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Perfectionnements aux aimants permanentso
La présente invention concerne les aimants perma- nents et se rapporte plus particulièrement aux "unités" d'ai- mant permanent destinées à servir dans les appareils de re- production ou de transmission du son, du type dans lequel un diaphragme est relié à une bobine située dans un champ ou entrefer magnétique.
On a déjà essayé de fabriquer une unité d'aimant permanent du type ci-dessus spécifié, mais les résultats n'ont pas été satisfaisants. Lorsque l'unité d'aimant est
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composée de parties séparées, elle comporte certains dé- fauts, notamment du fait qu'elle ne réalise pas de force magnétique adéquate en raison de la présence de joints mé- caniques,. ou en raison de la nécessité d'assembler les parties, après que les aimants ont été aimantés, ou du fait que les unités sont si coûteuses qu'elles n'ont pas d'inté- rêt commercial, sauf dans des cas particuliers. De plus, certaines parties ont tendance à se mouvoir et à troubler ainsi la continuité de l'entrefer.
D'après la présente invention la plupart de ces inconvénients sont supprimés du fait qu'on fabrique l'ai- mant permanent, ou l'unité d'aimant permanent, en acier pour aimants coulé en forme d'un bloc comportant une ou plusieurs branches en boucles, s'étendant vers l'extérieur ou radialement à partir de la base et du sommet de la par- tie corps, dont elles forment une partie solidaire, et en établissant un entrefer autour du sommet par une opération de défonçage ou d'entaillage dans le but de recevoir la bobine ou partie mobile d'un appareil reproducteur ou trans- metteur du son, le bloc ainsi formé, comportant l'entrefer, étant soumis à une opération de trempe et étant ensuite aimanté.
Dans une unité d'aimant ainsi fabriquée et pourvue de l'entrefer tel qu'indiqué ci-dessus, il n'existe pas de joints mécaniques, et de cette manière la pleine force ma- gnétomotrice de l'acier pour aimants est disponible juste au-dessus de l'entrefer, sans être gênée par une réluctance quelconque introduite par des joints mécaniques.
Mais si dans ce cas l'unité est composée seulement d'acier pour ai- mants, la densité de flux magnétique obtenable à l'entrefer est limitée par la perméabilité de l'acier, tandis que si l'unité est fabriquée de manière que les pôles situés sur
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des côtés opposés de l'entrefer soient pourvus de matière de perméabilité plus forte que l'acier pour aimants (par exemple de fer doux ou de fer au cobalt,qu'on désignera dans la suite sous le terme de "fer doux!!), la densité de flux dans l'entrefer peut être grandement augmentée et on peut obtenir une unité d'aimant permanent d'une force com- parable à celle des unités électromagnétiques actuellement d'usage courant,
notamment si les pôles ont une forme telle que leur aire de section transversale diminue dans la di- rection de l'entrefer. Dans ce but l'unité est fabriquée en deux métaux qui s'unissent ou se combinent de manière appro- priée pendant l'opération de coulée (acier pour aimants et fer doux), et ces métaux sont versés pendant la coulée de manière que la masse de l'unité soit en acier pour aimants et que les parties qui, finalement, entourent directement l'entrefer soient en fer doux, le bloc ainsi coulé étant ensuite usiné de la manière ci-dessus décrite pour produire l'entrefer.
Ou bien l'unité peut être formée en acier pour aimants coulé en forme de bloc comportant une ou plusieurs branches en forme de boucles s'étendant vers l'extérieur ou radialement à partir de la base et du sommet de la partie de corps, mais de manière que le sommet et les parties ad- jacentes des branches soient séparés, le sommet et les ex- trémités des branches étant ensuite pourvus de pièces polai- res en fer doux., de forme appropriée pour ménager l'entre- fer entre elles.
Pour obtenir les meilleurs résultats au point de vue magnétique, il est désirable que le rapport entre l'a- cier pour aimants et le fer doux soit aussi grand que pos- sible, et ceci assure encore un avantage économique en rai- son du¯prix élevé de cet acier par rapport à celui du fer
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doux. De plus la disposition doit être telle que le chemin des lignes magnétiques menant de l'acier pour aimants au fer doux ne comporte pas de brusques changements de direc- tion.
