Brevet FR2664737A1 — publié le 19920117

ELECTRO-AIMANT A COURANT CONTINU. L'invention se rapporte à un électro-aimant à courant continu comprenant une bobine d'excitation, une culasse fixe et une armature mobile par rapport à celle-ci dans une direction parallèle à l'axe de la bobine, chacune de ces deux pièces de circuit magnétique présentant indifféremment en coupe la forme d'un E ou d'un U dont au moins deux branches extrêmes sont séparées par des entrefers de travail définis entre des surfaces opposées et parallèles présentant une inclinaison par rapport à cette direction. On a déjà proposé, par exemple par le brevet FR-1 051 651, de disposer de telles surfaces inclinées sur les surfaces polaires de façon à diminuer les entrefers de travail pour une course donnée de l'armature mobile. Lorsque les pièces magnétisables fixes, ou culasses, et les pièces magnétisables mobiles, ou armatures, sont constituées par un empilage de tôles découpées, les opérations de fabrication ne sont pas compliquées puisqu'il suffit de donner aux différents poinçons les formes appropriées. I1 n'en est pas de même lorsque pour des électro-aimants alimentés en courant continu les pièces du circuit magnétique peuvent être obtenues par pliage de fers plats d'épaisseurs plus importantes où la disposition de sur faces inclinées nécessiterait une opération de reprise mécanique, par exemple par enlèvement de copeaux sur les rives opposées des surfaces polaires devant coopérer. L'invention se propose par suite d'apporter au circuit magnétique d'un électro-aimant dont la constitution répond à celle mentionnée ci-dessus, des mesures propres à faciliter sa fabrication en éliminant les opérations de reprise mécanique par enlèvement de copeaux qui seraient obligatoires dans des dispositions différentes. Selon 1'invention, le but visé est atteint grâce au fait que les entrefers de travail - e - sont disposés entre des dents d'une des pièces et des creux de l'autre pièce, qui sont imbriqués et sont placés dans des plans parallèles - P, Q - à cette direction ne passant pas par cet axe XX'. Dans le cadre de mesures annexes et de procédés propres à réduire les coûts techniques de fabrication, ces surfaces polaires seront disposées de façon à obtenir simultanément, lors de l'opération de découpage, des profils directement complémentaires sur deux pièces voisines prenant des formes identiques. D'autres objectifs viseront par ailleurs l'avantageuse application à des électro-aimants en forme de pots, des mesures propres à l'invention. Celle-ci, ainsi que les variantes et améliorations auxquelles elle se prête seront mieux comprises à la lecture de la description ci-dessous et à l'examen des figures annexées qui l'accompagnent en illustrant à la figure I, une vue en perspective des pièces d'un circuit magnétique d'électro-aimant en forme de E conforme à l'invention à la figure 2, une vue en coupe axiale d'un électro-aimant selon la figure 1 à la figure 3, une demi-vue en coupe d'un électro-aimant conforme à l'art antérieur ; aux figures 4 et 5, une vue de côté droit, et une vue de côté gauche d'un électro-aimant réalisé dans le cadre de l'invention ; à la figure 6, une vue en plan de pièces polaires de l'électro-aimant représenté aux figures 4 et 5, telles qu'elles se présentent avant pliage ; à la figure 7, une vue d'une bande de métal à partir de laquelle les pièces précédentes sont découpées ; à la figure 8, une vue en perspective d'un électro-aimant en forme de pot dont la forme entre dans le cadre de l'invention ; à la figure 9, une vue de la bande de métal dont le découpage fournira les pièces de l'électro-aimant selon la figure 8 ; à la figure 11, une vue locale de dents et de creux dont les profils confèrent des avantages magnétiques à un électro-aimant selon l'invention ; à la figure 12, une vue en perspective des pièces d'un circuit magnétique d'électro-aimant en forme de U ; et aux figures 13 et 14, deux vues en élévation, respectivement en demi-coupe, de pièces de cir cuits magnétiques dont les surfaces polaires font appel à des inclinaisons combinées par rapport à leur axe de déplacement relatif. Un électro-aimant 1 visible à la figure 1, ayant une bobine d'excitation 2 représentée en pointillés et d'axe de symétrie XX' et deux pièces magnétisables massives 3, 4 dont l'une est mobile par rapport à l'autre, trouve principalement une application lorsque cette bobine est alimentée en courant continu. Comme on le voit également à la figure 2, chaque pièce magnétisable, par exemple la culasse fixe 3 et une armature 4 mobile par rapport à elle parallèlement à l'axe XX', comprennent une portion transversale 5 respectivement 6, deux branches longitudinales repliées 7, 8, respectivement 9, 10 et une portion de noyau central 11, respectivement 12. Afin de réduire l'entrefer - e - pour une course déterminée, il était de pratique courante de donner à toutes les surfaces polaires en regard, des inclinaisons, convergentes vers l'axe, (sur la figure 2, cette particularité est ici limitée aux surfaces en regard des noyaux centraux 13, respectivement 14) ; dans l'art antérieur visible à la figure 3 au moins des surfaces polaires d'entrefers de travail externes 15, respectivement 16 placées sur deux branches en regard 17, 18 étaient inclinées vers l'axe, d'une manière comparable. Les figures 4 et 5 permettent de mieux saisir la