Brevet FR2563125A1 — publié le 19851025

1. La présente invention concerne un excitateur vibratoire électromagnétique destiné à imprimer une excitation vibratoire dans une masse divisée, par exemple dans un équipement de convoyeurs vibratoires, des trémies et des gouttières pour le transport de matières en vrac et une alimentation mesurée. Des unités électromagnétiques d'entrainement vibratoire ont été largement utilisées dans l'industrie pour assurer un débit régulier de matières en vrac depuis des casiers d'emmagasinage, des trémies et des gouttières d'alimentation. Des unités électromagnétiques d'entrainement vibratoire sont également utilisées dans des appareils d'alimentation vibratoires destinés à alimenter en matières en vrac des mélangeurs, des broyeurs, des concasseurs, des machines d'emballage, et des postes de dosage, de triage ou de mélange. Les excitateurs électromagnétiques sont accouplés avec une cuve qui est mise en vibration par l'excitateur pour contrôler l'écoulement de matière le long d'une gouttière, d'une cuve ou d'un plateau. En général, les dispositifs vibratoires de commande électromagnétique sont du type à deux masses, chaque masse portant les aimants ou l'armature. Les deux masses sont accouplées par des ressorts qui sont normalement dimensionnés pour que le dispositif amplifie le mouvement par résonance. Les électro-aimants ne développent qu'une force utile que lorsque les faces polaires sont en toute proximité les unes des autres, par exemple à 2,5 mm ou moins. La force d'attraction augmente à peu près comme 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. Les masses se déplacent dans des sens opposés quand l'entrefer entre les faces polaires augmente et diminue. Des dispositions doivent donc être prises pour éviter que les faces polaires ne se heurtent lorsqu'elles se déplacent au voisinage de l'entrefer minimal et que la force magnétique s'approche de sa valeur maxi- male. L'invention concerne donc un excitateur vibra- toire électromagnétique qui comporte une masse libre entièrement enfermée supportée 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 élastomères à cisaillement à l'intérieur 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 en caoutchouc sont intercalés entre la masse libre et les capuchons d'extré- mité de maintien d'électro-aimants et espacés l'un de l'autre. Ces ressorts non linéaires aident à éviter les chocs sur les armatures et ils emmagasinent l'énergie d'entrée pendant la conduction électromagnétique, aboutis- sant à un rendement élevé. Les électro-aimants sont excités séquentiel- lement par un dispositif de commande situé à distance qui est connecté au premier capuchon 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 dans le carter et en contact avec les éléments de compression élastomères et elle exécute un cycle alternatif en réponse à l'exci- tation et la désexcitation des électro-aimants. La fréquence de fonctionnement est proche de la fréquence naturelle dans une large plage de poids entrainés pour utiliser la résonance. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue simplifié d'un bac d'alimentation sur lequel est monté l'excitateur électro- magnétique, La figure 2 est une vue éclatée de l'excitateur selon l'invention dont certains éléments sont coupes, La figure 3 est une vue en élévation de l'excita- teur de la figure 2 dont certains éléments sont enlevés et coupés, La figure 4 est une vue en bout du dispositif de la figure 2 dont une partie du carter est coupée, La figure 5 est une vue de côté suivant la direction 5-5 de la figure 4, 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 de l'électro-aimant, La figure 8 est une vue en élévation d'un élément de compression élastomère, La figure 9 est une vue en plan d'un bague élastomère et, La figure 10 est une coupe partielle de la bague de la figure 9. Le bac 10 de manutention de matières en vrac représenté sur la figure 1 constitue une application typique de l'excitateur vibratoire électromagnétique selon l'invention. L'excitateur, désigné globalement par 12, est fixé sur le bac, par des dispositifs de fixation 14. Une conduite d'alimentation 16 est disposée enter l'excitateur électromagnétique et un module de commande, généralement situé à distance. Les aspects mécaniques de l'invention peuvent être facilement compris en examinant la figure 2 qui est une vue éclatée de l'excitateur électromagnétique 12. L'excitateur est une structure unitaire fermée comprenant un