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Limited La société dite : HEENAN [alpha] FROUDE /à WORCESER, Comté de
Wordester (Angleterre). Perfectionnements aux machines dynamo-électriques.
La présente invention se rapporte aux perfectionnements apportés aux machines dynamo-électriques appelées à être utilisées comme accouplements à glissement, freins, dynamomètres 'et analogues, à courants de Foucault.
L'invention a pour but de fournir une courbe couple/vitesse quiprésente une partie plus plate et s'étendant sur une gamme de vitesses plus considérable que jusqu'à ce jour, et une partie initiale plus-raide, ce résultat étant.alisé par le prolongement de la partie plate de la courbe de manière à obtenir un coude plus brusque, ce qui a pour effet d'engendrer ou de transmettre un couple essentiellement proportionnel à l'excitation magnétique.
Suivant l'invention, un flux torique agissant en vue de coupler un inducteur à un organe de champ est engendré par des moyens magnétiques constitués par des dents polaires alternées orientées en opposition et dispdsées entre l'organe de champ et l'inducteur, ces dents étant conformées de manière à.engendrer dans l'inducteur, dans un plan,
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des champs d'inversion de valeur sensiblement égale tout en engendrant dans des plans situés de part et d'autre du premier plan précité, des champs d'inversion, dans chacun desquels l'une ou l'autre polarité domine, sans que la polarité dominante soit exclusive.
L'invention seradécrite ci-après avec renvoi aux dessins annexés :
La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil type comprenant l'objet de la présente invention.
La fig. 2 est une vue d'élévation en regardant la fig. 1 depuis le côté droit, cette vue montrant exclusivement l'organe de champ.
La fig. 3 est une vue partielle développée, prise suivant la ligne 3 - 3 de la fig. 2.
La fig. 4 est un graphique montrant des rapports couple/vites@e qualitativement comparables, et,
La fig. 5 est une vue en coupe schématique montrant un autre mode de réalisation de l'invention.
Les organes correspondants sont désignés par les mêmes chiffres de référence dans toutes les vues figurant aux dessins annexés.
Dans la fig. 1, 1 désigne un arbre moteur qui peut être réuni à une source de puissance appropriée, telle qu'un moteur ou analogue. cet arbre, est fixé un moyeu 3 présentant une partie périphérique 5, à laquelle est réunie au moyen de boulons, une coquille circulaire 7. Les organes 5 et 7 déterminent conjointement un canal P destiné à recevoir une bobine de champ annulaire 11. Cette bobine dechamp estexcitée depuis un circuit approprié aliamenté par un autre circuit approprié (non représenté) comprenant des bagues collectrices. Les particularités des circuits à bagues collectrices pour l'excitation de bobines de champ de ce type sont suffisamment connues et toute description ultérieure de ces circuits est superflue.
Les organes 5 et 7 forment un anneau creux présentant une
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section en U et destiné à abriter une bobine de champ. La partie inférieure de base ou cylindrique du profil en U est désignée par G, tandis que les branches ou brides du profil sont désignées par 13 et 15.
Des dents 17 et 19, qui constituent des pôles, s'avancent en saillie respectivement depuis les brides latérales 13 et 15. Ces dents 17 et 19 comportent des racines réunies aux parties 13 et 15 de l'anneau creux. Les extrémités de ces dents s'étendent alternativement sur la face externe de. la bobine 11, qu'elles recouvrent. Ces parties recouvrantes des dents 17 et 19 sont désignées respectivement par 21 et 23. Les parties 21 et 23 des dents recouvrent la bobine, tout en se recouvrant mutuellement dans le sens périphérique, comme indiqué plus particulièrement dans les figures 1 et 3. Comme indiqué dans la fig. 3, ces dents présentent une forme convergente, les bords en regard des dents contigus étant relativement longs.
Ces dents recouvrent la bobine 11 dans toute sa largeur et se prolongent au delà. D'autres particularités concernant les dents seront données dans la suite.
Un moyeu 27 faisant partie d'un organe entraîné 29 est monté à l'aide de roulements 25 sur le moyeu 3. L'organe entraîné 29 est formé de manière à présenter des gorges appropriées 31 en V, destinées à recevoir des courroies trapézoïdales 33 qui servent à la transmission de la force motrice depuis le dispositif. Des pales de ventilateur 35 sont prévues à l'intérieur de l'organe 29, aux fins de refroidissement. La. périphérie de l'organe 29 est réunie par soudure ou d'une manière analogue à un'anneau ou tambour inducteur 37. Ce tambour est entouré d'une bague 41 assujettie au moyen d'une clavette 39 et convenablement ajustée.
