Brevet FR2508334A1 — publié le 19821231

La présente invention se rapporte à un jeu de construction permettant de construire des modèles de ma- chines électriques et, plus particulièrement aux jeux de construction à but éducatif, adaptés pour construire des modèles de différents types de ces machines et pour en expliquer les principes de fonctionnement. Dans ce domaine, dans la technique antérieure on connaît déjà des jeux de construction avec des éléments permettant de construire des modèles qui comprennent eux- mêmes un rotor et un stator et plusieurs élènents électromagnéti- ques montés sur le stator Suivant le type particulier de modèle de machine qu'il s'agit de construire et d'ex- pliquer, les éléments électromagnétiques prévus sur le stator doivent être agencés d'une façon particulière et les éléments du stator et les éléments électromagnétiques des jeux de construction-connus précédemment peuvent être adaptés pour satisfaire cette exigence Par ailleurs, les jeux de construction de la technique antérieure ne comportent pas de moyens permet- tant de monter des éléments magnétiques ou électromagné- tiques sur le rotor suivant un agencement qui correspond exactement à l'agencement des éléments magnétiques équi- valents prévus sur le stator. Le but de l'invention est donc de réaliser un jeu de construction permettant de construire des modèles de différents types de machines électriques, dans lesquel- les des éléments magnétiques amovibles-puissent être mon- tés facilement sur le stator et également-s ur le rotor, dans des positions relatives nécessaires dans chaque type individuel de machine, tels que les moteurs synchrones, alternateurs, convertisseurs rotatifs, moteurs à courant continu, etc Suivant l'invention, le jeu de construction comprend un élément rotor présentant approximativement la forme d'un disque, qui est muni de moyens d'accouple- ment permettant de monter de façon amovible plusieurs éléments magnétiques munis de moyens d'accouplement com- plémentaires, lesquels sont placés dans des positions choisies d'après l'agencement des éléments magnétiques montés sur les éléments de stator, selon le type de ma- chine qu'il s'agit de construire au moyen des éléments du jeu de construction. Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, les moyens d'accouplement de-l'élément de rotor sont constitués par une série de trous d'accouple- ment et les moyens d'accouplement des éléments magnéti- ques sont constitués par une paire de tétons d'accouple- ment complémentaires. Suivant l'invention, l'agencement des moyens d'accouplement prévus sur les éléments du stator est de préférence identique à l'agencement des moyens d'accou- plement prévus sur l'élément de rotor. En outre, dans la forme préférée de réali- sation de l'invention, les moyens d'accouplement des élé- ments du stator et du rotor sont constitués par plusieurs trous d'accouplement circulaires disposés symétriquement par rapport à-l'axe des ouvertures de portée de l'arbre de ces éléments, les trous d'accouplement étant disposés dans une configuration dans laquelle la distance entre les axes d'une paire quelconque de trous d'accouplement adjacents est égale à la distance entre les axes d'une paire de tétons d'accouplement d'un élément magnétique adapté pour être monté d'une façon amovible dans lesdits trous d'accouplement. Avec cet agencement des trous d'accouplement prévus dans l'élément de rotor et, de préférence égale- ment dans les éléments du stator, chacun des trous d'ac- couplement est placé à un sommet d'un triangle équilaté- ral, chacun des deux autres sommets coïncidant avec l'axe d'un trou d'accouplement adjacent, le côté de ce triangle étant égal à la distance entre les axes des tétons d'ac- couplement des éléments magnétiques. d'autres caractéristiques et avantages de 1 ' invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, la Fig 1 est une vue en perspective montrant un modèle d'un moteur électrique à courant continu; la Fig 2 est une vue en élévation en bout du modèle de la Fig 1, qui montre l'un des éléments du stator; la Fig 3 est une vue de-dessous de l'élément du stator représenté sur la Fig 2; la Fig 4 a est une vue en perspective d'un com- posant magnétique comprenant un-aimant permanent muni d' une paire de tétons d'accouplement; la Fig 4 b est une vue analogue montrant un élément sous la forme d'un électro-aimant ayant une pai- re de tétons d'accouplement qui comprennent des moyens de contact électrique;- la Fig 5 est une vue en coupe prise suivant la ligne V-V de la Fig 2; et la Fig 6 est une vue en plan montrant une plaque de fer doux en forme de disque adaptée pour être intercalée dans un circuit magnétique. Sur les dessins, le modèle de moteur à courant continu représenté sur la Fig l est monté sur une pla- que de base 1 munie de plusieurs tétons d'accouplement 2 destinés à coopérer avec des moyens d'accouplement com- plémentaires prévus sur les autres éléments du jeu de construction. Les éléments du stator du modèle