FR2485287A1 - DC or rectified AC motor - has two cylindrical rotor sections with longitudinal notches cut between pole faces - Google Patents
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Abstract
Description
1a présente invention se rapporte à une machine électrique tournante, moteur ou générateur, à courant continu ou à courant alternatif redressé. 1a present invention relates to a rotating electrical machine, motor or generator, direct current or rectified alternating current.
Cette machine électrique permet la conversion des forces électromagnétiques en mouvement rotatif ou,inver sement, la production d'énergie électrique à partir d'un mouvement d'entraSnement en rotation. This electric machine allows the conversion of electromagnetic forces into rotary movement or, conversely, the production of electric energy from a rotary drive movement.
L'invention vise,plus particulièrement, la réalisation d'un moteur électrique de construction simple et robuste,notamment en ce qui concerne les bobinages et les éléments de carcasse. Ce moteur, à vitesses varisbles de 1500 â 10000 tours/minute,donne toute satisfaction du point de vue de la commutation, ses caractéristiques lui permettant une multitude d'applications industrielles, notamment : la traction de véhicules, les stations de pompage, les variateurs de fréquences ou commutatriced. The invention relates, more particularly, to the production of an electric motor of simple and robust construction, in particular as regards the windings and the carcass elements. This motor, with variable speeds from 1500 to 10000 revolutions / minute, gives all satisfaction from the point of view of switching, its characteristics allowing it a multitude of industrial applications, in particular: vehicle traction, pumping stations, variators of frequencies or commutatriced.
Plus particulièrement, la présente invention peut titre considérée comme un perfectionnement de la machine électrique tournante â courant continu,faisant l'objet de la précédente demande de brevet français NO 79 08 167 du demandeur. More particularly, the present invention can be considered as an improvement of the rotary electric DC machine, the subject of the previous French patent application NO 79 08 167 of the applicant.
Il est rappelé que cette machine comprend un rotor dont les palets, en nombre pair, ont des polarités invariables,alternativement " Nord" et " Sud ", et un stator dont les pales, en nombre supérieur â ceux du birotor, sont magnétisés par des bobines toutes connectées entre elles. Celles-ci sont alisentOspar un dispositif de commutation formé -D'une part, par un ensemble de lamelles conductrices alternativement positives et négatives, en même nombre total que les pâles rotoriques,séparées et isolées électriquement les unes, des autres par des lamelles neutres.Toutes ces lamelles sont portées par un support cylindrique calé sur l'arbre du rotor, et les lamelles conductrices sont reliées électriquement à des bagues collectrices portées également par l'arbre du rotor. It is recalled that this machine comprises a rotor whose paddles, in even number, have invariable polarities, alternately "North" and "South", and a stator whose blades, in number greater than those of the birotor, are magnetized by coils all connected together. These are aligned by a switching device formed on the one hand by a set of alternately positive and negative conductive lamellae, in the same total number as the rotor blades, separated and electrically isolated from each other by neutral lamellae. All these strips are carried by a cylindrical support wedged on the rotor shaft, and the conductive strips are electrically connected to slip rings also carried by the rotor shaft.
-D'autre part, par un ensemble de balais coopérant avec les lamelles précitées et reliés électriquement aux points de connexion entre les bobines du stator.-On the other hand, by a set of brushes cooperating with the aforementioned lamellae and electrically connected to the connection points between the stator coils.
Selon d'autres caractéristiques décrites dans la demande de brevet antérieure du demandeur, ici considérée -Dans le cas où le rotor est du type bobiné, ses bobines magnétisantes sont alimentées,comme les lamelles conductrices du dispositif de commutation,à partir de bagues collectrices portées par l'arbre,et de préférence ce alimentées par l'intermédiaire d'un rhéostat. According to other characteristics described in the applicant's earlier patent application, considered here - In the case where the rotor is of the wound type, its magnetizing coils are supplied, like the conductive lamellae of the switching device, from worn slip rings by the tree, and preferably this supplied via a rheostat.
-Les points de connexion entre les bobines du stator sont reliés aux-balais correspondants,coopérant avec les lamelles du commutateur,par l'intermédiaire de résistances.-The connection points between the stator coils are connected to the corresponding brushes, cooperating with the switch slats, via resistors.
-Des condensateurs sont montés entre deux balais consécutifs du commutateur, en parallèle avec les bobines statoriques. -Capacitors are mounted between two consecutive brushes of the switch, in parallel with the stator coils.
-Les balais du dispositif de commutation sont portés par un disque monté tournant muni de moyens permettant de modifier sa position angulaire,pour faire varier la vitesse et le sens de rotation du moteur.-The brushes of the switching device are carried by a rotating mounted disc provided with means for modifying its angular position, to vary the speed and the direction of rotation of the motor.
La présente invention vise à améliorer les performances d'un tel moteur électrique, et à supprimer définitivement les étincelles et les détériorations au contact entre les balais et les lamelles du dispositif de commustation. The present invention aims to improve the performance of such an electric motor, and to permanently eliminate sparks and deterioration in contact between the brushes and the lamellae of the control device.
A cet effet, il est prévu selon la présente invention que le rotor est cylindrique et possède å sa périphérie des encoches réparties en groupes correspondant au nombre de pales du rotor et séparés par des régions sans encoches, lesdites encoches recevant les enroulements de bobines reliées aux bagues collectrices portées par l'arbre, et que, au stator, des diodes montées en pont de Graetz sont intercalées, en dérivation du dispositif de commutation, entre les bornes d'alimentation ou de sortie en courant continu ou redressé de la machine, et les points de connexion entre les bobines du stator. For this purpose, it is provided according to the present invention that the rotor is cylindrical and has at its periphery notches distributed in groups corresponding to the number of rotor blades and separated by regions without notches, said notches receiving the windings of coils connected to slip rings carried by the shaft, and that, on the stator, diodes mounted in Graetz bridge are interposed, bypassing the switching device, between the DC or rectified power supply or output terminals of the machine, and the connection points between the stator coils.