Lorsque le bloc est coulé en une seule pièce avec plusieurs branches en forme de boucles, solidaires du som- met (deux, quatre ou six par exemple), ces branches peuvent rayonner à partir de la base et du sommet d'une pièce polai- re commune ou centrale constituant ce qu'on a appelé ci- dessus la partie corps, qui est de préférence de section transversale circulaire, les extrémités adjacentes des branches en forme de boucles étant séparées du sommet par l'opération de défonçage, ou par une opération similaire, de sorte qu'elles sont courbes conformément à ce sommet pour former plusieurs entrefers en segments entre le sommet et les extrémités adjacentes des branches.
Mais il est préfé- rable que le bloc soit coulé et que l'opération de défonçage ou autre opération soit exécutée de manière que les extré- mités adjacentes de branches restent reliées entre elles par une âme de métal formant une partie solidaire de la piè- ce de fonte, de sorte que la pièce polaire commune est en- tourée par du métal constituant la paroi externe d'un entre- fer circulaire continu, avec le résultat.que le flux magné- tique est pratiquement égalisé sur l'ensemble de l'entrefer.
L'âme de métal empêche en outre les branches en forme de boucles de se tordre, notamment pendant la trempe ou les opérations qui suivent la coulée, torsion qui pourrait se produire suivant des degrés différents, s'il n'existait pas d'âme de métal.
Lorsque l'unité possède une seule branche en forme de boucle, ce qui peut être le cas notamment lorsque la
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légèreté est exigée, la partie du métal située autour du sommet., d'où la branche s'étend vers l'extérieur (qu'elle soit en acier pour aimants ou en fer doux) peut en être séparée par l'opération de défonçage ci-dessus indiquée, ou une autre opération équivalente, pour former un entrefer circulaire entourant le sommet, la paroi externe de cet entrefer étant continue;
ou bien l'entrefer circulaire peut être formé en coulant l'unité avec le sommet et les extrémités adjacentes des branches séparément et en les équipant de pièces polaires en fer doux, de forme appropriée pour constituer l'entrefero
Il est désirable que dans tous les cas l'aire de section transversale des branches individuelles, ou l'aire de section transversale de l'unité, soit égale à l'aire de section transversale de la pièce polaire commune.
Lorsque les pôles de l'unité situés sur les côtés opposés de l'entrefer sont pourvus de fer doux, ainsi qu'in- diqué ci-dessus, on peut obtenir une augmentation considéra- ble de la densité du flux dans l'entrefer, surtout si les proportions de fer doux et d'acier pour aimants sont conve- nablement choisies, c'est-à-dire que la proportion d'acier pour aimants est au maximum et celle de fer doux au mini- mum pour l'ensemble des lignes à transporter à l'entrefer, en raison du fait que le fer doux est capable de transporter plus de lignes par unité d'aire de section transversale que l'acier pour aimants de l'unité. Par exemple, on peut sup- poser que le nombre maximum de lignes magnétiques que l'a- cier pour aimants est capable de transporter est de huit mille par centimètre carré.
Mais huit mille lignes par centimètre carré ne saturent pas le fer doux dont la sec- tion transversale doit en conséquence être progressivement
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réduite dans une direction vers l'entrefer au point que, si on le désire, la densité du flux atteigne le point de satu- ration de la matière du prolongement, point qui peut se trouver par exemple dans le voisinage de douze mille lignes par centimètre carré pour le fer doux.
L'acier pour aimants employé est de préférence un acier à fort pourcentage de cobalt (9 % à 35 % de cobalt).
Mais l'invention n'est pas limitée à l'emploi de cet acier car on peut se servir d'autres aciers pour aimants appro- priés pour la fabrication d'aimants permanents.
Afin d'assurer la.parfaite compréhension de la présente invention elle sera plus explicitement décrite en se reportant aux dessins ci-joints, dans lesquels:
La fig. 1 est un plan et la fig. 2 une coupe ver- ticale suivant la ligne 2-2 de la fig. 1; ces figures mon- trent une forme de bloc métallique coulé entièrement en acier pour aimants, avant d'être pourvu de l'entrefer.
Les figs.3 et 4 sont des vues semblables et montrent le bloc après qu'il a été pourvu de l'entrefer.
Les figs. 5 et 6 sont des coupes verticales et montrent un bloc métallique coulé de deux métaux, à savoir de l'acier pour aimants et du fer doux, ainsi qu'indiqué ci-dessus, avant et après l'opération de formation de l'en- trefer.
