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"Dispositif électromagnétique à noyaux feuilletés d'induction:"
L'invention concerne des dispositifs électromagné tiques à induction tels que les génératrices, les moteurs, les transformateurs tournants, par exemple, et vise, plus particulièrement, la constitution des noyaux aimantés destinée à de tels dispositifs.
Les noyaux des stators et des rotors de génératrices et de moteurs sont généralement formés par des tôles empilées et réunies sous la forme de paquets; ohaoune de ces tôles présente de nombreuses perforations ou ouvertures dans lesquelles, selon que les différentes tôles sont empilées,
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rivetées ou emmanchées à force, on insère les fils des bobines ou bien on noie ou insère des enroulements ou des barreaux.
Cependant, la fabrication de ces paquets de tôles est relativement coûteuse et délicate oar chaque perforation doit être découpée à l'aide d'un poinçon particulier ou bien pour réaliser, par une opération unique de découpage, toutes les perforations on doit prévoir des outillages très onéreux. Dans tous les cas, pour chaque .dimension et pour chaque forme de perforations, un outil spécial est nécessaire de sorte que pour la fabrication des tôles, il faut toujours avoir on réserve un grand nombre de ces poinçons.
Un autre inconvénient des paquets de tôle empilés antérieurement connus, réoide dans le fait qu'on ne peut pas utiliser rationnellement de tôles à grains orientés, c'est-à- dire présentant une direction magnétique préférentielle* Or, en utilisant des tôles à graine orientés pour la fabrication de neaux magnétiques, on pourrait améliorer, notablement, le rendement des dispositifs électromagnétiques; en effet, alors que les tôles magnétiques usuelles présentent un flux d'induction d'environ 14 000 Gauss seulement, on peut, avec des tôles à grains orientés, atteindre un flux d'induction d'environ 19 000 Gauss.
Toutefois, on ne peut tirer parti de ce flux d'induc- tion accru que si la direction magnétique préférentielle oor- repsond à la direction des lignes de force du dispositif à induction; mais pour les paquets constituée d'une façon classique, il n'est pas possible d'utiliser des tôles présen tant une direction magnétique préférentielle.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
Pour cela, on a proposé un dispositif électromagnétique à induction oaraotérisé en ce que les noyaux aimantés sont cons-
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tituba par des paquets de tôles, dont les tôles présentent, au moins, une direction magnétique préférentielle et qui sont montés de telle sorte que la direction électromagnétique préférentielle coïncide avec les lignes de force du dispositif à induotion.
Avantageusement, les noyaux aimantés se présentent sous la forme d'un "U" les extrémités des ailes constituant des sur- faces polaires. Les enroulements sont, alors, montés autour des ailes ou autour de l'âme du noyau.
De préférence, les enroulements peuvent être maintenue par des beos de retenue, des bourrelets ou des agencements simi- 1 laires prévus aux extrémités des branohes du noyau.
Les noyaux aimantés peuvent, avantageusement, se présenter sous la forme de segments de cercle de facon à prendre appui, les uns contre les autres à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique, ou bien ils peuvent être serrés ou collés dans une ou plusieurs couronnes de retenue,celles-ci pouvant présen- ter des évidements ou des saillies. Il est possible, également, de disposer plusieurs paquets de tôles côte à côte, ou l'un dans l'autre, à la façon d'un jeu de construction, pour augmenter ainsi le rendement du dispositif.
En outre, pour différentes applications,il est apparu avantageux d'insérer entre les noyaux à paquet de tôles des aimants permanents qui ont pour rôle de maintenir le magnétisme.
Lorsque l'on oombine des aimante permanents et des électro- aimants, les aimants permanents peuvent donner une charge de base fixe tandis que les.électro-aimants engendrent une exclitation supplémentaire variable; l'électro-aimant pouvant, également, travailler en opposition avec l'aimant permanent, de sorte que l'excitation peut devenir nulle.
Le courant destiné à l'excitation électromagnétique supplémentaire est, avantageusement, fourni par un appareil de branchement auxiliaire ou par une dynamo auxiliaire d'un moteur
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d'entrainement une batterie, un réseau extérieur ou une gêné- ratrice spéciale.
Dans le soudage électrique, par exemple, on obtient des résultats avantageusement surprenants en augmentant la tension par intermittences ou loro de l'approche de l'électrode et de la pièce à souder; la capacité d'étincellage est notable- ment améliorée au moment déoisif. Mais, on peut aussi obtenir un effet analogue, sans excitation supplémentaire, à l'aide de moyens classiques ou au moyen de composants électroniques, de commandes par intermittences, par exemple.
