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"Accouplement électromagnétique,à induction et à auto- excitation, applicable à des charges variables".
Le réglage de la vitesse des moteurs de commande des vé- hicules automobiles, des automotrices sur rails, des appareils transporteurs et de levage, des machines diverses,etc.. a été réalisé jusqu'ici soit mécaniquement et de manière générale à l'aide de changements de vitesse, soit électriquement, et dans le cas où 1-'utilisation des moteurs série n'était pas possible, au moyen de commutateurs à plots, ou de combina- teurs d'un type différent. Les dispositifs de réglage connus, en particulier les changements de vitesse, sont commandés à la main; il en existe d'autres qui sont commandés au moyen de démarreurs automatiques.Ils présentent toutefois les uns et les autres l'inconvénient de manquer de souplesse, car les mécanismes en question ne permettent, dans la plupart des cas, qu'un brusque passage d'une vitesse à l'autre.
Ce passage brusque exige, de plus, dans les changements de- vitesse, un débrayage du moteur de commande d'avec'l'organe consommateur de puissance, débrayage suivi d'un embrayage.
Ces diverses manoeuvres demandent toujours un certain temps dont la durée dépend de l'habilité du conducteur.
Dans tous les cas,au cours de la manoeuvre, une fraction im-
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portante de la force vive de l'organe consommateur de puissance véhicule, machine, etc..') se trouve dissipée, ce qui entraîne une perte de vitesse.
On a déjà construit des accouplements électromagnétiques; toutefois, ces accouplements sont d'une construction compliquée et offrent, de plus, l'inconvénient d'exiger, pour l'excitation de leur champ magnétique, une source de courant auxiliaire.
La présente invention a pour objet un accouple- ment, ou embrayage, électromagnétique à induction applicable en particulier aux véhicules automobiles, mais pouvant être utilisé également dans les automotrices sur rails, dans les appareils transporteurs, dahs les machines-outils, en vue de relier le dispositif de commande (moteur à combustion interne, moteur-shunt, transmission) à l'organe récepteur ou consomma- teur de puissance! (véhicule, machine etc..), le'dit accouplement étant de construction simplifiée, fonctionnant sans source de courant auxiliaire et permettant d'adapter, à tout instant, automatiquement, de façon élastique et sans choc, la charge de l'organe consommateur de puissance à la vitesse correspondant au rapport de transmission choisi, sans que la vitesse du moteur ou de l'organe de commande soit sensiblement influencée.
On é@vite ainsi tous les inconvénients inhérents aux dispositifs mécaniques ou électriques connus jusqu'ici.
L'accouplement qui fait l'objet de l'invention est constitué par deux éléments pouvant être déplacés angulaire- ment l'un par rapport à 31'autre et formant respectivement un système magnétique et un induit en court-circuit, l'un de ces éléments étant relié , l'arbre de commande et l'autre à l'arbre commandé. Suivant l'invention présente, l'élément du mécanisme qui porte l'enroulement en court-circuit comporte un enroulement auxiliaire connecte par l'intermédiaire d'un
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collecteur avec l'enroulement excitateur de pales magné- tiques de l'autre élément de l'accouplement et disposé, de préférence, dans des canaux longitudinaux percés dans les barres de l'enroulement en court-circuit qui, en ce cas, affecte la forme d'une cage d'écureuil.
C'est dans le même enroulement auxiliaire qu'est induit, lors du dé- placement relatif des éléments de l'accouplement, le courant nécssaire à l'excitation des pôles magnétiques. L'utilisa- tion des éléments auto-excitateurs dans l'accouplement objet de l'invention permet de réaliser un dispositif léger et de construction simple qui fonctionne à coup sûr et qui est susceptible d'être appliqué un mécanisme mobile,
Les pôles magnétiques disposés sur l'un des éléments de l'acoouplement produisent, sous l'effet du mouvement relatif dudit élément par rapport à l'autre, un champ tournant qui influence l'enroulement en court-circuit prévu sur l'autre élément.
Sous l'effet de ce champ tournante l'élément de l'accouplement qui porte l'enroulement est entrainé comme l'induit d'un moteur -1 d'induction (asynchrone avec un glissement plus ou moins grand dont la valeur dépend de la charge.
L'exprérience a montré qu'il était avantageux, en particulier dans les dispositifs applicables à la commande des voitures automobiles, de supprimer l'enroule- ment en court-circuit séparé électriquement de l'enroulement auxiliaire et de conserver seulement l'enroulement destiné à la production du courant d'excitation..