La fig. 7 est un plan et montre le bloc métallique coulé pour servir avec des pièces polaires en fer doux, et
La fig. 8 est une coupe suivant la ligne 8-8 de la fig. 7 ; dans cette figure les pièces polaires en fer doux sont séparées du bloc et sont elles aussi représentées en coupe.
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Les figs. 9 et 10 sont des vues semblables et mon- trent le bloc après qu'il a été pourvu des pièces polaires.
Les figs. 11 et 12 sont un plan et une coupe ver- ticale suivant la ligne 12-12 de la figo 1, et montrent le bloc de métal coulé avec entrefer,ce bloc comportant une seule branche en forme de boucle.
La fig. 13 est un plan et la Figo 14 une vue laté- rale d'un outil destiné à former l'entrefer dans les blocs de métal coulé, par une opération de défonçageo
La fig. 15 est une vue à plus grande échelle d'une partie de l'outil représenté sur la figo 13.
Dans les figs. 1 à 4, A,A désignent les branches en forme de boucles du bloc métallique coulé, branches qui s'étendent radialement à partir de la base A1 et du sommet A2 de la partie corps ou pièce polaire centrale A3, avec laquelle elles forment une pièce solidaire ou sans joints mécaniques, avant la formation de l'entrefer B (voir les figs. 1 et 2), qui est formé ensuite par une opération de défonçage ou une opération similaire, ainsi qu'indiqué ci- dessus, ce bloc présentant alors l'aspect représenté, par les figs. 3 et 4. Dans l'exemple représenté, ces branches A possèdent une section transversale rectangulaire, tandis que la pièce polaire centrale A3 est de section transversa- le circulaire et que l'entrefer B est circulaire et est concentrique au sommet A2.
Le bloc métallique représenté sur les figs. 5 et 6 est coulé en deux métaux; un métal est de l'acier pour ai- mants et l'autre du fer doux ou autre métal de perméabilité plus grande que l'acier pour aimants. En coulant ce bloc métallique, la quantité appropriée de l'un des métaux est versée dans le moule et on ajoute ensuite le deuxième métal 1 ----
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de sorte que les deux métaux s'unissent ou se combinent à leur jonction pendant l'opération de coulée, ainsi qu'indi- qué par les hachures des figs. 9 et 10. Les branches en forme de boucles A, A, la base Al et la pièce polaire cen- trale A3, qui constituent la masse du bloc, sont en acier pour aimants, tandis que le sommet A2 et les parties ad- jacentes des branches ou l'âme sont en fer doux.
L'entre- fer B est défoncé dans le bloc, de même manière que dans le cas du bloc représenté sur les figs. 1 à 4, après l'opéra- tion de coulée, de sorte que les parties entourant direc- tement l'entrefer sont en fer doux ainsi que représenté sur la fig. 10.
Il importe que dans tous les cas cet entrefer soit formé de manière précise et comme sa largeur n'excède en général pas-deux millimètres, il est formé après la coulée et avant la trempe, au moyen d'une opération de défonçage ou d'une opération similaire, dans laquelle on se sert avan- tageusement d'un outil tel que représenté sur les figs. 13 à 15. Cet outil comprend plusieurs lames e portées ou mon- tées sur un support ou tête E, de manière à se trouver sur la circonférence ou près de la circonférence d'un cercle dont le diamètre correspond à celui de l'entrefer circulaire B à former.
Les lames e sont de largeur quelque peu infé- rieure à celle de l'entrefer et les bords de coupe el de lames successives se trouvent sur des côtés opposés (fig.13), de sorte que tandis qu'une lame agit sur la face interne de l'entrefer en voie de formation, la lame suivante agit sur la face externe et ainsi de suite. Le support ou tête E des lames est de forme cylindrique et porte à une extrémité les lames, tandis que l'autre extrémité comporte une partie amincie El pour le fixer en position dans un tour ou une
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autre machine-outil. La hauteur des lames est telle qu'il existe en tout temps un jeu entre le sommet de l'unité d'aimant et la base du support ou tête de l'outil, jeu qui aide à débarrasser l'outil des tournures ou copeaux.
Dans la disposition représentée sur les figs. 7 à 10, le bloc est coulé en la forme représentée en section transversale dans la partie inférieure de la fig.8, c'est- à-dire que le sommet et les extrémités adjacentes des bran- ches sont séparés par une ouverture circulaire centrale a3, et la pièce polaire centrale A3 est de longueur diminuée.