Le rot or de cette machine tournette électrique présente des encoches dans lesquelles il est facile d'insérer et de bloquer les conducteurs des bobines, et ces encoches sont réparties en groupes séparés par des régionsWsans encoches, donc lisses, qui correspondent à des épanouissements polaires Ces régions lisses occu- pent chacune par exemple, dans le cas d'un rotor bipolaire re, un angle de l'ordre de 200, tandis que les deux groupes d'encoches s'étendent chacun sur un angle d'environ 1600 entre les deux pales. our des rotors de grand diamètre, par exemple supérieur à 300Eggles pales et les groupes d'encoches sont plus nombreux et occupent des angles plus faibles; le nombre des pôles rotoriques reste toujours pair,par exemple 4,6 ou 8 pales, et le commutateur comporte dans tous les cas un nombre de lamelles conductrices égal au nombre de pôles du ro tour,
Selon une caractéristique avantageuse, le rotor est formé de deux ou plusieurs rot ors élémentaires cylindri- ques, calés sur le même arbre, et isoles magnétiquement les uns des autres, chaque pale" Nords d'un rotor élémentairé étant situé en regard d'un pale '- Sud " du rotor élémentaire voisin, et vice-versa; la disposition des masses polaires du stator corresponds en direction axiale, avec la division du rotor en deux ou plusieurs rotors élémentaires.The gold rot of this electric whirling machine has notches in which it is easy to insert and block the conductors of the coils, and these notches are distributed in groups separated by regions W without notches, therefore smooth, which correspond to polar expansions These smooth regions each occupy for example, in the case of a bipolar rotor re, an angle of the order of 200, while the two groups of notches each extend over an angle of approximately 1600 between the two blades. for rotors of large diameter, for example greater than 300Eggles pale and the groups of notches are more numerous and occupy smaller angles; the number of rotor poles always remains even, for example 4.6 or 8 blades, and the switch comprises in all cases a number of conductive lamellae equal to the number of poles of the ro turn,
According to an advantageous characteristic, the rotor is formed of two or more cylindrical elementary rotors, wedged on the same shaft, and magnetically isolated from each other, each blade "Nords of an elementary rotor being located opposite a blade '- South "of the neighboring elementary rotor, and vice versa; the arrangement of the polar masses of the stator corresponds in the axial direction, with the division of the rotor into two or more elementary rotors.
Ainsi,le rotor-peut être formé de deux rotors élémen- taires identiques en dimensions, mais de polarités al- ternées,tandis que le stator comporte des masses polaires en " U" donnant, en direction axiale, des pales douo bles. Thus, the rotor can be formed of two elementary rotors identical in size, but of alternating polarities, while the stator comprises polar masses in "U" giving, in the axial direction, double blades.
On peut aussi prévoir un- rotor formé de trois rotors élémentaires, ceci en combinaison avec un stator qui comporte des masses polaires en " E " donnant,en direction axiale,des pôles triples. Dans ce dernier cas, de préférence, le rotor élémentaire central possédera une longueur double de celle de chacun des deux rotors élémentaires extrêmes. Dans tous les cas, la répartition axiale des pales du stator sera complémentaire de celle des pôles du rotor. One can also provide a rotor formed by three elementary rotors, this in combination with a stator which comprises polar masses in "E" giving, in the axial direction, triple poles. In the latter case, preferably, the central elementary rotor will have a length twice that of each of the two extreme elementary rotors. In all cases, the axial distribution of the stator blades will be complementary to that of the rotor poles.
Il est à noter que les masses polaires du stator n'ont pas à être reliées entre elles magnétiquement,dans le sens de la circonférence du stator. On utilisera donc, avantageusement, des masses polaires s'étendant suivant une génératrice, ctest-å-dire parallèlement à l'arbre, mais séparées les unes des autres, et fixées individuellement,par exemple par boulonnage, a' l'intérieur d'une carcasse en matière plastique dure moulée. Celle-ci offre des qualités de-légèreté, d'isolation, de facilité d'obtention aux formes désirées, et-elle évite surtout les échauffements dfls à des variations du champ magnétique produisant des courants induits, dans le cas des carcasses métalliques habituelles. It should be noted that the polar masses of the stator do not have to be magnetically connected to each other, in the direction of the circumference of the stator. It is therefore advantageous to use polar masses extending along a generatrix, that is to say parallel to the shaft, but separated from each other, and fixed individually, for example by bolting, inside of a molded hard plastic casing. This offers qualities of lightness, insulation, ease of obtaining the desired shapes, and it especially avoids overheating due to variations in the magnetic field producing induced currents, in the case of the usual metal carcasses.
Les diodes montées en pont de Graetz., qui sont une- autre caractéristique fondamentale de l'invention, sont reliées aux points de connexion groupant a' la fois les bornes des bobines statobiques, les résistances reliant ces bobines aux balais du commutateur, et les condensa teurs montés entre ces balais. Les sorties en courant continu redressé du pont de diodes sont reliées aux bornes de la machine, suivant leur polarité. The diodes mounted in Graetz bridge, which are another fundamental characteristic of the invention, are connected to the connection points grouping together the terminals of the static coils, the resistors connecting these coils to the brushes of the switch, and the capacitors mounted between these brushes. The rectified direct current outputs of the diode bridge are connected to the machine terminals, according to their polarity.
La fonction de ces diodes est de permettre la récupération effective des extracourants de rupture :les courants de surtension, résultant de la commutation et plus précisément du passage des balais d'une lamelle conductrice sous tension à une lamelle neutre du commutateur, sont ainsi absorbés et redressés par les diodes montées en pont de Graetz, et ramenés aux bornes d'alimentationdu moteur, sans déséquilibrer l'ensemble. The function of these diodes is to allow the effective recovery of the breaking extra-currents: the overvoltage currents, resulting from the switching and more precisely from the passage of the brushes from a conductive strip under tension to a neutral strip of the switch, are thus absorbed and rectified by the diodes mounted in Graetz bridge, and brought back to the motor supply terminals, without unbalancing the assembly.
L'action de ces diodes, se combinant aux résistances et condensateurs déjà connus en soi et mentionnés plus haut, permet d'obtenir une commutation parfaite, et autorise l'utilisation au stator de bobines comportant de nombreuses spires. Ce type de bobines, économique en consommation d'énergie, ne s' échauffe pas, et accepte sans ae détériorer des surtensions importantes, la coupure s' effectuant au moment où elles reçoivent le flux magnétique maximum sortant des p81es du rotor;par contre elles ont une forte impédance. The action of these diodes, combining with the resistors and capacitors already known per se and mentioned above, makes it possible to obtain perfect switching, and allows the stator to use coils comprising numerous turns. This type of coils, economical in energy consumption, does not heat up, and accepts without damaging large overvoltages, the cut-off taking place when they receive the maximum magnetic flux coming out of the rotor pins; on the other hand, have a high impedance.
