Dispositif comprenant un moteur électromagnétique La présente invention a pour objet un dispositif comprenant un moteur électromagnétique et qui peut constituer, par exemple, un relais, un dispositif à rochet, ou qui peut actionner un interrupteur de cir cuit ou d'autres appareils.
La plupart des dispositifs connus de ce genre comprennent, en plus de l'entrefer actif du noyau, plusieurs autres entrefers, et ce, en raison du modèle, de la construction et des méthodes d'assemblage uti lisées. Ces entrefers non actifs peuvent être de petite dimension, toutefois ce sont eux qui sont responsa bles, entre autres, des pertes découlant des flux de fuite magnétique.
La partie active de ces dispositifs, à savoir l'armature, est généralement articulée par charnière à un point du noyau magnétique, formant, de ce fait, à une des extrémités, un raccord mobile ayant une résistance magnétique élevée, tandis qu'à l'autre extrémité est prévue une sorte de palier entre deux surfaces du circuit magnétique qui, en tenant compte des procédés de fabrication usuels, procure un contact entre des parties ayant un entrefer spécifi que, non actif, constituant une autre résistance ma gnétique élevée.
En ne tenant pas compte des autres entrefers existant entre des raccords de parties non mobiles des dispositifs magnétiques usuels, il semble juste de remarquer que ces deux résistances magnéti ques principales et les fuites magnétiques qu'elles en- trament, doivent être tenues pour responsables d'une partie importante des ampère-tours nécessaires pour ces dispositifs. Les constructions usuelles, mention nées plus haut, des circuits magnétiques ne permettent normalement que la disposition d'une seule bobine d'alimentation, à savoir sur un bras stationnaire du noyau magnétique et qui, de plus, se situe à un écar tement considérable de l'armature rotative.
Ces cons tructions traditionnelles de dispositifs électromagné tiques utilisent normalement au moins un ressort qui ramène l'armature à sa position de repos lorsque l'ali mentation de la bobine est interrompue. Chacun de ces ressorts de rappel nécessite généralement plu sieurs pièces de montage additionnelles qui doivent être incorporées dans les constructions connues.
En tenant compte de ce qui précède, la présente. invention vise à procurer un dispositif qui supprime tous les entrefers non actifs, toutes les résistances magnétiques à l'exception de la seule fonctionnelle et, en outre, le ressort de rappel mécanique, ce dispositif étant extrêmement simple et compact, d'une efficacité des plus avantageuses et ayant un minimum de pièces individuelles de dimensions économiques.
L'invention permet de ne pas tenir compte pra tiquement de l'énergie requise pour l'aimantation de la partie métallique du circuit magnétique, de calcu ler les ampère-tours requis pour l'aimantation du seul entrefer actif et de disposer la bobine à l'endroit le plus efficace, à savoir en travers et autour de cet entrefer. Du fait que le noyau magnétique du dispo sitif est constitué par plusieurs lamelles à perméa bilité élevée et à grains orientés, on obtient automati quement les avantages supplémentaires suivants : le dispositif fonctionne plus économiquement en raison de la réduction des pertes dans le noyau, il est tout aussi approprié pour fonctionner à courant continu et à courant alternatif qu'à des fréquences différentes.
D'autre part, du fait que le noyau est lamellé, il peut servir en tant que ressort, ce qui permet de supprimer le ressort de rappel mécanique de l'armature et ses pièces de montage, nécessaires antérieurement. Un autre avantage découle du fait que la bobine est dis posée à l'endroit le plus efficace, étant donné que de ce fait les fuites magnétiques sont réduites, ce qui permet d'obtenir une action particulièrement efficace du circuit magnétique et une bobine d'excitation ayant des dimensions beaucoup plus réduites que cel les des dispositifs habituels. Par conséquent, ceci se traduit par des économies considérables en matière, en poids total, et en frais pour le circuit magnétique et tout le dispositif.
Ces facteurs peuvent être d'une importance déterminante lorsque l'on utilise dans une installation de nombreux dispositifs, afin de mainte nir au minimum tant le poids total que la consomma tion en courant électrique de l'installation.
