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" ACCOUPLEMENT ELECTRO-MAGNETIQUE ET SES APPLICATIONS A LA
REALISATION DE TRANSMISSIONS DE PUISSANCES "
La présente invention a pour objet un accouplement.. destiné à réaliser, par effet magnétique ou électro-magnétique la liaison angulaire entre un arbre meneur et un arbre mené et qui,nomme certains embrayages électro-magnétiques,comporte des moyens générateurs d'un champ magnétique qui tournent avec l'arbre meneur par exemple, et une masse de métal magnétique placée dans ce champ et solidaire de l'arbre pêne. Dans les embrayages de ce genre,
le générateur de champ magnétique est un bobinage inducteur en forme de couronne disposé dans une gorge d'un plateau monté coaxialement à l'arbre meneur de façon à constituer un électro-aimant dont les extrémités polaires sont les deux faces annulaires du plateau de part et d'autre de l'enroulement, et la masse de métal magnétique solidaire de l'arbre mené constitue armature mobile qui est appliquée sur le plateau meneur avec lequel il est lié angulairement par adhérence.
L'accouplement selon l'invention se distingue des embrayages du genre ci-dessus en ce que,au point de vue fonctionnel, la liaison entre les deux arbres n'est pas réalisée mécaniquement par adhérence ou par friction mais exclusivement par effet magnétique ou électro-magnétique. A cette fin,les deux extrémités polaires du générateur de champ magnétique que, pour simplifier l'exposé on supposera toujours solidaire de l'arbre meneur, sont prolongées de façon à constituer deux couronnes ooaxiales aux arbres à accoupler et entaillées de façon à présenter des saillies polaires disposées deux à deux d'pne couronne à l'autre suivant des rayons régulièrement répartis,
et entre lesquelles est engagée une couronne en métal non magnétique solidaire de l'arbre mené sur laquelle sont
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réparties des masses de métal magnétique de façon à consti- tuer l'équivalent d'une cage d'écureuil.
On voit immédiatement que toutes les saillies d'une même couronne ont la même polarité magnétique et que chacun des flux magnétiques élémentaires tend à passer de la saillie d'une couronne à la saillie opposée de l'autre couronne en recherchant la voie de perméabilité maximum qui correspond au cas où une masse de fer doux de la couronne menée est exac- tement placée entre les deux saillies polaires considérées:
Les deux arbres sont alors liés par un couple d'origine magné- tique et, si ce couple est au moins égal au couple résistant appliqué à l'arbre mené, les deux arbres tournent en synchro- nisme,
Si le couple résistant est supérieur à ce couple magnétique, il apparaît une différence de vitesse angulaire entre les deux arbres et le couple qui assure leur liaison n'est plus uniquement magnétique mais électro-magnétique, Il provient de la réaction du champ inducteur sur les courants induits qui prennent naissance dans la masse non magnétique de la couronne menée. La liaison entre les arbres peut alors être assimilée à un accouplement par frottement, ou plus exac- tement,par l'intermédiaire d'un fluide visqueux, et s'acconpagne d'un dégagement de chaleur.
Ce mode de transmission peut être utilisé en régime permanent ou semi-permanent si des dispositions sont prévues pour éviter un échauffement préjudiciable, mais en fait, il n intervient que pour les démar- rages ou dans les cas de variations sensibles de la charge,,
On peut prévoir sur les arbres à accoupler plusieurs inducteurs et plusieurs induits coaxiaux, ces derniers étant reliés à l'arbre mené par des intermédiaires cinématiques tels que, par excitation d'un seul déterminé des inducteurs, on puisse, pour une même vitesse angulaire et un même sens de l'arbre meneur, obtenir des vitesses angulaires distinctes de l'arbre mené et l'inversion du sens de celui-ci'.
D'autres particularités et avantages de l'invention seront exposés dans la description diaprés qui concerne diver- ses applications d'une réalisation dénommée "electro-volant".
Lux dessins annexés, et à titre d'exemple seulement :
La figure 1 est une coupe axiale partielle d'une première forme d'exécution d'un électro-volant.
