Système électromagnétique comportant un stator et une armature,
dont l'un est'établi entièrement ou en partie -en acier magnétique.
La présente invention est relative à un système électromagnétique comportant un stator et une armature, dont l'un
des deux est établi entièrement ou en partie en acier magnétique. On a trouvé que, dans les systèmes connus de ce genre
lorsqu'on utilise un acier -magnétique moderne présentant une
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convénient que le point de fonctionnement de l'aimant permanent
sur la courbe de désaimantation est soumis à de grandes variations ce qui fait que l'aimant ne reste pas plus ou moins au
point de fonctionnement choisi au préalable dans le projet du
<EMI ID=2.1> qu'il exerce sa fonction dans une autre région qui en est très éloignée. Il en résulte un rendement faible et même très faible de l'acier.
Conformément à l'invention, on évite cet inconvénient, lorsqu'on utilise un acier magnétique présentant une courbe de désaimantation raide et une force coercitive d'au moins 250 Oerstedt, en pontant les pôles de l'aimant ou des aimants, au moins dans toute position active de l'armature par rapport au stator, par un shunt magnétique d'une forme et d'une valeur telles que le point de fonctionnement de l'aimant permanent sur la courbe de désaimantation, qui est choisi de préférence dans ou près du (BH)max, ne varie que légèrement en fonctionnement.
Cette mesure permet de maintenir un rendement maximum de l'acier, aussi pour une puissance raisonnable.
Un avantage additionnel consiste en ce que l'adhérence de l'armature dans des positions déterminées par rapport au stator est sensiblement réduite.
Puisque, si la force coercitive augmente, la longueur d'aimant et, par suite, la dispersion magnétique diminuent continuellement, on s'attendrait à ce que, au fur et à mesure que la force coercitive grandit, la désaimantation
soit plus grande et en conséquence plus nuisible. On a trouvé cependant, que cela n'est pas en premier lieu déterminant. Ainsi, par exemple, pour les aciers normalement utilisés et
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il n'est pas nécessaire d'utiliser l'invention par suite du fait que les courbes de désaimantation de ces aciers ne présentent pas en général une courbe raide, mais une courbe plus ou moins plate. Dans les dynamos pour bicyclettes, pour lesquelles on utilise parfois un acier ayant une force ,.coercitive d'environ 1000, il ne se présente pas de désai�
mantation sensible malgré le fait qu'elles ne comportent pas de shunt magnétique selon l'invention. Par contre, pour cellesci seule une forte pente est en premier lieu essentielle. Par une courbe de désaimantation "raide" ou une courbe BH "raide" on entend ici une courbe dont la... tangente de l'angle formé
par la tangente avec la courbe au point de la force coercitive et l'axe des abscisses, est de préférence plus grande et même beaucoup plus grande qu'environ 40. A ce sujet cependant, il est encore à remarquer que pour les anciens aciers comme les aciers au chrome ou au tungstène qui présentent une très forte pente, le problème ne s'est pas présenté, ces aciers à force coercitive très basse présentant une courbe de perméabilité réversible très raide, de sorte que le point de fonctionnement ne varie que légèrement., grâce également à la grande disper-
<EMI ID=4.1>
On pourrait également s'attendre à ce que, pour les constructions dans lesquelles en premier lieu la puissance et non une tension constante est essentielle, l'utilisation d'un shunt magnétique soit très nuisible par suite de la voie de dispersion qui en résulte. Cette supposition s'est également révélée erronée, parce que malgré le fait qu'il se produit une faible perte magnétique, le gain qu'on obtient au contraire, notamment que le point de fonctionnement reste dans la région
<EMI ID=5.1>
qué ne doit, pas être si grand que les pertes deviennent inadmissibles.
