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MACHINE ELECTRIQUE DE PETITE PUISSANCE.
L'invention concerne une machine électrique de petite puissance, dont le circuit magnétique comporte deux parties, animées d'une rotation re- lative, dont l'une est constituée par un aimant permanent à plusieurs pôles.
Par "Machine électrique de petite puissance", on entend des mo- teurs électriques ou des dynamos d'une puissance jusqu'à 30 W environ. L'en- ploi dans de telles machines d'un aimant permanent à grand nombre de pôles offre l'avantage suivant pour un nombre déterminé de tours, elles fournis- sent une tension électrique de fréquence assez élevée. Dans les dynamos d'é- clairage pour bicyclettes du type dit dans le moyeu, ce grand nombre de pôles permet d'obtenir une lumière constante aux lentes vitesses de rotation.
La machine électrique conforme à l'invention est caractérisée par le fait qu'entre les dites deux parties sont disposés des moyens (moyens d'é- cartement) qui règlent la grandeur désirée de l'entrefer et qui assurent en même temps 'la rotation relative des dites parties par un frottement de roule- ment. L'un des avantages essentiels inhérents à une telle forme de construc- tion est que, lorsque des forces extérieures sont exercées sur l'une des par- ties, par exemple par suite d'une petite déformation, assez courante, des parties du bottier auquel est accouplé le circuit, les moyens d'écartement font en sorte qu'en aucun endroit l'entrefer ne dépasse la grandeur requise.
Cet avantage est particulièrement important pour le fonctionnement des machi- nes électriques de petite puissance, car en général, ces machines à aimant permanent sont construites d'une façon telle que, pour obtenir une puissance aussi grande que possible dans un encombrement minimum, (ce qui implique en- tre autres l'utilisation d'un volume aussi réduit que possible d'acier magné- tique) l'entrefer doit être très petit, par exemple de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre, de sorte que la variation de l'entrefer par les cau- ses mentionnées peut provoquer le frottement des parties rotatives et détério- rer la machine.
De plus, dans ces petites machines, pour réduire le poids an
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minimum les dimensions et les matières de la caracasse sont choisies, de tel- le sorte, que les dites déformations pourraient exercer un effet néfaste ; faut donc prendre des dispositions spéciales. Pour les machines de grosse puissance, il n'en est pas de même, car, dans celles-ci rien n'empêche de rendre l'ensemble suffisamment rigide et suffisamment robuste pour que les- dites déformations n'exercent aucun effet. La construction conforme à l'in- vention offre un autre avantage; les moyens d'écartement permettent un frot- tement de roulement entre les parties tournantes, ce qui peut être réalisé, par exemple, à l'aide de roulements à billes ou à rouleaux.
Ces moyens d'é- cartement ont en effet, la propriété d'absorber entre des limites déterminées les forces produites par les dites déformations sans que la résistance de frottement entre les parties mobiles devienne si grande qu'elle entrave le mouvement relatif de ces parties. Toutefois, suivant une autre particularité de l'invention, il'est possible de veiller à ce que la grandeur des dites for- ces soit réduite au minimum.
Suivant l'invention, les machines électriques du genre mentionné, dont les parties sont concentriques, comportent, outre les moyens d'écartement mentionnés, des moyens élastiques par exemple sous l'effet desquels au moins l'une ou des parties est montée, avec un certain degré de liberté, par rapport à l'autre. Ces moyens font en sorte que les forces exercées sur le circuit pendant les dites déformations sont totalement absorbées par la partie déformée de la machine comme, par exemple, lors de l'emploi d'un couplage de Cardan, ou pour une, petite partie, par les moyens en cause, par exemple dans le cas d'emploi d'un accouplement élastique.
Dans les deux cas, par suite du degré de liberté de la partie en cause du circuit, les forces provoquées par la déformation sont, ou bien nullement, ou bien pour une légère partie seulement-, transmises aux moyens d'écartement des deux parties du circuit.
