Procédé et dispositif d'entraînement d'au moins un organe mobile en synchronisme avec un champ magnétique. La plupart des machines électriques poly phasées sont baties suivant le principe qui eonsiste <B>à</B> créer un champ tournant magné tique constant, dit champ tournant .
Ce ehamp tournant peut soit être créé par un système de tensions et de courants poly <B>.</B> phasés dans un enroulement de stator, soit créer lui-même un tel système.
Dans toutes les applications pratiques de ce principe de base, on a utilisé jusqu'ici des lensions et courants sinusdidaux d'amplitude eonstante, abstraction faite des distorsions involontaires de la courbe, provenant par exemple des phénomènes d'hystérésis, de la formation d'harmoniques, etc.
Un tel système clé courant<B>à</B> n phases,<B>11,</B> <I><U>1.,,</U> 13</I><B>...</B> I, petit être représenté, comme connu, par les équations: <I>Il</I> # <B>À</B> sin 11,1t
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EMI0001.0021
EMI0001.0022
dans lesquelles<B>A</B> représente l'amplitude cons tante, wl la pulsation constante et t le temps.
La présente invention repose sur la décou verte qu'on peut obtenir des effets particuliers et avantageux<B>à</B> bien des égards par lemploi d'un système de courants polyphasés, dont l'amplitude n'est pas constante, mais varie périodiquement avec une pulsation wo diffé- rente. dela pulsation de la phase wl.
Un tel système de, courants<B>à</B> n phases peut être représenté par les équations suivantes.
<B>Il</B> = <B>A</B> sin wot -sin wlt
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Si un tel système, de courants est créé dans un enroulement de stator<B>à</B> n phases, il ,se, produit. un champ tournant magnétique alternatif qui petit être -utilisé comme un champ tournant normal, par exemple. pour faire tourner -un rotor.
Si on introduit, un corps conducteur dans entrefer de,deux pôles qui engendrent. dans cet entrefer un champ magnétique alternatif, l'expérience montre que le. corps se dispose dans un état déterminé d'équilibre stable, en restant librement suspendu en l'air sous l'in fluence de courants induits.
Si le champ alternatif est mis en mouve ment, le corps est entraîné.
L'invention se propose de mettre en pra tique ce fait et est relative, d'une manière<B>gé-</B> nérale,<B>à</B> un procédé d'entraînement d'au moins un organe mobile constituant -un cir cuit électrique fermé, en synchronisme avec un champ magnétique en mouvement.
Le procédé suivant l'invention est, comme ce-la résulte de l'analyse précitée, caractérisé en ce, qu'on produit le champ, par des cou rants alternatifs, polyphasés<B>11,</B> 12,<B>1,3 ...</B> In, qui obéissent aux équations (2).
L'invention est également relative<B>à</B> un dispositif pour la mise en #uvre du procédé, destiné<B>à</B> produire l'entraînement dau moins un organe mobile constituant un circuit élec trique fermé, en synchronisme avec un champ magnétique en mouvement, ledit dispositif étant caractérisé par des moyens pour pro duire le champ avec des courants alternatifs polyphasés répondant aux équations (2).
Ce dispositif peut être formé de deux corps cons titués par un matériau magnétique, dont l'un au moins est pourvu d'un enroulement poly phasé, ces corps déterminant un entrefer dans lequel sont placés les organes mobiles, des moyens étant prévus pour l'alimentation des enroulements polyphasés avec les courants alternatifs définis par les équations (2). Les organes mobiles susmentionnés peu vent être constitués en particulier par le rotor d'une machine électrique et un tel rotor pré sente entre autres l'avantage de ne pas devoir être supporté par des paliers, car il se main tient de lui-même flottant dans le champ ma gnétique lors du fonctionnement du dispositif.
En outre, ces organes mobiles peuvent s'adapter avec -une grande souplesse<B>à</B> une foule d#usages particuliers.
Le dessin représente,<B>à</B> titre d'exemples, quelques formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. <B>1</B> est -une vue de bout, schématique, d'une première forme d'exécution constituant un moteur tournant, avec son circuit d'alimen tation.
La fig. 2 est une coupe. longitudinale du moteur de la fig. <B>1.</B>
La fig. <B>3</B> est une représentation graphique des courants qui sont utilisés pour la création d'un champ magnétique en mouvement.