Selon une caractéristique annexe, la valeur ohmique de chaque résistance, reliant un polit de connexion entre les bobines du stator et un balai du commutateur, est le double de la résistance intérieure des diodes montées en pont de Graetz. According to an additional characteristic, the ohmic value of each resistance, connecting a connection polish between the coils of the stator and a brush of the switch, is twice the internal resistance of the diodes mounted in Graetz bridge.
Chaque diode de ce pont de Graetz doit être redresseuse d'un courant double de l'intensité admise dans les bobines reliées en série d'une masse polaire stator rique en " E " ou en ' U n. La valeur de sa tension inverse doit être au moins environ cinq fois plus impor- tante que la tension maximum admise aux bornes de la machine. Each diode of this Graetz bridge must be rectifier of a current double of the intensity admitted in the coils connected in series of a polar stator mass in "E" or in 'U n. The value of its reverse voltage must be at least about five times greater than the maximum voltage allowed at the machine terminals.
Le stator possède au minimum trois-ptles.Dans le cas d'un stator avec un nombre de pales plus élevé et en nombre pair, chaque balai du commutateur alimente en parallèle les bobines statoriques montées sur des masses polaires diamétralement opposées, mais en circuit " croisé", de manière à ce que la polarité de deux masses polaires diamétralement opposées soit " Nord pour l'une, et ". Sud " pour l'autre. Partant de ce principe, deux modes de branchement des bobines statoriques sont envisageables
Selon une première possibilité, si lton considère que les pales sont répartis en deux groupes de pales, en même nombre, qui alternent les uns avec les autres, deux pôles diamétralement opposés appartenant toujours à deux groupes distincts, il est prévu que dans chaque groupe le point de connexion d'une entrée de bobine statorique,avec le conducteur reliant cette bobine à un balai du commutateur,colncide avec le point de sortie de la bobine statorique-précédente. Ainsi toutes les bobines statoriques sont reliées les unes aux- autres et forment une couronne.The stator has at least three ptles. In the case of a stator with a higher number of blades and in even number, each brush of the switch feeds in parallel the stator coils mounted on polar masses diametrically opposite, but in circuit " crossed ", so that the polarity of two diametrically opposite polar masses is" North for one, and ". South "for the other. Based on this principle, two modes of connection of the stator coils are possible.
According to a first possibility, if it is considered that the blades are divided into two groups of blades, of the same number, which alternate with each other, two diametrically opposite poles always belonging to two distinct groups, it is provided that in each group the connection point of a stator coil input, with the conductor connecting this coil to a brush of the switch, coincides with the output point of the stator-previous coil. Thus all the stator coils are connected to each other and form a crown.
Ce mode de branchement des bobines statoriques permet,dans les deux groupes de pôles, de mettre tour à tour chaque bobine statorique en circuit direct entre deux balais de polarité différente, ou en série avec la bobine statorique précédente. Ainsi l'on obtient des champs tourhants engendrant des forces électromagnétiques variables,qui exercent un couple moteur sur les flux magnétiques polarisés enveloppant le rotor. Chaque masse polaire statorique exerce aussi une force électromagnétique sur les conducteurs du rotor, suivant un arc de sa périphérie d'une valeur angula-ire de 1600 par exemple, avant que le balai parvienne sur la lamelle neutre.La bobine statorique, n'étant alors plus alimentée par lé balai considéré,inverse son flux magnétique, d'où réactance magnétique sur l'épanouissement polaire lui faisant face.La surten-sion des extracourants créée par la ruptureretourmaux bornes du moteur au travers des diodes montées en pont de Graetz,étant donné que la résistance montée en série avec le balai a une valeur ohmique double de celle de la diode; le condensateur monté en dérivation a pour rale d'écrêter les pointes de surtensions, protégeant ainsi le bon fonctionnement de la diode. This mode of connection of the stator coils allows, in the two groups of poles, to put each stator coil in turn in direct circuit between two brushes of different polarity, or in series with the previous stator coil. Thus we obtain rotating fields generating variable electromagnetic forces, which exert a driving torque on the polarized magnetic flux enveloping the rotor. Each stator pole mass also exerts an electromagnetic force on the conductors of the rotor, following an arc of its periphery of an angular value of 1600 for example, before the brush reaches the neutral strip. The stator coil, being then more supplied by the brush considered, reverses its magnetic flux, hence magnetic reactance on the polar expansion facing it. The over-current of the extra-currents created by the breaking of the motor terminals through diodes mounted in Graetz bridge, since the resistor mounted in series with the brush has an ohmic value twice that of the diode; the capacitor mounted in bypass has the role of clipping the overvoltage peaks, thus protecting the proper functioning of the diode.
Selon une deuxième possibilité de branchement concernant les bobines statoriques, les entrées de deux bobines en parallèle, montées sur des masses polaires diamétralement opposées, sont réunies en un même point de connexion relié à un balai du commutateur et aux diodes montées en pont de Graetz, et les sorties' de toutes les bobines stathriques sont connectées sur un conducteur commun circulaire. According to a second possibility of connection concerning the stator coils, the inputs of two coils in parallel, mounted on polar masses diametrically opposed, are united at the same connection point connected to a brush of the switch and to the diodes mounted in Graetz bridge, and the outputs' of all the stathric coils are connected on a common circular conductor.
Pour chaque paire de pôles diamétralement opposes, branchés en parallèle, les sens des spires des bobines sont inversése pour respecter le, sens de sortie de flux magnétique donnant des pôles respectivement " Nord" et Sud ". I1 est à noter que dans ce type de branchement les bobines statoriques sont toujours en série chacune avec la bobine voisine, et que,comme dans le cas du premier mode de branchement, les extracourants de rupture et de self-induction sont absorbés et redressés par les diodes montées en pont de Graetz, et ramenés aux bornes de la machine. For each pair of diametrically opposite poles, connected in parallel, the directions of the coils turns are reversed to respect the direction of magnetic flux output giving poles respectively "North" and South ". It should be noted that in this type of connection the stator coils are always in series each with the neighboring coil, and that, as in the case of the first connection mode, the breaking and self-induction extra-currents are absorbed and rectified by the diodes mounted in Graetz bridge, and brought back to the machine terminals.