<EMI ID=6.1> dernés présentant une courbe BH très raide et un (BH)max d'au
<EMI ID=7.1>
sans utiliser l'invention que pendant le mouvement de l'armature dans le circuit magnétique, après quelques révolutions déjà, il se produise un tel déplacement du point de fonctionnement que le produit de B et H au point de fonctionnement, au lieu d'être sensiblement égal, par exemple, au (BH)max choisi comme point de fonctionnement, ne soit plus égal qu'à la moitié ou au tiers de celui-ci. Ceci explique également que l'utilisation pratique d'aciers magnétiques de ce genre a été jusqu'ici limitée aux constructions statiques de systèmes magnétiques, c'est-à-dire aux constructions dans lesquelles aucune pièce du circuit magnétique n'est mobile et la. résistance magnétique extérieure ne varie pas telles que, par exemple, des systèmes magnétiques pour des haut-parleurs électrodynamiques, etc.
Ce n'est que grâce à la mesure selon l'invention qu'il est possible d'utiliser l'acier magnétique le plus moderne pour la construction de systèmes magnétiques dont une partie du circuit magnétique est mobile et qui offrent, sous formes de petites dynamos et de petits moteurs à aimants per-
<EMI ID=8.1>
point de fonctionnement avantageux et une puissance raisonnable. Ceci implique également qu'on obtient un système de dimensions considérablement plus petites qu'il.n'était possible jusqu'ici.
On applique la mesure selon l'invention, de préférence, aux systèmes électromagnétiques pourvus d'un aimant permanent rotatif, comme par exemple aux dynamos et aux moteurs électriques, parce que les machines de ce genre sont le plus souvent du genre portatif et qu'un fonctionnement permanent de l'aimant au point de fonctionnement optimum choisi au
<EMI ID=9.1> préalable, conduit à des dimensions les plus petites possible pour une puissance déterminée. On peut citer, à titre d'exem-
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main pourvues d'un rotor du type à aimant permanent.
Suivant une autre particularité de l'invention, le shunt magnétique est constitué, de préférence, par un certain nombre de lames disposées par leurs arêtes de conta.et les unes contre les autres de façon à réduire au minimum la largeur des entref er s.
Pour les systèmes électromagnétiques, dans lesquels il existe une rel.ation fixe entre le nombre de révolutions et la tension entre les bornes, comme pour les moteurs et les dynamos, il est dans beaucoup de cas désirable que, lorsqu'une des grandeurs varie, l'autre grandeur ne varie qu,e légèrement. On peut obtenir ce résultat, comme on le sait, au moyen d'une dispersion des lignes de force magnétiques. Dans le présent cas on obtient la dispersion voulue le long du shunt magnétique selon l'invention par un choix convenable de la valeur de celui-ci.
Le shunt remplit donc alors une double fonction, ce. qui est d'une importance particulière pour les dynamos pour lesquelles il est désirable qu'elles présentent, pour des vitesses très différentes et une charge constante, une tension entre les bornes qui ne varie que légèrement, comme c'est le cas, par exemple, pour les dynamos pour bicyclettes et les dynamos à commande à main, en vue d'obtenir un rayonnement lumineux aussi constant que possible.
Lorsque le système travaille en dynamo, le shunt, s'il est choisi de valeur convenable, offre en outre, l'avantage que les lignes de force de la contreforce magnéto-motrice relativement élevée qui est produite en cas de court-circuit de l'enroulement ne parcourent pratiquement pas l'aimant, ce qui a pour résultat que. le point de fonctionnement de l'aimant sur la, courbe BH ne varie que légèrement, même pour un courtcircuit, de sorte que l'aimanta après élimination du courtcircuit, peut continuer sa fonction presque au même point de fonctionnement choisi.
A cet effet, il est désirable de choisir la. valeur du shunt de façon à ne pas produire de saturation magnétique dans le shunt. Cette condition est déjà remplie par la circonstance que la. présence du shunt produit un aplatissement
de la caractéristique nombre de révolutions-tension entre l.es bornes, d'où il résulte une certaine limitation du courant
de court-circuit qui permet d'arriver à un compromis entre
les conditions relativement au "court-circuit" de l'aimant permanent, à la dispersion magnétique et à la non-saturation du shunt.
