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La présente invention est relative à un convertisseur de couple destiné à transmettre la puissance d'un organe moteur à un organe récepteur.
On connaît dans la technique, des machines électriques (dynamos, moteurs) dans lesquelles le conducteur constituant l'induit de la machine passe de façon continue devant des pôles d'une même polarité. De telles machines sont connues sous le nom de " machines homopolaires " et sont, par ailleurs, directement dérivées du disque de Faraday en ce qui concerne les dynamos et de la roue de Barlow en ce qui concerne les moteurs. De telles machines ont connu un certain développement à la fin du siècle dernier et au début de ce siècle mais ont été progressivement abandonnées du fait des inconvénients assez importants qu'elles présentaient. Parmi ces inconvénients, on peut notamment citer la force électromotrice très réduite produite par les dynamos homopolaires et la nécessité de devoir transporter des courants très intenses.
Il est un objet de la présente invention d'utiliser des machines homppolaires pour réaliser un convertisseur de couple pour lequel les défauts précités ne présentent pas d'importance.
Suivant une caractéristique de la présente invention, le convertisseur de couple comprend, en combinaison , une dynamo homopolaire entraînée par l'organe moteur et un moteur homopolaire alimenté par ladite dynamo homopolaire et entraînant l'organe récepteur.
On constate aisément que l'inconvénient précité d'une force électromotrice réduite est ici sans importance étant donné que le but n'est pas ici de produire de telles
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forces électromotrices , mais bien de transférer une certaine puissance de la dynamo au moteur.
Suivant une autre particularité de la présente invention, les parties des circuits magnétiques de la dynamo et du moteur autres que celles constituées par les induits sont solidaires et constituent ainsi un seul et même organe du convertisseur.
Suivant encore une autre caractéristique de la présente invention, les circuits magnétiques de la dynamo et du moteur servent également de moyen électriquement conducteur , de manière à réaliser l'alimentation précitée du moteur par la dynamo.
Bien que le matériau dont sont constitués les circuits magnétique ne soit qu'un conducteur relativement inférieur, la grande section des circuits magnétiques perr.iet cependant de conduire les courants élevés produits par la dynamo homopolaire.
Suivant une autre caractéristique de la présente invention, la liaison conductrice entre les induits de la dynamo et du moteur ainsi que la liaison entre ces induits et les circuits magnétiques sont avantageusement assurées par les extrémités périphériques des induits qui baignent dans un liquide conducteur se trouvant dans des rainures pratiquées dans la matière de l'organe commun . Le liquide qui doit servir à la liaison électrique des induits entre eux est isolé électriquement par rapport à l'organe commun . Ceci est indispensable pour isoler le circuit d'aller ( induit de la dynamo , liquide conducteur, organe commun, liquide conducteur , induit du moteur ) du circuit de retour ( induit du moteur, liquide conducteur isolé de l'organe commun , induit de la dynamo).
Suivant une forme d'exécution de la présente invention, le liquide conducteur est du mercure.
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Suivant une autre forme d'exécution de la présente invention, ce liquide conducteur est constitué par l'eutectique constitué de 56 parties de sodium et de 44 parties de potassium.
Suivant une forme d'exécution de la présente invention, l'organe moteur entraîne avantageusement l'organe commun qui constitue un rotor primaire tandis que l'organe récepteur est avantageusement entraîné par l'induit du moteur homopolaire lequel tourne à l'intérieur du rotor primaire. L'induit de la dynamo homopolaire est de son côté également à l'intérieur du rotor primaire et est fixe.
Suivant une autre forme d'exécution , l'organe moteur entraîne l'induit de la dynamo homopolaire, tandis que l'organe récepteur est entraîné par l'induit du moteur homopolaire .Ces deux induits tournent à l'intérieur de l'organe commun qui est fixe.
Suivant une autre particularité de la présente invention, on prévoit avantageusement des moyens de réglage d'au moins un des flux produits par les inducteurs,, C'est le réglage des flux qui permet de faire varier la grandeur du couple transmis à l'organe récepteur.
