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Electro-aimant.
Les aimants à courant continu présentent l'inconvénient bien connu que la courbe de leur caractéristique de levage monte très rapidement, dès que la hauteur de course diminue. Pour ces raisons, ils sont inaptes à de nombreux emplois dans la mécanique générale.
On a essayé d'obtenir par une forme conique de la surface de l'induit une force de levage aussi uniforme que possible sur toute la hauteur de course, On a cependant constaté que ce moyen ne me- nait pas au but recherché. on a préconisé en outre de transformer' par l'intermédiaire de courbes de glissement la caractéristique de levage au moyen d'une transmission mécanique montée sur l'aimant de telle manière @
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que l'on puisse obtenir à volonté une caractéristique montante, descendante ou uniforme. Cette solution exige des éléments con- sidérables de construction.
En outre la transmission travaille dans la plupart des cas avec un coefficient défavorable de rende- ment et l'on ne dispose que d'une force magnétique de levage sensiblement réduite.
Par contre, la présente invention fait connaître plusieurs formes d'exécution pour électro-aimants, dans lesquelles il est possible malgré une construction simplifiée et un rendement meilleur d'obtenir une courbe caractéristique horizontale au lieu de la caractéristique de levage à front ra,ide mentionnée au début.
Il est même possible de réaliser à volonté une caractéristique montant ou descendant d'une manière plus ou moins raide.
L'invention est représentée dans la description se basant sur les Fige. 1-4 des dessins annexés en une premièreforme d'exécu- tion avec plusieurs variantes.
Fig. 1 montre la construction générale de l'aimant,
Figs. 2-4 montrent chacune au moyen d'un diagramme de la force -le levage et d'un croquis schématique de la îormc pour l'induit et son pôle opposé les variantes possibles en principe suivant la, caractéristique de levage recherchée dans chaque cas déterminé.
A titre de comparaison la Fig. 5 représente la courbe caractéristique ascendant continuellement d'une manière raide de l'aimant conique connu représenté à son tour schématiquement dans la Fig. 5.
Dans de nombreux cas il est encore possible (le simplifier considérablement la construction de l'aimant représenté dans les Figs. 1-4, en supprimant la partie conique creuse de l'aimant, mais en maintenant la surface de forme conique de l'élément op-
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posé. La Fig. 6 représente schématiquement la construction d'un tel aimant, la Fig. 7 montre la caractéristique de levage y relative et la section transversale active du noyau en fonction du chemin de la course,
Dans les aimants suivant l'invention il existe des possibil tés extrêmement favorables de commande pour la¯.caractéristique d'attraction.
La possibilité de commande est conditionnée par la forme spéciale donnée au pôle opposé à l'induite Ce pôle opposé à l'induit,muni d'une manière connue d'un évidement creux, dans lequel s'engage l'induit, porte un élément enveloppant cet évidement avec une section augmentant dans le sens de la course,de levage. Suivant la raideur de cette augmentation de section il est possible dans de larges limites de réaliser chaque caractéristique d'attraction voulue.
Ledit pôle opposé en forme d'anneau limité dans la forme préférée d'exécution par une surface conique extérieure constitue pour ainsi dire une gorge étroite pour le flux magnétique, L'électro-aimant suivant Fige. 1-4 est constitué essentiellement par une bobine 1, l'induit déplagable 2, à partie intérieure 3 réglable éventuellement au moyen d'un filet et portant la tige de traction 6, par l'élément 4- opposé à l'induit et la pièce 5 ' complétant le corps de 1''électro-aimant.
L'induit 2 est muni d'une surface conique creuse 7 et en outre une saillie 8 de préférence cylindrique, s'engageant dans un évidement 9 de l'élément 4 opposé à l'induit.
De cette manière il est obtenu que deux caractéristiques de forces de levage magnétiques se superposent, la préférence pouvant être donnée suivant l'invention à l'une'ou l'autre de ces caractéristiques, afin d'obtenir la caractéristique voulue de la force de levage de ],]induit, On donne l'avantage à la construction dans laquelle l'influence de,,;'la saillie 8 de l'induit est
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prépondérante par rapporta l'influence de l'élément d'induit7 conique creux.
