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.
Device comprising an electromagnetic motor The present invention relates to a device comprising an electromagnetic motor and which can constitute, for example, a relay, a ratchet device, or which can actuate a circuit switch or other devices.
Most of the known devices of this kind include, in addition to the active air gap of the core, several other air gaps, due to the design, construction and assembly methods used. These non-active air gaps may be small, however it is they which are responsible, among other things, for losses arising from magnetic leakage fluxes.
The active part of these devices, namely the armature, is generally hinged to a point of the magnetic core, thereby forming, at one end, a movable connection having a high magnetic resistance, while at the end. The other end is provided with a kind of bearing between two surfaces of the magnetic circuit which, taking into account the usual manufacturing methods, provides contact between parts having a specific, inactive air gap, constituting another high magnetic resistance.
By not taking into account the other air gaps existing between the connections of non-moving parts of the usual magnetic devices, it seems fair to notice that these two main magnetic resistances and the magnetic leaks which they cause, must be held responsible for a significant portion of the ampere-turns required for these devices. The usual constructions, mentioned above, of magnetic circuits normally only allow the arrangement of a single supply coil, namely on a stationary arm of the magnetic core and which, moreover, is situated at a considerable distance from the rotating frame.
These traditional constructions of electromagnetic devices normally use at least one spring which returns the armature to its rest position when the supply to the coil is interrupted. Each of these return springs generally requires several additional mounting parts which must be incorporated into known constructions.
Taking into account the above, this. The invention aims to provide a device which eliminates all non-active air gaps, all magnetic resistances except the only functional one and, in addition, the mechanical return spring, this device being extremely simple and compact, with an efficiency of more advantageous and having a minimum of individual parts of economic dimensions.
The invention makes it possible not to take into account in practice the energy required for the magnetization of the metal part of the magnetic circuit, to calculate the ampere-turns required for the magnetization of the only active air gap and to place the coil at the most effective place, namely across and around this air gap. Due to the fact that the magnetic core of the device consists of several lamellae with high permeability and oriented grain, the following additional advantages are automatically obtained: the device operates more economically due to the reduction of losses in the core, it is just as suitable to operate with direct current and alternating current as at different frequencies.
On the other hand, because the core is laminated, it can serve as a spring, which makes it possible to eliminate the mechanical return spring of the frame and its mounting parts, previously necessary. Another advantage derives from the fact that the coil is placed in the most efficient place, since therefore magnetic leakage is reduced, which allows to obtain a particularly efficient action of the magnetic circuit and a coil of excitation having dimensions much smaller than those of the usual devices. Therefore, this results in considerable savings in material, total weight, and expense for the magnetic circuit and the entire device.
These factors can be of decisive importance when using numerous devices in an installation, in order to keep both the total weight and the electrical current consumption of the installation to a minimum.
The device according to the invention can be used as an actual engine, to move mechanical parts; it can constitute an electromagnetic relay or a device similar to an electromagnetic solenoid; it can finally be used as a feeling or triggering device for electrical signaling or protection devices such as circuit switches, or as a vibrator generating electrical, acoustic or visual effects.
Some embodiments of the device according to the invention are shown, by way of example, in the accompanying drawings. Fig. 1 shows, in front elevation and in cross section, the electromagnetic motor of an embodiment <B>; </B> in FIG. 2 is an end view; fig. 3 shows a front elevation of an embodiment comprising a mechanical ratchet device driven by said electromagnetic motor;
fig. 4 shows a front elevation of another ratchet device capable of being driven by said electromagnetic motor; fig. 5 shows, in front elevation and in cross section, an electromagnetic relay in which said electromagnetic motor operates the contacts;
fig. 6 is a schematic plan view of the relay terminal board, illustrating the arrangement of the mobile and stationary contacts; fig. 7 shows, in front elevation and in cross section, an embodiment similar to a solenoid; fig. 8 shows, in front elevation and in cross section, details of a similar device but of the push type <B>; </B> FIG. 9 is a schematic front elevational view of a device acting as feeler or trigger means of an electrical circuit switch;
and fig. 10 shows, schematically in front elevation, a positive device acting as an electromagnetic vibrator.
In the drawings, identical references are used for identical or equivalent parts and more particularly in FIGS. 1 and 2, the electromagnetic motor in general is shown in the rest position and comprises a core 10 formed by iron lamellas 12 which constitute the magneti circuit of an excitation coil 14. This core 10 is arranged by relative to the coil 14 so that the only active air slot 16 is located inside the space 18 of the coil and at the center of the length of the latter. The lamellae 12 of the core are packed in a compact stack at the ends 20, 20 'and along the arms 22, 22' of the core, however they are more lightly stacked along the yoke 24 of the core.
