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" DISPOSITIF D'APPAREILLAGE ELECTRIQUE POUR JOUETS OU MACHINES
ROTATIVES ELECTROMAGNETIQUES DE DEMONSTRATION"
On connaît déjà des jeux permettant de réaliser, à échelle réduite et avec un nombre de types de pièces limités, des maquettes interprétant les constructions mécaniques de machines, bâtiments, charpentes, véhicules utilisés industriellement .
De tels jouets s'adressent surtout aux enfants, étant donné qu'ils ne donnent qu'une figuration imagée de ces constructions et n'approchent que d'assez loin la réalité .De plus, l'intérêt instructif présenté par ces jouets est forcément limité par suite des inconvénients précités et du fait que les organes grossièrement imités ne peuvent être rendus mobiles mécaniquement que par l'emploi de sources de puissance ( moteurs électriques, à vapeur) d'un prix relativement élevé et non susceptibles d'être construits par l'usager lui-même .
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La présente invention a pour but de fournir un dispositif d'appareillage utilisant un nombre restreint de pièces différentes permettant de reproduire fidèlement, à éohelle réduite et pour un prix relativement faible, les différentes machines électriques utilisées industriellement à l'heure actuelle . Un tel dispositif permettra en outre de réaliser de nombreuses expériences qui faciliteront et confirmeront l'étude théorique des phénomènes électriques en même temps qu'ils seront pour l'usager une source d'amusements .
De plus, il s'adresseront à des jeunes gens déjà âgés pour lesquels il n'existait pas jusqu'ici de jouets véritablement scientifiques et intéressants .
La p résente invention se caractérise à cet effet en ce que :
10)Les diverses tôles constituant le stator sont découpées de façon à pouvoir s'adapter ensemble pour constituer, suivant le mode d'assemblage et les pièces utilisées, toutes les formes de stator actuellement connues tant pour les machines à courant continu que pour les machines à courant alternatif .
2 )Le rotor sera également constitué par des tôles interchangeables qui, par leurs divers modes d'assemblage, permettront, en ccmbinaison avec le stator, de réaliser les diverses machines électriques tournantes connues .
3 )La carcasse est constituée de deux pièces symétriques convenablement assemblées et pouvant se fixer par des pattes interchangeables sur un socle approprié .
4 ) La fixation des différentes pièces du stator sur l'arbre de la machine est obtenue au moyen de douilles filetées interchangeables, servant en même temps, si nécessaire, à la solidarisation des différentes pièces entre elles ; ces douilles sont légèrement coniques et fendues diamétralement
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l'Une de leurs extrémités, le blocage sur l'arbre étant obtenu au moyen d'un écrou vissé à force sur le filetage conique.
5 ) Des bobines sont préparées à l'avance pour s'a- dapter convenablement suivant le type de machine utilisée sur le rotor et sur le stator, les connexions entre ces bobines pouvant être faites de toutes façons convenables au moyen de pièces de connexion appropriées.
Telle que définie dans son principe, l'invention se prête à l'obtention de nombreuses machines électriques dont quelques unes seulement seront décrites et représentées à titre d'exemple.
Avec l'ensemble des pièces et des différentes bo- bines, il est possible de construire notamment, en supposant par exemple pouvoir obtenir douze encoches sur le rotor et le stator;
1 ) Des génératrices de courant continu ; a) bipolaires; b) à quatre pôles inducteurs.
2 ) Des moteurs à courant continu : a) bipolaires; b) à quatre pôles.
3 ) Des moteurs à champ alternatif monophasé (mo- teurs collecteur) : a) bipolaires ( à répulsion ( ou b) à quatre pales ( moteurs série, ou mixtes ( (à 4 pales seulement).
4 Des alternateurs hétéropolaires monophasés : ( a) à 2 pôles inducteurs.
A.à induit fixe ( @ b) à 4 pôles inducteurs.
(type turbo) ( c) à 6 pôles inducteurs.
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a) à 2 pôles inducteurs
B. à induit mobile b) à 4 pôles inducteurs c) à 6 pôles inducteurs
5 ) Des alternateurs diphasés, à 2 pôles inducteurs : a) à induit fixe; b) à induit mobile,
6 ) Des alternateurs triphasés, à 2 pôles inducteurs : a) à induit fixe; b) à induit mobile.
7 ) Des moteurs synchrones monophasés, diphasés et tri phases, correspondant aux types d'alternateurs décrits ci dessus.
8 ) Des moteurs asynchrones à champ tournant, monophasés, diphasés et triphasés.
A. Moteurs monophasés :
1. A rotor bobiné; a) à deux bobines court-circuitées
1 ) Stator à 2 pôles;
2 ) Stator à 4 pôles;
3 ) Stator à 6 pôles. b) à 4 bobines en court-circuit :
Stators à 2, 4 ou 6 pèles. c) à 6 bobines en court-circuit :
Stators à 2, 4 ou 6 pales.