Le dispositif selon l'invention peut être utilisé en tant que moteur proprement dit, pour déplacer des pièces mécaniques ; il peut constituer un relais élec tromagnétique ou un dispositif analogue à un solé noïde électromagnétique ; il peut enfin être utilisé en tant que dispositif tâteur ou de déclenchement des dispositifs électriques de signalisation ou de protec tion tels que des interrupteurs de circuit, ou en tant que vibrateur engendrant des effets électriques, acous tiques ou visuels.
Quelques formes d'exécution du dispositif selon l'invention sont représentées, à titre d'exemple, aux dessins annexés. La fig. 1 représente, en élévation frontale et en coupe transversale, le moteur électro magnétique d'une forme d'exécution<B>;</B> la fig. 2 en est une vue d'extrémité ; la fig. 3 représente une éléva tion frontale d'une forme d'exécution comprenant un dispositif mécanique à rochet entraîné par ledit mo teur électromagnétique ;
la fig. 4 représente une élé vation frontale d'un autre dispositif à rochet pouvant être entraîné par ledit moteur électromagnétique ; la fig. 5 représente, en élévation frontale et en coupe transversale, un relais électromagnétique dans lequel ledit moteur électromagnétique actionne les contacts ;
la fig. 6 est une vue en plan schématique de la plaque à bornes du relais, illustrant la disposition des con tacts mobiles et stationnaires ; la fig. 7 représente, en élévation frontale et en coupe transversale, une forme d'exécution analogue à un solénoïde ; la fig. 8 représente, en élévation frontale et en coupe trans versale, des détails d'un dispositif analogue mais du type à poussée<B>;</B> la fig. 9 est une vue schématique et en élévation frontale d'un dispositif agissant en tant que moyen tâteur ou de déclenchement d'un inter rupteur de circuit électrique ;
et la fig. 10 représente, schématiquement en une élévation frontale, un dis positif agissant en tant que vibrateur électromagné tique.
Aux dessins, des repères identiques sont utilisés pour des pièces identiques ou équivalentes et plus particulièrement aux fig. 1 et 2, le moteur électro magnétique en général est représenté dans la position de repos et comprend un noyau 10 formé par des lamelles en fer 12 qui constituent le circuit magnéti que d'une bobine d'excitation 14. Ce noyau 10 est disposé par rapport à la bobine 14 de manière que la seule fente d'air active 16 soit située à l'intérieur de l'espace 18 de la bobine et au centre de la lon gueur de cette dernière. Les lamelles 12 du noyau sont mises en pile compacte aux extrémités 20, 20' et le long des bras 22, 22' du noyau, toutefois elles sont plus légèrement empilées le long de la culasse 24 du noyau.
La pile de lamelles est fixée par deux pinces en une matière non ferreuse 26, 26' disposées de manière à se placer à niveau des faces soigneuse ment usinées 28, 28' du noyau 10. Les pinces 26, 26' peuvent être formées par des sections de tubes solides, dans ce cas particulier carrés, si le dispositif est mis en oeuvre avec une source de courant conti nu ; toutefois elles doivent être fendues ou en forme de C, ainsi que représenté à la fig. 2, si la bobine est alimentée en courant alternatif, afin d'exclure un court-circuit secondaire.
Si, dans des cas spécifiques, il est nécessaire que le moteur fonctionne sans ron flement, il est possible de prévoir un anneau-écran (non représenté et bien connu dans ce genre de dis positif), disposé sur la face 28 du noyau 10. Le noyau 10 est disposé dans un espace 32 subsistant entre des prolongements 34, 34' du corps de bobine 14. Le corps de bobine 14 est équipé d'un nombre appro prié de spires 36 en fil isolé d'une épaisseur appro priée pour pouvoir s'adapter tant aux caractéristiques de l'alimentation en courant électrique qu'aux besoins des différentes opérations à effectuer par le moteur électromagnétique. Les conducteurs 38, 38' de la bobine sont fixés aux bornes 40, 40' qui peuvent être disposées sur deux des quatre prolongements 34 ou 34' du corps de bobine.
En tenant compte de ce qui a été dit dans l'introduction à ce sujet, la bobine 14 peut être axialement très courte, par exemple égale à la longueur de l'entrefer 16 subsistant entre les fa ces 28, 28' du noyau. Ceci, de son côté, facilite l'in sertion et le montage du noyau en fer 10.
