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DISPOSITIF CONSTITUE PAR UN OU PLUSIEURS CIRCUITS MAGNETIQUES.
L'invention concerne un dispositif constitué par un ou plusieurs circuits magnétiques, comportant la matière magnétique permanente à l'aide de laquelle est engendré, le long d'une ligne neutre, un champ magnétique perma- nent changeant alternativement plusieurs fois de direction De tels disposi- tifs sont utilisés dans de nombreux domaines techniques très différents, dort voici quelques exemples.
Dans un premier exemple d'application, un tel dispositif engen- dre le champ d'excitation d'une machine électrique multipolaire, par exemple un moteur ou une dynamoo Lorsqu'on désire utiliser une telle machine à des fréquences élevées, ou bien à de faibles vitesses de rotation, il faut néces- sairement utiliser un grand nombre de pôles.
Dans un second exemple de réalisation, on guide le long d'un tel dispositif une bande de magnétophone, de façon que le champ magnétique perma- nent dépolarise le ruban successivement avec des champs de plus faible inten- sité, en effaçant ainsi l'information enregistrée sur la bande. Les dimensions d'une telle tête d'effacement sont déterminées, non seulement par le nombre et les dimensions des pôles mais aussi par leur écartement.
Dans un troisième exemple d'application, pour des accouplements ou embrayages magnétiques., les champs de deux de ces circuits magnétiques sont soumis à l'influence 19un de l'autre de sorte qu'un déplacement rela- tif des deux circuits engendre une force dont le sens est opposé à celui du déplacement ou que le déplacement mécanique d'un circuit (mécanisme entrai- neur) est transmis à l'autre circuit (mécanisme entraîné).
Suivant 1?idée qui sera expliquée par la suite., servant de base à la présen- te invention, on peut engendrer une notable force motrice maximum et en par- ticulier dans le cas de mécanismes rotatifs., un notable couple moteur maxi- mum tout en n'employant que peu de matières, en utilisant un très grand nom-
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bre de pôles magnétiques.
Dans tous ces exemples, il faut donc disposer, pour une longueur donnée de la ligne neutre, d'un circuit magnétique à grand nombre de pôles, soit pour permettre l'obtention d'une fréquence élevée ou d'une grande vites- se de rotation dans les machines multi-polaires, soit pour réduire les dimen- sions d'une tête d'effacement., soit encore pour réduire au minimum la quanti- té de matière nécessaire pour assurer un accouplement mécanique.
L'invention fournit des circuits magnétiques comportant un tel grand nombre de pôles, pour une longueur déterminée de la ligne neutre.
Elle est caractérisée en ce qu'en moyenne l'écartement x entre deux pôles voisins mesuré le long de la ligne neutre de longueur s, et 1' épaisseur d de la matière magnétique permanente mesurée dans le sens de 1, aimantation sont liés par les relàtions : x plus petit que 0,7 et plus petit que 2d,
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1 comprise entre 0,15 n et n alors qu'on utilise une matière magnétique à induction rémanente Br, qui, mesurée en gauss, est au maximum 4 fois plus grande que l'intensité de champ coërcitif H mesurée en oersteds.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non li- mitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les par- ticularités qui ressortent tant du texte que du dessin, faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La fig. 1 représente le trajet des lignes de force dans un cir- cuit magnétique utilisant de la matière magnétique permanente usuelle.
La fige 2. représente un dispositif conforme à l'invention,com- portant un certain nombre d'aimants individuels.
La fig. 3 représente un dispositif conforme à l'invention, cons- titué par un seul corps en matière magnétique permanente.
La fig. 4 est un perfectionnement du dispositif représenté sur la fig. 3.
Les figs. 5, 6, 7,et 8 représentent plusieurs dispositifs de polarisation pour la formation des pôles dans un dispositif tel que repré- senté sur la fig. 3.
La fig. 9 montre une variante du dispositif représenté sur la Fig. 3 ou 4.
La fig. 10 montre un dispositif conforme à l'invention pour 1' effacement des informations enregistrées sur un ruban ou bande de magnéto- phone.
La fig. 11 montre un dispositif conforme à l'invention utilisé dans une machine électrique multipolaire.
La fig. 12 représente un dispositif conforme à l'invention ser- vant à monter élastiquement, respectivement à accoupler, deux organes de machine.
Les figs. 13 à 27 représentent des dispositifs conformes à 1' invention servant à la transmission d'un mouvement mécanique.
Sur la fig. 13, on utilise des circuits magnétiques discoidaux et sur la fig. 14, des circuits magnétiques cylindriques pour transmettre un mouvement de rotation avec un rapport de transformation de 1 : 1.
La fig. 15 représente une variante du dispositif représenté sur la fig. 13 qui assure un rapport de transmission autre que 1 : la
Les figs. 16, 17 et 18 représentent des variantes et des perfec-,
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tionnements du dispositif représenté sur la fig. 15.
La figo 19 représente une variante du dispositif représenté sur la fige 14.
Les figs. 20 et 21 sont des variantes du dispositif représenté sur la fige 14 assurant un rapport de transmission autre que 1 1.
Les figs. 22 et 23 représentent des dispositifs pour la trans- mission d'un mouvement de rotation entre des axes convergents.
Les figs. 24, 25 et 26 représentent des dispositifs qui permet- tent de modifier le rapport de transmission.
Le dispositif représenté sur la fige 27 permet d'obtenir un rapport de transmission qui est petit par rapport à 1.
La fig. 1 représente un dispositif constitué par un certain nombre d'aimants permanents écartés de la distance x, dont les sens d'ai- mantation NS alternent, de sorte qu'ils engendrent un champ magnétique per- manent qui, mesuré le long de la ligne neutre T, change chaque fois de sens.
Les aimants m sont en une matière magnétique permanente usuelle à (BH) assez élevé. Dans cette expression, B est l'induction, H l'intensité de champ magnétique et (BH) max la valeur maximum que peut acquérir le produit de B et H. De plus, l'épaisseur d des aimants m, mesurée dans le sens d' aimantation NS, est assez grande comparativement aux dimensions partielles, en particulier la longueur s des pôles mesurée le long de la ligne neutre
T. Par ce choix de la matière on s'efforce d'obtenir que pour une même va- leur du flux sortant de la surface polaire, le volume de matière magnétique nécessaire soit aussi petit que possible.
L'invention est basée sur des mesures de comparaison effectuées sur des systèmes magnétiques comportant de la matière magnétique permanente à haute valeur de (BH) max et sur des systèmes comportant de la matière magné- tique permanente à valeur (BH) max notablement plus basse, mais pour lesquel- les le rapport de l'induction rémanente Br, exprimée en gauss, à la force coercitive BHC, exprimée en oersteds, a une valeur anormalement basse, à sa- voir inférieure à 4.
En particulier, on a comparé des aimants en "Ticonal", avec des aimants réalisés en "Ferroxdure", matière dont divers modes de pré- paration ont été décrits dans le brevet belge n 504.686 du 16 Juillet 1951 et pour lesquels la valeur de (BH) max est 6 fois plus basse que celle du "Ticonal".
Ces essais ont prouvé que, pour une distance x assez faible entre les pôles magnétiques, à savoir inférieure à 0,7 fois le pas s, le champ sortant de la surface polaire est, pour des dimensions données de la surface polaire, approximativement le même pour les aimants Ticonal que pour les aimants Ferroxdure.
Toutefois, l'épaisseur d des aimants Ticonal devrait être environ égale à 4 fois le pas s alors que, pour les aimants Ferroxdure au contraire, on peut se contenter d'une épaisseur égale à 1/3 du pas s.
Malgré la valeur beaucoup plus basse de (BH) max comparativement aux aimants Ticonal, les aimants Ferroxdure permettent de réaliser une éco- nomie de matière de plus de 10 fois.
De plus, leur emploi offre un autre avantage: le circuit magnétique peut être réalisé en un mince corps magnétique permanent sans pôles matériels, dans lequel les pôles magnétiques peuvent être formés dans le sens de l'épaisseur.
Le phénomène mentionné peut s'expliquer, suivant une idée ser- vant de base à la présente invention, de la manière suivante. Entre les aimants m en matière magnétique permanente usuelle représentés sur la fig. 1 et compor- tant à leurs surfaces polaires N et S des charges magnétiques concentrées,
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il se produit des champs tels que représentés sur ladite figure.
