BE485591A - - Google Patents

Description

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  "Perfectionnements apportés ou relatifs aux embrayages à fluide; magnétiques". 



   Cette invention se rapporte à des systèmes de transmission de couple commandés électromagnétiquement, et plus spécifique- ment à un dispositif ou système pour former une transmission ou une connexion forcée entre deux unités qui peuvent tourner in- dépendamment, ledit système ayant entre autres pour objet de fournir une transmission entre lesdits éléments qui est à glis- sement contrôlable et sans usure. 



   Un autre objet de cette invention est de fournir un   système   simple qui peut être mis en action pour servir soit d'embrayage soit de frein en appliquant un champ magnétique qui peut être 

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 commandé par une source de courant éloignée. 



   Un autre objet de l'invention est de fournir un embrayage ou un frein commandé électromagnétiquement dont les pièces ne subis- sent pratiquement pas d'usure, capable de bloquer avec une gran- de force deux éléments tournants pouvant se déplacer l'un par rapport à l'autre et offrant des avantages par rapport aux em- brayages ou aux freins classiques à courants de Foucault, parmi lesquels la possibilité de bloquer avec pratiquement un couple maximum, même à la vitesse relative la plus faible (ou nulle); un fonctionnement parfaitement doux et exempt de broutage quand il existe un mouvement relatif entre les éléments tournants et un couple pratiquement constant à toutes les vitesses de glisse- ment comprises dans une large gamme.

   L'embrayage décrit possède les mêmes avantages par rapport aux embrayages à friction, dont pratiquement aucune pièce soumise à usure, simplicité et bon marché de la construction et commande électrique simple à par- tir d'un point éloigné. 



   D'autres avantages de l'embrayage perfectionné comprennent une réponse très rapide aux changements rapides du courant de com mande; un fonctionnement nécessitant seulement une source d'éner- gie électrique à basse tension comme celle qui peut être fournie par une batterie d'accumulateurs, et la-possibilité de fonction- ner soit avec du courant alternatif soit avec du courant conti- nu. 



   Compte tenu des buts mentionnés et d'autres   encorel'inven-   tion consiste en un procédé de transmission du mouvement d'un élément à un   autrevoisin   et peu espacée comprenant le fait de maintenir une masse de particules paramagnétiques distinctes et relativement mobiles dans l'espace compris entre lesdits élé- ments , et le fait de soumettre lesdits éléments et particules à un champmagnétique. 



   En conséquence, l'invention consiste aussi en un système 

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 pour transmettre un couple entre pièces rotatives comprenant un élément rotatif, une pièce paramagnétique fixée au premier élément pour tourner avec lui, un second élément tournant,indé- pendant, pratiquement coaxial audit premier élément, une secon- de pièce paramagnétique fixée à celui-ci pour tourner avec lui, lesdites pièces ou éléments ayant des surfaces importantes de révolution en face l'une de l'autre et légèrement espacées, une masse de particules paramagnétiques distinctes dans l'espace com- pris entre lesdites surfaces opposées et des moyens pour pro- duire un champ magnétique entre lesdites surfaces. 



   Afin de pouvoir comprendre clairement ladite invention et la réaliser facilement, elle sera maintenant décrite plus complè- tement en se référant aux dessins ci-annexés, dans lesquels: la figure 1 est une coupe transversale axiale schématique d'un dispositif illustrant les principes de l'invention. 



   La figure 2 est une coupe transversale axiale schématique d'une variante de construction. 



   La figure 3 est une coupe axiale schématique d'une réalisa- tion de l'invention utilisant un aimant permanent. 



   La figure 4 est une variante de construction selon l'inven- tion utilisant des moyens de commande du couple à la fois magné- tiques et mécaniques. 



   La figure 5 est une coupe transversale axiale schématique d'une réalisation de l'invention fonctionnant comme frein. 



   La figure 6 est une coupe axiale schématique d'une réalisa- tion de l'invention servant d'embrayage et utilisant une bobine   fixe.   



   La figure 7 est une coupe axiale schématique d'une réalisa- tion de l'invention pouvant fonctionner avec courant alternatif. 



   La figure 8 est une coupe transversale suivant la ligne 8-8 de la figure 7. 



