Machine rotative électromagnétique La présente invention concerne une machine rotative électromagnétique, notamment susceptible de fonctionner comme embrayage et variateur de cou <U>ple</U> et/ou comme frein.
La machine rotative suivant l'invention est carac térisée en ce qu'elle comprend au moins un électro aimant et un support rotatif en matière amagnétique relié<B>à</B> un arbre tourillonné dans l'axe géométrique de cet électro-aimant, ce support présentant un ou plusieurs axes placés entre les pôles de l'électro aimant, chaque axe portant un noyau annulaire en matiùre magnétique pouvant tourner fou sur cet axe et dont la face orientée vers l'électro-aimant est gar nie d'une pellicule de matière lubrifiante diamagné- tique.
Si l'électro-aimant est mobile, il peut être calé sur un arbre rotatif, l'alimentation de la bobine de cet électro-aimant en courant électrique pouvant s'effec tuer par exemple par bagues collectrices. Dans ce cas, l'excitation de la bobine établit un couplage an gulaire entre les deux arbres de l'électro-aimant et du support, et la machine fonctionne comme un em brayage ou un variateur de couple, selon le degré d'excitation de la bobine.
Si l'électro-aimant est fixe, l'excitation de la bo bine tend<B>à</B> immobiliser le support par rapport<B>à</B> cet électro-aimant fixe et la machine fonctionne alors comme frein.
Suivant une autre variante de réalisation, cette machine peut également constituer un embrayage si l'électro-aimant est fixe et si l'on interpose entre cet électro-aimant et le support amagnétique portant le ou les noyaux annulaires un plateau magnétiquement polarisable calé sur un arbre rotatif qui doit être cou <B>plé</B> angulairement <B>à</B> l'arbre du support.
Dans les dessins annexés sont représentées,<B>à</B> titre d'exemples, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention. La fig. <B>1</B> est une vue en coupe diamétrale de la première forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue de face du support rotatif de la, machine représentée sur la fig. <B>1,</B> un seul noyau annulaire étant représenté.
La fig. <B>3</B> est une vue en coupe diamétrale de la deuxième forme d'exécution.
La fig. 4 est une vue de face d'un plateau pola- risable de la machine représentée sur la fig. <B>3.</B> Suivant la forme d'exécution représentée sur les fig. <B>1</B> et 2, l'arbre<B>1,</B> qui est entraîné par un moteur quelconque, porte un électro-aimant 2, claveté sur cet arbre comm indiqué en 2a. On a montré en<B>2b</B> la bobine de cet électro-aimant, dont l'alimentation est assurée par des bagues collectrices<B>3.</B> Cette ma chine comporte également un électro-aimant fixe<B>7,</B> dont la bobine est indiquée en<B>7b.</B>
Un support<B>6</B> en matière amagnétique est angu- lairement solidaire d'un arbre 6a, qui peut former un arbre d'utilisation ou qui peut être relié<B>à</B> un tel ar bre. Cet arbre 6a est tourillonné dans les carcasses des électro-aimants 2 et<B>7</B> par des roulements ou pa- hers <B>6b.</B> Le support<B>6</B> est par exemple en matière plastique et, suivant la forme de réalisation représen tée, il est venu de moulage avec l'arbre d'utilisation <I>6a.</I>
Le support<B>6</B> présente, entre les pôles des électro- aimants 2,<B>7,</B> des paires d'axes<B><I>5,</I></B><I> 5a.</I> Les axes<B>5</B> sont dirigés vers rélectro-aimant 2, tandis que les axes 5a sont dirigés vers l'électro-aimant<B>7.</B> Ces axes servent au montage<B>à</B> rotation de noyaux annu laires 4, 4a en matière magnétique. Comme visible sur la fig. <B>1,</B> des parties de chaque noyau se trouvent en face des pôles Nord et Sud engendrés dans la car casse de chaque électro-aimant par rexcitation de sa bobine.
