Brevet FR2651064A1 — publié le 19910222

La présente invention concerne une bobine permettant de créer selon une direction et un sens donné, un champ magnétique pratiquement uniforme et tangentiel à la surface d'un objet à magnétiser sans contact avec celui-ci. La juxtaposition de deux bobines conforme à l'invention, créant des champs magnétiques de direction perpendiculaires et déphasés de 900 donne naissance à un champ magnétique multidirectionnel. Le domaine technique auquel se rapporte I'invention, concerne principalement le contrôle magnétoscopique des pièces ferromagnétique mais le principe peut être appliqué dans d'autres domaines nécessitant l'obtention d'un champ magnétique tangentiel uniforme selon une direction donnée ou multidirectionnel à la surface d'un objet à magnétiser sans contact avec celui-ci (cas où le contact des pôles magnétiques et/ou le passage de courant dans le matériau ne sont pas autorisés). Le contrôle magnétoscopique s'effectue traditionnellement en utilisant des techniques par passage de courant électrique directement dans la pièce à tester, ou par passage de flux magnétique en utilisant des électro-aimants, des solénoldes ou encore, un conducteur parcouru par un courant électrique (technique du conducteur central). L'obtention d'un champ magnétique multidirectionnel se fait principalement par utilisation de 2 électro-aimants montés en croix ou en H, alimentés en courant alternatif déphasé de 900 ou de 1200, ou encore, simultanément par passage de flux magnétique (par culasse,électro-aimant ou solénolde alimenté en courant alternatif, pulsé ou continu), et par passage de courant alternatif dans la pièce à tester. Les principaux inconvénients de ces techniques sont - le contact des pôles magnétiques ou des touches d'amenée de courant avec la pièce à contrôler - l'hétérogénéité du champ magnétique ainsi créé - la difficulté de magnétiser localement des grosses pièces de forme complexe. La bobine selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Sa conception utilise le phénomène physique selon lequel le champ magnétique crée par un système de courants linéaires parallèles et de même sens devient rapidement uniforme au voisinage de celui-ci. La figure 1 représente les lignes d'inductions magnétique (en trait plein) au voisinage d'un système de courants linéaires parallèles entre eux et parcourus par un courant de même sens (les traits en pcintillés représentent les lignes d' équipotentielles magnétiques). La bobine selon l'invention, de forme sensiblement rectangulaire, fabriquée à partir de matériaux bon conducteur de l'électricité, constituée de spires parcourues par un même courant électrique et réparties en une ou plusieurs couches superposées, se compose pour une couche donnée a) d'un ou plusieurs ensembles de parties de spires repérés I sur la figure 2 (qui représente le shéma d'un exemple de bobine avec 3 ensembles de spires). Chaque ensemble ayant les caracté- ristiques suivantes - d'être compose de plusieurs parties de spires de formes pra.iquement rectilignes repérées 2 en trait fort sur la figure 2 parcourues par un courant électrique de même sens et régulièrement réparties au dessus d'une zone à magnétiser repérée 5 sur la figure 2.Chacune de ces parties de spires est située dans un plan parallèle au plan de la surface à magnétiser repérée 4 (sur la figure 2). - de créer un champ magnétique ayant la direction et le sens du champ magnétique uniforme et tangentiel que l'on désire obtenir à la surface de la zone à magnétiser. Le nombre, la répartition, la distance de ces parties de spires par rapport à la surface de l'objet à magnétiser ainsi que l'intensité du courant, sont fonctions de l'intensité et de l'uniformité du champ magnétique à obtenir. b) de parties de spires repérées 3 en trait fin sur la figure 2, créant un champ magnétique parasite de direction et/ou de sens différent du champ magnétique tangentiel que l'on désire obtenir à la surface de la zone à magnétiser. Ces parties de spires sont éloignées de celle-ci afin de minimiser leurs effets perturbateurs. Une autre façon de s'affranchir de ces effets est d'introduire ces parties de spires dans un blindage sous forme de U en matériau ferromagnétique, dont la longueur doit correspondre au moins à celle où l'on