tube de carter 20 qui peut être d'une matière solide, comme l'aluminium. Un premier et un second capuchon d'extrémité 22 et 24 constituent des carters déments contenant chacun un électro-aimant enrobé comme l'électro-aimant 26 dans le capuchon d'extré- mité 24. Les capuchons d'extrémité 22 et 24 sont placés aux extrémités opposées du tube de carter 20. Dans un mode de réalisation, des tiges filetées comme en , sont fixées par des écrous, comme en 32, pour mainte- nir fermement l'intégrité du carter. Le carter est une enveloppe allongée qui est hermétiquement closes contre toute pénétration en raison de sa réalisation. Ce carter peut constituer 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 destiné à recevoir la conduite d'alimentation 16. La figure 5 montre la conduite 34 disposée entre le premier et le second capuchons d'extrémité 22 et 24, contenant un faisceau de fils 36 fournissant les impulsions électriques à l'életro-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 vibrations. Sur les figures 2, 3 et 4, les éléments supportés solidement à l'intérieur du carter peuvent être identifiés. L'électro-aimant 26, ainsi que celui corres- pondant, monté à l'extrémité opposée du tube de carter (non représenté) et les connexions électriques provenant du faisceau 36 ainsi que la plaque de couverture 42 apparaissent clairement. A l'intérieur du tube du carter et fixés à chaque capuchon d'extrémité se trouvent 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 cet ensemble. Les paires diffèrent l'une de l'autre par l'épaisseur des éléments élastomères. Une première paire 44 d'éléments de compression élastomères est collée ou fixée 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 élastomère. Le capuchon élimine tout mouvement relatif entre les éléments élastimères et la plaque de montage 76 pendant la compression élastique. La seconde paire 46 d'éléments de compression élastomères est également fixée sur une plaque d'appui similaire mais avec des cales dont l'une est représentée en 52 intercalée entre la plaque d'appui et le capuchon d'extrémité sur lequel elle est montée. Les éléments de compression élastomères sont disposés symétriquement de manière que les éléments de chaque paire soient diamétralement opposés par rapport à l'axe longitudinal du carter. L'épaisseur des éléments de compression élastomères et des cales associées est variable et peut être changée pour obtenir les caractéristiques voulues en fonction- nement d'un excitateur électromagnétique spécifié. La hauteur d'empilage de chaque paire d'éléments de compression élastomères à chaque extrémité du carter peut être différente de celle de l'autre paire à la même extrémité, ce qui permet d'obtenir un meilleur contr8le du mouvement non linéaire de ce dispositif élastique. Les éléments de compression élastomères ont un taux de résistance non linéaire et assurent une déviation auto-limitée du dispositif. Les éléments de compression élastomères comme l'élément 44 peuvent être fabriqués avec une surface crénelée de manière que leur épaisseur ne soit pas uniforme sur toute leur longueur relative. La figure 8 représente un élément de compression élastomère 100 comprenant une partie crénelée 102 qui peut être considérée comme une exagération du degré de la partie crénelée mais représentative du concept. Des créneaux multiples et des parties concaves sont également des possibilités offertes par l'invention dans un mode de réalisation "à gradins" dans lequel il peut y avoir des démarcations plus nettes entre les parties plus épaisses et les parties plus minces de l'élément de compression élasto- mère. D'autres modes de réalisation peuvent comporter plus ou moins des quatre éléments représentés dans le présent mode de réalisation. D'autres modes de réalisation des éléments de compression élastomères sont également possibles. Par exemple, la figure 9 représente un seul élément de compression élastomère 104 et est essentiellement une bague élastomère avec une ouverture centrale 106 pouvant avoir une forme autre que celle représentée dans la mesure o elle s'adapte à l'armature 80 qui pourrait aussi avoir une forme autre que la forme générale rectangulaire repré- sentée sur les figures. La bague élastomère pourrait être fixée de façon appropriée sur la plaque d'appui 52 par exemple, ou pourrait être fixée sous forme d'une plaque d'appui unitaire comme la plaque 108. La plaque d'appui est une option car la bague 104 pourrait être fixée directement