Le fonctionnement du moteur électromagnétique décrit est le suivant: si la bobine 14 est connectée à une source de courant électrique par l'intermé diaire de ses bornes 40, 40', peu importe que cette source soit du type continu ou alternatif, elle est ali mentée en courant et engendre un champ magnétique dans la fente d'air 16 et dans le circuit magnétique, à savoir dans le noyau en fer 10 disposé partiellement dans l'espace intérieur 18 de la bobine 14 et entouré par la bobine 14, au moyen des bras, 22, 22' et de la culasse 24, ces dernières trois pièces du noyau formant partie intégrante avec les extrémités 20, 20' du noyau. En raison de la force magnétique qui en découle, les faces 28, 28' du noyau s'attirent mutuel lement et restent attirées aussi longtemps que la bobine 14 est alimentée en courant.
En ouvrant le circuit électrique relié aux bornes 40, 40' de la bo bine et en interrompant le courant vers la bobine 14, le noyau en fer 10 agit en tant que ressort et sépare les faces 28, 28' qui retournent à la position repré sentée à la fig. 1. Il est évident que ce sont les lamel les légèrement empilées de la culasse 24 du noyau 10 qui permettent cette action élastique de tout le noyau et qu'il ne faut pas prévoir un ressort de rappel mé canique supplémentaire.
Il convient d'énumérer ici les autres caractéristiques importantes de ce moteur électromagnétique: a) le circuit magnétique ne coin- prend qu'une simple pièce servant tant comme l'ar mature connue traditionnellement que comme noyau n'ayant ni charnière ni pièce de butée ou fentes d'air autres que la seule nécessaire pour des raisons de fonctionnement.
Il en découle un circuit magnétique ayant le moins de répulsion magnétique possible ; b) le fait que le noyau est lamellé, afin de procurer l'ac tion d'un ressort mécanique, permet d'adapter le dis positif aux opérations tant à courant continu qu'à courant alternatif en obtenant essentiellement des résultats équivalents ; c) des rugosités quelconques ou des faces inégales des lamelles individuelles, sub sistant ou se formant sur les faces 28, 28' du noyau, ne s'opposent normalement en rien à la fermeture totale de la fente d'air active 16, étant donné qu'elles s'aplanissent et s'alignent automatiquement avec les irrégularités correspondantes et complémentaires de l'autre face du noyau, et ce, en raison des extrémités du noyau 22, 22' flottant librement.
Le fait que la seule fente d'air se ferme automatiquement réduit en outre toute répulsion magnétique qui aurait pu sub sister ; d) outre les propriétés mentionnées ci-dessus et procurant tant une réduction considérable des ré pulsions magnétiques, jusqu'à des valeurs pouvant être acceptées dans la pratique, qu'un accroissement important de la perméabilité magnétique de tout le circuit magnétique, la perméabilité est accrue par le choix de lamelles en une matière, par exemple en alliage, hautement perméable et à orientation des grains pour la construction du noyau 10.
Le moteur électromagnétique décrit peut remplir différentes fonctions dans les formes d'exécution suivantes Lorsque le moteur électromagnétique est utilisé pour faire tourner un organe, une des exécutions possibles peut comprendre les éléments représentés schématiquement à la fig. 3. Par rapport à la bobine 14, le noyau 10 est disposé de la manière décrite plus haut et comprend les lamelles 12, les pinces 26, 26' et également, au besoin, un anneau-écran (non repré senté). Une roue à rochet 42, montée sur un arbre 44, est disposée à proximité du moteur.
Deux mani velles 46, 46' sont fixées aux bras 22, 22' formés par les lamelles fermement empilées, et ce, au moyen des bandes 48, 48', et l'autre extrémité des manivel les est équipée de cliquets 50, 50' pivotant autour de deux axes 52, 52'. Des ressorts mécaniques 54, 54', disposés sur les manivelles correspondantes 46, 46' appliquent les cliquets 50, 50' contre la roue à rochet 42. Un cliquet d'arrêt 51 tournant autour d'un axe stationnaire 53 et prétendu par un ressort méca nique 55 engage la roue à rochet 42 de manière à empêcher l'inversion du sens de rotation de cette der nière. Le fonctionnement du dispositif ainsi consti tué s'explique par lui-même et par la description don née du moteur électromagnétique.