L'organe 41 n'est pas nécessairement établi, en la matière éminement magnétique qui sert à confectionner l'organe 37, lequel sera décrit dans la suite. Les organes 37, 39 et 41 tournent comme un ensemble unique, solidairement avec 1'
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gane 29. Entre lessurfaces externes des dents 17 et 19 et la surface cylindrique interne et relativement lisse du tambour 37 est prévu un intervalle d'air ou entrefer G, lequel présente les plus petites dimensions compatibles avec la nécessité de maintenir des écartemeonts mécaniques appropriés pour le fonctionnement à basse comme Û haute température.
Les avantages de la présente invention sont pleinement mis en valeur lorsque les formes de l'anneau inducteur 37 et des dents 17 et 19 présentent entre elles des rapports appropriés. Les matières utilisées pour la confection de ces organes présentent aussi une certaine importance, notamment en ce qui concerne l'inducteur. Ces matières doivent présenter une perméabilité magnétique élevée et une faible résistance électrique. Ceci s'applique plus spécialement à l'anneau inducteur. La matière qui se prête le mieux à. ces applications est du fer homogène magnétique, préparé spéeialement pour usages électriques et qui est un fer très pur.
Une matière type disponible dans le commerce est le fer homogène magnétique "ARMCO", qui est un fer pur à 99,84 approximativement. Ce fer est sensiblement le 'olus pur qui puisse être obtenu dans le commerce. Il présente une structure homogène et est pratiquement exempt de gaz occlus, de soufflures, d'oxydes, de scories et des ségrégations, ce qui en fait une matière idéale pour la. confection d'organes inductifs destinés au but envisage. La teneur maximum en phosphore doit être de 0,015 %, celle en soufre de 0,040 avec une teneur totale maximum en métalloïdes, comprenant du carbone, du manganèse, du phosphore, du soufre et (du sili- ciuni, de 0, 25 %.
Une teneur en cuivre de 0,20 à 0,30 n'est pas nuisible, mais n'est pas nécessaire. La résistance électrique est de l'ordre de six fois la résistance électrique du cuivre pur. Elle doit présenter une valeur de 15 à 16 Kgms. sous une force magnéto-motrice "H" de 21 gilberts par centimètre.
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La raison pour laquelle le fer du type décrit cidessus présente une grande importance, notamment dans le cas de l'inducteur 37, réside dans le fait que ce dernier doit pouvoir être aisément aimanté à un degré élevé, tout en étant capable de perdre rapidement cette aimantation lorsque la force magnétique cesse d'agir.
Une autre caractéristique importante de l'invention et qui vise à assurer le résultat recherché se rapporte à la forme du circuit magnétique autour de la bobine 11. D'une façon générale, le champ autour de la bobine 11 présente une forme torique, comme représenté par les lignes interrompues dans la fig. 1. omme montré dans les figures 2 et 3, des dents polaires convergentes 17 et 19, alternativement nord et sud, ont leurs pointes orientées en sens opposés.
Les indications N et S désignent respectivement des polarités nord et sud. Par conséquent, lorsqu'il y a mouvement relatif entre les dents polaires et l'inducteur 37, des zones ou surfaces polaires induites, nord et sud, passent en regard de zones données de l'inducteur.
Dans le plan de section médian et périphérique de la bobine 11, ces zones N et S exercent un effet à peu près égal et donnent naissance à un couple dont les caractéristiques sont analogues à celles d'un couple produit par une machine inductive ordinaire à pôles saillants, c'est à dire suivant une courbe couple/vitesse à pente raide. Plus on s'éloigne de ce plan médian, dans le sens axial de la bobine 11, vers les extrémités ou côtés de celles-ci, plus les caractéristiques polaires nord ou sud deviennent dominantes suivant le côté dont on se rapporche.
Par exemple, en considérant la fig. 3, on voit qu'à mesure qu'on se déplace vers la droite, les caractéristiques polaires nord deviennent dominantes., étant donné les zones plus grandes déterminées par les bases des pôles nord, comparativement aux zones plus petites déterminées par les extrémités des pôles sud, tandis qu'en se déplaçant vers la gauche, les caractéristiques
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polaires sud deviennent dominantes pour des raisons identi- ques, mais inversement appliquées.