L'utilisation d'un degré de liberté assez limité est en particu- lier intéressante dans les dynamos pour bicyclettes du type dit dans le moyeu, car les déformations en cause se produisent en général dans le moyeu sous l' effet de forces extérieures exercées sur la roue, par exemple parce que, par suite d'irrégularités de la surface routière, la roue est soumise à des chocs ou parce que, par suite de l'inclinaison de la bicyclette dans un support, un couple est exercé sur cette roue ce qui peut provoquer une déformation permanente dans le moyeu. De plus, un tel couple se produit souvent au moment où l'on enfourche la bicyclette. L'influence nuisible de déformations du moyeu sous l'effet des dernières causes mentionnées, peut être très gênante, car le bras de levier du couple est assez grand, à savoir de l'ordre de grandeur du rayon de la roue.
Toutefois, par elle-même, la déformation est telle que son influence nuisible peut être réduite par un degré de liberté de mouvement assez limité. Ce degré de liberté limité suffit donc pour que, dans ces cas, la déformation du moyeu ne provoque pas sur les moyens d'écartement une force plus grande que celle qui s'y exercerait en l'absence du degré de liberté mentionné. Le même avantage s'obtient évidemment lorsque, par suite de jeu dans les enroulements, la roue joue par rapport à son axe et voile pendant sa rotation. En général, ceci n'entraînera pas une déformation du moyeu.
Tous les avantages mentionnés peuvent être obtenus dans une machi- ne électrique, en particulier une dynamo dans le moyeu pour une bicyclette, dans laquelle les deux parties du circuit magnétique sont juxtaposées, dans la direction axiale. Toutefois, dans la détermination du degré de liberté de mouvement requis, il faut alors tenir compte d'un autre fait.
Dans ce type de machine, dans les conditions de fonctionnement normales, la force d'attrac- tion magnétique entre les deux parties du circuit magnétique est suffisamment grande pour les appliquer contre les moyens d'écartement, ce qui assure auto- matiquement la grandeur désirée de l'entrefer, Toutefois, dans des conditions de fonctionnement autres que les normales, il se peut que l'entrefer devienne plus grand, bien que la force d'attraction magnétique tende à s'opposer à un tel agrandissement. Pour maintenir la grandeur de l'entrefer constante, il est alors essentiel qu'au moins l'une des parties ait un certain degré de li- berté de mouvement tel que mentionné ci-dessus.
Suivant l'invention, on a pré-' vu à cet effet, outre les moyens d'écartement, des moyens, de préférence élas-
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tiques, grâce auxquels au moins l'une des parties est montée avec un degré de liberté de mouvement limité et prédéterminé, par rapport à la partie conjuguée ce qui, dans des conditions de fonctionnement autres que les con- ditions normales, empêche la force d'attraction magnétique d'augmenter la grandeur de l'entrefer.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, dans le ty- pe de machine dont les deux parties du circuit magnétique sont juxtaposées dans la direction axiale, on a prévu, outre les moyens d'écartement, des moyens élastiques grâce auxquels au moins une des parties est montée avec un degré de liberté limité prédéterminé, par rapport à la partie conjuguée de la machine, les moyens élastiques étant choisis de façon que, dans des con- ditions de fonctionnement s'écartant des conditions normales, ils collaborent avec la force d'attraction magnétique pour empêcher une augmentation de l'en- trefero Il est recommandable d'utiliser une telle réalisation lorsque la force d'attraction magnétique n'est pas suffisamment grande pour empêcher une augmentation de l'entrefers
Etant donné que, dans le cas de dynamos du type dans le moyeu,
la probabilité de déformation du moyeu est très grande, dans une dynamo de moyeu conforme à l'invention, dans laquelle l'une des parties d'un circuit magnétique est constituée par un aimant permanent tournant avec le moyeu, cet aimant est supporté dans le dit moyeu par des moyens capables de fournir un faible degré de liberté. Dans une forme de réalisation très simple et par- ticulièrement efficace, les moyens élastiques utilisés consistent uniquement en une ou plusieurs bagues de caoutchouc, disposées entre une surface inté- rieure cylindrique du moyeu, et une surface cylindrique de l'une des parties.