Constructivement ceci est atteint en ce qu'au moins pendant une partie du mouvement de l'induit l'entrefer, des deux surfaces de l'évidement 9 et de la saillie 8 glissant l'une à côté de l'autrependant la course, est plus réduit que l'entref@ entre les autres éléments de l'induit et du pôle opposé. Une variante de cette caractéristique est une réalisation, dans la.quel- le la saillie s'engage exactement avec un peu dejeu dans l'évidement creux.
Dans le réglage de l'aimant il faut déterminer d'abord le rapport entre la caractéristique de levage de l'aimant conique et la caractéristique magnétique de la partie cylindrique par la fixation des différents diamètres des éléments 2 et 3. Apres cette détermination il est encore possible par suite du présent dispositif de déplacer la partie intérieure cylindrique 3 de l'induit par rapport à la partie 2, d'où les deux caractéristiques de la force de levage peuvent être déplacées réciproquement, afin d'obtenir ainsi les diagrammes voulus de la forme de levage.
Dans les diagrammes des Figs. 2 à 4 il est dessiné en pointillé une seconde caractéristique de levage, qui se forme, si 11 élément 'cylindrique 3 de l'induit au centre de l'aimant est déplacé, d'où. presque tous les cas de nécessité se présentant dans la pratique peuvent trouver leur solution.
Du fait que la partie 3 de l'induit peut être réglée d'une manière continue par rapport à la partie 2 de l'induit, il est évident qu'il est possible d'obtenir des valeurs intermédiaires entre les caractéristiques de la force de levage représentées dans les Figs. 2 à 4.
Des aimants représentés dans les Figs. 2 à 5 ci-jointes ressortent clairement les possibilités de construction pour l'aimant suivant l'invention. A gauche on voit toujours la réalisation
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constructive correspondante de l'aimant et à droite les caracté- ristiques de la force de levage y relatives. La position de l'in- duit est toujours montrée au moment correspondant au point s du diagramme y relatif, dessiné à cote.
La Fig. 2 montre l'exécution des surfaces de l'induit pour une caractéristique de la force de levage de l'aimant,, qui est maximum au point S et descend ensuite, pour voir agrandir à la fin de sa course sa force de maintien. De telles conditions de travail sont exigées plus particulièrement pour la commande de soupapes, clapets et vannes de réglage, qui par= suite de la force d'adhérence (friction collante dans le siège de la soupape) doi- vent être actionnés avec un moment de démarrage plus grand.
Si pour l'application en question il est exigé une hauteur de course plus réduite, mais par contre une force supérieure de leva- ge, alors l'élément de noyau 3 intérieur en forme de cylindre est déplacé de telle manière par rapport à la partie 2, que l'aimant se déplace suivant la caractéristique de levage en pointillé. Le moment maximum de l'aimant est atteint au point M.
La force de levage de l'aimant correspondant aux deux surfa- ces hachurées différemment du diagramme de la force de levage, est égale pour les deux cas, ce qui jusque présent n'a pu être atteint que par des moyens de transmission mécanique dans des aimants à courant continu.
L'exécution des faces de l'induit suivant la Fig. 3 donne une caractéristique de la force de levage avec une force de trac- tion restant constante sur toute la portée. Ce genre de caracté- ristique de la force de levage de l'aimant est indispensable pour lever des poids.
La partie cylindrique 3 de l'induit est dimensionnée de maniè- re telle que la oaraotéristjjque de la force de levage de la par- tie conique 2,de l'induit soit complétée de telle sorte qu'une
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force constante de levage soit obtenue. La position représentée de l'induit correspond au point 8 du diagramme correspondant de la force de levage, Si la partie 3 intérieure de forme cylindrique est déplacée par rapport à la partie 2 conique de l'induit, alors il peut être obtenu une caractéristique de la force de levage correspondant à la courbe en pointillé, Dans ce cas la course de l'aimant a été réduite, par contre la force de levage a augmenté.