sont consti- tués par deux montants porteurs 3 et 4 montés dans une -position verticale sur la plaque de base-au moyen de ca- vités d'accouplement 20 qui coopèrent avec les tétons 2 de la plaque de base 1 comme repésenté sur la Fig 3. Sur l'élément 3 du stator sont montés de façon amovible deux aimants permanents 6 et 7, dont les détails sont décrits à propos de la Fig 4 a Les deux éléments 3 et 4 du stator sont identiques et munis d'une ouverture de portée centrale 23 destinée au montage d'un arbre de rotor 5 Sur cet arbre est monté un élément de rotor 11 muni de plusieurs trous d'accouplement 24, 25, 26, 27 et 28 destinés à monter de façon amovible des éléments élec- tromagnétiques 8, 9 et 10, dont les détails sont repré- sentés sur la Fig 4 b A proximité d'une extrémité de 1 ' arbre 5 est monté un collecteur 12 de construction clas- sique adapté pour coopérer avec un élément de contact fixe 13 monté sur un support 14. Les deux éléments 3 et 4 du stator sont inter- connectés mécaniquement par des éléments allongés 15 mu- nis d'éléments d'accouplement adaptés pour coopérer avec des tétons d'accouplement complémentaires 22 prévus sur les côtés des éléments 3 et 4 du stator. En ce qui concerne les éléments magnétiques, dont les détails sont représentés aux Fig 4 a et 4 b, l'élément magnétique à aimant permanent représenté sur la Fig 4 a est désigné dans son ensemble par la référence Il comprend un aimant permanent de forme plate et al- longée, enfermé dans une enveloppe 33, de préférence faite d'une matière isolante non magnétique, et ayant une face polaire 32 à une de ses extrémités La face polaire op- posée est munie de deux tétons d'accouplement 34 et 35 présentant des fentes 37 et 38 dans la région de leurs extrémités pour assurer une compressibilité élastique lorsqu'on les engage dans les trous d'accouplement d'un des éléments de rotor ou de stator Pour renforcer l'effet d'accouplement, les extrémités des tétons 34 et 35 sont munies respectivement de bourrelets annulaires 38 et 39. L'élément magnétique représenté sur la Fig 4 b est un électro-aimant désigné dans son ensemble par la ré- férence 31 Il comprend un noyau 40 en fer doux, un élément 41 formant support de bobine et une bobine 42 Une extré- mité de l'électro-aimant est munie de tétons d'accouple- ment 45 et 46 du même type que les ergots 34 et 35 de l'aimant permanent de la Fig 4 a La distance entre les axes des tétons des deux éléments magnétiques est dési- gnée par la référence x Les tétons 45 et 46 comprennent des conducteurs électriques (non représentés) connectés aux extrémités de la bobine 42 et destinés à connecter la bobine à une source d'énergie. On se reportera maintenant à la vue en coupe de la Fig 5 Cette Figure montre le montage de l'élément magnétique à aimant permanent désigné par la référence 6 sur la Fig 1, dans une paire de trous d'accouplement 25 et 26 de l'élément 3 du stator Ces trous sont entourés de petits éléments tubulaires 52 et 53 adaptés pour re- cevoir les extrémités des tétons d'accouplement et les extrémités de ces éléments tubulaires sont adaptées pour coopérer avec les bourrelets 38 et 39 des ergots (Fig 4 a) pour assembler les tétons de façon amovible à l'élément du stator Sur la Fig 5, on a également représenté un élément 50 en forme de disque dont les détails seront dé- crits en regard de la Fig 6 Comme on la représenté sur la Fig 1 cet élément 50 est interposé entre les électro- aimants 8, 9, 10 et la surface de l'élément 11 du rotor. Comme on peut le voir en se reportant à la Fig 6, l'élément 50 en forme de disque est un élément constitué par une plaque circulaire faite d'une matière magnétisable telle que le fer doux et il est destiné à concentrer le flux magnétique émis par les éléments magné- tiques montés sur les éléments du stator et du rotor A cet effet, un disque 50 est monté comme représenté sur la Fig 5, sur un côté de l'élément 3 du stator, concentri- quement à l'axe de l'arbre 5 (non représenté sur la Fiq 5) et dans une position adjacente à une face polaire des élé- ments 6 et 7 et un autre disque 50 est monté sur l'élément 11 du rotor dans une position adjacente à une face polaire des électro-aimants 8, 9, 10 montés sur cet élément 11, comme on l'a représenté sur la Fig 1 Des éléments de culasse 55, adaptés pour fermer le circuit du flux ma- gnétique, peuvent être serrés sur les éléments de liai- son 15 au moyen de téton d'accouplement 56. Dans la forme de réalisation représentée sur les dessins, l'agencement des trous d'accouplement 24, , 26, 27 et 28 autour du trou 23 de portée de l'arbre, comme représenté sur la Fig 2, est le même dans les élé- ments du stator et dans les éléments du rotor et étant donné que les disques 50 sont adaptés pour être montés sur ces éléments, ils doivent être munis de trous corres- pondants 51 et 54 disposés suivant la même configuration. La description de celle-ci qui est donnée dans la suite, s'applique donc égaleannt aux éléments du stator et du rotor. Comme on peut