De toute façon, l'invention sers mieux comprise à' l'aide de la description qui suit, en référence au des sin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes de réalisation de cette machine électrique tournante à courant continu, ou à courant alternatif redressé
Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'u,n moteur électrique conforme à l'invention;
Figure 2 est une vue en perspeetive montrant le rotor et les masses polaires statoriques de ce moteur;,
Figure 3 est une vue de détail, en perspective,de l'une des masses polaires statoriques;;
Figure 4 est une vue en coupe transversale,très schématique, du moteur selon les figures 1 à 3, dans un premier mode de branchement;
Figure 5 est un schéma électrique développé com plet des circuits du moteur, correspondant au mode de branchement de la figure 4;
Figure 6 est une vue en coupe transversale similaire à la figure 4, mais illustrant un second mode do branchement;
Figure 7 est une vue en perspective similaire à figure 2, montrant une autre forme de réalisation du rotor et des masses polaires statoriques.In any case, the invention is better understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended diagrammatic diagram showing, by way of nonlimiting examples, some embodiments of this rotary direct current electric machine , or with rectified alternating current
Figure 1 is a longitudinal sectional view of u, n electric motor according to the invention;
Figure 2 is a perspective view showing the rotor and the stator pole masses of this motor;
Figure 3 is a detail view, in perspective, of one of the stator pole masses;
Figure 4 is a very schematic cross-sectional view of the motor according to Figures 1 to 3, in a first connection mode;
Figure 5 is a complete electrical diagram of the engine circuits, corresponding to the connection mode of Figure 4;
Figure 6 is a cross-sectional view similar to Figure 4, but illustrating a second method of connection;
Figure 7 is a perspective view similar to Figure 2, showing another embodiment of the rotor and the stator pole masses.
Le moteur électrique, dont la structure mécanique apparaît aux figures 1 à 3, comprend de façon générale un rotor multipolaire 1 calé sur un arbre amagnétique 2, par exemple en bronze, et tournant à l'intérieur d'un stator 3. Ce dernier comprénd une carcasse cylindrique- 4, réalisée en matière plastique dure moulée,et fermée à ses deux extrémités par des flasques 5 et 6 qui portent les paliers,respectivement 7 et 8, dans lesquels tourne l'arbre 2 dont les deux extrémités dépassent à l'extérieur. La carcasse 4 comporte encore un socle de fixation 9, permettant le montage du moteur sur un support quelconque,non représenté(voir plus particulièrement figure 1). The electric motor, the mechanical structure of which appears in FIGS. 1 to 3, generally comprises a multipolar rotor 1 wedged on a non-magnetic shaft 2, for example in bronze, and rotating inside a stator 3. The latter comprises a cylindrical carcass - 4, made of molded hard plastic material, and closed at its two ends by flanges 5 and 6 which carry the bearings, respectively 7 and 8, in which the shaft 2 rotates, the two ends of which protrude from the outside. The carcass 4 also includes a mounting base 9, allowing the mounting of the motor on any support, not shown (see more particularly Figure 1).
Dans l'exemple de réalisation ici considéré,le rotor 1 est bipolaire et double,ctest-å-dire qu'il se compose,comme le montrent les figures 1 et 2, de deux rotors élémentaires identiques 10 et 71 de forme générale cylindrique, réalisés en tales empilées au silicium, clavetés sur l'arbre 2 et séparés axialement l'un de autre par une bague entretoise 12, en matériau amagnétique tel que bronze. In the embodiment considered here, the rotor 1 is bipolar and double, that is to say that it consists, as shown in FIGS. 1 and 2, of two identical elementary rotors 10 and 71 of generally cylindrical shape, produced in silicon stacked plates, keyed onto the shaft 2 and separated axially from one another by a spacer ring 12, made of non-magnetic material such as bronze.
Chaque rotor élémentaire 10 où 11 possède des encoches de forme trapézoïdale, respectivement--13 et 14, réparties en deux groupes qui sont séparé a par des régions 15 et 16 dépourvues d'encoches, donc présentant une surface lisse cylindrique. Chaque groupe d'encoches 1.3 ou 14 s'étend suivant un angle 0 < d'environ 1600, de sorte que les deux régions 15 ou 16 dépourvues d'encoches et diamétralement opposées occupent chacune,sur chaque rotor elémentaire 10 ou 11, un angle de l'ordre de 200.Toutes les encoches 13 et 14 reçoivent des conducteurs électriques 17, dont la disposition est mieux montrée aux figures 4 et & lesdites encoches étant prévues en nombre pair dans chaque groupe de façon à respecter l'équilibrage à la fois mécanique et électromagnétique du rotor 1. Les conducteurs électriques 17 forment, sur chaque rotor élémentaire 10 ou 11, une bobine magnétisante,et les deux bobines sont disposées et alimentées de telle manière que les régions 15 et 16. Each elementary rotor 10 where 11 has trapezoidal notches, respectively - 13 and 14, distributed in two groups which are separated by regions 15 and 16 devoid of notches, therefore having a smooth cylindrical surface. Each group of notches 1.3 or 14 extends at an angle 0 <of about 1600, so that the two regions 15 or 16 devoid of diametrically opposed notches each occupy, on each elementary rotor 10 or 11, an angle of the order of 200. All the notches 13 and 14 receive electrical conductors 17, the arrangement of which is best shown in FIGS. 4 and & the said notches being provided in even number in each group so as to respect the balancing at the same time mechanical and electromagnetic of the rotor 1. The electrical conductors 17 form, on each elementary rotor 10 or 11, a magnetizing coil, and the two coils are arranged and supplied in such a way that the regions 15 and 16.
sans encoches des-rotors élémentaires 10 et 11 respectifs forment un ptle " Nord " et un pôle " Sud ", diamétralement opposés et alternées; plus précisément,le pble" Nord " du rotor élémentaire 10 est situé en regard du pôle ".Sud " du rotor élémentaire 11, et inversement le pôle " Sud " du rotor élémentaire 10 est situé en regard du pôle " "Nord" du rotor élémentaire 11.without notches of the respective elementary rotors 10 and 11 form a "North" pole and a "South" pole, diametrically opposite and alternating; more specifically, the "North" pble of the elementary rotor 10 is located opposite the ".Sud" pole of the elementary rotor 11, and conversely the "South" pole of the elementary rotor 10 is located opposite the "" North "pole of the rotor elementary 11.