Pour la surface des deux diagrammes, ce qui a été dit dans la description de la Fig. 2, est également valable dans le présent cas.
Dans la Fig. 4- l'exécution des faces de l'induit correspond une caractéristique ascendante de la force de levage telle qu'elle est indispensable, si l'aimant doit tendre un ressort. La position représentée de l'induit correspond à nouveau au point S du diagramme correspondant de la force de levage. Par déplacement de la partie 3 de l'induit il peut à nouveau être obtenu un moment supérieur, par contre une hauteur plus réduite de la course.
La Fig. 5 montre un aimant normal conique connu, ainsi que la caractéristique y relative, en général rarement utilisable en technique ; il faudrait que l'aimant soit exécuté à des dimensions sen- siblement plus grandes, d'oÙ de grandes surfaces de la, caractéris- tique de la force de levage sont coupées et le travail de levage proprement dit de l'aimant ne peut être utilisé.
Les présentes figures des faces de l'induit montrent en prindi- pe la superposition de deux caractéristiques de la force de levage, notamment la, caractéristique d'un a.imant conique à côté de la caractéristique de la force de levage d'un aimant à forme cylindrique de l'induit.
Comme dit plus haut la partie 3 de l'induit peut être exécutée en une forme plus ou moins différente de la forme cylindrique en vue de pouvoir réaliser des caractéristiques toutes spéciales de
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forces de levage.
Eventuellement on peut faire usage de plus de deux aimants spéciaux en vue d'obtenir une courbe voulue de la force de levage, en prenant soin cependant que les différents éléments de l'induit puissent toujours être réglés l'un par rapport à l'autre, afin d'épuiser toutes les possibilités d'adaptation pour la caractéris- tique de la force de levage.
Ainsi qu'il ressort des Figs. 2 à 4, l'aimant est exécuté de préférence de telle manière que pendant une partie considérable de la course l'entrefer existant sur la circonférence de la saillie 8 soit essentiellement plus étroit que l'entrefer entre la surface extérieure 7 de l'induit et la surface opposée correspondante. Il est préférable que la saillie 8 s'engage avec un jeu très faible dans l'évidement 9 de l'élément opposé de l'induit.
A l'occasion de la description des Figs. 6 et 7 il faut en. core souligner deux autres points de vue très importants.. D'abord il est possible par suite de l'exécution constructive suivant l'invention d'utiliser pour l'élément opposé de l'induit la con- ductibilité de matières ferromagnétiques mille fois supérieure à celle de l'air, afin d'empêcher déjà en présente de l'induit ouvert (c'est-à-dire position de départ de l'induit avant la traversée, de la course) la formation d'un champ de dispersion à l'aide d'un circuit magnétique dans le fer.
Ce circuit magnétique dans le fer existant de préférence déjà dans la position de départ de l'induit augmente ensuite constamment pendant la traversée de la course et est utilisé de cette manière pour influencer la caractéristique de la force de levage de l'aimant.
Pour mieux faire comprendre ces deux caractéristiques importantes de la présente invention, elles sont décrites en détail ci-après.
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Dans la Fig. 6 ci-jointe en coupe, est représenté un aimant piston, dans lequel la face de l'induit de l'élément 14 possède déjà un faible circuit magnétique dans le fer avec la saillie conique 16 en forme d'anneau de l'élément 11 opposé à l'induit. Cette disposition a pour conséquence un accroissement sensible du rendement de l'aimant pour des hauteurs normales de la course et il en résulte en outre cet autre avantage qu'il est possible de construire des aimants à grande course et ayant malgré cela un coefficient de rendement favorable. Grâce à cette disposition a été obtenue la possibilité de construire des aimants ayant une hauteur de course telle, qu'il fut impossible de la réaliser dans les aimants coniques de construction connue, présentant l'entrefer usuel entre l'induit et l'élément opposé.
Comme autre caractéristique essentielle le système du circuit magnétique dans le fer est exécuté de telle sorte que de ce fait la force de levage de l'aimant puisse être réglée efficacement, c'est-à-dire la force au début de la course peut être choisie plus ou moins grande suivant la forme constructive de l'élément opposé à l'induit, décisive pour le circuit magnétique dans le fer.
