[0001] L'invention a trait à un agitateur à entraînement magnétique.
[0002] Des agitateurs sont classiquement utilisés pour brasser un mélange situé à l'intérieur
d'un récipient afin d'éviter une décantation ou tout autre altération du mélange au
cours du temps. Un agitateur à entraînement magnétique présente l'avantage que la
mise en mouvement de l'hélice qu'il comprend est réalisée par un couplage magnétique
qui a lieu sans contact physique entre deux parties tournantes, telles que l'arbre
de sortie d'un moteur électrique et l'hélice qui lui est associée. Ceci permet de
disposer cet arbre à l'extérieur du récipient alors que l'hélice est installée à l'intérieur
du récipient. Tout danger de fuite au niveau de l'agitateur peut ainsi être écarté.
Ceci est particulièrement utile lorsque le mélange est toxique ou lorsque une pollution
de celui-ci par des agents extérieurs doit être évitée, comme, par exemple, dans le
cas d'une composition médicamenteuse.
[0003] Dans les dispositifs connus, cette absence de lien mécanique entre l'arbre d'entraînement
et l'hélice peut conduire à des erreurs de manipulation ou à des blocages qui ne peuvent
pas être décelés avant une vidange complète du récipient. Ainsi, un opérateur peut
oublier d'installer l'hélice à l'intérieur du récipient alors que l'arbre de mise
en mouvement de l'hélice tourne normalement et que l'on peut être amené à croire que
l'agitateur remplit sa fonction. Un mélange pouvant être brassé pendant une durée
relativement longue, de l'ordre de plusieurs jours, voire de plusieurs semaines, si
l'on se rend compte de cet oubli au terme de la manipulation, de nombreuses heures
de travail sont perdues ainsi que le produit à forte valeur ajoutée. De la même manière,
il peut arriver qu'une hélice se coince, notamment du fait de l'inhomogénéité du mélange
contenu dans le récipient. Un tel coincement n'est pas détecté par un coincement correspondant
de l'arbre puisque celui-ci n'est pas lié mécaniquement à l'hélice.
[0004] Pour obvier aux problèmes ci-dessus, on pourrait envisager d'installer un capteur,
par exemple capacitif, dans le voisinage de l'agitateur. L'installation de ce capteur
nécessiterait la réalisation d'un perçage supplémentaire dans la paroi du récipient,
ce qui augmenterait les risques de fuite et de mauvais nettoyage et nécessiterait
des opérations de mise en place précises pour le réglage de ce capteur par rapport
à l'hélice à l'intérieur du récipient, c'est-à-dire dans une zone d'accès réduit.
Ceci résulterait dans un sur-coût du dispositif.
[0005] C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en
proposant un agitateur à entraînement magnétique dans lequel un défaut de rotation
de l'hélice peut être détecté immédiatement sans qu'il soit nécessaire de réaliser
de perçages supplémentaires dans la paroi du récipient.
[0006] Dans cet esprit, l'invention concerne un agitateur à entraînement magnétique pour
un mélange situé dans un récipient, cet agitateur étant supporté par une bride, montée
de façon étanche dans une paroi du récipient et pourvue d'un manchon borgne à l'intérieur
duquel est logé un arbre d'entraînement muni d'un premier moyen de couplage magnétique,
alors qu'une hélice disposée autour de ce manchon est pourvue d'un second moyen de
couplage magnétique apte à coopérer avec le premier moyen de couplage magnétique pour
l'entraînement de l'hélice autour d'un axe de rotation. Cet agitateur est caractérisé
en ce que l'hélice est solidaire d'un troisième moyen de couplage magnétique, disposé
en regard d'une cellule de détection du passage du troisième moyen de couplage, cette
cellule étant portée par la bride.