Dans le cas d'un petit écartement x des pôles, à savoir inférieur à 0,7 fois le pas s et inférieur à deux fois l'épaisseur d des pôles, des champs transversaux H en- tre les surfaces latérales des aimants m acquerront, par suite de la faible réluctance de cette matière usuelle, de très grandes valeurs et pourront mê- me devenir plus grands que l'intensité du champ d'annulation IHC (intensi- té de champ pour laquelle l'aimantation I devient égale à zéro), de sorte que, localement, l'aimantation I s'écarte du sens d'aimantation initial NS. Tant par suite de la faible réluctance interne de la matière magnétique que par suite de cette variation de sens de l'aimantation I, le champ utile H2 sor- tant des surfaces polaires N, respectivement S des aimants est notablement plus faible.
L'importance des deux effets est notablement moindre lorsqu'on utilise une matière magnétique permanente telle que le rapport de l'induc- tion rémanente Br (en gauss) à l'intensité de champ coercitif BHC (en oers- teds) est petit., à savoir inférieur à 4. En effet, par suite de la plus petite valeur de l'induction rémanente Br, l'intensité des charges magnéti- ques formées aux surfaces polaires N respectivement S, diminue, ainsi que l'intensité du champ transversal H1 et de plus, par suite de la plus grande valeur de l'intensité de champ coërcitif BHC, l'aimantation I change plus dit- ficilement de sens.,
Cette plus grande intensité de champ coercitif, de préférence plus grande que 750 oersteds, permet en même temps de réduire notablement l'épaisseur d de la matière, comme le prouvent d'ailleurs lesdites mesu- res.
Cette épaisseur est comprise entre s. et 0,15 s (de préférence elle est approximativement égale à 1/2 s. s étant la longueur du pas) car une épaisseur plus grande que s ne fournit plus de contribution importante au champ utile H2, tandis que pour une épaisseur inférieure à 0,15 a, il est impossible d'obtenir un grand nombre de pôles pour une longueur donnée de la ligne neutre T.
Lorsqu'on tient compte de ces dimensions, on obtient un dispo- sitif tel que représenté sur la fig. 2. Entre les surfaces polaires succes- sives N, respectivement S, des aimants m on obtient les lignes de force re- présentées sur la figure, dont la plus forte concentration s'obtient aux bords, entre les surfaces polaires. L'intensité de champ H1 correspondant à cette concentration maximum des lignes de force, peut être portée à une va- leur très élevée en glissant les aimants l'un contre l'autre, c'est-à-dire en réduisant à zéro les distances x. Dans ce cas, l'emploi des aimants in- dividuels représentés, permet de limiter au minimum la zone de transition dans laquelle l'aimantation I de l'un des aimants passe en l'aimantation de l'autre.
D'autre part, la faible épaisseur d de l'aimant permet de cons- tituer le circuit magnétique représenté sur la fig.3 par un seul corps 1, en une matière magnétique permanente, dans lequel les pôles N-S sont formés de façon que le sens d'aimantation N-S change de pôle à pâle. Dans ce cas, le corps ne comporte plus de pôles matériels, c'est-à-dire que la forme ex- térieure du corps ne permet pas de distinguer les pôles. En général, un tel corps est plus facile à fabriquer que lorsque le circuit magnétique doit être constitué par un grand nombre d'aimants individuels comme le représente la fig. 2.
Par suite de la plus petite épaisseur d, par rapport au pas s des pôles magnétiques, le champ désaimantant des aimants peut atteindre une intensité assez élevée. En assemblant commé le montre la fig. 4, les pôles magnétiques formés du côté opposé à la ligne neutre T à l'aide d'une pièce 5 en matière ferro-magnétique, l'épaisseur de la matière est apparemment
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doubléece qui permet d'augmenter encore légèrement, par exemple de 10%, 1' intensité du champ engendré.
La figo 5 représente un dispositif de polarisation pour former les pôles dans le corps magnétique permament 1 de la fige 3.
A cet effet., le corps magnétique permanent 1 est amené entre deux pièces po- laires 2 et 3 du dispositif de polarisation à l'aide duquel on obtient dans le corps 1, essentiellement sur une longueur s; égale à celle des pièces po- laires 2 et 3,une aimantation I dans un sens. après quoi la direction de po- larisation est déplacée par rapport au corps 1, dans le sens de la flèche sa* une distance égale au pas des pôles et occupe alors la position représentée en pointillés. pour aimanter ensuite, en sens inverse, la partie suivante du corps 1.
La matière doit donc être démagnétisée entièrement d'un sens d'aimantation dans l'autre. Eventuellement, en choisissant la longueur s.' des pièces polaires de polarisation égale au pas s des pôles, on peut se contenter d'une intensité de champ de polarisation plus faible.
Toutefois., aux bords, le champ de polarisation présente une certaine dispersion indiquée par H3 qui annule plus ou moins localement l'aimantation déjà obtenue. 0' est ainsi que si l'intensité du champ de polarisation est égale à 1,5 fois l'in- tensité du champd'annulation IHC de la matière magnétique permanente du corps 1, on obtient une aimantation suffisamment grande au milieu de la surface po- laire. mais au bord, sur une largeur environ égale à la moitié de l'épaisseur d, la matière sera partiellement désaimantée, de sorte que la zone de transi- tion dans laquelle l'aimantation I, correspondant à deux pôles voisins, passe d'un sens dans l'autre, devient plus grande et que l'intensité maximum du champ obtenu diminue.
Le pas s doit alors être égal à environ 2 fois l'épaisseur d de la matière.
La fige 6 montre comment on peut réduire ladite désaimantation.
Par un choix judicieux de la forme des pièces de polarisation, on peut rendre le champ H4 quelque peu plus parallèle au bord des pièces polaires, et lui assurer au.début de la nouvelle pièce polaire l'intensité requises pour une bonne aimantation. Pour empêcher que le reste du champ de dispersion pénètre dans les pôles N-S déjà formés, on utilise un champ de polarisation pulsa- toire tandis qu'à proximité des pôles N-S déjà formés, on utilise des corps non-ferro-magnétiques 7 et 8, bons conducteurs de l'électricité et, par suite des courants de Foucault qui se produisent dans ces corps, le champ de pola- risation pulsatoire ne peut pénétrer à l'endroit des pôles N-S déjà formés.
La zone de transition entre des pôles voisins peut alors être réduite à moins,^ d'un tiers de l'épaisseur d du corps 1.
Afin de créer simultanément un grand nombre de pôles dans le corps 1, on peut utiliser un dispositif de polarisation tel que représenté sur la fig. 7. Celui-ci est de nouveau constitué par deux pièces polaires 2 et 3, dans lesquelles on lance un flux magnétique pulsatoire. Dans ces piè- ces polaires sont prévus des corps conducteurs 9, dont la longueur et l'écar- tement sont égaux au pas s des pôles à former. Dans ces corps 9, se produisent de nouveau des courants de Foucault,, de sorte que le champ magnétique pulsatoi- re ne peut pénétrer qu'à l'endroit des pôles N-S, En déplaçant le corps 1 par rapport à la direction de polarisation 2, 3 d'une distance égale au pas s. et en polarisant en sens inverse, on obtient le circuit magnétique désirére- présenté sur la fig. 3.
Par un choix judicieux de la forme des pièces polai- res, on peut de nouveau assurer une transition nette de l'aimantation I dans les pôles.
La figo 8 montre un autre dispositif de polarisation pour la formation simultanée d'un certain nombre de pôles dans le corps magnétique permament 1. Les pièces polaires sont constituées ici par un certain nombre de circuits 12 et 13 qui aux endroits où ils se rapprochent le plus,, sont séparés par des corps non ferromagnétiques 11 conducteurs de l'électricité et qui sont traversés par des flux pulsatoires de sens. opposés.
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A l'intérieur du corps magnétique permanent on obtient alors une image de force telle que représentée sur la fig. 1, dans laquelle se produit à l'en- droit des corps conducteurs 11 un passage brusque d'un sens d'aimantation à l'autre.
En déplaçant le corps 1, par rapport à la direction de polarisa- tion 12, 13 d'un nombre pair de fois le pas s. on peut alors former les pô- les dans une autre partie de ce corps.
Le pôle extrême de gauche et le pôle extrême de droite du nombre impair de pièces polaires du dispositif de polarisation, ne doivent pas alors être plus longs qu'environ la moitié du pas s, cas dans lequel le champ de dispersion @ de ces pièces polaires n'exercera aucune influence nuisible sur les pôles dé- jà formés.
