Dispositif électromagnétique rotatif L'invention se rapporte à un dispositif électro magnétique rotatif. Le dispositif selon l'invention est caractérisé par un rotor pourvu de plusieurs. paires de pâles magnétiques de polarités opposées, par un enroulement générateur de signaux associé à un pre mier circuit magnétique, ayant au moins deux pôles qui coopèrent avec au moins deux pôles magnétiques du rotor, par un enroulement d'entraînement associé à un second. circuit magnétique, ayant au moins deux pôles qui coopèrent avec au moins deux pôles ma gnétiques du rotor,
par un amplificateur dont l'entrée est reliée à l'enroulement générateur de signaux et la sortie à l'enroulement d'entraînement, par une liai son mécanique entre lesdits premiers deux pôles et lesdits seconds deux pôles magnétiques du rotor, par une liaison mécanique entre les deux dits circuits magnétiques, et par un organe élastique contenu dans une desdites liaisons mécaniques et faisant partie d'un système mécanique oscillant, le tout agencé de façon que la fréquence propre de ce système détermine approximativement la vitesse de rotation du rotor.
Les dessins annexés représentent, à titre d7exem- ples, des formes d'exécution du dispositif électro magnétique rotatif suivant l'invention. Dans les des sins La fig. 1 est une vue schématique en perspective et non à l'échelle, d'un moteur électrique à vitesse constante comportant deux disques de rotor magné tiques montés sur un axe commun.
La fig. 2 est un schéma simplifié du circuit d'un amplificateur à transistor correspondant au moteur que montre la fig. 1.
La fig. 3 montre une courbe de résonance à la quelle on se réfère lors de la description du fonction nement du moteur représenté sur la fig. 1.
Les fig. <I>4a</I> et<I>4b</I> sont des courbes tension-temps auxquelles on se réfère dans la description du fonc tionnement du moteur que montre la fig. 1.
La fig. 5 est un schéma de montage d'amplifica teur à transistor en push-pull .
La fig. 6 est une variante d'amplificateur à tran sistor en push-pull .
La fig. 7 est une vue schématique, en perspec tive, d'une variante du rotor représenté sur la fig. 1, dans laquelle l'axe rotatif ne fait pas, partie du sys tème mécanique oscillant.
La fig. 8 est une vue en élévation d'un rotor dif férent de celui représenté sur la fig. 1, d'ans lequel les deux disques du rotor ont des masses différentes.
La fig. 9 est une vue d'extrémité du rotor que montre la fig. 8.
La fig. 10 représente une variante d'un détail du moteur à vitesse constante que montre la fig. 1 et illustre les moyens à mettre en oeuvre pour assurer un réglage fin de la vitesse de ce moteur.
La fig. 11 est une vue en plan d'un moteur élec trique à vitesse constante comportant un seul disque de rotor et dont les enroulements générateurs de si gnaux et d'entraînement sont reliés aux circuits ferro magnétiques associés par une liaison flexible faite de deux lames de ressort disposées en croix.
La fig. 12 est une vue en élévation du moteur que montre la fig. 11.
Le moteur visible sur la fig. 1 comporte un pre- mier disque, magnétique de rotor 1 et un second dis que magnétique de rotor 2, montés à une certaine distance l'un dé l'autre sur un axe commun 3.
Le disque de rotor 1 est un disque plat en matière ferromagnétique dure, dentelé à la périphérie en vue de constituer des pôles magnétiques angulairement espacés autour de l'axe du rotor et indiqués en 4. Les pôles sont au nombre de plusieurs paires, alter nativement de polarités Nord et Sud. L'influence du nombre de pôles sur le fonctionnement du dispositif sera décrite ci-après. Dans l'exemple choisi le disque de rotor 1 comporte cinq paires de pôles.
Le disque de rotor 2 comporte également des pôles 5 de polarités alternées, angulairement espacés autour de l'axe de ce disque 2, le nombre de paires de pôles étant égal à cinq, comme pour le rotor 1.
Le disque de rotor 1 est associé à un premier circuit magnétique en fer doux 6, 8 et 9 comportant un élément 6, qui traverse axialement l'enroulement d'entraînement 7. Sur cet élément 6 sont fixés deux éléments en fer doux 8 et 9 formant noyaux magné tiques, qui délimitent dans le circuit magnétique un entrefer dans lequel le disque 1 est monté de manière à pouvoir tourner sur son axe.