[0007] Grâce à l'invention, la coopération du troisième moyen de couplage magnétique et
de la cellule permet de détecter les mouvements de rotation effectifs de l'hélice
et, a contrario, une absence de l'hélice ou son blocage. Comme la cellule est portée
par la bride, elle peut être pré-montée sur celle-ci avant la mise en place de la
bride dans l'orifice correspondant du récipient, de sorte que le positionnement de
l'hélice par rapport à la cellule peut être réglé avec précision, dans des conditions
optimales pour un opérateur. Aucun perçage supplémentaire n'est nécessaire pour la
mise en place de la cellule de détection, ce qui est un facteur de sécurité pour l'étanchéité
du récipient.
[0008] L'invention va à l'encontre d'un préjugé commun dans le domaine des agitateurs magnétiques
selon lequel l'intensité du champ magnétique utilisé pour l'entraînement en rotation
de l'hélice, c'est-à-dire du champ magnétique intense régnant entre les premier et
second moyens de couplage magnétique, serait de nature à perturber les mesures effectuées
grâce à un champ magnétique au voisinage de ces moyens de couplage. En fait, il a
pu être déterminé expérimentalement que le champ magnétique régnant entre les premier
et second moyens de couplage magnétique est fermé au niveau de ces moyens, de sorte
qu'il ne perturbe pas le couplage réalisé entre le troisième moyen de couplage magnétique
et la cellule de détection, et ce, y compris dans le cas ou ce troisième moyen de
couplage est disposé à proximité immédiate des premier et second moyens de couplage.
[0009] Selon un premier aspect avantageux de l'invention, le troisième moyen de couplage
magnétique comprend au moins un aimant permanent. Un tel aimant permanent est de dimensions
et de coût restreints, de sorte qu'il ne risque pas de déséquilibrer l'hélice ou de
grever les performances économiques du dispositif.
[0010] Selon un autre aspect avantageux de l'invention, l'entrefer entre le troisième moyen
de couplage et la cellule de détection est globalement perpendiculaire à l'axe de
rotation de l'hélice. Cet aspect de l'invention limite très sensiblement les interférences
entre le champ magnétique d'entraînement, créé entre les premier et second moyens
de couplage magnétique, et le champ magnétique de détection ou de mesure, créé entre
le troisième mqyen de couplage et la cellule.
[0011] Dans ce cas, on peut prévoir que les premier et second moyens de couplage forment
un champ magnétique s'étendant selon une direction essentiellement radiale autour
de l'axe de rotation de l'hélice, le champ magnétique créé entre le troisième moyen
de couplage et la cellule de détection étant globalement parallèle à cet axe de rotation.
[0012] En particulier, les second et troisième moyens de couplage peuvent être montés sur
un fourreau placé autour du manchon borgne, le troisième moyen de couplage étant orienté
vers la cellule de détection.
[0013] Selon un autre aspect avantageux de l'invention, les premier et second moyens de
couplage magnétique comprennent chacun au moins un aimant permanent dont la direction
de polarisation est orientée radialement par rapport au manchon. Dans ce cas, et lorsque
le troisième moyen de couplage comprend un aimant permanent, l'aimant du troisième
moyen de couplage magnétique est disposé de telle sorte que sa direction de polarisation
est globalement perpendiculaire à la direction de polarisation des aimants des premier
et second moyens de couplage.
[0014] Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le signal de sortie de la cellule
de détection est fourni à une unité de traitement apte à déterminer, par le calcul,
à partir de ce signal, la vitesse de rotation de l'hélice. Ainsi, le dispositif de
l'invention permet de remplir à la fois une fonction de contrôle de la rotation effective
de l'hélice et de tachymètre.
[0015] Selon un autre aspect avantageux de l'invention, la bride comprend un logement borgne
de réception de la cellule de détection, l'ouverture de ce logement étant tournée
vers l'extérieur de la bride. Cet aspect de l'invention garantit que la cellule de
détection ne peut en aucun cas être en contact direct avec le mélange contenu dans
le récipient, ce qui évite tout risque de pollution du mélange ou de souillure de
la cellule.
[0016] Selon un autre aspect avantageux de l'invention, l'hélice comprend plusieurs pales
réparties autour d'un fourreau et une tête munie de plusieurs branches soutenant ce
fourreau, un espace annulaire étant ménagé entre les branches et une partie terminale
du manchon formant palier. Cet espace annulaire facilite le nettoyage de l'hélice
montée sur le manchon borgne.
