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MACHINE A CHAMP TOURNANT, A REGLAGE MECANIQUE.
Les moteurs synchrones triphasés tournent à une vitesse fixée d'une manière plus ou moins rigide par la fréquence, le nombre des pôles et le glissement. La permutation des connexions polaires n'offre qu'une possi- bilité de réglage par paliers grossiers.Le réglage de la vitesse par une modification de la fréquence est le plus souvent trop compliquée vu.
que par exemple dans le cas d'une connexion à un réseau., on ne dispose que d'une seule fréquence invariables et qu'il serait nécessaire, pour produire une fréquence variable, de prévoir un changeur de fréquence spéciale Donc, pour réaliser le réglage permanent ou par degrés fins, il ne reste pratiquement que la variation du glissement, par exemple en réglant la résistance du cir- suit du rotor. Or, ceci nécessite l'emploi d'un induit à bagues collectri- ces. En outre-, lorsque le glissement est importante il se- produit des- per- tes relativement élevées., de sorte qu'un service permanent avec glissement important est très peu économique.
Il y a plusieurs années¯, on a proposé de régler mécaniquement un moteur synchrone triphasé par la variation des distances polaires. Conformé- ment à ce système,trois solénoïdes connectés à des phases différentes et pourvus de noyaux de fer de faible longueur étaient montés de façon à pou- voir être déplacés le long d'un disque massif de grandes dimensions, dans le sens tangentiel- de la périphérie du disque, au-moyen d'un mécanisme à vis.Cette disposition permet, iL est vrai.- de provoquer la rotation du dis- que,, mais non pas en- ce sens que la vitesse de rotation dumoteur augmente avec les distances polaires;
elle a pour résultat qu'un couple maxime s' é tablit pour une distance polaire déterminéeet que ]-on obtient donc une vitesse- maxima pour une charge donnée. Lorsque les distances- polaires dimi- nuent ou augmentent, la vitesse- décroît à nouveau. Une telle disposition ne permet pas de réaliser dea performances mécaniques notables, vu que le moteur possède un. très mauvais rendement, de sorte que de tels moteurs ne se sont.pas avérés dans la pratique.
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La présente invention utilise également un réglage mécanique par variation de distances polaires, tout en visant à réaliser un moteur à ren-
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dement économique.. Plus spécialemente aux vitesses intemnddiaires, le ren- , dément sera meilleur que dans les moteurs courants, où ces vitesses ne sont réalisées que par un accroissement sensible du glissement,
Selon l'invention, la machine comporte un tel nombre de pôles réglables tangentiellement que, d'une part, la vitesse augmente avec les distances polaires et que, d'autre part, lorsque les distances polaires sont
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minimae une partie seulement du pourtour du rotor est excitée par 1 ensem- ble des p8les.
Dans le montage triphasée les différents pèles réglables tan- gentiellement se suivent dans 1-'ordre de phases R$ 5 RT9$ etc.., les lettres R, S, T désignant les phases du système triphasé. Dans un montage
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n-phasés, il existe au moins 2n pèles réglables tangentiellement.
Les flux des pâles disposent d'un circuit complètement fermé dans le fer, abstraction faite des entrefers nécessaires., Ainsi, par exemple, dans le cas d'un rotor cylindrique ou en forme de disque., le stator peut être composé' d'inducteurs en fer à cheval., portant des enroulements, de sor- te que les flux se ferment par ces inducteurs et le rotor,, Il importe ici
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que le stator soit pourvu d'un enroulement en cage d-1 écureuil présentant de préférence une résistance si minime que les harmoniques supérieurs qui résultent des distances polaires trop importantes soient amortis à un degré suffisant.
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Afin que l'étalement tangentiel des pôles ne détermine pas des distances polaires tellement importantes qu'elles en deviennent défavora- bles, il est recommandé que., pour- chaque phase. du stator, le pôle soit dé-
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composé en deux o7i- plusieurs pôles- fractionnaires à enroulement concentré et que ces poolse fractionnaires soient étalés- dans le sens approprié lors de 1' augmentation des distances polaires De cette façon, on réalise, si-
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multanément aveo 1-* augmentation des distances polaires, un-élargissement des pâles des différentes phases, ce qui permet d' empêcher dais une- grande mesure l' apparition d'harnoniques supérieurs ou de modifier le numéro d' or- dre des %moedques dans un sens qui,, comparativement, aux pâles mono-pièces,
est plus favorable à rétablissement du souple.
