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La présente invention a pour objet une machine électro-magnétique rotative utilisable comme frein et/ou comme convertisseur d'énergie mécani- que en énergie calorifique.
Cette machine comporte au moins un organe inducteur, ou stator, fixe, comprenant une série de pôles de polarités alternées, régulièrement espacés autour d'un axe, l'espace entre deux pôles consécutifs présentant une réluctance de valeur relativement élevée, et un organe susceptible d'être entraîné en rotation ou rotor, cylindrique creux, en métal conducteur et ma- gnétique, enveloppant le stator à faible distance de celui-ci, et coaxial avec lui, ledit rotor étant pourvu de perforations régulièrement réparties suivant des génératrices pour former des rangées rectilignes délimitant des bandes pleines formant joints magnétiques à faible réluctance entre les pô- les du stator, lesdites bandes constituant en cours de fonctionnement,
des conducteurs rectilignes de forte section parcourus par des courants de for- te intensité d'où résultent un couple résistant pouvant être utilisé pour un freinage et un dégagement d'énergie calorifique dont la majeure partie correspond à la conversion d'une partie de l'énergie mécanique appliquée au rotor.
Suivant un mode de réalisation préféré, le stator est formé de deux masses polaires, chacune de ces masses polaires comportant un moyeu fi- xe, et une série de bras radiaux coudés dont les portions d'extrémité forment une série de dents parallèles à l'axe de la machine, les deux masses étant disposées en regard l'une de l'autre et décalées angulairement de telle fa- çon que chaque dent de l'une s'intercale entre deux dents de l'autre sans les toucher, de manière à former une cage annulaire logeant une bobine d'ex- citation coaxiale avec l'appareil.
La machine est de préférence symétrique et comporte deux stators coaxiaux identiques symétriquement disposés et un seul rotor double de forme symétrique coiffant chacun desdits stators, le rotor étant monté sur un ar- bre d'entraînement traversant les masses polaires des stators.
Enfin, le rotor est muni, sur son pourtour d'ailettes ou nervures de refroidissement.
D'autres caractéristiques apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé, sur lequel
La figure 1 est une vue en bout de cet appareil, avec coupe par- tielle ;
La figure 2 est une vue latérale, en coupe longitudinale, suivant la ligne 2-2 de la figure 1;
La figure 3 est une vue éclatée de l'appareil, les paliers d'extré- mité ayant été disposés au-dessous des parties magnétiques pour permettre une représentation à plus grande échelle de toutes les pièces de la machine;
Les figures 4 à 7 sont des vues développées des p8les du stator et des lignes de perforation du rotor, pour diverses positions successives du rotor, l'ensemble étant supposé vu de l'intérieur de la machine.
Selon le mode de réalisation représenté, la machine rotative est symétrique par rapport à l'axe géométrique de rotation XX, et par rapport à un plan perpendiculaire à cet axe. Elle comprend essentiellement deux sta- tors S,S' identiques et symétriquement disposés, et supportés à un certain écartement l'un de l'autre par des supports 1. Ces stators supportent des paliers 2 munis de roulements à billes ou à rouleaux 3 dans lesquels touril- lonne un arbre 4, sur le milieu duquel est claveté le rotor double R. Cet arbre traverse axialement les stators dans lesquels il tourne librement.
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Chacun des stators comprend deux masses polaires 5 et 6 en matériau magnéti- que ; la masse polaire 5 comprend un noyau cylindrique 7 alésé pour le passa- ge de l'arbre 4 et muni d'une douille de centrage 8 destinée à s'engager dans la masse polaire 6, et une série de p8les 9. Dans l'exemple représen- té, ces pôles sont au nombre de douze. Chacun de ces pôles comprend une por- tion constituée par un bras radial 10 et une portion 11 à 90 de celle-ci, parallèle à l'axe et dirigée vers le stator 6. Cette portion en forme de dent, se termine en biseau en 12. La masse polaire 6, opposée à la masse polaire 5 est de forme analogue mais ne comporte pas de noyau 7 ni de douil- le de centrage 8 ; son alésage central 13 est de diamètre suffisant pour re- cevoir la douille de centrage 8 de la masse 5.