   La figure 9 est une coupe axiale schématique d'une modifi- cation de la réalisation de la figure 7, et 

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 la figure 10 est une coupe transversale suivant la ligne 10-10 de la figure 9. 



   L'invention est basée sur le fait que si deux surfaces de ma- tières paramagnétiques légèrement espacées sont jointes par un fluide contenant un grand nombre de particules paramagnétiques finement divisées, comme des particules de fer doux, et qu'un champ magnétique est appliqué entre les deux surfaces, elles au- ront tendance à se bloquer de manière à transmettre un mouve- ment transversal entre elles aussi longtemps que le champ magné- tique subsiste. 



   Ce principe est appliqué à la figure 1 dans laquelle deux axes tournant indépendamment 1 et 2 sont montés pour tourner dans des paliers ou des coussinets convenables (non repré- sentés). A l'axe supérieur 1 est fixé un disque 3, tandis qu à l'axe inférieur 2 est fixée une boîte 4 contenant un mélange à fluide magnétique consistant en un fluide porteur convenable et une quantité de particules paramagnétiques finement divisées telles que, par exemple, de la poussière de fer doux vendue dans   @   le commerce par la   "Général   Aniline and Film Company de New- York sous le nom de "Carbonyl Iron   Powders"   dont la qualité E, de 8 microns de grandeur moyenne, a été trouvée satisfaisante. 



  Le pourcentage de poussières peut varier dans des limites assez larges, mais on a trouvé, selon l'invention, qu'un mélange con- tenant environ 60% en volume de poussières donne des résultats satisfaisants. Une bobine xx ou enroulement de champ 6 est pla - cée comme le montre la figure de manière que lorsque la bobine est excitée par un courant électrique, elle produise un flux magnétique dans l'espace compris entre les plaques 3 et   4,   comme le montrent les flèches.

   Il est entendu qu'en pratique, cet espace aura une dimension telle qu'il fournisse le chemin de retour le plus court pour le flux, par exemple en faisant l'axe 1 en matière non magnétique ou, autrement, en faisant la sec- tion 5 en matière non magnétique, ou en concevant d'une autre 

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 manière convenable le circuit magnétique pour un fonctionnement   efficace-,suivant   la bonne pratique connue. Bien que l'embrayage puisse fonctionner sans fluide porteur en utilisant uniquement les particules de fer, on a trouvé que le fonctionnement est grandement amélioré par l'emploi d'un fluide mélangé aux parti- cules de fer.

   On a trouvé, selon l'invention, qu'une huile lu- brifiante légère convenait dans ce but, mais, en général, on peut utiliser n'importe quel liquide possédant des propriétés méca- niques convenables pour faire agir le mélange comme un fluide plutôt visqueux à toutes les températures de fonctionnement pré- vues. 



   Le logement non magnétique 5 qui porte les bagues,est repré- senté schématiquement comme enfermant un palier pour l'extrémi- té de la boîte 4 qui entoure l'axe 1, et un bourrage 10 est re- présenté schématiquement pour retenir le fluide magnétique dans la botte 4 et l'écarter du palier. Il est évident, cependant, que ces détails peuvent varier largement suivant les nécessités du modèle particulier employé et conformément aux principes d'une bonne conception et de la pratique mécanique. 



   Une batterie 7 est représentée pour fournir le courant à l'enroulement de champ ou bobine 6, et ce courant peut être com- mandé au moyen du rhéostat 9 et amené à la bobine 6 au moyen des balais 11 et des bagues 12 auxquelles sont attachés les conduc- teurs 13 et 14 respectivement, qui aboutissent aux bornes de la bobine. 



   Quand la bobine est excitée, on constate qu'il existe une grande force de couplage entre les deux axes 1 et 2. Par exemple; si l'axe 1 est entraîné et tourne et que l'aimant n'est pas ex- cité, l'axe 2 restera immobile. Si on augmente graduellement le courant dans la bobine 6, un couple déterminé va se développer doucement entre les deux pièces 3 et 4 dont la valeur, toutes che ses égales d'ailleurs,dépendra du courant dans la bobine 6. Si 

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 le couple développé dans l'embrayage est plus grand que celui requis par la charge sur l'axe 2, les deux pièces 3 et 4 seront "bloquées" ensemble et elles tourneront à la même vitesse. C'est une caractéristique de l'invention que l'axe entraîné atteint sa vitesse maximum très doucement et sans brouter.