Le bord interne de l'ouverture a et la face annulaire de la pièce polaire centrale creuse A3 sont usinés, et l'ou- verture de la pièce polaire est alésée. La pièce polaire centrale A3 est pourvue d'une pièce de prolongement a4, et un anneau a5 est prévu sur le côté interne de l'ouverture a3. Une cheville concentrique a6 de la pièce de prolongement a3 pénètre dans le trou de la pièce polaire centrale, cette cheville a6 étant tournée de façon à s'ajuster librementdans le trou en question, et son extrémité étant évidée.
L'anneau a4 est tourné de manière à s'ajuster exactement dans l'ouverture a3. Pour compléter l'unité d'aimant, l'anneau est pressé en position et la pièce de prolonge- ment est placée librement en position dans l'ouverture, tandis qu'un tube d'espacement de dimensions correspondant à celle de l'entrefer est placé entre l'anneau et la pièce de façon à les maintenir concentriques. On retourne ensuite l'unité sens dessus - dessous et on la place sur une surface rigide; on insère un outil à travers le trou de la pièce polaire centrale, et on frappe un coup dans le but de dilater la cheville de la pièce de prolon- gement contre la paroi du trou pour la maintenir en posi- tion. On retire ensuite le tube d'espacement en laissant l'anneau et la pièce de prolongement fixés en position.
Il
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faut noter que l'anneau a5 se trouve dans le même plan que les extrémités adjacentes des branches en forme de boucles et que les âmes associées, de sorte que les lignes magnéti- ques passent du bloc d'acier magnétique au fer doux sans changement de direction appréciable. La forme de l'anneau et de la pièce de prolongement est telle que l'aire de section transversale par laquelle les lignes magnétiques passent di- minue en direction vers l'entrefer, et comme la matière pos- sède une perméabilité qui le permet, la densité de flux augmente de manière correspondante. Cet effet ne serait pas obtenu dans la même mesure en amincissant les pièces polai- res d'un aimant constitué uniquement par de l'acier pour aimants, en raison de sa perméabilité magnétique relative- ment faible, ainsi qu'indiqué ci-dessus.
Le poids de fer doux dans la disposition représentée sur les figs. 7 à 10 est en- viron 10 % de celui de l'acier pour aimants. Des considéra- tions similaires s'appliquent à la disposition de la fig. 6.
Il est bon de ne pas réduire la proportion de fer doux au-dessous du pourcentage donné ci-dessus, car il serait alors nécessaire de réduire l'aire de section transversale si brusquement qu'il en résulterait des risques de pertes de li- gnes magnétiques. La pièce ou les pièces polaires en fer doux doivent être associées à l'extrémité ou aux extrémités des branches en forme de boucles, ou à la pièce polaire centrale ou partie corps, de façon à former virtuellement un prolon- gement, c'est-à-dire qu'elles forment en fait un prolongement et ne sont pas, par exemple, fixées de manière à former un recouvrement.
Dans le cas de la disposition représen- tée sur les fig. 7 à 10, par exemple, 1-1,anneau de fer doux a5 est inséré dans ce but dans l'ouverture circulai- re a3 de manière à ne pas s'étendre de façon inadmissible @
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au-dessus ou au-dessous des extrémités adjacentes des branches en forme de boucleso
L'aimantation qui est effectuée après que l'entre- fer a été formé et que le bloc a été trempé, peut se faire en appliquant un enroulement successivement à chaque bran- che du bloc et en faisant passer un courant d'aimantation approprié à travers l'enroulemento Cet enroulement peut être constitué par une ou plusieurs spires de gros fil de cuivre ou d'une tige de cuivre courbée autour des branches de l'unité à aimanter,
spires par lesquelles on fait passer un fort courant. Ou bien, l'aimantation peut se faire par voie d'induction ou par une autre méthode connue ou appro- priée quelconque.
Dans l'exemple représenté sur les figs. 11 et 12, le bloc métallique coulé avec entrefer se compose d'une seu- le branche en forme de boucle A, dont une extrémité part de la base A1 de la partie de corps cylindrique ou pièce polaire A3, et dont l'autre est de forme annulaire et en- toure le sommet de la pièce polaire A3, en constituant une paroi externe continue a2x de l'entrefer circulaire B. Une unité de cette forme peut être fabriquée en un bloc métal- lique coulé en deux métaux, ou en y associant des pièces polaires séparées en fer doux, comme dans le cas d'un bloc métallique comportant plusieurs branches en forme de boucles.