La pièce 8 a une forme telle qu'elle présente deux pièces polaires 10 situées à une certaine distance l'une de l'autre ; l'élé ment 9 présente de même des pièces polaires 11. L'écartement entre les pièces polaires 10 est tel qu'elles se trouvent en regard de pôles de même nom du disque de rotor 1, une encoche 12 étant prévue dans la région correspondant au pôle intermédiaire, de nom contraire. De manière analogue, l'élément 9 comporte une encoche au voisinage du pôle compris entre les deux pôles situés en regard des pièces po laires 11.
De même, le disque de rotor 2 est associé à un circuit magnétique en fer doux, comportant un élé ment 14 qui traverse axialement l'enroulement géné rateur de signaux 15. A l'élément 14 sont reliés des éléments en fer doux 16 et 17 formant noyaux ma gnétiques, dont la forme est analogue à celle des élé ments 8 et 9 du premier circuit magnétique,<B>de</B> manière à former des pièces polaires 18 séparées par une encoche 19 et des pièces polaires 20 séparées par une -encoche 21.
De même que pour le premier cir cuit magnétique, les pièces polaires 18 et 20 délimi tent dans le circuit magnétique un entrefer dans lequel tourne le disque de rotor 2. Les pièces polaires 18 se trouvent en regard de pôles de même nom et les pièces polaires 20 sont également en regard de pôles de même nom du disque de rotor 2, mais ces pôles ont une polarité opposée à celle des pôles situés en regard des pièces polaires 18.
Les éléments formant noyaux magnétiques 6, 8 et 9 sont fixés sur un socle rigide 25, de même que les éléments formant noyaux magnétiques 14, 16 et 17. Sur la fig. 1, la partie centrale du socle est arra chée pour faciliter la compréhension. On notera tou tefois que c'est cette pièce centrale qui relie rigide ment l'enroulement d'entraînement 7 à l'enroulement générateur de signaux 15.
Sur la fig. 1, l'enroulement générateur de signaux 15 est relié à l'entrée d'un ensemble amplificateur 50 par des conducteurs 53, 54, et l'enroulement d7entraî- nement 7 est relié à la sortie de l'ensemble amplifi- cateur 50 par des conducteurs 51 et 52.
Le schéma de montage qui forme la fig. 2 montre l'enroulement générateur de signaux 15 incorporé au circuit d'entrée d'un amplificateur à transistors 22 et l'enroulement d'entraînement 7 incorporé au circuit de sortie de l'amplificateur à transistors 22.
L'enrou lement générateur de signaux 15 est monté entre la base et l'émetteur du transistor 22, l'enroulement d'entraînement 7 est monté entre le collecteur du transistor 22 et la borne négative d'une source 23 de courant continu à basse tension, et son émetteur est connecté à la borne positive de la source 23.
Pour l'étude du fonctionnement du dispositif, on supposera tout d'abord que l'ensemble mobile formé par les disques de rotor 1 et 2 et l'axe commun 3 subit à l'origine un entraînement en rotation. On conçoit que, dans la position représentée sur la fig. 1, un flux magnétique sera transmis par les deux pôles de polarité Nord aux pièces polaires 20 et traversera les éléments 17, 14 et 16, puis les pièces polaires 18, pour parvenir finalement aux pôles Sud situés en regard.
Lorsque le disque de rotor 2 aura tourné d'un angle égal à la distance angulaire entre deux pôles immédiatement voisins, ce sont deux pôles Sud qui se trouveront en regard des pièces polaires 20 et deux pôles Nord en regard des pièces polaires 18. En conséquence, le sens du flux magnétique parcourant le circuit magnétique se trouvera inversé.
Le flux magnétique alternatif traversant l'élément 14 et l'en roulement générateur de signaux 15 transmet à celui- ci des impulsions de tension électrique de polarités alternées. Ces impulsions s'appliquent entre la base b et l'émetteur e du transistor 22. Les impulsions de tension de l'enroulement générateur de signaux qui sont positives à l'émetteur e donnent lieu à des im pulsions de courant à travers l'enroulement d'entraî nement 7 relié au collecteur c.