   Si le couple ma- ximum que l'embrayage peut développer ( à cause de ses paramètres physiques et électriques limités) est inférieur à celui requis pour faire tourner l'axe 2 aussi vite que l'axe 1, il y aura un glissement relatif entre les deux axes, mais à toutes les vites- ses de glissement, l'embrayage transmettra pratiquement le même couple. En   feutres   mots, en cas de glissement, l'embrayage agit pratiquement comme un système de transmission à couple constant. 



  La valeur de ce couple constant est aussi la valeur maximum du couple que l'embrayage peut transmettre sans glisser.   A   grande vitesse de glissement, il y a aussi un peu dentrainement par vis- cosité qui augmente le couple, mais avec des surfaces de disques polies, il est habituellement négligeable. 



   Il est évident que le même système peut aussi agir comme frein si une des pièces est main tenue fixe. Dans ces conditions, il n'y aura pas d'action effective de freinage avant que la bo- bine é ne soit excitée et, à ce moment, un couple retardateur prendra naissance qui exercera une action de freinage sur l'axe tournant. 



   La figure 2 montre une variante de la réalisation de l'in- vention. Dans ce cas, les axes sont représentés en 21 et 22 res- pectivement. L'axe 21 possède un tambour intérieur 23 (corres- pondant au disque 3 de la figure 1) qui y est fixé rigidement. 



  Ce tambour 23 est composé de matière   paramgnétique   telle que le fer, sauf la bague 23' en laiton, ou en une autre matière non magnétique brasée ou fixée autrement aux environs de   l'"équa-   teur" du tambour, c'est-à-dire au milieu des extrémités du tam- bour, comme il est représenté. Le but de cette pièce de laiton est de fournir un entrefer entre les deux moitiés du tambour 

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 sans diminuer la rigidité ou la résistance mécanique. Un tambour extérieur 24 est fixé sur l'axe 22 et il a un diamètre tel qu'il n'existe qu'un très petit entrefer 25 entre sa surface interne et la surface externe du tambour 23, cet entrefer étant beaucoup plus petit que la distance entre les deux moitiés du tambour 23, c'est- à-dire plus petit que la largeur de la bague de laiton 23'.

   La plaque d'extrémité   24'   peut être faite de manière à pouvoir être vissée séparément sur le corps de la boité 24 pour former le tam- bour extérieur, ou bien le tambour peut être fabriqué en une pièce, soudé ou assemblé d'une autre manière connue. La bobine 26 est enroulée autour de l'axe 21 pour former un solénoïde dont l'axe forme le. noyau magnétique. Les conducteurs isolés 33 et 34 relient la bobine 26 aux bagues 22 sur l'axe 21. Les balais 31 amènent le courant de la batterie 27 en passant par le rhéostat de comman- de 29 de manière à pouvoir exciter l'enroulement de champ 26 par une source extérieure. Il est entendu que la batterie et le rhéos- tat sont utilisés comme symboles conventionnels pour représenter n'importe quelle source convenable de courant et le moyen de commander ledit courant.

   Il est à remarquer que l'extrémité éloi- gnée du tambour est supportée par l'axe opposé au moyen d'un pa- lier 37 pour former une structure rigide et mécaniquement forte. 



  Les paliers 36 et 37 doivent comprendre des buselures de bronze pour assurer un entrefer magnétique convenable entre chaque tam- bour et l'axe opposé, ou, d'une autre façon, les extrémités du tambour 24 peuvent être, dans le même but, en matière non magné- tique. L'espace compris entre les deux tambours est rempli d'un mélange à fluide magnétique comme précédemment. 



   Quand la bobine 26 est excitée, le flux magnétique sort ra- dalement du noyau 21 d'une extrémité d'un demi-tambour 23 vers les parois du cylindre, de là, à travers le petit entrefer dans le mélange fluide magnétique vers le tambour externe 24 et retour vers l'autre demi-tambour 23 ( puisque l'entrefer magnétique 23' 

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 est beaucoup plus grand que l'entrefer magnétique entre les deux tambours cylindriques), et radialement vers l'intérieur à l'ex- trémité de l'autre demi-tambour 23 et retour au noyau 21.