Dans toutes ces méthodes, afin de maintenir faible l'intensité du champ de polarisation requis, partant d'une matière judicieusement choisie, par exemple du Ferroxdure, on peut polariser cette matière., par exemple à une température élevée et à l'aide d'une faible intensité de champ,, l'aimantation atteignant alors la grandeur requise après le refroidissement.
Etant donné que la zone de transition entre deux pôles voisins dé- pend fortement de l'épaisseur d du corps magnétique permament 1, il est par- fois avantageux de constituer le circuit magnétique représenté sur la fig. 1 par un certain nombre de corps magnétiques permanents 14, 15, empilés, affec- tant la forme représentée sur la fig. 3 de façon que l'épaisseur totale d' du circuit magnétique ainsi formé constitue un multiple de l'épaisseur d de chacun des corps pris séparément. L'empilement des corps 14 et 15 est alors simplifié par le fait que les pôles formés dans ces corps s'attirent précisément de la façon désirée. Les pôles situés du côté opposé à la ligne neutre T peuvent de nouveau être reliés magnétiquement à l'aide du corps ferromagnétique 5 de la manière représentée sur la fig .4.
La fig. 10 représente un dispositif conforme à l'invention ser- vant à l'effacement de l'information enregistrée sur une bande de magnétopho- ne. Le circuit magnétique peut être identique à celui de la fig. 4 et l'on veille à ce que par exemple, les distances x entre les pôles successifs aug- mentent progressivement de façon que la composante horizontale H de l'inten- sité du champ à l'endroit du passage d'un pôle à l'autre diminue progressive- ment de grandeur comme le montre sur la figure, la longueur des flèches. La plus grande de ces intensités de champ dépasse.de préférence, 600 oersteds.
Une bande de magnétophone 17 passant sur un tel dispositif,sera magnétisée alternativement par cette intensité de champ H dans un sens et dans l'autre, de sorte que l'information y enregistrée disparaîtra.
D'une manière analogue, on peut faire disparaître par exemple, l'aimanta- tion indésirable du ressort d'une montre. Dans certaines circonstances., il peut être désirable que les pas des pôles soient différents.
La fige 11 représente un dispositif conforme à l'invention pour engendrer le champ permanent dans une machine électrique multipolaire. Le dispositif est constitué par deux circuits magnétiques cylindriques 17 et 18 en matière magnétique permanente à intensité de champ coërcitif BHC plus grande que 750 oersteds et de préférence., à champ d'annulation IHC plus grand que 1,2 x BHC, dans lesquels sont introduits les pôles à sens d'aimantation N-S, de sorte que l'on mesure le long de la ligne neutre circulaire T un champ magnétique qui change périodiquement de sens. Du côté opposé de la ligne neutre T les pôles sont de nouveau reliés par des corps ferromagnétiques cy- lindriques 19,respectivement 20.
Les circuits 17 et 18 tournent par rapport a un enroulement d'aimantation 21, enroulé sur un support 22, le tout de fa- çon que le courant passant dans les conducteurs, soit de sens opposé dans deux cavités voisines du support 22.Lorsque la distance 1 entre les deux cylindres est petite par rapport au pas s des pôles, le champ de dispersion entre deux pôles voisins de chacun des circuits magnétiques 17 et 18., sera petit de sorte que, dans ce cas, le support 22 peut avantageusement être en une matière non magnétique, ce qui favorise la possibilité d'emploi du dispositif, pour des
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fréquences élevées.
Par contre, lorsque ladite distance 1 est du même ordre de grandeur que le pas s, il y a avantage à réaliser le support 22 de l'élec- tro-aimant 21 en matière ferromagnétique.
La fig. 12 représente un dispositif pour le montage élastique, respectivement l'accouplement, de deux organes 24 et 25.
A cet effet, un certain nombre de corps magnétiques permanents identiques
26 et 27 de la forme représentée sur la fig. 3' sont empilés et ces corps sont à tour de rôle reliés à un organe 24 et à l'autre, 25. Les corps 26 et
27 rechercheront alors l'état d'équilibre représenté sur la figure, dans le- quel les sens d'aimantation N-S seront les mêmes dans chaque rangée de pô- les pour ces deux corps. Pour la facilité., la fig. 12 ne représente qu'un certain nombre de ces pôles.
Lorsqu'on écarte plus fortement les organes 24 et 25, ou qu'on les rapproche, il se produira une force antagoniste agissant comme un res- sort qui tentera à ramener les organes 24 et 25 dans la position d'équilibre aussi longtemps que le déplacement reste plus petit que la moitié du pas s des pâles. L'utilisation de plaques ferromagnétiques 28 et 29. qui peuvent contribuer à la résistance mécanique du dispositif permet encore d'augmen- ter quelque peu la force engendrée.
La fig. 13 représente un dispositif servant à transmettre un mouvement mécanique d'un mécanisme moteur à un mécanisme entraîné et en par- ticulier un accouplement mécanique entre deux mécanismes 31 et 32 qui tour- nent à la même vitesse. Chacun de ces mécanismes 31 et 32 est muni d'un cir- cuit magnétique discoldal 33, respectivement 34, en matière magnétique per- manente dans lequel, comme le montre la vue de profil de la fig. 13b, on a formé des pôles sur les surfaces polaires en regard 35 et 36.
Les sens d'aimantation NS sont de nouveau de préférence perpendiculaire aux surfaces polaires 35 et 36 tandis que des côtés des circuits magnétiques 33 et 34 opposés à la ligne neutre T les pôles sont assemblés magnétiquement à l'aide des corps ferromagnétiques 37 et 38. Les circuits magnétiques sont sé- parés par un entrefer 1, qui peut éventuellement être réduit à zéro. En cas de besoin, cet entrefer 1 peut également être remplacé par de la matière ama- gnétique non conductrice, par exemple une paroi de verre afin de permettre par exemple la transmission d'un mouvement dans une enceinte fermée.
Lorsqu'on fait tourner le mécanisme moteur 31,les pôles de la surface 35 exerceront sur ceux de la surface 36 une force qui tend à faire tourner le mécanisme à entraîner 32. Suivant l'idée de base de la présente invention, cette force peut être portée à une valeur très élevée, tout en n9employant que peu de matière en choisissant un grand nombre de pôles.
La force maximum qu'exercent l'un sur l'autre des pôles décalés, est, pour une largeur b notablement plus grande que toutes les autres dimen- sions d, s et 1 pratiquement proportionnelle à cette largeur b (mesurée per- pendiculairement à la ligne neutre et perpendiculairement à la direction d' aimantation des pôles) et augmente en outre avec le pas s. l'épaisseur d et l'inverse de l'entrefer 1. Toutefois, en partant du fait que le pas s et 1' épaisseur d seront égaux à au moins plusieurs fois 1?entrefer 1 on consta- te que cette force n'augmente pratiquement plus lorsque l'épaisseur d, devient plus grande que deux fois le pas s.
Lorsqu'on admet un rapport constant de d s, compris entre 0,15 et 2, la for- ce exercée entre les deux pôles est approximativement proportionnelle à s.
Pour une longueur donnée D du cercle neutre T, dont D est le diamètre, le nombre de pôles à former est inversement proportionnel au pas s. Dans ce cas, la force totale engendrée est alors pratiquement indépendante du nombre de pôles.mais on peut réduire notablement la quantité de matière requise par 1' emploi d'un grand nombre de pôles, car dans ce cas, le pas s devient petit tout comme alors l'épaisseur d, qui, d'après ce qui précède, ne doit dépasser 2s.
Par suite de l'absence de pôles matériels, les deux surfaces po- laires 35 et 36 peuvent glisser l'une sur l'autre,, ce qui peut être important
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pour éviter une surcharge du mécanisme moteur31.Toutefois, dans ce cas, les pôles seront soumis à l'influence de champs désaimantantso Pour que, dans ce cas., l'aimantation ne soit pas réduite, il faut que l'intensité du champ d' annulation IHC de la matière magnétique permanente, mesurée en oersteds, soit, de préférence plus grande que l'induction rémanente Br, mesurée en gauss. C'est @ ainsi que le Ferroxdure mentionné dans le préambule a une induction rémanente ' Br de 2000 gauss, une intensité de champ coercitif BHC de 1800 oersteds, et un champ d'annulation IHC de 3000 oersteds.