On peut aussi réduire les haxmoniques parasites grâce à une dis- position de pâles qui engendrent un champ tournant analogue à celai des enroulements répartis habituels. A cette fine les pôles fractionnaires- des différentes phases sont convenablement permutés, ou bien, on applique
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à chacun d'eux deux enroulements concentrés., connectés à des phases diffé- rentes, le montage étant tel que.'1 pour chaque phase., l'ensemble des ten- siens des bobines fractionnaires peut être composé de façon à représenter géométriquement une tension de phase.
Pour augmenter 1.'1 étendue de réglage pour les différentes vites-
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ses, les pâles ou les pâles fractionnaires peuvent être à connexions pemnu- tables. Grâce à la permutation des connexions polaires, on obtient un ré- glage par paliers grossiers de la vitesse, la variation des distances po- laires réalisant un réglage fin dans les limites- des paliers grossiers,, Cette disposition permet donc un réglage fin et continu dans des- gammes de vitesses étendues,,
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L'invention sera expliquée avec plus de détails c'r l'aide des des- sins ci-jointsg
La figure 1 montre un moteur comportant un rotor constitué par deux disques 1, 2 et des solénoïdes 4 situés entre ces disques sur des noyaux de fer 3 et comportant des enroulements concentrés.
Les disques 1,2
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portent des enroulements en cage d'écureuils et sont montéS- sur un arbre commun 5.
La figure 2 montre le moteur à 19 état développé. Il comporte dou-
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ze solénodes raccordés successivement et par paires aux phases R8 -T, +sa -R, +T, -Se Le flux des aolénordes se referme par le noyau de fer 3, le premier entrefer du stator, le disque 1, le noyau, de fer d'un autre solé-
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noEde) 1 autre entrefer et le disque 2, pour retourner par 1" entrefer men- tionné en dernierlieu au noyau mentionné en premierlieu.
Chaque pâle d'une phase est donc constitué ici par deux pôles fractionnaires à enroulements-
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cr#reentréa" Dans la figure 2e les pèles fractionnaires sont tous étroitement rapprochés- les uns des a1'ttreft" On obtient ici la plus faible- vitesse de ro- tation du champ tournant,, et seule une partie du pourtour du rotor est exci- tée, Lorsqu'il a-agit d,augmenter la vitesse,, on étale les pelés et les pô- les fraclonna.res somme montré dans la figure 3 Ceci augmente la- vitesse de rotation du champ tournante et donc la vitesse du rotor.
Lorsque on aug-
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mente trop fortement les distances polaires, on risqua 1-'apparition d'har- moniques supérieurs qui ne peuvent plus- être supprimés à un degré suffi-
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sant 'par- l'enroulement err cage d2 écureuiL du rotor, de sorte que le couple et le rendement du moteur diminuent fortement. Toutofois, lorsque les condi- tions d:#e-xI#oitation le- pemettentj}c-e--G- état de choses@ est aemptable. Ce risque est toutefois d'autant moindre- que la subdivision des pôles en pôles frac- tionnaires est plus poussée vu que-dans ce cas., 1-'augmentation des distan- ces polaires entraîne une augmentation- correspondante des pèles des diffé-
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rentes phases, ce qui empêche la fonamdespaess interpolaires impor- tants.
Afin de réaliser, en ce qui concerne la formation du champ tour- nant, l'effet d'un enroulement réparti,, on peut munir chacun ou quelques
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uns des pôles fractionnaires., non pas d?un seul. enroulement 40, mais de deux enroulements concentrés 41, 42, figure 2, branchés par exemple selon la fi- gourez Ici,, à titre d ean,ple le groupe I est connecté dans le sens .òR, -S; le groupe IL - dans le sens +R; le groupe III - dans le sens +R, -T;
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le groupe IV - dans le sens -T; le groupe V - dans. le sens +3, ; le grou- pe VI - dans le sens -Se etc.