La fig. 4 est une vue de bout d'une autre forme d'exécution avec son circuit d'alimen tation.
La fig. <B>5</B> est une coupe longitudinale du dispositif de la fig. 4.
La fig. <B>6</B> représente une, variante du dis positif de la fig. 4.
La fig. <B>7</B> est -une vue d'ane forme d'exé- cution comportant plusieurs éléments de rotors particuliers.
La fig. <B>8</B> est une coupe d'une partie du dispositif de la fig. <B>7.</B>
La fig. <B>9</B> est une vue en perspective d'un élément de rotor destiné<B>à</B> être utilisé avec le dispositif de la fig. <B>7,</B> et la fi,-.<B>10</B> représente une variante du dis positif de la fi-.<B>7.</B>
Aux fig. <B>1</B> et 2,<B>10</B> désigne un moteur qui est. constitué essentiellement par un rotor cylindrique<B>11</B> en une matière magnétique de préférence feuilletée et par deux corps annu laires 1.2 et<B>13</B> qui entourent le rotor<B>Il</B> et lui sont coaxiaux.
Le rotor<B>11</B> est fixé<B>à</B> un axe 14 qui est monté<B>à</B> rotation dans des paliers<B>15</B> (fieg. 2). Le corps<B>13</B> est Lin stator et est pourvu d'lin enroulement polyphasé, qui est repré senté sur le dessin comme enroulement tri phasé. Le corps annulaire 1'21 qui forme un autre élément de rotor est quelque peu analogue<B>à</B> un rotor en court-circuit classique.
Il est constitué par deux anneaux termi naux<B>16,</B> qui sont reliés par des groupes équi- angulaires de conductetirs <B>17,</B> la distance entre les divers groupes étant semblable<B>à</B> celle d'une répartition de pôles.
Le moteur représenté<B>à</B> la fi-.<B>1.</B> comporte ainsi quatre pôles. Les divers groupes de conducteurs peuvent être, de préférence, isolés les uns des autres. Les anneaux<B>16</B> sont pour- vus de prolongements radiaux<B>18,</B> 18a qui sont reliés<B>à</B> des moyeux<B>19</B> et 20 dirigés vers <B>c</B> l'extérieur, et<B>à</B> l'intérieur desquels sont mon tés les paliers<B>15.</B>
Le moyeu<B>19</B> est solidaire d'un axe de pivot 21 monté dans un palier 22 et le moyeu 20 est solidaire d'un axe<B>23</B> coaxial<B>à</B> l'axe de pivot 21 et monté dans un palier 24.
Le moteur qu'on vient de décrire est prévu pour être alimenté, ainsi que précisé ci-dessus, par un système de courants triphasés<I>Il,<U>I.,</U></I> I# , <I>ces</I> courants pouvant être représentés par les équations suivantes: <I>Il<B>=</B></I><B> A</B> sin wot <B>-</B> sin iclt
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dans lesquelles A est une constante, t le temps et wo et wl des pulsations.
De tels courants sont représentés graphi quement<B>à</B> la fig. <B>3</B> où la courbe en traits pleins a représente le courant Il en fonction du temps pendant une période complète.
La courbe pointillée b, qui précède la courbe a, d'un tiers de période, correspond au courant<U>I.,</U> et. la courbe pointillée c, qui pré cède la courbe b d'un tiers de période, eorres- pond au courant 13.
Les courbes sinusoïdales en traits mixtes x, ?j et z sont respectivement les courbes enve loppes des courbes a,<B><I>b,</I></B><I> c.</I>
Les courants Il,<B><I><U>L>,</U></I></B> 13 sont produits par une source de courants désignée dans son en semble par JL Cette source se compose d'une génératrice de courant monophasé 40, re-liée <B>à</B> une géné ratrice de courant triphasé 41.
lia génératrice 40 comporte un enroule ment induit 42 et un enroulement inducteur 43 relié<B>à</B> des bornes 44 et alimenté par du courant continu d'une source de courant con tinu appropriée non représentée.
La génératrice 41. comporte Lin enroule ment inducteur 45 alimenté par le courant de la génératrice 40 et un enroulement induit triphasé 46.
