EP0228964B1 - Electro-aimant à bobines toriques concentriques - Google Patents

Electro-aimant à bobines toriques concentriques Download PDF

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EP0228964B1
EP0228964B1 EP19860402884 EP86402884A EP0228964B1 EP 0228964 B1 EP0228964 B1 EP 0228964B1 EP 19860402884 EP19860402884 EP 19860402884 EP 86402884 A EP86402884 A EP 86402884A EP 0228964 B1 EP0228964 B1 EP 0228964B1
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yoke
coils
electromagnet
face
electromagnet according
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EP19860402884
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Pol Baptiste Louis Ducrot
Jean-Paul Cloup
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Automobiles Peugeot SA
Automobiles Citroen SA
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Automobiles Peugeot SA
Automobiles Citroen SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures

Definitions

  • Electromagnet with concentric toroidal coils are Electromagnet with concentric toroidal coils.
  • the present invention relates to an electromagnet and more particularly to a fast electromagnet with concentric O-rings.
  • the intrinsic power of an electromagnet is summed up by its ability to accelerate the mass of its moving part.
  • the electromagnet according to the invention is of the type in which the working faces of the two coils are substantially coplanar and in which the coils are arranged in housings of the cylinder head of a magnetic circuit whose movable non-laminated element is movable parallel to the axis of the coils, and the face of the cylinder head located on the side of the air gap having a frustoconical cavity, and the mobile element having on the air gap side a frustoconical face complementary to that of the cylinder head.
  • the electromagnet according to the invention is characterized in that the face of the mobile element opposite the air gap is in the form of a stepped cavity so that the volumes of this element traversed by the magnetic flux have, for each coil, trapezoidal axial sections.
  • the cylinder head can be laminated radially. This lamination can be achieved by stacking sheets cut according to n + 1 profiles for an electromagnet with n coils and arranged so as to optimize the expansion.
  • the stack can comprise sheets having n slots, sheets having (n-1) slots and so on, sheets having a slot, and sheets not split, these various sheets being superposed so as to form n clean annular passages. to house the coils.
  • the electromagnet according to the invention comprises a housing 1 which is fixed to a support 2 by screws 3 and has a central hub 4.
  • a laminated cylinder head designated as a whole by the reference 5.
  • This cylinder head is formed from the strips 6, 7 and 8 arranged radially side by side.
  • the strips 6 have a section at E ( Figure 3.1) and therefore have two slots 9a and 9b; they extend between the hub 4 and the inner peripheral wall of the housing 1.
  • the strips 7, each of which is adjacent to a strip 6, have a U-section ( Figure 3b) and extend from the center limb 6 has the strip 6 to the inner peripheral wall of the housing 1, their slots 10 thus being arranged facing the slots 9b of the strips 6.
  • the strips 8, each of which is adjacent to a strip 7 have an approximately rectangular section and extend in front the inner branch 7 has strip 7.
  • Two concentric toroidal coils 11 and 12 connected to supply conductors 13 are arranged in the annular recesses formed by the succession of the different slots 9b-10 and 9a of the cylinder head 3, the whole being joined together by casting a plastic material , as indicated in 14.
  • the coils 11 and 12 are produced by continuous winding of a strip and are wound in opposite directions.
  • the outer face 5 11 of the cylinder head 5 is machined so as to form with the axis XX of the electromagnet an angle preferably between 65 and 88 °.
  • a movable axis 14 having a cylindrical surface 1551.
  • a movable cup 16 is held in abutment on the surface 1511 of the axis 15 and made integral with this axis by a spacer 17, a washer 18 and a nut 19.
  • the spacer 17 is recalled by an elastic washer 20 bearing on the one hand on the spacer 17 and on the other hand on a washer 21 housed in the support 2.
  • a nut 22 concentric with the axis 15 is screwed onto a cylindrical part 2 a of the return 2.
  • the cup 16 has a frustoconical concave face 16a which is turned towards the cylinder head 5 and whose part located opposite this cylinder head makes with the axis XX the same angle as the face 5 a of said cylinder head 5.
  • the opposite face 16 b is concave and of stepped shape so that the volumes of the cup traversed by the magnetic flux have, for each coil, axial sections that are substantially trapezoidal and between 1 and 2.5 in height. mm.
  • the cup 16 has in its center a bore 23 allowing it to center on the axis 15 and a bore 24 allowing it to bear on the cylindrical part 15 11 .