II. A rotor en cage d'écureuil;
Stators à 2, 4 ou 6 pôles.
B. Moteurs diphasés :
1. A rotor bobiné, stator à 2 pâles;
II. A rotor en cage décureuil, stator à 2 pales.
C, Moteurs triphasés ;
I. A rotor bobiné, stator à. 2 pôles;
II. A rotor en cage d'écureuil, stator à 2 pales.
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9 ) Des génératrices polymorphiques t a) bipolaires; b) à 4 pôles inducteurs.
10 ) Des commutatrices. (Transformation du courant alternatif en courant continu ou inversement). a) bipolaires; b) à 4 pôles inducteurs.
11 ) Des moteurs ou génératrices à rotor à pôles saillants - soit à deux pôles, - soit à quatre p81es,
12 ) Des moteurs ou génératrices compound : a) bipolaires, b) à quatre pôles inducteurs,
13 ) Des moteurs ou génératrices à pôles auxiliaires*
L'invention s'étend également à un certain nombre de points particuliers qui apparaîtront dans le texte suivant fait en référence au dessin annexé, dans lequel :
La figure 1 est une élévation en coupe longitudinale d'une machine à quatre pôles Inducteurs,
La figure 2 est une coupe suivant II-II de la figure 1 montrant en outre en traits mixtes les cornes polai res d'une machine bipolaire.
La figure 3 est une coupe transversale d'une ma.'- chine à courant alternatif,
La figure 4 montre, en profila un rotor à cage d'écureuil et un stator avec amortisseur de démarrage,
La figure 5 montre en coupe axiale le dispositif de calage des balais.
La figure 6 montre, en coupe axiale, un collecteur à courant continu.
La figure 7 en est une vue partielle développée de la périphérie,
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La figure 8 montre, en coupe axiale, un collecteur à. courant alternatif.
La figure 9 en est une vue de profil,
Les figures 10, 11, 12, 13, 14 et 15 montrent les différentes tôles utilisées pour la constitution des diverses formes de stators ou pôles inducteurs des différentes machi- nes.
La figure 16 montre en profil un rotor à deux p8les saillants.
La figure 17 montre en profil un rotor à quatre pôles saillants.
La figure 18 montre en coupe axiale une borne de oonnexion.
La machine électrique représentée aux figures 1 et 2 et qui est donnée, à titre d'exemple, est une machine à courant continu à quatre pôles inducteurs. On comprendra évidemment que tout l'ensemble reste identique sauf le rotor, le stator, les collecteurs quel que soit le type de maohine.
Tout ce qui sera décrit ci-dessous sera commun,sauf indications contraires, à tous les types de machines électriques.
Le socle 1 de la machine, de forme rectangulaire, est constitué par une tale emboutie par exemple et supporte, sur chacun de ses petits côtés, un palier 2 qui peut être d'un type quelconque (palier à bague par exemple). L'arbre 3 du rotor est supporté par ces deux paliers 2 et comporte à l'une de ses extrémités une poulie 4 à plusieurs étages par exemple.
Cette poulie 4 est fixée sur l'arbre 3 par une douille 5 file. tée extérieurement et alésée au diamètre de l'arbre, Cette douille 5 passe dans un alésage correspondant de la partie 4 qui se trouve bloquée,à chacune de ses extrémités, par un écrou 6. L'une des extrémités de la douille 5 comporte deux ou plusieurs tentes diamétrales 7 et la partie extérieure de la
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douille, correspondant à la profondeur des fentes 7, est légèrement conique de façon que le vissage d'un écrou conve. nable 8 provoque le blocage de la douille 5 sur ltarbre 3,
Cet écrou peut également remplacer l'un des. écrous 6 de serrage. Une fixation identique sera utilisée pour chacune des pièces montées sur l'arbre 3 du rotor.
Le rotor est constitué par un assemblage de tôles 10 qui sont les mêmes pour toutes les machines pouvant être construites sauf pour celles à rotor à pôles, saillants, cha- cune de ces tôles, comme montré plus spécialement aux figu- res 2 et 3 est circulaire et à sa périphérie sont pratiquées des encoches 9 au nombre de douze, dans les formes de réalisation représentées, mais qui pourraient être en nombre quelconque, Ces tôles 10 sont assemblées entre elles et fixées sur l'arbre au moyen dtune douille filetée analogue à celle servant à la fixation de la poulie, Les encoches 9 comportent, à leur partie supérieure, une queue d'aronde 9a permettant la mise en place de cales convenables pour mains tenir les bobines placées dans ces encoches.