The stack of lamellae is fixed by two clamps of a non-ferrous material 26, 26 'arranged so as to be placed level with the carefully machined faces 28, 28' of the core 10. The clamps 26, 26 'can be formed by sections of solid tubes, in this particular case square, if the device is used with a direct current source; however, they must be split or C-shaped, as shown in fig. 2, if the coil is supplied with alternating current, in order to exclude a secondary short circuit.
If, in specific cases, it is necessary for the motor to operate without humming, it is possible to provide a screen ring (not shown and well known in this type of positive device), arranged on face 28 of core 10. The core 10 is arranged in a space 32 remaining between extensions 34, 34 'of the coil body 14. The coil body 14 is equipped with an appropriate number of turns 36 of insulated wire of an appropriate thickness to be able to adapt both to the characteristics of the electric current supply and to the needs of the various operations to be carried out by the electromagnetic motor. The conductors 38, 38 'of the coil are attached to the terminals 40, 40' which can be arranged on two of the four extensions 34 or 34 'of the coil body.
Taking into account what has been said in the introduction on this subject, the coil 14 can be axially very short, for example equal to the length of the air gap 16 remaining between the fa ces 28, 28 'of the core. This, in turn, facilitates the insertion and assembly of the iron core 10.
The operation of the electromagnetic motor described is as follows: if the coil 14 is connected to a source of electric current through its terminals 40, 40 ', it does not matter whether this source is of the direct or alternating type, it is ali current and generates a magnetic field in the air gap 16 and in the magnetic circuit, namely in the iron core 10 partially disposed in the interior space 18 of the coil 14 and surrounded by the coil 14, by means of arms 22, 22 'and yoke 24, the latter three parts of the core forming an integral part with the ends 20, 20' of the core. Due to the resulting magnetic force, the faces 28, 28 'of the core attract each other and remain attracted as long as the coil 14 is supplied with current.
By opening the electric circuit connected to the terminals 40, 40 'of the coil and interrupting the current to the coil 14, the iron core 10 acts as a spring and separates the faces 28, 28' which return to the position shown. felt in fig. 1. It is obvious that it is the slightly stacked lamellas of the yoke 24 of the core 10 which allow this elastic action of the whole core and that it is not necessary to provide an additional mechanical return spring.
The other important characteristics of this electromagnetic motor should be listed here: a) the magnetic circuit takes only a single part serving both as the traditionally known artery and as a core having neither hinge nor stop part or air gaps other than just needed for operational reasons.
This results in a magnetic circuit having as little magnetic repulsion as possible; b) the fact that the core is laminated, in order to provide the action of a mechanical spring, enables the device to be adapted to both direct current and alternating current operations, obtaining essentially equivalent results; c) any roughness or uneven faces of the individual lamellae, existing or forming on the faces 28, 28 'of the core, do not normally oppose the total closure of the active air gap 16, given that they automatically flatten and align with the corresponding and complementary irregularities of the other face of the core, due to the ends of the core 22, 22 'floating freely.
The fact that the single air gap automatically closes further reduces any magnetic repulsion that may have occurred; d) in addition to the properties mentioned above and providing both a considerable reduction in magnetic repulses, up to values which can be accepted in practice, and a significant increase in the magnetic permeability of the entire magnetic circuit, the permeability is increased by the choice of lamellae of a material, for example an alloy, highly permeable and with grain orientation for the construction of the core 10.
The electromagnetic motor described can fulfill different functions in the following embodiments. When the electromagnetic motor is used to rotate a member, one of the possible embodiments may comprise the elements shown schematically in FIG. 3. With respect to the coil 14, the core 10 is arranged in the manner described above and comprises the strips 12, the clamps 26, 26 'and also, if necessary, a screen ring (not shown). A ratchet wheel 42, mounted on a shaft 44, is disposed near the motor.
Two cranks 46, 46 'are fixed to the arms 22, 22' formed by the firmly stacked slats, by means of the bands 48, 48 ', and the other end of the cranks is equipped with pawls 50, 50' pivoting around two axes 52, 52 '. Mechanical springs 54, 54 ', arranged on the corresponding cranks 46, 46' apply the pawls 50, 50 'against the ratchet wheel 42. A stop pawl 51 rotating around a stationary axis 53 and tensioned by a spring Mechanical 55 engages the ratchet wheel 42 so as to prevent the reversal of the direction of rotation of the latter. The operation of the device thus constituted is explained by itself and by the description given born of the electromagnetic motor.