Selon la puissance que l'on désire utiliser<B>à</B> partir d7un électro-aimant donné, on peut prévoir une ou plusieurs paires d'axes<B><I>5,</I></B><I> 5a</I> et une ou plu sieurs paires de noyaux annulaires 4, 4a. Un seul axe et un seul noyau ont été représentés sur la fig. 2.
Suivant la forme d'exécution que montre la fic, <B>1</B> les noyaux magnétiques 4, 4a sont des noyaux pleins, qui sont montés de façon<B>à</B> pouvoir tourner fous sur les axes<B><I>5,</I></B><I> 5a,</I> les dimensions de ces axes et de ces noyaux étant calculées de façon<B>à</B> permettre un léger débattement axial des noyaux sur les axes, afin de supprimer toute friction mécanique inutile quand l'électro-aimant conjugué est au repos. Toutefois, ce débattement axial sera maintenu de préférence<B>à</B> une faible valeur, afin d'éviter des chocs nuisibles<B>à</B> la tenue des matériaux au moment de l'excitation des électro-aimants.
Les noyaux pleins 4, 4a peuvent présenter toute composition désirée, de caractère magnétique, et ils sont garnis sur leur face dirigée vers l'électro-aimant conjugué d7une très mince pellicule de matière lubri fiante, par exemple de bisulfure de molybdène, de caractère diamagnétique.
Les noyaux pleins représentés pourraient être remplacés, si désiré, par des roulements ou des bu tées analogues, capables de remplir par leur carac tère magnétique une fonction équivalente<B>à</B> celle des noyaux pleins, c'est-à-dire de compléter le trajet du flux magnétique engendré lors<B>de</B> l'excitation de la bobine de chaque électro-aimant.
Le fonctionnement<B>de</B> cette machine est le<B>sui-</B> vant: on étudiera tout d'abord le fonctionnement de la partie de la machine formant embrayage et varia teur de couple. Lors de rexcitation de la bobine<B>2b</B> de l'électro-aimant 2, un flux magnétique est engen dré dans la carcasse de cet électro-aimant, comme indiqué précédemment, en formant des pôles Nord et Sud, et le circuit magnétique est complété<B>à</B> travers chaque noyau 4 qui subit alors une polarisation,<B>à</B> travers l'entrefer matériel extrêmement étroit cons titué par la pellicule de lubrifiant.
La production de pôles Nord et Sud dans les parties des noyaux 4 qui se trouvent en face des pôles Nord et Sud formés sur la carcasse provoque la rotation de ces noyaux 4 au tour de leurs axes<B>5,</B> en même temps qu'une attrac tion électromagnétique<B>à</B> travers la pellicule de lubri fiant portée par ces noyaux. On conçoit que cette rotation du noyau renouvelle continuellement cette pellicule de lubrifiant, en réduisant la friction méca nique.
L'attraction magnétique précitée établit un ac couplement angulaire entre rarbre <B>1</B> et le support<B>6,</B> par suite du couple résultant de l'effet d7entraînement exercé par les noyaux annulaires 4 sur les axes ex centrés<B>5</B> du support. Le degré d'excitation de la bobine<B>2b</B> détermine l'amplitude de rattraction ma gnétique produite et, en fonction du couple résistant appliqué<B>à</B> l'arbre 6a, le glissement entre rélectro- aimant 2 et le support<B>6,</B> de sorte que cette partie de la machine fonctionne en variateur de couple. La rotation des noyaux 4 se poursuit jusqu'au collage complet de ces noyaux contre la carcasse<B>de</B> l'électro aimant.
Uautre partie de la machine, qui Icomprend l'électro-aimant fixe<B>7,</B> travaille comme frein. Le fonctionnement est analogue<B>à</B> celui décrit précédem ment pour la partie embrayage de cette machine. Le freinage peut être plus ou moins rapide, selon le degré d'excitation<B>de</B> la bobine<B>7b.</B>
Si désiré, on peut placer un ressort entre les noyaux 4,<I>4a</I> et le support<B>6.</B> Ce ressort a pour but de maintenir les faces lubrifiées des noyaux parallèles aux faces des électro-aimants. On peut prévoir<B>à</B> cet effet des ressorts plats, en spirale ou de forme géo métrique quelconque, favorisant une pression cons tante et une portée parallèle des surfaces en con tact.