La figure 2 est une section transversale partiel- le suivant la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 est un schéma montrant les positions angulaires relatives des saillies polaires menantes et des masses magnétiques menées.
La figure 4 montre les courbes de variations des couples.
La figure 5 montre, encoupe axiale partielle, un électro-volant à deux rapports de transmission;
La figure 6 est une vue perspective , avec coupe axiale partielle, d'un électro-volant à deux rapports de trans- mission et inversion du sens de l'arbre mené.
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La figure 7 montre en coupe axiale un intermédiai- re cinématique permettant, avec l'électro-volant de la figure 6, d'obtenir une marohe, avant et une marche arrière, sans démultiplication.
L'exemple de réalisation des figures 1 et 2 est destiné à fonctionner comme accouplement à sens constant et sans démultiplication, entre deux arbes coaxiaux , L'arbre meneur 1 porte, calé sur lui, unplateau 2 en métal magné- tique, en fer par exemple, dans lequel est ménagée une gorge 3, contenant''un enroulement inducteur 4 qui peut être excité par une source de courant continu telle.qu une batterie par exemple. Le courant peut être amené par un frotteur en contact avec une bague 5, et fermé par la masse. Au point de vue constructif, le plateau 2 peut évidemment être en plusieurs pièces réunies par boulons ou autres moyens équivalents.
Il peut être considéré comme le noyau d'un électro-aimant ; ses extrémités sont conformées de façon à constituer deux couronnes coaxiales 6 et 7 dont les faces en regard sont entaillées de façon à ménager des saillies polaires 8 et 9 régulièrement réparties et opposées deux à deux d'une couronne à l'autre'.
Dans une même couronne, chacune de ces saillies constitue un pôle dont la polarité est celle de la couronne. On peut suppo- ser que toutes les saillies 8 de la couronne extérieure sont des pôles plus, les saillies 9 de la couronne intérieure étant alors des pôles moins'µ
Sur l'arbre mené la est calé un plateau lo en métal non magnétique, qui porte une jante 11 dans laquelle sont encastrées et maintenues de façon à résister aux efforts centrifuges qui leur sont appliquées, des masses 12 en métal magnétique, en fer par exemple, dont le nombre et la réparti- tion correspondent à ceux des pales 8 et 9. La jante 11 n'engage entre les deux couronnes 6 et 7 avec le minimum d'entrefer.
Le plateauc 10 peut être en métal coulé, les mas- ses 12 étant préalablement disposées dans le moule et main- tenues.à l'écartement requis par une cage en métal non magné- tique qui reste enrobée à la coulée dans le métal du plateau 10. Ce mode de construction permet de réaliser un ensemble robuste qui ne comporte ni isolant ni bagues de prise de cou- rant; l'ensemble du plateau 10 peut être oomparé à un rotor en cage d'écureuil.
Il est en outre à noter que le plateau- inducteur 2 est lui-même d'une construction simple et robuste et ne comporte du'une seule bague isolée 5 pour amener le faible courant d'excitation à l'induit 4 ,encagé et parfaite- ment maintenus
La couronne non magnétique 11 qui constitue la cage d'écureuil peut être en alliage léger,
Le choix d'un tel matériau présente les deux avanta- ges suivants :
1.- Il permet de réduire l'inertie des masses menées et permet notamment d'accélérer le passage d'une vitesse à une autre.
2.-Un alliage moulable à point de fusion relativement bas permet d'incorporer et d'encastrer les barreaux magnétiques 12 dans la masse de l'alliage au cours de l'opération de mou- lage de la couronne':
La cage d'écureuilpeut comporter plus d'un conducteur par pôle apparent 8 du dispositif, ce qui peut aussi s'ex- primer en disant que le nombre des barreaux conducteurs de la cage d'écureuil est supérieur à celui des pales apparents 8.
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La cage d'écureuil peut aussi être constituée de manière à présenter les propriétés d'une cage multiple, ce qui peut être obtenu non seulement par une cage multiple véritable, mais encore par une cage simple dont les conducteurs sont de grande hau. teur radiale relativement à leur largeur. Les cages peuvent com. porter soit le même nombre de conducteurs, soit des nombres dif- férents, et ils peuvent être décalés relativement les uns aux autres.
