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DHU-OSITI? 110'l'Al'U' l'..'LFJJl'1tO.,f,fAGNETIQt1I.
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t& I)r4giOntt Invention fuit l'objet d'une dogmande de brevet déposée aux Etat Unis d'Amérique le 3 janvier 1962 au nom de Mir. ?.J,STAtJXrO4l nous le NO 164.104.
La. présente invention se rapporte en général aux ttécaniauoa d'entraînement et en particulier aux dispositif$ ou acti.nrs.:
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rotatifs électro-Magnétiques du type utilisé dans des dispositifs
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tels que le coniniottiteurs pae h pas lem moteurs pas à paa et les
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contrôleurs de position de rotation.
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Les actionneuru IPatra-..r:c6tidues, qui sont le tiar2ptô(:.â1'0'a principaux des comtutateurs paa h pas et des dispositif a sliidlai-" res, utilisent tréa souvent une paire de bobines électro-magné- tiques parallèle et écartées l'une de l'autre. Lea bobinée, lors- qu'elles sont alimentées, sont Iolarindes en sens oontraïre, o'eat-?# .Ur que le pôle Nord de la première bobine est le plue ralIroch4 du g5'le Cud de la seconde bobine et parallèle à ce dernier. Un barreau n-agnétique est disposé de manière à appuyer sur l'extrefite des deux bobines qui lui sont perpendiculaires; de oe fait, il joint oagnetiquec.ent les bobines, mettant leurs ah-wnpa en série et réalisant un airant du type fer à cheval, Une
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armature, pivotante ou tournante, est montéetransversalement face aux extrémités libres des bobines.
Lorsque les bobinée sont alimentées, l'armature pivote ou tourne en réponse aux forces magnétiques qui la sollicitent. Un mécanisme d'entraînement soli- daire de l'armature convertit les forces magnétique* en couple mécanique lié à cette rotation. Bien qua ces dispositifs fournis - sent un couple relativement élevé, il sont inefficaces.
Une cause d'inefficacité réside dans le fait que des trajet$ de dispersion du flux existent entre les pièces polaires dissem- blables den bobines et des extrémités de l'armature. Aussi, pour compenser cette perte, est-il nécessaire de produire un flux su- périeure à celui qui serait suffisant pour obtenir le couple voulu, Ceci implique un courant plue élevé avec, pour conséquence, la nécessité d'employer des contacts plus importante et des dispositif de suppression des étincelles,
Une autre cause d'inefficacité est que le couple au démarra- ge est plue petit que le couple final parce que le couple cet une fonction inverse du carré de la distance entre les faces polaires en jeu et l'armature. Un flux bien supérieure à celui qui est né- cessaire pour le couple de fonctionnement est exigé pour obtenir le couple de départ voulu car cette distance est maximale lorsque l'armature est à sa position normale de repos, Il en résulte un fonctionnement bruyant et auto-destructeur ainsi qu'une limitation sérieuse de la charge possible de l'armature.
Un agencement connu pour réduire les pertes de flux, consiste à augmenter physiquement l'écart entre les bobinée électro-magné- tiques, ce qui a pour effet d'augmeeter la réluctance du trajet de fuite. Cependant cette solution aboutit un mécanisme d'entrat- nement plus volumineux et plus lourd, et, bien entendu, augmente la distance entre les faces polaires en jeu et l'armature,
En conséquence, l'un des objets de la présente invention est de procurer dos actionneurs rotati/e électro-magnétiques qui soient
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compacta, f-ff Icnctje, Mure, économique h la fabrication et en fonctionnement.
Un objet supplément aire est de procurer des aotionneure ro- tat1fa tleotro-magn6tiquee dane lesquels la porta de flux aoit 'réduite au minimum et le couple au départ soit augmenté.
Un autre objet est de procurer des actionneurs rotatifs élec-
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tra-magnJt1uee qui aient un couple accru par unité de courante Un autre objet encore est de procurer un mdcaoaime rotatif ; d'entraînement éleotro-magnétique capable de fournir un couple important .
