Brevet FR2665017A1 — publié le 19920124

ELECTRO-AIMANT. L'invention se rapporte à un électro-aimant comprenant une carcasse de bobine présentant entre deux joues transversales opposées un conduit de guidage ou alésage axial, une portion magnétisable interne fixe occupant une extrémité de ce conduit et se trouvant reliée par un entrefer négligeable à une traverse d'une culasse magnétisable fixe en forme de U ou de L, dont deux (respectivement une) branches s'étendent jusqu'à proximité d'une joue de la carcasse, une pièce de fermeture de flux transversale qui est pourvue d'une ouverture venant en regard d'une extrémité opposée du conduit et qui est magnétiquement reliée aux deux (respectivement à la dite) branches, un noyau magnétisable coulissant qui est placé dans un espace aligné comprenant cette ouverture et une fraction du conduit qui n'est pas occupée par la portion fixe, et des moyens élastiques de rappel associés au noyau. Des électro-aimants présentant la constitution mentionnée ci-dessus sont principalement utilisés lorsque la bobine est excitée par du courant continu ; dans ces électroaimants, le noyau mobile ou noyau plongeur présente généralement une forme générale cylindrique de révolution qui, en vue de réduire l'entrefer de travail pour une course déterminée, comporte fréquemment soit une extrémité conique placée en regard d'un évidement de même forme, soit une extrémité à deux pans en forme de biseau lorsque ce noyau est de forme prismatique. Lorsque l'on s'intéresse à des électro-aimants excités par du courant continu, on sait que l'on peut mettre en oeuvre des circuits magnétisables fixes et mobiles venant chacun d'une seule pièce massive, repliée de façon adéquate, recevant le cas échéant des pièces ou organes complémentaires rapportés par sertissage, alors que la technique de fabrication mettant en oeuvre des paquets de tôle est recommandée lorsque l'excitation est opérée à l'aide de courant alternatif. Parmi les objectifs rencontrés inévitablement dans les fabrications en série, figurent aujourd'hui ceux d'une réduction des tolérances de fabrication, accompagnée de mesures qui soient susceptibles de s'accommoder des dispersions de cotes ; par ailleurs on assiste de nos jours de façon annexe à une recherche générale en vue de réduire le nombre des opérations de montage et/ou d'assemblage pour accéder plus aisément aux avantages de fabrications entièrement automatisées, où l'on cherche à se dispenser d'opérations d'ajustage par enlèvement de matière ou de sertissage, qui accompagnent généralement les opérations de fixation sans jeu. L'invention se propose par suite de fournir d'abord un électro-aimant constitué par un assemblage de pièces, connu en soi, dans lequel grâce à une coopération préalable de pièces fabriquées avec un nombre réduit de dimensions précises, on pourra accéder à un produit fini présentant la précision nécessaire dans des régions où celle-ci est indispensable à l'obtention d'un excellent fonctionnement mécanique et à la conservation de l'énergie magnétique développée par la bobine. Selon un autre objectif de la présente invention, celleci s'intéresse à un procédé de fabrication susceptible de répondre à un montage techniquement peu couteux de cet électro-aimant. Selon un premier aspect de l'invention, un électro-aimant répondant à ce premier objectif se distingue en ce que des prolongements malléables et appartenant aux deux joues, coopèrent avec des régions adaptées complémentaires et appartenant à la traverse, respectivement à la pièce de fermeture de flux, pour solidariser ces joues, cette traverse et cette pièce de fermeture, de façon telle que cette fixation assure d'une part une application sans entrefer d'une portion magnétisable fixe présentée sous une forme séparée contre la traverse, et d'autre part un alignement rigoureux de l'ouverture et du conduit. Selon un second aspect de l'invention, un procédé de montage et de fabrication pour un électro-aimant présentant les caractéristiques nouvelles mentionnées ci-dessus comporte les étapes suivantes a) bobinage de la carcasse b) introduction de la pièce magnétisable fixe interne dans le logement approprié du conduit central c) mise en place de la carcasse ainsi équipée contre la traverse de la culasse fixe en U, de