En munissant éventuellement les mécanismes 31 et 32 de pôles matériels pénétrant l'un dans l'autre, par exemple des pièces polaires en matière à haute perméabilité, de forme appropriéeµ. qui, lors d'un déplacement axial des mécanismes provoqué par les forces mituel- les des pôles, glissent l'une par rapport à l'autre, on peut encore augmenter le couple maximum transmis avant qu'il ne se produise du glissement.
Lorsque le mécanisme moteur 31 tourne et que le mécanisme 32 à entraîner est à l'arrêt, le couple nécessaire pour communiquer à ce dernier la même vitesse qu'au mécanisme 31, peut, par suite de l'inertie mécanique du mécanisme 32, être plus grand que le couple maximum qui peut se produire entre les circuits magnétiques 33 et 34, et plus le nombre de pôles est grand, pour un nombre de tours d'autant plus petit du mécanisme 31, l'inertie mécanique empêchera le mécanisme 32 d'atteindre sa vitesse de régime. Aussi peut-on cons- tituer des circuits magnétiques 33 et 34 par des aimants indépendants qui peu- vent être juxtaposés suivant les besoins N-S-N-S ou N-N-S-S ce qui permet de modifier le couple de démarrage et le coupe maximum.
D'autre part, pour amener lentement le mécanisme entraîné 22 à la même vitesse que le mécanisme moteur 31 on peut, de façon connue, relier un corps, par exemple une mince feuille (non représentée sur le dessin) d'une matière bonne conductrice de l'électri- cité à l'un des deux mécanismes, feuille dans laquelle, par suite du mouvement relatif par rapport aux pôles de l'autre mécanisme, naîtront des courants de Foucault, ce qui engendre le couple moteur requis. D'autre part, ce corps peut aussi être réalisé de façon connue en une matière ferro-magnétique telle que @@ les pertes par hystérésis provoquées par le mouvement relatif mentionné, assu- rent de nouveau le couple moteur requis.
Le dispositif représenté sur la fig. 14 constitue une variante du dispositif représenté sur la fig. 13, dans laquelle le mécanisme moteur 31 comporte un circuit magnétique cylindrique qui est conjugué avec un circuit magnétique cylindrique concentrique du mécanisme entraîné 32. La matière est maintenant utilisée d'une façon plus utile pour l'obtention d'un grand couple moteur, car les parties des circuits magnétiques 33 et 34 situées le plus près de l'axe sur la fig. 13, ne contribuent que très peu à ce couple. Ici aussi, comme le montre la vue de profil représentée sur la figo 14b, le pas!. est assez petit, de sorte que, pour une même force motrice, respectivement pour un même couple moteur la quantité de matière requise est aussi petite que pos- sible.
Comme il a déjà été mentionné dans l'alinéa précédent, la feuille 40 en matière bonne conductrice de l'électricité, sert à assurer un meilleur entraînement.
La fig. 15 représente une variante du dispositif représenté sur la fig. 13, dans lequel le nombre de tours du mécanisme entraîné diffère de celui du mécanisme moteur. Dans ce cas, l'emploi de circuits magnétiques à grand nombre de pôles permet d'obtenir, pour une longueur donnée de la ligne neutre; une grande variété de rapports de transmission. De plus, les pas des pôles des circuits magnétiques ne doivent pas être rigoureusement égaux en- tre eux, comme c'est le cas pour un engrenage, mais peuvent différer jusqu'à environ 20%.
Toutefois, la force motrice est notablement plus petite que dans le dispositifreprésenté sur la fig. 13, d'une part, parce que le nombre de pôles conjugués des deux circuits magnétiques n'est nécessairement qu'une fraction de celui du dispositif représenté sur lafigo 13, et d'autre part, parce qu'une partie de la force motrice est annulée par le fait qu'aux en-
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droits A et B de la fig. 15b,, des pôles de même polarité se trouvent en re- gard l'un de l'autre.
En faisant en sorte que, comme le montre la fig. 16, les pôles magnétiques N et S ne se touchent pas, mais qu'il existe des zones non polari- sées C entre ces pôles,, on peut obvier à l'inconvénient précitéo Comme le mon- tre la figure, ces zones C doivent alors s'élargir du cercle primitif vers 1' extérieur.
Par contre.. dans le dispositif analogue représenté sur la figo 17, dans lequel le centre M1 du mécanisme 43 tombe à l'intérieur du cercle primi- tif T2 de l'autre mécanisme 44. la plus grande largeur de la zone C du mécanisme 44 doit être tournée vers son centre M2.
Dans le dispositif représenté sur la fige 18., on a obtenu un notable agrandissement de la force motrice en munissant les mécanismes 31 et
32 d'un certain nombre de circuits magnétiques discoidaux 45, 46, 47 dans les- quels tous les pôles sont magnétisés avec la direction NS axiale, ce qui assu- re la coopération de plusieurs paires de surfaces polaires 48-49, respecti- vement 50-51, des circuits magnétiques. Les corps ferromagnétiques 37 et 38 aug- mentent à nouveau quelque peu les champs magnétiques engendrés et partant le couple moteur. De plus, comme le mécanisme 31 comporte un circuit magnétique de plus que l'autre mécanisme 32ce dispositif présente l'avantage que les composantes axiales des forces d'attraction entre les circuits magnétiques 48-
49 et 50-51 se compensent en grande partie.
Pour le découplage, on peut pré- voir, par exemple, à proximité du circuit magnétique 47, un corps conducteur (non représenté sur le dessin),qui fait office de frein magnétique.
L'emploi de plusieurs circuits magnétiques discoïdes peut aussi entraîner dans le dispositif représenté sur la figo 13 une augmentation du couple moteur. A cet effet, les disques disposés coaxialement ont, à tour de rôle, un diamètre intérieur et un diamètre extérieur plus petit et plus grand, les disques à petit diamètre intérieur étant fixés sur l'arbre de l'un des mé- canismes. tandis que ceux à grand diamètre extérieur sont reliés à la paroi intérieure d'un cylindre appartenant à l'autre mécanismee
La fig.
19 représente une variante du dispositif de la fig .14., qui permet un embrayage et un débrayage très faciles de l'accouplement. En ef- fet.. par suite de la forte force d'attraction entre les deux circuits magnéti- ques 33 et 34, il est difficile de débrayer les mécanismes 31 et 32 par un mouvement axial relatif. A cet effet, comme le montre la fig. 19,on a prévu des cylindres 53 et 54, en une matière ferromagnétique,, à faibles pertes par hystérésis., de sorte que lors d'un déplacement axial du dispositif 32 dans le sens des flèches, la bague ferromagnétique 53 se dispose en regard du circuit magnétique 33 et la bague ferromagnétique 54 en regard du circuit magnétique 34, ce qui neutralise pratiquement la force d'attraction axiale.
Le cylindre ferromagnétique 53 peut éventuellement être remplacé par un circuit magnétique tournant à une autre vitesse, ce qui permet d'obtenir une commutation sur cette autre vitesse.
Le dispositif représenté sur la fig. 20 est une variante de celui de la fig. 14, permettant d'obtenir un rapport de transmission autre que 1 : 1.
La fig. 21 représente une autre variante de ce genre. Les pôles magnétiques ne sont pas parallèles aux axes des mécanismes 31 et 32, mais obliques par rap- port à ceux-ci,. comme le montre la fig. 21b, afin d'obtenir une force motrice qui ne varie que très peu.
En effet, par suite de la courbure des surfaces polaires, cette force motrice est plus grande lorsque la zone limite entre deux pôles voisins de l'un des circuits magnétiques se trouve le plus près de l'autre circuit ma- gnétique et lorsque les milieux de deux pôles conjugués se trouvent le plus près l'un de l'autre.
Par suite de la disposition mentionnée pendant tout le mouvement, un point de la zone limite se trouve toujours entre deux pôles voisins de l'un des circuits magnétiques, le plus près possible de l'autre circuit.
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La fig. 22 représente un dispositif dans lequel les axes des deux mécanismes 31 et 32 sont perpendiculaires entre eux.
En disposant les pôles magnétiques des circuits respectifs 62 et 63 sous un an- gle de 45 ,avec les axes correspondants, on obtient une transmission très sou- ple. De plus, par une adaptation relative de la forme des deux surfaces polai- res des circuits magnétiques 62 et 63' de la manière indiquée sur la Fig. 22b, on peut augmenter les parties coopérantes de ces surfaces.