On comprendra mieux l'invention en se référant au dessin annexé qui en représente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation pratique, les particularités
qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La fig. 1 montre schématiquement une construction connue d'une dynamo. Le rotor 1 en acier magnétique permanent, muni des pôles 2 et 3, est disposé à l'iritérieur du stator feuilleté 4, sur lequel sont enroulées les bobines 5 et 6.
La courbe BH de l'acier utilisé pour le rotor 1 de la fig.l est désignée, sur la fig.2, par 11 et le point de fonctionnement choisi au préalable, d.e préférence le (BH)max de l'acier
<EMI ID=11.1>
de désaimantation produite lors de la rotation du rotor en passent un des entrefers 7 à 10, le point de fonctionnement se déplace, par exemple, en 13. Après que le rotor a passé un entrefer, la voie pour les lignes de force de l'aimant,
<EMI ID=12.1> davantage, ce qui fait que le point de fonctionnement de l'aimant ne revient pas au point 12 de la courbe BH, mais au point 14 de la ligne 0-12, parce qu'il se déplace le long
<EMI ID=13.1>
de la courbe de la perméabilité réversible. Au cours du fonctionnement normal de la dynamo, c'est-à-dire pour une rotation continue du rôtor, le point de fonctionnement parcourt donc périodiquement tous les points de la ligne 13-14. Il se produit alors, il est*vrai, une désaimantation, ce qui fait que le produit de B et H de tous ces points est moindre que le (BH)max et que le rendement de l'acier n'est pas un maximum, mais on
a trouvé que l'utilisation de la mesure suivant l'invention
est dans ce cas peu efficace, parce que le gain obtenu par suite de la circonstance que l'invention permet d'obtenir un point de fonctionnement avantageux et sensiblement constant, ne contrebalance pas la perte qu'entraîne le shunt magnétique par suite du court-circuitage partiel de l'aimant.
En utilisant un des aciers les plus modernes qui
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mant augmente, par exemple, d'un facteur 2 ou 3, ce qu'on expliquera encore plus amplement. Comme exemple d'un tel. acier,
<EMI ID=15.1>
étant soumis à l'influence d'un champ magnétique pendant le refroidissement nécessaire au durcissement. Une pièce coulée d'un alliage ainsi traité présente, après avoir été aimantée dans le sens dans lequel le champ magnétique a été appliqué
<EMI ID=16.1> base de Ni-.Al-Co. On peut en général obtenir ces résultats
<EMI ID=17.1>
16 à 30% de Co. Il est évident, cependant, que l'invention n'est pas limitée à ces aciers, mais qu'on peut l'utiliser en combinaison avec tout acier utilisable en pratique, qui présente une courbe BH raide et ce avec d'autant plus d'avantage que le (BH)max est plus élevé et entraîne une plus forte pente de la courbe BH.
L'acier moderne dont la. courbe est représentée sur la. fig.2 présente un �BH)max d'environ 4.800.000 au point 16.
Si l'on choisit ce point comme point de fonctionnement dans le projet de la machine, on obtient le long de l'axe des ordonnées un déplacement du point de fonctionnement qui est suffisamment plus grand pour que l'avantage qu'entraîne l'utilisation d'un tel acier tende à disparaître complètement. On a trouvé par des essais qu'il arrive même que le point de fonctionnement, au cours du fonctionnement normal,
se déplace périodiquement le long de la ligne 17-18, c'est-
<EMI ID=18.1>
des valeurs associées de B et H est moindre que le (BH)max
<EMI ID=19.1>
selon la courbe 11.