Ainsi, et tandis que l'effet inductif produit dans l'inducteur 37 dans le plan de coupe médian précité de la bobine 11 est fort semblable . celui engendré dans une machine pôles saillants , cet effet inductif devient à mesure qu'on se déplace vers les extrémités opposées de la bobine, plus semblable (mais non identique) à celui produit dans une machine du type à rotor denté. Cependant, la construction suivant la présente inven- tion se distingue de cette dernière par le fait que des ex- tensions alternantes des dents 21 et 23 s'étendent sensi- blement sur toute la longueur axiale de la bobine 11, de telle sorte que, même à proximité des plans terminaux de cette bobine, il existe une certaine tendance à. l'inversion du champ dans l'inducteur 37.
Toutefois, cette inversion n'est pas complète, contrairement à ce qui est le cas dans le plan médian périphérique de la bobine. Dans les plans situés à proximité des extrémités de la bobine, l'une ou l'autre des dolarités, nord ou sud, est prépondérante (la polarité nord à droite et le polarité sud à gauche, en con- sidérant la fig. 3).
Il ressort de ce qui précède que, dans le plan mé- dian périphérique de la bobine 11, les zones polaires alter- nées nord et sud du flux émanant densdents 17 et 19 sont d'un effet à peu près égal. Dans les plans situés aux extré- mités de la bobine 11 ou à proximité de celles-ci, les effets alternés nord etsud déterminés par les dents sub- sistent, mais les couples qu'ils exercent sur l'inducteur sont différents. Cet effet polaire alterné nord et sud varie du plan de coupe médian de la bobine vers les extrémités de celle-ci. On obtient ainsi l'effet nouveau indiqué dans la fig. 4. et/
Les formes de l'organe de champ Úde l'inducteur seront de préférence telles qu'indiqué dans la fig.
I et comme il ressort du tableau ci-après
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Détermination des zones Déterminer A2 en considérant:'les conditions de couple et d'espace imposées, en prévoyant 10 pouces carrés de A2 pour chaque H.P. supposé perdu en chaleur dissipée.
Zone A2 = D x Ò x W x 0,7 Zone A3 = A4 -A6 = 0,3 x A2 = 0,21 x D x@ x W Zone A5 = 0,18 x A2 126 x D xxW L = 20 à 25 x G Variation admissible: 5%
Les faces externes des dents 17 et 23 à contour convergent sont situées essentiellemntdans une surface cylindrique imaginaire située elle-même à proximité de la surface cylindrique interne de l'inducteur 37. Les faces internes de ces dents s'écartent progressivement de la. bobi-
11 n 'en formant des plans 'inclinés, comme indiqué par les chiffres de référence 18 (pour les dents 17) et 20 ( pour les dents 19). Ceci a pour effet d'accentuer encore la con- vergence des dents de la base vers le sommet.
Le total des zones extérieures A2 des dents 17 et 19 dans le cylindre imaginaire précité est déterminé d'une manière arbitraire , par exemple, en attribuant approximativement dix pouces carrés de surface externe de dents par HP. de chaleur qu'on s'attend voir dissipée (voir Tableau). Dans ce cas, la zone effective Age D x x W x 0,7; où D est le diamètre exter- ne du cylindre imaginaire en question, qui contient les sur- faces externes des dents 17 et 19, tandis que W désigne la largeur effective des dents mesurées sur ce cylindre, comme indiqué dans la fig. 3. Cette largeur effective W est prise entre les extrémités des dents/ Les petites extrémités des dents sont situées dans des plans passant par les bases des dents 21 et 23 respectivement dans les brides 13 et 15.
L'équation établis pour la zone A2 montre que cette dernière
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représente en effet la nappe d'un cylindre contenant les faces externes des dents 17 et 19, multipliées bar un facteui qui tient compte de la valeur propre de l'espace entre les dents, cet espace présentant une forme en zigzag, comme montré dans la fig. 3 et sa largeur étant L. La largeur L (fig. 5) doit être égaleà aporoximativement 20 à 25 fois l'intervalle d'air G (fig. 1).