La fig. 23 montre encore un autre mode de transmission. dans le- quel les axes des deux mécanismes 31 et 32 sont perpendiculaires entre eux. Le: surfaces polaires 68 et 69 sont pourvues de la manière représentée sur les Figs. @@ 21b de pôles N et S disposés obliquement, ces pôles étant séparés, comme sur la fig. 16, par des zones C non polarisées.
Les dispositifs représentés permettent aussi d'obtenir une trans- mission variable entre les deux mécanismes. Ce-est ainsi par exemple que, lors- que dans le dispositif représenté sur la fig.17, la surface polaire 44 de 1' un des mécanismes comporte une seconde couronne 71 de pôles magnétiques. (dont les polarités ne sont pas spécifiées) et que l'on déplace les mécanismes l'un par rapport à l'autre dans la direction radiale, les pôles de la surface polai- re 43 coopèrent avec cette couronne de pôles 71, ce qui fournit un autre rap- port de transmission entre les deux mécanismes. Lorsqu'on remplace la surface polaire 44 par celle de la fig 24 dans laquelle la ligne neutre a une forme - hélicoïdale on obtient un rapport de transmission variant pcatiquenef d'une façon continue.
Dans ce cas, à l'aide d'un blindage magnétique., non représenté sur le dessin, il faut supprimer les couplages entre les pôles des circuits magnétiques qui provoqueraient une réduction de la force motrice. De plus, il peut être dési- rable de faire varier quelque peu des pôles représentés sur les figs. 24 sur les diverses spires de l'hélice.
On obtient un fonctionnement analogue en remplaçant dans le dis- positif représenté sur la fig. 3' la surface polaire 68 par celle de la fig.
24. Lorsqu'on déplace, dans le sens axial. le 'mécanisme 32, dont la surface polaire 69 doit avoir une largeur b conséquemment plus petite, on obtient un rapport de transmission variant pratiquement de façon continueo Si le mé- canisme 32 est libre dans son mouvement axial., le nombre de tours de ce mé- canisme 32 augmentera ou diminuera d'une façon continue...
Dans.le dispositif représenté sur la fig. 25., on a obtenu un rapport de transmission variable en munissant les mécanimses 31 et 32 d'un certain nombre de circuits magnétiques dont les paires de pôles 76 et 77 coïncident. En déplaçant le mécanisme 32 dans la direction axiale, on peut rompre l'accouplement entre ces circuits magnétiques 76 et 77,et établir un accouplement entre les circuits -magnétiques 78 et 79, ce qui modifie notable- ment le rapport de transmission.
La force axiale nécessaire à ce déplacement est de nouveau maintenue petite de la façon utilisée sur la fig. 19 en dis- posant, à proximité des divers circuits magnétiques, des parties ferromagné- tiques, 80, 81, 82 et 83 à faibles pertes par hystérésis qui neutralisent en- tre elles les composantes axiales des forces d'attraction des circuits magné- tiques. les figso La fig. 26 représente'un pendant des dispositifs représentés sur les fige. 17, respectivement 24, dans lequel l'un des mécanismes comporte un circuit magnétique 85 qui est conjugué avec un circuit magnétique 86 apparte- nant à l'autre mécanisme 32.
Dans le circuit 85 sont insérés un certain nom- bre de pôles de largeur égale à la largeur b des pôles du circuit 86, pôles qui sont disposés suivant des bagues respectivement des hélices (cas dans le- quel la ligne neutre est également hélicoïdale). De la même manière que pour les figs. 17 et 24, on peut alors obtenir éventuellement, par une variation judicieuse du pas des pôles du circuit 85 (perpendiculairement au'plan du dessin) un rapport de transmission pratiquement variable de façon continue.
La fig.27 représente une transmission à rapport de transmis- sion petit par rapport à 1. Dans le circuit magnétique discoidal 88 du mé-
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canisme moteur, on a prévu des pôles spiralés, donc à lignes neutres dirigées radialement, qui sont conjugués avec des pôles pratiquement radiaux du cir- cuit magnétique 89 également discordai du mécanisme à entraîner 32, dont une partie est séparée des pôles du circuit 88 par une mince feuille de blindage ferromagnétique 99.à faibles pertes par hystérésis.
De cette façon les pôles ne peuvent coopérer à l'endroit de l'entrefer 1, de sorte que le nombre de tours du mécanisme entraîné 32 ne constitue qu'une petite fraction de celui du mécanisme moteur 31.
Il est évident que les exemples de réalisation esquissés des figs.
13 à 27 permettent aussi de convertir une translation en une rotation et in- versement.
La matière magnétique permanente Ferroxdure déjà nommée à plu- sieurs reprises, est caractérisée en ce qu'elle est constituée essentiellement par des cristaux non cubiques de polyoxydes de fer et d'au moins l'un des mé- taux Ba, Sr, Pb et éventuellement Ca.
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DEVICE CONSTITUTED BY ONE OR MORE MAGNETIC CIRCUITS.
The invention relates to a device consisting of one or more magnetic circuits, comprising the permanent magnetic material with the aid of which is generated, along a neutral line, a permanent magnetic field which alternately changes direction several times. devices are used in many very different technical fields, here are some examples.
In a first example of application, such a device generates the excitation field of a multipolar electric machine, for example a motor or a dynamo When it is desired to use such a machine at high frequencies, or else at high frequencies. low rotation speeds, it is necessary to use a large number of poles.
In a second exemplary embodiment, a tape recorder tape is guided along such a device, so that the permanent magnetic field depolarizes the tape successively with fields of lower intensity, thereby erasing the information. recorded on the tape. The dimensions of such an erasing head are determined not only by the number and dimensions of the poles but also by their spacing.
In a third application example, for magnetic couplings or clutches, the fields of two of these magnetic circuits are subjected to the influence of each other so that a relative displacement of the two circuits generates a force. the direction of which is opposite to that of displacement or that the mechanical displacement of one circuit (driving mechanism) is transmitted to the other circuit (driven mechanism).
According to the idea which will be explained later, serving as a basis for the present invention, it is possible to generate a significant maximum driving force and in particular in the case of rotary mechanisms, a significant maximum driving torque. while using only a few materials, using a very large number
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bre of magnetic poles.
In all these examples, it is therefore necessary to have, for a given length of the neutral line, a magnetic circuit with a large number of poles, either to allow obtaining a high frequency or a high speed of rotation in multi-polar machines, either to reduce the dimensions of an erasing head, or to reduce to a minimum the amount of material necessary to ensure mechanical coupling.
The invention provides magnetic circuits comprising such a large number of poles, for a determined length of the neutral line.
It is characterized in that on average the distance x between two neighboring poles measured along the neutral line of length s, and the thickness d of the permanent magnetic material measured in the direction of magnetization are linked by the relations: x less than 0.7 and less than 2d,
EMI2.1
1 between 0.15 n and n while a remanent induction magnetic material Br is used, which, measured in gauss, is at most 4 times greater than the coercive field intensity H measured in oersteds.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be carried out, the particularities which emerge both from the text and from the drawing, being, of course, part of the description. invention.
Fig. 1 shows the path of the lines of force in a magnetic circuit using conventional permanent magnetic material.
Figure 2 shows a device according to the invention, comprising a certain number of individual magnets.
Fig. 3 shows a device in accordance with the invention, consisting of a single body of permanent magnetic material.
Fig. 4 is an improvement of the device shown in FIG. 3.
Figs. 5, 6, 7, and 8 show several polarization devices for forming the poles in a device as shown in FIG. 3.
Fig. 9 shows a variant of the device shown in FIG. 3 or 4.
Fig. 10 shows a device according to the invention for erasing information recorded on a tape or tape.
Fig. 11 shows a device according to the invention used in a multipolar electric machine.
Fig. 12 shows a device according to the invention used to elastically mount, respectively to couple, two machine parts.
Figs. 13 to 27 show devices according to the invention for the transmission of a mechanical movement.
In fig. 13, discoidal magnetic circuits are used and in fig. 14, cylindrical magnetic circuits to transmit rotational movement with a transformation ratio of 1: 1.
Fig. 15 shows a variant of the device shown in FIG. 13 which ensures a transmission ratio other than 1: the
Figs. 16, 17 and 18 represent variants and improvements,
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operations of the device shown in FIG. 15.
Fig. 19 shows a variant of the device shown in fig 14.
Figs. 20 and 21 are variants of the device shown in fig 14 providing a transmission ratio other than 1 1.