La fig.3 montre schématiquement une machine selon l'invention en forme de dynamo. Les mêmes pièces sur cette figure sont désignées par les mêmes chiffres de référence que sur la fig.l. Comme le montre la fig.3, les entrefers les plus grands 8 et 10 de la fig.l qui, lorsqu'on utilise un acier présentant une courbe BH raide, provoquent en premier lieu le susdit inconvénient de la désaimantation, aussi bien que les entrefers plus petits 7 et 9 sont remplaces par un shunt magnétique (les parties 19 à 22) par lequel <EMI ID=20.1>
La résistance magnétique du shunt a. une valeur telle que,
pour une révolution complète du rotor, le point de fonctionnement sur la courbe BH de l'acier utilisé ne varie que
légèrement. Il dépend des conditions qu'on impose, quelles
<EMI ID=21.1>
entre autres en rapport avec les. pertes magnétiques produites
par le shunt, la pente de la- courbe BH, le but et le fonctionnement de la machine, etc. peuvent être jugées encore
admissibles. Dans le cas représenté au dessin, où le shunt
autour du rotor constitue un ensemble mécaniquement fermé
<EMI ID=22.1>
il est possible de maintenir le point de fonctionnement à peu
près constant et d'obtenir en outre, un aplatissement de la
caractéristique nombre de révolutions-tension entre les bornes
de façon que la dynamo convienne comme dynamo pour bicyclettes
ou comme dynamo à commande à main. En outre, il ne se produit
ainsi pas de désaimantation appréciable de l'aimant permanent,
<EMI ID=23.1>
variation admissible du point de fonctionnement, le shunt
peut avoir des entrefers étroits, par exemple entre les faces
de contact en 20 et 22 entre les tôles constituant le stator.
<EMI ID=24.1>
et les dimensions de la matière en ces points ne doivent
être trop petites, car autrement, il se produirait dans
<EMI ID=25.1>
excessif par suite des entrefers et des espaces dans lesquels
les bobines 5 et 6 sont logées.
Electromagnetic system comprising a stator and an armature,
one of which is made entirely or in part of magnetic steel.
The present invention relates to an electromagnetic system comprising a stator and an armature, one of which
of both is made entirely or in part of magnetic steel. It has been found that in known systems of this kind
when using modern magnetic steel with
<EMI ID = 1.1>
suit that the operating point of the permanent magnet
on the demagnetization curve is subjected to large variations so that the magnet does not remain more or less at
operating point previously chosen in the project of the
<EMI ID = 2.1> that it performs its function in another region which is very distant from it. This results in a low and even very low yield of the steel.
According to the invention, this drawback is avoided, when using a magnetic steel having a steep demagnetization curve and a coercive force of at least 250 Oerstedt, by bridging the poles of the magnet or magnets, at least in any active position of the armature relative to the stator, by a magnetic shunt of a shape and value such as the operating point of the permanent magnet on the demagnetization curve, which is preferably chosen in or near du (BH) max, varies only slightly during operation.
This measure allows to maintain a maximum efficiency of the steel, also for a reasonable power.
An additional advantage is that the adhesion of the armature in determined positions relative to the stator is significantly reduced.
Since, as the coercive force increases, the magnet length, and hence the magnetic dispersion, continuously decreases, one would expect that as the coercive force increases, demagnetization
is larger and consequently more harmful. It has been found, however, that this is not primarily decisive. So, for example, for steels normally used and
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it is not necessary to use the invention owing to the fact that the demagnetization curves of these steels do not in general exhibit a steep curve, but a more or less flat curve. In dynamos for bicycles, for which steel is sometimes used with a coercive force of about 1000, there is no disai �
mantation sensitive despite the fact that they do not include a magnetic shunt according to the invention. On the other hand, for these only a strong slope is in the first place essential. By a "steep" demagnetization curve or a "steep" BH curve is meant here a curve whose ... tangent of the angle formed
by the tangent to the curve at the point of the coercive force and the x-axis, is preferably greater and even much greater than about 40. In this connection, however, it is still to be noted that for older steels like chrome or tungsten steels which have a very steep slope, the problem has not arisen, these very low coercive force steels have a very steep reversible permeability curve, so that the operating point varies only slightly ., also thanks to the large disper-
<EMI ID = 4.1>
It would also be expected that, for constructions where primarily power and not constant voltage is essential, the use of a magnetic shunt would be very detrimental due to the resulting dispersion path. This assumption has also turned out to be wrong, because despite the fact that there is a small magnetic loss, the gain obtained on the contrary, especially that the operating point remains in the region
<EMI ID = 5.1>
qué must not be so great that the losses become inadmissible.