Les impulsions de ten sion de l'enroulement générateur de signaux qui sont négatives à l'émetteur e sont arrêtées par l'action rectificatrice de l'émetteur et aucun courant ne ré sulte dans le transistor, de sorte que ce type d'im pulsion ne produit pas d'effet. Pendant les impul sions positives un courant amplifié correspondant passe du collecteur c au transistor 22 à travers l'en roulement d'entraînement 7 et la source de tension 23.
Les impulsions de tension amplifiées passant à travers l'enroulement d'entraînement 7 produisent des pôles magnétiques de polarité correspondante entre les éléments 8 et 9 et par conséquent entre les pièces polaires 10 et 11. Lorsque les enroulements 15 et 7 sont dans une relation de phases correcte, les impulsions amplifiées qui traversent l'enroulement d'entraînement 7 déterminent la rotation à une vitesse croissante du système rotatif comprenant les disques de rotor 1 et 2 et l'axe de liaison 3.
Toutefois, en raison du moment d'inertie des disques de rotor 1 et 2 et de l'élasticité de torsion de l'axe 3, une vibration de torsion s'établit entre les deux disques de rotor 1 et 2, les mouvements rela tifs des disques de rotor s'effectuant en sens. opposés. Cette vibration de torsion se superpose à la rotation de l'ensemble du rotor.
En d'autres termes, bien que les deux disques de rotor 1 et 2 effectuent nécessai rement le même nombre de tours sur un intervalle de temps considérable, les vitesses de rotation des deux disques du rotor peuvent toutefois être diffé- rentes à un instant donné. En effet, à un instant quel conque, le premier disque du rotor peut tourner plus rapidement que le second. Au bout d'un intervalle de temps correspondant à une demi-période de la vibra tion de torsion, c'est le second disque de rotor qui tournera plus vite que le premier, et ainsi de suite.
Dans l'exemple considéré, la fréquence de vibra tion propre du système comprenant les deux disques de rotor 1 et 2 et l'axe commun intéressé dans. le mouvement est de 60 cycles par seconde. Autrement dit, le moment d'inertie des disques de rotor 1 et 2 et l'élasticité de torsion de l'axe 3 sont choisis de telle sorte qu'on obtienne une fréquence propre de vibration de torsion de 60 cycles/seconde.
La vitesse de rotation étant de 720 tours/minute, c'est-à-dire de 12 tours/seconde, les dix pôles alter nativement Nord et Sud du disque de rotor 2 indui sent des impulsions à une fréquence de 60 cycles/se- conde dans l'enroulement générateur de signaux 15.
De même, les impulsions de courant amplifié qui tra versent l'enroulement d'entraînement 7 ont une fré quence de 60 cycles/seconde. Ces impulsions émises à la fréquence de 60 cycles/seconde déterminent dans le système rotatif une vibration dé torsion dont la fréquence de résonance est celle de ce système.
Au moment où la vitesse de rotation du système est sur le point d'atteindre 720 tours/minute, la vibra tion de torsion augmente brusquement d'amplitude, comme le montre la courbe de résonance représentée à titre d'exemple sur la fig. 3. Sur cette fig. 3, on a porté en abscisses la vitesse de rotation du système et par conséquent la fréquence des signaux et des impulsions d'entraînement, et en ordonnées l'ampli tude de la vibration de torsion.
La courbe 24 repré sente donc les variations die l'amplitude de cette vi bration en fonction de la fréquence.
Le déplacement !en rotation du disque de rotor mené 1 par rapport au disque de rotor 2, dû à la vibration de torsion, diminue progressivement l'effet des impulsions d'entraînement de sorte que, lors du fonctionnement, la vitesse de rotation ne dépasse jamais 720 tours/minute.
On conçoit que, pendant le fonctionnement du moteur que montre la fig. 1, le signal fourni par l'en roulement générateur de signaux 15, qui déclenche l'impulsion d'entraînement envoyée à l'enroulement 7, apparaît toujours au moment où l'oscillation du disque 2 se superpose à la rotation moyenne de l'axe rotatif 3.