Le support magnétique peut être en métal, en alliage ou en matière plastique, et il présente une résistance mécanique fournissant la marge de sécurité nécessaire pour supporter les efforts auquel il est destiné.
Sur les fig. <B>3</B> et 4, on a représenté une machine formant embrayage, comportant un électro-aimant fixe. Uarbre moteur 21 est tourillonné ici par des roulements 2la dans l'électro-aimant 22, qui est fixe et dont la bobine<B>22b</B> est alimentée<B>à</B> travers un orifice<B>15.</B> Uarbre moteur 21 présente,<B>à</B> son extré mité, une partie de plus grand diamètre<B>8,</B> dont est angulairement solidaire un plateau polarisable dési gné d7une façon générale par la référence 12.
On a indiqué en<B>26</B> un support en matière amagnétique qui est analogue<B>à</B> celui représenté sur les fig. <B>1</B> et 2 et qui est rendu solidaire d'un arbre d'utilisation 26a, ce support étant centré par des paliers ou roulements <B>26b.</B> Le support<B>26</B> présente des axes excentrés<B>25</B> servant au montage de noyaux annulaires rotatifs 24 comme précédemment.
Comme visible sur les fig. <B>3</B> et 4, le plateau polarisable 12 présente une couronne magnétique in terne<B>9,</B> une couronne magnétique externe 9a et une couronne amagnétique médiane<B>10.</B> Des orifices<B>11,</B> <I>l la</I> sont ménagés dans les couronnes<B>9</B> et<B>10,</B> com me montré sur la fig. 4, pour améliorer le refroidis sement.
Lors de l'excitation de la bobine<B>22b,</B> des pôles Nord et Sud sont engendrés dans le plateau 12, par polarisation de ce plateau, et comme précédemment, il en résulte une attraction magnétique des noyaux 24,<B>à</B> travers Pentrefer matérialisé par la pellicule de lubrifiant qui garnit leur face dirigée vers l'électro aimant 22 et le plateau 12, qui est interposé entre les noyaux 24 et l'électro-aimant 22. La polarisation des noyaux 24 provoque ici encore leur rotation, avec les mêmes résultats que ceux indiqués pour la ma chine visible sur les fig. <B>1</B> et 2.
<B>Il</B> est évident qu'on peut conjuguer ici<B>à</B> l'autre face du support<B>26</B> un électro-aimant et des noyaux, afin de réaliser un frein. On peut également incorpo rer<B>à</B> cet agencement des ressorts, comme indiqué précédemment. Les électro-aimants fixes ou rotatifs peuvent com porter deux ou plusieurs paires de pôles concentri ques ou alternés.
La puissance qui doit être contrôlée lors de l'ali mentation des bobines des électro-aimants des ma chines décrites est très faible. Ainsi, pour une ma chine travaillant en variateur de couple, la puissance <B>à</B> contrôler est inférieure<B>à</B> un dixième de watt par cheval-vapeur, tandis qu'elle est en moyenne d'un kilowatt par cheval-vapeur dans les dispositifs ordi naires<B>à</B> moteur<B>à</B> courant continu. Cette faible<B>puis-</B> sance de contrôle permet en particulier l'utilisation de dispositifs de commande électronique très simplifiés, <B>à</B> semi-conducteurs.
Les noyaux annulaires de la machine peuvent avoir une section transversale de forme géométrique quelconque, mais ils présenteront de préférence une forme cylindrique.