On obtient ici un champ tournant à douze axes, assez- uniforme, Tous les. enroulements en-tiers et enroulements frac-
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tionnaires' de- la phase R des groupes I à III sont branchés en série par ezel pla Les tensions des enroulenents R des groupes I et III s'ajoutent poux former une tension résultante orientée suivant la direction-.de- la tension de la phase., Grâce à de tels -moyens, ou analogues, on réalise déjà- un¯ champ tournant très uniforme- et qui.. doit fournir un bon. rendement.
L'étalement des différents pôles fractionnaires et pôles entiers ne peut pas déterminer des
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conditions plus défavorables que- dams le cas du moteur a- enroulements répan- .s-9 vu que les pôles fractionnaires étalés correspondent plus ou moins aux dents du stator dans le cas d'un enroulement réparti dans des encoches..Même si l'on augmente 1 é--al.en davantage, on ne risque pas de déterminer des conditions plus défavorables que dans un moteur triphasé courant, dans le- quel les écarts entre les dents sont anormalement importants.
On peut réaliser un effet analogue si, au lieu de donner aux pôles fractionnaires plusieurs enroulements fractionnaires, on permute convenable-
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ment entre eux: les- pelés f rartdmmairez- des différentes phases, cees àd.re par exemple en donnant au. 'premier p810 partiel du groupe L (figure 4) un enroulement du sens +R; au deuxième pôle fractionnaire de ce groupe - un en-
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roulement du- sens -8-, au groupe II - un enroulement du. sens R; au premier pôle fractionnaire- du, groupe III -. un enroulement du sens -%; au deuxième pôle fractionnaire de ce groupe un enroulement du- sens +R etc.
Comme dans cette àisposîtion, les flux des différents pèles fractionnaires se dieper- sent suffisamment les- uns dans les autress les harmoniques supérieurs para- sites peuvent être maintenus dans des limites tolérables. @
La variation des distances entre pôles entiers et pôles fraction- naires peut être réalisée par n'importe quel mécanisme à manivelle, à cou-
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lisse, à levier ou à vils, par exemple un mécanisme à leviers analogue à ce- lui dit 8'oiseau de Nuremberg". Il convient ici, autant que- possible- de com- penser le jeu entre- les différents éléments du mécanisme par des moyens cou- rants- afin d'assurer- une assise ferme des pâles dans toutes les positions et d'éviter un ronflement.
Les figures 5 à 12 montrent schématiquement les. répartitions du champ correspondant aux différentes positions des pôles et à leurs connexions, pour un moteur à connexions polaires permutables- et à rotor-disque.
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Dans les figures' 5 et 7, les pèles fractionnaires sont branohés 'dans le sens +R, -T, +S, -R, etc. Lorsqu'ils sont serres étroitement les uns contre les autres comme dans la figure 5, on obtient une allure du champ se- lon la figure 6, tandis que, lorsqu'ils sont étalés selon la figure 7, on a
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la répartition de la figure 8.
Lorsque les pâles fractionnaires + R, + R, -T, -T, S$ +su etc. sont branchés camme dans les figures 9 et 1l, leur resser- rament selon la figure 9 donne une répartition de champ selon la figure 10,
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et leur étalement'selon la figure 11 - la répartition de la figure 12a Les répartitions de champ selon les figures paires correspondent aux vitesses à vide de '54 1500, 1544a 3000e La permutation des connexions polaires as- sure donc un réglage grossier à deux paliers Toutes les vitesses intermé- diaires peuvent être obtenues par variation de distances polaires,, .Ainsi, on peut donc constamment varier le réglage dans la gamme de vitesse de 750
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à 30448
Comme montré dans les figures 13 et 14,
les pôles fractionnai- res peuvent aussi être réunis en deux groupes diamétralement opposés. Des pôles fractionnaires diamétralement opposés peuvent se déplacer solidairement,
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a3esGÉOx être réunis rigidement l'un à ]--'autre, Ceci pemet d'équilibrer les forces magnétiques radiales dana le cas d'un rotor cylindrique (comparer figure 21).La figure 13 montre les pâles resserrés et la figure 14 - les pâles écartés.