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''nf,n, pour terminer, un dernier objet est de procurer deµ Ntecaniaftea rotatif!' éleotro-m!lgnét1que s comportant un minimum de places,
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Ces objets, ainni que d'autre , sont atteints, selon un 1..,- peot de l'invention, au moyen d'un adtlonneur rotatif agence de '" manière que deux bobinas 1agi tudinalcs il noyau de fer soient die" ; posées parallèlement, éort6eo l'une de l'autre et aoient polari- sées ma.nétiquemf1nt dans le même sens. De cette façon, le p6le Nu de la première bobine est plue proche du pale Nord de la deuxième bobine que du p$3.e Sud de cotte dernière.
De même, le pôle Sud ue :
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la première bobine est plus proche du pôle Sud de la deuxième bobine que du pôle Nord de cette dernière, Un shunt magne* tique relie les noyaux des bobines distinctes d'un pôle de la pre'iière bobine au pôle contraire de la. deuxième bobine; les extrémité ; non réunies des noyaux jouent le rôle de pièces polaires.
Une
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armature ayant deux faoeo polaire correspondant aux deux piée..."; polaires est montée h rotation de manière que les faces polaire soient amendes plus prèa des pièces polaires afin de réduire au minimum les entrefers lorsque leo bobines sont alimentées. Un ressort retient l'armature dans une position normale de repos pour laquelle l'entrefer entre les pièces et les faces polaires est au maximum. Dans cette position de repos, un bord de chaque
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face polaire s'appuie fortement sur le bord de chaque extrémité du shunt magnétique, là où il rejoint les extrémité de bobines.
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Lorsque les bobines sont alimentées, le flux qui a'écoule il*$ li8-' ' les aimante l'armature dans une direction qui entraîne 1 e;t'ra. . w, tion des faces polaires vers les pièces polaires, L'aimantation crée également une force de répulsion entre faces polaire et pièces polaires par les parties dea noyaux de bobine qui sont re- liées par le shunt magnétique.
De cette façon, lorsque les bobines', sont alimentées, un couple eat appliqué à l'armature par les
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forces d'attraction et aussi par les forces de répulsion Outre \t< 1 i qu'il accroît la valeur du couple, cet agencement des bobinea,
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dans lequel les p8les de même signe des deux bobines Mont plus proches l'un dt l'autre que les ptlen de oigne contraire, réduit la perte de flux. L'aotionneur rotatif qui en résulte est très compact et extrêmement efficace.
Les objets de cette invention, ceux mentionnés plue haut et d'autres, ainsi que la manière de les atteindre deviendront plus apparents et l'invention elle-même sera mieux comprise en
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se référant 4 la description, oi-deasous, de la réalisation prd. férée de l'invention ainsi qu'a. l'unique planche de dessins dans = laquelle;
La ?ig. 1 est une vue perspective de la réalisation préfèrie de l'invention)
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La ?ing. 2a est une représentation schématique de la réalisa*- tion préférée en position de repos ou normale;
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La Pig. 2b est une représentation schématique de la réalisa. tion préférée en position de travail)
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La Fig.
3 est une représentation graphique du couple en fono tion d'un entrefer décroissant, Toutes 16s fois que cela est possible, des termes simples sont'.< employée et chaque détail particulier est décrit ci-après pour
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faciliter la compréhension de l'invention, cependant, il doit 1 èt <
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entendu que l'emploi de tels termes et les références à et 44- fcailo ne auraient en aucune façon intervenir en renonciation pour toute la gamme don équivalences qui est nomalemont Moor- dé* en vertu des règles établie par la loi sur les brevet 4"ita- ventîon4 Par exemple,
les dessine montrent une waature eontit h rotation alors qu'elle pourrait également être montât eur pivot Il est évident que d'autres exemples pourraient Str* choisis pour indiquer la manière pir laquelle Ion ter employé et le* détails prduîeée donnent droit h une large garant 4*iquival#noeoo La li6. 1 de la planche montre un I4tionn.ur rotatif <fl*otro ..m8&nlitique muni des moyens pour produire un ohaap Magnétique, en l'eopèoei les bobines longitudinal à noyau de fer lia et llb. Lorsqu'elles sont alimentées les bobines sont aimantée dans le n'ente sens, <1'..t-o.-dire qui) le p8le Nord de
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chaque bobine est dans la mime position relative.