veut s'affranchir du champ. Cette bobine comporte une ou plusieurs couches superposées pour augmenter l'intensité du champ magnétisant. Selon une variante/ on juxtapose deux bobines ayant les mêmes caractéristiques que la précèdente de telle manière que les directions des champs magnétiques désirés créés par chacune d'elles soient perpendiculaires; De plus, elles sont soit alimentées toutes les deux par des courants électriques alternatifs déphasés entre eux de 900, soit alimentées l'une par un courant alternatif, et la seconde par un courant continu ou équivalent. Ainsi ces deux bobines permettent de créer un champ magnétique tangentiel multidirectionnel à la surface de la zone à magnétiser. La figure 3 et 4 représente deux types particuliers de bobine selon l'invention. La bobine de la figure 3 est composée de 3 ensembles de parties de spires qui la caractérise - Un ensemble de parties de spires pratiquement rectilignes, repérées 1 en trait fort sur la figure 3, créant un champ magnétique tangentiel uniforme de direction perpendiculaire à elles et dont le sens est fonction du sens du courant électrique les traversant. - Un ensemble de parties de spires pratiquement rectilignes, repérées 2 en trait fort sur la figure 3, créant un champ magnétique uniforme de meme direction que celui créé par l'ensemble des parties de spires repérée 1, mais de sens inverse à celui-ci. - Un ensemble de parties de spires repérées 3 en trait fin sur la figure 3, créant un champ magnétique parasite de direction perpendiculaire au champ magnétique désiré créé par les parties de spires repérées 1 et 2 sur la figure 3. La bobine de la figure 4 quand à elle est composée de 2 ensembles de parties de spires - Un ensemble de parties de spires pratiquement rectilignes, repérées 1 sur la figure 4 créant un champ magnétique tangentiel uniforme de direction perpendiculaire à elles (cette direction est parallèle à l'axe repéré Y sur la figure 4) et dont le sens est fonction du sens du courant les traversant. - Un ensemble de parties de spires repérée 2 sur la figure 3 en trait fin créant un champ magnétique parasite perpendi culaire, ou parallèle et de sens opposé au champ magnétique désiré créé par les spires repérés 1 sur la figure 3. Afin d'utiliser les bobines selon l'invention pour magnétiser les surfaces d'objets complexes, les parties de spires de ces bobines créant le champ magnétique tangentiel désiré, sont déformées pour épouser les formes de ces surfaces tout en conservant une distance sensiblement constante entre les différentes parties de spires et les surfaces à magnétiser. Une des applications possibles de cette technique est la magnétisation des surfaces intérieures et extérieures et/ou de la (ou les) extrémité(s) de produits creux. Pour ce faire, la bobine de magnétisation, est pliée selon un axe parallèle aux parties de spires pratiquement rectilignes créant le champ magnétique désiré (cet axe est parallèle à l'axe repéré X sur les figures 3 et 4). Ensuite, elle est mise à cheval sur l'une des extrémités de l'objet creux en conservant une distance sensiblement constante entre ces différentes parties de spires et les surfaces à magnétiser (ce qui revient donc à la déformer de façon à épouser les formes des surfaces à magnétiser). Dans certains cas, afin d'augmenter l'intensité du-champ magnétique dans la zone à magnétiser, on met des noyaux feuilletés en matériau ferromagnétique au dessus des parties de spires créant ce champ. Enfin, selon une variante, localement il est possible d'ajouter des solénoldes, bobines, aimants permanents ou électro-aimants, pour augmenter la valeur du champ magnétisant dans les zones mortes (zone à faible valeur de champ magnétique) ou de modifier la direction des champs magnétiques perturbateurs. REVENDICATIONS 1) Bobine pour créer selon une direction donnée un champ magnétique pratiquement uniforme, tangentiel à la surface d'un objet à magnétiser sans contact avec celui-ci , caractérisée en ce que * La bobine de forme sensiblement rectangulaire, fabriquée à partir de matériaux conducteurs de l'électricité, constituée de spires parcourues par un même courant électrique et réparties en une ou plusieurs couches superposées, se compose pour une couche donnée a) d'un ou plusieurs ensembles de parties de