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Id ~résent~ in~ r.tioI~ concern~ une ar~.ltur~ à struct~ e ~ is~e
pour un dispositif'électromagnetique ~t son procedé de fabrica~ r).
Elle sera expliqueP ci-après plus particulièrement ~ propos de ;~
. .
son application aux volants d'inert~e cinétiques, mais il va de
soi qu'elle n'est pas limitee à cette application et qu'elle
peut être mise en oeuvre à chaque fois qu'il est necessaire d'o~te- I '
nir des armatures de grand rendement electromagnetique et de
relativement faible volume.
".~
On sait que, pour éviter la formation de courants de Foucault dans
10 les armatures des dispositifs 'electromagnetiques et donc ainsi ,~
augmenter leur rendement, il est nécessaire de diviser ces arma-
tures et qu'il est usuel de les constituer de l~nes minces i501ées et super-
posees de fa~on a leur donner une structure feuilletee. Une telle
structure feuilletee donne de bons resultats lorsque l'armature
15 présente une forme simple, par exemple parallelepipedique, mais
il arrive souvent que, en cas de forme compliquee de l'armature,
la structure feuilletée conduise à des rendements électromagnétiques
rela~ivement médiocres et meme soit impossible ~ réaliser. Il en
est par exemple ainsi d'armatures annulaires comportant une gorge
20 concentrique, de sorte que la section desdites armatures présente ;
la forme au moins approximative d'un U. De telles armatures annu-
laires à gorge concentrique sont relativement repandues et on en
trouve notamment dans des machines electriques tournantes, suscepti-
bles de fonctionner soit en moteur, soit en generateur et ~n~ortant
25 un rotor formant volant d'inert'ie cinetique. De telles machines ''
sont couramment appelées "roues cinétiques" et, a cause de leurs
faibles poids et encombrement, elles sont souvent utilisees ~ bord
de satellites artificiels. Le rotor des roues cinetiques est s
généralement monté fou autour de son axe de rotation et sa posi-
30 tion axiale sur cet axe est maintenue grâce a une suspension à
paliers magnétiques qui entretiennent des entrefers de largeur
sensiblement constante entre le rotor et des pièces fixes soli-
daires dudit axe, lesdits entrefers se trouvant dans les plans
orthogonaux ~ celui-ci. Le rotor se trouve donc suspendu entre
35 ses entrefers~ Une telle suspension est relativement instable et
pour que la largeur des entrefers reste con'stan~e , il est néces-
saire d'utiliser des 'lectro-aimants de forme annulaire qui sont
disp~sés concentriquement à l'axe du rotor et dont le courant
dIalimentation est régulë.
, _ 1.- ,D3
~.ln~ le cas où o~ desirerait fab~iquer une telle armature an-
nulaire à gorge concentrique en lui donnant une structure feuil-
letée, on serait confronté à un processus compli~ué pour la
découpe, l'isolation et l'assemblage des tôles superposées. Le
processus le moins compliqu~ serait de constituer ladite armature ,
par deux couronnes feuillet~esconcentriques, ménageant entre elles ~;;
ladite gorge, qui serait alors fermée par un anneau feuilleté ~ I
réunissant lesdites couronnes à une de leurs extrémites. Toute-
fois, il en résulterait une discontinuite des lignes de force ma~
gnétiques en~re les couronnes et ledit anneau, ce qui entraInerait
ïa formation d'entrefers parasites à ce niveau et donc abaisserait '~
le rendement électromagnétique (voir figure 2). ,~
::,
Un autre processus de réalisation consiste a constituer llarmature
annulaire ~ gorge concentrique par ~uxtaposition d'une pluralité
lS de secteurs identiques. Cependant, un ~el processus de fabrication
présente un cout élevé, notamrnent à cause de l'usinage, de 1' i80
lation et de l'assemblage des secteurs. De plus, l'efficacité du
feuilletage ainsi obtenu est relativement limitée ~ cause de ~;~
l'epaisseur des secteurs qui peut di~ficilement être inférieure
~ 1 r~n (voir figure 3).
On pourrait également penser a réaliser un~ telle armature en
ferrite moulée. Mais alors, à caractéristiques électromagnétiques
égales, le volume de llarmature~serait beaucoup plus grand puisque
la ferrite présente, à la saturation, une induction magnétique
beaucoup plus faible que les matériaux ferro-magnétiques usuels
~4000 gauss pour la ferrite au lieu de 21000 gauss pour le fer
doux).
La présente invention a pour objet la réalisation d'une telle
armature à structure divisée ~yant un rendement électromagnétique
3~ optimal, ne prés~ntant pas de d~iscontinuité dans ses lignes de
force magnétiques, de faible volume et de faible coût.