Dans la fig. 3, les flèches qui partent du signe de référence A2 indiquent les côtés d'une paire des quadrilatères qui composent ensemble la zone A2, mais il est bien entendu que A2 est la somme de tous les quadrilatères qui entourent le champ/
La zone ou surfaceA2ayant été déterminéepar un choix approprié de D et de W, la surface de la section A3 par le fond du logement annulaire 9, comme montré dans la fig. 1, doit être égale à 0,3 x A2. Cette surface A3 est la surface de section circulaire De l'organe 7 profilé en U et servant à retenir la bobine Il. En outre, chacune des surfaces A4 et A6 doit être égale à la surface A3. Les surfaces A4 et A6 sont celles qui correspondent aux plans de coupe indiqués dans la fig. 1.
La surface A6 est la surfaces de coupe circulaire à travers l'inducteur 37, suivant un plan perpendiculaire à l'axe de celui-ri. A4 est la somme des surfaces de coupe passant par les larges bases de chacune des séries de dents 17 ou 19. Cette surface A4 est calculée à peu près à l'endroit où les dents sont courbées, c'est à dire au point de transition entre ces dents et les deux brides circulaires, respectivement 13 et 15.
La surface A5 = 0,18 x A2, cette surface formant le total des surfacesde chacune des séries de dents 17 ou 19, passant par le plan des parties qui peuvent être désignées comme étant les racines des pôles, de sorte que A5 représente la somme des surfaces situées dansun plan passant en substance, par un côté de la bobine 11.
Des rapports d'équivalence déduits de ceux 1-ndiqµµ41
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indiqués plus haut sont fournis par le Tableau. my a lieu de noter qu'une moitié des surfaces A2 (fig. 3) est constituée par la surface, considérée en coupe de l'entrefer magnétique effectif d'une moitié des pôles; c'est à dire, d'une série de pôles soit nord, doit dud.
Ceci signifie que la surface A3 est égale à 0,6 x A2, c'est à dire à la surface effective qui vient d'être mentionnée.
En outre, par le même raisonnement, on obtient A3 a 0,36 x A2. Il est donc évident que le trajet magnétique travers 'entrefer présente une section transversale plus grande que le trajet magnétique à travers les parties métalliques du circuit magnétique, indiqué en A3, A4, A5,et A6.
Toutefois, et bien qu'il puisse sembler que, en moyenne, les surfaces dents/ externes des/polires ne soient pas, dans la partie la plus rapprochée du tambour inducteur 37, le siège du flux concentré, dont il est question plus haut, il n'en est pas moins vrai que, vu la présence de parties plus petites de pales nord à proximité, en considérant le sens périphérique de parties plus grandes de pôles sud, et vice versa, on ob- tient une variation de la densité unitaire en un point don- né de la surface du pale, ce qui favorise la réalisation de l'effet voulu.
Un accouplement à glissement établi conformément aux principes énoncés plus haut présente une courbe couple/ Vitesse sensiblement plus plate que dans les dispositifs antérieures, comme montré dans la fig. 4. Dans cette dernière figure, la courbe 0 - 1 est typique pour une machine d'un type antérieur travaillant à froid et ne comportant pas l'ob- jet de la présente invention. La courbe 0 - 2 est typique pour une machine semblable fonctionnant à froid, mais établie selon les principes de la présente invention. La courbe N - 1 est typique pour une machine d'un genre plus ancien, fonc- tionnant à chaud et ne comportant pas l'objet de la présente invention; la courbe N - 2 est typique pour une machine sem- blablé fonctionnant à chaud et établie selon la présente
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invention.
On constate immédiatement la différence. Les courbes 0 - 2 et N - 2 présentent des'rampes d'amorçage sensiblement plus raides, et des paliers sensiblement plus plats et plus longs, avec coudes brusques entre les rampes et les paliers. Cet effet est essentliellement indépendant de la température de la machine.
On comprendra que l'organe inducteur du dispositif suivant l'invention peut constituer l'élément moteur, tan- dis que l'organe de champ peut constituer l'élément entraîné au lieu de la disposition inverse représentée aux dessins.
On conçoit également que l'un des éléments peut être immo- buisé, pendant que l'autre est entraîné en rotation, afin d'appliquer un couple au premier élément, comme c'est le cas, par exemple, lorsque l'objet de l'invention est appliqué dans un dynamomètre ou dans un frein. De même, les principes essentiels de l'invention peuvent être réalisés en dispo- sant l'organe inducteur 37 à à l'intérieur de l'organe de champ de façon que les faces triangulaires des dents 17 et 19 soi- ent tournées vers l'intérieur pour se présenter en regard de l'organe inducteur. Ou encore, les dents etl'organe in- ducteur couvent se fLire fade dans le sens axial. Lans toutes ces variantes, il s'agit de simples inversions.