En outre, il est évident qu'un seul ensemble manivelle-cliquet 46, 50 peut suffire pour obtenir l'action motrice voulue, pour autant que l'autre bras de noyau 22, dépourvu de manivelle, soit fixe par rapport au reste du dispositif. Inversement, une rotation plus continue ou plus ra- pide de la roue à rochet peut être obtenue si la manivelle 46 est remplacée par une manivelle plus longue 46" ayant un cliquet inversé 50" appliqué par son ressort mécanique 54" contre la roue 42, ainsi que représenté à la fig. 4.
Il est évident que de nom breuses combinaisons cliquet-roue à rochet addition nelles sont possibles afin d'obtenir des mouvements spécifiques de l'arbre 44 de la roue à rochet. Il est également évident que le mouvement de l'arbre 44 peut être utilisé pour la mise en oeuvre d'une variété infinie d'applications nécessitant des propulsions dans un seul sens, ou bien réversibles ou bien encore oscil lantes.
Un relais électromagnétique comprenant le mo teur électromagnétique décrit, est représenté à la fig. 5. Le noyau lamellé en fer 10 est disposé dans et autour de la bobine 14 d'une manière similaire à celle indiquée pour la disposition de la fig. 1 ; il est donc disposé dans les espaces 32, 32' des prolongements 34, 34' du corps de bobine. D'autres prolongements 56, 58, 60 du corps de bobine servent en tant qu'élé ments d'espacement pour le moteur dans l'enceinte de relais 62 et par rapport aux contacts de relais 64, 66, 68. Un autre prolongement du corps de bobine 70 sert en tant que palier de fixation pour une bro che 72 portant un levier 74.
L'extrémité supérieure 76 de ce dernier s'engage dans un oeillet 78 poinçonné dans un prolongement 80 d'une pince 82. Tout com me la pièce correspondante 26 du moteur de la fig. 1, cette pince 82 fixe les lamelles 12 du noyau 10 de la manière décrite plus haut.
Les contacts stationnai res, à savoir ceux repérés par 64 et 68, ainsi que le contact mobile repéré par 66, sont exécutés en une matière conduisant le courant, mais élastique, telle que du cuivre au beryllium ou du bronze phospho reux et, à l'une des extrémités, ils sont fixés en per manence aux extrémités intérieures de broches 84, 86, 88 traversant une plaque à bornes et disposées ainsi que représenté à la fig. 6. En outre, la fig. 6 représente les contacts et broches 90, 92, 94 d'un autre jeu de contacts unipolaires de commutation, ce qui fait ressortir les caractéristiques bipolaires de commutation de cette forme d'exécution particulière.
Les deux autres broches 96, 98 de la plaque à bornes sont utilisées en tant que bornes de bobine et les deux conducteurs de bobines 100, 102 sont en permanence fixés à la partie intérieure desdites broches. Afin d'éviter des pertes diélectriques et d'isoler les circuits électriques, une plaque isolante 104 est disposée directement contre la plaque à bornes 106. Cette der nière comprend le nombre requis de broches 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96 et 98, noyées dans des isolateurs en verre 108 qui sont fixés à la plaque à bornes 106. Cette dernière présente un dégagement 110 pour per mettre la pose de l'enceinte de relais 62 ainsi que sa fixation subséquente. En cas de besoin, le noyau 10 peut être fixé au moyen d'une pince 112 entre les prolongements 34 du corps de bobine.
L'enroulement de la bobine est disposé dans la partie 114 du corps de bobine 14. Dans ce cas également, le fonctionnement du re lais comprenant le moteur électromagnétique, s'expli que aisément. Lorsque la bobine 14 est reliée à une source de courant électrique au moyen de ses bornes 96, 98, elle est alimentée en courant, elle aimante le noyau 10 et engendre l'attraction mutuelle des faces des pôles. Ceci engendre la rotation du levier 74 au tour de la broche 72 et le déplacement des contacts mobiles, tels que celui représenté en 66, qui restent dans cette position aussi longtemps que la bobine 14 est alimentée en courant.