   L'ac- tion magnétique d'embrayage ou de freinage est la même que sur la figure 1 mais elle est plus efficace parce que le couple ma- gnétique est développé près de la périphérie des tambours, ce qui donne le bras maximum possible au couple tandis que la bo- bine 26 occupe la partie centrale de la structure, où, dans tous les cas, il ne peut se développer qu'un petit couple. 



   Au lieu d'un enroulement de champ, on peut, selon l'inven- tion, utiliser un aimant permanent comme sur la figure 3 dans laquelle le rotor 43, associé à l'axe   41.? est   fait en une matière magnétisable en permanence telle que, par exemple, un alliage d'aluminium, nickel et cobalt connu dans le commerce sous le nom de "Alnico", qui est fortement magnétisée en des zones espa- cées, comme il est indiqué, pour produire alternativement des pôles nord et dud permanents à la périphérie du cylindre. Le flux circulera donc dans l'espace compris entre le cylindre   43     et/Le   tambour 44 comme le montre la figure   4.   Cet espace est rem- pli du mélange à fluide magnétique, comme précédemment.

   Le fonc- tionnement est semblable à celui décrit antérieurement, sauf que la force entre les deux axes ne peut être réglée électriquement comme précédemment. Le système constitue de ce fait une trans- mission à couple constant à toutes charges de glissement ou chaque fois que le couple maximum de maintien est dépassé. 



   Avec un dispositif à aimant permanent, si on désire régler la force transmise, on peut faire varier l'entrefer entre les deux faces de l'embrayage, comme le montre schématiquement la figure 4, en fournissant le moyen de déplacer les deux pièces tournantes 51 et 52 suivant l'axe et relativement l'une pas rapport à l'autre. Le collier fixe 53 sur l'axe 52 tourne li- brement dans l'anneau 54 du levier de commande 55. Il est évi- dent que le mouvement du levier 55 modifie l'entrefer entre les 

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 pièces 57 et 58 pour faire varier la force transmise entre les axes 50 et 51, fournissant ainsi un équivalent mécanique au rhéostat 9 de la figure 1. 



   La figure 5 est un schéma montrant un frein utilisant les principes décrits à la figure 1. Le rendement spatial est ici amélioré en .utilisant plusieurs disques pour augmenter les surfa- ces magnétiques opposées. Dans ce cas, le système est représenté comme un frein avec la pièce réactive 64 maintenue fixe. A la place du disque unique 3 de la figure 1, plusieurs disques 63 sont associés à l'axe 61 et entre ces disques s'étendent, rappro- chées de ceux-ci, plusieurs rondelles ou disques perforés 64' associés à la pièce fixe 64 à laquelle ils sont fixéq d'une ma- nière convenable comme, par exemple, au moyen de boulons de lai- ton 66 avec des colliers d'espacement non magnétiques 68'.

   Quand aucun courant ne traverse la bobine 66, l'axe 61 est libre de tourner, mais quand la bobine est excitée, un champ est créé, somme le montrent les flèches, qui produit le même effet que dans la figure 1, sauf que son action est multipliée par le nom- bre de plaques employées, en supposant que l'intensité du champ soit la même qu'antérieurement et que le diamètre des disques soit aussi le même, 
Comme un frein doit dissiper de la chaleur, un système de re- froidissement est prévu en faisant circuler le mélange magnétique fluide dans un serpentin de refroidissement 70. Une pompe 71 est fournie pour ce système et elle peut être entraînée par l'axe 
61, comme le montre schématiquement la figure 5.

   Cette circulaè tion a aussi l'avantage de tendre à maintenir le mélange magné- tique fluide dans un état homogène et de diminuer ainsi toute tendance qu'ont les particules solides à se déposer. 