Ces noyaux peuvent être en matière magnétique quelconque. Une solution paraissant judicieuse con siste<B>à</B> utiliser des noyaux formés par des agglomérés de fer poreux. Les agglomérés utilisés sont impré gnés au préalable d'un lubrifiant diamagnétique,<B>gé-</B> néralement solide, par exemple de bisulfure<B>de</B> mo- lybdène ou d'une combinaison argent-bisulfure de molybdène. Du fait de la porosité, le lubrifiant re vient constamment<B>à</B> la surface pendant le fonction nement pour constituer une pellicule lubrifiante <B>( </B> auto-lubrification <B> ).</B> Les noyaux peuvent être trai tés directement pour faciliter cette auto-lubrification,
et si désiré, les surfaces portantes des électro-aimants peuvent subir des traitements analogues.
Une machine du type décrit présente de nom breuses possibilités d'applications. Elle peut travailler en transmetteur et limiteur de couple, en variateur de vitesse, en embrayage et en frein<B>à</B> action rapide ou ralentie. Elle peut être appliquée utilement<B>à</B> n'importe quelles constructions électromécaniques, par exemple aux machines de traction, aux appareils de levage, aux machines-outils, aux machines d'im primerie, etc., chaque fois qu'on a besoin d'un ré glage précis de la vitesse et d'une réponse réglable <B>à</B> volonté, tant dans la variation du couple ou de la vitesse que dans le freinage. Le petit volume des ma chines décrites et le très faible courant absorbé par rapport<B>à</B> la puissance transmise en augmentent en core l'intérêt.
The present invention relates to an electromagnetic rotary machine, in particular capable of functioning as a clutch and <U> ple </U> neck variator and / or as a brake.
The rotary machine according to the invention is characterized in that it comprises at least one electromagnet and a rotary support made of non-magnetic material connected <B> to </B> a shaft journaled in the geometrical axis of this electromagnet. , this support having one or more axes placed between the poles of the electromagnet, each axis carrying an annular core of magnetic material which can rotate freely on this axis and whose face facing the electromagnet is furnished with a film of diamagnetic lubricating material.
If the electromagnet is mobile, it can be wedged on a rotating shaft, the supply of the coil of this electromagnet with electric current being able to be effected for example by slip rings. In this case, the excitation of the coil establishes an angular coupling between the two shafts of the electromagnet and the support, and the machine functions as a clutch or a torque converter, depending on the degree of excitation. the coil.
If the electromagnet is fixed, the excitation of the coil tends <B> </B> to immobilize the support with respect to <B> </B> this fixed electromagnet and the machine then operates as a brake .
According to another variant embodiment, this machine can also constitute a clutch if the electromagnet is fixed and if one interposes between this electromagnet and the non-magnetic support carrying the annular core (s) a magnetically polarizable plate wedged on a rotating shaft which must be angled <B> bent </B> <B> to </B> the support shaft.
In the accompanying drawings are shown, <B> to </B> by way of examples, two embodiments of the object of the invention. Fig. <B> 1 </B> is a diametrical sectional view of the first embodiment.
Fig. 2 is a front view of the rotary support of the machine shown in FIG. <B> 1, </B> a single annular nucleus being shown.
Fig. <B> 3 </B> is a diametrical sectional view of the second embodiment.
Fig. 4 is a front view of a polarisable plate of the machine shown in FIG. <B> 3. </B> According to the embodiment shown in FIGS. <B> 1 </B> and 2, the shaft <B> 1, </B> which is driven by any motor, carries an electromagnet 2, keyed on this shaft as indicated in 2a. We have shown in <B> 2b </B> the coil of this electromagnet, the power of which is provided by slip rings <B> 3. </B> This machine also includes a fixed electromagnet < B> 7, </B> whose coil is indicated in <B> 7b. </B>
A support <B> 6 </B> made of non-magnetic material is angularly integral with a shaft 6a, which can form a use shaft or which can be connected <B> to </B> such a tree. This shaft 6a is journalled in the carcasses of the electromagnets 2 and <B> 7 </B> by bearings or brackets <B> 6b. </B> The support <B> 6 </B> is by example in plastic material and, according to the embodiment shown, it is molded with the use shaft <I> 6a. </I>
The support <B> 6 </B> has, between the poles of the electromagnets 2, <B> 7, </B> pairs of axes <B> <I> 5, </I> </ B > <I> 5a. </I> The axes <B> 5 </B> are directed towards electromagnet 2, while the axes 5a are directed towards the electromagnet <B> 7. </B> These axes are used for the <B> to </B> rotation mounting of annular cores 4, 4a made of magnetic material. As seen in fig. <B> 1, </B> parts of each nucleus are located opposite the North and South poles generated in the breakage of each electromagnet by re-excitation of its coil.