à l'intérieur des capuchons d'extrémité ou sur la plaque de montage 76. La figure 10 est une coupe partielle du mode de réalisation de la figure 9 avec une partie crénelée représentée en 110 et des parties de hauteur différente comme en 112. La surface supérieure pourrait avoir toute configuration y compris celle d'une surface plane, d'une surface ondulée avec des sections en relief et des sections concaves de dimensions différentes alternées autour de la bague ou une surface "à gradins" de hauteurs différentes alternées autour de la bague. La figure 10 n'est pas présentée comme une caractéristique d'imitation mais comme l'exemple d'une surface ondulée entrant dans le cadre de l'invention. Un capuchon de matière renforcée de textile peut aussi être solidaire de ces modes de réalisation de bagues élastomères. Il faut noter que le tube de carter et le capuchon d'extrémité ainsi que tout l'équipement et les éléments mentionnés ci-dessus font partie de la masse entrainée dans l'ensemble vibrant car ils sont assemblés solidaire- ment dans ce mode de réalisation. 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 à cisail- lement 54, 56 sont comprimés à l'intérieur du tube de carter allongé pour suspendre la masse libre dési- gn(e par 60. La masse libre comporte une pièce centrale 62 de forme générale allongée avec des parties de paroi percées définissant deux logements comme 64. Cette masse libre est supportée et fixée dans les ouvertures intérieures du premier et du second ressorts à cisaillement. Un dispositif de maintien comme une tige filetée 66 est prévue 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 importants selon l'invention en ce qu'ils constituent un élément interchangeable qui permet de changer le poids de la masse libre même si les dimensions générales et la configuration des éléments de l'excitateur électro- magnétique restent constantes. Les poids de réglage peuvent être changés sans qu'il soit nécesaire de changer ou de régler la force des ressorts support pendant le réglage. Ainsi, des excitateurs de capacités diffé- rentes peuvent être fabriqués avec des éléments communs, ce qui apporte des avantages d'économie et de dimension. Un réglage universel est possible par un choix approprié de la fréquence naturelle de la masse libre et des ressorts 54 et 56. Ce réglage universel permet à l'exci- tateur 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, les joues 72 sont fixées de façon appropriée aux extré- mités opposées de la pièce centrale 62. Des armatures 74 comprenant une plaque de montage 76 et une armature de forme générale rectangulaire sont fixées sur la joue 72. Un autre procédé de montage consiste à éliminer les plaquettes de montage et à monter direc- tement les armatures sur les joues 72. Après l'assemblage de l'excitateur électromagné- tique, un entrefer 82 est formé entre la face des armatures comme l'armature 20 et les faces des électro-aimants comme l'électro-aimant 26, à l'état de repos. Sous l'effet d'une excitation, l'entrefer diminue et augmente cycli- quement mais les faces polaires ne se heurtent pas si un choix de ressort approprié a été fait. Il faut mentionner, comme cela ressort des figures, que les composants à l'intérieur du carter sont similaires symétriquement à chaque extrémité de la pièce centrale. La symétrie résultant de cette struc- ture et des deux électro-aimants en opposition est avantageuse pour un bon fonctionnement de l'excitateur. Les figures 6 et 7 montrent schématiquement les avantages obtenus par le présent mode de réalisation. La figure 6 illustre graphiquement l'avantage 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 incluse de la courbe entre A et B représente la région de fonctionnement pour un excitateur avec 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 de l'ensemble soit égale à la fréquence de fonctionnement de l'excita- teur. Cela veut dire que l'excitateur doit être réglé pour que le rapport de fréquence se situe entre A et B pour une large plage de poids entrainés. L'amplifica- tion par résonance dans cette plage est d'au moins 5. L'excitateur continue à fonctionner de façon efficace jusqu'à la superrésonance représentée par l'endroit o la ligne B coupe la courbe. Le facteur d'amplification par résonance est encore de cinq. En résumé, il apparaît que cet excitateur est proche de la résonance dans une large plage de poids entrainés. En l'absence des éléments de compression, les faces polaires se heurteraient aux