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Moteur électrique à champ tournant, dont le couple moteur varie automatiquement en raison directe du couple résistant.
La présente invention a pour objet : un moteur électri- que à champ tournant, dont le couple moteur utile, varie auto- matiquement en raison directe du couple résistant qui lui est oppose.
Ce dispositif comporte quatre éléments :
L'élément productif du champ tournant, qui pourra être, soit un stator 'bobiné, alimenté par du courant électrique al- ternatif, mono ou polyphasé : soit un groupe d'électro - ai- mants excités séparément par un courant approprié, et entra±- nés par un procédé mécanique.
Un rotor comportant deux circuits polyphasés, connectés en dérivation l'un à l'autre, ou pouvant être confondus en un seul,ce rotor pouvant tourner librement sur son axe.
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Un deuxième rotor, du type cage d'écureuil ou bobiné, concentrique au précédent, et pouvant tourner à l'intérieur de ce dernier.
Un train d'engrenages épicycloïdal assurant la liaison mécanique angulaire, et à rapports variables, entre les ro- tors et l'arbre moteur.
La caractéristique de l'invention réside dans le fait que :
Le rotor à double circuit peut se comporter en transfor- mateur et rester fixe, ou en rotor moteur, ou encore réaliser partiellement ces deux états.
Que par cela même, la vitesse relative entre les deux rotors est variable, et que cette variation de vitesse agit sur le train d'engrenages épicycloïdal, et produit des varia - tions correspondantes de rapport de vitesse entre les éléments de ce train d'engrenages.
Q,ue ces actions sont produites par les effets de glisse- ments de champ entre les deux rotors, par les effets de force contre électro-motrice engendrée par le deuxième rotor qui modifient la valeur du coefficient de self-induction des enrou- lements rotoriques.
La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre la manière dont l'invention peut être réalisée.
La figure 1 représente schématiquement les connexions et circuits électriques et mécaniques, d'une des formes de réali- sation de la présente invention, et supposée .alimentée par du courant électrique alternatif triphasé. Les divers circuits électriques sont ici représentés connectés en triangle, mais pourraient tout aussi bien être connectés en étoile.
La figure 2 représente ce même mode de réalisation, vu schématiquement en coupe axiale.
La figure 3 , représente schématiquement et vu en coupe axiale un mode de réalisation, où le champ tournant est produit
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par des électro-aimants excités séparément, et animés d'un mouvement de rotation.
Dans la figure 1, 1 représente le circuit du stator, 2-3 et 4 les conducteurs amenant à ce circuit du courant triphasé, 5 est un circuit de rotor, bobiné en triphasé et connecté en dérivation par les conducteurs 6-7 et 8 à un deuxième circuit semblable 9. Ces deux circuits sont solidaires de la même carcasse et mobiles autour des centres o o'. 10 est un rotor, ce rotor est représenté ici du type à cage d'écureuil, mais pourra tout aussi bien être du type bobiné. 11 est un arbre relié angulairement au rotor 10.12 est un pignon planétaire solidaire de l'arbre 11.
13-14-15 sont des engrenages satellaires solidaires des arbres 16-17-18, et en prise avec l'engrenage planétaire 12, 19-20-21 sont des engrenages satellaires, solidaires des mêmes arbres que les premiers.
22 est un engrenage planétaire, solidaire de l'arbre 23, et en prise avec les engrenages satellaires 19-20-21.
23 est un arbre permettant de recueillir l'énergie méca- nique produite, à l'aide de poulies et courroies, ou par tout autre moyen approprié.
Le train satellaire 13 -14 -15 -16 -17 -18-19 -20 et 21 est supporté par des paliers solidaires de la carcasse du ro- tor 5 - 9, ces paliers ne sont pas représentés sur la figure 1 mais sont visibles en partie sur la figure 2, où l'on trouvera les organes de la figure 1, avec leur assemblage mécanique normal.
Le nombre des engrenages satellaires, de même que le rapport de transmission entre les engrenages formant le train épicycloïdal, pourront être modifiés, suivant les modes de ré- alisation, sans sortir du cadre de l'invention.
Si le circuit 1 du stator reçoit du courant approprié, (ici alternatif triphasé) amené par les conducteurs 2-3 et 4
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un champ tournant se crée dans l'entrefer de ce stator.