En interrompant l'alimenta tion de la bobine, les pièces du relais avec les contacts mobiles retournent à la position normale indiquée aux fig. 5 et 6. Il est à noter que le relais représenté comprend un minimum de pièces telles que des bro ches, des vis, des écrous, ce qui accroît considérable ment la sécurité du service. En outre, les pièces mobi les du relais sont parfaitement équilibrées, ce qui pro cure une construction qui résiste aux influences défa vorables, telles que des chocs, des vibrations et des accélérations.
L'absence de pièces de montage usuel les permet de réduire les dimensions de ce relais ainsi que de le fabriquer d'une manière économique à la dimension voulue afin de lui permettre d'absor ber des charges électriques d'une valeur considérable. Dans ce dernier cas, le relais sera équipé de moyens de montage résistants plutôt que de la plaque à bor nes du type à fiches.
Une autre forme d'exécution est représentée sché matiquement à la fig. 7. On reconnaît clairement le moteur comprenant le noyau lamellé en fer 10 dis posé à l'intérieur et autour de la bobine d'excitation 14, ces deux parties étant installées dans une en ceinte 116 et cette dernière étant munie de moyens de montage 118. Une pince 26 est prévue comme dans les dispositifs précédents, tandis que l'autre pin ce 120 est munie d'un prolongement 120' permet tant l'assemblage à un raccord 122 qui, à son tour, engage par son extrémité opposée un plongeur 124. L'autre extrémité de ce dernier est munie d'un moyen 126 servant à fixer les organes qui doivent être ac tionnés par le dispositif.
Le plongeur 124 est guidé par une douille 128 qui fait partie du boîtier 116 du dispositif. A moins que le dispositif ne soit utilisé pour actionner simultanément deux plongeurs, le bras de noyau 22 est maintenu fixe par rapport au boîtier au moyen d'une nervure 130 qui forme partie inté grante du corps de bobine 14. Un couvercle (non re présenté) peut être disposé au-dessus de l'enceinte et peut être fixé à cette dernière au moyen de vis corres pondant aux forages 132. Le forage 134 de la douille 128 peut être de section transversale ronde ou poly gonale. Cette dernière forme empêche tout jeu du plongeur, ainsi que des dommages pouvant éventuel lement être infligés aux pièces du dispositif.
Les con ducteurs de bobine 136, 136' de l'enroulement 36 sont amenés par l'intermédiaire d'une plaque isolante 137 à deux bornes 138, 138' susceptibles d'être re liées à une source de courant électrique. Tandis que le dispositif représenté à la fig. 7 est du type à trac- tion, celui du type à poussée peut être obtenu aisé ment au moyen de plusieurs mécanismes et raccords bien connus. De toute façon, le dispositif envisagé ici, équipé d'un moteur électromagnétique, constitue à ce point de vue également un perfectionnement considé rable par rapport à ce qui est connu.
Afin d'obtenir un dispositif du type à poussée, il suffit de remplacer l'ensemble à pinces 26, 120, 120' par celui compre nant les pièces 26', 120" et 120"' et d'immobiliser le bras 22' du noyau par rapport à tout l'ensemble du dispositif au moyen d'un prolongement 130' ainsi que représenté à la fig. 8. Dans ce cas également, le raccord 122 sert à la liaison avec le plongeur 124.
Le fonctionnement de ce dispositif s'explique aisé ment. Lorsque la bobine de solénoïde 14 est connec tée à une source de courant électrique, elle est ali mentée en courant et aimante le noyau 10, ce qui engendre l'attraction des faces 28 du noyau et une action de poussée ou de traction du plongeur 124, selon le mécanisme envisagé. En interrompant le cou rant électrique, la position normale est rétablie, ainsi qu'il ressort des fig. 7 ou 8.
Un dispositif à moteur électromagnétique agissant en tant qu'élément de déclenchement d'un interrup teur de circuit électrique est représenté schématique ment à la fig. 9. Le moteur électromagnétique com prenant le noyau 10 et la bobine 14 est disposé sur une plaque de base 140 de l'interrupteur de circuit de manière qu'un prolongement de forme appropriée 142 porté par l'une des pinces du noyau arrête ou re lâche un mécanisme d'interruption de circuit. L'autre pince 26 du noyau est prévue de manière usuelle. En raison de la simplicité du mécanisme d'interruption de circuit, choisi au hasard, il peut être avantageux de décrire sa construction en même temps que son fonctionnement.
