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Perfectionnements aux embrayages et/ou freins à haute vitesse.
La présente invention est relative aux embrayages et/ou freins à haute vitesse et plus particulièrement, mais non exlusive- ment, aux dispositifs d'intégration et d'enregistrement pour méca- nismes de pesage associés aux grues.
Dans les embrayages et freins pour dispositifs d'inté- gration et d'enregistrement pour mécanismes de pesage de grues, les desiderata suivants interviennent:
1 ) L'embrayage doit fonctionner d'une manière extrême- ment' rapide.
2 ) L'inertie de l'arbre conduit qui actionne l'enre- gistrement, etc., doit être maintenue basse.
3 ) L'arbre conduit doit pouvoir être arrêté rapidement après qu'il a été débrayé de l'arbre moteur.
4 ) Il doit suffire d'une très petite quantité d'énergie pour actionner l'appareil, les opérations étant amorcées par un micro-interrupteur à courant continu.
L'objet principal de la présente invention est de prévoir un appareil dans lequel l'aotionnement d'un embrayage et d'un frein peut se faire avec une grande précision et en réalisant les désidé- rata ci-dessus.
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L'invention consiste en un mécanisme d'embrayage et/ou freinage à haute vitesse, qui incorpore un aimant permanent fixe de polarisa- tion et un circuit magnétique qui lui est associé, une bobine d' actionnement et circuit magnétique y associé, un aimant rotatif permanent de polarisation et le circuit magnétique qui lui est asso- cié, le dit aimant rotatif et son circuit magnétique se trouvant en connexion motrice avec un arbre moteur, et une armature se trouvant en connexion motrice avec un arbre conduit et étant disposée entre les dits aimants permanents, les flux des aimants permanents étant de directions opposées sur une partie du trajet du flux de la bobine, la bobine d'actionnement effectuant, quand elle reçoit le courant, une augmentation du flux d'un aimant permanent et diminution du flux de l'autre, en effectuant ainsi l'attraction de l'armature axialement.
L'invention consiste également en un mécanisme tel que décrit au paragraphe précédent, dans lequel les flux d'aimants permanents passent radialement vers l'extérieur à travers l'armature.
L'invention consiste également en un mécanisme tel que décrit dans n'importe lequel des deux alinéas précédents, dans lequel on emploie deux bobines d'actionnement, l'une recevant le courant pour effectuer l'embrayage et l'autre pour effectuer le freinage.
L'invention consiste également en un mécanisme d'embrayage et de freinage à haute vitesse, substantiellement comme décrit en se reportant aux dessins ci-joints.
En se reportant aux dessins schématiques ci-joints :
Fig. 1 est une élévation latérale, en partie en coupe, cette coupe étant faite le long de la ligne 1-1 de la fig. 2 d'un mode de construction approprié du mécanisme suivant l'invention.
Fig. 2 est une élévation frontale, en partie en coupe, celle- ci étant faite le long de la ligne 2-2 de la fig.l, et
Fig. 3 est une vue partielle en plan de ce mode de réalisation.
Fig.4 est une vue isométrique découpée en partie , d'un autre mode de réalisation.
En réalisant l'invention dans la pratique suivant un mode illustré à titre d'exemple dans les dessins, et tel qu'appliqué à
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un embrayage et frein à haute vitesse destiné à être employé avec dispositifs d'intégration et enregistrement pour mécanisme de pesage associé à une grue, sur un arbre moteur 1 se trouve prévu un aimant permanent 2 de forme cylindrique ayant des pOles aux extrémités opposées, celles-ci étant associées avec un circuit magnétique en fer doux comprenant une pièce polaire centrale 3 et un trajet de retour externe 4.
L'extrémité exposée du circuit de retour externe 4 et la face exposée de la pièce polaire centra- le 3 sont séparées par un petit intervalle d'une armature 5 en forme de disque montée sur un arbre conduit 6 coaxial avec 1' arbre moteur, le montage 7 (anneau flexible étant tel qu'il permette à l'armature 5 de se mouvoir axialement par rapport à l'arbre conduit 6 tout en restant en connexion motrice.
De l'autre côté de l'armature 5 et séparé de celle-ci par un petit intervalle d'air, se trouve un autre aimant permanent 8 et un circuit magnétique 9,10 similaire à celui qui est associé avec l'arbre moteur 1.
