CH330597A - Rotating electromagnetic machine, usable in particular as a brake - Google Patents

Rotating electromagnetic machine, usable in particular as a brake

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CH330597A
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Aubry Et Simonin Ets
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/02Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type
    • H02K49/04Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type
    • H02K49/043Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type with a radial airgap

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)

Description

  

  Machine électromagnétique rotative,     utilisable    notamment comme     frein       La présente invention a pour objet une  machine électromagnétique rotative, utilisable  notamment comme frein.  



  Cette machine est caractérisée en ce qu'elle  comporte au moins un stator fixe constituant  un inducteur, comprenant une bobine d'exci  tation et une série de pôles de polarités alter  nées, régulièrement espacés à la périphérie du  stator, et un rotor cylindrique creux susceptible  d'être entraîné en rotation, en métal conducteur  et magnétique, enveloppant le stator à faible  distance de celui-ci, et coaxial avec lui, ledit  rotor étant pourvu de perforations régulière  ment réparties suivant des génératrices pour       former    des rangées rectilignes délimitant des  bandes pleines constituant des conducteurs rec  tilignes de forte section     parcourus,    lors de la  rotation du rotor, par des courants de forte in  tensité produisant un couple résistant agissant  sur le rotor.  



  Le dessin annexé représente, à titre d'exem  ple, une forme d'exécution de la machine objet  de l'invention.  



  La     fig.    1 est une vue en bout de cette forme  d'exécution, avec coupe partielle.  



  La     fig.    2 est une coupe longitudinale, sui  vant la ligne 2-2 de la     fig.    1.  



  La     fig.    3 est une vue éclatée de la machine,  les paliers d'extrémité ayant été disposés     au-          dessous    des parties magnétiques pour permet-         tre    une représentation à plus grande échelle  de toutes les pièces de la machine.    Les     fig.    4 à 7 sont des     vues    développées  des pôles du stator et des lignes de perfora  tions du rotor, pour diverses positions succes  sives du rotor, l'ensemble étant supposé vu de  l'intérieur de la machine.  



  La machine rotative représentée est symé  trique par rapport à l'axe géométrique de rota  tion     XX,    et par rapport à un plan perpendicu  laire à cet axe. Elle comprend essentiellement  deux stators     S,    S' identiques et symétriquement  disposés et supportés à un     certain    écartement  l'un de l'autre par des supports 1. Ces stators  supportent des paliers 2 munis de roulements à  billes et à rouleaux 3 dans lesquels     tourillônne     un arbre 4, sur le milieu duquel est claveté le.  rotor double R. Cet arbre traverse     axialement     les stators dans lesquels il tourne librement.

    Chacun des stators comprend deux pièces po  laires 5 et 6 en matériau magnétique ; la pièce  polaire 5 comprend un noyau cylindrique 7  alésé pour le passage de l'arbre 4 et muni d'une  douille de centrage 8 destinée à s'engager dans  la pièce polaire 6, et une série de pôles 9. Dans  l'exemple représenté, ces pôles sont au nombre  de douze. Chacun de ces pôles comprend une  portion constituée par un bras radial 10 et une  portion 11 à     90o    de celle-ci, parallèle à l'axe et  dirigée vers le stator 6. Cette portion en forme      de dent, se termine en biseau en 12.

   La pièce  polaire 6, opposée à la pièce polaire 5 est de  forme analogue, mais ne     comporte    pas de noyau  7 ni de douille de centrage 8 ; son alésage cen  tral 13 est de diamètre suffisant pour recevoir  la douille de centrage 8 de la pièce 5. Les in  tervalles entre pôles sont tels que lorsque les  pièces 5 et 6 sont rapprochées et assemblées,  par exemple au moyen de tiges filetées 14 et  d'écrous 15 qui peuvent également servir à  fixer les paliers 2, les dents 11 de chaque pièce  s'intercalant entre les dents 11 de l'autre, des  entrefers égaux étant ménagés entre les deux  séries de dents. L'écartement entre les deux  pièces est déterminé par le noyau 7.