L'interrupteur de circuit représenté dans la position fermée, est relié à une source de cou rant électrique au moyen de ses bornes 144, 146. Son circuit interne, commençant par exemple à la borne 144, continue en série, par l'intermédiaire d'un conducteur 148, vers la bobine 14, ensuite par l'inter médiaire d'un conducteur flexible 150 vers un contact mobile d'interruption de circuit 152 et vers un con tact stationnaire 154 qui peut former partie intégrante avec l'autre borne 146 de l'interrupteur de circuit. La bobine 14 est exécutée de manière à pouvoir con duire un courant limité pendant une période indéfinie et le noyau en fer 10 est exécuté de manière à rester inactif s'il est aimanté par la force magnétomotrice engendrée par ce courant dans la bobine.
Toutefois, sous une surcharge ou un courant excessif et en te nant compte de ce que le bras 22 du noyau est rendu stationnaire par le prolongement 156 du corps de bobine, le bras 22' libre du noyau est attiré vers l'au tre, entraîne le prolongement de pince 142 du type à verrou et relâche le contact mobile 152. Ceci est facilité au moyen d'un ressort de compression 158 qui fait tourner le contact mobile 152 autour d'un palier 160 formé par le bord d'un organe en U 162, et ce, indépendamment d'une poignée 164 qui pivote autour d'un axe 165.
Le circuit en série est mainte nant ouvert ce qui, non seulement élimine la sur charge, éventuellement dangereuse qui avait existé antérieurement, mais interrompt également l'alimenta tion de la bobine du moteur électromagnétique et pro cure son retour à la position représentée à la fig. 9. Le déclenchement relâche en outre la force transmise du contact mobile 152 à l'organe 162 et, ensuite, à la poignée 164, de manière que cette dernière puisse tourner vers sa position ouverte sous l'action d'un ressort de rappel (non représenté). Ceci permet que le ressort 158 soulève le contact mobile<B>152,</B> repo sant maintenant sur le bord 160 de l'organe 162, pré parant ainsi tout l'ensemble d'interruption de circuit pour l'opération suivante de fermeture du circuit.
Différentes pièces conventionnelles de l'interrupteur de circuit, bien connues mais qui ne sont pas essen tielles à la compréhension du fonctionnement du dis positif représenté, ont été omises afin de ne pas en combrer le dessin. Il est également à noter que l'inter rupteur de circuit décrit n'est que du type unipolaire ; toutefois il est également approprié pour le contrôle d'interrupteurs multipolaires d'un type ou d'une puis sance quelconque.
Le dispositif à moteur électromagnétique peut également constituer un vibreur fonctionnant rapide ment et sans perte sous des pulsations, soit externes, soit engendré par autogénération. Tandis que le premier mode de fonctionnement s'explique par lui- même, le dernier est décrit à l'appui d'un dispositif à moteur électromagnétique représenté schématique ment à la fig. 10.
Le noyau en fer 10, disposé dans et autour de la bobine d'excitation 14, est équipé d'une simple pince 26 à une des extrémités du noyau et qui est immobi lisée par un prolongement 171 du corps de bobine, tandis que l'autre extrémité du noyau porte une pince 170 munie d'un bras allongé<B>172</B> portant à son extré mité deux points de contact 174 et 176 correspon dant respectivement à des points de contact station naires 174' et 176'.
Si le dispositif représenté à la fig. 10 est connecté à une source de courant continu, la bobine 14 est alimentée en courant, engendrant ainsi l'aimantation du noyau 10, l'attraction mutuelle des faces 28 de ce dernier, la fermeture des contacts 174 et 174' et le court-circuitage et l'interruption de cou rant subséquente dans le circuit de la bobine. L'ac tion élastique du noyau 10 procure alors l'ouverture des contacts 174, 174' et, en raison de l'action de recul, la fermeture des contacts 176, 176', toutefois seulement momentanément étant donné que le court- circuit de la bobine a été supprimé et que le circuit de bobine a été rétabli.
De ce fait, on obtient une vibration du noyau du moteur électromagnétique qui continue aussi longtemps que le circuit représenté à la fig. 10 est alimenté en courant. Le dispositif par ticulier représenté est utilisé pour convertir le courant continu en courant alternatif, et comprend un trans formateur.