Brevet FR2697369A1 — publié le 19940429

La présente invention concerne les solénoïdes et plus précisément ceux qui sont destinés à être utilisés pour la manoeuvre des soupapes miniatures ou organes analogues. Jusqu a présent, les solénoïdes connus ont eu une construction à fer à noyau circulaire comprenant une armature cylindrique et une pièce polaire cylindrique complémentaire. L'inconvénient de ces solénoïdes de la technique antérieure est que la largeur d'un solénoïde ayant une construction de fer à noyau circulaire augmente beaucoup lorsqu'un solénoïde doit avoir une force donnée pour une course donnée. Dans les soupapes miniatures, la largeur de la soupape et du solénoïde a une importance primordiale. La longueur et la hauteur sont importantes, mais elles ne sont pas aussi critiques que la largeur. Actuellement, la réalisation de solénoïdes petits, compacts et efficaces, qui peuvent être réalisés avec une très grande étroitesse, sont nécessaires pour les circuits de commande des appareillages industriels de fabrication et de montage. L'invention a pour objet la réalisation d'un solénoïde qui est petit, peu encombrant, efficace et puissant et qui ne présente pas les inconvénients précités et ne pose pas les problèmes que posent les solénoïdes de la technique antérieure. Un solénoïde selon l'invention comporte une bobine qui a une surface externe de section rectangulaire et qui a des extrémités arrondies, avec un trou de noyau de forme analogue. La bobine a une joue supérieure et une joue inférieure qui en sont solidaires. Un enroulement d'un fil magnétique est formé sur la bobine pour la formation d'un enroulement de section rectangulaire à extrémités arrondies qui donne une plus grande longueur de fil pour chaque spire du fil si bien que la résistance électrique par tour est accrue et augmente le nombre d'ampères-tours de la bobine et augmente donc la force du solénoïde. La bobine est montée télescopiquement dans une enveloppe tubulaire de section rectangulaire et est ouverte à ses deux extrémités, et elle est appelée boite dans la suite. La boite est un organe à paroi mince qui transmet un flux. Une pièce polaire de section rectangulaire à extrémités arrondies est montée par coulissement dans l'extrémité inférieure du trou de noyau rectangulaire de la bobine.La pièce polaire a une plaque inférieure de flux qui en est solidaire et qui est au contact de l'extrémité inférieure de la boite. L'extrémité supérieure de la bolte est fermée par une plaque supérieure de transmission de flux et la boîte est fixée entre les plaques supérieure et inférieure de flux par un dispositif convenable quelconque, par exemple par formage par chauffage des plaques de flux sur les joues de la bobine. Un manchon d'armature est monté par coulissement dans l'extrémité supérieure de la bobine, et il a une section rectangulaire à extrémités arrondies si bien qutil peut s'ajuster par coulissement dans le trou de noyau de forme analogue de la bobine. Une armature allongée ayant une section rectangulaire à extrémités arrondies est montée par coulissement dans le manchon d'armature.L'extrémité interne de armature est au contact d'un axe de poussée qui est monté afin qu'il puisse coulisser dans un trou axial formé dans la pièce polaire. Un organe supérieur formant un couvercle est monté sur la plaque supérieure de flux et fixe l'ensemble précité du solénoïde sur les soupapes ou dispositifs analogues. Les extrémités supérieure et inférieure de l'armature ont une surface d'extrémité formée radialement de maniere que le solénoïde provoque un déplacement complet meme si l'armature est légèrement inclinée lors de l'excitation du solénoïde. La configuration rectangulaire de la bobine de l'enroulement non seulement augmente le nombre d'ampères-tours de l'enroulement, mais augmente aussi la section et la surface de l'armature et de la pièce polaire si bien que le nombre d'ampères-tours donne une force accrue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en plan d'un solénoïde réalisé selon l'invention la figure 2 est une coupe en élévation du solénoïde de la figure 1, suivant la ligne 2-2, dans le sens des flèches la figure 3 est une vue dans un plan horizontal, avec des parties arrachées, du solénoïde de la figure 2, suivant la ligne 3-3, dans le sens des flèches ; la figure 4 est une coupe par un plan horizontal du solénoïde de la figure 2, suivant la ligne 4-4 et dans le sens des flèches la figure 5 est une coupe par un plan horizontal du solénoïde de la figure 2 suivant la ligne 5-5 et dans le sens des flèches ; et la figure 6 est une vue en élévation latérale de droite du solénoïde de la figure 1, suivant les flèches 6-6. On se réfère maintenant