- 2 -
:.... .: ...
cette fin, s~ n l'invention, le procede pour la rea1isatioll
d ~e armature magnetique à structure divisee presentant une J
forme annulaire et pourvue d'une gorge concentrique, est remarqua-
ble en ce que, sur,un mandrin annulaire dont au moins une partie
5 de la section, disposeP'dlull c~'e d'un plan orthogonal ~ l'axe !~ ,
dudit mandrin~ correspond ~ la forme de ladite gorge, on enroule : '.'
une matiere magnetique filamentaire jusqu'~ obtenir un enroulement
dont la partie disposee du meme côte dudit plan correspond au
moins approximativement a la forme exterieure souhaitee pour ladite ... ~
10 armature, après quoi ledit enroulement est impregne d'une matière ~.
durcissable susceptible de solidariser entre elles les differentes ''
spires dudit enroulement, puis, après durcissement de ladite
matiere, on coupe ledit enroulement suivant ledit plan.
Ainsi, on obtient une armature particulièrement diviséel puisque ~. :
15 cons~ituee de tronçons de fils assembles, présentant chacun la .'
forme approximative d'un U. La matière magnetique enroulee peut
par exemple etre du fil de fer doux et de preference, le fil utilise
comporte un revetement exterieur, electriquement isolant, aEin
d'obtenir de bonnes caracteristiques magnetiques pour l'armature
20 obtenue. Il peut s'agir de fil de fer pur emaille. Ce fil peut .. '.
avoir une section circulaire. Toutefois, af~n d'obtenir un bon ;
coefficient de remplissage pour l'enroulement, la section du fil ' ~
peut etre carree, rectangulaire ou analogue. . ''.'. .
Le mandrin utilise peut etre sc~e en meme temps que l'enroulement
25 et alors, puisqu'il est perdu, il peut être realise en bois/en '.
cire, etc... En revanche, le sciage de l'enroulement peut etre '~
effectué pour que le mandrin puisse etre recupere et alors, celui- .
ci est par exemple en acier.
De preference, le mandrin est symetrique par rapport ~ son plan
equatorial, de sorte que chaque enroulement fournisse, après
impregnation et coupe, deux armatures identiques.
La matière d'impregnation est avantageusement isolante. Elle ~eut
etre magnetique ou amagnétique et etre constituée d'une resine po-
lymerisable, telle que la re.sine epoxy.
Par aill'eurs, gr~ce ~ llinvention, il est possible d'obtenir, pour
, _ ~S
.
les par~ic~ annulaires concentriques interne et externe de
l'armature selon l'invention des sec-t~ons efficaces identiques.
Pour cela, afin de tenir compte du fait que dans une portion en ~,~
forme de secteur de liarmature sPlon l'invention, la partie ~annu-
laire interne de celle-ci est moins large circonférentiellement ~;;
que la partie annulaire externe correspondante, on fait en sorte
que l'épaisseur radiale de la partie annulaire interne soit plus '~
grande que l'épaisseur radiale de cette partie annulai~e externe
correspondante, de sorte que cPs par~ies annula:Lres externe et
interne comportent le même nombre de spires.
De meme, pour que la partie de l'armature selon l'invention reliant
lesdites parties annulaires concentr:iques externe et interne pre ~;
sente une section efficace identique à celle de ces ~erniares~
est avantageux de donner au mandrin une forme telle que l'~paisseur
de cette partie de liaison soit plus grande du côté de la partie
annulaire interneque du côté de la paxtie annulaire externe.
Les figures du dessin annex~ feront bien comprendre comment llin-
vention peut être realisée.
, ~ .
La figure 1 est une vue en coupe partielle illustrant un élément
de suspension magnetique pour roue cinétique, utilisant des arma-
tures selon l'invention.
,
Les figures 2 et 3 illustrent des méthodes connues pour obtenir
une armature magnéti~ue en forme de tore, avec une gorge annulair
concentrique.
La figure 4 montre, en perspective, une portion de l'armature selon
1 t invention.
Les figures S et 6 illustrent la mise en oeuvre du procede selon
l'invention.
La figure 7 montre le montage d'une armature selon l'invention.
La portion de rotor l,montree par la figure 1, appartient ~
une roue cinétique et le rotor 1 est monte fou par rapport à
un arbre 2. La position axiale du rotox 1 par rapport auclit arbre 2
4 -
-~!