[0017] L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus
clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un
agitateur à entraînement magnétique conforme à son principe, donnée uniquement à titre
d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique de principe d'un récipient pour mélanges
équipé d'un agitateur conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue à plus grande échelle du détail II de la figure 1, l'agitateur
étant représenté en coupe.
[0018] A la figure 1, un récipient 1 est formé d'une cuve 2 dans laquelle est disposé un
mélange 3 alors qu'un couvercle 4 est prévu pour obturer une ouverture supérieure
de la cuve. Dans la paroi de fond 2
a de la cuve 2 est disposée une bride 5 en matériau amagnétique supportant un agitateur
magnétique comprenant un moteur électrique d'entraînement 6, situé à l'extérieur de
la cuve 2, et une hélice 7, disposée à l'intérieur de la cuve dans le mélange 3. La
mise en rotation de l'hélice 7 par le moteur électrique 6 résulte dans un déplacement
de ses pales 8 autour d'un axe de rotation X-X', ce qui a pour effet de brasser le
mélange 3.
[0019] Un renvoi d'angle 9 est disposé à la sortie du moteur 6 et son arbre de sortie est
constitué par un arbre 10 partiellement visible à la figure 2. Cet arbre 10 est rendu
solidaire d'un arbre creux 11 au moyen d'une vis de fixation 12. Il serait également
possible de monter le moteur 6 en prise directe sur un arbre 10, l'utilisation d'un
renvoi d'angle n'étant pas indispensable.
[0020] L'arbre creux 11 porte deux rangées d'aimants permanents 13 régulièrement répartis
à la périphérie de l'arbre 11. La polarité Nord-Sud des aimants 13 est dirigée selon
des direction Y-Y' ou Y-Y" globalement perpendiculaires à l'axe X-X'. Ainsi, la mise
en rotation de l'arbre 10 par le moteur 6 résulte dans une mise en rotation des aimants
13 autour de l'axe X-X' alors que leurs lignes de polarité respectives sont orientées
perpendiculairement par rapport à cet axe.
[0021] La bride 5 est montée sur la paroi 2
a de la cuve 2 par un cordon de soudure 14, de sorte que l'assemblage ainsi réalisé
est étanche. La bride 5 est conformée en un manchon 15 dont l'extrémité est obturée
par une plaque 16 soudée sur le manchon 15. Ainsi, l'assemblage entre le manchon 15
et la plaque 16 est étanche. Compte tenu de la fixation de la plaque 16 sur le manchon
15, celui-ci est borgne en ce sens qu'il ne débouche pas à l'intérieur de la cuve
2.
[0022] Un palier 17 est monté sur la plaque 16 au moyen d'une vis 18 reçue dans un taraudage
borgne 19 de la plaque 16. Le palier 17 porte une bague 20 dont la surface extérieure
20
a constitue une surface de palier. L'hélice 7 comprend une tête 21 formée d'une bague
22 dont la surface circulaire interne 22
a est destinée à s'emboîter autour de la surface 20
a de la bague 20. Un palier lisse est ainsi réalisé par contact lisse, par exemple
métal/métal, entre les surfaces 20
a et 22
a.
[0023] Trois branches 22
b régulièrement réparties à la périphérie de la bague 22 s'étendent radialement vers
l'extérieur à partir de celle-ci et supportent un fourreau 23 disposé autour du manchon
borgne 15, radialement à l'extérieur de celui-ci. Ce fourreau 23 porte, sur sa surface
externe, deux rangées d'aimants permanents 24 disposés en regard des aimants 13 portés
par l'arbre creux 11. La polarité Nord-Sud des aimants 24 est dirigée selon les directions
Y-Y' ou Y-Y". Une pièce rapportée 25, réalisée en acier inoxydable, est disposée à
l'extérieur des aimants 24 pour constituer, avec le fourreau 23, un manchon cylindrique
sur lequel peuvent être soudées les pales 8 de l'hélice 7.