Les intervalles entre pôles sont tels que lorsque les masses 5 et 6 sont rapprochées et assemblées, par exemple au moyen de tige filetées 14 et écrous 15 qui peuvent également ser- vir à fixer les paliers 2, les dents 11 de chaque masse s'intercalent entre les dents 11 de l'autre, des entrefers égaux et suffisants étant cependant ménagés entre les deux séries. L'écartement entre les deux masses¯est déter- miné par le noyau 7. L'ensemble ainsi formé par ces deux masses forme une sorte de cage dont l'espace annulaire interne est occupé par une bobine d'ex- citation toroïdale 15 l'axe des spires étant l'axe XX, de sorte que le flux de cette bobine est dirigé parallèlement à cet axe. Cette bobine comporte deux fils d'extrémités 16 reliés à deux bornes fixes (non représentées) per- mettant d'alimenter la bobine en courant continu.
Les masses 5 et 6 sont donc de polarités opposées ; les pôles de la masse 5 seront donc d'une certaine polarité, et tous les pôles de la masse 6, de la polarité inverse.
On a donc sur le pourtour de la cage fixe constituant le stator, une série de pôles de polarités alternées. Toutefois, les réluctances des entrefers sont relativement élevées ; ceci résulte notamment du fait que les faces la- térales des pôles opposés voisins ne se font face que sur une portion de leurs surfaces, en raison de leurs forces triangulaires inversées l'une par rapport à l'autreo Les flux de fuite (passant directement d'un pôle aux pô- les voisins) sont donc relativement minimes, et la majeure partie du flux se ferme par le joint magnétique constitué par le rotor ci-après décrit.
Bien entendu, tout ce qui a été précisé au sujet d'un stator est valable pour l'autre, puisque ces deux ensembles, symétriquement disposés, sont identiques.
La fixation de la machine sur les supports 1 s'effectue par exem- ple au moyen de vis la se vissant dans des trous taraudés ménagés dans cer- tains des pôles des stators.
Le rotor double R, symétrique par rapport à un plan médian perpen- diculaire à l'axe XX, comporte une roue 21 olavetée sur l'arbre 4, celui-ci pouvant être entraîné au moyen de poulies ou pignons fixés sur les extrémi- tés cannelées 22. Sur la jante 21a de la roue 21 est fixé le rotor propre- ment dit constitué par un cylindre 23, en métal magnétique et conducteur, tel que l'acier, s'étendant de part et d'autre de la jante pour coiffer les stators.
L'entrefer entre rotor et stators et l'épaisseur du rotor sont dé- terminés de telle manière que le rotor forme joint magnétique entre les pô- les du stator, c'est-à-dire de manière que la réluctance du circuit magnéti- que ainsi défini soit très inférieure à celle de l'entrefer entre inducteurs de polarités opposées.
Le flux de chaque pôle se divise évidemment en deux branches diri- gées respectivement vers chacun des pôles adjacents; le rotor est donc le siège d'un champ magnétique "fractionné'variable dans l'espace suivant la position de la directrice considérée sur le cylindre, la machine étant à l'arrêt.
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Suivant une caractéristique importante de l'invention, le rotor est divisé en bandes par des séries de perforations 24 réparties suivant des génératrices régulièrement espacées. Les bandes ainsi délimitées constituent de véritables conducteurs et également des portions de circuits magnétiques; les bandes comportant des rangées de trous constituent, au contraire, des portions à grande réluctance.
Le rotor est donc constitué par un ensemble de conducteurs à for- tes sections se déplaçant dans un champ magnétique variable dans l'espace.
Ces conducteurs sont donc parcourus par des courants de circulation qu'on peut déterminer avec précision lorsqu'on connaît la résistivité et la réluc- tivité du métal employé. Les sections des conducteurs étant relativement, grandes, l'intensité des courants ainsi produits peut atteindre une valeur élevée et produire par effet Joule un dégagement intense de chaleur. Ce dé- gagement d'énergie produit résulte d'une diminution de l'énergie mécanique qui se traduit par la présence d'un couple résistant qu'on peut également considérer comme résultant de l'interaction des champs sur les courants.
Ce couple peut atteindre une grande valeur.
Pour donner à ce couple une valeur plus constante, on donne aux pôles une section trapézoïdale (celle-ci étant observée de l'extérieur de la machine), comme visible sur la figure 3 et sur les développements d'un sta- tor et d'un demi-rotor représenté aux figures 4 à 7. Dans l'exemple réali- sé, la tangente du demi-angle au sommet est égale à environ 0,1. Les entre- fers sont donc représentés par des fentes obliques par rapport à l'axe de la machine, donc par rapport aux rangées de perforations du rotor. Il en résulte que le joint magnétique se forme progressivement au cours de la ro- tation du rotor.