Furthermore, it is obvious that a single crank-pawl assembly 46, 50 may suffice to obtain the desired driving action, as long as the other core arm 22, without the crank, is fixed with respect to the rest of the device. . Conversely, a more continuous or faster rotation of the ratchet wheel can be obtained if the crank 46 is replaced by a longer crank 46 "having an inverted pawl 50" applied by its mechanical spring 54 "against the wheel 42, as shown in Fig. 4.
Obviously, many additional ratchet-ratchet wheel combinations are possible in order to achieve specific movements of the ratchet wheel shaft 44. It is also evident that the movement of the shaft 44 can be used for the implementation of an infinite variety of applications requiring propulsions in only one direction, or else reversible or even oscillating.
An electromagnetic relay comprising the electromagnetic motor described is shown in FIG. 5. The laminated iron core 10 is disposed in and around the coil 14 in a manner similar to that shown for the arrangement of FIG. 1; it is therefore arranged in the spaces 32, 32 'of the extensions 34, 34' of the coil body. Other extensions 56, 58, 60 of the coil body serve as spacers for the motor in the relay enclosure 62 and from the relay contacts 64, 66, 68. Another extension of the spool body 70 serves as a mounting bearing for a spindle 72 carrying a lever 74.
The upper end 76 of the latter engages in an eyelet 78 punched in an extension 80 of a clamp 82. Just like the corresponding part 26 of the motor of FIG. 1, this clamp 82 fixes the strips 12 of the core 10 in the manner described above.
The stationary contacts, namely those marked by 64 and 68, as well as the moving contact marked by 66, are made of a material which conducts the current, but elastic, such as beryllium copper or phosphor bronze and, at the same time at one end, they are permanently attached to the inner ends of pins 84, 86, 88 passing through a terminal board and arranged as shown in FIG. 6. Further, FIG. 6 shows the contacts and pins 90, 92, 94 of another set of unipolar switching contacts, which highlights the bipolar switching characteristics of this particular embodiment.
The other two pins 96, 98 of the terminal board are used as coil terminals and the two coil conductors 100, 102 are permanently attached to the inner part of said pins. In order to avoid dielectric losses and to isolate the electrical circuits, an insulating plate 104 is placed directly against the terminal plate 106. The latter comprises the required number of pins 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96 and 98, embedded in glass insulators 108 which are fixed to the terminal plate 106. The latter has a clearance 110 to allow the installation of the relay enclosure 62 as well as its subsequent fixing. If necessary, the core 10 can be fixed by means of a clamp 112 between the extensions 34 of the coil body.
The winding of the coil is arranged in the part 114 of the coil body 14. In this case too, the operation of the coil comprising the electromagnetic motor is easily explained. When the coil 14 is connected to a source of electric current by means of its terminals 96, 98, it is supplied with current, it magnetizes the core 10 and generates the mutual attraction of the faces of the poles. This causes the rotation of the lever 74 around the pin 72 and the displacement of the movable contacts, such as that shown at 66, which remain in this position as long as the coil 14 is supplied with current.
By interrupting the coil supply, the parts of the relay with the moving contacts return to the normal position shown in fig. 5 and 6. It should be noted that the relay shown includes a minimum of parts such as pins, screws, nuts, which considerably increases the safety of the service. In addition, the moving parts of the relay are perfectly balanced, resulting in a construction that resists adverse influences, such as shocks, vibrations and acceleration.
The absence of customary assembly parts enables them to reduce the dimensions of this relay as well as to manufacture it economically to the desired dimension in order to enable it to absorb electric charges of considerable value. In the latter case, the relay will be fitted with heavy-duty mounting means rather than the plug-type terminal plate.
Another embodiment is shown schematically in FIG. 7. One clearly recognizes the motor comprising the laminated iron core 10 placed inside and around the excitation coil 14, these two parts being installed in an enclosure 116 and the latter being provided with mounting means 118. A clamp 26 is provided as in the previous devices, while the other pin 120 is provided with an extension 120 'both allows assembly to a connector 122 which, in turn, engages a plunger at its opposite end. 124. The other end of the latter is provided with a means 126 serving to fix the members which must be actuated by the device.
The plunger 124 is guided by a socket 128 which forms part of the housing 116 of the device. Unless the device is used to actuate two plungers simultaneously, the core arm 22 is held stationary relative to the housing by means of a rib 130 which forms an integral part of the spool body 14. A cover (not shown) ) can be arranged above the enclosure and can be fixed to the latter by means of screws corresponding to the boreholes 132. The borehole 134 of the sleeve 128 can be of round or poly gonal cross section. This last form prevents any play of the plunger, as well as damage that may possibly be inflicted on the parts of the device.