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Description

    Electro-aimant à bobines toriques concentriques.
  • La présente invention concerne un électro-aimant et plus particulièrement un électro-aimant rapide à bobines toriques concentriques.
  • Indépendamment de sa technologie le pouvoir intrinsèque d'un électro-aimant se résume par son aptitude à accélérer la masse de sa partie mobile.
  • Si Il est l'accélération en ms2, F la force exercée en newtons, m la masse de la partie mobile en Kg, q) la masse volumique en Kg/m3 et V le volume de la partie mobile en m3, on a :
    Figure imgb0001
    B étant l'induction en Tesla, s la surface de contact entre la partie fixe et la partie mobile et µα la perméabilité relative du vide. En rapprochant les relations (1), (2) et (3) on obtient
    Figure imgb0002
    en choisissant pour faciliter l'évaluation des performances le rapport
    Figure imgb0003
    comme critère d'accélération,
    Figure imgb0004
    caractérise l'efficacité de la structure géométrique. On voit donc que le pouvoir d'accélération d'un électro-aimant est proportionnel à la surface de contact de la culasse et de la partie mobile et inversement proportionnel au volume de la partie mobile.
  • Le constructeurs d'électro-aimants rapides ont donc recherché des géométries permettant une réduction de l'épaisseur et du volume de la partie mobile tout en conservant une grande surface de contact.
    • . Cette recherche a été limitée par d'autres phénomènes tels que :
    • - l'influence des flux de fuite au niveau des entrefers, le flux de fuite augmentant le flux vu par la culasse, la sature et réduit l'induction et l'effort utile dans l'entrefer.
    • - le comportement magnétique et électro-magnétique du matériau magnétique; entre autres les phénomènes d'hystérésis et les phénomènes engendrés par les courants de Foucault, courants à l'origine d'une répartition spatiale hétérogène du champ et de l'induction magnétique.
    • - l'épaisseur de la partie mobile qui ne peut être réduite inconsidéremment sans diminuer de façon dangereuse la rigidité et sans accentuer le phénomène de saturation de la culasse et l'atténuation de l'effort utile.
    • - l'évacuation de l'énergie thermique développée au sein des bobinages.
  • Pour tendre d'obtenir un électro-aimant rapide réalisant un bon compromis de toutes les données géométriques physiques contradictoires, les constructeurs ont réalisé des électro-aimants qui peuvent se classer en trois catégories :
    • a) le type hélénoïde dans lequel a été privilégiée la dynamique au détriment des performances statiques de l'électro-aimant.
    • b) le type colénoïde qui pénalise la masse et réduit le flux de fuite par allongement des lignes de champ magnétique.
    • c) le type "classique" à bobines toriques concentriques qui apporte un
      Figure imgb0005
      plus élevé que dans les autres structures et cela d'autant plus que l'épaisseur de la partie mobile est faible.
  • L'amélioration du pouvoir d'accélération qui a préoccupé les constructeurs de ces types d'électro-aimants, les a conduits à réduire la partie mobile et à compenser cette réduction par l'allongement du circuit magnétique afin de conserver une bonne surface d'attraction.
  • Mais ils n'on cependant pas obtenu un bon compromis.
  • L'invention a pour objet de réaliser un électro-aimant rapide de structure à bobines toriques concentriques ayant :
    • 1 ) une géométrie permettant : une réduction de l'épaisseur de la partie mobile, tout en lui conservant une bonne rigidité et en minimisant le flux de fuite et le phénomène de saturation de la culasse.
    • 2) une technologie permettant :
      • a) d'obtenir des matériaux magnétiques diminuant l'influence de l'hystérésis et des courants de Foucault.
      • b) de réaliser les bobinages réduisant les inconvénients dûs à la résistance et à l'élévation de température.
  • L'électro-aimant selon l'invention est du type dans lequel les faces de travail des deux bobines sont sensiblement coplanaires et dans lequel les bobines sont disposées dans des logements de la culasse d'un circuit magnétique dont l'élément mobile non feuilleté est mobile parallèlement à l'axe des bobines, et la face de la culasse située du côté de l'entrefer présentant une cavité tronconique, et l'élément mobile présentant du côté entrefer une face tronconique complémentaire de celle de la culasse.
  • L'électro-aimant selon l'invention est caractérisé en ce que la face de l'élément mobile opposée à l'entrefer est, en forme de cavité étagée de manière que les volumes de cet élément traversés par le flux magnétique aient, pour chaque bobine, des sections axiales trapézoïdales.
  • La culasse peut être feuilletée radialement. Ce feuilletage peut être réalisé par un empilage de tôles découpées selon n+1 profils pour un électro-aimant à n bobines et disposées de façon à optimiser le foisonnement. L'empilage peut comprendre des tôles comportant n fentes, des tôles comportant (n-1) fentes et ainsi de suite, des tôles comportant une fente, et des tôles non fendues, ces différentes tôles étant superposées de manière à former n passages annulaires propres à loger les bobines.
  • On a décrit ci-après,à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'électro-aimant selon l'invention, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • La Figure 1 est une vue en coupe axiale de l'électro-aimant;
    • La Figure 2 est une vue en plan de la culasse feuilletée;
    • Les Figures 3a, 3b et 3c montrent le détail des différents feuillards constituant la culasse;
    • La Figure 4 montre le positionnement des bobines dans la culasse;
    • La Figure 5 est une vue à plus grande échelle de la partie mobile.
  • Tel qu'il est représenté au dessin, l'électro-aimant selon l'invention comprend un boîtier 1 qui est fixé sur un support 2 par des vis 3 et présente un moyeu central 4.
  • A l'intérieur du boîtier 1 se trouve une culasse feuilletée désignée dans son ensemble par la référence 5. Cette culasse est formée des feuillards 6, 7 et 8 disposés radialement côte-à-côte. Les feuillards 6 ont une section en E (Figure 3,1) et présentent donc deux fentes 9a et 9b; ils s'étendent entre le moyeu 4 et la paroi périphérique interne du boîtier 1. Les feuillards 7, dont chacun est adjacent à un feuillard 6, ont une section en U (Figure 3b) et s'étendent depuis la branche médiane 6a du feuillard 6 à la paroi périphérique interne du boîtier 1, leurs fentes 10 étant ainsi disposées en regard des fentes 9b des feuillards 6. Enfin les feuillards 8, dont chacun est adjacent à un feuillard 7, ont une section approximativement rectangulaire et s'étendent devant la branche intérieure 7a du feuillard 7.
  • Deux bobines toriques concentriques 11 et 12 reliées à des conducteurs d'alimentation 13 sont disposées dans les évidements annulaires formés par la succession des différentes fentes 9b-10 et 9a de la culasse 3, le tout étant resté solidaire par coulée d'une matière plastique, comme indiqué en 14. Les bobines 11 et 12 sont réalisées par bobinage continu d'un feuillard et sont bobinées dans des sens opposés.
  • La face extérieure 511 de la culasse 5 est usinée de façon à former avec l'axe X-X de l'électro-aimant un angle compris de préférence entre 65 et 88°.
  • Dans le moyeu central 4 du boiter 1 est monté coulissant un axe mobile 14 comportant une portée cylindrique 1551. Une coupelle mobile 16 est maintenue en appui sur la portée 1511 de l'axe 15 et rendue solidaire de cet axe par une entretoise 17, une rondelle 18 et un écrou 19. L'entretoise 17 est rappelée par une rondelle élastique 20 prenant appui d'une part sur l'entretoise 17 et d'autre part sur une rondelle 21 logée dans le support 2. Un écrou 22 concentrique à l'axe 15 est vissé sur une partie cylindrique 2a du rappel 2.
  • Comme on le voit plus particulièrement à la Figure 5, la coupelle 16 présente une face concave tronconique 16a qui est tournée vers la culasse 5 et dont la partie située en regard de cette culasse fait avec l'axe X-X le même angle que la face 5a de ladite culasse 5. La face opposée 16b est concave et de forme étagée de manière que les volumes de la coupelle traversés par le flux magnétique aient pour chaque bobine, des sections axiales sensiblement trapézoïdales et de hauteur comprise entre 1 et 2,5 mm.
  • La coupelle 16 possède en son centre un alésage 23 lui permettant de se centrer sur l'axe 15 et un alésage 24 lui permettant de prendre appui sur la partie cylindrique 1511.
  • Il va de soi que la présente invention ne doit pas être considérée comme limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes telles que revendiquées dans les revendications qui suivent.