D'après la figure 4, on voit que l'écart AB entre les rangs de perforations est égal aux 2/3 du pas polaire AC; en d'autres termes, il exis- te trois "conducteurs" entre deux pôles nord (ou deux pôles sud) consécutifs.
Lorsqu'un entrefer est recouvert par une bande pleine, l'entrefer voisin est recouvert par une bande perforée.
La figure 5 montre le rotor dans une position correspondant à la fermeture de l'entrefer E1 par une bande sans perforations et la réluctance est minima; sur la figure 7, l'entrefer E1 est recouvert par une bande per- forée; donc la réluctance est maxima; la figure 6 correspond à une position intermédiaire.
Il résulte de cette disposition que le couple est remarquablement constant pour une intensité d'excitation donnée.
Pour permettre une dissipation plus importante d'énergie calorifi- que, le rotor est, de préférence, muni sur sa périphérie de nervures ou ai- lettes de ventilation 31.
Lorsque le rotor est entraîné en rotation, il suffit donc d'alimen- ter les bobines d'excitation des stators pour obtenir un couple résistant freinant le dispositif entraînant l'arbre 4 ; ce couple peut être commandé par simple variation du courant d'excitation. Toutefois, il décroît avec la vitesse et ne peut permettre d'arrêter complètement le dispositif d'entrai- nement. La machine selon l'invention peut donc être avantageusement utili- sée comme frein ralentisseur sur des véhicules ou machines de types divers.
L'excitation peut notamment être commandée, manuellement ou auto- matiquement au moyen de l'installation décrite dans la demande de brevet dé- posée le même jour à la même minute que la présente demande, pour "Electro- valve" .
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Bien entendu, le rotor peut être entraîné, non pas nécessairement par son arbre, mais par sa périphérie, par exemple au moyen d'une couronne dentée montée sur le cylindre. Le fluide de refroidissement peut être con- stitué par un liquide; ce liquide peut être introduit par l'arbre creux et circuler à l'intérieur du rotor.
Cette machine peut être considérée comme un convertisseur d'éner- gie cinétique en énergie calorifique, la chaleur dissipée provenant en gran- de partie de l'énergie mécanique appliquée à la machine par le dispositif d'entraînement. On a donc ainsi la possibilité d'obtenir un dégagement de chaleur dans une enceinte où on ne dispose pratiquement que d'énergie méca- nique, à l'exception d'un faible appoint d'énergie électrique nécessaire pour l'excitation.
La puissance maxima de dissipation de la machine sera déterminée par des conditions de résistance mécanique, compte tenu notamment de la di- minution de la résistance mécanique des matériaux utilisés en fonction de l'élévation de température. Il est en outre évident que la température des stators et du rotor doit demeurer inférieure au "point de Curie" des maté- riaux magnétiques qui constituent ces organes.
Il est entendu que l'invention n'est pas limitée au mode de réa- lisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
REVENDICATIONS.
1/ Machine électro-magnétique rotative utilisable comme frein et comme convertisseur d'énergie mécanique en énergie calorifique, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un organe inducteur, ou stator, (S ou S') fixe, comprenant une série de pôles (9) de polarités alternées, régulière- ment espacés autour d'un axe (4), l'espace entre deux pôles consécutifs pré- sentant une réluctance de valeur relativement élevée, et un'organe suscepti- ble d'être entraîné en rotation, ou rotor (R), cylindrique creux, en métal conducteur et magnétique, enveloppant le stator à faible distance de celui- ci, et coaxial avec lui, ledit rotor étant pourvu de perforations (24)
régu- lièrement réparties suivant des génératrices pour former des rangées reoti- lignes délimitant des bandes pleines formant joints magnétiques à faible ré- luctance entre les pôles du stator, lesdites bandes constituant en cours de fonctionnement des conducteurs rectilignes de forte section parcourus par des courants de forte intensité d'où résulte un couple résistant pouvant être utilisé pour un freinage et un dégagement d'énergie calorifique dont la ma- jeure partie correspond à la conversion d'une partie de l'énergie mécanique appliquée au rotor.