Dans ce mode de montage, ledit enroulement ne se comporte plus comme en- roulement auxiliaire, mais comme enroulement principal et il est mis en court-circuit sur l'enroulement excitateur et sur les résistances additionnelles quipeuvent être déconnectées. L'accouplement ainsi perfectionnée est consti-
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tué de cette façon par deux éléments qui sont reliés respec- tivement à l'arbre de commande et à l'arbre commandé d'une transmission et qui correspondent à l'induit et au système magnétique d'un moteur série et les bornes de l'accouplement sont à induction/mises en court-circuit par l'intermédiaire d'une résistance et de préférence d'un rhéostat à gradins, ainsi que cela se fait dans les connexions des freins utilisés couramment par exemple dans la traction.
L'accouplement ainsi formé, et ses connexions étant établies de la manière ci- dessus exposée, peut être utilisé avantageusement à la fois pour régler la vitesse et pour le freinage des véhicules, des moteurs ou d'autres dispositifs analogies. L'accouplement se comporte alors comme une. génératrice-série à courant continu dont les pulsations du courant commuté sont moins ou plus
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fréquentes, suivant que -1- l'élément4 de commande entraîne a ommand avec glissement, ou bien qu'il est arrêté.Ce qui importe, pour le comportement de l'accouplement au cours du fonctionnement, c'est sa caractéristique qui est identique celle d'une dynamo-série à courant continu.
Il s'en suit toutefois qu'il est également possible, sans sortir du cadre de l'invention, de donner à l'accouplement la forme d'une machine à courant alternatif(Par exemple moteur-série à courant alternatif, moteur à répulsion, etc,..) qui pré- sente une caractéristique analogue.
Il est également possible, dans le cas où l'accouplement a auto-excitation doit être utilisé pour d'autres buts (par exemple pour la charge des accumulateurs dans la traction) de disposer, à coté de l'eneroulement d'excitation en série, un enroulement shunt (compound).
Sur le dessin annexé on a représenté deux modes de réalisation de l'invention applicables en parti- culier dans les véhicules automobiles.
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La figure 1 montre les connexions de l'ac- couplement avec l'induit en court-circuit;
La figure 2 montre les connexions de l'@@ accouplement d'une variante dans laquelle les éléments sont reliés de la même manière que l'induit et la système magné- tique d'un moteur-série à courant continu à la position de freinage; enfin,
La figure 3 est une coupe de l'accouplement représenté sur la figure 1.
L'accouplement électromagnétique montré sur les figures 1 et 3 et qui sert à remplacer les changements de vitesse à engrenages se compose de deux éléments 2 et 3, dont l'un, 2, est de préférence relié rigidement à la transmission de l'automobile, tandis que l'élément 3 est relié au moteur de commande. L'élément 8 de l'accouplement, qui est relié à l'arbre commandé B, ressemble au rotor d'un moteur électrique et, dans l'exemple représenté, au rotor d'un moteur d'induction à courant alternatif ;
il est muni d'un enroulement à court circuit 1 en forme de cage d'écureuil L'élément 3 de l'accouplement, en forme de tambour, qui est relié à l'arbre moteur A porte deux ou plusieurs pôles magnétiques N, S sur lesquels sont montées les bobines de champ 4 etUn entrefer de dimensions convenables est prévu entre les deux éléments 2 et 3 de l'accouplement.
Pour l'excitation du champ magnétique, on a prévu sur l'élément 3 un enroulement auxiliaire 6 dont les spires ou groupes de spires sont reliées aux segments d'un collecteur 7. Sur l'élément 3 de l'accouplement, on a prévu également une paire de balais 8 et 16 et une paire de bagues 9 et 13.
On a disposé, en outre, à l'extérieur de l'accouplement une résistance de réglage 11 (fig.1) dont les bornes sont reliées aux balais 10-12 qui frottent sur
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les bagues 9-13.' Le courant d'excitation induit dans l'en roulement auxiliaire 6 par le déplacement relatif des éléments 2 et 3 de l'appouplement s'écoule donc, comme on le voit sur la figure 1, du collecteur 7 par l'intermédiaire du balai 8 vers la bague 9 sur laquelle il est repris par le balai 10 et transmis par la résistance de réglage 11 (qui, suivant l'application de l'accouplement, peut être manoeuvrés à la main, à l'aide d'une pédale, ou de toute autre manière) et par le balai 12 à la bague 13, laquelle est reliée à une des bornes 14 des bobines de champ 4-5.