Les éléments de trajet de retour externe 4 et 10 sont associés avec un autre circuit magnétique comprenant deux anneaux feuille- tés 11 et 12 entourant les éléments de trajet de retour 4 et 10, et connectés par un ou plusieurs noyaux à enroulements 13 et 14 avec leurs enroulements respectifs 15 et 16. L'anneau 12 est en contact magnétique avec le trajet de retour externe 10 et 1' anneau 11 xxxx est espacé du trajet de retour externe 4 par un petit intervalle d'air. Les anneaux 11 et 12 et les noyaux à enroulements 13 et 14 peuvent consister en tôles feuilletées et les parties des trajets de retour 4 et 10 associées aux circuits magnétiques à enroulements peuvent être feuilletées ou faites en un alliage de fer ayant une faible perte par courants de Foucault.
Afin d'équilibrer les flux des deux aimants permanents 2 et 8, on place assez de bandes ou pièces d'épaisseur 17 et 18 entre les pièces polaires et les trajets de retour des assemblages magnétiques fixes et rotatifs.
Les intervalles d'air entre l'armature et les trajets de
19, retour sont réglables au moyen de pièces d'espacement/20, 21 et
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22. Afin de réduire le flux d'enroulement nécessaire pour actionner l'embrayage et le frein, les faces associées aux intervalles d'air entre l'armature 5 et les éléments des trajets de retour 4 et 10 sont recouverts d'une substance non-magnétique ou bien des moyens alternatifs sont adoptés pour assurer que de petits intervalles non-magnétiques restent entre ces éléments.
Les bobines d'actionnement 15 et 16 peuvent consister soit en bobines ayant un enroulement continu et dans ce cas la polarité des bobines doit être renversée pour effectuer l'embrayage ou le freinage, ou bien alternativement, les bobines peuvent avoir chacune une prise centrale, et dans ce cas chaque moitié reçoit le courant suivant que l'on désire effectuer un embrayage ou un frei- nage.
Lors du fonctionnement, les flux des aimants permanents 2 et 8 convergent et passent à travers l'armature 5 radialement vers l'extérieur où ils se séparent à nouveau après avoir passé à travers les petits intervalles d'air pour retourner vers leurs aimants respectifs par la voie des trajets de retour externes 4 et 10.
Les bobines d'actionnement 15 et 16 servent à envoyer un flux secondaire à travers leurs noyaux 13 et 14 et anneau 11, donc radialement et axialement à travers le trajet externe de retour 4, axialement à travers l'armature 5, et axialement et radialement à travers le trajet externe de retour 10, et ainsi de retour vers les noyaux à enroulements par l'intermédiaire de l'anneau 12. Ce flux secondaire augmente le flux d'un côté de l'armature et le diminue de l'autre, ce qui fait attirer l'armature vers le côté où le flux augmente, en effectuant ainsi ou bien l'embrayage de 1' armature à l'arbre moteur par la voie du trajet externe de retour 4 ou bien son freinage contre le trajet fixe de retour 10.
La description ci-dessus s'applique également au mode de construction illustré dans la fig. 4 où au lieu de structures de trajets externes de retour de forme rectangulaire on a prévu des trajets de forme circulaire.
En vue de la nature différentielle du circuit magnétique
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les ampère-tours sont beaucoup plus petits que ceux qui seraient nécessaires avec un type orthodoxe d'électro-aimant et l'induc- tance des enroulements est maintenue basse et la constante de temps courte. Le fait de feuilleter les parties du circuit qui sont passibles de grands changements de flux facilite également l'obtention de ce résultat.
Un embrayage de freinage à haute vitesse obtenu comme décrit ci-dessus a pu transmettre un couple de torsion de 8 livres par pouce, avec une force de polarisation appliquée de 150 appère-tours et déconnecter l'arbre conduit de l'arbre moteur et ramener le premier depuis une vitesse de 15 tours par minute à l'arrêt complet en environ 5 milli-secondes.
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Improvements to high speed clutches and / or brakes.
The present invention relates to high speed clutches and / or brakes and more particularly, but not exclusively, to integration and recording devices for weighing mechanisms associated with cranes.
In clutches and brakes for integration and registration devices for crane weighing mechanisms, the following requirements apply:
1) The clutch must operate extremely fast.
2) The inertia of the driven shaft which actuates the recording, etc., must be kept low.
3) The driven shaft must be able to be stopped quickly after it has been disengaged from the motor shaft.
4) A very small amount of energy must be sufficient to operate the device, operations being initiated by a DC microswitch.
The main object of the present invention is to provide an apparatus in which the actuation of a clutch and a brake can be done with great precision and by realizing the above desires.
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The invention consists of a high speed clutch and / or braking mechanism, which incorporates a fixed polarizing permanent magnet and a magnetic circuit associated therewith, an actuating coil and associated magnetic circuit, a magnet. permanent rotary polarization and the magnetic circuit which is associated with it, the said rotary magnet and its magnetic circuit being in driving connection with a driving shaft, and an armature lying in driving connection with a driven shaft and being arranged between the so-called permanent magnets, the fluxes of the permanent magnets being in opposite directions on part of the path of the flux of the coil, the actuating coil carrying out, when it receives the current, an increase in the flux of a permanent magnet and a decrease in the flux on the other, thus effecting the attraction of the armature axially.