Un flasque circulaire de connexion 13, en matière isolante,est monté sur l'arbre 3 en regard des fils de sortie et d'entrée des bobines du rotor pour permettre toutes connexions désirées entre les bobines. Ce flasque 13 comporte, à cet effet, à sa périphérie, des bornes de connexion 14 fixées dans des trous correspondants du flasque, Chaque borne 14,, comme montré plus spécialement à la figure la$ est constituée par une douille 15 alésée et filetée suivant son axe, en 16 et qui possède, en outre, à sa partie supérieure, un alésage radial 17 fileté, de préférence dtun seul coté.
Cette borne est fixée sur la flasque 13 par une petite vis 18 vissée dans Italésage 16 de façon à serrer le flasque 13
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entre sa tête et la base-de la douille 15.
L'arbre du rotor comporte également, suivant le type de machine, soit un collecteur à courant continu, soit un oollecteur à courant alternatif, soit les deux à la fois qui sont alors situés, de préférence, de part et d'autre du rotor.
Le collecteur à courant continu, représenté aux figures 5 et 6, est fixé, comme indiqué précédemment pour la poulie 4, sur l'arbre 3, il est constitué par un tambour isolant 20 percé de trous 21 à sa périphérie ( au nombre de 12 dans la forme de réalisation représentée). Sur ce tambour isolant sont rapportées des petites plaquettes 22 en métal conducteur, comme représenté en détail aux figures 6 et 7; ces petites plaquettes 22 sont recourbées à angle droit à leurs extrémités et chacun des bords tombés 23 est percé d'un trou 24 qui, une fois la plaquette en place sur le tambour 20, correspond aux trous 21 percés dans ce tambour. La fixation est obtenue au moyen de tiges filetées.25 et d'éorous 26.
Le nombre et la largeur des plaquettes 22 ainsi que le diamètre du tambour 20 sont déterminés pour qu'il existe entre ces plaquettes un jeu 22a destiné à créer l'isolement entre lames du collecteur. Un flasque à connexions, analogue à celui prévu pour le rotor, est disposé en regard du colleoteur pour permettre d'effectuer les connexions convenables entre bobines.
Le collecteur à courant alternatif fixé sur l'arbre 3 se compose de bagues circulaires 27 en métal conducteur, en nombre convenable suivant le type de machine. Chacune de ces bagues porte intérieurement un petit ergot 28 (solidaire de la bague 27 ou rapporté par tous moyens convenables) percé d'un trou fileté parallèle à l'axe de la bague. Les bagues sont séparées entre elles par des bagues isolantes 29
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faisant saillie extérieurement et percées de trous 30.
La fixation des bagues est obtenue au moyen de tiges filetées 31 fixées respectivement sur chacun des ergots 28, décalées entre elles et passant dans les trous 30 des bagues isolan- tes 29. Ces tiges filetées sont fixées par des écrous et bornes de connexions convenables sur les deux bagues isolan- tes extrêmes 29a. Les bagues isolantes 29 sont fixées sur l'arbre 3 par douille filetée et écrous comme décrit pré- cédemment.
La constitution du stator qui forme l'un des points importants de la présente invention est obtenue au moyen des tôles représentées aux figures 2 et 3 qui sont assemblées comme indiqué ci-dessous suivant le type de machine.
MACHINE BIPOLAIRE
On assemble les tôles représentées aux figures 10 et 11 en disposant, de chaque c8té, une tôle de la forme représentée à la figure 15.
MACHINE A QUATRE POLES
On assemble les tôles représentées aux figures 11 et 12 en disposant, de chaque côté, une tôle de la forme re- présentée à la figure 14.
STATOR SERVANT D'INDUCTEUR
Les tôles représentées aux figures 11 et 13 sont assemblées ensemble de façon à chevaucher ou non l'une sur l'autre.
Dans tous les cas, les tôles sont reliées ensemble par tiges filetées et écrous, les tiges filetées passant dans les trous pratiqués dans les tôles à cet effet.
La carcasse est constituée de deux parties symétri- ques 40 comportant des pattes 41 reliées entre elles par boulons et écrous. Ces demi-carcasses 40 sont pourvues de trous disposés suivant un plan diamétral vertical et deux
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plans diamétraux inclinés à 45 . Les tôles représentées aux figures 11,13, 14 et 15 comportent, du côté de leur périphérie, des rainures à T 42 dans lesquelles s'engage une barrette 43 ou similaire, de profil correspondant, et qui porte deux tiges filetées 43a qui passent dans les trous correspondants de la carcasse sur laquelle ils sont fixés au moyen d'éorous appropriés. Des cales 44 d'épaisseur convenable peuvent être intercalées entre la carcasse et les tôles pour permettre le centrage de ces dernières.
La demi-carcasse inférieure 40 est fixée sur le socle 1 au moyen de deux pattes convenables 45 solidarisées avec le socle 1 et avec la demi-carcasse 40 au moyen de boulons et d'écrous comme représenté aux figures 2 et 3.