   L'ensem  ble ainsi formé par ces deux pièces forme une  sorte de cage dont l'espace annulaire interne  est occupé par une bobine d'excitation     toroï-          dale    15, l'axe des spires étant l'axe     XX,    de       sorte    que le flux de cette bobine est dirigé pa  rallèlement à cet axe. Cette bobine comporte  deux fils d'extrémités 16 reliés à deux bornes  fixes (non représentées) permettant d'alimen  ter la bobine en courant continu. Les pièces 5  et 6 sont donc de polarités opposées ; tous les  pôles de la pièce 5 seront donc d'une certaine  polarité, et tous les pôles de la pièce 6, de  la polarité inverse. On a donc sur le pourtour  de la cage fixe constituant le stator, une série  de pôles de polarités alternées.

   Toutefois, les  réluctances des entrefers sont relativement éle  vées ; ceci résulte notamment du fait que les  faces latérales des pôles opposés voisins ne se  font face que sur une portion de leurs sur  faces, en raison de leurs formes triangulaires       inversées    l'une par rapport à l'autre. Les flux  de fuite (passant directement d'un pôle aux pô  les voisins) sont donc relativement minimes,  et la majeure partie du flux se ferme par le ro  tor ci-après décrit.  



  Bien entendu, tout ce qui a été précisé au  sujet d'un stator est valable pour l'autre, puis  que ces deux ensembles symétriquement dis  posés, sont identiques.  



  La fixation des stators sur les supports 1       s'effectue    par exemple au moyen de vis la se  vissant dans des trous taraudés ménagés dans  certains des pôles des stators.    Le rotor double R, symétrique par rap  port à un plan médian perpendiculaire à l'axe       XX,    comporte une roue 21 clavetée sur l'arbre  4, celui-ci pouvant être     entraîné    au moyen de  poulies ou de pignons fixés sur les extrémités  cannelées 22. Sur la jante 21a de la roue 21  est fixé un cylindre 23, en métal magnétique et  conducteur, tel que l'acier, s'étendant de part  et d'autre de la jante pour coiffer les stators.  



  Les entrefers entre le cylindre 23 et les sta  tors et l'épaisseur du     cylindre    sont déterminés  de telle manière que la réluctance des tronçons  du cylindre compris entre deux pôles voisins  soit très inférieure à celle de l'entrefer entre  deux pôles de polarités opposées.  



  Le     flux    de chaque pôle se divise évidem  ment en deux parties dirigées respectivement  vers chacun des pôles adjacents : le rotor est  donc traversé par un champ magnétique varia  ble le long de la périphérie du rotor, la machine  étant à l'arrêt.  



  Le cylindre est divisé en bandes par des  séries de perforations 24 réparties suivant des  génératrices régulièrement espacées. Les- ban  des ainsi délimitées constituent de véritables  conducteurs et également des portions de cir  cuits magnétiques ; les bandes comportant des  rangées de trous constituent, au contraire, des  portions à grande réluctance.  



  Le cylindre est donc constitué par un en  semble de conducteurs à fortes sections se dé  plaçant dans le champ magnétique des stators.  Ces conducteurs sont donc parcourus par des  courants induits qu'on peut déterminer avec pré  cision lorsqu'on connaît la résistivité et la per  méabilité du métal employé. Les sections des  conducteurs étant relativement grandes, l'inten  sité des courants ainsi produits peut atteindre  une valeur élevée et produire par effet Joule  un dégagement intense de chaleur. En même  temps, il apparaît un couple résistant qui peut  atteindre une grande valeur.  



  Pour donner à ce couple une valeur plus  constante, on donne aux pôles une section tra  pézoïdale (celle-ci étant observée de l'extérieur  de la machine), comme visible sur la     fig.    3 et  sur les développements d'un stator et d'un demi-      rotor représentés aux     fig.    4 à 7. Dans l'exemple  représenté, la tangente du demi-angle au som  met est égale à environ 0,1. Les entrefers sont  donc représentés par des fentes obliques par  rapport à l'axe de la machine, donc obliques  par rapport aux rangées de perforations du  rotor.  



  D'après la     fig.    4, on voit que l'écart<I>AB</I>  entre deux rangées de perforations est égal aux  2/3 du pas polaire<I>AC ;</I> en d'autres termes, il  existe trois   conducteurs     v    entre deux pôles  nord (ou deux pôles sud) consécutifs. Lorsqu'un  entrefer est recouvert par une bande pleine,  l'entrefer voisin est recouvert par une bande  perforée.  