Le courant cir- cule ainsi à travers les bobines de champ 4-5 (pour la clarté du dessin on n'a représenté sur la figure 8 qu'une paire de pôles magnétiques) pour revenir par la borne 15 et par le balai 16 au collecteur 7 et à l'enrouelement auxiliaire
6.
Les barres de l'enroulement auxiliaire sont placés de préférence dans les canaux longitudinaux percés dans les barres de l'enroulement 1 court-circuité en cage d'écureuil (fig.3) et sont reliées à leurs extrémités, entre elles, ainsi qu'aux talons du collecteur. Grâce à la disposition des barres de l'enroulement auxiliaire à l'intérieur des barres de l'induit 1, les barres dudit enroulement auxiliaire coupent le champ de force avec la même vitesse que celles de l'enroulement principal;
on évite également l'affaiblissement de la section du fer de l'induit et on n'augmente pas l'encomvrement de l'accouple- ment. Conformément à l'invention, on donne aux pôles magné- tiques clos dimensions relativement grandes en vue de compenser l'effet d'écran que l'enroulement en cage d'écureuil pourrait exercer éventuellement sur les barres de l'enroulement auxiliaire. Pour simplifier le dessin, on a représenté sur la figure 1 l'enroulement auxiliaire 6
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comme s'il était indépendant des barres 1 de l'induit en cage d'écureuil.
Ainsi qu'on le voit sur la figure 3, le collecteur 7 affecte de préférence la forme d'un collecteur disque, dont les faces de contact sont perpendiculaires à l'axe de rotation, tandis que les balais 8-16 sont appliqués contre le collecteur par des ressorts agissant dans un sens parallèle à l'axe de rotation. On évite ainsi que les baisais, tournant avec l'élément de l'accouplement, s'écartent un peu du collec- teur 7 sous l'effet de la force centrifuge aux grandes vitesses (la construction particulière du collecteur n'a pas été montrée sur la figure 1 très schématique).
Lorsque le moteur de commande est en marche et que l'élément 3 de l'accouplement qui en est rendu solidaire tourne avec les pôles magnétiques, la résistance de réglage 11 étant mise en court-circuit, le magnétisme rémanent des pôles qui tournent autour de l'élément immobile 2 induit dans l'enroulement auxiliaire 6 une tension qui engendre, dans les bobines 4-5, un courant renforçant l'excitation du système magnétique jusqu'à une certaine saturation dudit système (auto- excitation).
Sous l'effet d'induction exercé par le champ magnétique tournant'(engendré par des moyens méoaniques)sur l'enroulement en cage d'écureuil,!, l'élément 2 de l'accouple- ment, qui porte ledit enroulement, est également entraîné; le mouvement de l'élément 3 de l'accouplement se trouve ainsi transmis à l'élément 2 dont la vitesse de rotation reste toutefois inférieure à celle de l'élément 3, comme cela se produit dans les moteurs d'induction (moteurs asynchrones).
Ce "glissement" est déterminé par les pertes mécaniques, électriques et magnétiques qui se produisent dans l'accouplement, lequel prélevé, pour ainsi dire, sur l'énergie mécanique
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qui lui est fournie, la faible quantité d'énergie nécessaire à cet effet. Toutefois, ce glissement est d'autant plus grand que les organes consommateurs de puissance véhicules, machines, etc..) reliés à l'élément de l'accouplement sont plus fortement chargés. D'autre part, plus la vitesse d'un élément de l'accouplement diminue par rapport à la vitesse de l'autre élément, plus forte est l'excitation du système magnétique qui transmet alors à l'élément entrîné de l'accouplement un couple plus grand.
Dans ces conditions, la vitesse de l'organe consommateur de puissance se trouve réglée automatiquement, sans que la vitesse du moteur de commande ou de la transmission soit influencée sensiblement ou d'une façon qulconque, tandis que la quantité de la puissance consommée est presque constante.
Pour la commande des automobiles, l'arbre moteur A peut être relié directement à l'élément 3 de l'accouplement, sans interposition d'un embrayage spécial susceptible d'être débrayé. L'accouplement objet de l'inven- tion remplacer donc à la fois un changement de vitesse et un embrayage, ce qui permet de simplifier considérablement la construction des véhicules automobiles.