Par conséquent, le courant générateur de signaux passe toujours plus rapidement lorsque le moteur tourne à la vitesse de résonance. Plus l'ampli tude de l'oscillation des disques de rotor 1 et 2 est grande, plus les signaux et les impulsions d'entraîne ment se transmettent vite.
Bien que la tension des signaux induits soit plus grande lorsque le disque de rotor générateur de signaux 2 tourne plus vite, l'am plificateur à transistor est conçu de telle manière que l'intensité du courant de base soit ramenée alors au- dessous du point d'inflexion de la courbe intensité- tension du transistor. De cette façon, l'amplitude des impulsions d'entraînement n'augmente nullement lors que le disque de rotor 2 tourne plus vite.
Les fig. <I>4a et 4b</I> montrent les variations de l'am plitude des impulsions d'entraînement en fonction de leur durée lorsque l'amplificateur est alimenté respec tivement en 5 volts et en 30 volts. Le courant d'en traînement étant proportionnel à la tension, d'entraî nement, les parties hachurées 26 et 28 sur les fig. 4a et 4b représentent aussi les variations de la puissance électrique des impulsions en ampères-sec. (Les temps sont portés en abscisses et les tensions en ordonnées).
On voit donc que, bien que la courbe 28 soit approximativement six fais plus accusée que la courbe 26, la zone qu'elle délimite n'est que légère ment plus grande que celle délimitée par la courbe 26.
Cette différence correspond à l'énergie oscilla- toire supplémentaire fournie au rotor pour le faire osciller à plus grande amplitude. La durée des im pulsions d'entraînement s'en trouve donc réduite de 16,7 millisecondes à 3 millisecondes environ.
La représentation donnée sur la fig. 1 n'est que schématique et, dans la pratique, on adopte de pré férence une disposition des pôles légèrement diffé- rente, selon laquelle, les pôles de l'un des jeux étant alignés, les pôles de stator de l'autre jeu se trouvent dans une position intermédiaire par rapport à ceux du rotor.
On voit donc que si le régime du moteur est égal au produit de la vitesse déterminée par
EMI0003.0092
les oscillations du système oscillant peuvent gagner en amplitude de manière à ramener la vitesse du rotor à la vitesse déterminée chaque fois qu'elle tend accidentellement à s'élever.
On peut maintenir le régime égal au produit de la vitesse déterminée par électromotrice du moteur soit voisine de la force
EMI0003.0098
soit en faisant en sorte que la force contre électromotrice des impulsions d'entraînement à une tension nominale maximum, soit en branchant en parallèle, sur l'enroulement générateur de signaux 15, un condensateur d'une capacité approximative de 0,5 microfarad. On a constaté que le condensateur réduit davantage les signaux aux fréquences anormalement élevées qu'à la fréquence déterminée,
et qu'il limite par conséquent la possibilité d'augmentation de la vitesse du moteur.
Dans certains modes de réalisation, des: moteurs conformes à l'invention, prévus pour fournir une vitesse déterminée dans un sens, peuvent tourner dans l'autre sens à une vitesse non déterminée. On peut éviter cette rotation en sens inverse en pré voyant dans le moteur dés organes n'autorisant la rotation que d'ans un sens et inversant le mouvement au cas où la rotation initiale s'amorcerait de façon incorrecte.
De tels organes sont connus en soi et n'entrent nullement dans le cadre de l'invention.
Il est possible de déterminer un espacement des pôles, une valeur de Q pour l'oscillateur mécanique et un dispositif de verrouillage des, dents formant pôles tels que le rotor puisse éventuellement tourner à une vitesse déterminée dans l'un ou l'autre sens. Pour des disques de rotor de 20 mm de diamètre, tels que ceux utilisés dans le moteur décrits ci-après, il s'est avéré qu'en prévoyant 16 pôles au lieu de 10, on obtient une vitesse de rotation déterminée dans les deux sens.
Suivant un mode de réalisation pratique, le mo teur représenté sur la fig. 1 comporte deux disques de rotor ayant chacun 20 mm de diamètre et 1 mm d'épaisseur, en matière magnétique dure. Les deux disques de rotor sont montés directement sur une barre de torsion de 0,25 mm de diamètre, fabriquée en une matière vendue sous la désignation commer ciale Ni Span C (Ni Span :
marque déposée), avec un écartement relatif de 12,7 mm. Cette dispo sition donne un oscillateur mécanique dont la fré quence propre d'oscillation est de 60 cycles par seconde.