manière nouvelle à laquelle on peut faire appel pour disposer sur des branches externes 8, 10, respectivement 7, 9 des surfaces polaires inclinées 19, 20, respectivement 21, 22 dont les directions - a - ne sont pas convergentes vers l'axe de mouvement relatif sans altérer pour autant les propriétés avantageuses fournies par l'art antérieur. Comme on le constate sur ces deux figures, des dents telles que 23, 24, respectivement 25, 26 viennent s'imbriquer dans des creux de profils parallèles tels que 27, 28, respectivement 29, 30 qui permettent de conférer à la culasse 3' et à l'armature 4' des formes identiques, la possibilité de la pénétration des dents dans ces creux résultant d'une simple rotation de 1800 autour de l'axe XX' de deux pièces magnétisables 3', 4' qui sont en fait identiques. Les dents et les creux sont ici placés dans des plans - P, Q - parallèles à la direction de mouvement relatif XX'. Une autre manière de constater cette identité de forme résulte de l'examen de la figure 6 où les portions transversales 5, 6 ainsi que les branches ont été représentées à plat, c'est-à-dire avant que des opérations de pliage autour des lignes 31, 32, respectivement 33, 34 ne soient communiquées à ces pièces plates 35, 36. La figure 7 illustre comment ces deux pièces identiques 3', 4' peuvent être simultanément produites par un simple découpage d'une bande continue 37 ayant la largeur et l'épaisseur nécessaires au passage d'un flux connu dans une section de fer adéquate. Si l'opération de découpage en continu à laquelle fait appel la production est extrêmement avantageuse dans ses coûts techniques, il est par contre possible que, à la longue, des bavures de découpage viennent altérer légèrement la qualité des surfaces polaires portées par les dents et les creux ; une simple opération de repassage avec un outil calibré permet alors de conférer à ces surfaces non seulement la régularité nécessaire mais encore un parallélisme rigoureux si le besoin s'en fait sentir, par suite de l'usure des outils. Lorsque l'on utilise des pièces magnétisables dans des électro-aimants alimentés en courant continu, il est assez fréquent que l'on laisse subsister un léger entrefer entre les surfaces polaires développant l'attraction réciproque, de sorte que l'opération de repassage puisse même dans certains cas être considérée comme inutile dans la mesure où la présence des bavures peut compromettre le collage des surfaces polaires. I1 en serait de même si les surfaces polaires étaient localement revêtues d'une couche de matériau amagnétique, par exemple en résine synthétique. Bien que les exemples de réalisation précédents semblent conférer un avantage particulier aux pièces du circuit magnétisable lorsque celles-ci sont régies par des surfaces planes, cet avantage s'détend également à ceux de ces électro-aimants 41 ayant une bobine à courant continu 42 dans lesquels les deux pièces magnétisables 43, 44 affectent chacune la forme d'un pot qui, vu en section axiale, prend également la forme d'un E, ainsi qu'on le constate aux figures 8 et 10. Dans ce second type d'électro-aimant 41, les branches précédentes sont remplacées par des jupes cylindriques de révolution 47, respectivement 49 dont les périphéries en regard sont pourvues de dents et de creux tels que 48, 46. Ces creux et ces dents sont disposés dans des plans tangents R, S, T, ne passant pas par l'axe XX' et parallèles à celui-ci. Afin de bénéficier des mêmes avantages de fabrication que ceux qui ont été obtenus avec le précédent mode de réalisation, on procédera ici à un découpage d'une bande de métal magnétisable approprié 50, dont une disposition possible est visible à la figure 9. Une fois découpées, chacune des pièces 47, 49 identiques par retournement, seront enroulées puis agrafées à l'aide de dents et d'encoches prenant par exemple la forme de queues d'aronde telles que 51, 52. D'autres opérations de découpage supplémentaires peuvent avantageusement être exécutées, par exemple pour l'obtention de rainures telles que 53, 54 qui pourraient se révéler nécessaires pour que, une fois enroulées, les deux pièces 47, 49 prennent l'une par rapport à l'autre une position angulaire relative assurant une bonne présentation des dents en regard des creux ; d'autres rainures ou orifices peuvent également servir au passage des conducteurs de la bobine. Dans les deux modes de réalisation illustrés précédemment, les dents et les creux prennent une allure triangulaire isocèle à la manière des dents d'une scie ; il est clair que des formes de triangles différents pourraient être choisies, de même que ces dents et encoches pourraient adopter une forme sinueuse, voire sinusoïdale, en fonction d'une part d'un rapport choisi d'avance entre la course de l'armature mobile et l'épaisseur moyenne de l'entrefer souhaitée, et d'autre part du souci d'éviter des saturations sur les pointes des dents. Pour assurer un bon fonctionnement magnétique il sera donc souhaitable de conférer aux creux et aux dents par exemple une forme trapézoïdale (voir figure 11). L'électro-aimant 1 selon la figure 2 comporte des portions de noyaux 11, 12 qui sont avantageusement cylindriques, si l'on excepte la présence sur l'un d'une saillie et sur l'autre d'un creux tous deux coniques figurant les surfaces polaires 13, 14. Ces portions seront par exemple serties dans des ouvertures circulaires, telles