On peut avantageusement incliner les conducteurs de la ou des cages d'écureuil par rapport aux plans radiaux corres- pondants, ainsi que les pôles apparents 8 de l'inducteur et la largeur des intervalles entre ces pôles apparents peut être supérieure à celle des dits pôles, Toutes ces dispositions interviennent soit pour augmenter le couple au démarrage et en cours de travail, soit pour rendre le fonctionnement silencieux,
Le fonctionnement est le suivant :
L'arbre moteur 1 et l'arbre mené la étant au repos, si le plateau 2 ne subit pas de contrainte trop importante dans le sens tangentiel, alors que l'arbre mené la est immobilisé, les masses 12 se placent entre les poas 8 et 9 (tracé pointillé de la figure 3) de façon à offrir au flux magnétique le maximum de perméabilité.
Si les pôles 8 et 9 sont soumis à un déplacement dans le sens de la flèche f et à un couple mécanique correspondant alors que les masses 12 sont immobilisées, la per- méabilité du circuit magnétique.diminue et une force tangentielle magnétique s'oppose au déplacement relatif.
Le couple magnétique augmente avec le déplacement angulaire, passe par un maximum qui correspond au cas de la figure pour fixer les idées, puis décroît. S'il tombe audessuas du couple résistant, un décrochage brusque se produit.
L'accouplement est calculé de façon que le couple ma- ximum magnétique soit supérieur au couple à transmettre, les masses 12 occupent alors une position intermédiaire entre la position en pointillé et la position en trait plein.
Ce qu'on vient d'exposer pour une paire de pôles 8 et 9 et une masse 12 se répète identiquement pour les autres pôles, et le couple qu'on peut transmettre augmente avec le nombre de pôles, limité toutefois par les fuites latérales et la nécessité d'avoir une marge suffisante de déplacement pour faciliter l'accrochage et empêcher un décrochage fortuit,
L'excitation par bobine unique 4 permet d'ailleurs de varier le nombre de pôles sans compliquer le bobinage ni gaspiller le fil.
Les deux arbres 1 et la ..eu repos étant liés magnétiquement de la façon indiquée si l'on maintient l'excitation et si lbn met progressivement l'arbre moteur 1 en mouvement, l'arbre récepteur la est entraîné et l'ensemble atteint la vitesse normale sans décrochage, Il y a synchronisation parfaite des rotations des deux arbres,
La mise en marche doit être progressive afin que l'ensemble du couple résistant et du couple provenant de l'inertie reste inférieur au couple magnétique maximum disponible.
Le problème de la mise en marche de l'arbre mené la
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peut se poser d'une façon différente,4
L'inducteur 4 n'étant pas excité, l'arbre moteur 1 tourner et l'arbre mené ..la est au repos. Il s"agit d'entraî- nere ce dernier progressivement, pour ce faire, on a recours à la seconde particularité de l'appareil.
Si l'on excite la bobine 4, les pôles 8 et 9 se déplacent par rapport aux masses 12. qui sont traversées par des flux variables et les circuits conducteurs qui les entoureht sonarcourus par des courants induits. La réac- tion. dutflux inducteur sur les courants induits tend. à entrai. ner le plateau 10 dans le même sens de rotation que l'induc- teur 4 monté sur l'arbre moteur 1. Le couple électro-magné- tique est fonction de la différence de vitesse des deux ar- bres 1 et la.
Il est évident que.'pour l'égalité des vitesses des deux arbres 1 et la il n'y a pas de courants induits et le couple d'origine électro-magnétique est nul. Ce couple ne prend naissance qu'avec le glissement et il commence par être proportionnel à ce dernier, C'est le cas de l'entratnement purement magnétique envisagé on premier lieu:
Quand le glissement augmente, les côurants induits augmentent et réagissent sur le champ inducteur qu'ils tendent à étouffer', Pour cette raison, le couple passe par un maximum pour un certain glissement dit glissement critique" et dimi- nue pour les glissements supérieurs à ce dernier La valeur du glissement critique correspondant au couple maximum dépend de la résistance ohmique opposée aux courants induits!:
Plus cette résistance est élevée, plus la valeur du glissement critique est grande;
Le couple maximum correspondant au glissement cri- tique est indépendant de la valeur de la résistance.