Les pièces polaires de stator 8, 9, 16 et 15 sont en Mumetal doux et ont 1 mm d'épaisseur. L'en roulement d'entraînement 7 est en fil de cuivre No 47 et comprend 12 000 spires, et l'enroulement généra teur de signaux 15 est en fil de cuivre No 45 et com prend 6000 spires.
Lors de l'utilisation de ce moteur pour l'entraî nement d'un mécanisme d'horlogerie, on a constaté qu'un couple résistant de 1 g/cm appliqué sur l'ai guille des secondes ne ralentissait le moteur que de l'équivalent de 5 secondes par jour.
On a montré sur la fig. 5 une variante de réali sation de l'amplificateur 50 visible sur la fig. 1, diffé- rent de l'agencement représenté sur la fig. 2, qui comporte un amplificateur à un seul transistor. Dans le montage que montre la fig. 5, la base d'un. transis <I>tor</I> n-p-n 30 est reliée à la base d'un transistor p-n-p 31.
L'enroulement générateur de signaux 15 est monté entre les bases interconnectées et lés émetteurs interconnectés des transistors 30 et 31. L'enroule ment d'entraînement est, dans ce mode de réalisation, divisé en deux parties 7 et 7', la partie 7 étant mon tée entre le collecteur du transistor 30 et la borne positive d'une batterie 32. La borne négative de la batterie 32 est reliée aux émetteurs interconnectés, de même que la borne positive d'une batterie analogue 33.
Les batteries 32 et 33 pourraient être constituées par une seule batterie de 6 volts comportant deux prises de 3 volts, comme représenté sur la fig. 5. La partie 7' de l'enroulement d'entraînement ou d'exci tation est montée entre le collecteur du transistor 31 et la borne négative de la batterie 33.
On a montré sur la fig. 6 une autre variante de l'amplificateur 50 visible sur la fig. 1. Dans le mon tage qui forme la fig. 6, l'enroulement générateur de signaux est divisé en deux parties 15 et 15', et l'en roulement d'entraînement est, de manière analogue, divisé en deux parties 7 et 7', par exemple par un point milieu dans les deux cas.
Deux transistors 30 et 31 de type p-n-p ont leurs émetteurs reliés, l'un à l'autre ainsi qu'à la borne positive d'une batterie 23. La partie 15 de l'enroulement générateur de signaux est montée entre la base du transistor 30 et les émet teurs interconnectés. La partie 15' de l'enroulement générateur de signaux est montée entre la base du transistor 31 et les émetteurs interconnectés.
L'enrou lement d'entraînement 7, 7' est monté entre le col- lecteur du transistor 30 et le collecteur du transistor 31, et le point de jonction entre ces deux parties est relié à la borne négative de la batterie 23.
La fig. 7 représente une variante de détail de l'agencement visible sur la fig. 1, dans laquelle l'axe rotatif 3 ne fait pas partie du système mécanique oscillant. Dans la disposition visible sur la fig. 7, les deux disques de rotor 1 et 2 sont reliés entre eux par trois lames de ressort 35, 36 et 37.
Dans cet agencement, l'oscillation du système résulte du mo ment d'inertie des disques de rotor 1 et 2 et de l'élas ticité des ressorts 35, 36 et 37.
Le mouvement oscil- latoire du rotor que montre la fig. 7 se superpose à son mouvement rotatif et ce dernier se transmet à l'axe 3 par une douille de serrage 38 fixée à l'axe 3 en son milieu et fixée également aux ressorts 35, 36 et 37 à peu près en leurs milieux, cette douille consti tuant ainsi le noeud du mouvement oscillatoire.
On a montré sur la fig. 8 encore une autre va riante du rotor. Ce dernier comporte. ici des disques 1 et 2 de masses inégales, la masse du disque de rotor 1 étant tellement supérieure à celle du disque de rotor 2 que le disque de rotor 1 peut en somme être considéré comme un noeud oscillatoire, tout le mouvement oscillatoire s'effectuant dans le disque de rotor 2.