La répartition en " V" des enroulements du rotor, bien visible sur la figure 6, facilite leur insertion dans les encoches 13 et 14 situées de chaque côté des pales, et la forme trapézoïdale des encoches permet le blocage des spires par un clavetage isolant 18. The "V" distribution of the rotor windings, clearly visible in FIG. 6, facilitates their insertion into the notches 13 and 14 located on each side of the blades, and the trapezoidal shape of the notches allows the turns to be locked by an insulating keying 18 .
Comme le montrent à la fois les figures 1,2 et 5, l'arbre 2 porte,près de l'une de ses extrémités,d,eux premières bagues collectrices 19 et 20 qui sont reliées aux conducteurs 17 logés dans les encoches respectives 13 et 14 des deux rotors élémentaires 10 et 11. Ces bagues tournantes 19 et 20 sont alimentées en courant continu,avec des polarités opposées,par des balais respectifs 21 et 22, dont l'un est branché en série avec un rhéostat 23 qui permet de faire varier le champ électromagnétique du rotor 1. As shown in FIGS. 1, 2 and 5, the shaft 2 carries, near one of its ends, first slip rings 19 and 20 which are connected to the conductors 17 housed in the respective notches 13 and 14 of the two elementary rotors 10 and 11. These rotating rings 19 and 20 are supplied with direct current, with opposite polarities, by respective brushes 21 and 22, one of which is connected in series with a rheostat 23 which makes it possible to varying the electromagnetic field of the rotor 1.
Dans le cas ici considéré d'un rotor 1"bipolaire le stator 3 comporte soit crois pales, soit de préférence six pôles (indiqués dans ce cas par les chiffres romains I à VI), répartis à intervalles angulairescons- tants à l'intérieur de la carcasse 4, et isolés électriquement et magnétiquement les uns des autres.Pour la clarté du dessin, la figure 1 ne montre que les trois pales I, II et III, séparés par des intervalles angulaires de 1200, et sur la figure 4 les trois autres pales
IV,V et VI sont seulement représentés de façon partielle.In the case considered here of a bipolar rotor 1 ", the stator 3 comprises either cross blades, or preferably six poles (indicated in this case by the Roman numerals I to VI), distributed at constant angular intervals inside the carcass 4, and electrically and magnetically isolated from each other. For the clarity of the drawing, FIG. 1 shows only the three blades I, II and III, separated by angular intervals of 1200, and in FIG. 4 the three other blades
IV, V and VI are only partially represented.
En correspondance avec la division du rotor 1 en deux rotors élémentaires 10 et 11, chacun des six pôles statoriques I à VI 'comporte une masse polaire en 'lU", représentée isolée sur la figure 3,avec une semelle alloua gée 24 s'étendant suivant la direction de l'arbre 2,semelle sur laquelle sont montés deux blocs identiques 25 et 26 qui se terminent par des épanouissements polaires situés, respectivement, en regard des deux rotors élé- mentaires 10 et 11.Chaque bloc 25 ou 26 comporte des taraudages 27, correspondant à des perçages 28 de la semelle 24, et permettant de fixer à la fois le bloc contre la semelle 24 et l'ensemble à la carcasse 4,au moyen de vis non représentées. Les trois pièces 24,25 et 26 constituant chaque masse polaire statorique sont réalisables en ferrite moulée, à haute perméabilité magnétique et permettant, gråce à un champ coercitif et à une hystérésis presque nuls, une inversion quasiinstantanée du flux magnétique, propriété importante pour les vitesses de rotation élevées.En variante,les masses polaires du stator peuvent aussi être réalisées en tale feuilletée, découpée ou pliée. In correspondence with the division of the rotor 1 into two elementary rotors 10 and 11, each of the six stator poles I to VI 'comprises a polar mass in' lU ", shown isolated in FIG. 3, with an allocated sole 24 extending in the direction of the shaft 2, sole on which are mounted two identical blocks 25 and 26 which end in pole shoes situated, respectively, opposite the two elementary rotors 10 and 11. Each block 25 or 26 comprises threads 27, corresponding to holes 28 in the sole 24, and making it possible to fix both the block against the sole 24 and the assembly to the carcass 4, by means of screws not shown. The three parts 24, 25 and 26 constituting each stator polar mass can be produced in molded ferrite, with high magnetic permeability and allowing, thanks to a coercive field and an almost zero hysteresis, an almost instantaneous reversal of the magnetic flux, an important property for rota speeds Alternatively, the polar masses of the stator can also be produced in laminated, cut or folded sheet.
Les bobines magnétisantes des six pâles statoriques
I à VI, désignées respectivement par les repères 29 à 34, sont alimentées par un dispositif de commutation indiqué dans son ensemble par 35 et disposé,sur l'arbre 2, du caté opposé aux bagues collectrices 19 et 20 déjà citées, auxquelles sont adjointes deux autres bagues collectrices similaires 36 et 37.The magnetizing coils of the six stator blades
I to VI, designated respectively by the references 29 to 34, are supplied by a switching device indicated as a whole by 35 and arranged, on the shaft 2, of the block opposite the slip rings 19 and 20 already mentioned, to which are added two other similar slip rings 36 and 37.