Le courant de la génératrice 41 est con duit<B>à</B> l'enroulement stator<B>25</B> du moteur<B>10.</B> La génératrice 40 présentant une pulsa tion wo et la génératrice 41 une pulsation wl, les courants produits par la source ill ont la forme représentée et obéissent aux équations données ci-dessus.
Comme indiqué, ces courants peuvent être interprétés comme des courants sinusoïdaux, dont l'amplitude n'est pas constante, mais va rie périodiquement avec une pulsation wo différente de, la pulsation de phase wl.
Les courants -produisent dans lenroule- ment stator<B>25,</B> un flux<B>01</B> qui tourne<B>à</B> la vitesse angulaire
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<B>p</B> représentant le nombre de pôles dans l'enroulement, et dont l'ampli tude varie périodiquement avec la pulsa tion wo.
Lorsque l'élément rotor tourne en synchro nisme, sa vitesse angulaire est
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et il engen- C d,re un flux 02 qui tourne également<B>à</B> la vitesse angulaire
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La valeur maximum de l'amplitude pério diquement variable et le retard<B>du flux</B> 01 par rapport au flux r_P2 dépendent. de la charge.
Les deux flux engendrent un flux résul tant 01,2 qui tourne<B>à</B> la vitesse angulaire
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et dont l'amplitude varie périodiquement. L'élémnet rotor 12 pourra donc ainsi pro duire un puissant moment de rotation en tournant<B>à</B> la vitesse synchrone. L'élément rotor<B>11</B> ne tournera que lentement ou pas du tout, suivant l'hystérésis du noyau magné tique. On verra que l'élément rotor 12, qui produit le moment de rotation d'entraÎne- ment, présente une inertie beaucoup phis faible qu'un rotor habituel en court-circuit.
En outre,<B>le</B> moment de rotation développé <B>D</B> croîtra essentiellement plus vite avec le déplacement des pôles a, c'est-à-dire avec l'angle du flux (Pl et du flux résultant 01,2, et la quantité sera ainsi nettement plus grande que dans
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un moteur synchrone corres pondant, de construction classique.
Les fig. 4 et<B>5</B> représentent une machine bipolaire<B>10a</B> qui se différencie de la machine des fig. <B>1</B> et 2 outre par le nombre de pôles, par le fait quun enroulement polyphasé<B>32</B> est prévit sur l'élément rotor<B>11.</B>
De ce fait, le moyeu<B>19</B> est remplacé par un moyeu cylindrique<B>31</B> au travers duquel passe I*axe 141 du rotor<B>11.</B> Pour permettre l'alimentation de l'enroulement du rotor<B>32,</B> l'axe 141 est pourvu<B>à</B> l'extérieur du moyeu <B>31</B> des bagnes collectrices<B>33.</B>
Par l'intermédiaire des bagues 3Ê), l'enroa- lement du rotor<B>32</B> est relié<B>à</B> une source<B>de</B> courant de même type que la source .11 reliée <B>à</B> l'enroulement dit stator<B>25.</B>
La source L comprend donc une généra- triée de courant monophasé 401 munie d'un enroulement inducteur 431, alimenté en cou rant continu<B>à</B> partir des bornes 441 et d'un enroulement induit 421 qui alimente un enrou lement inducteur 451 d'une génératrice 411 de courant triphasé, dont l'enroulement induit 461 est relié<B>à</B> l'enroulement rotor<B>32</B> du mo teur 10a.
La génératrice 401 fonctionne avec la même pulsation ivo que la génératrice 40, tandis que la génératrice 411 fonctionne avec une pulsa tion w2.
L'enroulement triphasé<B>32</B> reeoit donc un système decourants I,, Ib, <B>1,</B> qui peuvent être, représentés en fonction du temps t par les équations: _T#, <B><I>=</I></B> B sin ivot sin î#i.t
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dans lesquelles B est une constante.