Suivant une dernière particularité de la présente invention, lesdits moyens de réglage agissent de préférence uniquement sur le flux produit par l'inducteur de la dynamo, le flux produit par l'inducteur du moteur restant constant.
D'autres particularités et détails de la présen te invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante des dessins annexés qui représentent. schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution illustrative de la présente invention.
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Dans ces dessins : - la figure 1 représente en coupe suivant un plan axial , une forme d'exécution de convertisseur de couple homopolaire comprenant une dynamo et un moteur homopolaires, et - la figure 2 représente un schéma électrique d'alimentation et de réglage pour les inducteurs.
Dans ces figures des éléments identiques sont représentés par les mêmes notations de référence.
En se référant plus particulièrement à la figure 1, on voit une forme d'exécution de la présente invention comprenant essentiellement un rotor primaire 1, un premier induit 2 , un second induit 3 , un premier enroulement industeur 4 et un second enroulement inducteur 5.
Les circuits magnétiques sont constitués respectivement pour l'inducteur 4 par la partie gauche du rotor primaire et par l'induit 2 et pour l'inducteur 5 par la partie droite du rotor primaire et par l'induit 3. En vue de faciliter la fabrication de ce rotor primaire et de rendre plus aisé le montage des différents éléments à l'intérieur de celui-ci, il est prévu de le réaliser en quatre pièces à savoir deux pièces latérales symétriques la et 1d et deux pièces centrales symétriques à savoir 1b et 1c. Toutes ces pièces sont assemblées et fortement serrées les unes contre les autres au moyen d'une série de tiges filetées telles que 6 et d'écrous tels que 7.
A l'intérieur du rotor primaire sont montés les induits 2 et 3 . Ces induits sont constitués essentiellement d'un disque évidé vers sa partie centrale dans un but d'allégement. A la périphérie de chaque disque sont montées deux couronnes minces ( ou disques creux ) en matériau bon conducteur de l'électricité. Cos couronnes
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sont désignées respectivement par 8 et 9 pour l'induit 2 et par 10 et 11 pour l'induit 3. Ces induits sont pourvus suivant leur axe d'arbres, respectivement 12 et 13. Ces arbres 12 et 13 sont montés respectivement dans des paliers 14 et 15 solidaires du rotor primaire. Ces paliers doivent par ailleurs être isolés du rotor primaire afin d'éviter en cet endroit tout contact électrique entre le rotor et les induits, ce dont la nécessité apparaîtra plus loin au cours de la présente description.
Des couches d'isolant , respectivement 16 et 17 , sont donc prévues entre les paliers et le rotor primaire. Tel qu'il apparaîtra également plus loin , ces couches d'isolant peuvent être minces , les tensions mises en jeu étant tout au plus de l'ordre de quelques volts.
Dans la forme d'exécution représentée, il importe de noter que l'organe moteur ( non représenté) entraîne le rotor primaire tandis que l'induit 2 reste stationnaire. Comme on verra plus loin, ctest'ltinduit 3 qui entraîne l'organe récepteur ( non représenté) auquel le couple doit être transmis.
Dans le rotor primaire, sont pratiquées des rainures toroïdales 19 et 20 et une rainure toroïdale de section circulaire aplatie 21. Il est à noter que ces rainures sont chaque fois pratiquées dans deux pièces différentes entrant dans la constitution du rotor 1.
Ainsi, la rainure 19 est pratiquée en partie dans la pièce la et en partie dans la pièce 1b. De même, la rainure 20 est répartie entre les pièces 1et 1d' et la rainure 21 entre les pièces 1b et 1 . Cette disposition facilite considérablement le problème de l'usinage des pièces constitutives du rotor primaire .
En ce qui concerne plus particulièrement la partie des rainures pratiquées dans les pièces la et 1d'
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on peut voir à la figure 1 que ces parties de rainure ne sont pas entièrement délimitées par les pièces 1a et 1c respectivement. Ces pièces la et 1c sont en effet profilées de manière à pouvoir recevoir les enroulements inducteurs 4 et 5 lesquels délimitent en réalité les parois des parties de rainures pratiquées dans la et 1d.