<EMI ID = 6.1> latest with a very steep BH curve and a (BH) max of at
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without using the invention that during the movement of the armature in the magnetic circuit, after a few revolutions already, there occurs such a displacement of the operating point that the product of B and H at the operating point, instead of being substantially equal, for example, to the (BH) max chosen as the operating point, is no longer equal to more than half or a third thereof. This also explains that the practical use of magnetic steels of this kind has heretofore been limited to static constructions of magnetic systems, that is, to constructions in which no part of the magnetic circuit is movable and the . External magnetic resistance does not vary such as, for example, magnetic systems for electrodynamic loudspeakers, etc.
It is only thanks to the measurement according to the invention that it is possible to use the most modern magnetic steel for the construction of magnetic systems of which part of the magnetic circuit is mobile and which offer, in the form of small dynamos and small permanent magnet motors
<EMI ID = 8.1>
advantageous operating point and reasonable power. This also implies that one obtains a system of considerably smaller dimensions than was hitherto possible.
The measurement according to the invention is preferably applied to electromagnetic systems provided with a rotating permanent magnet, such as, for example, dynamos and electric motors, because machines of this type are most often of the portable type and that permanent operation of the magnet at the optimum operating point chosen at the
<EMI ID = 9.1> prior, leads to the smallest possible dimensions for a determined power. We can cite, by way of example
<EMI ID = 10.1>
hand fitted with a rotor of the permanent magnet type.
According to another feature of the invention, the magnetic shunt is preferably formed by a number of blades arranged by their conta.et edges and against each other so as to minimize the width of the air gaps.
For electromagnetic systems, in which there is a fixed relation between the number of revolutions and the voltage between the terminals, as for motors and dynamos, it is in many cases desirable that, when one of the quantities varies, the other magnitude only varies slightly. This result can be obtained, as is known, by means of a dispersion of the magnetic lines of force. In this case, the desired dispersion is obtained along the magnetic shunt according to the invention by a suitable choice of the value thereof.
The shunt therefore fulfills a double function, this. which is of particular importance for dynamos for which it is desirable that they present, for very different speeds and constant load, a voltage between the terminals which varies only slightly, as is the case, for example , for bicycle dynamos and hand-operated dynamos, in order to obtain as constant a luminous radiation as possible.
When the system works in dynamo, the shunt, if chosen of suitable value, offers in addition the advantage that the lines of force of the relatively high magneto-motive counterforce which is produced in the event of a short-circuit of the l windings hardly travel through the magnet, which results in. the operating point of the magnet on the curve BH varies only slightly, even for a short circuit, so that the magnet after elimination of the short circuit, can continue its function almost at the same chosen operating point.
For this purpose, it is desirable to choose the. shunt value so as not to produce magnetic saturation in the shunt. This condition is already fulfilled by the circumstance that the. presence of the shunt produces a flattening
the characteristic number of revolutions-voltage between the terminals, which results in a certain limitation of the current
short-circuit which makes it possible to reach a compromise between
conditions relating to permanent magnet "short-circuiting", magnetic dispersion and shunt unsaturation.
The invention will be better understood by referring to the appended drawing which represents, by way of nonlimiting example, a practical embodiment, the particularities
which emerge both from the text and from the drawing forming, of course, part of the invention.
Fig. 1 schematically shows a known construction of a dynamo. The rotor 1 made of permanent magnetic steel, provided with poles 2 and 3, is placed inside the laminated stator 4, on which the coils 5 and 6 are wound.