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Le circuit fexne dans le fer peut être réalisé de différentes ma- nieras. Par exemple, on peut utiliser., comme dans la figure 15, des induc- teurs polaires 6 en fer à cheval, qui enclavent un induit-disque 7. Les en- roulements concentrés peuvent être disposés de différentes manières, par exemple sur la culasse comme en 8, sur les noyaux comme en 9, ou à proximité
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des pâles camne en 10. Dans la figure 16, on. prévoit des inducteurs 12 en U de part et d'autre d'un rotor-disque 11 comportant deux enroulements en cage d'écureuil superposés radialement. Dans la disposition selon la figure 16, le rotor-disque ne subit aucune attraction axiale.
Les inducteurs 12 peuvent être exécutés conformément aux figures 17 à 20, Ici, tous les enroulements inducteurs 13 sont disposés sur les noyaux.Dans les figures 17 et 18, les in- ducteurs sont carrés en vue frontale; dans les figures 19 et 20,ils présen-
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tent la forme de secteurs. Cette dernière- forme est réalisée par 1.' inclinaL son des tôles ou des paquets de t8les. A cette fin, on prévoit, entre les différents paquets de tales, des pièces d'écartement 14 intercalées sur le coté situé à 1'extérieur par rapport à 1'axe de rotation.
La figure 21 montre un rotor cylindrique 15 avec enroulements à cage d'écureuil disposés cote à cote et inducteurs 16 en U, réalisés par
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exemple selon la figure ?.,2, c9 est-à-di-xe-e avec croisement des- plans des te les et à enroulements concentrés sur les branches des inducteurs. Grâce à ce croisemienty la pièce polaire 17, figure 22, peut s'épanouir jusqu'à la largeur B de 1'enroolement, de sorte que les pelés fractionnaires peuvent être fortement resserrés. Afin que les enroulements ne gênent pas le resser- rement des- pales, on peut donner aux inducteurs en U la forme montrée dans les figures 23 et 24. Des inducteurs établis- selon chacune-de ces-figures se succèdent alternativement sur le pourtour du rotor.
Il en résulte un dé- calage axial des enroulements les uns- par rapport aux autres-,- de sorte, qu'ils ne gênent pas le resserrement des inducteurs.
Des moyens analogues, destinés à permettre le resserrement des
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inducteurs, peuvent être appliqués dans des moteurs comportant un rotor- disque. La figure 25 montre schématiquement un-mécanisme dit ''ciseau de Nu- rembergi1f pour la variation des distances polaires, et qui peut être disposé couronnement à la figure 26, e3 est-a-dire que les barreaux articulés sont situés sur les côtés d'un prisme. Dans la figure 25, laquelle montre cette disposition en développement, les différents pâles 20 sont fixés aux extré-
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mités de bras de levier 21 dont les moyeux 22. sont montés eo8xialement à l'arbre 23 de la machine, figure 260 Sur le côté extérieur des pèles sont prévus des Pivots d'articulation:
230 autour desquels peuvent tourner des
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leviers 24 à de= bras. Les extrànités¯ de ces leviers sont réunies entre elles par des articulations 25. A deux de ces dernières, â savoir aux artiou-
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lations 250, sont fixés des écrous filetés en opposition Des filets eorres- ponda.l1ts sont taillés sur mie tige 27 traversant ces écrous:
montée en 28 et munie deune manette 29, La rotation de cette manette peimet de varier les- distances polaires tangentielles Ao Afin d'éviter des grands diamètres dans les moteurs à rotor-dis- que et à grande puissances on peut- disposer plusieurs disques et groupes de pelés en un alignement axial les 008 derrière les autres, camme montré dans les figures 27 et 2tn
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Le fer et le suivre du rotor ont pour effet d9entianer le champ magnétique de la zone couverte par les pôles vers la z8ne non couver-üe par
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ceux-ci. Afin de réduise les perturbations qui en résultent, notamment en ce
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qui concerne la vitesse de rotation., on peut subdiviser l' indvit à cage d"'écU?,o reuil- 30 du rotor 319 montre dans les figures 29 et 30 par exemple. Le rotor a ici la òrme d-"m anneau de Gramme â bagues de court-circuit.