  La     fig.    5 montre le rotor dans une position  correspondant à la fermeture de l'entrefer<I>El</I>  par une bande sans perforations et la réluc  tance est minima ; sur la     fig.    7, l'entrefer<I>El</I>  est recouvert par une bande perforée ; donc,  la réluctance est maxima ; la     fig.    6 correspond  à une position intermédiaire.  



  Il résulte de cette disposition que le couple  est remarquablement constant pour une inten  sité d'excitation donnée.  



  Pour permettre une dissipation plus impor  tante d'énergie calorifique, le rotor est muni  sur sa périphérie de nervures ou ailettes de  ventilation 31.  



  Lorsque le rotor est entraîné en rotation,  il suffit donc d'alimenter les bobines d'exci  tation des stators pour     obtenir    un couple résis  tant freinant le dispositif entraînant l'arbre 4 ;  ce couple peut être commandé par simple va  riation du courant d'excitation. Toutefois, il  décroît avec la vitesse et ne peut permettre d'ar  rêter complètement le dispositif d'entraînement.  La machine décrite peut donc être avantageu  sement utilisée comme frein ralentisseur sur des  véhicules ou machines de types divers.  



  L'excitation peut notamment être comman  dée, manuellement ou automatiquement.  Bien entendu, le rotor pourrait être entraî  né, non pas nécessairement par son arbre, mais  par sa périphérie, par exemple au moyen d'une  couronne dentée montée sur le cylindre. Le       fluide    de refroidissement pourrait être constitué    par un liquide : ce liquide pourrait être intro  duit par un arbre creux et circuler à l'intérieur  du rotor.



  Rotary electromagnetic machine, usable in particular as a brake The present invention relates to a rotary electromagnetic machine, usable in particular as a brake.



  This machine is characterized in that it comprises at least one fixed stator constituting an inductor, comprising an excitation coil and a series of poles of alternating polarities, regularly spaced at the periphery of the stator, and a hollow cylindrical rotor capable of to be driven in rotation, in conductive and magnetic metal, enveloping the stator at a short distance from the latter, and coaxial with it, said rotor being provided with perforations regularly distributed along generatrices to form rectilinear rows delimiting solid bands constituting rec tilinear conductors of large section through which, during the rotation of the rotor, high current currents produce a resistive torque acting on the rotor.



  The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the machine which is the subject of the invention.



  Fig. 1 is an end view of this embodiment, with partial section.



  Fig. 2 is a longitudinal section taken along line 2-2 of FIG. 1.



  Fig. 3 is an exploded view of the machine, the end bearings having been arranged below the magnetic parts to allow a larger scale representation of all the parts of the machine. Figs. 4 to 7 are developed views of the poles of the stator and of the lines of perforations of the rotor, for various successive positions of the rotor, the whole being supposed to be seen from the inside of the machine.



  The rotary machine shown is symmetrical with respect to the geometric axis of rotation XX, and with respect to a plane perpendicular to this axis. It essentially comprises two stators S, S 'identical and symmetrically arranged and supported at a certain distance from each other by supports 1. These stators support bearings 2 provided with ball and roller bearings 3 in which a journal shaft 4, on the middle of which the. double rotor R. This shaft passes axially through the stators in which it rotates freely.

    Each of the stators comprises two polar parts 5 and 6 of magnetic material; the pole piece 5 comprises a cylindrical core 7 bored for the passage of the shaft 4 and provided with a centering sleeve 8 intended to engage in the pole piece 6, and a series of poles 9. In the example shown , these poles are twelve in number. Each of these poles comprises a portion constituted by a radial arm 10 and a portion 11 at 90o thereof, parallel to the axis and directed towards the stator 6. This tooth-shaped portion ends in a bevel at 12.

   The pole piece 6, opposite the pole piece 5, is of similar shape, but does not include a core 7 or a centering sleeve 8; its central bore 13 is of sufficient diameter to receive the centering sleeve 8 of the part 5. The intervals between poles are such as when the parts 5 and 6 are brought together and assembled, for example by means of threaded rods 14 and d 'nuts 15 which can also be used to fix the bearings 2, the teeth 11 of each part being inserted between the teeth 11 of the other, equal gaps being formed between the two series of teeth. The distance between the two parts is determined by the core 7.