Ces inducteurs sont constitués d'un enroulement de fils en couronne et en plusieurs couches et sont alimentés au moyen des bagues 22' et 22" et 23' et 2311 respective- ment, lesquelles bagues sont montées sur le rotor pri- maire et isolées de celui-ci.
En revenant maintenant aux rainures 19,20 et 21 , celles-ci contiennent un liquide électriquement conducteur, désigné par 24, 25 et 26 respectivement. Ce liquide est maintenu dans les rainures sous l'action de la force centrifuge produite par la rotation du rotor primaire. On peut utiliser du mercure comme liquide bon conducteur , mais il est également au moins aussi intéres sant d'utiliser l'eutectique composé de 56 parties de sodium et de 44 parties de potassium. Ce dernier liquide offre les avantages d'une conductivité meilleure et d'une viscosité moindre.
Une autre particularité en ce qui concerne le liquide 26 contenu dans la rainure 21 consiste en ce qu'il est isolé de la masse du rotor primaire. Une couche d'isolant 32 tapisse en effet les parois de la rainure.
Cette couche peut d'ailleurs être fort mince étant donné les faibles tensions mises en jeu et elle peut par exemple être obtenue par pulvérisation d'une des nombreu- ses matières isolantes connues dans la technique.
On voit encore à la figure 1 que les couronnes
10 et 11/ conductrices 8 et 9/des induits pénèbrent à l'intérieur des rainures et baignent dans le liquide conducteur. On constate ainsi qu'on réalise le circuit électrique suivant , induit 2 et couronne 8, liquide conducteur 24
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rotor primaire 1, liquide conducteur 25, couronne 10 et induit 3, couronne 11, liquide conducteur 26, couronne 9 et induit 2.
En ce qui concerne plus particulièrement l'utilisation de l'eutectique sodium-potassium, il importe de noter qu'il faut dans ce cas prévoir à l'intérieur du rotor primaire une atmosphère inerte afin de protéger l'eutectique contre les effets de l'oxydation.
Le gaz constituant cette atmosphère inerte (azote ,gaz rares, ...) est amené à l'intérieur du rotor primaire au travers de l'arbre 12 de l'induit 2 qui est donc un arbre creux . Etant donné que cet induit et cet arbre sont fixes, il ne se pose aucun problème de raccord à la canalisation d'alimentation 24 en gaz inerte. Sur cette canalisation, est prévue une soupape d'arrêt 25 qui permet de conserver le gaz à l'intérieur du rotor . Cette soupape peut d'ailleurs également servir à l'enlèvement du gaz inerte en vue de son renouve lement éventuel. La soupape peut de plus servir comme soupape de sécurité en cas de surpression à l'intérieur du rotor primaire.
En vue de répartir le gaz inerte dans le rotor , on prévoit dans les induits 2 et 3 des canaux tels que 26 qui permettent au gaz de se répartir facilement vers les faces extérieures des induits.
Afin d'éviter des fuites du gaz inerte, on prévoit également des bourrages tels que 27 dans les paliers des arbres 12 et 13.
Le fonctionnement du convertisseur de couple est dès lors le suivant.
Les inducteurs 4 et 5 sont alimentés en tension continue et produisent donc chacun un champ magnétique constant et uniforme dans la partie du circuit magnétique
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qui les entoure. Du fait de la rotation relative de l'induit 2 dans ce champ magnétique, une force électromotrice est engendrée aux extrémités de l'induit 2. On constitue ainsi une dynamo homopolaire. L'induit 2 étant relié à l'induit 3 par l'intermédiaire du rotor primaire suivant le circuit électrique décrit plus haut, un courant circule dans ce circuit du fait de la force électromotrice produite. On réalise alors la situation suivante : l'induit 3 est parcouru par un courant et se trouve dans un champ magnétique produit par l'inducteur 5 .