façon que les prolongements correspondants non travaillés soient amenés à coopérer avec les régions adaptées complémen taires d) mise en place de la pièce de fermeture de flux entre les extrémités des branches de culasse, de façon que les prolongements correspondants non travaillés soient amenés à coopérer avec les régions adaptées complémen taires e) exercice sur la carcasse d'une force suffisante pour opérer une application convenable de la pièce magnéti sable interne contre la traverse f) introduction ajustée d'un tampon de centrage à travers l'ouverture de la pièce de fermeture de flux et dans la portion de conduit non occupée par la pièce interne g) exercice sur la pièce de fermeture d'une force suf fi- sante pour opérer un contact entre celle-ci et la joue de la carcasse voisine h) application, sur les prolongements de carcasse, d'outils de déformation aptes à leur communiquer des déformations irréversibles, assurant leur liaison per manente avec les régions adaptées de la culasse et de la pièce de fermeture de flux i) introduction du noyau magnétisable mobile dans la por tion de conduit non occupée par la pièce magnétisable fixe. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-dessous et à l'examen des figures annexées qui l'accompagnent de façon non limitative en illustrant à la figure 1, une vue en perspective éclatée d'un électro-aimant selon l'invention ; à la figure 2, une vue en perspective d'un détail concernant la liaison de deux éléments de circuit magnétique fixe à la figure 3, une vue en perspective d'une variante de réalisation d'un autre élément de circuit magnétique fixe ;; à la figure 4, une vue en coupe locale par un axe de symétrie XX', de la carcasse et d'une région de circuit magnétique fixe avec lequel elle est assemblée à la figure 5, une vue en coupe par un axe de symétrie, des éléments d'un électro-aimant, associés les uns aux autres avant que soit opérée leur fixation à la figure 6, une vue en coupe d'un détail de structure des moyens de fixation malléables à la figure 7, une vue en coupe locale par un axe de symétrie d'une région de l'électro- aimant faisant appel à un moyen de montage amo vible aux figures 8 et 9, deux vues en perspective de variantes de réalisation de moyens d'assemblage entre deux éléments de circuit magnétique fixe ; et à la figure 10, une vue en coupe axiale des divers éléments de l'électro-aimant et des moyens de fixation mis successivement en oeuvre pour en opérer l'assemblage. Un électro-aimant 1, visible à la figure 1 et à la figure 5, comporte une bobine d'excitation 29 qui est disposée sur une carcasse isolante 2 ayant deux joues transversalement parallèles et opposées 4, 5 et un conduit 3 longitudinalement disposé le long d'un axe XX'. Ce conduit peut en section prendre une forme circulaire ou polygonale, la première ayant été choisie à titre d'exemple. Ce conduit reçoit dans une région inférieure 7, 20b, une portion magnétisable fixe 6 pouvant avantageusement prendre un même contour qui ne s'étend que sur une fraction 20b de ce conduit et qui, dans le cadre de l'invention, dépasse légèrement au-delà de la joue 5. Le maintien axial de cette portion peut être assuré soit par un montage légèrement serré dans ce conduit 3, soit grâce à la présence dans celui-ci, et à un niveau convenable, d'un faible élargissement de section créant un logement 3a dont la dimension est adaptée au diamètre de la por tion, voir aussi figure 4. Chacune des joues 4, 5 présente extérieurement à sa surface transversale, des prolongements longitudinaux 23, 24, respectivement 21, 22, qui sont malléables, par exemple lorsque ceux-ci sont soumis à une élévation de température appropriée. Ces prolongements prennent ici la forme de picots. Cette carcasse, une fois bobinée, est introduite entre des branches parallèles 11, 12 d'une culasse fixe magnétisable 10 ayant une traverse 9, qui confère à cette culasse la forme générale d'un U, et qui présente des régions adaptées complémentaires 25, 26 constituées ici par de simples ouvertures, aptes à recevoir les picots. Ces ouvertures sont placées en regard des picots pour recevoir ceux-ci, voir figure 5, et ces derniers dépassent cette traverse d'une quantité suffisante pour qu'une déformation plastique de leurs extrémités établisse une