En conséquence, le disque de rotor 1 peut être relié directement à l'axe rotatif 3, pour lui com muniquer seulement le mouvement de rotation moyen du rotor.
Comme on l'a déjà précisé en se référant à l'agencement visible sur la fig. 1 et aux variantes qui ont été d'écrites, la rotation moyenne du rotor est, dans l'ensemble, déterminée par la fréquence de réso nance de l'oscillation du rotor lui-même. On peut toutefois obtenir un réglage fin de la vitesse grâce à des moyens externes et à un agencement judicieux, déjà connu du technicien spécialisé dans ce domaine et représenté sur la fig. 10.
Dans la disposition que montre la fig. 10, le rotor 1, 2, 3 est monté sur pivots 40, 42, le pivot 40 étant porté par un support en équerre 41.
Une lame de ressort 43 en matière magnétique est montée sur le support en équerre 41, l'une de ses extrémités étant recourbée en direction de l'axe du disque de rotor 2. Une vis de réglage moletée 45 permet de rapprocher ou d'éloigner l'extrémité 44 de la périphérie du disque de rotor 2, pour ajuster la vitesse de rotation du moteur de façon précise.
Le mode de réalisation représenté sur les fig. 11 et 12 diffère de celui visible sur la fig. 1 en ce sens que le rotor est rigide et que les enroulements géné rateurs de signaux et d'entraînement sont reliés par une liaison flexible. En conséquence, ce sont l'enrou- lement générateur de signaux et le circuit magnéti que associé, relié aux pôles du rotor, qui constituent le système oscillant. Dans la disposition que montrent les fig. 11 et 12, un rotor 60 comportant des pôles à sa périphérie est fixé sur un axe 61.
Les extrémités de cet axe sont portées par des pivots 62 et 63, montés respectivement dans un support coudé 64 et dans un socle 65 qui porte le support coudé 64.
L'enroulement générateur de signaux 15 est bo biné autour d'un noyau magnétique en fer doux 66 dont les pièces polaires 67 et 68 sont disposées au voisinage de la périphérie du rotor 60. L'enroule ment d'entraînement 7 .est, de façon analogue, bobiné autour d'un noyau 69 en fer doux, dont les pièces polaires 70 et 71 sont aussi disposées au voisinage de la périphérie du rotor 60. Les pièces 67 et 68 por tent respectivement des patins isolants. 72 et 73, et les pièces polaires 70 et 71 portent des patins iso lants 74 et 75.
Des lames de ressort disposées en croix 76 et 77 sont reliées respectivement aux patins 72 et 75, d'une part et aux patins 73 et 74, d'autre part.
Suivant cet agencement, le système mécanique oscillant est constitué par l'enroulement générateur de signaux 15, le noyau magnétique 66 qui lui est associé, et les lames de ressort de liaison 76 et 77.
L'enroulement d'entraînement 7 et le noyau 69 qui lui est associé sont fixés au socle 65 par un taquet de montage 86. L'enroulement d'entraînement 7 est donc fixe et l'enroulement générateur de signaux 15, ainsi que le noyau magnétique 66 qui lui est associé, oscillent sur un arc dont le centre est situé à peu près sur l'axe du rotor 60.
Les lames, de ressort 76 et 77 sont montées sur des patins isolants 72, 73, 74 et 75, afin de pouvoir transmettre le courant électrique de l'enroulement générateur de signaux oscillant à l'ensemble d'élé ments, fixés sur le socle 65, qui lui sont associés. A cet effet, l'enroulement générateur die signaux 15 est relié électriquement aux lames de ressort 76 et 77 par des conducteurs 87 et 78.
A leurs extrémités opposées, lies lames de ressort 76 et 77 sont reliées aux conducteurs 80 et 79, qui sont eux-mêmes reliés aux bornes d'entrée d'un amplificateur 83. Les, bor nes de sortie de l'amplificateur 83 sont reliées à leur tour par des conducteurs 81 et 82, à l'enroulement d'entraînement ou d'excitation 7.
L'amplificateur 83 peut être identique à l'ampli ficateur 50 visible sur la fig. 1 et il peut être monté indifféremment suivant l'une des manières indiquées sur les fig. 2, 5 ou 6.