L'enroulement tTiphasé <B>32</B> du rotor cylin drique<B>11</B> engendre donc Lin flux d'amplitude variable périodiquement, ce flux tournant avec une vitesse angulaire
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par rapport au rotor<B>11,</B> r) représentant le nombre de pôles de l'enroulement<B>32.</B>
Lorsque<B>le,</B> rotor<B>Il</B> se meut en sylichro- nisme, il tourne<B>à</B> iiiie vitesse angulaire<B>N,</B> déterminée par l'équation<B>(5):</B>
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<B>ou</B>
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Lorsque l'élément de rotor 1'21 lie tourné pas en synchronisme avec le flux 01, ce der nier induit dans Félément rotor 12 clés forces électromotrices qui donnent naissance<B>à</B> un flux ffi,,, tournant par rapport<B>à</B> l'élément 12 et développant un couple de rotation, ayant tendance<B>à</B> amener l'élément 12 en syn- ehroilisme avec,
le flux ffil.
Si Félément 12 ne tourne pas en synchro- iiisme avec le IlLix <U>e.,,</U> celui-ci induit égale ment des forces électromotrices qui donnent naissance<B>à</B> un flux ffib tournant par rapport <B>à</B> l'élément 12 et développant uii couple de rotatioli qui a tendance<B>a</B> amener l'élément 12 en synchronisme avec le flux e).,.
Le moteur 10a est donc<B>à</B> déiliari-a#,,e auto matique et sa vitesse s'accélère jusqu'à ce que l'élément de rotor<B>19-</B> et le rotor<B>11</B> tournent respectivement avec les vitesses angulaires
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et
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Lorsque le synchronisme est atteint, les flux Oz, et 01, ont quelque retard respective ment par rapport au flux Ol et<U>0.,,</U> l'angle de déphasage étant fonction de la charge et croissant avec elle.
Si 1v. Cst <B>plus</B> petit que 1151, le rotor 11 tournera suivant l'équation<B>(5)</B> dans la même direction que l'élément<B><U>1-9.</U></B>
Si iv#, est é-al <B>à</B> i#-1, le rotor<B>Il</B> reste au repos.
Enfin, si<I>-iv.</I> est plus grand que wl, le rotor<B>1.1</B> tournera, en sens contraire de celui de l'élément 12.
L'axe 2") clé l'élément de rotor 12 peut ainsi foLirnir (le Véner-ie mécanique<B>à</B> une vitesse de rotation prédéterminée et simulta- nément l'axe 141 (lu rotor<B>11</B> peut fournir de l'énergie mécanique<B>à</B> une vitesse diffé rente, le sens de rotation pouvant être sem blable ou opposé a-Li précédent, suivant les valeurs relatives de<I>w,</I> et w2.
La fig. <B>6</B> représente un moteur<B>10b</B> qui se distingue de celui des fig. 4 et<B>5</B> par le fait, que son élément de rotor 12 est pourva d'un enroulement triphasé<B>171</B> qui est relié par des baglues non représentées<B>à</B> un rhéostat de<B>dé-</B> marrage constitué par une résistance R inter- ealée sur chaque, phase.
Les trois résistances sont réunies l'une<B>à</B> Fautre <B>à</B> une extrémité, de sorte que le rhéostat forme un circuit électrique fermé.
<B>Il</B> est, en outre, prévu dans le circuit du rotor<B>1.1</B> un interrupteur en série 54 et un interrupteur en dérivation<B>53.</B>
Lorsqu'on doit faire démarrer le moteur 10b, ses enroulements<B>25</B> et<B>32</B> étant alimen tés par (les sources de courant respectives<B>31</B> (,f L, oi) ouvre l'interrupteur<B>53,</B> on ferme Finterrupteur 54, et les résistances R sont mises<B>à</B> leur maxima dans le but d'obtenir un couple de démarrage puissant.
On abaisse alors progressivement la valeur des résistances, lorsque la vitesse du moteur croît et que la vitesse de synchronisme est atteinte, on ferme l'interrupteur<B>53</B> et on oii#-re l'interrupteur 54, de sorte que toutes les phases de l'enroulement<B>17, à</B> l'exception (Vune seule, sont mises hors circuit.
Les conducteurs de la seule phase active de l'enroulement sont répartis en groupes équiangulaires de même que les conduc- tours des éléments de rotor des moteurs<B>10</B> et<B>1</B> Oa.