Pour obtenir une construction compacte dans la direction radiale du type de machine dans laquelle les deux parties du circuit magnétique sont juxtaposées dans la direction axiale, on utilise, de préférence, un aimant permanent annulaire et les portées pour les parties roulantes des moyens d' écartement ont un diamètre plus petit que le diamètre intérieur de la bague et font partie d'organes qui sont reliés à l'aimant permanent ou à l'autre partie du circuit magnétique.
Du point de vue de fabrication, il s'est avéré avantageux de constituer l'organe et l'aimant auquel il est relié en une seule pièce. Si la portée des moyens d'écartement doit se trouver dans le même plan que les surfaces des pôles magnétiques tournées vers l'entrefer, ce résultat peut s'obtenir par meulage.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de la dite invention.
La fig. 1 montre en coupe une dynamo de moyeu, dans laquelle les deux parties du circuit magnétique sont juxtaposées dans la direction axiale et dans laquelle une partie non rotative du circuit générateur est montée sur des supports élastiques.
La fig. 2 montre en coupe une dynamo dans le moyeu dont les par- ties du circuit magnétique sont montées de la même manière, mais dans laquel- le une partie rotative est supportée élastiquement.
La fig. 3 montre, en coupe, une dynamo dans le moyeu, dans la- quelle les deux parties du circuit magnétique sont concentriques alors qu'une partie rotative est supportée élastiquement.
Sur les diverses figures, les parties correspondantes portent les mêmes chiffres de référence; le moyeu 2 est supporté par deux rangées de bil- les 3 et par deux cônes 4 réglables sur l'axe 1. Les figures ne montrent qu' un seul roulement à billes et un seul cône; le second se trouve, de la maniè- re usuelle, de l'autre côté de l'axe 1. Le moyeu 2, comporte une partie 19, munie d'une bride 20 sur laquelle est fixée la partie 5 du moyeu à grand dia- mètre, et dans laquelle sont logés les divers organes de la dynamo. La partie
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5 et la partie 19 du moyeu comportent respectivement des brides 6 et 7 pour fixer les rayons de la roue non représentés sur le dessin.
Sur la fig. 1, les deux parties du circuit magnétique consistent en un aimant permanent multipolaire 10 et en un paquet de tôles 21, entre lesquels est ménagé l'entrefer 18, l'aimant permanent 10 est constitué par une plaque annulaire 22 et des pièces polaires 23 qui s'étendent dans la di- rection axiale et qui se trouvent à des distances régulières l'une de l'autre dans la direction tangentielle. La plaque 22 et les pièces polaires 23 sont en une seule pièce d'acier magnétique. L'aimant permanent 10 est fixé au moyeu 2 à l'aide d'une plaque 8. Le paquet de tôles 21,constitué par des tôles em- pilées, est monté sur une plaque 11 qu'un corps annulaire 12 de caoutchouc maintient sur l'axe 1.
Le corps de caoutchouc 12 est serré sur l'axe 1 entre le cône 4 et un écrou 13, ce qui assure au paquet de tôles 21 une liberté de mouvement déterminée d'avance par rapport à l'axe 1. Chaque tôle affecte es- sentiellement la forme d'une bague non fermée dont les extrémités 21a doivent se trouver, par suite de la matière isolante interposée dans la direction tangentielle, à une certaine distance l'une de l'autre et en regard des piè- ces polaires 23 de l'aimant permanent. Dans les ouvertures toroidales du pa- quet de tôles se trouve une bobine 14 dans laquelle on engendre la tension du générateur.