Depending on the power that one wishes to use <B> from </B> from a given electromagnet, one or more pairs of axes <B> <I> 5, </I> </B> can be provided. <I> 5a </I> and one or more pairs of annular nuclei 4, 4a. A single axis and a single core have been shown in FIG. 2.
According to the embodiment shown in the figure, <B> 1 </B> the magnetic cores 4, 4a are solid cores, which are mounted so <B> to </B> able to rotate freely on the axes < B> <I> 5, </I> </B> <I> 5a, </I> the dimensions of these axes and these cores being calculated in such a way <B> to </B> to allow a slight axial movement cores on the axes, in order to eliminate any unnecessary mechanical friction when the conjugate electromagnet is at rest. However, this axial movement will preferably be kept <B> at </B> a low value, in order to avoid impacts that are harmful <B> to </B> the resistance of the materials at the time of the excitation of the electromagnets. .
The solid cores 4, 4a can have any desired composition, of magnetic character, and they are lined on their face directed towards the conjugated electromagnet with a very thin film of lubricating material, for example of molybdenum disulphide, of diamagnetic character. .
The solid cores shown could be replaced, if desired, by bearings or similar stops, capable of fulfilling by their magnetic character a function equivalent <B> to </B> that of solid cores, that is to say say to complete the path of the magnetic flux generated during <B> </B> the excitation of the coil of each electromagnet.
The <B> </B> operation of this machine is as follows: we will first study the operation of the part of the machine forming the clutch and torque variator. When re-energizing the coil <B> 2b </B> of the electromagnet 2, a magnetic flux is generated in the carcass of this electromagnet, as indicated above, forming North and South poles, and the magnetic circuit is completed <B> through </B> through each core 4 which then undergoes a polarization, <B> through </B> through the extremely narrow material air gap formed by the film of lubricant.
The production of North and South poles in the parts of the 4 cores which are in front of the North and South poles formed on the carcass causes the rotation of these 4 cores around their axes <B> 5, </B> at the same time for electromagnetic attraction <B> through </B> through the film of lubricant carried by these cores. It will be understood that this rotation of the core continually renews this film of lubricant, reducing mechanical friction.
The aforementioned magnetic attraction establishes an angular coupling between rarbre <B> 1 </B> and the support <B> 6, </B> as a result of the torque resulting from the driving effect exerted by the annular cores 4 on the ex centered <B> 5 </B> axes of the support. The degree of excitation of the coil <B> 2b </B> determines the magnitude of magnetic attraction produced and, depending on the resistive torque applied <B> to </B> shaft 6a, the slip between electro - magnet 2 and the support <B> 6, </B> so that this part of the machine operates as a torque converter. The rotation of the cores 4 continues until the complete gluing of these cores against the carcass <B> of </B> the electromagnet.
The other part of the machine, which includes the fixed electromagnet <B> 7, </B> works as a brake. The operation is similar <B> to </B> that described above for the clutch part of this machine. Braking can be more or less rapid, depending on the degree of excitation <B> of </B> the coil <B> 7b. </B>
If desired, a spring can be placed between the cores 4, <I> 4a </I> and the support <B> 6. </B> The purpose of this spring is to keep the lubricated faces of the cores parallel to the faces of the electro - magnets. Flat, spiral or geometrically shaped springs can be provided <B> to </B> for this effect, promoting constant pressure and a parallel range of the surfaces in contact.