aux dessins et notamment aux figures 1 et 2 ; la référence 10 désigne de façon générale un solénoïde réalisé selon l'invention. Comme l'indique la figure 2, la référence 11 désigne de façon générale une pièce polaire qui a une section verticale pratiquement en T et qui comporte une plaque transversale inférieure 12 de flux et une plaque polaire solidaire 13. Un trou axial 14 est formé dans la pièce polaire 11 pour le logement coulissant d'un axe classique de poussée 15. Cet axe de poussée 15 a une tête élargie 16 destinée à coopérer avec un obturateur d'une soupape ou d'un autre mécanisme destiné à être commandé par le solénoïde 10.La référence 17 désigne l'extrémité interne de la tige de poussée 15 et elle coopère avec l'extrémité inférieure 20, disposée radialement, d'une armature 18 qui est formée d'un matériau magnétique convenable, tel qu'un métal en poudre. La référence 19 désigne l'extrémité supérieure de la pièce polaire 11. La référence 21 désigne l'extrémité supérieure de l'armature 18, disposée radialement. Comme l'indique la figure 2, le solénoïde 10 comporte une bobine, portant la référence générale 22, destinée à un enroulement et qui a un corps tubulaire allongé 23, une joue transversale inférieure 24 et une joue supérieure transversale 25 qui en sont solidaires. Comme l'indiquent les figures 4 et 5, le corps 23 de la bobine a une section rectangulaire à extrémités arrondies. Un trou axial 26 de noyau est formé dans le corps 23 et a aussi une forme rectangulaire à extrémités arrondies. Comme représenté sur les figures 2, 4 et 5, la référence 30 désigne un enroulement de fil métallique formé autour du corps 23 par enroulement de manière classique d'un fin fil magnétique. La bobine 22 est formée d'une matière plastique convenable. Comme l'indique les figures 2 et 3, le solénoïde 10 a une plaque supérieure 31 de flux qui est logée à la partie supérieure de la joue supérieure 25 de la bobine et qui a une ouverture rectangulaire 38 (figure 21) à extrémités arrondies. Comme l'indique la figure 2, la plaque inférieure 12 de flux a au moins deux trous, comme représenté par le trou 33 qui a des extrémités externes fraisées. La joue inférieure 24 a un nombre égal de prolongements solidaires 32 qui passent axialement dans les trous 33 de la plaque inférieure de flux et en dépassent. La joue supérieure 25 de la bobine a aussi au moins une paire de prolongements 35 qui dépassent axialement et vers l'extérieur dans des trous 36 formés dans la plaque supérieure 31 de flux. Une boîte ou enveloppe 43 à paroi mince et à extrémités ouvertes est montée sur l'ensemble précité formé par la bobine et l'enroulement de fil. La structure 11 de la pièce polaire et la plaque supérieure 31 de flux sont assemblées sur les joues respectives de bobine et fixées par formage par chauffage des prolongements des joues de bobine (32, 34) qui sont mis à plat et au niveau (34, 37) des faces externes des plaques respectives de flux. Un manchon 40 est monté par coulissement par l'ouverture 38 de la plaque supérieure 31 de flux et descend dans le trou 26 formé dans le corps 23 de bobine. Le manchon 40 a une joue 41 formée autour de son extrémité supérieure et il est en appui autour de l'ouverture 38 formée dans la plaque supérieure 31. L'armature 18 est montée afin qu'elle puisse coulisser dans le manchon 40. Le manchon 40 d'armature est formé de toute matière magnétique convenable, par exemple d'acier laminé à froid, et guide l'armature 18 dans ses mouvements et conduit le flux de la plaque supérieure 31 à l'armature 18. Comme mieux représenté sur la figure 3, le manchon 40 d'armature a une périphérie interne 42 qui a une forme rectangulaire et des extrémités arrondies. Comme l'indiquent les figures 2, 4 et 5, l'espace interne, entre l'enroulement 30 et la boîte 43, est rempli d'un matériau convenable 45 d'encapsulation ou d'étanchéité qui est un isolateur électrique et d'un matériau d'étanchéité qui protège ltenroulement 30 contre l'humidité et qui forme une meilleure matière de transfert de chaleur, dans cette zone interne du solénoïde, que l'air. Comme l'indique la figure 3, deux trous 44 sont formés dans la plaque supérieure 31 de flux pour l'injection d'une matière 46 d'enrobage. L'ensemble à solénoïde est placé dans un organe de montage avec des tiges convenables placées dans tout l'ensemble de manière que la matière d'enrobage 45 puisse pénétrer dans la boîte 43 et permette un écoulement de la matière 45 autour des tiges pour la formation de trous de passage des boulons 43. Comme représenté sur les figures 1 et 6, un couvercle supérieur portant la référence générale 48 est fixé de façon amovible sur la structure précitée du solénoïde par deux