Le réglage automatique du rapport de trans- mission peut, en outre, être influencé par une modification appropriée de la résistance de réglage 11. Lorsque la manette de celle-ci est placée sur le plot mort qui corres- pond à la résistance infinie, les pôles magnétiques ne sont pas excités et l'élément 2 de l'accouplement nfest pas entraîné, car le magnétisme rémanent des pôles n'est pas suffisant pour cela (cas de marche à vide de la commande).
Quand l'équipement du véhicule automobile comporte un dispositif permettant d'arrêter le moteur, on peut utiliser l'accouplement objet de l'invention comme
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dispositif de freinage, p.ex lorsqu'on descend une pente.
En d'autres termes, lorsque le moteur et 1'élément d'accouple- ment qui en est solidaire sont au repos, tandis que l'autre élément d'accouplement est animé d'une grande vitesse de rotation due à la force vive acquise du véhicule, le dé- placement relatif de ces deux éléments l'un par rapport à l'autre a pour effet d'induire un fort courant d'excitation dans l'enroulement auxiliaire 6.
En agissant de manière convenable sur la résistance de réglage 11, on peut donner audit courant une valeur' appropriée aux condi- tion.s de freinage, de manière à obtenir dans l'enroulement tournant 1 en cage d'écureuil un fort couple de freinage, L'accouplement à induction dont il vient d'être parlé peut, dans ces 4 conditions, être utilisé pour le freinage électrique des véhicules automobiles lors de la descente, ce qui constitue un avantage à la fois aux/points de vue technique et économique.
Comme le montre la figure 2 l'accouplement objet de l'invention peut être réalisé d'une façon différente, Dans ce mode de réalisation un des éléments de l'accouplement, par exemple celui qui est relié à l'arbre commandé et qui affecte une forme analogue à celle d'un rotor d'une dynamo électrique, comporte, au lieu d'un enroulement en court-circuit combiné avec un enroule- 'ment auxiliaire fournissant la tension d'excitation pour le système magnétique, un seul bobinage d'induit 6', et de préférence un enroulement pour courant continu, enroule- ment qui est fermé sur lui-même et dont les spires indivi- duelles ou bien les groupes de spires sont connectées aux segments d'un collecteur 7 de la même façon que cela a été expliqué précédemment dans le cas de l'enroulement auxiliaire 6 de la première forme d'exécution,
Les autres éléments du schéma de montage montré sur la figure 2
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correspondent rigoureusement à ceux décrits dans les lignes précédentes, ils sont d'ailleurs désignés par les mêmes chiffres de référence; il est donc inutile de les décrire en détail et d'indiquer le parcours du courant. Dans ce mode de réalisation on donnera de préférence au collecteur la forme montrée sur la figure 3.
Le fonctionnement du dispositif montré sur la figure 2 nuant à la commande de l'accouplement proprement dit, est en principe la même que dans le mode de réalisation décrit précédemment, avec cette seule différence que le rhéostat à gradins 11 intercalé dans le circuit principal permet d'utiliser encore l'accouplement d'une façon parti- culièrement avantageuse pour le freinage du véhicule (du moteur et d'autres appareils analogues).
En particulier, lors de l'arrêt du moteur de commande et aussi de 1.'élément d'accouplement qui en est solidaire et qui comporte le sy- stème, magnétique, le glissement des éléments d'accouplements l'un par rapport à l'autre, glissement qui est faible en marche normale, augmente dans des proportions considérables et une force électromotrice élevée est induite,dans l'enroulement 6'.n'accouplement dont l'induit dTune façon permanente/est monté en court-circuit sur l'enroulement excitateur 4-5et sur le rhéostat à gradins se comporte alors d'une façon identique à celle d'une génératrice-série dans les dispositifs de freinage électriques utilisés dans les locomotives électriques et, en particulier, dans la traction urbaine.
Les éléments de résistance individuels du rhéostat à gradins, qui peut être commandé par une poignée, par une pédale ou de tout autre façon appropriée sont mis hors circuit successivement et à une vitesse décroissante, afin de maintenir, au cours de l'opération, le couple de freienage pendant un temps relativement long à une valeur sensiblement constante, tandis que lors
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du démarrage ces éléments de résistance sont intercalés successivement dans le circuit.