solidarité permanente et irréversible entre la carcasse et la culasse à la manière de rivets.Au cours de l'opération de fixation, une face inférieure transversale 30 de la portion 6 est fermement appliquée contre la surface 31 de la traverse de façon à ne laisser subsister entre elles qu'un entrefer négligeable 8. I1 est clair que cette application sera dirigée axialement par une machine ou appareil approprié, que le nombre de prolongements et de régions adaptées à eux sera choisi en fonction de la rigidité de la fixation souhaitable, et que les extrémités des picots, déformés à chaud ou à froid, pourraient se trouver placés dans des dépressions 25a, 26a de la traverse 9a visibles à la figure 6. Après déformation, la matière des picots occupe totalement l'espace des ouvertures afin d'assurer une immobilisation permanente.On peut également prévoir qu'un alignement approximatif au montage, entre les picots et les ouvertures qui les reçoivent, sera facilité par exemple par le contact de bords opposés 5a, 5b de la joue 5 contre les branches 11 et 12. Une fois assemblées, la carcasse et la culasse forment un premier sous-ensemble 36 dans lequel les extrémités 16, 17 des branches 12 et 11 dépassent ici axialement la joue supérieure 4, pour pouvoir coopérer avec une pièce de fermeture de flux 13 qui est placée transversalement et qui présente deux ailes repliées 34, 35 parallèlement à ces extrémités 16, 17 entre une traverse 13'. Cette disposition permet de réduire la réluctance du circuit magnétique. La pièce 13 comporte en outre dans sa traverse 13', d'une part, une ouverture centrale 14 qui est destinée à venir en regard du conduit 15 avec un centrage, par rapport à l'axe XX', suffisamment rigoureux pour que puisse s'opérer un déplacement axial d'un noyau mobile 18, prenant ici une forme générale cylindrique, et d'autre part, des régions adaptées complémentaires 27, 28 qui sont aptes à recevoir les prolongements 23, 24 prenant, ici également, la forme de picots. On appréciera aisément que la nécessité de réaliser un alignement rigoureux de l'ouverture 14 et de la partie de conduit 20a qui n'est pas occupée par la portion fixe 6, afin de réaliser un espace aligné 19 qui soit apte à recevoir le noyau mobile 18 sans coincement et en respectant un entrefer coulissant - e - régulièrement réparti autour de l'ouverture, nécessite la mise en oeuvre de moyens de centrage amovibles et l'existence d'une possibilité de déplacement relatif transversal des prolongements et des régions adaptées qui viennent d'être mentionnés. Un moyen pouvant avantageusement être mis en oeuvre sera ici constitué par exemple par un tampon 40, voir figure 7, ou 52, voir figure 10, que l'on substitue provisoire ment au noyau pour le montage et dont deux diamètres successifs faiblement différents confèrent une parfaite coaxialité à la fraction de conduit de guidage 20a et à l'ouverture 14. Un jeu suffisant doit, par suite, autoriser des déplacements transversaux des picots dans les ouvertures afin que cet alignement soit toujours réalisable. Lorsque ce tampon est mis en place, et que les picots malléables 23, 24 ont traversé les ouvertures correspondantes 27, 28, ceux-ci sont soumis à une déformation qui opère une solidarisation permanente et irréversible de la joue 4 et de la pièce de fermeture de flux 13 appliquées l'une contre l'autre, indépendamment de la position qu'aurait pu prendre la pièce de fermeture de flux en raison de son contact avec les extrémités 16, 17, si le tampon n'avait pas été préalablement mis en place. Un bon contact entre ces extrémités 16, 17 et les ailes 34, 35, c'est-à-dire un contact qui ne laisse subsister qu'un entrefer négligeable entre les surfaces correspondantes 16a, 17a, peut être obtenu par exemple en serrant mécaniquement celles-ci ultérieurement l'une contre l'autre à l'aide de points de soudure tels que 41, 42, voir figure 2. On peut également mettre en oeuvre à cet effet des moyens de fixation tels que des rivets ou des vis, non représentés. Selon des modes de réalisation non représentés, mais tombant dans le cadre de la présente invention, on pourrait également orienter les ailes 34, 35 de la pièce 13 en sens inverse, ce qui ne nécessiterait pas l'existence de branches allant au-delà de la joue supérieure 