boulons allongés convenables 49 qui descendent dans des trous (non représentés) du couvercle 48 et dans des trous débouchants 47 (figure 3) de la plaque supérieure 31 de flux, puis descendent dans des trous convenables (non représentés) de la joue supérieure 25 de la bobine et de la joue inférieure 24 de la bobine, et des trous 46 de la plaque inférieure 12 de flux, puis qui viennent coopérer avec des trous taraudés d'un corps de soupape ou du dispositif à commander. Une matière convenable d'encapsulation est un composé à base de silicone. Comme l'indique la figure 2, le solénoïde 10 a un organe manuel 50 de manoeuvre qui est monté dans un trou étagé 51 formé en position axiale dans le couvercle supérieur 48. Comme l'indique la figure 6, le couvercle 48 porte deux conduits solidaires 52 dépassant latéralement et destinés à des conducteurs électriques. Les conduits 52 sont espacés et débouchent à leurs extrémités externes. Les parties internes 54 des conduits 52 communiquent avec une paire de trous complémentaires 53 (figure 2) formés à l'extrémité interne de chaque conduit 52 et dans la boîte 43. Un plot conducteur 55 est placé dans chaque conduit 52 et est connecté à l'enroulement 30. Un connecteur femelle 56 (figure 2) est monté sur chacun des plots conducteurs 55 et est lui-même connecté à un fil 57 d'alimentation.Les connecteurs femelles 56 sont fixés temporairement en position sur les plots 55 par un organe 59 d'encliquetage. Ces organes 59 d'encliquetage sont des bras élastiques qui fléchissent vers le bas dans des trous 58 de retenue formés dans la paroi inférieure de chacun des conduits 52. Le solénoïde 10 peut être utilisé comme solénoïde rectiligne en courant continu lors de l'utilisation du couvercle supérieur 48 ou peut être utilisé comme solénoïde à courant alternatif redressé par utilisation d'un dispositif classique de transformation de courant alternatif. La construction allongée et étroite du solénoïde 10 de forme rectangulaire présente des avantages par rapport aux solénoïdes connus ayant une construction de noyau de fer circulaire. Le solénoïde 10 peut être utilisé lorsque seul un petit espace est disponible pour le montage du solénoïde. Par exemple, un solénoïde 10 peut être formé avec une très petite largeur, par exemple de 10 mm, afin qu'il puisse être utilisé lorsque les restrictions d'espace ne permettent pas l'utilisation d'un solénoïde plus large.La section rectangulaire du noyau du solénoïde 10 donne une construction dans laquelle la section et la surface du fer du noyau sont optimisées et la périphérie de la bobine 23, autour de laquelle est enroulé le fil magnétique de l'enroulement 30, est allongée par rapport à la périphérie d'un corps de bobine circulaire, si bien que la résistance électrique de la bobine 30 est accrue et donne un nombre optimal d'ampères-tours. Dans cette structure d'enroulement, l'amplitude de la force magnétique qui peut être produite avec l'enroulement 30 est notablement accrue, si bien que le solénoïde réalisé peut être très efficace, peut consommer une faible quantité d'énergie et peut avoir une course courte. Le fait que la boîte 43 est disposée tout autour de l'enroulement 30 et a une faible section permet la réalisation d'un solénoïde très efficace. La structure précitée du solénoïde 10 forme un trajet efficace pour le flux, dans lequel la plaque supérieure 31 et la plaque inférieure 12 de flux sont maintenues contre les extrémités supérieure et inférieure de la boîte 43 et forment un trajet efficace dans ces organes, le manchon 40, la pièce polaire 13 et l'armature 18. La matière d'enrobage 45 isole électriquement l'enroulement de ces parties magnétiques interne et externe et des vis de montage 49. La surface radiale des extrémités inférieure et supérieure 20 et 21 de l'armature 18 est plate et courbe suivant l'axe longitudinal des extrémités de l'armature 18 de forme rectangulaire. REVENDICATIONS 1. Solénoïde (10) comprenant une bobine (22) et un enroulement (30) formé sur elle, la bobine (22) ayant un trou (26) de noyau contenant un manchon (40) d'armature monté à l'intérieur, une armature (18) et une pièce polaire (13) montées dans le trou (26) du noyau, caractérisé en ce que (a) la bobine (22) a un corps tubulaire qui forme un trou (26) de noyau qui a une section rectangulaire et qui a une extrémité supérieure et une extrémité inférieure, (b) le manchon d'armature (40) est monté dans l'extrémité supérieure du trou (26) de noyau de la bobine et a une section rectangulaire, (c) l'armature (18) est montée afin qu'elle soit mobile dans le manchon (40) d'armature et a une section rectangulaire, (d) la pièce polaire (13) est montée à demeure à l'extrémité inférieure du