Ces différentes caractéristiques sont illustrées par la figure 4.
La caractéristique 0 Ml Nl correspond à une faible valeur de la résistance ohmique et la caractéristique 0 M2 N2 à une forte valeur de cette résistance. Le couple électro- magnétique provoque par effet Joule, un dégagement de chaleur dans l'induite La puissance dissipée est donnée par le pro- duit du couple par le glissement; Du fait de ce dégagement de chaleur$ le fonctionnement ne peut être envisagé que pour une durée limitée sauf si l'on prévoit des moyens de refroidisse- ment appropriés.
Pour un appareil donné, le couple magnétique maxi- mum et le couple éleotro-magnétique maximum sont liés par un rapport constant et sont tous deux sensible/ement proportionnels au carré du courant d'excitation.
Si l'arbre moteur 1 est seul en marche, le démar- rage progressif del'arbre mené la/puis l'accrochage/exigent des caractéristiques de l'induit 12 qui sont dans une cer- taine mesure contradictoires. .
Au moment du démarrage, la différence de vitesse. et par conséquent le glissement, atteint sa plus grande pâleur; la résistance ohmique de l'induit 12 doit donc être assez grande pour que le couple électro-magnétique devienne supérieur au couple résistante
Au moment de l'accrochage, au contraire, on doit
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chercher à réduire le glissement le plus possible, la réels- tance ohmique doit donc être aussi réduite que possible;. à
Pour conserver/l'accouplement, sa simplicité cons- tructive, on adopte une valeur de la résistance qui permette à la fois le démarrage et l'accrochage dans des conditions pratiques. Le démarrage a lieu en faisant tourner le moteur à faible vitesse. Pour faciliter l'accrochage il suffit de réduire momentanément la vitesse du moteur.
L'accrochage a lieu de lui-même en raison des oscillations de vitesse qui se produisent de part et d'autre de la valeur de la vitesse moyen- ne, En effet, quand la vitesse réalisée dans une oscillation se retranche de la vitesse moyenne del'arbre moteur, la glis- sement relatif entre les deux arbres devient nul pendant un instant.
La figure 5 montre une réalisation d'un électro- volant dans lequel on réalise : - la liaison des arbres meneur et mené en marche avant avec démultiplication.
- La liaison entre les deux arbres en marche arrière avec démmltiplication.
L'induit qui porte les masses magnétiques 12 des figures 1 à 3, est double, ses parties 12a et 12b s'enga- geant respectivement entre les couronnes polaires. 6ê7 et 6a-7a, de deux inducteurs 4 et 4a qui peuvent être excités séparément.
L'induit 4 tourne avec l'arbre moteur 1; il est excité par le frotteur 5a et la bague 5. L'induit 4a est fixe dans le carter 13; 11 est excité par la borne 4b, Un commutateur dont le levier de manoeuvre est montré en. 14 permet d'exciter l'inducteur 4a pour la marche arrière.
L'arbre mené la est accouple en permanence avec un plateau 15 tourillonné en 16 sur le plateau moteur 2 et portant des satellites 17 oonstamment engrenés, d'une. part avec une denture intérieure 18 solidaire du plateau 2, et, d'autre part, avec un pignon 19 calé sur le plateau 10 du double induit,
Lorsque l'inducteur 4 est seul excité, la liaison magnétique ou électro-magnétique entre les plateaux 2 et 10 a lieu dans les conditions exposées plus haut, et l'arbre mené 1 est entraîné en marche avant avec la démultiplication déter- minée parla raison du train épicycloidal décrit.
Lorsque l'inducteur 4 n'est plus excité, et qu'on excite l'inducteur 4a le plateau 10 est immobilisé et l'arbre la est entraîné en marche arrière avec démultipli- cation. L'arbre la peut être relié à un arbre lb par l'in- termédiaire d'un chagement de vitesse 19 qui peut par exemple être une boite de vitesse électro-mécanique.