   The assembly thus formed by these two parts forms a sort of cage, the internal annular space of which is occupied by a toroidal excitation coil 15, the axis of the turns being the axis XX, so that the flow of this coil is directed pa rally to this axis. This coil has two end wires 16 connected to two fixed terminals (not shown) making it possible to supply the coil with direct current. Parts 5 and 6 are therefore of opposite polarities; all the poles of part 5 will therefore have a certain polarity, and all the poles of part 6, the reverse polarity. There is therefore on the periphery of the fixed cage constituting the stator, a series of poles of alternating polarities.

   However, the reluctances of the air gaps are relatively high; this results in particular from the fact that the lateral faces of the neighboring opposite poles face each other only on a portion of their surfaces, due to their triangular shapes inverted with respect to one another. The leakage flows (passing directly from one pole to the neighboring poles) are therefore relatively minimal, and the major part of the flow is closed by the ro tor described below.



  Of course, everything that has been specified about one stator is valid for the other, since these two symmetrically arranged sets are identical.



  The stators are fixed to the supports 1, for example, by means of screws 1a which are screwed into threaded holes made in some of the poles of the stators. The double rotor R, symmetrical with respect to a median plane perpendicular to the axis XX, comprises a wheel 21 keyed on the shaft 4, the latter being able to be driven by means of pulleys or pinions fixed on the splined ends 22 On the rim 21a of the wheel 21 is fixed a cylinder 23, made of magnetic and conductive metal, such as steel, extending on either side of the rim to cover the stators.



  The air gaps between the cylinder 23 and the sta tors and the thickness of the cylinder are determined in such a way that the reluctance of the sections of the cylinder included between two neighboring poles is much less than that of the air gap between two poles of opposite polarities.



  The flux of each pole is obviously divided into two parts directed respectively towards each of the adjacent poles: the rotor is therefore crossed by a variable magnetic field along the periphery of the rotor, the machine being stationary.



  The cylinder is divided into strips by series of perforations 24 distributed along regularly spaced generatrices. The bands thus delimited constitute real conductors and also portions of magnetic circuits; the bands comprising rows of holes constitute, on the contrary, high reluctance portions.



  The cylinder is therefore formed by a set of conductors with large sections moving in the magnetic field of the stators. These conductors are therefore traversed by induced currents which can be determined with precision when the resistivity and permeability of the metal used are known. The cross-sections of the conductors being relatively large, the intensity of the currents thus produced can reach a high value and produce, by the Joule effect, an intense release of heat. At the same time, a resistant torque appears which can reach a great value.



  To give this torque a more constant value, the poles are given a trapezoidal section (this being observed from outside the machine), as can be seen in fig. 3 and on the developments of a stator and of a half-rotor shown in FIGS. 4 to 7. In the example shown, the tangent of the half-angle at the top is equal to approximately 0.1. The air gaps are therefore represented by slits oblique with respect to the axis of the machine, and therefore oblique with respect to the rows of perforations of the rotor.



  According to fig. 4, we see that the difference <I> AB </I> between two rows of perforations is equal to 2/3 of the pole pitch <I> AC; </I> in other words, there are three conductors v between two consecutive north poles (or two south poles). When an air gap is covered by a solid strip, the neighboring air gap is covered by a perforated strip.



  Fig. 5 shows the rotor in a position corresponding to the closing of the air gap <I> El </I> by a strip without perforations and the reluctance is minimum; in fig. 7, the air gap <I> El </I> is covered by a perforated strip; therefore, the reluctance is maximum; fig. 6 corresponds to an intermediate position.



  It follows from this arrangement that the torque is remarkably constant for a given excitation intensity.



  To allow greater dissipation of heat energy, the rotor is provided on its periphery with ribs or ventilation fins 31.



  When the rotor is driven in rotation, it is therefore sufficient to supply the excitation coils of the stators in order to obtain a resistant torque which brakes the device driving the shaft 4; this torque can be controlled by simple variation of the excitation current. However, it decreases with speed and cannot completely stop the drive device. The machine described can therefore be advantageously used as a retarding brake on vehicles or machines of various types.



  The excitation can in particular be controlled, manually or automatically. Of course, the rotor could be driven, not necessarily by its shaft, but by its periphery, for example by means of a ring gear mounted on the cylinder. The cooling fluid could consist of a liquid: this liquid could be introduced through a hollow shaft and circulate inside the rotor.