Le commutateur 35 comprend,pour un rotor bipolaire, deux lamelles conductrices 38 et 39, montées sur un support commun 40 en forme de disque calé sur l'arbre 2, et séparées l'une de 1 autre,mécaniquement et électriquement, par deux lamelles neutres 41 diamétralement opposées. La lamelle conductrice 38 est reliée électriquement à la bague collectric 36, alimentée par exemple sous la polarité continue "moins",par un balai 42, tandie que la lamelle conductrice 39 est reliée électriquement à la bague collectrice 37, alimentée par exemple sous la polarité continue " plus ",par un autre balai 43, si bien que l'on obtient une lamelle négative 38 et une lamelle positive 39. Ces deux lamelles conductrices 38 et 39 recouvrent chacune un angle ss égal par exemple à 1600 (voir figure 4), à la périphérie du disque 40, de sorte que les lamelles neutres 41 recouvrent chacune un angle de 20 dans l'exemple consi déré. Alors que les figures 1,2 et 4 donnent une representation schématique mais exacte de la configuration des éléments du commutateur 35, la figure 5 représente ce dernier sous une forte développée (les deux extrémités étant en réalité un seul et même point). The switch 35 comprises, for a bipolar rotor, two conductive strips 38 and 39, mounted on a common support 40 in the form of a disc wedged on the shaft 2, and separated from one another, mechanically and electrically, by two strips diametrically opposed neutrals 41. The conductive strip 38 is electrically connected to the collectric ring 36, supplied for example under the continuous "less" polarity, by a brush 42, while the conductive strip 39 is electrically connected to the collector ring 37, supplied for example under the polarity continues "plus", by another brush 43, so that a negative strip 38 and a positive strip 39 are obtained. These two conducting strips 38 and 39 each cover an angle ss equal for example to 1600 (see FIG. 4) , at the periphery of the disc 40, so that the neutral strips 41 each cover an angle of 20 in the example considered. While Figures 1,2 and 4 give a schematic but exact representation of the configuration of the elements of the switch 35, Figure 5 shows the latter under a strong developed (the two ends being in reality a single point).
Le commutateur 35 comprend encore trois balais 44,45 et 46; répartis à des intervalles angulaires de 1200 sur un disque-support 47 ( voir figure 1), et coopérant avec les lamelles 38, 39 et 41. Le disque-support 47 est montré tournant autour d'un moyeu 48 solidaire de l'un des flasques 5 et coaxial à l'arbre 2; sa position angulaire est réglable au moyen d'une tige radiale 49 qui traverse la carcasse 4 par une lumière pour se terminer, à l'extérieur, par une poignée 5O,ce qui permet de faire varier la position angulaire des balais 44, 45 et 46 par rapport aux pales statoriques
I à VI. Des moyens simples non représentés peuvent autre prévus encore pour limiter la rotation du disque-support 47, pour immobiliser celui-ci dans une-position angulaire re déterminée, et pour le rappeler dans sa position moyenne.The switch 35 also comprises three brushes 44, 45 and 46; distributed at angular intervals of 1200 on a support disc 47 (see FIG. 1), and cooperating with the lamellae 38, 39 and 41. The support disc 47 is shown rotating around a hub 48 secured to one of the flanges 5 and coaxial with the shaft 2; its angular position is adjustable by means of a radial rod 49 which passes through the carcass 4 by a light to end, outside, by a handle 50, which makes it possible to vary the angular position of the brushes 44, 45 and 46 compared to stator blades
I to VI. Simple means, not shown, can also be provided to limit the rotation of the support disc 47, to immobilize the latter in a determined angular position, and to return it to its average position.
Chacun des balais 44,45 et 46 est relié électriquement,par l'intermédiaire d'une résistance,respectivement 51,52 et 53 ( voir figures 4,5 et 6), à l'un de trois points de connexion, respectivement 54, 55 et 56, situés entre les bobines statoriques 29 à 34 dont le montage est réalisé suivant une disposition générale '1 en courant ne ", qui sera précisée plus loin Les trois points de connexion 54, 55 et 56 sont aussi reliés entre eux par des condensateurs 57 ,58 et 59 montés en boucle. Each of the brushes 44, 45 and 46 is electrically connected, via a resistor, respectively 51.52 and 53 (see FIGS. 4.5 and 6), to one of three connection points, respectively 54, 55 and 56, located between the stator coils 29 to 34, the mounting of which is carried out according to a general arrangement '1 in current ne', which will be specified below. The three connection points 54, 55 and 56 are also connected to one another by capacitors 57, 58 and 59 mounted in a loop.
Dans le mode de branchement des figures 4 eut 5,les six pôles statoriques I à VI t ont leurs bobines respecti-' ves 29 à 34 montées de la manière suivante (voir surtout le schéma développé complet donné par la figure 5,compte tenu de ce que la figure 4 ne donne le détail que pour trois des p8les) - La bobine 32 est montée en parallèle avec la bobine 29 diamétralement opposée,entre les points 54 et 55. In the connection mode of FIGS. 4 and 5, the six stator poles I to VI t have their respective coils 29 to 34 mounted in the following manner (see above all the complete developed diagram given by FIG. 5, taking into account which FIG. 4 gives details only for three of the p8les) - The coil 32 is mounted in parallel with the diametrically opposite coil 29, between points 54 and 55.
- La bobine 33 est montée en parallèle avec la bobine 30 diamétralement opposée,entre les points 55 et 56.- The coil 33 is mounted in parallel with the diametrically opposite coil 30, between points 55 and 56.
- La bobine 34 est montée en parallèle avec la bobine 31 diamétralement opposée, entre les points 56 et 54.- The coil 34 is mounted in parallel with the diametrically opposite coil 31, between points 56 and 54.
Les, sens des enroulements de toutes ces bobines -statoriques sont en outre choisis de telle manière que deux pales diamétralement opposés soient toujours l'un "Nord", et l'autre -1' Sud
Dans le mode de branchement de la figure 6, quelque peu différent du précédent,les bobines respectives 29, 30 et 31 des pales I, II et III ont une borne reliée directement à l'un des points de connexion précités, respectivement 54,55 et 56,tandis que les autres bornes de ces trois bobines 29, 30 et 31 sont toutes reliées entre elles par un conducteur commun circulaire 60.Les bobines respectives 32,33 et 34 des pales IV, V et VI, diamétralément opposés aux précédents, ont une borne reliée (par les conducteurs tracés en pointillés) à l'un des points de connexion précités,respectivement 54, 55 et 56, tandis que les autres bornes de ces trois bobines 32, 33 et 34 sont aussi toutes reliées au conducteur circulaire 60 déjà mentionné.The directions of windings of all these stator coils are also chosen such that two diametrically opposite blades are always one "North", and the other -1 'South
In the connection mode of FIG. 6, somewhat different from the previous one, the respective coils 29, 30 and 31 of the blades I, II and III have a terminal connected directly to one of the aforementioned connection points, respectively 54.55 and 56, while the other terminals of these three coils 29, 30 and 31 are all interconnected by a common circular conductor 60. The respective coils 32, 33 and 34 of the blades IV, V and VI, diametrically opposite to the previous ones, have a terminal connected (by the conductors drawn in dotted lines) to one of the aforementioned connection points, respectively 54, 55 and 56, while the other terminals of these three coils 32, 33 and 34 are also all connected to the circular conductor 60 already mentioned.