L'électro-volant de la figure 6, comporte deux inducteurs 4 portés par le même plateau-moteur 2 et sépa- rément excité*'par des frotteurs 5a-5b et 5c. A chacun de ces inducteurs correspond un induit 12 et,lac du type décrit plus haut. L'induit 12 est calé sur.un arbre 20 qui, par les pignons de renvoi 22 et 23 celés sut le même arbre 25, commandent en marche avant, avec ou sans démultiplication,selon les ajplications, le pignon 24 calé sur 1 arbre mené la.
L'induit 12c est calé sur l'arbre 26 et par le pignon 27 le, pignon inverseur 28 et le pignon 29 calé sur 1-'arbre 25, commande l'arbre la en marche arrière;.
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Aux trains de pignons de la figure 6, on peut substituer le train à pignons d'angle de la figure 7. L'ar- bre 30 est calé sur l'induit 12a de la figure 6 et l'in duit 12 de cette même figure est,calé sur le pignon d'angle 31 relié par les pignons inverseurs 32 tourillonnés en 33 sur le carter fixe 34, au pignon 35 calé sur l'arbre mené la qui constitue prolongement de l'arbre 30. Quand l'induit 12c est mené il entraîne directement l'arbre la en marche avant, à la vitesse de l'arbre meneur 1.
Quand l'induit 12 est mené, il entraîne l'arbre la par les pignons 31, 32 et 35, c'esté- dire en marche arrière, sansdémultiplication;
Les applications de l'invention sont diverses et on pourrait encore en citer de multiples exemples: Dans tous les cas, le contrôle de l'éleotro-volant est ramené à.la manoeuvre de commutateurs et éventuellement de rhéostats, Les circuits d'excitation du ou des inducteurs peuvent être agencés selon les applications en vue de l'obtention de tel effet plus spé- coalement requis. On peut notamment, pour augmenter le couple d'accrochage, interposer un condensateur en dériva- tions sur l'inducteur ou la source d'excitation, cette der- nière peut être unebatterie et tenir lieu de condensateur ou capacité.
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"ELECTRO-MAGNETIC COUPLING AND ITS APPLICATIONS TO
REALIZATION OF POWER TRANSMISSIONS "
The present invention relates to a coupling .. intended to achieve, by magnetic or electromagnetic effect the angular connection between a drive shaft and a driven shaft and which, called certain electromagnetic clutches, comprises means for generating a field. magnetic which rotate with the drive shaft for example, and a mass of magnetic metal placed in this field and integral with the bolt shaft. In clutches like this,
the magnetic field generator is an inductor winding in the form of a crown disposed in a groove of a plate mounted coaxially with the drive shaft so as to constitute an electromagnet whose pole ends are the two annular faces of the plate on the side and the other of the winding, and the mass of magnetic metal integral with the driven shaft constitutes a movable frame which is applied to the driver plate with which it is angularly linked by adhesion.
The coupling according to the invention differs from clutches of the above kind in that, from a functional point of view, the connection between the two shafts is not produced mechanically by adhesion or by friction but exclusively by magnetic or electro effect. -magnetic. To this end, the two pole ends of the magnetic field generator which, to simplify the description will always be assumed to be integral with the drive shaft, are extended so as to constitute two ooaxial rings with the shafts to be coupled and notched so as to present polar protrusions arranged in pairs from crown to crown following regularly distributed radii,
and between which is engaged a non-magnetic metal ring integral with the driven shaft on which are
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distributed masses of magnetic metal so as to constitute the equivalent of a squirrel cage.
We immediately see that all the protrusions of the same ring have the same magnetic polarity and that each of the elementary magnetic fluxes tends to pass from the protrusion of one ring to the opposite protrusion of the other ring, seeking the path of maximum permeability which corresponds to the case where a soft iron mass of the driven crown is exactly placed between the two polar projections considered:
The two shafts are then linked by a torque of magnetic origin and, if this torque is at least equal to the resistive torque applied to the driven shaft, the two shafts rotate in synchronism,
If the resistive torque is greater than this magnetic torque, there appears a difference in angular speed between the two shafts and the torque which ensures their connection is no longer solely magnetic but electro-magnetic.It comes from the reaction of the inductive field on induced currents which originate in the non-magnetic mass of the driven crown. The connection between the shafts can then be assimilated to a friction coupling, or more exactly, by means of a viscous fluid, and is accompanied by a release of heat.