Le rotor 5 -9 placé dans ce champ tendra à prendre son même mouvement de rotation, mais si un couple lui est opposé, ce mouvement ne pourra avoir lieu, suivant les règles qui régissent les moteurs asynchrones à rotor en court circuit.
Ce rotor restant immobile se comportera comme le secon- daire d'un transformateur, et il se créera dans son entrefer un deuxième champ tournant de même fréquence et de même puis- sance, au rendement de transformation près. Ce champ tournant agira sur le rotor 10 placé à l'intérieur du rotor 5 -9. Si le rotor 10 est établi de façon à présenter à ce moment un faible coefficient de self induction, il possédera un couple de dé- marrage élevé, et il tournera dans le même sens que le champ magnétique en entraînant dans son mouvement, l'engrenage pla- nétaire 12 par l'intermédiaire de l'arbre 11.
L'engrenage planétaire 12 imprimera un mouvement de rota- tion aux engrenages satellaires 13-14 -15 dont les paliers sont angul airement solidaires du rotor 5 -9 qui à ce moment ne tourne pas, ce mouvement de rotation est transmis par les arbres 16 -17 -18 aux engrenages satellaires 19 -20 -21 les- quels attaquent à leur tour l'engrenage planétaire 22 et ce dernier solidaire de l'arbre 23, tournera alors en entraînant cet arbre.
On conçoit que si le rapport de transmission du train d' engrenages, présente une réduction de vitesse entre ses élé- ments 12 et 22, on disposera à ce moment sur l'arbre 23, d'un couple utile, qui aura pour valeur le couple moteur fourni par le rotor 10, multiplié par la valeur du rapport de réduction de vitesse.
Le rotor 10 accélérant sa rotation, et son cosinus PHI se rapprochant de l'unité, et ce par exemple sous l'effet de l'abaissement de la valeur du couple résistant, et de par les règles habituelles, le coefficient de self induction du rotor
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5-9 diminuera de valeur, et ce dernier tournera également dans le même sens que le champ magnétique, en entraînant les paliers dans lesquels tournent les arbres des pignons satellaires 13-
14 -15-19 -20 -21, la vitesse de l'arbre 23 augmentera par le fait que du rapport de réduction de vitesse, vient se retran- cher le chemin parcouru par les satellaires autour des plané- taires.
Le couple disponible en 23 se réduit dans les mêmes proportions, jusqu'au moment où le chemin parcouru par les satellaires 13-14 -15 est égal à la vitesse tangentielle du planétaire 12 ; à ce moment qui correspond au couple le plus faible disponible sur l'arbre 23, les rotors 5-9 et 10 seront fixes l'un par rapport à l'autre, et tous deux mobiles et tournant à la même vitesse par rapport au stator 1. Les engre- nages n'auront plus aucune action réductrice, et l'arbre 23 tournera à la même vitesse que les rotors.
A cette période de fonctionnement, le rotor 5-9 devient rotor moteur et le rotor 10 agit simplement par son couple de calage pour s'opposer à la rotation des engrenages les uns par rapport aux autres, ce couple sera égal au couple résis- tant minimum divisé par la valeur du rapport de réduction du train d'engrenages.
On conçoit que si le couple opposé à l'arbre 23, augmente à nouveau de valeur, l'inverse aura lieu, c'est-à-dire que le rotor 5 -9 perdra de la vitesse et que le rotor 10 en prendra par rapport au premier, ce qui aura pour effet d'augmenter la réduction de vitesse de l'arbre 23 et dans les mêmes propor- tions le couple utile disponible sur cet arbre.
Au moment du couple utile maximum, le rotor 5-9 étant stationnaire supporte la réaction mécanique du train d'engre- nages et l'effort de cette réaction antagoniste à pour valeur le couple résistant divisé par le rapport de réduction.
On pourra du reste et sans sortir du cadre de l'invention éviter que cette réaction s'opère sur le rotor 5-9 en absorbant
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ses effets, par l'emploi de moyens connus, tels- que cliquets freins, ou tout autre moyen approprié.
La figure 2 qui est une coupe schématique de la forme de réalisation qui vient d'être décrite permet de situer les divers organes qui viennent d'être cités, au point de vue de leur assemblage mécanique. On remarque sur l'arbre 23 , une poulie 24 destinée à recueillir l'énergie mécanique de l'arbre 23 et qui pourra être remplacée par tout autre dispositif utile.