Le dispositif électromagnétique à induction peut, aussi, présenter une structure dans laquelle le stator comporte des noyaux formés de paquets de tôles présentant une direction électromagnétique préférentielle tandis que le rotor est oons- titué par un matériau magnétique dans lequel sont insérés des aimante permanents et des enroulements. Mais les paquets de tôles peuvent, aussi inversement, être placés sur le rotor et les aimants permanents sur le stator, y compris une disposition à rotor extérieur.
Suivant un autre mode de réalisation préférée, le noyau aimanté est constitué par des bandes de tôle enroulées autour de l'axe du dispositif, en formant des replis constituant les surfaces polaires. Les noyaux aimantée fabriqués à partir de bandes de tôle enroulées en arc de cercle peuvent, également, être divisés en segments.
Le rotor peut être monté, de façon oonnue, sur un arbre central qui peut être oreux. Toutefois, il est apparu avantageux d'enfiler les paquets de tôles sur plusieurs tiges, par exemple quatre, qui sont montées dans des organes en matériaux non magnifiques, ce qui permet d'éviter les dériva- tions magnétiques. Ainsi, les tiges portant les paquets de tôles peuvent être montées dans des coussinets constitués par
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du caoutchoue, des matières synthétique de 1'aluminium pane' exemple ; les différentes tôles de chaque paquet étant emman- chées sur les tiges indépendamment les unes des autres.
Les tiges peuvent, aussi, servir simultanément de supports à des sileettes de vatilateus de refroidissemetn
L'invention sera mieux comprise si l'on Se réfête aux dessins en annexe qui en représentent, uniquement à tite d'exemple,
dee modes de réaliation préféres
Sur ces dessnje la figure 1 montre un stator dans lequel sont insérée des noyaux formée par des paquets de tôles dont les tôles pré sentent une direction électromagnétique préférentielle! la figure 2 montre lee ailes de deux noyaux voisine engagés dans un enroulement! la figure 3 montre les ailes de deux noyaux voisins, dont les surfaces polaires sont manies de rainures ..pour l'insertion d'enroulements) la figure 4 est un autre mode de réalisation des noyaux magnétiques en "U" d'un stator; la figure 5 montre une portion d'une couronne de retenue de noyaux; ' la figure 6 est une ooupe suivant la ligne VI-VI d'un noyau de la figure 4;
la figure 7 montre le rotor correspondant au stator de la figure 4 la figure 8 montre un dispositif de stator et de rotor dans lequel les noyaux du stator sont décalée de 90 la figure 9 montre un paquet de tôles correspondant au mode de réalisation de la figure 8;
la figure 10 montre un sitator à aimants permanente disposés entre les noyaux aimantés formés par des paquets de tôles;
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la figure 11 montre le rotor 40r ospondaù% au étalon de %A figure 10 la figure 19 et une coupe euivant la ligné XII*3S:
I de la figure 111 la figure 15 montre la dispositîoû ao iantw permanente et des d'un w%of par un mat4riau magndtiquel la figure 14 est un utr. tho4b de r'.1ijition du dispositif de la figure 151 la figure lb montre un dispositif 1 .ta10r e% k rotor lane lequel le noyau du stator est constitué par des bandes de tôle enroulées autour de l'axe central! 1 la figure 16 montre une disposition analogue à celle de la figure 15 dans laquelle lee noyaux de stator et de rotor sont formés de bandes de tôles enroulées; la figure 17 représente un mode d'utilisation de noyaux, suivant l'invention, dans un dispositif à entrefer axial; la figure 18 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 1;
la figure 19 montre un paquet de tôles de rotor enfile sur des tiges de retenue excentrées; la figure 20 montre, vue de face, une tôle du paquet de la figure 19.
Comme on peut le voir sur la figure 1, dans une carcase de stator 1 constituée par un métal ou une autre matière synthétique, par exemple, sont montés plusieurs
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noyaux aimantés en '?V",1..
Ces noyaux 8ot'oonst1tuéS par des tdlee 1 oupe'r- poeêeo-eoue la forme de paquets; les tdleo l comportant des "grains orientés", de sorte qu'elles présentent une direction électromagnétique préférentielle.
Tous les paquets sont courbés en forme de segment
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de cercle et, par conséquent, s'adaptent bien à la paroi
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dé la o.aee8. Les deux extrémités de chaque noyau sont coudas de sorte que chaque noyau présente deux extrémités dta1le 1 et 1 dont lee surfaces terminales 1 aonlt1tuent don surface$ polaire$.
