place. REVENDICATIONS 1. Electroaimant comprenant : - un noyau axial (2) fait d'un matériau magnétique, - une première bobine (14, 46) coaxiale au noyau et entourant celui-ci, et - une carcasse (10) coaxiale au noyau, entourant celui-ci et la première bobine, carcasse dont l'ex tremité forme une face portante (36) pour l'electro- aimant, caractérisé en ce qu'il comprend en outre :: - une seconde bobine (16, 48) coaxiaLe au noyau, en tourant celui-ci, distincte de la première bobine (14,- 46) et également entourée par la carcasse et - une paroi (18, 50) faite d'un matériau magnétique, fixée au noyau (2) et séparant La seconde bobine (16, 48) de la première (14, 46), et magnétiquement couplée à la carcasse de manière à détourner une partie du flux magnétique lorsque la seconde bobine est excitée, de façon que l'eectro-aimant puisse présenter un premier palier de force portante pour une excitation convenable d'au moins la première bobine et un second palier de force portante infé rieur au premier, pour une excitation convenable de la seconde bobine seule. 2. Electro-aimant selon La revendication 1, caractérisé en ce que la seconde bobine (16) est située au-dessus de la première (14) par rapport à la face portante (36). 3.Electro-aimant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde bobine (48) entoure la première (46).