que 5a respectivement 6a, dont l'exécution peut être faite en même temps que le découpage des creux et des dents ; cette opération de sertissage peut, selon les méthodes de travail adoptées, être conduite avant ou après le pliage à 90" des branches. La réalisation de l'électro-aimant en pot 41 selon la figure 8 nécessite par contre l'intervention d'opérations supplémentaires compliquées, voir figure 10, dans la mesure où des cloisons transversales circulaires telles que 55 doivent être respectivement associées à la périphérie de chacune des jupes 47, respectivement 49 ; ces jupes portent, par ailleurs, chacune en leur centre une portion de noyau central telle que 56, respectivement 57. L'association entre la jupe et la cloison transversale peut être exécutée à l'aide d'opérations d'enchâssement, de sertissage, ou par une opération de soudure. Dans le cadre des mêmes dispositions générales, où seul l'un des plans S concernés ne passe pas par l'axe XX', entrent également des électro-aimants, tels que celui 60 représenté à la figure 12 où pour plus de clarté la bobine 61 a été représentée en traits tiretés. Cet électro-aimant fait ici appel à deux pièces de circuit magnétique 62, 63 mobiles l'une par rapport à l'autre parallèlement à l'axe XX' de cette bobine, et présentant chacune la forme générale d'un U, deux extrémités 64, 65 des premières branches internes en regard 66, 67 pourvues de creux et de dents étant disposées dans un couloir central 68 coaxial à l'axe XX' de la bobine et dans un plan T, tandis que deux extrémités 70, 71 de branches externes 72, 73 pourvues de creux et de dents circulent à l'extérieur de la bobine comme précédemment dans un plan S. Enfin on peut encore, moyennant la mise en oeuvre de moyens de découpage opérant obliquement par rapport au plan de la bande de métal d'où sont tirées les pièces magnétisables, conférer aux surfaces polaires 74, 75 des creux et des dents, une inclinaison complémentaire dans des plans WW' qui coupent la direction du déplacement, voir figures 13 et 14. Revendications 1. Electro-aimant à courant continu comprenant une bobine d'excitation, une culasse fixe et une armature mobile par rapport à celle-ci dans une direction parallèle à l'axe de la bobine, chacune de ces deux pièces de circuit magnétique présentant indifféremment en coupe la forme d'un E ou d'un U et dont au moins des branches extrêmes sont séparées par des entrefers de travail définis entre des surfaces opposées et parallèles présentant une inclinaison par rapport à cette direction, caractérisé en ce que les entrefers de travail - e - sont disposés entre des dents (23...26) d'une des pièces (4) et des creux (27...30) de l'autre pièce (3), qui sont imbriqués et sont placés dans des plans - P, Q - parallèles à cette direction, au moins un de ces plans ne passant pas par cet axe XX'. 2. Electro-aimant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces plans - P, Q - sont sensiblement parallèles entre eux et passent par des branches externes repliées (7, 8) respectivement (9, 10) appartenant à deux mêmes pièces plates, solidaires chacune d'un noyau central (11) respectivement (12). 3. Electro-aimant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces plans - R, S, T - sont des plans tangents à un anneau (47, 49) d'axe parallèle à cette direction XX' dont la périphérie est reliée par une paroi transversale (55) à un noyau central (56, 57) qu'elle porte. 4. Electro-aimant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les portions externes (7, 8, 9, 10) respectivement (72, 73) et des noyaux centraux (11, 12) respectivement (66, 67) présentent tous des surfaces polaires inclinées par rapport à la direction de mouvement XX'. 5. Procédé de fabrication d'un électro-aimant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les dents et les creux (23, 24, 27, 28) respectivement (48, 46) portant les surfaces polaires sont directement obtenus par un découpage d'une bande de métal magnétisable (37) respectivement (50) qui dissocie sans chute de métal d'identiques pièces de culasse et d'armature imbriquées les unes dans les autres. 6. Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que des pièces de culasse plates (3', 4') sont disposées les unes derrière les autres sur la bande de métal à découper (37), avant d'être soumises à une opération de pliage formant les portions externes (7, 8, 9, 10). 7. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 3 et 5, caractérisé en ce que les pièces de culasse annulaires (47', 49') sont disposées côte à côte sur la bande de métal à découper (50), avant d'être soumises à une opération d'enroulement formant les portions externes (47, 49) et à une association sans entrefer avec une paroi transversale circulaire (55) pour constituer un électro-aimant en forme de pot. 8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que des extrémités opposées de pièces de culasse annulaires (49, 47) sont agrafées les unes dans les autres lors d'une opération d'accrochage faisant pénétrer des crochets en queue d'aronde (51) dans des encoches correspondantes (52). 9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les noyaux centraux (11, 12) respectivement (56, 57) sont indifféremment fixés sans entrefer résiduel sur les pièces plates (3, 4) et respectivement sur les parois transversales (55) par rivetage, sertissage, vissage ou soudage.