Entre l'aimant 10 et le paquet de tôles 21, se trouvent des moyens d'écartement affectant la forme d'un palier à billes comportant deux bagues de roulement 15 et 17 dont l'une (15) est fixée au paquet de tôles et l'autre (17) à l'aimant permanent. Le roulement à billes 16 règle la grandeur de l'entrefer 18, c'est-à-dire que ce roulement empêche la force d'attraction magnétique entre l'aimant et le paquet de tôles de réduire l'entrefer à une grandeur plus petite que celle requise. En outre, le roulement à billes per- met la rotation de l'aimant 10 par rapport au paquet de tôles 21 par un frot- tement de roulement.
Il va de soi que le roulement à billes 16 peut être rem- placé par un roulement à rouleaux:
Si, pendant le fonctionnement de la dynamo dans le moyeu, le moyeu 2 subit une déformation, ou bien lorsque la position du moyeu 2 est mo- difiée par rapport à l'axe 1 (modification qui n'englobe évidemment pas la rotation relative de l'axe 1 et du moyeu 2), un déplacement de l'aimant per- manent 10, déplacement qui a tendance à augmenter la grandeur de l'entrefer 18, sous l'effet de la force d'attraction magnétique, sera suivi par le paquet de tôles 21, qui est à même d'effectuer ce déplacement grâce à la liberté de déplacement limitée que lui assure l'élasticité de la pièce de caoutchouc 12.
La liberté de mouvement limitée du paquet de tôles 21 permet donc, dans des conditions s'écartant des conditions de fonctionnement normales, que la force d'attraction magnétique entre les deux parties ne provoque une augmentation de la grandeur de l'entrefer,
Lors de la dite variation de position de l'aimant 10, variation qui aura tendance à réduire la grandeur de l'entrefer 18, l'aimant 10 exerce- ra, par l'intermédiaire de moyens d'écartement 17, 16, 15 une pression sur le paquet de tôles 21, ce qui permet au paquet de tôles, grâce à la pièce en caoutchouc 12, de se régler par rapport à l'aimant sans modifier la grandeur de l'entrefer. Toute combinaison des déplacements mentionnés de l'aimant permanent 10 n'affectera donc pas la longueur de l'entrefer 18.
En général, l'attraction magnétique sera suffisante pour éviter une augmentation de la grandeur de l'entrefer 18 dans le cas d'entrefers de quelques dixièmes de mil- limètre. Eventuellement, on peut renforcer ou atténuer la force d'attraction en communiquant à la bague de caoutchouc 12 une tension préalable dans une direction désirée.
Non seulement la longueur de l'entrefer reste inchangée pendant la déformation mentionnée, mais de plus, les forces qui se produisent pendant la déformation sont essentiellement absorbées par le moyeu et une petite fraction seulement par la pièce de caoutchouc, car cette pièce en caoutchouc permet une déformation de la partie 5 du moyeu.. De ce fait, les billes 16 sont notablement moins sollicitées que si la plaque 11 était fixée rigidement à l'axe 1.
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Dans la forme de réalisation représentée sur la fig. 2, l'aimant permanent 24 est supporté dans le moyeu 2 par une bague de caoutchouc 25 qui se trouve entre la surface intérieure cylindrique 5a de la partie 5 du moyeu et la surface extérieure cylindrique 26a des pièces polaires 26. L'aimant 24 peut aussi être supporté dans le moyeu à l'aide d'une bague élastique 27, tracée en pointillés, qui se trouve entre la surface intérieure cylindrique 2a du moyeu 2 et la surface intérieure cylindrique 28a d'un organe annulaire 28 en acier magnétique, organe qui est réalisé en une seule pièce avec le corps magnétique 24. Cet organe 28 et l'organe annulaire 29 fixé sur le paquet de tôles 30, forment ensemble les bagues de roulement du palier à billes.