Ceci est in-
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dîqué par le dessin où le cote droit de la bobine alla et le cote droit de la bobine llb sont désignée par un "" corrospon- dant au p61e Nord et, de la rc$me manière, le cote gauche ûe cha- cunfb des bobines est désignât en tant que pôle Sud# par un "$*.
Il va de soi que leu polarités peuvent être inversées sur les deux bobines 8'ln8 amener aucun changement dans le fonctionnement
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de l'aotionneur.
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L. bobines lia et llb sont reliées magnétiquement l'une à l'autre afin de diminuer la rdluctatire du trajet du flux et# par conaèquentt d'obtenir une plut) grande Intensité disponible de flux dans les entrefers. Dans les actionneur8 a.otuell9Mant - en service, les bobines sont admanteee en sans contraire de aorte que le tôle nord d'une bobine est plus proche du p6l Sud d* l'autre bobine que de son pdlo Nord. Une liaison magnétique *et alors établie entre deux des polee qui sont sensiblement adja-
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cents. Dans cette invention, au contraire, les deux bobines sont
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reliées ma6ndt1que.nt au moyen d'un barreau de dérivation mag- nâtiquo# le shunt 12. cp1 relie en diagonale une extrémité de la
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bobine lla h l'autre extrémité de la. bobine 11b.
Le shunt peut
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être relié aux bobines par tout moyen de fixation convinablet tel que la vie 13.Cet agencement des bobines réduit considérablement
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le flux de fuite qui, normalement, circule entre lealtles des bobinée qui ne sont pas reliée par le shunt magnétique. La diminution de ce flux résulte de l'augmentation de la distance du tra-
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jet suivi par le flux entre le pale Nord d'une bobine et le p8le Sud de l'autre bobine.
Pour être utile, le flux magnétique doit être converti en . qui '
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force mécanique. Un moyen, tel que Iturvat-*,rë 14 est montée a rotation sur le pilier 15 entre les deux bobinée, est prévu pour accomplir la conversion du flux magnétique en fore* L'armature a une position de repos qu'elle oonservo tant que les bobines ne sont pas alimentées* Dans cette position. l'entrefer entre les bo- bines et 1*-armature est maximal et l'armature s'appuie fortement sur les extrémité du barreau magnétique de shunt. Un moyen de retenue, le ressort 16, est utilisé pour maintenir l'armature dans cette position.
Les extrémités de l'armature sont les face* polai-
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res 18a et 18b qui font face aux pièces polaires des bobines dé- signées ici comme pièces 17a et 17b. Ltarmaturl a une forme telle que la surface des faces polaires 18a et 18b ont nensiblement égale à la surfaoe des pièces polaires 17a, et 17b et, en censé- , quenoe, offre une réluctance beaucoup plus faible au passage du flux que celle offerte par la petite surface présentée par les
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borda de l'armature qui butent contre les extrémité* de ihuat m&g- nétique 12.
Lorsque les bobines sont alimentées, l'arm4turt se déplace ' à sa position de travail pour laquelle l'entrefer est réduit au minimum. Ensuite, lorsque les bobines ne sont plus alimentées, le ressort de rappel 16 ramène l'armature 14 à sa position de repos*
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Ainsi, répondant à l'aimantation et h la désaimantation des bo* ' bines, l'armature 14 oscille entr* et position de repos et et. po- aitlon de travail. Un dispositif tel que l'ensemble tore' par la
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roue à rochet 21 et les cliqueta 22a et 22b, est prévu pour
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convertir et mouvenlont alternatif en mouvement unidirectionnel.