trou (26) de noyau de la bobine et a une section rectangulaire, (e) la bobine (22) a une joue supérieure solidaire (25) et une joue inférieure solidaire (24) qui entourent les extrémités supérieure et inférieure de l'enroulement (30), (f) une plaque supérieure (31) de flux est montée sur la joue supérieure (25) de la bobine et a un trou axial qui la traverse et qui a une section rectangulaire et par lequel est monté le manchon d'armature (40), (g) une plaque inférieure (12) de flux est solidaire de la pièce polaire (13) et s'étend au-dessous de la joue inférieure (24) de la bobine, (h) une boîte tubulaire (43) ayant des extrémités supérieure et inférieure ouvertes et une section rectangulaire est montée autour de l'enroulement (30) et est maintenue au contact des plaques supérieure (31) et inférieure (12) de flux et entre ces plaques, (i) un dispositif de fixation (32, 35) fixe les plaques supérieure (31) et inférieure (12) de flux aux joues de la bobine afin que la bobine (22), les plaques (31, 12) de flux et la boîte tubulaire (43) soient maintenues en coopération, (j) une matière d'encapsulation et d'étanchéité, conductrice de la chaleur et isolante de l'électricité, est disposée dans la boîte tubulaire (43) et entoure l'enroulement (30), et (k) le solénoïde (10) comporte un couvercle supérieur (48) monté de façon amovible. 2. Solénoïde (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couvercle supérieur (48) a un dispositif de connexion électrique (52-59) destiné à connecter l'enroulement (30) à des fils (57) d'alimentation. 3. Solénoïde (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trou rectangulaire (26) du noyau de bobine, du manchon (40) d'armature, de l'armature (18) et de la pièce polaire (13) ont des extrémités arrondies. 4. Solénoïde (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure au moins (20) de l'armature (18) est formée avec une surface radiale destinée à compenser l'inclinaison de l'armature (18) lorsque le solénoïde (10) est excité. 5. Procédé de fabrication d'un solénoïde (10), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes (a) la disposition d'une bobine (22) ayant un corps tubulaire dont la surface externe a une section rectangulaire et ayant un trou de noyau (26) de forme analogue qui a une extrémité supérieure et une extrémité inférieure, le corps tubulaire de la bobine ayant une joue supérieure (25) et une joue inférieure (24) qui en sont solidaires, (b) l'enroulement d'un fil magnétique autour de la surface externe rectangulaire de la bobine (22) pour la formation d'un enroulement (30) de solénoïde ayant une section rectangulaire, (c) le montage d'une pièce polaire (13) de section rectangulaire à l'extrémité inférieur du trou de noyau (26), la pièce polaire ayant une plaque inférieure (12) de flux qui en est solidaire, (d) le montage d'une boîte tubulaire (43) de section rectangulaire sur la bobine (22) et la mise en appui de son extrémité inférieure sur la plaque inférieure (12) de flux, (e) le montage d'une plaque supérieure (31) de flux ayant une ouverture axiale rectangulaire sur la joue supérieure (25) de la bobine et au contact de l'extrémité supérieure de la boîte tubulaire (43), (f) la fixation ferme de la plaque inférieure (12) de flux à la joue inférieure (24) de la bobine et de la plaque supérieure (31) de flux à la joue supérieure (25) de la bobiner afin que la boîte tubulaire (43) soit fermement retenue entre la plaque supérieure (31) et la plaque inférieure (12) de flux, (g) le montage par coulissement d'un manchon d'armature (40) ayant un section rectangulaire par l'ouverture rectangulaire de la plaque supérieure (31) de flux et dans l'extrémité supérieure du trou de noyau (26), (h) le montage coulissant d'une armature (18) dans l'ouverture rectangulaire de la plaque supérieure (31) de flux et dans le manchon rectangulaire d'armature (40), et (i) l'injection d'une matière d'encapsulation et d'étanchéité (45) assurant la dissipation de la chaleur et l'isolement électrique dans la boîte tubulaire (43) afin que l'enroulement (30) du solénoïde soit enfermé de manière étanche et isolé électriquement par rapport aux plaques supérieure et inférieure (31, 12) de flux et la boîte tubulaire (43) et des vis éventuelles (49) de montage de solénoïde utilisées pour le montage du solénoïde sur un dispositif qui doit être manoeuvré. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'extrémités arrondies aux ouvertures rectangulaires des plaques supérieure (31) et inférieure (12) de flux, du manchon d'armature (40) et du trou de noyau (26). 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'une surface radiale au moins à l'extrémité inférieure (20) de l'armature (18).