   La figure 6 montre une variante dans laquelle deux axes 81 et 02 tournant l'un par rapport à l'autre peuvent être couplés magnétiquement pour la transmission d'une puissance de l'un à l'autre par l'action de la bobine fixe 86. Dans ce cas, la boî- 

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 te 84, munie d'une pièce non magnétique 84', entoure le disque 83 et est remplie par le mélange à fluide magnétique comme pré- cédemment. Un écrou de bourrage 85 peut être utilisé pour rete- nir le fluide dans la boîte. Pour produire le champ magnétique, on utilise une bobine fixe 86 ayant un élément de support magné- tique 87. Les conducteurs 88 et 89 amènent le courant d'une sour- ce réglable convenable. La distribution du flux est indiquée par les flèches comme précédemment. 



   Bien que l'enroulement de   chanp   soit stationnaire et que les plaques d'embrayage 83 et 84 tournent quand l'embrayage est exci- té, aucun courant de Foucault ne sera induit dans les disques par ce mouvement relatif à cause de la symétrie radiale de la structure et des faces polies des plaques qui font que le flux coupé par un point donné de l'un des disques en rotation relati- ve, reste constant de manière qu'il n'y ait aucune variation de flux et par conséquent pas de courant induit.

   Il peut y avoir quelques courants de Foucault induits dans les particules de fer du mélange à fluide magnétique, mais comme ces particules sont extrêmement petites, il n'existe pas de longs trajets pour le courant et l'effet est le même que celui obtenu sur du fer   extrêmement bien laminé ; courants de Foucault induits dans   le mélange à fluide magnétique seront donc complètement négli- geables. Le principal avantage de cette variante réside dans l'élimination des bagues et des balais. 



   Les figures 7 et 8 montrent une modification similaire en principe à celles représentées antérieurement mais qui convient pour fonctionner avec du courant alternatif. Pour évier une per- te excessive par courants de Foucault, les rotors 93 et 94, fi- xés aux axes 91 et 92 respectivement, sont de construction lami- née classique. Les bobines 96 et 96' sont enroulées pour pro- duire des pôles nord et sud en   94A   et 94B respectivement   (fig.   



  8). Quand un courant alternatif ou continu traverse l'enroule- ment de champ via les bagues habituelles   95,   le fluide magnéti- 

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 que étant présent comme dans les autres variantes, la même ac- tion d'embrayage ou de transmission de force décrite précédemment se produira. 



   Les figures 9 et 10 montrent une variante semblable à celle des figures 7 et 8   sauf   que la pièce intérieure 103 porte l'enroulement de champ au lieu que ce soit la pièce extérieure à travers laquelle un chemin de retour est fourni au flux. Ici, comme dans la figure 2, mettre l'enroulement au centre permet un plus grand bras pour le couple pour une dimension donnée de la construction.

Claims (1)

1. R E V E N D I C A T I O N S.

   1. Un procédé de transmission de force d'un élément à un élément adjacent peu écarté et relativement mobile, compre- nant les étapes consistant à maintenir une masse de particules paramagnétiques distinctes et relativement mobiles, dans l'es- pace compris entre lesdits éléments et à soumettre lesdits élé- ments et particules à un champ magnétique.

   2. Le procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit champ est maintenu stationnaire par rapport à l'un desdits éléments.

   3. Le procédé selon la revendication 1, dans lequel les dits éléments sont tous deux maintenus mobiles par rapport au- dit champ magnétique.

   4. Le procédé selon l'une quelconque des revendications 1,2 et 3, qui comprend le réglage de la force transmise par un élément à l'autre en faisant varier l'intensité dudit champ.

   5. Un dispositif de transmission de force d'un, élé- ment à un élément adjacent relativement mobile, comprenant des pièces fixées auxdits éléments respectivement et ayant des éten- dues de surface importantes espacées et opposées, une masse de particules paramagnétiques distinctes et relativement mobile dans l'espace compris entre lesdites pièces, et des moyens pour <Desc/Clms Page number 12> créer un champ magnétique entre lesdites pièces opposées et ren- fermer lesdites particules pour produire un effet de couplage entre lesdites faces opposées.

   6. Un dispositif selon la revendication 5, dans lequel un desdits éléments est rotatif par rapport à l'autre élément.

   7. Un dispositif selon l'une ou l'autre des revendica- tions 5 et 6, dans lequel lesdits éléments sont tous deux rotatifs.

   8. Un dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 5,6 et 7, dans lequel lesdites pièces sont paramagnétiques.

   9. Un dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 8, dans lequel lesdites surfaces opposées sont des sur- faces de révolution.