The coil conductors 136, 136 'of the winding 36 are supplied by means of an insulating plate 137 to two terminals 138, 138' capable of being re-linked to a source of electric current. While the device shown in FIG. 7 is of the pull type, that of the push type can be easily obtained by means of several well known mechanisms and fittings. In any event, the device envisaged here, equipped with an electromagnetic motor, also constitutes, from this point of view, a considerable improvement compared to what is known.
In order to obtain a device of the push type, it suffices to replace the clamp assembly 26, 120, 120 'by that comprising the parts 26', 120 "and 120" 'and to immobilize the arm 22' of the core with respect to the entire device by means of an extension 130 'as shown in FIG. 8. In this case too, the connector 122 serves as a connection to the plunger 124.
The operation of this device is easily explained. When the solenoid coil 14 is connected to a source of electric current, it is supplied with current and magnetizes the core 10, which generates the attraction of the faces 28 of the core and a pushing or pulling action of the plunger 124 , depending on the mechanism envisaged. By interrupting the electric current, the normal position is reestablished, as can be seen from fig. 7 or 8.
A device with an electromagnetic motor acting as a tripping element of an electric circuit interrupter is shown schematically in fig. 9. The electromagnetic motor comprising the core 10 and the coil 14 is disposed on a base plate 140 of the circuit switch so that an appropriately shaped extension 142 carried by one of the core clamps stops or resets. releases a circuit interrupt mechanism. The other clamp 26 of the core is provided in the usual way. Due to the simplicity of the circuit interrupt mechanism, chosen at random, it may be advantageous to describe its construction together with its operation.
The circuit switch shown in the closed position is connected to a source of electric current by means of its terminals 144, 146. Its internal circuit, starting for example at terminal 144, continues in series, through the intermediary of 'a conductor 148, to the coil 14, then through a flexible conductor 150 to a movable circuit interrupting contact 152 and to a stationary contact 154 which may form an integral part with the other terminal 146 of the circuit switch. The coil 14 is executed so as to be able to conduct a limited current for an indefinite period and the iron core 10 is executed so as to remain inactive if it is magnetized by the magnetomotive force generated by this current in the coil.
However, under an overload or excessive current and taking into account that the arm 22 of the core is made stationary by the extension 156 of the coil body, the free arm 22 'of the core is attracted towards the other. extension of the latch-type clamp 142 and releases the movable contact 152. This is facilitated by means of a compression spring 158 which rotates the movable contact 152 around a bearing 160 formed by the edge of a member. U 162, independently of a handle 164 which pivots about an axis 165.
The series circuit is now open, which not only eliminates the possibly dangerous overload which had existed previously, but also interrupts the supply to the electromagnetic motor coil and returns it to the position shown in fig. . 9. The trigger also releases the force transmitted from the movable contact 152 to the member 162 and, then, to the handle 164, so that the latter can rotate to its open position under the action of a return spring ( not shown). This allows the spring 158 to lift the movable contact <B> 152, </B> now resting on the edge 160 of the member 162, thus preparing the entire circuit breaker assembly for the next operation. circuit closure.
Various conventional parts of the circuit switch, well known but which are not essential to an understanding of the operation of the device shown, have been omitted in order not to clutter up the drawing. It should also be noted that the circuit breaker described is only of the unipolar type; however, it is also suitable for controlling multi-pole switches of any type or power.
The electromagnetic motor device can also constitute a vibrator operating rapidly and without loss under pulsations, either external or generated by self-generation. While the first mode of operation is self-explanatory, the last is described with the support of an electromagnetic motor device shown schematically in FIG. 10.
The iron core 10, disposed in and around the excitation coil 14, is equipped with a simple clamp 26 at one end of the core and which is immobilized by an extension 171 of the coil body, while the the other end of the core carries a clamp 170 provided with an elongated arm <B> 172 </B> carrying at its end two contact points 174 and 176 corresponding respectively to stationary contact points 174 'and 176'.
If the device shown in fig. 10 is connected to a direct current source, the coil 14 is supplied with current, thus causing the magnetization of the core 10, the mutual attraction of the faces 28 of the latter, the closing of the contacts 174 and 174 'and the short- circuiting and subsequent interruption of current in the coil circuit. The elastic action of the core 10 then provides the opening of the contacts 174, 174 'and, due to the recoil action, the closing of the contacts 176, 176', however only momentarily since the short circuit of the coil has been removed and the coil circuit has been reestablished.
As a result, a vibration of the core of the electromagnetic motor is obtained which continues as long as the circuit shown in fig. 10 is supplied with current. The particular device shown is used to convert direct current to alternating current, and includes a transformer.