Grâce à une forme de oe type, la dirootion 4l.otro- magn4ti,uo préférentielle des tdleep sur les surface$ polaires, est approximativement perpendiculaire au rotor, de aorte que la direction préférentielle coïncide avec la direction des lignes de force
Au besoin, plusieurs paquets de tôles peuvent,
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également).
dtre disposés côte à cote, ou l'un dans l'autree à la talon d'un jeu de construction# Toue les paquets de tôles peuvent présenter, les une ar rapport aux autres, une
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épaisseur égale ou des épaisseurs différontes, Alors que l'anneau extérieur de stator peut tiré constitue par de l'aluminium, du fer, des enroulements en tôle, de la matière synthétique munie d'armature., ou d'autres
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niatériaux appropries, les noyaux mont formés de bandes de t8l* enroulées l'une sur l'autre ou emmanchées, convenablement façonnées en segments et, au besoin par la suite, recuites et traitées. Puis, les segments sont réunis en un anneau;
par exemple,) au moyen d'une résine de coulée ou d'un moyen similaire, on les tourne, on lee rectifie ou on les traîne*
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gujf les extrm1t'8 d'ailée itlsoont plao6s des <!nfoulam<sn't!a 1. comme le montre, par'tiielltsientt la figue 2 dans le cas d'une machine à induction.
Chacun des enrouleaente efteerre les deux ailée jux-tapoeeea de deux noyaux voisin$$ Maie les enroulements peuvent, égalèmentt être engagea autour du milieu de chaque paquet de tdloo en OU"# et qui présente certaine avantagea au peint de vue de la fabir-
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cation. Toutefois, il est possible, égalent comme il .et
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indiqué sur la figure 30 d'aninager dans les euxtaetti polaire# des rainures µ dans lesquelles on insère des tnrôuKaénte MA représentés Les figures 4 à 6 montrent uh âu-ift h6àe dé tê.1ila- tion dans lequel les noyaux aimant', en "U" j.con.t1tu'. par des t8les lotexturdesnt sont bloquât dans un* eûur9M$ de retenue 10.
A cet effet# les noyaux aimant sot% pioôéh 4&1\. 460 évidelmente entre deux mo1t1'. de aouronne de .t'nu' 1& êt kj une vie permet le serrage de$ dernîbrëto ôomdm*o l'une Contre l'autre, afin que les noyaux, lifte 4ttâ .U!m'I'I perodet soient montra femeinent dama le stator* Les intètôtïôdê existant à odté des ailes 12 des noyaux, conâtîtuent dot otaux h air pour le refroidissement* Ici encore, dot enroulements 12 ; sont placés sur les ailes des noyaux.
La figure 7 montre le mode de réalisation appliqué à un rotor; les noyaux aimantés étant évidemment
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inversés, c'est-à-dîre que leurs ailes sont dirigées 'vers l'extérieur. La fixation des noyaux correspond au mode représenté sur la figure 6.
La figure 8 montre un rotor formé de deux roues
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polaires Il et 18 montées sur un arbre de r0%or'l3.
Les noyaux 20 du stator se présentent à nouveau en "U" mais sont décalés de 90 par- rapport au mode de réali- sation décrit plus haut, de sorte que les épancuissements polaires d'un noyau sont située dans un plan parallèlle à l'axe du rotor. Ici, encore les ailes Sortent des enrou-
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lements g%, u, La figure 9 montre, égaloitento en coupe# un paquet d'un noyau* sur les figures 10 k 12, on peut voir des roues
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.polaires dans lesquelles des aimants peraanents Pâ 80nt
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insérés entre les noyaux 24
La figure 10 montre l'application comme roue polaire d'une machine à pôles extérieurs, la figure 11 l'application comme rotor.
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Le nombre de pôles peut être quelconque mais les pôles doivent être prévue par paires, de façon à constituer, alternativement, un pôle "S" puis un pôle "N".
La fixation sans vis des noyaux est indiquée sur la figure 12 qui est une coupe d'un rotor. Les noyaux 24 sont maintenus par deux bagues de retenue 26 et 27 qui présentent, chacune à leur bord, un rebord faisant saillie vers l'intérieur 28. Pour obtenir un bon ajustement, les noyaux sont biseautés sur une forme homologue au fond 29 dans cette construction, également, les enroulements 30 sont placés autour des ailes des noyaux.
Dans tous les cas, il est possible de prévoir, à l'extrémité des ailes de noyau, des butées ou arrêts tels que des becs ou des bourrelets qui s'opposent au glissement des enroulements. On peut obtenir ces becs de retenue en déroulant, à nouveau, les paquets de tôle, ou au moyen d'équerres appropriées, insérées dans les paquets de tôle.
Les aimants permanente sont, avantageusement, formée d'aluminium, de laiton, de résine synthétique, de céramique ou de matières similaires que l'on introduit, par exemple, par coulée, par emmanchement ou par collage. On peut obtenir une construction encore plus robuste en enrobant les aimants perma- nents dans une matière synthétique avec des armatures stabili- satrioes.