The BH curve of the steel used for the rotor 1 of fig.l is designated, in fig. 2, by 11 and the operating point chosen beforehand, d.e preferably the (BH) max of the steel
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demagnetization produced during the rotation of the rotor passing one of the air gaps 7 to 10, the operating point moves, for example, in 13. After the rotor has passed an air gap, the path for the lines of force of the magnet,
<EMI ID = 12.1> more, so that the operating point of the magnet does not return to point 12 of the BH curve, but to point 14 of the 0-12 line, because it moves along
<EMI ID = 13.1>
of the reversible permeability curve. During the normal operation of the dynamo, that is to say for a continuous rotation of the rotor, the operating point therefore periodically traverses all the points of the line 13-14. It is then * true that a demagnetization occurs, which means that the product of B and H of all these points is less than the (BH) max and that the efficiency of the steel is not a maximum, House
has found that the use of the measure according to the invention
is in this case ineffective, because the gain obtained as a result of the circumstance that the invention allows to obtain an advantageous and substantially constant operating point, does not counterbalance the loss caused by the magnetic shunt as a result of the short- partial circuit of the magnet.
Using one of the most modern steels which
<EMI ID = 14.1>
mant increases, for example, by a factor of 2 or 3, which will be explained even more fully. As an example of such. steel,
<EMI ID = 15.1>
being subjected to the influence of a magnetic field during the cooling necessary for hardening. A casting of an alloy thus treated present, after having been magnetized in the direction in which the magnetic field has been applied
<EMI ID = 16.1> Ni-.Al-Co base. These results can usually be obtained
<EMI ID = 17.1>
16-30% Co. It is evident, however, that the invention is not limited to these steels, but can be used in combination with any practically useful steel which exhibits a steep BH curve and this with all the more advantage as the (BH) max is higher and results in a steeper slope of the BH curve.
Modern steel including the. curve is shown in the. Fig. 2 shows a � BH) max of about 4,800,000 at point 16.
If this point is chosen as the operating point in the design of the machine, a displacement of the operating point is obtained along the y-axis which is sufficiently greater so that the advantage of using of such steel tends to disappear completely. It has been found by tests that it even happens that the operating point, during normal operation,
periodically moves along the 17-18 line, that is
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of the associated values of B and H is less than the (BH) max
<EMI ID = 19.1>
according to curve 11.
Fig.3 schematically shows a machine according to the invention in the form of a dynamo. The same parts in this figure are designated by the same reference numerals as in fig.l. As shown in fig. 3, the larger air gaps 8 and 10 of fig. 1 which, when using a steel having a steep BH curve, in the first place cause the aforesaid disadvantage of demagnetization, as well as the smaller gaps 7 and 9 are replaced by a magnetic shunt (parts 19 to 22) through which <EMI ID = 20.1>
The magnetic resistance of the shunt a. a value such that,
for a complete revolution of the rotor, the operating point on the BH curve of the steel used only varies
slightly. It depends on the conditions we impose, what
<EMI ID = 21.1>
among others in relation to. magnetic losses produced
by the shunt, the slope of the BH curve, the purpose and operation of the machine, etc. can be judged again
eligible. In the case shown in the drawing, where the shunt
around the rotor constitutes a mechanically closed assembly
<EMI ID = 22.1>
it is possible to maintain the operating point at little
near constant and furthermore obtain a flattening of the
characteristic number of revolutions-voltage between the terminals
so that the dynamo is suitable as a dynamo for bicycles
or as a hand-operated dynamo. In addition, there is no
thus no appreciable demagnetization of the permanent magnet,
<EMI ID = 23.1>
permissible variation of the operating point, the shunt
may have narrow air gaps, for example between faces
contact at 20 and 22 between the sheets constituting the stator.
<EMI ID = 24.1>
and the dimensions of the material at these points must not
be too small, because otherwise it would occur in
<EMI ID = 25.1>
excessive due to air gaps and spaces in which
coils 5 and 6 are housed.