La figure 3 représente schématiquement et vu en coupe axiale un mode de réalisation, dans lequel le champ tournant est produit mécaniquement au moyen d'électro-aimantsdont la carcasse commune 25 peut être animée d'un mouvement de rota- tion ; elle est à cet effet reliée angulairement à l'arbre 31 qui reçoit son mouvement de rotation, d'un moteur quelconque de puissance appropriée, par l'intermédiaire de la poulie 28 ou de tout autre dispositif approprié.29 est une source de courant d'excitation des électros 1. 32 et 33 sont des bagues .' d'amenée du courant d'excitation aux bobinages des élec- tros 1.
On conçoit que si.nous entraînons les électros 1 dans un mouvement de rotation, autour du rotor 5-9 nous créons un champ magnétique tournant, et les choses se passent comme il a été décrit pour la forme précédente, et dans ce cas, si nous entraînons les électros 1 à l'aide d'un moteur à couple cons- tant, nous recueillerons sur la poulie 24 un couple variable.
Dans tous les cas, des modifications pouvant être appor - tées, aux modes de réalisation décrits, sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Electric motor with rotating field, whose motor torque varies automatically as a direct result of the resistive torque.
The present invention relates to: an electric motor with a rotating field, the useful motor torque of which varies automatically as a direct result of the resistive torque which is opposed to it.
This system has four elements:
The productive element of the rotating field, which can be either a wound stator, supplied by alternating electric current, single or polyphase: or a group of electromagnets separately excited by an appropriate current, and entered ± - born by a mechanical process.
A rotor comprising two polyphase circuits, connected in shunt to one another, or which can be combined into one, this rotor being able to rotate freely on its axis.
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A second rotor, of the squirrel cage or wound type, concentric with the previous one, and able to rotate inside the latter.
An epicyclic gear train providing the angular mechanical connection, and at variable ratios, between the rotors and the motor shaft.
The characteristic of the invention lies in the fact that:
The double-circuit rotor can behave as a transformer and remain fixed, or as a motor rotor, or even partially achieve these two states.
That by this very fact, the relative speed between the two rotors is variable, and that this speed variation acts on the epicyclic gear train, and produces corresponding variations in speed ratio between the elements of this gear train .
Q, ue these actions are produced by the effects of field slips between the two rotors, by the effects of an electro-motive force generated by the second rotor which modify the value of the self-induction coefficient of the rotor windings .
The description which follows, with reference to the appended drawing, given by way of example, will make it clear how the invention can be implemented.
Figure 1 shows schematically the electrical and mechanical connections and circuits, of one embodiment of the present invention, and assumed to be powered by three-phase alternating electric current. The various electrical circuits are shown here connected in delta, but could just as well be connected in star.
FIG. 2 represents this same embodiment, seen schematically in axial section.
FIG. 3 schematically represents and seen in axial section an embodiment, where the rotating field is produced
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by electromagnets excited separately, and driven by a rotational movement.
In figure 1, 1 represents the stator circuit, 2-3 and 4 the conductors bringing to this circuit of the three-phase current, 5 is a rotor circuit, wound in three-phase and connected in branch by the conductors 6-7 and 8 to a second similar circuit 9. These two circuits are integral with the same frame and movable around the centers o o '. 10 is a rotor, this rotor is shown here of the squirrel cage type, but could equally well be of the wound type. 11 is a shaft angularly connected to the rotor 10.12 is a planetary gear secured to the shaft 11.
13-14-15 are satellite gears integral with the shafts 16-17-18, and engaged with the planetary gear 12, 19-20-21 are satellite gears, integral with the same shafts as the first ones.
22 is a planetary gear, integral with the shaft 23, and in engagement with the satellite gears 19-20-21.
23 is a shaft making it possible to collect the mechanical energy produced, by means of pulleys and belts, or by any other suitable means.
The satellite train 13 -14 -15 -16 -17 -18-19 -20 and 21 is supported by bearings integral with the casing of the rotor 5 - 9, these bearings are not shown in figure 1 but are visible partly in Figure 2, where we find the members of Figure 1, with their normal mechanical assembly.
The number of satellite gears, as well as the transmission ratio between the gears forming the epicyclic train, may be modified, depending on the embodiments, without departing from the scope of the invention.