spires(l) Chaque ensemble ayant les caractéristiques suivantes -d'être composé de plusieurs parties se spires de forme pratiquement rectiligne(2),paralléles entre elles, parcoures par un courant électrique de même sens et réguliérement réparties au dessus d'une zone à magnétiser(5). Chacune de ces parties de spires est située dans un même plan paralléle au plan de la surface à magnétiser(4). -de créer un champ magnétique ayant la direction et le sens du champ magnétique uniforme et tangentiel que l'on désire obtenir à la surface de la zone à magnétiser. Le nombre, la répartition, la distance de ces parties de spires par rapport à la surface de l'objet à magnétiser, ainsi que l'intensité du courant sont fonctions de l'intensité et de l'uniformité du champ magnétique à obtenir b) de parties de spires(3)créant un champ magnétique parasite de direction et /ou de sens différent du champ magnétique tangentiel que l'on désire obtenir à la surface de la zone à magnétiser. Ces parties sont éloignées de cette surface et (ou) sont introduites dans un blindage sous forme de U en matériau ferromagnétique, dont la longueur doit correspondre au moins à celle où l'on veut s'affranchir de ce champ parasite. * Les parties de spires créant le champ magnétique tangentiel désiré peuvent être déformées pour épouser-la (ou les) forme(s) de la (ou les) surface(s) d'un objet à magnétiser en conservant une distance sensiblement constante entre les différentes parties de spires et la (ou les) surface(s) à magnétiser. * Des noyaux feuilletés en matériau ferromagnétique et/ ou un (ou des) solénoide(s) et/ou un (ou des) électro-aimant(s) et/ou un (ou des) aimant(s) permanent(s) peut (ou peuvent) être placé(s) à proximité de la zone où le champ magnétique doit être augmenté. 2) Un ensemble comportant deux bobines de magnétisation selon la revendication 1 qui permet de créer un champ magnétique tangentiel et multidirectionnel à la (ou les) surface(s) de l'objet à magnétiser sans contact avec celuici et caractérisée en ce que - ces deux bobines sont superposées de telle manière que les directions des champs magnétiques désirés, et créés par chacune d'elles soient pratiquement perpendiculaires. - ces deux bobines sont alimentées soit par les courants électriques alternatifs déphasés entre eux de 90" ou 120 , soit l'une par un courant électrique alternatif, l'autre par un courant électrique continu ou équivalent. 31 Bobine pour magnétiser selon une direction donnée caractérisée en ce que - elle se compose * d'un ensemble de parties de spires pratiquement rectiignes(2)créant un champ magnétique uniforme de direction perpendiculaire à elles et dont le sens est fonction du sens du courant électrique les traversant. * d'un ensemble de parties de spires pratiquement rectilignes(2)créant un champ magnétique uniforme de même direction mais de sens opposé à celui créé par l'ensemble des parties de spires défini précedemment *d'un ensemble de parties de spires( 3) créant un champ magnétique parasite de direction perpendiculaire au champ magnétique désiré7 créé par les parties de spires (2) -la bobine de magnétisation est pliée selon un axe parallèle ou perpendiculaire aux parties de spires pratiquement rectilignes créant le champ magnétique désiré et mise à cheval sur 1' (ou les) extrémité(s) de l'objet creux, et est déformée pour conserver une distance sensiblement constante entre ces différentes parties de spires et les surfaces à magnétiser. 4r Bobine de magnétisation, caractérisée en ce que : - elle se compose : * d'un ensemble de parties de spires pratiquement rectilignes (2) créant un champ magnétique tangentiel uniforme de direction perpendiculaire à elles et dont le sens est fonction du sens du courant les traversant. * d'un ensemble de parties de spires ( 3 créant un champ magnétique parasite perpendiculaie ou,parallèle et de sens opposé au champ magnétique désiré, créé par les parties de spires (2) - La bobine de magnétisation est pliée selon un axe parallèle ou perpendiculaire aux parties de spires pratiquement rectilignes créant le champ magnétique désiré et mise à cheval sur 1' (ou les) extrémité(s) de l'objet creux, et est déformée pour conserver une distance sensiblement constante entre ces différentes parties de spires et les surfaces à magnétiser.