Figs. 22 and 23 show devices for the transmission of a rotational movement between converging axes.
Figs. 24, 25 and 26 show devices which allow the transmission ratio to be modified.
The device shown in fig 27 makes it possible to obtain a transmission ratio which is small compared to 1.
Fig. 1 represents a device made up of a certain number of permanent magnets spaced apart by the distance x, whose magnetization directions NS alternate, so that they generate a permanent magnetic field which, measured along the line neutral T, changes direction each time.
The magnets m are of a customary permanent magnetic material at (BH) quite high. In this expression, B is the induction, H the magnetic field intensity and (BH) max the maximum value that can acquire the product of B and H. In addition, the thickness d of the magnets m, measured in the direction magnetization NS, is quite large compared to the partial dimensions, in particular the length s of the poles measured along the neutral line
T. By this choice of the material we try to obtain that for the same value of the flux exiting the polar surface, the volume of magnetic material necessary is as small as possible.
The invention is based on comparison measurements carried out on magnetic systems comprising permanent magnetic material with a high value of (BH) max and on systems comprising permanent magnetic material with a significantly lower (BH) max value. , but for which the ratio of the remanent induction Br, expressed in gauss, to the coercive force BHC, expressed in oersteds, has an abnormally low value, namely less than 4.
In particular, “Ticonal” magnets have been compared with magnets made of “Ferroxdure”, a material for which various methods of preparation have been described in Belgian patent no.504.686 of July 16, 1951 and for which the value of ( BH) max is 6 times lower than that of the "Ticonal".
These tests have shown that, for a relatively small distance x between the magnetic poles, namely less than 0.7 times the pitch s, the field exiting the polar surface is, for given dimensions of the polar surface, approximately the same for Ticonal magnets than for Ferroxdure magnets.
However, the thickness d of Ticonal magnets should be approximately equal to 4 times the pitch s whereas, for Ferroxdure magnets, on the contrary, one can be satisfied with a thickness equal to 1/3 of the pitch s.
Despite the much lower value of (BH) max compared to Ticonal magnets, Ferroxdure magnets allow a material saving of more than 10 times.
In addition, their use offers another advantage: the magnetic circuit can be realized as a thin permanent magnetic body without material poles, in which the magnetic poles can be formed in the thickness direction.
The mentioned phenomenon can be explained, according to an idea serving as a basis for the present invention, as follows. Between the magnets m of the usual permanent magnetic material shown in FIG. 1 and having concentrated magnetic charges on their N and S polar surfaces,
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fields such as represented in said figure occur.
In the case of a small distance x of the poles, namely less than 0.7 times the pitch s and less than twice the thickness d of the poles, transverse fields H between the side surfaces of the magnets m will acquire, as a result of the low reluctance of this usual matter, very large values and may even become greater than the intensity of the cancellation field IHC (field intensity for which the magnetization I becomes equal to zero) , so that, locally, the magnetization I deviates from the initial direction of magnetization NS. Both as a result of the low internal reluctance of the magnetic material and as a result of this variation in the direction of the magnetization I, the useful field H2 emerging from the polar surfaces N, respectively S of the magnets is notably weaker.
The importance of both effects is markedly less when using a permanent magnetic material such that the ratio of the remanent induction Br (in gauss) to the coercive field strength BHC (in oers- teds) is small. , namely less than 4. In fact, as a result of the smaller value of the remanent induction Br, the intensity of the magnetic charges formed at the polar surfaces N respectively S, decreases, as does the intensity of the transverse field H1 and moreover, as a result of the greater value of the coercive field strength BHC, the magnetization I changes direction more easily.,
This greater coercive field intensity, preferably greater than 750 oersteds, at the same time makes it possible to significantly reduce the thickness d of the material, as the said measurements moreover prove.
This thickness is between s. and 0.15 s (preferably it is approximately equal to 1/2 s. s being the length of the step) because a thickness greater than s no longer provides a significant contribution to the useful field H2, while for a thickness less than 0.15 a, it is impossible to obtain a large number of poles for a given length of the neutral line T.
When these dimensions are taken into account, a device is obtained as shown in FIG. 2. Between the successive polar surfaces N, respectively S, of the magnets m we obtain the lines of force shown in the figure, the highest concentration of which is obtained at the edges, between the polar surfaces. The field intensity H1 corresponding to this maximum concentration of the lines of force can be brought to a very high value by sliding the magnets one against the other, that is to say by reducing the magnets to zero. distances x. In this case, the use of the individual magnets shown makes it possible to limit to a minimum the transition zone in which the magnetization I of one of the magnets passes into the magnetization of the other.
On the other hand, the small thickness d of the magnet makes it possible to constitute the magnetic circuit shown in FIG. 3 by a single body 1, in a permanent magnetic material, in which the NS poles are formed so that the direction of magnetization NS changes from pole to pale. In this case, the body no longer has material poles, that is to say, the external shape of the body does not allow the poles to be distinguished. In general, such a body is easier to manufacture than when the magnetic circuit has to consist of a large number of individual magnets as shown in fig. 2.
As a result of the smaller thickness d, relative to the pitch s of the magnetic poles, the demagnetizing field of the magnets can reach a fairly high intensity. By assembling as shown in fig. 4, the magnetic poles formed on the side opposite to the neutral line T using a part 5 of ferro-magnetic material, the thickness of the material is apparently
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doubled which makes it possible to further increase slightly, for example by 10%, the intensity of the field generated.
Figo 5 shows a polarization device for forming the poles in the permanent magnetic body 1 of the pin 3.
For this purpose, the permanent magnetic body 1 is brought between two polar parts 2 and 3 of the polarization device with the aid of which one obtains in the body 1, essentially over a length s; equal to that of the polar parts 2 and 3, a magnetization I in one direction. after which the direction of polarization is displaced relative to the body 1, in the direction of the arrow sa * a distance equal to the pitch of the poles and then occupies the position shown in dotted lines. to then magnetize, in the opposite direction, the next part of the body 1.
The matter must therefore be completely demagnetized from one direction of magnetization to the other. Optionally, by choosing the length s. pole pieces of polarization equal to the pitch s of the poles, one can be satisfied with a lower polarization field intensity.
However., At the edges, the polarization field exhibits a certain dispersion indicated by H3 which more or less locally cancels out the magnetization already obtained. 0 'is thus that if the intensity of the polarization field is equal to 1.5 times the intensity of the IHC cancellation field of the permanent magnetic material of the body 1, a sufficiently large magnetization is obtained in the middle of the surface. polar. but at the edge, over a width approximately equal to half the thickness d, the material will be partially demagnetized, so that the transition zone in which the magnetization I, corresponding to two neighboring poles, passes from one in the other direction, becomes greater and the maximum intensity of the field obtained decreases.
The pitch s must then be equal to approximately twice the thickness d of the material.
Fig. 6 shows how we can reduce said demagnetization.
By a judicious choice of the shape of the polarization pieces, it is possible to make the field H4 somewhat more parallel to the edge of the pole pieces, and to assure it at the start of the new pole piece the intensity required for good magnetization. To prevent the remainder of the scattering field from entering the already formed NS poles, a pulsating polarization field is used while near the already formed NS poles non-ferro-magnetic bodies 7 and 8 are used, good conductors of electricity and, as a result of the eddy currents which occur in these bodies, the pulsating polarization field cannot penetrate at the place of the NS poles already formed.
The transition zone between neighboring poles can then be reduced to less, ^ than a third of the thickness d of body 1.
In order to simultaneously create a large number of poles in the body 1, it is possible to use a polarization device as shown in FIG. 7. This is again made up of two pole pieces 2 and 3, in which a pulsating magnetic flux is launched. In these pole pieces are provided conductive bodies 9, the length and spacing of which are equal to the pitch s of the poles to be formed. In these bodies 9, eddy currents again occur, so that the pulsating magnetic field can only penetrate at the location of the poles NS, By moving body 1 with respect to the direction of polarization 2 , 3 by a distance equal to the pitch s. and by polarizing in the opposite direction, one obtains the desired magnetic circuit shown in fig. 3.
By judicious choice of the shape of the pole pieces, it is again possible to ensure a clean transition of the magnetization I in the poles.
Figo 8 shows another polarization device for the simultaneous formation of a certain number of poles in the permanent magnetic body 1. The pole pieces are constituted here by a certain number of circuits 12 and 13 which at the places where they approach the more ,, are separated by non-ferromagnetic bodies 11 conductors of electricity and which are crossed by pulsating flows of direction. opposites.