Lors de la traversée de la course la force d'attraction peut être constamment accrue, maintenue constante ou réduite au choix. Pen- dant l'attraction de l'aimant, l'élément opposé à l'induit exécute le réglage de la force de levage, de sorte que selon l'exécution correspondante de l'élément conique 16 en forme d'anneau il puisse être choisi une caractéristique constante, croissante ou décroissante de la force magnétique.
Afin d'expliquer plus en détail le procédé de levage proprement dit, un diagramme est joint à la Fig. 7. La courbe 1 montre la caractéristique de la force de levage de l'aimant représenté à la Fig. 6. Elle montre qu'il existe à travers la hauteur totale de la course une force restant sensiblement constante. Contraire-
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ment aux aimants connus jusque ce jour une telle caractéristique de levage ne pouvait être'obtenue dans des aimants coniques, puisque même pour des cônes de forme très pointue, il s'est manifesté un accroissement sensible de la force d'attraction vers la fin de la course par suite d'un décroissement du flux de dispersion.
La courbe 2 représente la section du fer pour le passage du flux en cm2 en fonction de la course. Cette courbe 2 représente le cas, dans lequel au début de la courte il existe déjà un faible circuit magnétique dans le fer qui empêche la possibilité de formation d'un champ de dispersion considérable à l'intérieur de l'aimant,perdu pour la force de levage proprement dite, Des que l'aimant a traversé un trajet réduit de la course une certaine section de fer 'devient disponible dans la saillie conique 16 en forme d'anneau pour le flux des lignes de force. L'accroissement de la section du fer pendant la course est fonction de l'angle d'inclinaison de l'élément conique 16 et détermine d'un m/m du trajet de la course à l'autre la force d'attraction de l'aimant.
L'inclinaison de la courbe 2 (représentée en deux points par les angles a et b) exprime donc une mesure pour la force d'attraction de l'aimant., Des recherches minutieuses démontrent qu'une caractéristique parfaitement horizontale de la force d'attraction conditionnerait non une forme rectiligne, mais légèrement courbée de la surface limite de l'anneau 16 conique de l'élément 11 opposé à l'induit.
L'aimant représenté dans la Fig. 6 montre une forme d'exécution pour une hauteur de course de 10 mima La force de l'induit 14 ne présente pas une forme conique, au contraire cet induit est un simple corps cylindrique. Par contre l'élément 11 opposé à l'induit porte un anneau 16 de forme conique qui règle la commande du flux magnétique.dès que l'induit 14 s'enfonce.
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Ainsi qu'il ressort de la Fig. 6, il existe déj au début de la course un circuit magnétique dans le fer à la pointe de l'anneau conique 16 sur l'élément 11 opposé à l'induit. Entre l'induit et cet anneau il n'existe qu'un entrefer de quelques dixièmes de m/m, qui doit être prévu, afin de faciliter le glissement entre l'induit et l'anneau de forme conique,. La bobine 12 et l'élément du bâti 13 ne présentent aucune modification nouvelle essentielle par rapport aux aimants connus jusqu'à présent, le tirant 15 est exécuté en une matière non magnétique.
Les mêmes raisonnements peuvent être appliqués à des aimants pour courant alternatif et courant triphasé et également dans ces cas ils mènent à des constructions d'aimants surclassant ce loin par leur rendement les constructions actuelles.
Résumé.
1. Electro-aimant en forme de pot avec induit de forme essentiellement cylindrique au moins partiellement et un élément opposé à l'induit portant un creux, dans lequel l'induit s'enfonce pendant la course, caractérisé en ce que la partie enveloppant le creux de l'élément (1) opposé à l'induit présente une section augmentant dans la direction de levage et adaptée à la caractéris- tique d'attraction voulue.
2. Electro-aimant selon 1, caractérisé en ce que la partie enveloppant le creux de l'élément opposé à l'induit se termine en une arête étroite en forme d'anneau, cette partie de l'élément opposé à l'induit présentant de préférence une surface extérieure conique et une surface intérieure cylindrique.
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