Le paquet de tôles 30 est fixé sur l'axe 1 à l'aide d'une plaque 31 qui est ser- rée entre le cône 4 et un écrou 32. Lors d'une variation de position du moyeu 2 par rapport à l'axe 1, ou d'une déformation du moyeu, l'attraction magnéti- que entre l'aimant et le paquet de tôles empêchera l'aimant 24 de participer à ce déplacement grâce aux moyens élastiques 25 ou 27, tandis que la rotation du moyeu 2 par rapport à l'axe 1 est suivie par l'aimant 24. Aussi, dans ce cas, des moyens élastiques (25 et/ou 27) sont choisis de façon qu'ils permet- tent à la force magnétique une augmentation de la grandeur de l'entrefer.
Toutefois, l'attraction magnétique peut éventuellement être renforcée par une bague élastique 33 tracée en pointillés. Dans ce cas, les moyens élastiques (25 et/ou 27 et 33) sont choisis de façon qu'ensemble avec l'attraction magné- tique, ils empêchent pratiquement une augmentation de la grandeur de l'entre - fera A cet effet, on peut éventuellement n'utiliser que la bague 33.
Les bagues de caoutchouc 25, 27 et/ou 33 peuvent éventuellement être remplacées par des lames de ressort ou par des ressorts à boudins. Il est aussi possible de fixer l'aimant 24 au moyeu 2 a l'aide d'une boite cylin- drique à fond élastique, Le bord relevé de la boîte peut, à cet effet, être fixé autour de l'aimant tandis que le fond de la boite peut être fixé au moyeu 2 d'une fagon telle que le bord relevé et l'aimant 24 aient une certai- ne liberté de déplacement par rapport au moyeu.
Tout comme la forme de réalisation montrée sur la fig 1, celle représentée sur la fig. 2 offre l'avantage que, lors d'une déformation ou d' un déplacement du moyeu, les billes de moyens d'écartement sont, en général, sollicitées d'une façon plus avantageuse que dans le cas d'une liaison rigide entre l'aimant et le moyeu.
Comme le montrent les figs. 1 et 2, les surfaces de portée pour les billes du roulement, ont un diamètre plus petit que le diamètre intérieur des pièces polaires 23 ou 26, ce qui assure une construction compacte dans la direction radiale,
Dans la forme de réalisation montrée sur la fig. 3, l'aimant per- manent 34 est constitué par un cylindre 34a et par des pièces polaires 35 qui s'étendent dans la direction radiale et qui se trouvent, dans la direction tangentielle, à des distances régulières. Les paquets de tôles 36 sont dispo- sés sur une douille 37 en matière magnétique, formant également, des saillies dans la direction radiale à des distances régulières, douille qui fait corps avec une plaque 38 que le cône 4 et un écrou 39 fixent sur l'axe 1. Autour de chaque paquet de tôles se trouve une bobine 40.
Les moyens d'écartement consistent en paliers à rouleaux 41 dont l'une des bagues de roulement (42) est fixée à l'aimant 34 et l'autre (43) au paquet de tôles 36. Grâce à cet agencement, même dans le cas de déformations, la grandeur de l'entrefer ne devient en aucun endroit, inférieure à la valeur imposée. L'aimant 34 est sup- porté dans le moyeu à l'aide d'une bague élastique 44, ce qui assure à l'ai- mant une certaine liberté de déplacement par rapport au moyeu.
Dans cette forme de réalisation aussi, les rouleaux des moyens d' écartement sont sollicités d'une façon notablement plus avantageuse que dans le cas d'un assemblage rigide entre l'aimant et le moyeu.
Il va de soi que, dans les formes de réalisation représentées schématiquement, on peut inverser l'emplacement de l'aimant permanent et des paquets de tôles. Dans ce cas, les paquets de tôles devront être munis de ba-
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gues collectrices. On peut aussi agencer l'ensemble de façon que les deux parties tournent en sens inverse.