Les applications dans lesquelles l'objet de l'in- vention présente un^ importance sont, par exemple : les accouplements pour force motrice de traction dans diverses opérations; les commandes par accouplements électriques dans les mécanismes de pointage pour canons et mitrailleuses; pour le renversement des com .andes pour les parties mobiles des ailes et pour les gouvernailsde queue dans les avions; pour les souffleries de ventilation, etc. Dans plusieurs de ces applications, on désire réaliser une courbe présen- tant une caractéristique initiale "couple en fonction de la vitesse de glissement'! très raide, pour former ensuite un coude très brusque, et rester virtuellement plate pour le restant dé la gamme des vitesses de glissement.
Dans la par- @
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tie plate d'une telle courbe, le glissement sera à peu près inversément proportionnel à l'aimentation dé la bobine de champ.
Il y a lieu de remarquer que la bobine 11, qui a été décrite comme étant excitée depuis une source électrique externe, en vue de créer l'état magnétique voulu dans les dents polaires 17 et 19, peut être supprimée si l'on établit d'organe de champ annulaire en une matière à aimentation permanent'e, par exemple, le métal "ALNICO" bien connu (Fig.-5). Ceci est réalisé en remplaçant la bobine 11 par un tore 43 de "ALNICO" précité ou de matière analogue à aimentation permanente;
Dans ce cas, l'organe.45 agit lui-même comme une source génératrice du circuit magnétique torique, l'anneau 43 étant, tout comme la bobine 11, serré dans la position voulue entre les brides 45 et 47 en matière 'magnétique, dont partent des dents magnétiques 49 et 51, qui correspondent généralement, quant à la forme, aux dents décrites plus haut. Le serrage de l'anneau 45 entre les brides est assuré au moyen d'entretoises 53 en laiton.
En considérant la fig. 5, on comprendra que l'organe de champ est supporté sur l'arbre 55, qui correspond à l'arbre 1 de la fig. 1. Le tambour inducteur est désigné par 57 fil correspond au tambour inducteur 37 de la fig. 1). Le tambour 57 est monté sur un apport rotatif 59 (qui correspond à l'organe 29 dans la fig. 1). Une explication plus détaillée de la variante représentée dans la fig. 5 est superflue, vu la description qui a déjà été donnée à propos du mode de réalisation préféré de l'objet de l'invention.
Toutefois, en ce qui concerne la fig. 5, il y a lieu de noter que le champ torique indiqué par les lignes interrompues estfermé en partie par l'aimant annulaire permanent 43.
La section de cet aimant annulaire 43 doit, de préférence, être choisie de manière à obtenir les zones ou surfaces magnétiques optimum, comme décrit plus haut.
A propos des deux modes de réalisation de l'inven-
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tion, il y a lieu de remarquer que si, d'une part, $les zones ou surfaces précitées présentent une importante, d'autre part, plusieurs des avantages visés par l'invention sont réalisables en mettant en jeu c'autres surfaces, la caract ristique fondamentale de cette invention résidant dans le fait que les dents polaires s'étendent en substance, entiè- rement sur toute la largeur de l'organe de charnu annulaire et présentent des contours convergents suivant deux sens opposés.
REVENDICATIONS 1. Machine dynamo-électrique pouvant être utilisée comme accouplement, frein, dynamomètre, ou analogues, à courants de Foucault, dans laquelle un flux torique agissant en vue de coupler un inducteur à un organe de champ est engendré par des moyens magnétiques constitués par des dents polaires alternées, orientées en opposition et disposées entre l'organe de champ et l'indue leur,ces dents étantconformées de manière à engendrer dans l'inducteur, dans un plan des champs d'inversion de voleur sensiblementégale, touten engendrant, dans des plans situésde part etd'autredu premier plan précité, des champs d'inversion, dans chacun desquels l'une ou l'autre polarité domine, sans que la polarité ' dominante soit exclusive.
2. Machine dynamo-électrique suivant la revendication 1, dans laquelle l'organe de champ est construit de façon présenter une forme annulaire.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.