Comme précédemment, deux pales diamétralement opposés,tels que ceux I et IV ,ici encore, sont l'un' Nord " et l'autre " Sud ", compte tenu des branchements et des sens d'enroulement des bobines statori ques 29 à 34. As before, two diametrically opposite blades, such as those I and IV, here again, are one "North" and the other "South", taking into account the connections and winding directions of the stator coils 29 to 34 .
Dans les deux modes de branchement décrits ci-dessus, et selon une caractéristique essentielle de la présente invention, les trois points de connexion 54, 55 et 56 sont reliés à un ensemble de six diodes 61 à 66 montées en n pont de Graetz " (voir figures4, 5 et 6). Les. sorties " courant redressé n de ce pont de diodes sont reliées par deux conducteurs 67 et 68 aux bornes d'alimentation en courant continu,l'une " positive " et l'autre "négative ", qui sont également reliées aux quatre bagues collectrices 19,20,36 et 37. In the two connection methods described above, and according to an essential characteristic of the present invention, the three connection points 54, 55 and 56 are connected to a set of six diodes 61 to 66 mounted in n Graetz bridge "( see Figures 4, 5 and 6. The "rectified current n" outputs of this diode bridge are connected by two conductors 67 and 68 to the DC supply terminals, one "positive" and the other "negative" , which are also connected to the four slip rings 19, 20, 36 and 37.
Le circuit d'alimentation en courant continu comprend encore deux diodes protectrices 69 et 70, inter calées sur sa branche sabramentant le stator 3, c'est--à-dire sa branche reliée aux bagues collectrices 36 et 37 ainsi qu'au pont de diodes 61 à 66. The DC power supply circuit further comprises two protective diodes 69 and 70, interposed on its branch sabramentent stator 3, that is to say its branch connected to the slip rings 36 and 37 and the bridge diodes 61 to 66.
Enfin, un interrupteur-inverseur 71 à disposition particulière est intercalé sur ce circuit d'alimentation en courant continu -Deux premiers contacts de cet interrupteur-inverseur 71 sont prévus sur les conducteurs menant aux balais 21 et 22, pour permettre d'inverser le sens d'alimentation des conducteurs 17 et 18 du rotor 1, ce qui correspond à une inversion du sens de rotation du moteur. Un condensateur 72, intercalé entre les deux contacts fixes alimentant le rotor, permet ici d'atténuer la détérioration des contacts parles arcs électriques. Finally, an inverter switch 71 with a special arrangement is inserted on this DC power supply circuit. -Two first contacts of this inverter switch 71 are provided on the conductors leading to the brushes 21 and 22, to allow the direction to be reversed. supplying the conductors 17 and 18 of the rotor 1, which corresponds to an inversion of the direction of rotation of the motor. A capacitor 72, interposed between the two fixed contacts supplying the rotor, here makes it possible to attenuate the deterioration of the contacts by the electric arcs.
-Deux autres contacts de cet interrupteur-inverseur 71 sont prévus sur les conducteurs menant aux balais 42 et 43 donc au stator 3; ces autres contacts interrompent l'alimentation du stator 3 pendant l'inversion opérée au moyen des deux premiers contacts, mais ils n'assurent eux-mêmes aucune fonction d'inversion, c'est-à-dire que les polarités des bagues collectrices 42 et. 43 restent invariables. Le sens du courant dans les bobines 29 à 34 du stator reste donc toujours le même. -Two other contacts of this reversing switch 71 are provided on the conductors leading to the brushes 42 and 43 therefore to the stator 3; these other contacts interrupt the supply of the stator 3 during the reversal operated by means of the first two contacts, but they themselves do not perform any reversal function, that is to say that the polarities of the slip rings 42 and. 43 remain unchanged. The direction of the current in the coils 29 to 34 of the stator therefore always remains the same.
Pour comprendre le principe de fonctionnement du moteurélectrique venant d'être décrit, on peut se référer d'abord à la figure 2, montrant comment se referme le flux magnétique dans une position angulaire relative particulière du rotor 1 et du stator 3, ainsi qu'aux figures 4 et 6, qui permettent de suivre les effets produits au niveau de l'un 10 des rotors élémentaires. To understand the operating principle of the electric motor which has just been described, one can first refer to FIG. 2, showing how the magnetic flux closes in a particular relative angular position of the rotor 1 and of the stator 3, as well as in Figures 4 and 6, which allow to follow the effects produced at one of the elementary rotors.
Les effets obtenus au niveau de l'autre rotor élémentai- re 11 sont similaires,aux polarités près. D'une façon générale, on obtient des champs magnétique, s tournants, dont les forces électromagnétiques exercent un effet de couple moteur sur le flux sortant des conducteurs 17 du rotor 1.The effects obtained at the level of the other elementary rotor 11 are similar, except for the polarities. In general, magnetic fields, rotating fields, are obtained, the electromagnetic forces of which exert an engine torque effect on the flow leaving the conductors 17 of the rotor 1.
Le décalage angulaire du disque 47 portant les balais 44, 45 et 46, commandé par la tige 49, permet d'adapter les conditions de fonctionnement, en particulier
- Un décalage angulaire vers l'arrière de l'axe de chaque balai par rapport au pale statorique correspondant, par exemple de 300, permet d'obtenir un fort couple au démarrage, pour une vitesse réduite du rotor,étant donné que les pales du rotor sont soumis alors à deux forces, l'une répulsive, l'autre attractive, de la part des six pales statoriques.The angular offset of the disc 47 carrying the brushes 44, 45 and 46, controlled by the rod 49, makes it possible to adapt the operating conditions, in particular
- An angular offset towards the rear of the axis of each brush relative to the corresponding stator blade, for example 300, makes it possible to obtain a high torque at start-up, for a reduced speed of the rotor, since the blades of the rotor are then subjected to two forces, one repulsive, the other attractive, from the six stator blades.