The invention also consists of a mechanism as described in the previous paragraph, in which the fluxes of permanent magnets pass radially outwards through the armature.
The invention also consists of a mechanism as described in any of the two preceding paragraphs, in which two actuating coils are used, one receiving the current to effect the clutch and the other to effect the braking. .
The invention also consists of a high speed clutch and braking mechanism, substantially as described with reference to the accompanying drawings.
Referring to the attached schematic drawings:
Fig. 1 is a side elevation, partly in section, such section being taken along line 1-1 of FIG. 2 of a suitable method of construction of the mechanism according to the invention.
Fig. 2 is a front elevation, partly in section, this being taken along line 2-2 of Fig. 1, and
Fig. 3 is a partial plan view of this embodiment.
Fig.4 is a partially cut away isometric view of another embodiment.
By carrying out the invention in practice in a mode illustrated by way of example in the drawings, and as applied to
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a high speed clutch and brake intended to be used with integration and recording devices for a weighing mechanism associated with a crane, on a motor shaft 1 there is provided a permanent magnet 2 of cylindrical shape having poles at opposite ends, those -ci being associated with a magnetic circuit in soft iron comprising a central pole piece 3 and an external return path 4.
The exposed end of the external return circuit 4 and the exposed face of the central pole piece 3 are separated by a small gap of a disc-shaped armature 5 mounted on a driven shaft 6 coaxial with the motor shaft, the assembly 7 (flexible ring being such that it allows the frame 5 to move axially with respect to the driven shaft 6 while remaining in driving connection.
On the other side of the armature 5 and separated from it by a small air gap, there is another permanent magnet 8 and a magnetic circuit 9,10 similar to the one associated with the motor shaft 1 .
The external return path elements 4 and 10 are associated with another magnetic circuit comprising two foil rings 11 and 12 surrounding the return path elements 4 and 10, and connected by one or more coil cores 13 and 14 with their respective windings 15 and 16. The ring 12 is in magnetic contact with the outer return path 10 and the ring 11 xxxx is spaced from the outer return path 4 by a small air gap. The rings 11 and 12 and the coil cores 13 and 14 may consist of laminated sheets and the parts of the return paths 4 and 10 associated with the coil magnetic circuits may be laminated or made of an iron alloy having low current loss. by Foucault.
In order to balance the fluxes of the two permanent magnets 2 and 8, enough strips or pieces of thickness 17 and 18 are placed between the pole pieces and the return paths of the fixed and rotating magnetic assemblies.
The air gaps between the reinforcement and the
19, back are adjustable by means of spacers / 20, 21 and
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22. In order to reduce the winding flow required to actuate the clutch and the brake, the faces associated with the air gaps between the armature 5 and the elements of the return paths 4 and 10 are coated with a non-material. -magnetic or alternate means are adopted to ensure that small non-magnetic gaps remain between these elements.
The actuating coils 15 and 16 can consist either of coils having a continuous winding and in this case the polarity of the coils must be reversed to effect the clutch or the braking, or alternatively, the coils can each have a central tap, and in this case each half receives the current depending on whether it is desired to engage or brake.
In operation, the fluxes of the permanent magnets 2 and 8 converge and pass through the armature 5 radially outward where they separate again after passing through the small air gaps to return to their respective magnets through the path of the external return paths 4 and 10.
The actuating coils 15 and 16 serve to send a secondary flow through their cores 13 and 14 and ring 11, therefore radially and axially through the external return path 4, axially through the armature 5, and axially and radially through the external return path 10, and thus back to the coil cores via the ring 12. This secondary flow increases the flow on one side of the armature and decreases it on the other, which causes the armature to attract towards the side where the flow increases, thereby effecting either the engagement of the armature to the motor shaft by the path of the external return path 4 or its braking against the fixed path of back 10.
The above description also applies to the construction mode illustrated in FIG. 4 where instead of structures of external return paths of rectangular shape, paths of circular shape have been provided.
In view of the differential nature of the magnetic circuit
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the ampere-turns are much smaller than would be needed with an orthodox type of electromagnet and the inductance of the windings is kept low and the time constant short. Leafing through those parts of the circuit that are subject to large flux changes also makes it easier to achieve this result.
A high speed brake clutch obtained as described above was able to transmit a torque of 8 pounds per inch, with an applied bias force of 150 turns and disconnect the driven shaft from the motor shaft and bring back the first from a speed of 15 revolutions per minute to a complete stop in about 5 milli-seconds.