Les figures 13 et 14 montrent un autre exemple de réalisation dans lequel la roue polaire excitatrice 31 est usinée dans la masse d'un matériau approprié ou par des paquets . de tôles spécialement façonnés. Les aimants permanente 32 sont diminués vers l'extérieur, en forme de coin, et sont disposée
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dans des évidements de forme correspondante, aménagés dans la roue polaire, de sorte que les aimants sont fermement maintenus au cours de la rotation, même sous l'action des forces qui tendent à les projeter vers l'extérieur (figure 13)
Mais on peut, également, aménager des rainures 32a dans la roue polaire ou dans les aimants permanents, ou bien prévoir des saillies au moyen desquelles on fixe les aimants permanents (figure 14); les enroulements 33 sont maintenus par des bourrelets 34 de la roue polaire.
La fabrication de roues polaires de ce type est très simple car il suffit de glisser les aimants permanents dans les évidements de la roue polaire; l'évidement est facile à usiner par fraisage et on peut utiliser des profilés étirés.
Par ailleurs, en combinant des électro-aimants avec des aimante permanente, on peut obtenir des résultats remarqua- bles
Ainsi, il est -possible de magnétiser, d'une façon secondaire, les épanouissements polaires sans dispositif spécial.
Principalement dans le soudage, les aimante permanente assurent la tension normale de marche à vide tandis que les électro-aimants peuvent engendrer une augmentation de cette tension de marche à vide par intermittence ou lors de l'approche de l'électrode de la pièce.
On peut aussi utiliser les électro-aimants pour un réglage continu.
Il est possible, également, de placer sur un arbre de rotor plusieurs roues polaires dont la première est équipée, par exemple, uniquement d'aimants permanente, la deuxième d'aimants permanents et d'électero-aminats et la troisième, uniquement d'électro-aimants; les différentes roues polaires
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pouvant entrer en action, au choix.
On peut aussi obtenir un fonctionnement similaire à l'aide d'un dispositif (figure 15) dans lequel le stator présente un noyau formé par un paquet de tôles 35 enroulé en spirale et disposé autour de l'axe central.
L'accroissement d'efficacité obtenu par des tôles à grain orienté provient du fait que ce paquet de tôles forme, en quelques points, des replis de sorte que l'on obtient des surfaces polaires 37 qui font saillie vers le rotor.
Le noyau de stator 35 et le noyau de rotor 38 de la figure 16 sont tous deux constitués par des paquets de tôles convenablement enroulés.
De même dans l'exemple des figures 17 et 18, le noyau de stator 39 est fabriqué à part d'une tôle à direotion magné- tique préférentielle, enroulée en spirale. Le paquet de tôles ainsi formé est ooupé en son milieu de sorte que l'on obtient des surfaces polaires du type des noyaux en "U" mentionnés plus haut.
Comme le montre la figure 17, il est, ainsi, possible d'utiliser, également, les noyaux suivant l'invention dans des dispositifs à entrefer axial.
La figure 18 représente une élévation latérale de la surface polaire 40 du noyau 39 qui permet de voir les rainures
41 destinées aux enroulements 42 Le noyau de stator coopère aveo le noyau de rotor 3 qui porte des enroulements 44.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 19, le paquet de tôles de rotor 45 est monté sur quatre tiges de retenue 46 Ces tiges sont fixées sur une monture 47 qui présente un trou central 48 avantageusement conique, pour permettre son engagement sur le bout d'arbre d'un moteur non représenté.
Les tiges 46 sont montées dans des coussinets 49 comportant une armature non magnétique, 50 de préférence
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élastique. Cette armature peut être constituée, par exemple, par du caoutchouc, une matière synthétique, de l'aluminium ou un autre matériau; le coussinet à armature évite les dériva- tions magnétiques qui pourraient autrement se manifester par la monture 47 'Une disposition analogue, pour le soutien des tiges 46, pourrait être prévue à leurs extrémités opposées par lesquelles elles sont engagées dans un plateau de retenue 512 constituant, simultanément, le support des corps de glissement 52
Comme le montre la figure 19, les tiges 476 peuvent aussi servir de supports à des ailettes de ventilateur 53 fixés sur une monture 54 constituée, également, par un matériau non oonduoteur.
Sur la figure 20, on peut voir une tôle du paquet 45; cette tôle comporte quatre trous 55 permettant de la monter sur les tiges 46 Avantageusement, on glisse les tôles individuel- lement et indépendamment sur lez tiges. Dans ce mode de réali- sation comportant plusieurs tiges de retenue excentrées, on estime, comme particulièrement avantageux, le fait que les centres dea tôles ne sont pas percées, de sorte que le flux magnétique peut circuler sans entrave.