[0024] Compte tenu de ce qui précède, la mise en rotation de l'arbre creux 11 résulte dans
une mise en rotation des aimants 13, ce qui a pour effet, compte tenu du champ magnétique
créé entre ces aimants 13 et les aimants correspondants 24, d'exercer sur l'hélice
7 un couple de même sens que le sens de rotation de l'arbre 11 autour de l'axe X-X'.
L'hélice 7 est ainsi entraînée en rotation autour de l'axe X-X', sans contact mécanique
direct entre l'arbre 11 et l'hélice 7.
[0025] Un aimant permanent 30 est disposé dans le bas de la pièce 25, c'est-à-dire du côté
de cette pièce dirigée vers la bride 5. La polarité Nord-Sud de l'aimant 30 est disposée
selon une direction Z-Z' globalement parallèle à l'axe X-X'. Dans la bride 5, il est
prévu un perçage borgne 31 dont l'ouverture 31
a est disposée au niveau d'une surface extérieure 5
a de la bride 5, c'est-à-dire d'une surface tournée vers le renvoi d'angle 9. Une cellule
de mesure 33 apte à détecter la proximité de l'aimant 30 est installée dans le perçage
31. Un entrefer
e est défini entre l'aimant 30 et la cellule 33. Dans cet entrefer est créé, lors de
chaque passage de l'aimant 30 en regard de la cellule 33, un champ magnétique transitoire
qui peut être détecté par la cellule 33 et transformé en un signal de sortie ou "top"
pouvant être transmis à une unité de traitement 34 par un câble électriquement conducteur
35.
[0026] Le fonctionnement est le suivant :
[0027] Lorsque l'hélice 7 est mise en mouvement grâce à la coopération des aimants 13 et
24, l'aimant 30 passe, à chaque tour, en regard de la cellule 33 qui détecte ce passage
grâce à la variation du champ magnétique créé dans l'entrefer temporaire
e, par exemple par création d'un courant de Foucault dans la cellule 33. Ainsi, la
mise en rotation effective de l'hélice 7 est-elle détectée par la cellule 33.
[0028] Le champ électromagnétique intense créé au niveau d'un entrefer
e' entre les aimants 13 et 24 à travers le manchon 15 et le fourreau 23 ne perturbe
pas le champ électromagnétique régnant temporairement dans l'entrefer
e, car le champ électromagnétique créé dans l'entrefer
e' est fermé par les aimants 13 et 24. En outre, le champ électromagnétique régnant
entre les aimants 13 et 24 s'étend dans une direction essentiellement radiale, autour
de l'axe X-X', alors que le champ électromagnétique temporaire créé entre l'aimant
30 et la cellule 33 s'étend dans une direction globalement parallèle à la direction
Z-Z'.
[0029] Comme le perçage 31 est borgne, il n'existe pas de contact entre le mélange 3 et
la cellule 33, ce qui évite tout risque de pollution du mélange et tout risque de
souillure de la cellule.
[0030] Les pièces visibles à la figure 2 sont, pour l'essentiel, réalisées en un matériau
amagnétique, par exemple en acier inoxydable, afin de ne pas perturber les champs
électromagnétiques créés entre les aimants 13 et 24 ou entre l'aimant 30 et la cellule
33.
[0031] Il convient de noter que la pièce rapportée 25 pourrait être supprimée si le fourreau
23 était réalisé par surmoulage des aimants 24 et 30.
[0032] L'invention a été décrite avec un unique aimant 30, mais il est possible d'utiliser
plusieurs aimants régulièrement répartis autour de l'axe X-X', ce qui confère une
meilleure précision à la chaîne de mesure réalisée avec la cellule 33.
[0033] L'unité 34 est avantageusement prévue pour déterminer par, le calcul, la vitesse
de rotation de l'hélice 7, ce qui est aisé puisqu'il suffit de compter le nombre de
tops reçus de la cellule 33 au cours d'un intervalle de temps. L'invention permet
donc de réaliser un tachymètre pour un agitateur à entraînement magnétique.