Du fait de l'action du champ sur ce courant, une force est exercée sur l'induit 3 et celui-ci se met à tourner en entraînant l'organe récepteur. On a ainsi réalisé un moteur homopolaire.
Il convient ici de noter, qu'au repos , le liquide conducteur s'accumule à la partie inférieure du rotor primiare , mais il est bien évident que dès la mise en rotation du rotor primaire , la force centrifuge répartit le liquide dans les encoches. En vue d'accélérer cette répartition, on a d'ailleurs prévu les parties inclinées 30 qui favorisent l'écoulement du liquide conducteur vers les encoches.
Le courant qui circule dans le rotor primaire et les induits est proportionnel à la différence entre la force électromotrice produite par la dynamo et la force contre électromotrice produite par le moteur. La force électromotrice produite par la dynamo est de son côté proportionnelle à 1 'induction produite par l'inducteur 4 et à la vitesse relative entre l'induit 2 et le rotor primaire 1. De même la force contre électromotrice produite par le moteur est proportionnelle à l'induction produite par l'inducteur 5 et à la vitesse relative entre l'induit 3 du moteur et le rotor primaire.
On voit donc que la force exercée sur
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l'induit 3 et, par conséquent , la valeur du couple sortant du convertisseur , dépendent des inductions produites par les inducteurs 4 et 5.
On a donc là un moyen de réglage simple du couple de sortie, à savoir le réglage des flux ( et donc des inductions ) produits par les enroulements 4 et 5.
Dans la forme d'exécution décrite, et en se référant plus particulièrement à la figure 2 ,on règle le couple de sortie en faisant varier uniquement le flux produit par l'inducteur 4, celui produit par l'inducteur restant constant . Le réglage du flux se fait en faisant varier l'intensité de courant au moyen d'une simple résistance variable 28 insérée dans le circuit d'alimentation à partie d'une batterie 29. L'inducteur 5 est de son coté maintenu à la pleine tension de la batterie.
On comprend facilement qu'avec une induction appropriée produite par l'enroulement 4 il est possible de transmettre à l'organe récepteur des couples sensiblement plus élevés que ceux trànsmis par l'organe moteur à l'induit 2.
En pratiquei est utile de prévoir à la périphérie du rotor primaire une série d'ailettes telles que 31 qui aident au refroidissement de ce rotor. Il peut en effet se produire un certain échauffement de celui-ci ainsi que du liquide conducteur , du fait des courants très intenses qui y circulent.
Des fentes sont avantageusement ménagées suivant des plans axiaux dans la masse du rotor primaire et des induits du moteur et de la dynamo , afin d'éviter la saturation du circuit magnétique @ saturation qui pourrait se produire du fait des courants très intenses qui y circulent.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusi-
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venant limitée à la forme d'exécution décrite ci-dessus à titre d'exemple et que diverses Modifications peuvent être apportées dans la disposition, la constitution et l'agencement de certains détails intervenant dans sa réalisation , à condition que ces modifications ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des revendications suivantes.
C'est ainsi qu'au lieu d'accoupler le circuit magnétique commun à l'organe moteur et d'entraîner l'organe récepteur par un des induits,on peut envisager toutes autres combinaisons et notamment, celle où le circuit magnétique serait fixe, l'organe moteur entraînant un des induits et l'organe récepteur étant entraîné par l'autre.
De même, en ce qui concerne les rainures pratiquées dans le circuit magnétique on peut évidemment leur donner une section autre que circulaire. En ce qui concerne plus particulièrement l'isolement de la rainure 21 , on peut réaliser celle-ci sous la forme d'une pièce entièrement isolante préfabriquée et qui serait monté..' dans un évidement approprié du circuit magnétique.
En ce qui concerne le contrôle du couple à la sortie au moyen du réglage du flux produit par un des inducteurs , il est bien évident que l'on peut aussi réaliser ce contrôle du couple au moyen du réglage des flux produits par les deux inducteurs.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.