This transmission mode can be used in permanent or semi-permanent mode if provisions are made to avoid harmful heating, but in fact, it only intervenes for start-ups or in cases of appreciable variations in the load.
Several inductors and several coaxial armatures can be provided on the shafts to be coupled, the latter being connected to the driven shaft by kinematic intermediates such that, by excitation of a single determined inductor, it is possible, for the same angular speed and the same direction of the drive shaft, obtaining distinct angular speeds of the driven shaft and the reversal of the direction of the latter '.
Other features and advantages of the invention will be explained in the various description which relates to various applications of an embodiment called "electro-steering wheel".
Lux accompanying drawings, and by way of example only:
FIG. 1 is a partial axial section of a first embodiment of an electro-steering wheel.
Figure 2 is a partial cross section taken along the line II-II of Figure 1.
Fig. 3 is a diagram showing the relative angular positions of the leading pole projections and the driven magnetic masses.
Figure 4 shows the torque variation curves.
FIG. 5 shows, partial axial cutout, an electro-flywheel with two transmission ratios;
FIG. 6 is a perspective view, with partial axial section, of an electro-steering wheel with two transmission ratios and reversal of the direction of the driven shaft.
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FIG. 7 shows in axial section a kinematic intermediate allowing, with the electro-flywheel of FIG. 6, to obtain a forward and reverse gear without reduction.
The exemplary embodiment of FIGS. 1 and 2 is intended to function as a constant direction coupling and without reduction, between two coaxial shafts. The driving shaft 1 carries, wedged on it, a plate 2 of magnetic metal, of iron by example, in which a groove 3 is formed, containing an inductor winding 4 which can be excited by a direct current source such as a battery for example. The current can be brought by a wiper in contact with a ring 5, and closed by the mass. From a construction point of view, the plate 2 can obviously be in several parts joined together by bolts or other equivalent means.
It can be thought of as the core of an electromagnet; its ends are shaped so as to constitute two coaxial rings 6 and 7, the facing faces of which are notched so as to provide pole projections 8 and 9 regularly distributed and opposed in pairs from one ring to the other '.
In the same crown, each of these projections constitutes a pole whose polarity is that of the crown. We can assume that all the projections 8 of the outer ring are plus poles, the protrusions 9 of the inner ring then being minus poles.
A non-magnetic metal plate lo is wedged on the driven shaft 1a, which carries a rim 11 in which are embedded and held so as to withstand the centrifugal forces applied to them, masses 12 of magnetic metal, for example iron. , the number and distribution of which correspond to those of the blades 8 and 9. The rim 11 engages between the two rings 6 and 7 with the minimum air gap.
The plate 10 may be of cast metal, the masses 12 being previously placed in the mold and held at the required spacing by a non-magnetic metal cage which remains embedded during the casting in the metal of the plate. 10. This method of construction makes it possible to produce a robust assembly which does not include any insulation or current tapping rings; the whole of the plate 10 can be compared to a squirrel cage rotor.
It should also be noted that the inductor plate 2 is itself of a simple and robust construction and does not include a single insulated ring 5 to bring the low excitation current to the armature 4, caged and perfect. - maintained
The non-magnetic ring 11 which constitutes the squirrel cage can be made of a light alloy,
The choice of such a material has the following two advantages:
1.- It makes it possible to reduce the inertia of the driven masses and in particular makes it possible to accelerate the passage from one gear to another.
2.-A castable alloy with a relatively low melting point makes it possible to incorporate and embed the magnetic bars 12 in the mass of the alloy during the operation of molding the crown:
The squirrel cage may have more than one conductor per apparent pole 8 of the device, which can also be expressed by saying that the number of conductive bars of the squirrel cage is greater than that of the visible blades 8.