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On peut aller plus loin dans cette direction et, somme montré dans les figures 31 et 32 par exemple, subdiviser le fer du rotor également en
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paquets individuels 32 à bagues de ourt-eiravit 33 Dans. certains cas., il est recommandé d.9 établir le rotor avec un minimum de fer3 somme montré par exemple dans la figure 33. 0 Icil, le rotor consiste en un cylindre unique 34, fe'ailleté- et relativement, mince, avec en- roulement à cage d'écureuil 35o Les éléments du stator 36., dont on neen- a re-
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présenté qu'un seul pour la simplification, enclavent ce- cylindre. Le cylin- dre de fer 34 et la cage- 35 peuvent encore être subdivisés, Ceci concerne également les rotors-disques.
L'invention permet, tout en utilisant des moyens mécaniques pour le réglage de la vitesse de machines à champ tournant par variation de dis-
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tances polaires de construire des- moteurs ayant. un bon rendement e-t qui va. lent parfaitement les moteurs synchrones triphasés, ou analogues- de- en struotion courante,, et qui leur sont même supérieurs, à savoir, lorsque dans
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ces moteurs courants, la vitesse considérée ne peut être réalisée que- par
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une- forte auguentationee glissement- ou par une modification de la fréquence â 1-laide de groupes spéciaux.
De plue, dans l'objet de 1-'invention, les or-
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cillations de la vitesse provoquées par des variations de- la charge peuvent être main-tenues, pour les- différentes vitesses, à une valeur sensiblement plus réduite- que dans les moteurs, courants à réglage de la vitesse par variation
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du glissement car-, dans lsobjot de 1-'invention, les différentes vitesses sous charge se- voient toujours attribuer des vitesses à vide dée.a.êe tan- dis que la variation de vitesse- des moteurs courants par réglage dia glissement S3 acc#rrpagne d3una vitesse à vide tsujo'OEs la même. Les moteurs selon 12'inven= tion seront donc- applicables partout où il sl agit de réaliser un, réglage de la vitesse, cest-a-dire- dans les papeteries, les usines textiles, les engins
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de levage, les. exploitations ferroviaires-, etc.
Il va de soi que la machine
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selon le înventio% au- lieu de famtionner came moteur, peut fonationncer C#J.= me génératriae, si l'on dis.poae de un dispositif régulateur de fréquence appro-
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prie, .
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L'obJet de-l'invention offre tous les avantages connus de moteurs â enroulements concentrés et à pôles distincts, c'est-à=di:re, par exemple, une exécution simple et mécanique des enroulements montage ac7 isolement parfaite ootammemt aussi.. pour le& moteurs- à- tension élevée, possibilité du api plication aux moteurs- de. faible e-9 élimination d-2' opérations de matri-
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cage- compliquées, utilisation parfaite de la tôle, facilité de réparation par
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remplacement, de bobines en cas- de détériorations dans les enrmlements, absen- ce' de conditions- sévères- â remplir par la résistance électrique- et méo*4qva de 1 isolement même du fil d'enrouleme-nt, etc...
* Pe ' F l I3 I G A T I II ,S
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10 - Machine à champ tournant, à pelés distincts j réglables dans le sens tangentiel et à enroulements polaires concentrés, caractérisa par un
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nombre de pèles tel que., d'une part la-vitesse de rotation augmente par suite
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de 1-laedrcÊLssement des distances interpolaires tangentielles, et que¯, d-au- tre part, lorsque les distances interpolaires tangentielles sont minima, l'en- semble des pâles n'assura que l'excitation d'une partie de la périphérie du rotor.