[0034] Un espace annulaire 40 est ménagé entre les branches 22b de la tête 31 de l'hélice
7 et le palier 17, ce qui permet un nettoyage aisé de l'hélice 7, y compris lorsqu'elle
est conservée en place sur le manchon borgne 15, c'est-à-dire sans démontage de l'hélice.
[0035] Tout type de cellule de détection par effet magnétique peut être utilisé avec l'agitateur
de l'invention.
[0036] L'invention a été représentée avec deux rangées d'aimants 13 et 24. Cependant, le
nombre et la répartition de ces aimants sont variables. Ils peuvent être disposés
en une seule rangée ou, au contraire, en plus de deux rangées, en fonction du couple
à transmettre et de la géométrie de l'hélice.
1. Agitateur à entraînement magnétique pour un mélange (3) situé dans un récipient (1),
ledit agitateur étant supporté par une bride, montée de façon étanche dans une paroi
(2a) dudit récipient et pourvue d'un manchon borgne (15) à l'intérieur duquel est logé
un arbre d'entraînement (11) muni d'un premier moyen (13) de couplage magnétique,
alors qu'une hélice (7) disposée autour dudit manchon est pourvue d'un second moyen
(24) de couplage magnétique apte à coopérer avec ledit premier moyen de couplage magnétique
pour l'entraînement de ladite hélice autour d'un axe de rotation (X-X'), caractérisé
en ce que ladite hélice (7) est solidaire d'un troisième moyen (30) de couplage magnétique,
disposé en regard d'une cellule (33) de détection du passage dudit troisième moyen
de couplage magnétique, ladite cellule étant portée par ladite bride (5).
2. Agitateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit troisième moyen de
couplage magnétique comprend au moins un aimant permanent (30).
3. Agitateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'entrefer
(e) entre ledit troisième moyen de couplage (30) et ladite cellule de détection (3)
est globalement perpendiculaire à l'axe de rotation (X-X') de ladite hélice (7).
4. Agitateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits premier (13) et
second (24) moyens de couplage forment un champ magnétique s'étendant selon une direction
(Y-Y', Y-Y") essentiellement radiale autour dudit axe de rotation (X-X') de ladite
hélice (7), le champ magnétique créé entre ledit troisième moyen (30) de couplage
et ladite cellule de détection (33) étant globalement parallèle audit axe de rotation.
5. Agitateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits second (24) et troisième
(30) moyens de couplage sont montés sur un fourreau (23) placé autour dudit manchon
borgne (15), ledit troisième moyen (30) de couplage étant orienté vers ladite cellule
de détection (33).
6. Agitateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits
premier (13) et second (24) moyens de couplage magnétique comprennent chacun au moins
un aimant permanent (13, 24) dont la direction de polarisation (Y-Y', Y-Y") est orientée
radialement par rapport audit manchon (15).
7. Agitateur selon les revendications 2 et 6, caractérisé en ce que ledit aimant (30)
dudit troisième moyen de couplage magnétique est disposé de telle sorte que sa direction
de polarisation est globalement perpendiculaire à la direction de polarisation (Y-Y',
Y-Y") des aimants (13, 24) des premier et second moyens de couplage.
8. Agitateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal
de sortie de ladite cellule de détection (33) est fourni à une unité de traitement
(34) apte à déterminer, par le calcul, à partir dudit signal, la vitesse de rotation
de ladite hélice (7).
9. Agitateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite
bride (5) comprend un logement borgne (31) de réception de ladite cellule de détection
(33), l'ouverture (31a) dudit logement étant tournée vers l'extérieur (5a) de ladite bride.
10. Agitateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite
hélice (7) comprend plusieurs pales (8) réparties autour d'un fourreau (23) et une
tête (21) munie de plusieurs branches (22b) soutenant ledit fourreau, un espace annulaire (40) étant ménagé entre lesdites branches
et une partie terminale (17) dudit manchon (15) formant palier (20).