The magnetic support can be made of metal, alloy or plastic, and it has a mechanical strength providing the necessary safety margin to withstand the forces for which it is intended.
In fig. <B> 3 </B> and 4, there is shown a machine forming a clutch, comprising a fixed electromagnet. The motor shaft 21 is journalled here by bearings 2a in the electromagnet 22, which is stationary and whose coil <B> 22b </B> is fed <B> through </B> through an orifice <B> 15 . </B> The motor shaft 21 has, <B> at </B> its end, a part of larger diameter <B> 8, </B> which is angularly secured to a polarizable plate designated in a general way by reference 12.
A support made of non-magnetic material has been indicated at <B> 26 </B> which is similar <B> to </B> that shown in FIGS. <B> 1 </B> and 2 and which is made integral with a use shaft 26a, this support being centered by bearings or bearings <B> 26b. </B> The support <B> 26 </ B> has eccentric axes <B> 25 </B> serving for mounting rotary annular cores 24 as before.
As can be seen in fig. <B> 3 </B> and 4, the polarizable plate 12 has an internal magnetic crown <B> 9, </B> an external magnetic crown 9a and a median non-magnetic crown <B> 10. </B> orifices <B> 11, </B> <I> l la </I> are made in the crowns <B> 9 </B> and <B> 10, </B> as shown in fig. 4, to improve cooling.
During the excitation of the coil <B> 22b, </B> the North and South poles are generated in the plate 12, by polarization of this plate, and as before, this results in a magnetic attraction of the cores 24, < B> to </B> through the gap materialized by the film of lubricant which lines their face directed towards the electromagnet 22 and the plate 12, which is interposed between the cores 24 and the electromagnet 22. The polarization of the cores 24 here again causes their rotation, with the same results as those indicated for the machine visible in FIGS. <B> 1 </B> and 2.
<B> It </B> is obvious that we can combine here <B> to </B> the other side of the support <B> 26 </B> an electromagnet and cores, in order to achieve a brake. This arrangement of the springs can also be incorporated <B> to </B>, as indicated above. Fixed or rotating electromagnets may have two or more pairs of concentric or alternating poles.
The power which must be controlled when supplying the coils of the electromagnets of the machines described is very low. Thus, for a machine working in a torque converter, the power <B> to </B> to control is less than <B> than </B> a tenth of a watt per horsepower, while it is on average d 'one kilowatt per horsepower in ordinary direct current <B> </B> motor <B> </B> devices. This low <B> control power </B> allows in particular the use of very simplified electronic control devices, <B> </B> semiconductor.
The annular cores of the machine may have a cross section of any geometric shape, but they will preferably have a cylindrical shape.
These cores can be of any magnetic material. A seemingly judicious solution consists in <B> </B> using cores formed by agglomerates of porous iron. The agglomerates used are impregnated beforehand with a diamagnetic lubricant, <B> generally solid </B>, for example <B> molybdenum </B> disulphide or a combination of silver-disulphide of molybdenum. Due to porosity, lubricant constantly returns <B> to </B> the surface during operation to form a lubricating film <B> (</B> self-lubricating <B>). </B> The cores can be treated directly to facilitate this self-lubrication,
and if desired, the bearing surfaces of the electromagnets can undergo similar treatments.
A machine of the type described has many possible applications. It can work as a torque transmitter and limiter, as a speed variator, as a clutch and as a <B> </B> fast or slow action brake. It can be usefully applied <B> to </B> any electromechanical constructions, for example traction machines, hoists, machine tools, printing machines, etc., whenever 'you need precise speed control and an adjustable response <B> at </B> as you wish, both in terms of torque or speed variation and in braking. The small volume of the machines described and the very low current absorbed in relation to <B> to </B> the power transmitted further increase the interest.