4. Selon une alternative avantageuse, les branches 11, 12 présentent une élasticité et un pincement l'une vers l'autre suffisants pour que leur simple application élastique contre des ailes 34, 35, ayant des surfaces relati vement importantes, soit de nature à ne laisser subsister qu'une réluctance négligeable, malgré d'éventuels légers défauts de parallélisme entre les surfaces en regard 35a, 17a et 34a, 16a. Par ailleurs, on comprendra aisément que les moyens et mesures décrits s'appliquent également si la carcasse, au lieu de prendre la forme d'un U, prend la forme d'un L dans ce dernier cas, la mise en place de moyens de fixation tels que 41 est souhaitable, et peut se révéler nécessaire pour l'obtention d'une rigidité suffisante du circuit magnétique fixe. On peut également proposer, pour opérer une solidarité mécanique et une bonne perméance magnétique entre les extrémités des branches et les ailes, de mettre en oeuvre des moyens d'association faisant par exemple appel à des tenons 43, 44 et à des mortaises 45, 46 visibles aux figures 8 et 9 ; ces moyens qui sont découpés en même temps que les pièces qui les portent sont techniquement efficaces et peu coûteux. On peut également proposer, voir figure 3, en vue de réduire encore l'entrefer 8, de munir une portion interne fixe 6a d'une base élargie 30a afin d'augmenter sa surface ; un dégagement correspondant 7a serait alors nécessaire dans la région inférieure du conduit 3a pour recevoir cette base élargie qui, comme la précédente, serait placée légèrement en saillie par rapport à la surface externe de la joue correspondante. Compte tenu d'une application avantageuse du présent électro-aimant à des circuits à courant continu, le noyau mobile 18 est pourvu d'une cavité conique 33 qui, dans sa position de travail, vient s'engager autour d'un prolongement conique saillant 32 de la portion magnétisable fixe 6. Un ressort, dont la présence est nécessaire à la détermination de la position de repos du noyau et qui est bien connu en soi, n'a pas été représenté sur les figures. Un procédé de fabrication mis en oeuvre pour la fabrication de l'électro-aimant 1 de l'invention fait appel à un outillage 50, visible à la figure 10, et à une suite d'étapes au cours desquelles la traverse de la culasse 10 est d'abord placée sur une enclume 51, puis reçoit la carcasse de bobine 2 déjà bobinée et déjà munie de la pièce 6, de façon que les picots 21, 22 traversent les ouvertures 25, 26. Une pièce de fermeture de flux 13 qui est ensuite disposée sur la joue supérieure 4, de façon que les picots 23, 24 traversent les ouvertures 27, 28, fait alors l'objet d'un centrage de son ouverture 14 par rapport au conduit 3 grâce à la pénétration d'un tampon automatique 52 à travers ceux-ci.La fin de la course de ce tampon peut être avantageusement utilisée pour produire une compression simultanée de la face 30 contre la surface 31 et de la pièce de fermeture de flux 13 contre la joue supérieure 4 dans la position relative qui leur a été conférée par le tampon. La solidarisation des éléments ainsi préalablement assemblés est obtenue par l'application sur les picots d'extrémités d'outils 53, 54, 55, 56, qui peuvent être soit des bouterolles, si la déformation irréversible communiquée aux picots résulte d'un fluage de la matière, soit des pannes chauffées préalablement, soit encore des sonotrodes si le développement de chaleur provient de l'énergie d'une source ultra-sonore. Lorsque la pièce de fermeture est reliée mécaniquement aux extrémités des ailes, cette opération de liaison n'intervient qu'en dernier lieu. Un électro-aimant conforme à l'invention et réalisé selon le procédé décrit, se distingue par l'obtention d'excellentes caractéristiques mécaniques et électriques pour un coût technique réduit. Revendications 1. Electro-aimant comprenant une carcasse de bobine présentant entre deux joues transversales opposées un conduit de guidage ou alésage axial, une portion magnétisable interne fixe occupant une extrémité de ce conduit et se trouvant reliée par un entrefer négligeable à une traverse d'une culasse magnétisable fixe en forme de U ou de L, dont deux (respectivement une) branches s'étendent jusqu'à proximité d'une joue de la carcasse, une pièce de fermeture de flux transversale qui est