Ce mode de freinage électrique est avantageux au point de vus technique et encore beaucoup plus au point de vue économique, puisqu'il permet de réduire la consomma- tion d'huile et d'essence; il a encore pour effet de diminuer notablement l'usure du moteur et des garnitures de frein.
Pour permettre à un véhicule automobile équipé avec l'accouplement décrit en dernier lieu de rouler sur un chemin plan ou en pente par la force vive acquise, o'est- à-dire le moteur étant ,arrêté, on a muni le rhéostat à gradins 11 d'un plot mort permettant de couper complètement le circuit de l'enroulement.
Les pôles magnétiques peuvent comporter, en dehors d'un enroulement-série, un enroulement compound, en particulier dans le cas e où le mécanisme est destiné à être utilisé à vertains moments pour la production d'énergie électrique, c'est-à-dire pour la charge d'accumulateurs, etc,,,
Comme pour le fonctionnement parti- culier de la variante dont il vient d'être parlé c'est la caractéristique série qui importe le plus, on peut établir les connexions entre ces élémènts de manière à former une machine à courant alternatif, par exemple un moteur-série à courant alternatif, un moteur à répulsion, etc....
la caractéristique de ces machines étant identique ou sensible- ment analogue,
D'autre part, comme c'est uniquement la vitesse relative des éléments de l'accouplement, quel que soit son mode de réalisation, qui importe pour le .on fonctionnement du dispositif, on peut relier, contrairement à ce qui a été décrit, l'arbre moteur avec l'élément 2 .portant l'enroulement 1 et, éventuellement, l'enroulement 6,
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tandis que l'arbre commandé est relié avec l'élément sur lequel est disposé le système magnétique.
Résumé
L'invention a pour objet un accouplement électro-magnétique, à induction et à auto-excitation, appli- cable à des charges variables et constitué par deux éléments pouvant être déplacés angulairement l'un par rapport à l'autre, l'un de ces éléments formant un système magnétique et l'autre un, induit en court-circuit, ces éléments étant reliés respec- tivement à l'organe de oommande et à l'organe commandé de la transmission, ledit accouplement étant caractérisé par les points suivants:
1/. Sur 1élément de l'accouplement comportant l'enroulement en court-circuit est disposé un enroulement auxiliaire relié électriquement par l'intermédiaire d'un collecteur à l'enroulement d'excitation des pôles magnétiques disposés sur l'autre élément de l'accouplement, le courant nécessaire pour l'excitation des pôles magnétiques étant induit dans ledit enroulement auxiliaire, lors du déplacement relatif, l'un par rapport à l'autre, des deux éléments de 1'accouplement ; 2/. Les conducteurs de l'enroulement auxiliaire sont introduits dans des canaux longitudinaux percés dans les barres de l'enroulement encourt-circuit qui affecte de préférence la forme d'une cage d'écureuil;
3/.
Dans un mode de réalisation de l'invention un des éléments de l'accouplement comnorte un enroulement unique relié électriquement, par l'intermédiaire d'un collec- teur, avec le bobinage d'excitation du système magnétique disposé sur l'autre élément de l'accouplement; ladite variante
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comporte, de plus, une résistance réglable comportant, de préférence, un certain nombre de gradins, cette résistance étant montée en série avec l'enroulement en court-circuit, de même qu'avec l'enroulement d'excitation du système magnétique, les connexions des divers éléments de l'accouple- ment étant établies de manière analogue à celles de l'induit et du système magnétique d'un moteur-série à courant conti- nu à la position de freinage;
4/.
Les éléments de l'accouplement sont connec- tés à la manière d'un moteur à courant alternatif (par exemple d'un moteur-série à courant alternatif, d'un moteur. à répulsion, etc..) dont la caractéristique est identique ou sensiblement identique à celle d'un moteur-série courant continu;
5/.
Pour l'excitation du système magnétique l'accouplement comporte, en dehors de l'enroulement série, un enroulement oompound;
6/. Le$ collecteur disposé sur l'un des élément rotatifs de. l'accouplement comporte, des faces de contact disposées perpendiculairement à son axe de rotation, tandis que les balais disposés sur l'autre élément rotatif de l'accouplement sont appliqués contre le collecteur dans une direction parallèle à l'axe de l'accouplement, afin que ces balais ne puissent pas s'écarter dudit collecteur, alors même que la vitesse de rotation est élevée.