Hua pr'o1e.ment, la roue i rochet 21 est solidaire de l'ar- . bre d'entraînement 23. Lorsque l'arnature 14 passe de e position ; de repos à sa position de travail, les cliqueta 22a et 22b qui sont fixée sur l'armature 14 agissent sur la roue 21 et provoquent'' sa rotation, ainsi que celle de l'arbre 23, avec l'armature. Lors-, que l'armature revient à sa, position de repos, les cliquets 22a et 22b gliseent librement sur la roue à rochet et cette dernière ne tourne pas. Ainsi, l'arbre d'entraînement 23 est amené à tourner
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dans une seule direction.
Bien entendu, il apparaît évident k r toute personne onnna1suant bien Cette question qui l'ensemble: formé par la roue à. rochet et les cliquets peut être agence de ta4 on que la roue 21 et l'arbre dtsntrninsment 23 tournent lorsque l'armature revient de sa position de travail à sa position de ; repos. , Afin d'acentre l'efficacité de i'aotionneur, le pivot est fait en matériau non-magnétique, comme le laiton, pour éviter la formation d'une boucle magnétique au pivot.
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Une oaructériatique supplémentaire de l'invention réside dans le petit nombre de pièces nécessaires. Un tel avantage est, possible parce que l'armature 14 et le barreau de shunt 12 peuvent,
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être réalisas partir de la même pièce aluni qu'il apparaît sur la Fit, 1.
Un avantage annexe de cet actionneur est que l'armature, i et le shunt peuvent être découpés à l'emporte-pièce au lieu d'être. fraisés. Ceci accroît encore l'économie du système tout en con-
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servant des toléranoes mécaniques équivalentes.
Se reporter à la représentation schématique des lige. 2a et 2b pour une description plus détaillée du fonctionnement de la
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réalisation proposée de l'invention, montrée en lïg. 1, et remar- quer que les pièces composantes de 1'aot3,onrr,aur des Fige. 2a et 2b. sont les mêmes que celles figurant sur la vue perspective de la
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,îig. 1. Par conséquent, les désignations numériques utilisée* correspondent respectivement sur chacun des denains.
Lorsque les bobinée liai et llb sont alimentée , un champ ma# 4 ntique est établi. Le flux passe du pôle Nord de la bobine lift ,". dans le barreau de shunt 12, le joie Sud de la bobine llb, le noyau de la bobine jusqu'au pôle Nord de la bobine, l'entrefer .entre la pièce polaire 17b et la face polaire 18b, l'armature 14, L'entrefer entre la face polaire 18a et la pièce polaire 17a et
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.
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finalement du pôle Sud de la bobine lia à son p6le Nord.
La d,'..
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férence entre les surfaces des sections transversales présentée
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au flux par la bord de la face polaire qui ' appui* eux le ba.yptM : r shunt et par la partie de la face polaire qui au t'en regard de a pièce polaire, entraîne une rtiuuttmoe relativement plue ptttite ana le trajet du flux entre la pièce polaire nit la face polaire, ua dana le trajet du flux entre le barreau de shunt et la face claire. En conséquence, un flux relativement ,b'ts passe entre Le shunt magnétique 12 et l'armature 14 comparé à celui qui tra- veene lee entrefers de travail entre les pièces polaires 17a, 17b - et: les faces polaires l8a, 18b, L'armature 14 est adnai aimantée '
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de sorte qu'une force de répulsion n'établit entre le shunt mag-
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étique 12 et l'armature.
Cette torde ré glaive agit dans une rsot3,an qui amène l'armature 14 à ce délacer de manière 4 rédui-
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e les entrefers. Au même moment, une force d'attraction entre
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ee pièces polaires zaza, 17b des bobines lia, llb et les faces po-. aires ,8a, 18b de l'armature 14, amène également l'armature à '
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e déplacer pour réduire les entrefers.