   10. Un dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 9, dans lequel lesdites particules sont mélangées à un fluide non magnétique.

   11. Un dispositif selon la revendication 10, dans le- quel lesdites particules consistent en poudre de fer et ledit fluide est une huile légère.

   12. Un dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 11, dans lequel lesdits moyens pour produire un champ magnétique comprennent un enroulement de champ placé pour produire- quand il est excité, un champ magnétique dans ledit espace, et des moyens pour alimenter en courant ledit enroulement à partir d'une source fixe, lesdites moyens comprenant une source de courant électrique et un dispositif de commande du courant.

   13. Un dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 12, dans lequel ledit dispositif de commande du courant comprend des moyens pour faire varier l'intensité dudit courant d'un maximum à zéro.

   14. Un dispositif selon l'une quelconque desrevendica- tions 5 à 13, dans lequel ladite première pièce comprend un dis- que et ladite seconde pièce comprend une enceinte pour ledit dis- que et lesdites particules distinctes. <Desc/Clms Page number 13>

   15. Un dispositif selon la revendication 14, dans lequel ledit enroulement de champ est coaxial auxdits éléments et situé près de la périphérie dudit disque et dans ladite enceinte, ladite enceinte et ledit disque définissant ainsi un circuit magnétique pour ledit enroulement de champ.

   16. Un dispositif selon la revendication 14, dans lequel ledit enroulement de champ est coaxial auxdits éléments et situé près de et en dehors de la périphérie dudit disque et de ladite enceinte, et est monté de façon à être indépendant de leur rota- tion.

   17. Un dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 13, dans lequel ladite première pièce paramagnétique comprend plusieurs disques espacés, coaxiaux et fixés audit pre- mier élément, et ladite seconde pièce paramagnétique comprend plusieurs rondelles coaxiales aux et se trouvant entre lesdits disques et fixées audit second élément,lesdites rondelles et lesdits disques étant disposés alternativement pour former plu- sieurs desdites surfaces de révolution opposées et espacées.

   18. Un dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 13, dans lequel ladite première pièce comprend un tam- bour et ladite seconde pièce comprend une enceinte pour ledit tam- bour et pour lesdites particules distinctes.

   19. Un dispositif selon la revendication 18, dans le- quel ledit tambour est divisé en deux sections magnétiquement sé- parées par un anneau non magnétique de dimension telle qu'il four- nisse un entrefer magnétique plus grand entre lesdites sections qu'entre lesdites surfaces opposées,ledit enroulement de champ étant placé coaxialement dans ledit tambour de manière que cha- cune desdites sections comprenne un pôle magnétique opposé dudit enroulement de champ.

   20. Un dispositif selon la revendication 18, dans lequel la surface enroulée dudit tambour est divisée en sections de sur- face magnétiquement séparées et pratiquement hémicylindriques, <Desc/Clms Page number 14> par des entrefers axiaux non magnétiques, ledit enroulement de champ étant placé effectivement dans lesdits entrefers et aux bor- nes des extrémités dudit tambour de manière que chaque demi-cylin- dre dudit tambour comprenne un pôle magnétique opposé dudit en- roulement de champ.

   21.Un dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 18 à 20, dans lequel ladite seconde pièce comporte deux piè- ces polaires faisant saillie et se terminant en surfaces de révo- lution disposées diamétralement près de la surface courbe dudit tambour, et ledit enroulement de champ comprend des bobinages pour lesdites pièces polaires.

   22. Un dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 5 à 11, dans lequel lesdits moyens produisant le champ magnétique comprennent des zones magnétisées en permanence au moins sur l'une desdites surfaces opposées.

   23. Un dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 5 à 11, ou 22, comprenant un dispositif non rotatif pour faire varier la distance entre lesdites surfaces opposées pour commander l'intensité effective du champ magnétique dans l'espace compris entre lesdites surfaces.

   24. Le procédé de réglage de la viscosité apparente d'un fluide dans lequel sont dispersées des particules paramagné- tiques, qui comprend la production d'un champ magnétique dans le- dit fluide.

   25. Le procédé selon la revendication 24, dans lequel la viscosité apparente du fluide est modifiée en faisant varier le champ magnétique.