De chaque côté de la carcasse est placé un couvre enroulement 46 pourvu d'ouvertures convenables pour la ventilation.
Ces couvre-enroulements 46, en tôle, comportent un évidement concentrique à l'axe qui sert de support et de guide pour les porte-balais comme il sera expliqué plus loin.
De façon à augmenter la ventilation, on peut fixer sur l'arbre, à l'aide d'une bague filetée et fendue comme indiqué ci-dessus, un ventilateur 47 constitué par une plaque de tôle circulaire découpée suivant des rayons et dont chaque secteur est ensuite incliné convenablement par rapport à l'axe.
Les porte-balais, comme montré plus spécialement à la figure 5, comprennent, d'une part, deux flasques circulaires, de préférence isolants, venant pincer et se centrer sur le bord interne des couvre-enroulements 46 et, d'autre part, un ou deux bras 49 symétriques par rapport à l'axe et perpendiculaires entre eux lorsqu'il en existe deux, ces bras 49 étant montés fous sur l'arbre 3 ou fixés sur le
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palier 2. Les deux bras peuvent être remplacés par une couronne isolante percée de trous. Les bras 49 de préférence en matière isolante et les flasques 48 sont reliés entre eux par des tiges filetées 50, convenablement isolées, sur les- quelles les porte-balais 51 proprement dit sont maintenus en place au moyen d'écrous vissés de part et d'autre des porte- balais 51.
Chacun de ceux-ci est constitué d'une cage 52 ouverte à ses deux extrémités dans laquelle se place le balai 53 de forme convenable. Ce balai est repoussé sur le collecteur par une plaque 54 sur la partie supérieure de laquelle agit un ressort 55 guidé par une tige 56 fixée, d'une part, sur la plaque 54 et, d'autre part, sur une partie recourbée 57 solidaire du porte-balai.
En ce qui concerne les enroulements de l'induit ou des inducteurs, ceux-ci sont fournis sous forme de bobines con venablement isolées en nombre variable et dont les dimensions sont établies pour s'adapter convenablement dans les encoches du stator et du rotor ou autour des masses polaires dans le cas de machines à courant continu ou de machines à rotor à pôles saillants.
Les connexions entre les divers enroulements du stator sont faites au moyen de bornes, du type décrit pré- cédemment', fixées sur la carcasse du moteur et convenable- ment isolées de celle-ci. Des bornes du même type disposées sur le bâti et isolées de ce dernier permettent de connecter de toutes façons convenables les enroulements du stator et du rotor par l'intermédiaire des porte-balais soit entre eux, soit à la source de courant.
Le rotor dans les machines à rotor à pôles sail- lants peut être à deux ou quatre pôles.
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Rotor à deux pôles saillants
Il est constitué par des tôles 60, comme représenté à la figure 16, montées sur l'axe 3, au moyen d'une douille filetée comme décrit précédemment et disposées de façon alternée. A l'extrémité de ces tôles 60 sont fixées par tiges filetées et éorous les cônes polaires 61 de forme représentée à la figure 16.
Rotor à quatre pôles saillants
Il est constitué par des tôles 60 de la forme représentée à la figure 17 montées sur l'axe 3 au moyen d'une douille filetée comme décrit précédemment, chaque tôle 60 étant décalée de 90 par rapport aux tôles adjacentes . A l'extrémité de ces tôles 60 sont fixées par tiges filetées et éorous les cônes polaires 62 de forme représentée à la figure 17.
Des enroulements convenables sont placés concentriquement à chacun des pôles saillants ainsi constitués et conneotés entre eux de toutes manières convenables à l'aide d'un disque de connexion comme décrit plus haut .
Dans le cas de machines à courant continu à deux ou quatre pôles, les bobinages des inducteurs peuvent être remplacés par des aimants permanents 65 de forme convenable disposés oonoentriquement à l'axe entre les pôles inducteurs comme représenté en traits pointillés à la figure 2, les pôles de même nom des aimants permanents 65 étant adjacents au même inducteur . De même, dans les machines à rotor à pôles saillants, les bobinages peuvent être remplacés par des aimants permanents disposés en oombinaison ou non avec les paquets de tôles décrits précédemment en référence aux figures 16 et 17 .
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Dans le cas des machines à courant alternatif, les bobinages du rotor peuvent être remplacés par des tiges filetées constituant les barres d'une cage d'écureuil. A cet effet, on dispose, de préférence aux extrémités du rotor, des tôles de laiton suivant figure 4 qui se chevauchent ou non destinées à obtenir les couronnes de la cage d'écureuil .
De même, on peut disposer sur le stator (. ou inducteurs) des pièces en laiton suivant figure 4 assemblées de toutes manières convenables et destinées à servir, à la manière en elle-même connue, d'amortisseurs de démarrage ou cage d'écureuil statorique dits amortisseurs de " Leblanc".