If the stator circuit 1 receives the appropriate current, (here three-phase alternating) supplied by conductors 2-3 and 4
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a rotating field is created in the air gap of this stator.
The rotor 5 -9 placed in this field will tend to take its same rotational movement, but if a torque is opposed to it, this movement cannot take place, according to the rules which govern asynchronous rotor motors in short circuit.
This rotor remaining stationary will behave like the secondary of a transformer, and a second rotating field of the same frequency and the same power will be created in its air gap, except for the transformation efficiency. This rotating field will act on the rotor 10 placed inside the rotor 5 -9. If the rotor 10 is established so as to present at this moment a low coefficient of self-induction, it will have a high starting torque, and it will rotate in the same direction as the magnetic field, causing in its movement, the gear gear 12 via shaft 11.
The planetary gear 12 will impart a rotational movement to the satellite gears 13-14 -15, the bearings of which are angularly integral with the rotor 5 -9 which at this moment does not rotate, this rotational movement is transmitted by the shafts 16 -17 -18 to the satellite gears 19 -20 -21 which in turn attack the planetary gear 22 and the latter, integral with the shaft 23, will then rotate by driving this shaft.
It will be understood that if the transmission ratio of the gear train exhibits a reduction in speed between its elements 12 and 22, a useful torque will be available at this moment on the shaft 23, which will have the value of engine torque supplied by the rotor 10, multiplied by the value of the speed reduction ratio.
The rotor 10 accelerates its rotation, and its cosine PHI approaching unity, for example under the effect of the lowering of the value of the resistive torque, and by the usual rules, the self-induction coefficient of the rotor
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5-9 will decrease in value, and the latter will also rotate in the same direction as the magnetic field, causing the bearings in which the shafts of the satellite pinions turn 13-
14 -15-19 -20 -21, the speed of shaft 23 will increase due to the fact that the speed reduction ratio is cut off from the path traveled by satellites around the planets.
The torque available at 23 is reduced in the same proportions, until the distance traveled by the satellites 13-14-15 is equal to the tangential speed of the planetary 12; at this moment, which corresponds to the lowest torque available on shaft 23, rotors 5-9 and 10 will be fixed with respect to each other, and both mobile and rotating at the same speed with respect to the stator 1. The gears will no longer have any reducing action, and the shaft 23 will rotate at the same speed as the rotors.
At this period of operation, the rotor 5-9 becomes the motor rotor and the rotor 10 simply acts by its stalling torque to oppose the rotation of the gears with respect to each other, this torque will be equal to the resisting torque. minimum divided by the value of the reduction ratio of the gear train.
It can be seen that if the torque opposite to the shaft 23 increases again in value, the reverse will take place, that is to say that the rotor 5 -9 will lose speed and that the rotor 10 will take some. compared to the first, which will have the effect of increasing the speed reduction of the shaft 23 and in the same proportions the useful torque available on this shaft.
At the moment of the maximum useful torque, the rotor 5-9 being stationary supports the mechanical reaction of the gear train and the force of this antagonistic reaction to the value of the resistive torque divided by the reduction ratio.
Moreover, without departing from the scope of the invention, it will be possible to prevent this reaction from taking place on the rotor 5-9 by absorbing
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its effects, by the use of known means, such as brake pawls, or any other suitable means.
FIG. 2, which is a schematic section of the embodiment which has just been described, makes it possible to locate the various components which have just been mentioned, from the point of view of their mechanical assembly. Note on the shaft 23, a pulley 24 intended to collect the mechanical energy of the shaft 23 and which can be replaced by any other useful device.
FIG. 3 schematically shows and seen in axial section an embodiment, in which the rotating field is produced mechanically by means of electromagnets, the common carcass of which can be rotated; it is for this purpose connected angularly to the shaft 31 which receives its rotational movement, from any motor of suitable power, via the pulley 28 or any other suitable device. 29 is a current source d 'excitation of appliances 1. 32 and 33 are rings.' for supplying the excitation current to the electrical windings 1.
We can imagine that if we drive the electros 1 in a rotational motion, around the rotor 5-9 we create a rotating magnetic field, and things happen as described for the previous form, and in this case, if we drive the electros 1 using a constant torque motor, we will collect on the pulley 24 a variable torque.
In all cases, modifications can be made to the embodiments described without departing from the scope of the invention.
CLAIMS.
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