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Inside the permanent magnetic body, a force image is then obtained as shown in FIG. 1, in which a sudden passage from one direction of magnetization to the other occurs at the location of the conductive bodies 11.
By moving the body 1, with respect to the direction of polarization 12, 13 by an even number of times the pitch s. one can then form the poles in another part of this body.
The extreme left pole and the extreme right pole of the odd number of pole pieces of the polarization device must then not be longer than about half the pitch s, in which case the scattering field @ of these pole pieces will not exert any harmful influence on the poles already formed.
In all of these methods, in order to keep the required polarization field strength low, starting from a carefully chosen material, for example Ferroxdide, this material can be polarized, for example at a high temperature and using 'a low field strength, the magnetization then reaching the required magnitude after cooling.
Given that the transition zone between two neighboring poles strongly depends on the thickness d of the permanent magnetic body 1, it is sometimes advantageous to constitute the magnetic circuit shown in FIG. 1 by a number of permanent magnetic bodies 14, 15, stacked up, taking the form shown in FIG. 3 so that the total thickness d 'of the magnetic circuit thus formed constitutes a multiple of the thickness d of each of the bodies taken separately. The stacking of bodies 14 and 15 is then simplified by the fact that the poles formed in these bodies attract each other precisely in the desired manner. The poles on the side opposite to the neutral line T can again be magnetically connected by means of the ferromagnetic body 5 as shown in fig. 4.
Fig. 10 shows a device according to the invention serving for erasing information recorded on a tape recorder. The magnetic circuit can be identical to that of FIG. 4 and care is taken that, for example, the distances x between the successive poles increase progressively so that the horizontal component H of the intensity of the field at the point of passage from one pole to l The other gradually decreases in size as shown in the figure, the length of the arrows. The greater of these field strengths preferably exceeds 600 oersteds.
A tape recorder 17 passing over such a device will be magnetized alternately by this field strength H in one direction and in the other, so that the information recorded there will disappear.
In a similar manner, for example, the unwanted magnetization of the spring of a watch can be eliminated. In some circumstances, it may be desirable for the pole pitches to be different.
Fig. 11 represents a device in accordance with the invention for generating the permanent field in a multipolar electric machine. The device consists of two cylindrical magnetic circuits 17 and 18 made of permanent magnetic material with a coercive field intensity BHC greater than 750 oersteds and preferably., With an IHC cancellation field greater than 1.2 x BHC, in which are introduced the poles in the direction of magnetization NS, so that one measures along the circular neutral line T a magnetic field which periodically changes direction. On the opposite side of the neutral line T the poles are again connected by cylindrical ferromagnetic bodies 19, respectively 20.
The circuits 17 and 18 rotate with respect to a magnetization winding 21, wound on a support 22, the whole in such a way that the current flowing in the conductors, is in the opposite direction in two adjacent cavities of the support 22. distance 1 between the two cylinders is small compared to the pitch s of the poles, the dispersion field between two neighboring poles of each of the magnetic circuits 17 and 18., will be small so that, in this case, the support 22 can advantageously be in a non-magnetic material, which favors the possibility of using the device, for
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high frequencies.
On the other hand, when said distance 1 is of the same order of magnitude as the pitch s, it is advantageous to make the support 22 of the electromagnet 21 in ferromagnetic material.
Fig. 12 shows a device for the elastic mounting, respectively the coupling, of two members 24 and 25.
For this purpose, a number of identical permanent magnetic bodies
26 and 27 of the form shown in FIG. 3 'are stacked and these bodies are in turn connected to an organ 24 and to the other, 25. The bodies 26 and
27 will then search for the state of equilibrium shown in the figure, in which the directions of magnetization N-S will be the same in each row of poles for these two bodies. For convenience, fig. 12 represents only a certain number of these poles.
When the members 24 and 25 are pushed aside more strongly, or brought together, there will be an opposing force acting as a spring which will attempt to return the members 24 and 25 to the equilibrium position as long as the displacement remains smaller than half of the pitch s of the blades. The use of ferromagnetic plates 28 and 29, which can contribute to the mechanical strength of the device, further increases the force generated somewhat.
Fig. 13 shows a device for transmitting a mechanical movement from a motor mechanism to a driven mechanism and in particular a mechanical coupling between two mechanisms 31 and 32 which rotate at the same speed. Each of these mechanisms 31 and 32 is provided with a discolding magnetic circuit 33, 34 respectively, made of permanent magnetic material in which, as shown in the profile view of FIG. 13b, poles have been formed on the facing polar surfaces 35 and 36.
The directions of magnetization NS are again preferably perpendicular to the pole surfaces 35 and 36 while on the sides of the magnetic circuits 33 and 34 opposite to the neutral line T the poles are assembled magnetically using the ferromagnetic bodies 37 and 38. The magnetic circuits are separated by an air gap 1, which can optionally be reduced to zero. If necessary, this air gap 1 can also be replaced by non-conductive amagnetic material, for example a glass wall in order for example to allow the transmission of a movement in a closed enclosure.
When rotating the motor mechanism 31, the poles of the surface 35 will exert on those of the surface 36 a force which tends to rotate the mechanism to be driven 32. According to the basic idea of the present invention, this force can be taken to a very high value, while using only little material by choosing a large number of poles.
The maximum force exerted on one another by the shifted poles, is, for a width b notably greater than all the other dimensions d, s and 1 practically proportional to this width b (measured perpendicularly to the neutral line and perpendicular to the direction of magnetization of the poles) and also increases with the step s. the thickness d and the inverse of the air gap 1. However, starting from the fact that the pitch s and the thickness d will be equal to at least several times the air gap 1, it is observed that this force does not increase practically more when the thickness d becomes greater than twice the pitch s.
When we assume a constant ratio of d s, included between 0.15 and 2, the force exerted between the two poles is approximately proportional to s.
For a given length D of the neutral circle T, of which D is the diameter, the number of poles to be formed is inversely proportional to the pitch s. In this case, the total force generated is then practically independent of the number of poles. But the quantity of material required can be considerably reduced by the use of a large number of poles, because in this case the pitch s becomes small. as then the thickness d, which, according to what precedes, must not exceed 2s.
Due to the absence of material poles, the two polar surfaces 35 and 36 can slide over each other, which can be important.
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to avoid an overload of the motor mechanism.31 However, in this case, the poles will be subjected to the influence of demagnetizing fieldso In order that, in this case., the magnetization is not reduced, it is necessary that the field strength d The IHC cancellation of permanent magnetic material, measured in oersteds, is preferably greater than the remanent induction Br, measured in gauss. Thus, the Ferroxdure mentioned in the preamble has a 'Br remanent induction of 2000 gauss, a BHC coercive field strength of 1800 oersteds, and an IHC cancellation field of 3000 oersteds.
By optionally providing the mechanisms 31 and 32 with material poles penetrating one into the other, for example pole pieces made of high permeability material, of appropriate shape. which, during an axial displacement of the mechanisms caused by the mutual forces of the poles, slip with respect to each other, it is possible to further increase the maximum torque transmitted before any slip occurs.
When the motor mechanism 31 rotates and the mechanism 32 to be driven is at a standstill, the torque required to impart to the latter the same speed as to the mechanism 31, can, as a result of the mechanical inertia of the mechanism 32, be greater than the maximum torque that can occur between the magnetic circuits 33 and 34, and the greater the number of poles, for a correspondingly smaller number of turns of the mechanism 31, the mechanical inertia will prevent the mechanism 32 from d '' reach its operating speed. Magnetic circuits 33 and 34 can also be formed by independent magnets which can be juxtaposed according to N-S-N-S or N-N-S-S requirements, which makes it possible to modify the starting torque and the maximum cut.
On the other hand, to slowly bring the driven mechanism 22 to the same speed as the motor mechanism 31, it is possible, in a known manner, to connect a body, for example a thin sheet (not shown in the drawing) of a good conductive material. from electricity to one of the two mechanisms, a sheet in which, as a result of the relative movement with respect to the poles of the other mechanism, eddy currents will arise, which generates the required motor torque. On the other hand, this body can also be made in a known manner from a ferro-magnetic material such that the hysteresis losses caused by the mentioned relative movement again ensure the required motor torque.