Claims (5)

1. Electro-aimant rapide comprenant deux bobines toriques concentriques (11, 12) dont les faces de travail sont sensiblement coplanaires et qui sont disposées dans des logements de la culasse (5) d'un circuit magnétique dont l'élément mobile (16) non feuilleté est mobile parallèlement à l'axe des bobines (11,12), la face (5a) de la culasse (5) située du côté de l'entrefer présentant une cavité tronconique et l'élément mobile (16) présentant du côté entrefer une face tronconique (16a) complémentaire de celle (5a) de la culasse (5),
caractérisé en ce que la face (16b) de l'élément mobile (16) opposé à la culasse est en forme de cavité (16c) étagée de manière que les volumes de cet élément traversés par le flux magnétique aient, pour chaque bobine, des sections axiales trapézoïdales.
2. Electro-aimant selon la revendication 1,
càractérisé en ce que les dites sections axiales ont une hauteur comprise entre 1 et 2,5mm.
3. Electro-aimant selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que l'angle au sommet des faces (5a, 16a) situés en regard de la culasse (5) et de l'élément mobile (16) est compris entre 65 et 88°.
4. Electro-aimant selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comporte une culasse (3) feuilletée radialement.
5. Electro-aimant selon la revendication 4, qui comporte n bobines concentriques,
caractérisé en ce que le feuilletage est réalisé par un empilage de tôles découpées comportant les unes n fentes, et les autres n-2,2 ou 1 fentes et des tôles non fendues, les fentes étant superposées de manière à former des cavités pour le logement des bobines.
EP19860402884 1985-12-30 1986-12-22 Electro-aimant à bobines toriques concentriques Expired - Lifetime EP0228964B1 (fr)

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FR8519564A FR2592519B1 (fr) 1985-12-30 1985-12-30 Electro-aimant a bobines toriques concentriques

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