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Des flèches sont employées dans la Fiv. 2a pour décrire oché.,ki aatlquement la structure magnétique dans le trajet du flux, lien
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flèches noires montrent les lignes de force intéressant les
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noyaux des bobines lia, lob et l'arnature 14 et les flèches en
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blanc ' montrent les lignes de forde intéressant le shunt 12.
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Les forces répulsives établies par les ohampo de flux sont .ndi.
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blanches et noires
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quees'en représentant des pointes de fléchasedirigees l'une contrez
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2' autre..
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toroque l'armature 14 est h sa position de repo8, la force
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d'attraction ont minimale car cette force est fonotion Inverse du
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carré de la distance entre les pièces polaires 17a, 17b et Ise àcte potairen 18a# 18b.
Au môme mcnfMnt, la force de répulcion *et
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maximale eat celle-ci est également une fonction inverse du carré
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de la dintance, Tandis que l'arrebure 14 est attirée de plue en
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plus près des bobines, la force de répulsion diminue jusque un
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minimum et la. force d'attraction augmente jusqul?t un maximum, finalement, comme il eut indiqua sur la J'1g. 2b, l'armature et
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déplaoe, en luttant contre les forces normales d'inertie, les
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frottements et la force de rappel du rall60rt 16* vers sa position de travail, lh où ses faoes polaires 18a# 18b, sont au plue prês des IJ1èOO/;l polaires 17a, 17b des bobines 1la, llb,
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L'efficacité des forces répulsives dépend évidemment de la distance entre les pièces polaires et les faces polaires.
Il a été
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oon8tté que la réalisation proposée de l'invention a fonctionne
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avec le teilleur rendement lorsque l'aotionneur était de forme
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rectangulaire et lorsque les dimennions x et y de la ?IK. 2b étaient h peu prba écaleo.
L'action de la fore* r(I'tlnivlt eut décrite graphiquement . eur la Pite. 3. Le ritilitquo4 repréaenta les différentes valeurs du \ couple "rU en fonction d'une largeur décroissante de l'entrefer. ta, courbe en trait. plein (marquée "p") montre les caractéristique at du couple des acHonn'-uru rotatifs dlectro-magn4tiques, antérieur '- La courbe en pointillé 1rr'Ór.'Ulicr (marquée "r") montre le couple reouittnt de la. force de r.4l,ul.4lon, ta courbe tiretde (marquée "e") contre len caraotJr1ntiqus globales d'un actionneur rotatif éleotro-r.>ign4 tique mettant en oeuvre le principes de cette in- vention. lorsque l'entrefer eat Editant, le couple de l'arnature
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est en grande partie constitué par la force de répulsion (courbe
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"y") exercée 14Lr le barreau de shunt quand il est en contact avec Ilam.4ture.
Coeufts on peut le "".,11", ce couple est maximal lorsque
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l'entrefer cet maximal et tombe rapidement tandis que l'entrefer
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diminue. L'autre couple exerce sur l'armature est de l'attraotioo
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entre les pièces polaires et les faooa polaires. ce couple cet normalement au minimum lorsque l'entrefer est maxiiiiai comme on peut le voir par la courbe "p". Le couple total Ot" exerce sur l'ai -mâture est relativement important et il 6 'exerce même lorsque l'armature est à sa position de repos, quand l'entrefer est
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maximal.
Au contraire, dans les aotionneura rotatifs précédemment connue, le couple exercé sur l'armature (indiqué par la courbe
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Op") 4 sa position de repos était relativement faible.
Quoique les éléments principaux de l'invention aient été
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décrits h. partir d'un appareil détermine, il doit être olaizement oomprte que cette description a été faite à titre d'exemple et ne constitue pas une limitation de la portée de l'invention telle qu'elle a été exposée dans les objets ci-dessus et dans lea décla- rations jointes.