,
llZ~
eClt d~:~inir par ~s ~aliers magnétiques comportallt ulle courorlne
aimantee 3 solidaire du rotor 1 et concentrique à l'ar~re 2 sur ~ :
lequel elle est centrée, et deux electroaimants annulaires 4 et
5, solidaires de l'arbre 2 sur lequel ils sont centrés. Les électro~ ~-
aimants annulaires ~ et 5 sont dis~oses de part et d'autre de lacauronne aimantée 3, de façon ~ menager de chaque côté de celle- '~
ci un entrefer de suspension 6 ou 7.
Chaque electro-aimant 4 où 5 compcrte une armature 4a ou 5a '
de forme annulaire et presente une gorge concentrique pour y loger ~;
une bobine electromagnetique 4b 9U 5b. L'objet de la presente
invention est de réaliser une telle armature 4a ou 5a .
La figure 2 illustre un mode de realisation connu d'une armature .
semblable au moyen de deux couronnes feuilletees ~3 et 9, reunies
par un anneau egalement feuillete 10. Comme on l'a mentionne ci~
dessus, une telle réalisation n'est pas satisfaisante , notamment
~ cause de la discontinuité des lignes de force et des fuites ma- :~
gnetiques qui en resultent à la jonction des couronnes 8 et 9 et
de l'anneau 10.
Sur la figure 3, on a illustré un autre mode de réalisation connu.
Suivant celui-ci, on juxtapose des seg.ments 23 sensiblement en
~ forme de U. Une telle méthode est couteuse et ne permet pas un
feuilletage tres mince.
:
Pour remedier aux inconvénients.de ces methodes connues, la
présente invention pr~voit (voir la figure 4) de réaliser une
telle armature par l'assemblage d'une plurali~e d'éléments
filamentaires 11, dont chacun presente la forme d'un cavalier.
On voit alors que les l~gnes de force magnetiquesne subissent
aucune discontinuité. L'axmature ainsi obtenue comporte alors
deux couronnes concentriques~ l'une externe 15, l'autre interne 16~0 reliées par un anneau 17.
.
Pour realiser une armatuxe 4a ou 5a ayant la structure filamentaire
de la figure 4, on commence par realiser un mandrin annulaire 12
Ivoir la figure 5) dont la section, de part et d'autre de son plan
equatorial 13, correspond à la forme de la ~orge annulaire prevue
pour loger la bobine 4b ou 5b . ~nsuite, ~ur ].e mandrill 12,
.
~ _ 5~_
I',i'';l _
on enrotlle ~ln fil~de matiere magnétlque de façon à former, en
correspondance avec l'ar~ature à obtenir, des spires 14 juxtapo-i0ei
et/ou superposées , disposées dans des plans axiaux dudit mandrin. I'
Une fois l'enroulement termin~, on~imprègne celui-ci d'une mani~re iso- ,
lante,maanetique ou amaanetique durcissable et,a?res durcissement de la matière,on tronçonne l'enroulèment des spires 14 le long duplan équatorial
13. On obtient alors deux armatures filamentairl_s 4a ou 5a. Celles-
ci peuvent etre usinees, par exemple pour y pratiquer les decroche-
ments, epaulements, degagen~ents, etc... necessaires.
L0 Le fil utilise pour realiser les enroulements peut être un fil de
fer pur he section circulaire, carrée, rectan~ulaire ou hexagonale,
isole ?ar un revêternent dielectrique macnetique ou amasnetique. La
matiere d'impregnation peut ê~re une resine polymerisable telle que
la resine epoxy.
Grace ~ llinvention, il est possible d'obtenir, pour les couronnes
~5 concentriques externe 15 et interne 16 de l'armature des sections
efficaces identiques. Comme le montre la figure 6 ! dans une portion
en forme de secteur de l'armature,la partie 19 de la couronne
externe 15 est plus large que la partie correspondante 20 de la
couronne interne 16~ Aussi, pour que ces parties 19 et 20 presentent
la même section e~ficace, on fait en sorte qu'elles comportent le
même nombre d'elements filamentaires (45 dans l'exemple de la
figure 6). Par ailleurs, pour que l'anneau 17 presente égalèment
une section ef~icace egale ~ cel~le des parties 15 et 16,on peut ~revoir
par conformation approprlee du mandrin 12, que cet anneau 17 soit
plus epais du c~te de la couronne 16 que de celui de la couronne 15.
,
Sur la figure 7 , on a montre qu'une armature 21 selon l'invention,
pourvue de sa bobine 22 et mont:~e dans un palier magnétique en
regard d'une couronne aimantée rotative 24, pouvait , en tant que
de besoin, être incorporee dans une carcasse annulaire 25, de re-
prise d'effort.
.~