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2. - Machine à champ tournant selon la revendication 1. caractéri- sée en ce que dans le cas d'un montage à tint! phases, il existe au moins 2n pales déplaçables tangentiellement.
3.- Machine à champ tournant selon les revendications 1 et 2, ca- ractérisée en ce que, dans un montage triphasé, les différents pelés dépla-
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gables tangentiellement sont acmmuté.9 suivant la succession de phases R, -Tg S, -R, Tue -S.
4.- Machine selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les pâles des différentes phases ou phases auxiliaires sont subdivisés en pâles fractionnaires avec enroulements concentrés., et en ce que 1.' on prévoit des moyens- qui, lors- d'une modification des distances interpolaires, modifient les distances entre les pâles fractionnaires d'une manière correspondante..
50 - Machine selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les pèles fractionnaires des différentes phases sont permutés de telle façon que 1-'on obtient un champs tournant correspondant sensiblement à celui- d'un enroulement répartie
6.- Machine selon les revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les pâles fractionnaires comportent des enroulements fractionnaires con- centrés, raccordés aumoins partiellement à différentes phases, de telle façon que 1-'on obtient un champ tournant correspondant à celui d'un enroulement ré- parti.
7.- Machine selon les revendications 1 à 6, caractérisée en ce que pour permettre le réglage de la vitesse par paliers grossiers, les pâles
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sont branchés de façon a- permettre la penmtation- de leurs connexions.
80 - Machine selon les revendications 1 È/i7, caractérisée en ce que pour réaliser un circuit magnétique semé dans le fer, on utilise des in- ducteurs en fer à cheval, (6, figure- 15; lu figure 7b; 16 figure 21)..
9. - Machine selon les revendications 1 à 8, comportant un rotordisque, caractérisée en ce que des inducteurs en fer à cheval. (6, figure 15) enclavent les rotors (7) en forme de disque..
10.- Machine selon les revendications 1 à 8, caractérisée en ce que dans le cas d'un rotor-disque (11, figure 16) à deux enroulements à cage
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d' émweuàl superposés radialement, on prévoit de& inducteurs en U (12) sur au moins un 08té de 1-induit.
Ua - Machine selon les revendications 1 à 819 comportant un rotor cylindrique et deux enroulements à cage d'écureuils juxtaposés axialement, caractérisée en- ce que des inducteurs en U (16, figure 21) sont répartis le long du pourtour cylindrique, leurs culasses étant orientées dans le sens axiale
12.- Machine selon les revendications 1 à 8, caractérisée par-
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la prévision de plusieurs rotor-disques et groupes d'indnsteurs disposés en alignements axiaux les uns à la suite des autres (figures 27, 28).
13. - Machine selon les revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les pâles constitués par les pâles fractionnaires sont subdivisés en au moins deux groupes opposés, (figure 13),les pelés diamétralement opposés
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étant réssis rigidement entre e#E.
14.- Machine selon les revendications 1 à 13. caractérisée en
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ce que les enroulements concentrés d'3nàumteurs successifs sont décalés les uns par rapport aux autres (figures @3, 24).
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lisa - Machine selon les revendications 1 à 18 caractérisée par un mécanisme à articulations (ciseaux de Nuremberg figures 25, 26) pour va-
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rier les distances interpolaires.
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16.- Machine selon les revendications 1 à 14 caractérisée en ce que 1-'enroulement en court-circuit (30, figures 29, 30) est subdivise.
17.- Machine selon les revendications 1 à 16, caractérisée en ce que le rotor (figures 29, 30) est constitué par un anneau de Gramme avec bagues de court-circuit 30.
18.- Machine, selon les revendications 1 à 16, caractérisée en ce que le fer du rotor est subdivisé radialement en noyaux individuels (32, figures 31 et 32) comportant- des- éléments- de court-circuit 33).
19.- Machine selon les revendications 1 à 15, caractérisée en ce que les dimensions du fer du rotor sont réduites de telle façon que ce dernier remplit uniquement les intervalles entre- les éléments- de court-cir- cuit (35, figure-33-} en annexe 5 dessins,,