le voir sur les Fig 2 et 6, la disposition des trous d'accouplement est telle que les distances séparant les axes 5 la dedeux quelconques des trous d'accouplement adjacents est égale à la distance x d'écartement entre les axes des tétons d'accouplement des éléments magnétiques représentés sur les Fig 4 a et 4 b. De cette façon, l'axe 5 la de chaque trou d'ac- couplement est placé à un sommet d'un triangle équilaté- ral, comme représenté sur la Fig 6 et les deux autres sommets de ce triangle coïncident avec les axes de deux trous d'accouplement adjacents, le côté du triangle é- quilatéral étant égal à la distance x entre les axes de deux tétons d'accouplement des éléments magnétiques des Fig 4 a et 4 b Il va de soi que, avec cette configuration des trous d'accouplement, les positions relatives des éléments magnétiques portés par les éléments de rotor et de sta- tor peuvent facilement être modifiées pour se conformer aux exigences de chaque type particulier de machine C'est ainsi qu'à titre d'exemple, le moteur à-courant continu représenté sur la Fig 1 peut être transformé en un-mo- teur à courant alternatif synchrone par le montage d'une série d'électroaimants tels que les électro-ainants 8, 9 et 10 sur le stator et s'une série d'aimants permanents tels que 6 et 7 sur le rotor - Il est également facile de comprendre que l'u- tilisation d'un élément de rotor en forme de disque muni -de plusieurs trous d'accouplement, comme décrit en re- gard des dessins, permettra de monter les éléments magné- tiques sur les deux côtés de l'élément de rotor, de sor- te que le nombre des éléments magnétiques et le nombre de différentes positions de ces éléments seront considé- rablement augmentés. REVENDICATIONS 1 Jeu de construction permettant de construi- re plusieurs modèles de différents types de machines élec- triques dont chacune comprend un rotor et un stator avec une série d'éléments magnétiques montés sur le stator se- ion un agencement prédéterminé qui dépend du type parti- culier de machine électrique destinée à être construite par l'assemblage des éléments du jeu de construction, ce jeu de construction comprenant une plaque de base ( 1) mu- nie de moyens d'accouplement permettant de fixer deux élé- ments de stator ( 3, 4) sur cette plaque de base, ces élé- ments de stator présentant des ouvertures de portée ( 23) permettant de monter un arbre de rotor ( 5) entre des élé- ments et une série de moyens d'accouplement permettant de monter une série d'éléments magnétiques ( 8, 9, 10) de façon amovible selon un agencement prédéterminé, sur les éléments du stator, ces éléments magnétiques ( 8, 9, 10) étant munis de moyens d'accouplement complémentaires, le- dit jeu de construction comprenant en outre un élément de rotor ( 11), ayant à peu près la forme d'un disque, adapté pour être monté sur l'arbre du rotor entre les éléments du stator, ce jeu de construction étant caracté- risé en ce que l'élément de rotor ( 11) est muni de moyens d'accouplement permettant de monter de façon amovible une série d'éléments magnétiques ( 8, 9, 10) ayant des moyens d'accouplement complémentaires dans des positions choisies qui dépendent de l'agencement des éléments magnétiques mon- tés sur les éléments ( 3, 4) du stator, suivant le type de machine à construire au moyen des éléments du jeu de construction. 2 Jeu de construction suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les moyens d'accouplement de l'élément de rotor ( 11) sont constitués par une série de trous d'accouplement ( 24 à 28) et en ce que les moyens d'accouplement des éléments magnétiques sont constitués par une paire de tétons d'accouplement complémentaires ( 34, 35, 45, 46). 3 Jeu de construction suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'agencement des moyens d'accouplement sur les éléments ( 3, 4) du stator est à peu près identique à l'agencement des moyens d'accouple- ment de l'élément de rotor ( 11). 4 Jeu de construction suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les moyens d'accouplement des éléments du stator et du rotor comprennent une sé- rie de trous d'accouplement circulaires disposés symé- triquement par rapport à l'axe des ouvertures de portée ( 23) de l'arbre ( 5) ménagées dans lesdits éléments, les- dits trous d'accouplement étant agencés en une matrice ( 51 a) dans laquelle la distance (x) entre les axes d'une paire quelconque de trous d'accouplement adjacent est égale à la distance (x) entre les axes d'une paire de tétons d'accouplement d'un élément magnétique adapté pour être monté de façon amovible dans les trous d'ac- couplement. Jeu de construction suivant la revendica- tion 2, caractérisé enqe que chacun des trous d'accouple- ment prévus dans l'élément de rotor ( 11) est placé à un sommet d'un triangle équilatéral dont les deux autres sommets coïncident avec l'axe d'un trou d'accouplement adjacent, le côté du triangle équilatéral étant égal à la distance (x) entre les axes des tétons d'accouplement des éléments magnétiques.