pourvue d'une ouverture venant en regard d'une extrémité opposée du conduit et qui est magnétiquement reliée aux deux (respectivement à la dite) branches, un noyau magnétisable coulissant qui est placé dans un espace aligné comprenant cette ouverture et une fraction du conduit qui n'est pas occupée par la portion fixe, et des moyens élastiques de rappel associés au noyau, caractérisé en ce que des prolongements malléables (21, 22) et (23, 24) appartenant aux deux joues (5, 4) coopèrent avec des régions adaptées complémentaires (25, 26) et (27, 28) appartenant à la traverse (9), respectivement à la pièce de fermeture de flux (13), pour solidariser ces joues, cette traverse et cette pièce de fermeture, de façon telle que cette fixation assure, d'une part, une application sans entrefer d'une portion magnétisable fixe (6), présentée sous une forme séparée, contre la traverse, et d'autre part, un alignement rigoureux de l'ouverture (14) et du conduit (3). 2. Electro-aimant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce magnétisable fixe interne (6) est disposée dans un logement (3a) à une extrémité du conduit (3), de façon à dépasser légèrement au-delà de la joue (5) de la carcasse (3) qui en est voisine. 3. Electro-aimant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les régions adaptées de la traverse (9) et de la pièce de fermeture de flux (13) sont des ouvertures (25, 26) respectivement des encoches dans lesquelles pénètrent avec jeu ces prolongements (21, 22, 23, 24), en dépassant d'une quantité suffisante pour donner accès à un outil de déformation établissant cette solidarité. 4. Electro-aimant selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la pièce de fermeture de flux (13) présente deux ailes repliées (34, 35) sensiblement parallèles, dont la coopération avec les extrémités (16, 17) des branches (12) respectivement (11) de la culasse (10) établit un alignement approximatif entre les prolongements de carcasse (23, 24) et les régions adaptées (27,28) de cette pièce de fermeture. 5. Electro-aimant selon la revendication 4, caractérisé en ce que ces ailes repliées (35, 34) reçoi- vent un appui élastique des extrémités des branches (17, 16) et présentent chacune une surface d'appui (35a, 34a) suffisamment importante pour que les entrefers résiduels entre les surfaces en contact soient négligeables. 6. Electro-aimant selon la revendication 4, caractérisé en ce que ces ailes repliées (34, 35) présentent des surfaces d'appui contre des extrémités (16, 17) des branches (12, 11) de la culasse (10) qui sont suffisamment importantes pour que les entrefers résiduels entre les surfaces en contact soient négligeables, la permanence de ces appuis étant obtenue à l'aide de moyens de fixation (41, 42 ; 43, 44 ; 45, 46). 7. Procédé de montage et de fabrication d'un électro-aimant selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on effectue les étapes suivantes a) bobinage de la carcasse b) introduction de la pièce magnétisable fixe interne dans le logement du conduit central c) mise en place de la carcasse ainsi équipée contre la traverse de la culasse fixe en U, de façon que les prolongements correspondants non travaillés soient amenés à coopérer avec les régions adaptées complémen taires d) mise en place de la pièce de fermeture de flux entre les extrémités des branches de culasse, de façon que les prolongements correspondants non travaillés soient amenés à coopérer avec les régions adaptées complémen taires e) exercice sur la carcasse d'une force suffisante pour opérer une application convenable de la pièce magnéti sable interne contre la traverse f) introduction ajustée d'un tampon de centrage à travers l'ouverture de la pièce de fermeture de flux et dans la portion de conduit non occupée par la pièce interne g) exercice sur la pièce de fermeture d'une force suf fi- sante pour opérer un contact entre celle-ci et la joue de la carcasse voisine h) application, sur les prolongements de carcasse, d'outils de déformation aptes à leur communiquer des déformations irréversibles, assurant leur liaison per manente avec les régions adaptées de la culasse et de la pièce de fermeture de flux i) introduction du noyau magnétisable mobile dans la portion de conduit non occupée par la pièce magnétisable fixe.