Les sources de courant 31 et L fournis sent aux deux moteurs 10a et<B>10b</B> de l'éner gie. L'énergie totale apportée par ces sources de courant est, aux pertes près, égale<B>à</B> l'éner- Cyie mécanique développée par le moteur.
Le rapport entre les effets produits par les sources de courant dépend du rapport entre les tensions alimentant les enroulements <B>25</B> et<B>32.</B>
Si on accroît la tension dans l'enroulement 22 en maintenant constante la tension dans l'enroulement<B>25,</B> l'effet fourni par la source L croît essentiellement proportionnellement au carré de la tension.
L'énergie prise par le moteur demeurant constante, en supposant que le moment résis tant est demeuré constant, l'effet fourni par la source 31 diminue de la même quantité dont l'effet de la source L a crû.
Si l'on continue<B>à</B> élever la tension sur Penroulement <B>32,</B> on atteint un point où toute l'énergie consommée par le moteur est four nie par la source L. Si l'on dépasse ce point, le moteur transportera de l'énergie de la source L<B>à</B> la source<B>111,</B> tout en fonctionnant comme moteur. Si w2 est différent de wl, l'effet transmis aura une fréquence différente de celle de l'effet apporté, de sorte que le moteur fonctionne alors comme transforma teur de fréquence.
Les tensions amenées aux enroulements<B>25</B> et<B>32,</B> ou éventuellement<B>à</B> un seul de ceux-ci, peuvent être réglées de plusieurs façons pour l'obtention du rapport de tension désiré.
<B>A</B> la fig. 4, un auto-transformateur tri phasé 34 est intercalé entre l'enroulement<B>25</B> et la génératrice 41.
Un transformateur analogue ou un autre appareil de réglage de tension peut être inter calé dans le circuit de l'enroulement<B>32.</B> Une autre possibilité, également illustrée<B>à</B> la fig. 4, consiste<B>à</B> intercaler dans le circuit inducteur de la génératrice 40 une résistance variable <B>35.</B> De tels appareils de réglage peuvent être prévus avec toutes les formes d'exécution cor respondantes.
Aux fig. <B>7 à 10,</B> le dispositif est représenté en liaison avec un métier<B>à</B> tisser pour l'en traînement de la navette.
On a proposé antérieurement d'entraîner la navette électromagnétiquement, mais les difficultés pratiques qui<B>y</B> sont liées, de main tenir la navette sur une voie déterminée et de conserver un écart déterminé entre les na vettes d'un métier<B>à</B> plusieurs navettes, n'ont pu jusqu'à présent être surmontées de ma nière satisfaisante.
Le dispositif représenté<B>à</B> la fig. <B>7</B> con siste en deux anneaux pleins, cylindriques et coaxiaux<B>55</B> et<B>56</B> en matériau magnétique feuilleté, qui délimitent un entrefer<B>57.</B>
Cet anneau comprend un enroulement tri- phasé respectivement<B>58</B> et<B>59,</B> et ces enroule ments sont reliés chacun<B>à</B> une série de prises de courant mobiles<B>60</B> et<B>61.</B> respectivement d'un auto-transformateur <B>62</B> qui,<B>à</B> son tour, est relié<B>à</B> une source de courant II analogue <B>à</B> celles des fig. <B>1,</B> 4 et<B>6.</B>
Les deux anneaux<B>55</B> et<B>56</B> constituent une partie d'i-ui métier<B>à</B> tisser qui comporte dans l'entrefer <B>57</B> des organes de guidage dui mou vement de la navette de manière connae et qui, de ce fait, n#a pas besoin d'être décrite.
Les organes mobiles sont formés par les navettes qui sont constituées par des éléments cylindriques isolés<B>63</B> (fig. <B>9)</B> comportant une courbure sensiblement identique<B>à</B> la cour bure de l'entrefer.
Sur les faces latérales opposées des<B>élé-</B> ments<B>63</B> sont prévus des conducteurs élec triques 64 formant chacun une spire en court- circuit.