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The squirrel cage can also be constructed so as to have the properties of a multiple cage, which can be achieved not only by a true multiple cage, but also by a single cage with high conductors. radial tor relative to their width. Cages can com. carry either the same number of conductors or different numbers, and they can be shifted relatively to each other.
The conductors of the squirrel cage (s) can advantageously be inclined with respect to the corresponding radial planes, as well as the apparent poles 8 of the inductor, and the width of the intervals between these visible poles can be greater than that of said poles. , All these measures are used either to increase the starting torque and during operation, or to make operation silent,
The operation is as follows:
The motor shaft 1 and the driven shaft 1a being at rest, if the plate 2 is not subjected to too great a stress in the tangential direction, while the driven shaft 1a is immobilized, the masses 12 are placed between the poas 8 and 9 (dotted line in FIG. 3) so as to offer the magnetic flux the maximum permeability.
If the poles 8 and 9 are subjected to a displacement in the direction of the arrow f and to a corresponding mechanical torque while the masses 12 are immobilized, the permeability of the magnetic circuit decreases and a magnetic tangential force opposes the movement. relative displacement.
The magnetic torque increases with the angular displacement, passes through a maximum which corresponds to the case in the figure to fix ideas, then decreases. If it falls above the resistive torque, a sudden stall occurs.
The coupling is calculated so that the maximum magnetic torque is greater than the torque to be transmitted, the masses 12 then occupy an intermediate position between the dotted position and the solid line position.
What we have just explained for a pair of poles 8 and 9 and a mass 12 is repeated identically for the other poles, and the torque that can be transmitted increases with the number of poles, limited however by lateral leaks and the need to have a sufficient margin of movement to facilitate hooking and prevent accidental unhooking,
The excitation by single coil 4 also makes it possible to vary the number of poles without complicating the winding or wasting the wire.
The two shafts 1 and the rest being magnetically linked in the manner indicated if the excitation is maintained and if lbn gradually sets the motor shaft 1 in motion, the receiver shaft 1a is driven and the assembly reaches normal speed without stalling, There is perfect synchronization of the rotations of the two shafts,
The start-up must be gradual so that the whole of the resistive torque and the torque coming from the inertia remains below the maximum magnetic torque available.
The problem of starting the driven shaft the
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can arise in a different way, 4
The inductor 4 is not energized, the motor shaft 1 rotate and the driven shaft ..la is at rest. It is a question of training the latter gradually, to do this, we have recourse to the second feature of the device.
If the coil 4 is energized, the poles 8 and 9 move relative to the masses 12. which are traversed by variable fluxes and the conductive circuits which surround them are traversed by induced currents. The reaction. of the inducing flux on the induced currents tends. to enter. set the plate 10 in the same direction of rotation as the inductor 4 mounted on the motor shaft 1. The electromagnetic torque is a function of the speed difference of the two shafts 1 and 1a.
It is evident that for the equality of the speeds of the two shafts 1 and 1 there are no induced currents and the torque of electromagnetic origin is zero. This couple only comes into being with the slip and it begins by being proportional to the latter, This is the case of the purely magnetic training considered first:
When the slip increases, the induced currents increase and react on the inductive field which they tend to stifle. For this reason, the torque goes through a maximum for a certain slip called critical slip "and decreases for slips greater than the latter The value of the critical slip corresponding to the maximum torque depends on the ohmic resistance opposite to the induced currents !:
The higher this resistance, the greater the value of the critical slip;
The maximum torque corresponding to the critical slip is independent of the resistance value.
These different characteristics are illustrated in figure 4.
The characteristic 0 Ml Nl corresponds to a low value of the ohmic resistance and the characteristic 0 M2 N2 to a high value of this resistance. The electromagnetic couple causes by Joule effect, a release of heat in the armature. The dissipated power is given by the product of the couple by the slip; Owing to this release of heat, operation can only be envisaged for a limited period of time, unless appropriate cooling means are provided.
For a given device, the maximum magnetic torque and the maximum electro-magnetic torque are related by a constant ratio and are both sensitive to the square of the excitation current.