The device shown in FIG. 14 constitutes a variant of the device shown in FIG. 13, in which the driving mechanism 31 comprises a cylindrical magnetic circuit which is conjugated with a concentric cylindrical magnetic circuit of the driven mechanism 32. The material is now used in a more useful way for obtaining a large driving torque, since the parts of the magnetic circuits 33 and 34 located closest to the axis in FIG. 13, contribute very little to this couple. Here too, as shown in the profile view shown in figo 14b, the step !. is small enough, so that, for the same driving force, respectively for the same driving torque, the quantity of material required is as small as possible.
As has already been mentioned in the previous paragraph, the sheet 40 made of a material which is a good conductor of electricity serves to ensure better training.
Fig. 15 shows a variant of the device shown in FIG. 13, wherein the number of revolutions of the driven mechanism differs from that of the driving mechanism. In this case, the use of magnetic circuits with a large number of poles makes it possible to obtain, for a given length of the neutral line; a wide variety of transmission ratios. In addition, the pole pitches of the magnetic circuits do not have to be strictly equal to each other, as is the case with a gear, but can differ by up to about 20%.
However, the driving force is significantly smaller than in the device shown in FIG. 13, on the one hand, because the number of conjugate poles of the two magnetic circuits is necessarily only a fraction of that of the device shown in figure 13, and on the other hand, because part of the driving force is canceled by the fact that in-
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rights A and B of fig. 15b, poles of the same polarity are facing each other.
By ensuring that, as shown in fig. 16, the magnetic poles N and S do not touch each other, but that there are unpolarized zones C between these poles, one can obviate the aforementioned drawback As shown in the figure, these zones C must then widen from the original circle outwards.
On the other hand .. in the similar device shown in fig. 17, in which the center M1 of the mechanism 43 falls inside the pitch circle T2 of the other mechanism 44. the greater width of the zone C of the mechanism 44 must be turned towards its center M2.
In the device shown in fig 18., a significant increase in the driving force has been obtained by providing the mechanisms 31 and
32 of a number of discoidal magnetic circuits 45, 46, 47 in which all the poles are magnetized with the axial NS direction, which ensures the cooperation of several pairs of pole surfaces 48-49, respectively 50-51, magnetic circuits. The ferromagnetic bodies 37 and 38 again increase somewhat the magnetic fields generated and hence the motor torque. Moreover, as the mechanism 31 has one more magnetic circuit than the other mechanism 32, this device has the advantage that the axial components of the attractive forces between the magnetic circuits 48-
49 and 50-51 largely offset each other.
For decoupling, a conductive body (not shown in the drawing), which acts as a magnetic brake, can be provided, for example, near the magnetic circuit 47.
The use of several discoid magnetic circuits can also cause in the device shown in figo 13 an increase in motor torque. For this purpose, the coaxially arranged discs have, in turn, a smaller and larger inner diameter and outer diameter, the small inner diameter discs being fixed to the shaft of one of the mechanisms. while those with large outer diameter are connected to the inner wall of a cylinder belonging to the other mechanism.
Fig.
19 shows a variant of the device of fig. 14., Which allows very easy engagement and disengagement of the coupling. In fact, owing to the strong force of attraction between the two magnetic circuits 33 and 34, it is difficult to disengage the mechanisms 31 and 32 by a relative axial movement. For this purpose, as shown in fig. 19, there are provided cylinders 53 and 54, in a ferromagnetic material ,, with low losses by hysteresis., So that during an axial displacement of the device 32 in the direction of the arrows, the ferromagnetic ring 53 is placed opposite of the magnetic circuit 33 and the ferromagnetic ring 54 opposite the magnetic circuit 34, which practically neutralizes the axial attraction force.
The ferromagnetic cylinder 53 can optionally be replaced by a magnetic circuit rotating at another speed, which makes it possible to obtain switching to this other speed.
The device shown in FIG. 20 is a variant of that of FIG. 14, allowing a transmission ratio other than 1: 1 to be obtained.
Fig. 21 shows another variant of this kind. The magnetic poles are not parallel to the axes of the mechanisms 31 and 32, but oblique with respect to them. as shown in fig. 21b, in order to obtain a driving force which varies very little.
In fact, as a result of the curvature of the polar surfaces, this driving force is greater when the boundary zone between two neighboring poles of one of the magnetic circuits is located closest to the other magnetic circuit and when the media of two conjugate poles are found closest to each other.
As a result of the arrangement mentioned throughout the movement, a point of the limit zone is always located between two neighboring poles of one of the magnetic circuits, as close as possible to the other circuit.
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Fig. 22 shows a device in which the axes of the two mechanisms 31 and 32 are mutually perpendicular.
By placing the magnetic poles of the respective circuits 62 and 63 at an angle of 45, with the corresponding axes, a very flexible transmission is obtained. In addition, by a relative adaptation of the shape of the two pole surfaces of the magnetic circuits 62 and 63 'in the manner shown in FIG. 22b, the cooperating parts of these surfaces can be increased.
Fig. 23 shows yet another mode of transmission. in which the axes of the two mechanisms 31 and 32 are mutually perpendicular. Le: pole surfaces 68 and 69 are provided as shown in Figs. @@ 21b of N and S poles arranged obliquely, these poles being separated, as in fig. 16, by non-polarized C zones.
The devices shown also make it possible to obtain a variable transmission between the two mechanisms. Thus, for example, when in the device shown in FIG. 17, the pole surface 44 of one of the mechanisms comprises a second ring 71 of magnetic poles. (the polarities of which are not specified) and that the mechanisms are moved relative to one another in the radial direction, the poles of the polar surface 43 cooperate with this ring of poles 71, which provides another transmission ratio between the two mechanisms. When the pole surface 44 is replaced by that of FIG. 24 in which the neutral line has a helical shape, a continuously varying transmission ratio is obtained.
In this case, using a magnetic shielding., Not shown in the drawing, it is necessary to remove the couplings between the poles of the magnetic circuits which would cause a reduction in the driving force. In addition, it may be desirable to vary the poles shown in Figs somewhat. 24 on the various turns of the propeller.
A similar operation is obtained by replacing in the device shown in FIG. 3 'the polar surface 68 by that of FIG.
24. When moving, in the axial direction. the 'mechanism 32, the pole surface 69 of which must have a consequently smaller width b, a practically continuously varying transmission ratio is obtained. If the mechanism 32 is free in its axial movement, the number of revolutions of this mechanism 32 will increase or decrease continuously ...
Dans.le device shown in FIG. 25., a variable transmission ratio has been obtained by providing the mechanisms 31 and 32 with a certain number of magnetic circuits whose pairs of poles 76 and 77 coincide. By moving the mechanism 32 in the axial direction, it is possible to break the coupling between these magnetic circuits 76 and 77, and to establish a coupling between the magnetic circuits 78 and 79, which significantly changes the transmission ratio.
The axial force required for this displacement is again kept small as used in FIG. 19 by placing, near the various magnetic circuits, ferromagnetic parts, 80, 81, 82 and 83 with low losses by hysteresis which neutralize between them the axial components of the attractive forces of the magnetic circuits . the figso Fig. 26 represents a counterpart of the devices shown in the figs. 17, 24 respectively, in which one of the mechanisms comprises a magnetic circuit 85 which is combined with a magnetic circuit 86 belonging to the other mechanism 32.
In the circuit 85 are inserted a certain number of poles of width equal to the width b of the poles of the circuit 86, poles which are arranged in rings respectively of the helices (case in which the neutral line is also helical). In the same way as for figs. 17 and 24, one can then possibly obtain, by a judicious variation of the pitch of the poles of the circuit 85 (perpendicular to the plane of the drawing) a practically continuously variable transmission ratio.
Fig. 27 shows a transmission with a transmission ratio small with respect to 1. In the discoidal magnetic circuit 88 of the medium
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Motor canism, spiral poles are provided, therefore with radially directed neutral lines, which are combined with practically radial poles of the magnetic circuit 89 also discordant of the mechanism to be driven 32, part of which is separated from the poles of circuit 88 by a thin sheet of ferromagnetic shielding 99. with low hysteresis losses.
In this way, the poles cannot cooperate at the location of the air gap 1, so that the number of revolutions of the driven mechanism 32 is only a small fraction of that of the motor mechanism 31.
It is obvious that the examples of embodiment sketched in figs.
13 to 27 also make it possible to convert a translation into a rotation and vice versa.
The permanent magnetic material Ferroxdure, already named several times, is characterized in that it consists essentially of non-cubic crystals of polyoxides of iron and of at least one of the metals Ba, Sr, Pb and possibly Ca.