facteurs d'amplifi- cation élevés. La ligne C montre la déviation totale de l'ensemble qui est maintenue par ces éléments. La figure 7 montre graphiquement la temporisa- tio des impulsions d'alimentation électrique et de la force produite par l'électro-aimant. Chaque électro- aimant est excité une fois par cycle mécanique. Bien que cela ne soit pas représenté, un dispositif de commande est monté 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. L'entrefer au repos A sur le côté droit du graphe représente la position dans laquelle la masse libre est également espacée des électro-aimants. En partant de la gauche du graphe vers l'entrefer minimal, la durée de l'impul- sion électrique appliquée à l'électro-aimant est repré- sentée par la courbe en pointillés C. La force produite par l'électroaimant est représentée par la courbe D tandis que la surface à l'intérieur de la courbe est l'énergie produite par l'électro-aimant. Ce dernier 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 représentée par la région hachurée sous la courbe. Cette énergie est celle emmagasinée dans les ressorts de compression 44 et 46. Les enroulements des électroaimants qui sont excités de cette manière permettent d'emmagasiner nettement plus d'énergie par cycle que les réalisations antérieures. En fonction de la réalisation des éléments de compression, cette énergie emmagasinée résultant du choc initial de la masse libre dirigée vers l'élément de compression produit environ 30% de la force néces- saire pour accélérer la masse libre dans le sens opposé. Cela conduit à une économie d'énergie électrique et il à un avantage de prix associé. Etant donné que les éléments de compression ne sont pas linéaires, le choc des armatures peut être évité par un choix approprié de ces éléments. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au mode de réalisation décrit et illustré à titre d'exemple nullement limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Excitateur vibratoire électromagnétique comprenant un corps d'excitateur (20) avec plusieurs électro-aimants (26) dirigés vers l'intérieur dudit coprs d'excitateur et une masse libre (60) supportée pour un mouvement longitudinal dans ledit corps d'exci- tateur, caractérisé en ce qu'il comporte des dispositifs élastiques (44, 46) non linéaires supportés dans ledit corps d'excitateur, l'un desdits dispositifs élastiques non linéaires se trouvant à l'intérieur et voisins dans la direction longitudinale de chacun desdits élec- tro-aimants, lesdits dispositifs élastiques non linéaires comportant des surfaces profilées. 2. Excitateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que lesdits dispositifs élastiques (44,46) non linéaires consistent en des éléments de compression élastomères avec une surface crénelée. 3. Excitateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que lesdits dispositifs élastiques (44,46) non linéaires consistent en des éléments de compression élastomères avec des parties crénelées (102) et des parties concaves alternées le long de leur surface. 4. Excitateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que ladite surface profilée (102) est une surface à gradins. 5. Excitateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que lesdits dispositifs élastiques (44,46) non linéaires consistent en une bague élastomère. 6. Excitateur selon la revendication 4, carac- térisée en ce que ladite bague comporte des parties de surface crénelées (102) et des parties concaves alternées autour de ladite bague. 7. Excitateur selon la revendication 5, carac- térisée en ce que ladite bague comporte une surface à gradins, avec des hauteurs différentes alternées autour de ladite bague. 8. Dispositif élastique non linéaire élastomère destiné à un excitateur électromagnétique, caractérisé en ce qu'il consiste en un bloc de matière élastomère (44,46) ayant une surface profilée. 9. Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce que ladite surface (102) est une surface crénelée. 10. Dispositif selon la revendication 7, carac- térisé en ce que ladite surface crénelée (102) est une surface à gradins ayant des épaisseurs élastiques différentes. 11. Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce que ledit bloc de matière élastomère (44,46) est une bague élastomère avec une surface ondulée. 12. Dispositif selon la revendication 11, ca- ractérisé en ce que ladite surface ondulée (102) comporte une série de gradins alternés en élévation autour de ladite bague.