If the motor shaft 1 is alone in operation, the gradual starting of the driven shaft / then the coupling / require characteristics of the armature 12 which are to a certain extent contradictory. .
When starting, the speed difference. and consequently the slip, attains its greatest pallor; the ohmic resistance of the armature 12 must therefore be large enough for the electromagnetic torque to become greater than the resistive torque
At the time of hanging, on the contrary, we must
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seek to reduce the slip as much as possible, the ohmic realtance must therefore be as small as possible ;. at
To keep the coupling and its structural simplicity, a resistance value is adopted which allows both starting and latching under practical conditions. Starting takes place by running the engine at low speed. To facilitate hooking up, it suffices to temporarily reduce the engine speed.
The hooking takes place by itself due to the speed oscillations which occur on either side of the value of the average speed, In fact, when the speed achieved in an oscillation is subtracted from the average speed of the motor shaft, the relative slip between the two shafts becomes zero for an instant.
FIG. 5 shows an embodiment of an electro-flywheel in which the following are carried out: - the connection of the drive shafts and driven in forward gear with reduction.
- The link between the two shafts in reverse gear with reduction.
The armature which carries the magnetic masses 12 of FIGS. 1 to 3 is double, its parts 12a and 12b respectively engaging between the pole rings. 6ê7 and 6a-7a, two inductors 4 and 4a which can be excited separately.
The armature 4 rotates with the motor shaft 1; it is excited by the wiper 5a and the ring 5. The armature 4a is fixed in the housing 13; 11 is energized by terminal 4b, A switch whose operating lever is shown in. 14 allows the inductor 4a to be excited for reverse gear.
The driven shaft 1a is permanently coupled with a plate 15 journalled at 16 on the motor plate 2 and carrying satellites 17 oonstently meshed, one. on the one hand with an internal toothing 18 integral with the plate 2, and, on the other hand, with a pinion 19 wedged on the plate 10 of the double armature,
When the inductor 4 is alone excited, the magnetic or electro-magnetic connection between the plates 2 and 10 takes place under the conditions set out above, and the driven shaft 1 is driven in forward direction with the gear ratio determined by the reason. of the epicyclic train described.
When the inductor 4 is no longer excited, and when the inductor 4a is energized, the plate 10 is immobilized and the shaft 1a is driven in reverse with gear reduction. The shaft 1a can be connected to a shaft lb by means of a gearshift 19 which can for example be an electro-mechanical gearbox.
The electro-flywheel of FIG. 6 comprises two inductors 4 carried by the same motor plate 2 and separately excited * 'by wipers 5a-5b and 5c. To each of these inductors corresponds an armature 12 and, lac of the type described above. The armature 12 is wedged on a shaft 20 which, by the idler gears 22 and 23 celés on the same shaft 25, drive forward, with or without reduction, depending on the specifications, the pinion 24 wedged on 1 driven shaft the.
The armature 12c is wedged on the shaft 26 and by the pinion 27 le, the reversing pinion 28 and the pinion 29 wedged on the shaft 25, controls the shaft la in reverse ;.
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The gear trains of FIG. 6 can be substituted for the angle gear trains of FIG. 7. The shaft 30 is wedged on the armature 12a of FIG. 6 and the induction 12 of the same. Figure is, wedged on the angle pinion 31 connected by the reversing pinions 32 journaled at 33 on the fixed casing 34, to the pinion 35 wedged on the driven shaft 1a which constitutes an extension of the shaft 30. When the armature 12c is driven it drives the shaft 1a directly forwards, at the speed of the drive shaft 1.
When the armature 12 is driven, it drives the shaft 1a by the pinions 31, 32 and 35, that is to say in reverse, without reduction;
The applications of the invention are diverse and we could also cite multiple examples: In all cases, the control of the electric steering wheel is reduced to the operation of switches and possibly of rheostats, The excitation circuits of the or inductors can be arranged according to the applications with a view to obtaining such more specifically required effect. In order to increase the coupling torque, it is possible in particular to interpose a capacitor in shunts on the inductor or the excitation source, the latter may be a battery and take the place of a capacitor or capacitor.