 

Claims (1)

REVENDICATION Machine électromagnétique rotative, utili sable notamment comme frein, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un stator fixe constituant un inducteur, comprenant une bo bine d'excitation et une série de pôles de pola rités alternées, régulièrement espacés à la pé riphérie du stator, et un rotor cylindrique creux susceptible d'être entraîné en rotation, en mé tal conducteur et magnétique, enveloppant le stator à faible distance de celui-ci, et coaxial avec lui, CLAIM Rotary electromagnetic machine, used in particular as a brake, characterized in that it comprises at least one fixed stator constituting an inductor, comprising an excitation coil and a series of poles of alternating polarity, regularly spaced at the periphery of the stator, and a hollow cylindrical rotor capable of being driven in rotation, in conductive and magnetic metal, enveloping the stator at a short distance from the latter, and coaxial with it, ledit rotor étant pourvu de perfora tions régulièrement réparties suivant des géné ratrices pour former des rangées rectilignes dé limitant des bandes pleines constituant des conducteurs rectilignes de forte section par courus, lors de la rotation du rotor, par des courants de forte intensité produisant un cou ple résistant agissant sur le rotor. SOUS-REVENDICATIONS 1. said rotor being provided with perforations regularly distributed along generators to form rectilinear rows of limiting solid bands constituting rectilinear conductors of large section by running, during rotation of the rotor, by high intensity currents producing a peak resistant acting on the rotor. SUB-CLAIMS 1. Machine électromagnétique suivant la revendication, caractérisée en ce que le stator est formé de deux pièces polaires, chacune de ces pièces polaires comportant un alésage axial cylindrique et une série de bras radiaux coudés dont les portions d'extrémité forment une sé rie de dents parallèles à l'axe de la machine, .les deux pièces étant disposées en regard l'une de l'autre et décalées angulairement de telle façon que chaque dent de l'une s'intercale en tre d'eux dents de l'autre sans les toucher, de manière à former une cage annulaire dans la quelle est logée la bobine d'excitation, celle-ci étant coaxiale avec le stator. 2. Electromagnetic machine according to claim, characterized in that the stator is formed from two pole pieces, each of these pole pieces comprising a cylindrical axial bore and a series of bent radial arms, the end portions of which form a series of teeth parallel to each other. the axis of the machine, .the two parts being arranged facing each other and angularly offset so that each tooth of one is inserted between them being teeth of the other without them. touch, so as to form an annular cage in which the excitation coil is housed, the latter being coaxial with the stator. 2. Machine électromagnétique suivant la revendication, caractérisée en ce qu'elle est sy métrique et comporte deux stators coaxiaux identiques symétriquement disposés et un seul rotor double de forme symétrique coiffant cha cun desdits stators, le rotor étant monté sur un arbre d'entraînement traversant les deux stators; 3. Machine électromagnétique suivant la revendication, caractérisée en ce que les sec tions de chaque pôle, vues de la périphérie du stator, sont de forme trapézoïdale, les entrefers séparant deux pôles voisins formant ainsi des fentes inclinées par rapport aux génératrices du rotor. 4. Electromagnetic machine according to claim, characterized in that it is sy metric and comprises two identical coaxial stators symmetrically arranged and a single symmetrically shaped double rotor covering each of said stators, the rotor being mounted on a drive shaft passing through the two stators; 3. Electromagnetic machine according to claim, characterized in that the sections of each pole, seen from the periphery of the stator, are trapezoidal in shape, the air gaps separating two neighboring poles thus forming slits inclined relative to the generatrices of the rotor. 4. Machine électromagnétique suivant la revendication, caractérisée en ce que l'écart en- tre deux lignes de perforations consécutives sur le rotor est égal au 2/3 de l'écart entre deux pôles consécutifs sur le stator. 5. Machine électromagnétique suivant la revendication, caractérisée en ce que le rotor est muni, sur son pourtour, d'ailettes de re froidissement. Electromagnetic machine according to claim, characterized in that the distance between two lines of consecutive perforations on the rotor is equal to 2/3 of the distance between two consecutive poles on the stator. 5. Electromagnetic machine according to claim, characterized in that the rotor is provided, on its periphery, with cooling fins.
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