Les éléments sont, en ontre, creux, de manière<B>à</B> pouvoir recevoir la canette. Lors que les éléments<B>63</B> sont amenés dans l'entre- fer <B>57,</B> ainsi que représenté aux fig. <B>7</B> et<B>8,</B> cette dernière figure étant 'une coupe suivant la ligne VIII-VIII de la fig. <B>7,</B> les lignes de force magnétique traversent perpendiculaire ment les deux spires en court-circuit, Lorsque les enroulements<B>58</B> et<B>59</B> sont ali mentés par l'a Lito-transformateur <B>62,</B> il se produit, dans l'entrefer<B>57,
</B> un flux tournant <B>à</B> la vitesse angulaire et dont l'intensité varie avec une pulsation
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wo, <I>w,</I> représentant, comme précédemment, la pulsation de la géné ratrice de courant triphasé, wo celle de la génératrice de courant monophasé et 2p le nombre des enroulements.
Ce flux variable et tournant induit des courants dans les spires en court-circuit des éléments<B>63,</B> ce qui a pour effet que ces<B>élé-</B> ments flottent librement suivant le flux en rotation.
La dimension des spires en court-circuit dans la direction circulaire de lélément cylin- drique doit être essentiellement égale<B>à</B> une distance polaire des enroulements triphasés <B>58</B> et<B>59.</B>
Pour des enroulements déterminés, on peut utiliser un nombre quelconque d'organes mo biles,<B>à</B> la condition que ce nombre soit un diviseur entier du nombre de pôles.
Si, par exemple, les enroulements ont douze pôles, on peut utiliser douze, six, quatre, trois, deux ou un organes mobiles. Dans les métiers<B>à</B> tisser où l'on doit prévoir, en vue du mouvement da fil de chaîne, un écart donné entre les navettes, on peut utiliser un, deux, trois, quatre ou six navettes.
Les forces qui algissent sur les navettes lorsque celles-ci sont poussées de leur posi tion vers Fintérieur sont proportionnelles aux tensions amenées aux enroulements<B>58</B> et<B>59.</B>
Par le réglage de la position des prises de courant sur Fauto-transformateur <B>62,</B> on peut ainsi compenser l'action de la force centrifuge sur les navettes.
Afin de pouvoir amener les navettes<B>à</B> l'arrêt, un interrupteur<B>65</B> est intercalé sur Fune des phases de la source M.
Lorsqu'on ouvre cet interrupteur, le svs- tème se transforme en système monophasé, et le champ magnétique alternatif devient fixe. Dans ces conditions, les organes mobiles sont freinés, mais se maintiennent toujours flot tant dans l'entrefer<B>57.</B>
L'enroulement triphasé<B>59</B> de l'anneau intérieur<B>56</B> peut éventuellement être sup primé et il en est de même de l'anneau inté rieur<B>56,</B> mais, dans ce cas, il est nécessaire de prévoir un effet d'entrée nettement plus grand pour l'enroulement afin de produire un champ suffisamment fort.
<B>A</B> la fig. <B>10</B> est représentée une variante de l'appareil de la fig. <B>7,</B> dans laquelle les anneaux<B>55</B> et<B>56</B> sont remplacés par des corps rectilignes<B>66</B> et<B>67</B> qui sont parallèlement au voisinage l'un de l'autre, de manière<B>à</B> déli miter un entrefer <B>68</B> et ees corps sont potir- vus chacun d'un enroulement triphasé, respec tivement<B>69</B> et<B>70.</B>
Les organes mobiles<B>71.</B> peuvent être dis posés de la même manière qu#à la fiZ_-. <B>9,</B> exception faite toutefois qu'ils sont, bien en tendu, plats au lieu d'être courbes.
Afin de pouvoir freiner les organes<B>71 à</B> un endroit déterminé de l'entrefer<B>68,</B> par exemple,<B>à</B> ses extrémités, les corps<B>66</B> et<B>67</B> sont pourvus<B>à</B> ces endroits d#enroulemenis disposés en face l'un de l'autre respective ment 72-7â et<B>74-75.</B> Ces enroulements sont reliés<B>à</B> une source de courant continu non représentée, de manière telle qu'ils produi sent, aux endroits correspondants de l'entre- fer <B>68,</B> un champ magnétique constant.
Un tel champ magnétique constant exerce <B>Sur</B> les organes mobiles une action de freinage. Après que les organes aient été freinés, ils sont manceuvrés et de nouveau introduits clans l'entrefer où ils commencent<B>à</B> se mou voir clans la direction opposée.