- En choisissant un décalage angulaire vers l'avant de l'axe de chaque balai~par rapport aux pales statoriques correspondants,par exemple de 200,on obtient des vitesses élevées de rotation, en corrigeant les déformations des lignes. de flux magnétique sortant du rotor 1.- By choosing an angular offset towards the front of the axis of each brush ~ relative to the corresponding stator blades, for example 200, we obtain high speeds of rotation, by correcting the deformations of the lines. magnetic flux leaving the rotor 1.
Le rhéostat 23,monté en série avec les bobines du rotor 1, permet aussi, en faisant varier le flux magnétique sortant des pales du rotor, d'agir sur le couple moteur et sur la vitesse de rotation (ou de réguler la tension, lorsque la même machine tournante fonctionne en générateur de courant continu ou redressé ou de courant alternatif triphasé). The rheostat 23, mounted in series with the coils of the rotor 1, also makes it possible, by varying the magnetic flux leaving the rotor blades, to act on the motor torque and on the speed of rotation (or to regulate the voltage, when the same rotating machine operates as a generator of direct or rectified current or three-phase alternating current).
Les problèmes de commutation étant résolus par l'invention, notamment grâce au pont de diodes 61 à 66, l'usure des éléments du commutateur 35 devient négligeable, et ceci permet l'emploi de charbons de haute qua- lité pour les balais. L'ensemble mécanique et électrique est robuste et facile à entretenir ou à dépanner, en particulier les pôles statoriques sont facilement interchangeables, de même que les rotors élémentaires 10 et Il clavetés sur l'arbre 2. Le construction de l'ensemble est simple, et en particulier la carcasse 4 et les flasques 5 et 6, réalisables en matière plastique ou en une autre matière isolante, 'permettént une fabri cation en grandes séries économique,par moulage.Enfin, à partir d'un certain diamètre da rotor 1, permettant la multiplication des pôles rotoriques(avec multiplication correspondante du nombre des lamelles du commutateur) et des pôles statoriques, le rendement obtenu devient particulièrement intéressant. The switching problems being solved by the invention, in particular thanks to the diode bridge 61 to 66, the wear of the elements of the switch 35 becomes negligible, and this allows the use of high quality coals for the brushes. The mechanical and electrical assembly is robust and easy to maintain or repair, in particular the stator poles are easily interchangeable, as are the elementary rotors 10 and II keyed onto the shaft 2. The construction of the assembly is simple, and in particular the carcass 4 and the flanges 5 and 6, which can be produced in plastic material or in another insulating material, allow a mass production in economic series, by molding. Finally, from a certain diameter of rotor 1, allowing the multiplication of rotor poles (with corresponding multiplication of the number of lamellae of the switch) and stator poles, the yield obtained becomes particularly advantageous.
Sur la figure 7, où les mêmes repères désignent les éléments correspondant à ceux précédemment décrits, est représentée une autre forme de réalisation, conçue exactement suivant les mêmes principes mais possédant un rotor 1 divise en trois rotors élémentaires 73, 74 et -75 Chaque rotor élémentaire comporte deux régions avec des encoches, respectivement 76,-77 et 78, qui reçoivent des conducteurs électriques,et deux régions diamétralement opposées,dé- pourvues d'encoches et forment des pôles " Nord " et
Sud ",avec une disposition alternée de ces pales en direction axiale,coeme le montre le dessin.La longueur du rotor élémentaire central 74 est égale au double de la longueur de chacun des rotors élémentaires extrêmes 73 et 75. En correspondance avec la structure du rotor 2) le stator 3 comporte ici des masses polaires en "E s donnant en direction axiale des pales 'triples. Chaque masse polaire statorique est formée d'une semelle allongée 24, mais cette dernière reçoit trois blocs 79, 80 et 81 avec épanouissements polaires, la longueur du: bloc central 80 étant le double de celle des blocs extrêmes 79 et 81.In FIG. 7, where the same references designate the elements corresponding to those previously described, another embodiment is shown, designed exactly according to the same principles but having a rotor 1 divided into three elementary rotors 73, 74 and -75 Each rotor elementary comprises two regions with notches, respectively 76, -77 and 78, which receive electrical conductors, and two diametrically opposite regions, devoid of notches and form "North" poles and
South ", with an alternate arrangement of these blades in the axial direction, as shown in the drawing. The length of the central elementary rotor 74 is equal to twice the length of each of the extreme elementary rotors 73 and 75. In correspondence with the structure of the rotor 2) the stator 3 here comprises polar masses at "E s giving in the axial direction triple blades. Each stator pole mass is formed by an elongated sole 24, but the latter receives three blocks 79, 80 and 81 with polar expansions, the length of the: central block 80 being twice that of the end blocks 79 and 81.
Comme il va de soi, et comme il résulte déjà ce qui précède, l'invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation de cette machine électrique tournante qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples;elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes conçues sur le même principe, en particulier quel que soit le nombre des pôles au rotor et au stator, et quelle que soit la division du rotor en deux ou plusieurs rotors élémentai res. As is obvious, and as already follows from the above, the invention is not limited to the sole embodiments of this rotary electric machine which have been described above, by way of examples; it embraces it, on the contrary, all the variants designed on the same principle, in particular whatever the number of poles on the rotor and on the stator, and whatever the division of the rotor into two or more elementary rotors.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8013916A FR2485287A1 (en) | 1980-06-19 | 1980-06-19 | DC or rectified AC motor - has two cylindrical rotor sections with longitudinal notches cut between pole faces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8013916A FR2485287A1 (en) | 1980-06-19 | 1980-06-19 | DC or rectified AC motor - has two cylindrical rotor sections with longitudinal notches cut between pole faces |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2485287A1 true FR2485287A1 (en) | 1981-12-24 |
| FR2485287B1 FR2485287B1 (en) | 1984-06-08 |
Family
ID=9243414
Family Applications (1)
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|---|---|
| FR (1) | FR2485287A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2720204A1 (en) * | 1994-05-20 | 1995-11-24 | Monseigneur | Linear motor supplied by conductive tracks and having arc suppression |
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1980
- 1980-06-19 FR FR8013916A patent/FR2485287A1/en active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2485287B1 (en) | 1984-06-08 |
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|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |