Brevet FR2563063A1 — publié le 19851018

Paae 1 La présente invention concerne un moyen de CAPTATION de l'ENERGIE MECANIQUE produite par une machine motrice dont l'arbre de sortie est animé d'une TRES GRANDE VITESSE DE ROTATION (plusieurs dizaines de milliers de tours par minute) Les machines motrices de ce genre sont essentiellement des TURBINES à VAPEUR ou à GAZ, en raison du fait que, pour avoir un bon rendement. elles doivent fonctionner à des vitesses CIRCONFERENTIELLES (metres par seconde) voisines de la vitesse d'éiection du fluide gazeux qui s'y est détendu. Or cette vitesse d'éjection dépend du degré de détente obtenu dans l'élément de turbine considéré, donc de la chute de pression ou de chaleur entre l'amont et l'aval: Elle est donc d'autant plus importante que les performances visées sont élevées: souvent plusieurs centaines de'metres par seconde. Le moyen actuellement employé pour concilier cette exigence avec des vitesses de rotation modérées consiste d'abord à FRACTIONNER LA DETENTE en un certain nombre d'ETAGES: Cependant, bien que sensiblement réduite, la vitesse d'éjection reste de l'ordre de la centaine de metres par seconde ou davantage. Aussi le recours C à un autre artifice s'impose: Ce dernier consiste à ADOPTER UN ASSEZ GRAND DIAMETRE DE ROUE DE TURBINEafin d'obtenir à la fois la vitesse périphérique voulue et le nombre de tours par minute de l'arbre suffisamment faible pour etre compatible avec une captation aisée de l'Energie Mécanique produite. Il en résulte des machines relativement lourdes et encombrantes dont le régime maximum n'excède guère 10.000 T/min, valeur au delà de laquelle les REDUCTEURS à ENGRENAGES, les COUPLEURS HYDRAULIQUES, les TRANSMISSIONS ELECTRIQUES à CHAMP-TOURNANT ou leur COMBINAISON ne permettent plus d'obtenir la vitesse de rotation finale imposée par l'utilisation: 2563063 - Page 2 En effet, au delà de ce seuil, en raison des vitesses linéaires atteintes à la jante de la roue-menante, l'accouplement par engrenages n'est plus concevable: Leur domaine d'utilisation est largement dépassé, d'autant que, si la lubrification des paliers supports et de butée est encore maîtrisable, celle des dentures devient impossible. Pour les memes motifs compliqués par des considérations d'hydro-dynamique et de construction, les coupleurs hydrauliques sont également exclus, ainsi que les transmissions electriques par alternateur et moteur asynchrone- i0 synchronisé. Or, malgré les valeurs très importantes atteintes par les forces centrifuges, la construction de turbines compactes à plus haut régime ne présente pas davantage de difficultés que celle des turbines classiques: En effet, dans les roues de grand diametre de ces dernières, l'implantation d'aubages à leur' périphérie doit tenir compte d'efforts centrifuges du meme ordre, tandis que les premières peuvent etre monobloc. Ainsi, dans l'état actuel des techniques de COUPLAGE et de REDUCTION, l'utilisation de PETITES TURBINES TRES RAPIDES, pour actionner des machines receptrices limitées en régime de rotation, n'est possible qu'avec un autre genre de COUPLEUR-REDUCTEUR, affranchi de ces contraintes, CAPABLE AVEC UN RENDEMENT ACCEPTABLE: - De CAPTER l'Energie Mécanique disponible sur l'arbre à très grande vitesse, - De REDUIRE cette vitesse à un niveau suffisamment bas pour pouvoir entrainer un quelconque récepteur usuel, - De S'ADAPTER à la turbine sans exercer d'effet sensible sur le rotor tournant à très grande vitesse, tel par exemple que poussées axiales ou efforts radiaux nonéquilibrés, venant 0 accroître la difficulté de lubrification des paliers et butées. Page 3 LE BUT DE L'INVENTION est un COUPLEUR-REDUCTEUR répondant à ce besoin: Il consiste en un système, dérivé d'un classique réducteur mécanique EPICYCLOIDAL utilisant, en lieu et place d'engrenages, des EFFETS ELECTRO-MAGNETIQUES d'INDUCTION et MECANIQUES de ROULEMENT. APPLICATIONS VISES PAR L'INVENTION: En tant que "SYSTEME DE TRANSMISSION D'ENERGIE MECANIQUE", ce COUPLEURREDUCTEUR à INDUCTION est UNIVERSELLEMENT ADAPTABLE à TOUTES SORTES DE MACHINES TOURNANTES RAPIDES, TURBINES à GAZ et à VAPEUR notamment: Il est conçu principalement pour une MACHINE THERMIQUE à VAPEUR de conception nouvelle, PROJET dans lequel le MOTEUR DETENDEUR est précisément UNE TURBINE COMPACTE à très haut régime de rotation. Mais la présente INVENTION COMPREND DE PLUS l'application pratique qui consiste à adapter ce Coupleur-réducteur aux MINI & MICRO-TURBINES EXISTANTES que sont les TURBO-SOUFFLANTES DE SURALIMENTATION de moteurs à combustion-interne. Ces PETITES TURBINES, de plus en plus répandues avec la vogue actuelle des moteurs "turbo-chargés", tournent couramment de 20.000 à 50.000 T/min et davantage (jusqu'à 100.000 T/min). A de telles vitesses, elles ne peuvent entrainer qu'un recepteur calé directement sur l'arbre et necessitant le meme régime de rotation. SEULS, les compresseurs centrifuges pour gaz entrent dans cette catégorie OR, L..E COUJPLEUR-REDUCTEUR OBJET DE L'INVENTION PERMET JUSTEMENT D'ENVISAGER DIAUTRES RECEPTEURS: L'INVENTION COUVRE DONC: 1) L'emploi de la TURBINE SEULE, EN TANT QUE MOTEUR-DETENDEUR 3 utilisable sur une quelconque CHUTE DE PRESSION OU DE CHALEUR en Page 4 rapport avec sa capacité de détente et compatible avec la tenue des matériaux, par exemple comme TURBINE de PUISSANCE dans un Ensemble à Turbines à Gaz. 2) L'emploi du TURBO-COMPRESSEUR COMPLET pour en faire une MINI ou MICROTURBINE-MOTRICE à GAZ (PL 8/8, Fig 15). En effet: Au lieu de recevoir l'impulsion des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, un tel turbo-compresseur, de Caractéristiques spécialement adaptées, peut etre mu par les gaz produits dans une (ou des) CHAMBRE DE COMBUSTION (47), elle meme alimentée en air par la soufflante (48). Un quelconque hydrocarbure liquide ou gazeux est alors utilisable comme combustible à l'aide d'un BRULEUR (49) convenable. Doté du Coupleur-Réducteur selon l'Invention l'ensemble constitue alors un MOTEUR ADAPTABLE POUR DIVERS CARBURANTS avec TURBINE à GAZ MOTRICE, dont l'arbre de sortie tournant à vitesse suffisamment réduite peut entrainer une gamme très étendue de machines réceptrices, par exemple un alternateur à 3000 T/min (50). Le système peut en effet etre complété par un régulateur de vitesse centrifuge placé sur l'arbre de sortie, afin de controler l'alimentation en combustible du bruleur incorporé & la chambre de combustion, laquelle recoit l'air débité par le compresseur. L'air comburant étant prélevé sur ce débit au cours de la combustion, l'excès d'air fortement échauffé et mélangé aux gaz se détend dans la turbine, le cycle continu classique de la turbine à air chaud étant ainsi réalisé. Enfin, la réversibilité de la machine electro-magnétique que constitue ce coupleur-réducteur permet de l'utiliser comme lanceur de cette turbine à gaz motrice. PREMIERE PARTIE: DESCRIPTION et FONCTIONNEMENT PRATIQUE: 1.1:- La disposition générale de PRINCIPE (PL. 1/8 Fig.1, 2 &.3) Page 5 est celle d'u.n classique REDLICTEUR à TRAIN DeENGRENAGES EPICYCLOIDAL dont les differentes roues auraient perdu leur denture et seraient réduites à leur diamètre PRIMITIF. Etant à train épicycloidal, ce réducteur comporte un certain nombre de SATELLITES (1) caractérisés par DEUX circonférences primitives: - L'une, de grand diametre (2) est contenue dans un disque appellé "JOUE POLAIRE"(3):> Elle est tangente aucercle primitif (4) porté par un "COLLET" DU ROTOR MENANT (5). - L'autre (6), plus petite, correspond au diametre extérieur du MOYEUPORTEUR (7), par lequel le satellite s'appuie, à chacune de ses extremités, sur une couronne concentrique au rotor menant, appellée "PISTE DE ROULEMENT (8)": - Ces MOYEUX (6) et PISTES DE ROULEMENT (8) sont les DEUX AUTRES circonférences primitives qui avec celles, tangentes, (2) & (4) !5 du satellite et du collet, déterminent le rapport de réduction théorique. (Produit des circonférences menées) divisé par (Produit des circonférences menantes). Chaque satellite est constitué de DEUX carcasses identiques (9) en forme de cloche (PL 2/8, Fig 4) adaptées sur un corps central comportant un disque médian (10). Ainsi, chacun d'eux comporte QUATRE FACES ou JOUES POLEAIRES (3) solidaires du moyeu (7) , séparées par DEUX intervalles (11) dans lequels règne un champ magnétique, le disque (10) constituant un POLE COMMUN (PL 6/8): Les joues ont donc, successivement, une polarité magnétique NORD/SUD-SUD/NORD ou inversement, le champ magnétique étant UNIFORMEMENT REPARTI sur ces surfaces de circonférence moyenne (2). Chacun des 2 intervalles (11) entre les joues polaires (3) est partiellement occupés par UN des DEUX collets (5) du rotor-menant qui se trouvent ainsi localement traversés dans le sens axial par le champ magnétique: Page 6 La rotation rapide du rotor dans cet "entrefer" developpe, dans le métal des collets (5), des COURANTS INDUITS. Conformément aux Lois du Magnétisme, ces courants s'opposent à la cause leur ayant donné naissance qui est la rotation du rotor-menant. Ils réagissent donc sur le champ-inducteur pour l'entrainer avec eux: Ceci provoque la transmission de son mouvement de rotation aux satellites (1), tout comme s'il y avait engrènement, MAIS AVEC UN NECESSAIRE GLISSEMENT RELATIF. Cette mise en rotation des satellites (1) sur eux-memes a pour conséquence d'obliger les MOYEUX fois, SANS AUCUN GLISSEMENT. Cependant, lors du démarrage, (donc bien avant que la force centrifuge s'exerce efficacement), un effet d'induction analogue à celui se manifestant au centre dans le rotor-menant (5) est organisé à la périphérie de l'appareil: Mais il se manifeste cette fois dans DEUX autres COURONNES PERIPHERIQUES FIXES (12) qui occupent partiellement l'intervalle (11) entre les joues polaires (3) à I'opposé, diamétralement, du collet du rotor-menant (5) Du point de vue de la construction, pour pouvoir etre montées, ces couronnes (12) sont constituées par un SEGMENT écartable grace à sa "coupe". Accessoirement, (PL 3/8, Fig 5) cette "coupe" est positionnée en partie basse de Page 7 l'appareil pour le drainage du lubrifiant vers l'orifice (23). Ces "segments" sont fi>xés contre chaque demi-enveloppe (36) par des vis (37) et servent de bague de centrage avec la couronne intercalaire (38). Du point de vue du fonctionnement, ces COURONNES FIXES (12) ont pour but d'éviter le patinage qui pourrait se produire lors de la mise en mouvement du satellite (1) sur la piste de roulement (8): En effet, dès que les joues polaires (3) commencent à tourner, des courant induits naissent dans ces couronnes (12) tendant à s'opposer à cette rotation. Il en résulte encore un effet d'engrenement favorisant le démarrage de l'ensemble. Or, justement, cette action electromagnétique n'a son efficacité maximum que s'il y a patinage sur les pistes (8): Ceci est du au fait que la TRAJECTOIRE d'un point quelconque porté par la circonférence primitive de la joue (3) et par lequel passe une ligne de force du champ magnétique CHANGE DE F:ORME dis que le satellite (1) se met à rouler: S'il ne roule pas (cdionc patine) la trajectoire est un CERCLE. Le courant induit est alors de direction RADIALE et de ce fait réagit sur le Champ (de direction AXIALE), par une force TANGENTIELLE opposée à la rotation, d'ou l'effet "d'engrenement" recherché. Mais dès qu'il commence à rouler, la trajectoire du point consicldéré. porteur d'une ligne de force, devient une EPICYCLOIDE Tracé développé: Pl 6/8, Fig 9). La ligne de force n'est alors "coupée" par la couronne (12) que dans les portions de trajectoire initiales et finales des épicycloides successives, selon des directions quasi RADIALES: Il s'ensuit que le courant induit passe progressivement d'une direction RADIALE au départ, à une direction TANGENTIELLE et que l'effet "d'engrènemnent" tend à disparaître. Or, il subsiste toujours 2 petites composantes tangentielles de sens contraire au voisinage du point de 2963U63 Page S rebroussement, qui s'annulent seulement en l'absence de patinage et avec un décalage dans le temps: L'effet d'engrènement reste donc potentiellement présent et se renforce instantanément au moindre déséquilibre. Mais il y a aussi un effet RADIAL défavorable analogue à l'obstruction des creux de dents d'un engrenage par une matière visqueuse, s'opposant successivement à la pénétration de la dent puis à son retrait: On limite cette perte à une valeur très faible en choisissant un diamètre intérieur de ces couronnes (12) juste suffisant pour que le démarrage se fasse sans patinage, mais tel que la petite composante tangentielle ne se trouve pas trop réduite: C'est pourquoi, sur le dessin, chaque couronne (12) n'interesse que la moitié de la largeur de la joue polaire (3). Ainsi, l'EFFET MECANIQUE de ROULEMENT n'est pas seul à assurer la transmission du couple: Il est assisté par une DENTURE MAGNETIQUE "LATENTE" Le démarrage étant ainsi obtenu, l'axe des satellites (13) se trouve entrainé par le roulement sur les pistes (8) en un mouvement circulaire qui est capté et transmis à l'ARBRE de SORTIE (14) du réducteur par une autre piece concentrique: la CAGE PORTE-SATELLITES. Cette Cage est constituée par 2 flasques (15) reliés entre-eux par des entretoises (16) passant par les espaces libres restant entre les satellites. L'un de ces flasques est solidaire de l'arbre de sortie (14) et lui transmet le mouvement de l'ensemble. Chacun des flasques est situé dans le plan contenant une des 2 pistes de roulement (8) et comporte des encoches radiales (17, PL 4/8, Fig 6) en forme de "U" ouvert vers l'extérieure face à la piste. Ces encoches recoivent les moyeux porteurs (7) des satellites qui, en s'appuyant sur la face correspondant au sens de la rotation, transmettent l'effort 0 tangentiel du COUPLE DE SORTIE au prix d'une certaine friction, Page 9 comme ce serait le cas dans un PALIER. Mais ici, ce "palier", étant ouvert à la périphérie, est soustrait A l'effort très important du a la force centrifuge s'exercant sur chacun des satellites: En effet le "poids" de ces derniers est totalement supportés, avec l'intermédiaire des MOYEUX PORTEURS (7), par les 2 pistes de roulement (8). 1.2: LUBRIFICATION &- REFROIDISSEMENT (PL 2/8 & 4/8): Pour éviter l'usure pouvant résulter de cette friction (proportionnelle à la vitesse de rotation propre du satellite et au couple transmis), une lubrification est necessaire. En fait, ces logements (17) bénéficient de celle organisée pour les moyeux porteurs et pistes de roulement: En effet, bien que ne devant pas patiner et étant prévus en Acier spécial cémenté traité, leur cas est analogue a celui de roulements à rouleaux cylindriques fortement chargés qui doivent etre abondamment graissés. Mais qu'il s'agisse des logements (17) des moyeux porteurs (7) ou des pistes (8) l'organisation de cette lubrification ne pose pas de problèmes, la force centrifuge étant mise a profit pour propulser le lubrifiant depuis le canal central (20). Ce canal est alimenté a partir du conduit de refoulement (18) d'une POMPE DE GRAISSAGE & REFROIDISSEMENT (45, PL 8/8, Fig.15) par un distributeur (19) tournant à la vitesse réduite de l'arbre de sortie (14): A ce régime relativement modéré, une pression de l'ordre de quelques bar suffit pour vaincre la force centrifuge s'opposant à la pénétration du lubrifiant vers le centre (ce qui ne serait pas le cas si ce distributeur tournant était sur le rotor-menant, tournant à très grande vitesse). Le lubrifiant étant donc introduit selon l'axe du canal (20) inclus dans le rotor-menant (5), celui-ci agit 5. alors comme une pompe centrifuge forcant le lubrifiant a travers Page 10 des canaux radiaux vers les conduits (21) et les paliers (22). En fin de circuit, le lubrifiant est collecté au point bas de l'enveloppe en TROIS parties (36 & 38) par le conduit (23) de reprise de la POMPE DE GRAISSAGE & REFROIDISSEMENT: En effet outre son role de graissage, le lubrifiant sert à évacuer la chaleur produite par les PERTES JOULE, d'autant plus importantes que le GLISSEMENT EST ELEVE. C'est pourquoi un fort DEBIT peut-etre necessaire et que la section du canal (20) doit-etre généreuse. Des conduits radiaux sont d'ailleurs prévus au droit des collets (5) et au milieu du rotor pour favoriser ce refroidissement et, de plus, limiter les conséquences de frottements accidentels des pieces en rotation. A noter que cette chaleur peut-etre récupérée dans un RADIATEUR (46) placé sur l'aspiration de la Turbine (Turbine-motrice à gaz) ou dans un RECHAUFFEUR D'EAU D'ALIMENTATION (Turbine à vapeur) et réintroduite dans le Cycle thermodynamique: Ceci peut autoriser le fonctionnement avectun FORT GLISSEMENT accompagné de PERTES J ULE importantes dans le rotor-menant, car cette récupération de chaleur représente une compensation substantielle. Ce distributeur tournant (19) constitue, en raison des faibles jeux qu'il exige, un palier-support et de butée pour le flasque (15) de sortie: Il est donc le "palier-juste" de l'ensemble mécanique à partir duquel s'effectuent les dilatations. Le roulement portant l'arbre de sortie (14) est donc facultatif. A l'extrémite coté "entrée de puissance" ce canal est obturé par l'embout cannelé en "dents de souris" de l'arbre (35) d'accouplement avec la turbine: la fuite de lubrifiant par les cannelures assure à la fois leur graissage et celui de l'autre rouilement. La vitesse de rotation propre des satellites sur eux-memes est Page 1 1 élevée: Elle dépend de la vitesse de sortie choisie, ainsi que des diamètres respectifs de la couronne de roulement et du moyeu-porteur: Elle peut se situer, selon les cas, entre 1/4 a 1/3 de la vitesse d:entrée, s:it vers 15 à 20 000C t/min. Bien que sévères, ces conditions de travail sont celles des galets des roulements à rouleaux cylindriques graissés à l'huile donc dans le domaine de la pratique industrielle courante. Toutefois, il y intéret, autant que possible, à les dimensionner largement et à réduire leur charge radiale, donc la MASSE des satellites en évitant de trop grands diametres et limitant au strict necessaire les sections de "fer" du circuit magnétique. L'utilisation de fil d'ALUMINIUM pour lei bobines inductrices peut ainsi s'imposer. 1.3: MODE D'OBTENTION DU MAGNETISME (PL 6/8): Ie Champ magnétique peut etre obtenu par des AIMANTS PERMANENTS ou par des BOE logés dans la carcasse (9) à l'emplacement (24). Dans le cas de BOBINES, le système est à AUTO-EXCITATION: Chaque satellite recoit 2 bobines (24), parcourues par le courant inducteur engendré par la rotation des satellites sur eux-memes. Initialement, le champ est du au magnétisme rémanent conservé par le métal magnétique des satellites, ou au moyen dl aimants permanent annulaires (40) logés sur l'axe (13). L'existence de ce magnétisme initial est necessaire à l'AMORCAGE (et pour éviter le patinage au démarrage, grace aux courants induits dans les couronnes (12)): Dès que les satellites se mettent à tourner sur eux--memes entrainant ce champ en rotation, des courants induits se ldéveloppent dans DEUX COURONNES GENERATRICES (25) placées chacune entre les joues des satellites dans l'intervalle (11) de meme largeur que celui enserrant le rotor-menant (5). Page 12 Ces 2 couronnes génératrices (25), assemblées par les vis (27), sont portées et entrainées en rotation par les entretoises (16) et des douilles isolantes (26) afin d'etre electriquement isolées du restant de l'appareil. Elles sont traversées par les moyeux (7) grace aux alvéoles circulaires (28) occupées par une RONDELLE ELASTIQUE (29) en métal NON-MAGNETIQUE afin de ne pas constituer une dérivation du Champ. Cette rondelle élastique s'appuie sur une BAGUE (30), isolée par le système de serrage (41) qui maintient la bobine tO (24) en place. Cet ensemble relie donc electriquement toutes les bagues (30) des satellites, étant de plus entrainée par eux exactement comme l'est la cage porte-satellite (15): Il s'ensuit qu'à la différence des couronnes périphériques fixes (12), ces couronnes génératrices (25) "coupent" toujours les lignes de force du champ magnétique selon un CERCLE. En conséquence, les courants induits sont, dans toute la zone circulaire balayée, de direction RADIALE: Ils CONVERGENT vers la circonférence de contact entre rondelle élastique (29) et bague (30) ou en DIVERGENT selon le sens du Champ. Comme dans les intervalles (11) les polarités magnétiques sont inversées, le sens de ces courants radiaux sont contraires d'un coté & l'autre: Il se crée donc, pour un régime de rotation donné, une DIFFERENCE DE POTENTIEL CONSTANTE entre les 2 bagues (30) d'un meme satellite. Or ces bagues sont electriquement isolées à la fois des carcasses (9) et du moyeu central (13): Cette TENSION CONTINUE peut donc etre appliquée aux bobines (24) en connectant ces bagues à leur fil d'entrée, ce circuit "EN SERIE" se fermant dans le moyeu par mise à la masse des fils de sortie ainsi que par le contact métal sur métal des 2 couronnes (25) serrées par les vis de liaison (27). Page 13 1.4: NOMBRE de SATELLITES: I1 peut etre de DEUX, TROIS, ou QUATRE ce dernier nombre étant un maximum pratique qui dépend de considérations GEOMETRIQUES et de CONSTRUCTION: En effet, l'obtention d'un rapport de réduction élevé implique qu'ils aient un assez grand diamètre par rapport au rotor-menant (5): Au delà de DEUX diamétralement opposés, la configuration donnant le plus grand diametre de satellite et le plus petit diamètre du rotor est celle groupant TROIS satellites disposés à 120 . Io Cette disposition, retenue dans cette description, est celle qui convient lorsque la prise de mouvement sur la turbine motrice peut se faire en BOUT D'ARBRE et que, de ce fait le choix du diamètre du Rotormenant est totalement LIBRE, donc aussi petit que voulu ou necessaire. Celle qui en groupe QUATRE donne, dans un meme cercle circonscrit, un diametre de satellite un peu moins grand avec un diamètre de rotor nettement plus important, donc un Rapport de réduction moins interessant. Cependant cette disposition peut s'imposer lorsque le diamètre du Rotormenant dépend de celui de l'arbre qui le porte et que, de ce fait, il ne peut pas etre suffisamment réduit: L'emploi de 3 satellites pourrait alors conduire à un encombrement prohibitif et à une masse de chacun excessive. Mais, la capacité de transmission de couple étant alors plus élevée qu'avec TROIS, la MEME puissance peut etre obtenue avec un glissement moindre, donc avec un bien meilleur rendement: Il est alors admissible de recourir si necessaire, à un SECOND ETAGE de REDUCTION constitué par des engrenages classiques, le rendement final restant acceptable (produit des R). 1.5: NATURE DU METAL DU ROTOR-MENANT (5), DES COURONNES -O PERIPHERIQUES (12) ET DES COURONNES GENERATRICES (25): 2 63063 Page 14 En principe, ce métal peut-etre MAGNETIQUE OU NON. On peut aussi envisager une CONSTRUCTION MIXTE incorporant dans un metal tel que l'aluminium des noyaux de fer régulièrement espacés d'une manière inversement analogue au rotor cage d'écureuil d'un moteur asynchrone (Pl. 7/8, Fig 11), S'il N'EST PAS magnétiques la réluctance qu'il oppose dans l'intervalle (11) représente la quasi- totalité de celle du circuit magnétique. Or, cette réluctance croit comme la largeur de cet intervalle, donc comme l'épaisseur du collet (5) qui est O10 aussi celle des couronnes (12) et (25). Ces pièces devront donc etre TRES MINCES. Mais, malgré cette précaution, (à moains d'utiliser des aimants très puissants ou de très grosses bobines parcourues par un fort courant inducteur), le Champ régnant dans l'intervalle (1l) et traversant le collet (5) du rotormenant, ne pourra y induire que des courants faibles dont la force de réaction sur ce champ faible ne peut engendrer qu'un effort tangentiel très modeste. Si, AU CONTRAIRE on emploie un métal magnétique (construction MASSIVE ou MIXTE), on bénéficie de la concentration du champ magnétique du à l'effet de sa perméabilité et les valeurs atteintes par ces forces electromagnétique sont considérablement accrues De plus, la limitation d'épaisseur du collet (5) et des couronnes (12) et (25) ne s'impose plus autant. Par contre le jeu d'entrefer (31) necessaire pour permettre la rotation des joues polaires sans frottement sur les collets (5), et les couronnes (12) & (25), devra etre aussi réduit que possible en raison de sa réluctance non-négligeable et pour limiter le "flux de fuite". Une autre précaution indispensable consiste à éviter des variations de flux magnétique au cours de la rotation des satellites, susceptibles d'engendrer des PERTES Page 15 par COURANTS de FOUCAUL.T: C(e risque n'existe pas lorsque le métal utilisé est NON-MAGNETIOUE parce que la perméabilite du milieu "coupant" les lignes de force au cours de la rotation est invariablement égale à 1 (valeur pour le vide, air et matériaux non-magnétiques). Il peut en etre de meme avec un métal magnétique, mais à la condition qu'il n'y ait pas, au cours de la rotation,. de changement de la perméabilité du milieu traversé par les lignes de force: Sinon, une construction feuilletée (couteuse et fragile) de la carcasse des satellites serait necessaire. Ce feuilletage est donc évité en réduisant le plus possible les espac.es vid:es dans la zone balayée au cours de la rotation: C:'est pourqu..loi avec:: par exemple une construction massive fer ou acier.-doux, le JEU (32) necessaire entre la périphérie du collet (5)! 'alésage central des couronnes génératrices (25) et les c:ouronnes fixes (12) qui lui sont concentriques doit etre aussi faible que possible: Ceci afin que le champ, en tournant, ne traverse pas une trop large zone vide ou la perméablité chutant d'une valeur élevée à seulement 1, entrainerait une variation de flux, donc des pertes par courants de Foucault. Il faut aussi remarquer que dans le cas d'AIMANTS PERMANENTS c:mme inducteurs, les couronnes génératrices (25) n'ont pas de raison d'etre et seraient meme NUISIBLES si on y laissait se dé-velopper des courants induits inutilisés: Etant supprimées, l'espace occupé serait remplacé par de l'air de perméabilité égale à 1: Donc, sous peine de subir ces pertes, les collets (5) et les couronnes fixes (12) devraient etre aussi en métal NON-MAGNETIQUE. Il s'avère donc, finalement, que 1 'EXCITATION PAR AIMANTS PERMANENTS n'est PAS avantageuse. 350 Si on envisage la construction MIXTE, pour éviter le FEUILLETAGE Page 16 DES SATELLITES. les noyaux de fer ou d'acier-doux ne devront pas etre trop espacés: La solution consiste à utiliser des rivets en acier--doux à large tete fraisée dont les épanouissements après matage sont franchement jointifs. (P1.7/8, Fig.11) 1.6: POSITIONNEMENT RELATIF DES ORGANES, BUTEES: (PL.2/8) Lorsque les collets du rotor-menant ainsi que les couronnes génératrices sont en métal magnétique, ces pieces subissent l'attraction des satellites et, à défaut de butée de positionnement, il y aurait fatalement contactmécanique d'un i0 coté ou de l'autre. Pour éviter celà et maintenir des jeux d'entrefer égaux entre ces pieces, le rotor-menant comporte DEUX collets (33) pouvant s'appuyer, avec un leger jeu, sur l'une ou l'autre des faces extérieures du logement des paliers (22) portés par les flasques (15). Quand à ces flasques (15) dont l'écartement est déterminé par la longueur donnée aux entretoises (16), ils positionnent les satellites par appui sur l'une ou l'autre des faces (34) des carcasses (9) avec le jeu juste suffisant. En ce qui concerne, les couronnes génératrices (25) leur écartement est maintenu par rapport aux flasques (15) par les douilles isolantes (26) ajustées à la longueur voulue. De plus, les rondelles élastiques (29) participent au maintien de l'entrefer en écartant les carcasses (9) des couronnes (25) dont les cotes d'épaisseur assurent le jeu voulu avec les disques (10). Il y évidemment intéret à égaliser tous ces entrefers pour équilibrer les attractions magnétiques et soulager les butées: Mais il faut compter avec les dilatations: Elles s'effectuent de part et d'autres du plan médian central afin de minimiser leur influence sur ces jeux, l'ensemble étant positionné par le palier-juste (19). 1.7: ACCOUPLEMENT TURBINE ET ROTOR-MENANT: (P1.8/8, Fig 14 & 15) Page 17 Le rotor-menant peut faire partie intégrante de l'arbre de la turbine, ou bien y etre accouplé: C'est le cas notamment pour la prise de mouvement en bout d'arbre de compresseur d'une turbo-soufflante, tel l'exemple choisi pour la présente description. Comme le coupleur-réducteur doit alors se trouver à une certaine distance de l'ouie d'aspiration du compresseur pour ne pas le gener. l'accouplement se fait au moyen d'un arbre (35) de petit diametre et de la longueur voulue, travaillant en torsion élastique, cannelé à ses deux extrémités (liaison coulissante dite "à dents de souris"). La prise de mouvement sur l'arbre de turbine se fait par un écrou spécial (39) prolongé par un manchon cannelé femelle, se substituant à l'écrou d'origine bloquant la roue du compresseur (sens de vissage auto-serreur). Le rotor-menant, cannelé intérieurement, recoit l'autre extremité (35). Ainsi, le rotor-menant étant supporté par ses propres paliers et butée tels que précédemment décrits n'influence en rien l'arbre de la turbine sinon par le leger poids supplémentaire s'exercant L- sur l'écrou, d'une des extrémités de l'arbre (35). 1.8: UTILISATION DU REDUCTEUR EN DEMARREUR: (P1.7/8, Fig. 10) Les turbines à gaz doivent d'etre lancées afin que leur compresseur ait commencé de débiter lors de l'allumage: Cette fonction peut-etre assurée par ce OOUPLEUR-REDUCTEUR en application de la réversibilité des machines electriques. Il suffit de NE PAS relier electriquement en permanence les DEUX COURONNES GENERATRICES (25) en les ISOLANT l'une de l'autre (y compris les liaisons par vis (27)). Dans C% coneitions, on peut adapter sur le pourtour de la COURONNE INTERCALAIRE (38), en deux nappes, un nombre suffisant Page 18 de balais en carbone (51) dont le support (52) est isolant, chaque nappe frottant sur la périphérie de l'une des 2 couronnes génératrices. Ces balais étant reliés entre-eux, donc en court-circuit, permettent alors le fonctionnement du coupleur-réducteur auto-excité comme auparavant. Mais si l'an deconnecte la liaison electrique entre les 2 nappes, apparait la possibilité de les alimenter à partir d'une SOURCE de COURANT CONTINU EXTERIEURE, donc de débiter dans les bobines inductrices. Celles-ci engendrent alors le Champ qui réagit sur 101e courant radial d'alimentation, ce qui se traduit par la mise en rotation des satellites: Il en résulte des courants induits dans le rotor-menant qui se trouve finalement entrainé par leur réaction sur le Champ. Cependant, le Couple s'exercant sur le rotor est très faible: Aussi la mise en rotation de l'ensemble turbine, compresseur et machine réceptrice ne peut-etre obtenue que si les résistances passives sont elles-mêmes très faibles, le travail à produire par le compresseur étant considéré, du moins initialement, comme négligeable. Le glissement relatif est très elevé, puisqu'il peut orrespondre à la vitesse V2 avant mise en rotation effective du rotor-menant), et peut le demeurer assez longtemps après: Aussi les courants induits dans le rotormenant peuvent atteindre et se maintenir à des intensités très importantes: Le courant de démarrage devra etre controlé afin d'éviter des valeurs dangereuses. De meme. pour limiter cet echauffement et éviter tout dommage, la POMPE DE LUBRIFICATION & DE REFROIDISSEMENT (45) devra préalablement débiter: Une moto-pompe electrique indépendante alimentée par la meme source de courant est donc & prévoir de préférence à une pompe attelée dont la résistance 3Cpassive serait, d'ailleurs, prohibitive. 2563O63 page 19 DEUXIEME PARTIE: PERFORMANCES THEORIQUES & CALCULS. Pour un Coupleur-réducteur adaptable à une MICRO-TURBINE existante, dimensionné selon les DESSINS des P1.2/89 3/8S 4/8 & /8, conforme à la précédente DESCRIPTION: 52.1.1: EXPOSE DES CALCULS PRESENTES: SYSTEME D'UNITES: INTERNATIONAL (SI) CONVENTIONS D'ECRITURE & DESIGNATION DES PARAMETRES: - PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT: * VOE = Vitesse de rotation du Rotor-menant axe (13) en T/min ou /sec, correspondant à la vitesse V1 (14). * G = Glissement exprimé par la différence de nombre de tour par seconde: (VOG - VOE). * T =Température stabilisée admise pour les pieces en régime permanent établi ( C) - PARAMETRES DE CONSTRUCTION, DIMENSIONNEMENT GENERAL: METAL DU CIRCUIT MAGNETIQUE: commun au rotor-menant (5), carcasse des satellites (9), disque/moyeux (10 & 7) et couronnes génératrices (25) * U = Perméabilité du métal magnétique commun: U = f(H) * P1 = Résistivité à O c, * A1 =Coefficient de Résistivité/Température ROTOR-MENANT (5): * DO, RO = circonference primitive (4) * DOEXT, ROEXT = circonférence extérieure * DOINT, ROINT = circonférence base du collet * LC = épaisseur du collet Page 20' SATELLITES (1): * DSI, RS1 = circonférence primitive SOLENOIDES (24): * P2 = résistivité du métal du fil à 0Oc * A2 = coefficient de Résistivité/Température * SF = section utile du Fil (m2) * K = coefficient de section de l'Isolant * NT = nombre de tours d'enroulement (spires) PISTES DE ROULEMENT (8): * DR = circonférence de roulement (8) COURONNE GENERATRICE (25): * DZE = circonférence extérieure zone active * DZI = circonférence intérieure zone active DIVERS NECESSAIRES POUR CALCULS AUXILIAIRES: * "O" & "S" = angles au centre des segments circulaires "en prise" entre rotor-menant (5) et satellite (1). NOTA: L'élévation d'un Nombre ou d'un Facteur a une puissance "+ ou - x" s'écrit en le faisant suivre, sans espacement, de la notation: Ex ou E-x. 2.2: CALCULS AUXILIAIRES: * FRACTION DE LA SURFACE DU COLLET (5) ENSERREE ENTRE LES JOUES POLAIRES (3) D'UN SATELLITE (PL 5/85 Fig 7) Page 21 Cette surface est à déduire de la surface totale balayée de la couronne-génératrice (25) pour le calcul du courant induit d'auto-excitation. Elle est la somme des surfaces de 2 segments circulaires délimités par l'intersection des cercles de rayon ROEXT et RSEXT d'entraxe e = (ROEXT + RSEXT): Surface d'un segment de cercle de rayon 'R" et d'angle "A": S = ((PI x A)/180) sin A) x R/2 Soient O et S les angles au centre des segments du rotor et du satellite. MN la corde c:ommune dont le point milieu est P; A et IOB sont les points d'intersection externes de l'axe OS avec les circonférences DOEXT et DSEXT. Dans les triangles plans on a: a/sin A = b/sin B = c/sin C = 2 R a, b, c étant les cotés, A B, C les angles opposés, R. le rayon du cercle circonscrit. Triangles AMN & BMN: MN/sin S/2 2 RSEXT; MN/sin 0/2 = 2 ROEXT ou: sin S/2 = MN/2RSEXT = MP/RSEXT sin 0/2 = MN/2ROEXT = MP/ROEXT Triangles rectangles SMP & OMP: MPE2 = RSEXTE2 - SPE2 MPE2 = ROEXTE2 - OPE2 Avec: OP + SP = e (entraxe), d'ou: SP = e - OP MPE2 = RSEXTE2 - (e - OP) E2 = ROEXTE2 - OPE2 OP = (ROEXTE2 - RSEXTE2 + eE2)/2e D'ou, 1/2 corde= MP = [(RSEXTE2-(ROEXTE2-RSEXTE2+eE2))/2e)E1/2 et finalement: sin S/2 = (1/RSEXT) x [(RSEXTE2-(ROEXTE2-RSEXTE2+eE2))/2e]E1/2 0sin 0/2 = (1/ROEXT) x C(ROEXTE2-(ROEXTE2-RSEXTE24eE2))/2elEl/2 2S63063 Page 22 De sin S/2 et sin 0/2 on tire S/2 et 0/2 puis S et O permettant le calcul des surfaces des segments et leur somme. NOMBRE DE TOURS PAR SECONDE DE GLISSEMENT RELATIF f)G> La valeur G = O correspond à l'absence de glissement, c'est & dire au conditions du réducteur à engrenages initial. La vitesse de sortie VI correspond à la vitesse VOE selon le rapport de réduction théorique des engrenages: VOE = VI(DRxDS1)/(DOxDS2) Dans ces conditions, la vitesse de rotation propre V2 des satellites est: V2 = Vl x DR/DS2. Dans le réducteur AVEC GLISSEMENT, si on désire la meme vitesse de sortie, celle-ci sera obtenue avec une nouvelle vitesse VOG du rotor-menant (5) plus grande que VOE. Mais la vitesse des satellites (1) restera la meme (V2 = V1 x DR/DS2) puisqu'il n'y a pas de patinage du moyeu (7) de diamètre DS2 sur la piste (8) de diamètre DR. Donc, si on se fixe les vitesses V1 et VOG, le NOMBRE DE TOURS DE GLISSEMENT à prendre en compte est: G = VOG - VOE 2.3: CALCUL DU COUPLAGE ELECTRO-MAGNETIQUE MODE D'ACTION DU CHAMP-MAGNETIQUE: Supposons que le champ magnétique porté par chaque satellite soit non seulement uniformément réparti sur la périphérie des joues polaires, mais de plus localisé uniquement sur le diamètre primitif DS1 (2). Supposons également que le collet du rotor-menant se limite à sa circonférence primitive DO (5>), tangente à celle de diamètre DS1. Ainsi, en raison de l'équi-répartition des lignes de forces du champ magnétique sur la circonférence DS1 on peut considérer qu'elles s'y trouvent régulièrement espacées comme s'il s'agissait de dents d'engrenage: Dans ses conditions, quand les vitesses périphériques des 2 roues sont égales (engrenage), tout point de la circonférence menante DO se déplace à la meme Page 23 vitesse linéaire qu'une ligne de force portée par la circonférence menée DS1: Il ne peut pas y avoir dépassement ou "coupure" de la ligne de force par ce point. Par contre lorsque les vitesses périphériques cessent d'etre égales (glissement), la ligne de force se trouvant au point de tangence est obligatoirement dépassée par un quelconque point du cercle DO qui va plus vite: Or, on peut considérer qu'il y a toujours une ligne de force présente au point de tangence si on admet qu'elles sont infiniment peu espacées: Ainsi, du point de vue La strict du MAGNETISME lorsqu'il y a GLISSEMENT, tout se passe comme si le satellite se trouvait immobile et que seul le rotor-menant tourne dans le champ. En réalité, ce champ est uniformément réparti, non sur la seule circonférence de diamètre DS1 mais sur toute la surface d'une couronne circulaire de diamètres DBEXT et DSINT, donc d'une largeur (DSEXT - DSINT) /2 et dont le diamètre moyen est DS1. De meme le rotor-menant est c:aractérisé par une couronne de diamètre DOEXT et DOINT, donc de largeur (DOEXT - DOINT)/2, cette largeur étant égale à la précédente, DO étant le diamètre moyen. Pour des largeurs relativement faibles on peut admettre, théoriquement, que le Champ magnétique est concentré sur la circonférence DS1, tout en s'exercant sur la totalité des surfaces en présence. * VARIATION DE FLUX à CONSIDERER: La Règle de base est celle "de FARADAY" relative au TRAVAIL correspondant au déplacement d'un ELEMENT de COURANT dans un CHAMP MAGNETIQUE (caractérisé par sa Densité de Flux "B") qui s'établit comme suit: Le déplacement d'un élément de courant de longueur "1" sur une distance "a" dans le sens de la force "F" provoquant ce déplacement, représente, de la part de cette o0 force, tun TRAVAIL égal au produit (F x a).. Or, cette force "F" à Page 24 exercer est égale à la Force electromagnétique & vaincre, définie par la Loi de LAPLACE: F(Newton) = B(Tesla) x l(metre) x I(ampère) TRAVAIL: T(Joule) = B(Tesla)xI(ampère)xil(metre)xa(metre) Le produit (1 x a) représente la SURFACE (traversée par le champ) qui a été "balayée" par l'élément de courant. Le produit de cette surface par la Densité du Champ magnétique est le FLUX de FORCE MAGNETIQUE "$" ou Flux "coupé" par le courant dans son déplacement: $(Weber) = B(Tesla) x S(m2) TRAVAIL(Joule) = $(Weber) x I(ampère) Ainsi, en 1 tour du collet du rotor-menant (5) par rapport au satellite supposé immobile, la surface coupant ce. Champ de Densité "B" est: S(m2) = PI x (ROEXT E2 - ROINT E2) Le Flux coupé PAR TOUR de GLISSEMENT RELATIF est donc: $I(Weber) = B(Tesla) x PI x (ROEXT E2 - ROINT E2) et le Travail: T(Joule) = B(Tesla) x PI x diamètre: (ROEXT - ROINT)/2. La LONGUEUR MOYENNE d'un circuit est alors: 1(m) = PI x (ROEXT - ROINT)/2 La SECTION DE PASSAGE, rectangulaire, offerte au courant est: s(m2) = LC x (ROEXT - ROINT)/2 La RESISTANCE EQUIVALENTE à ce circuit en parallèle constitué de 2 resistances égales est 1/2 de celle de l'un des cylindres ayant la longueur du collet "LC". Rl(ohm) = 1/2 x Pl(T c) x (l(m) / s(m2), P1 en Ohm.m à T c i0 Avec Pl(T0c) = Pl(0 c) x (1 + AlxT) Rl(Ohm) = 1/2Plx(I+AlxT)x(PI(ROEXT-ROINT)/2) /(LC(ROEXT-ROINT)/2) RI(Ohm) = P1 x (I+AlxT) x PI/2 x LC(m) * COUPLE TRANSMIS: Le COUPLE transmis du rotor-menant au satellite résulte de la réaction du COURANT INDUIT sur ie CHAMP qui l'a engendré. La LOI de LAPLACE (action d'un CHAMP sur un COURANT) s'applique réciproquement & la Force exercée sur le Champ de densité de flux "B" par l'élément de courant d'intensité "I" et de longueur "1" placé dans ce champ "B". POUR 1 t/sec de GLISSEMENT RELATIF du collet du rotor-menant par 2: rapport à 1 satellite: F(Newton) = B(Tesla) x 1(m) x I(ampêre) LONGUEUR DE L'ELEMENT DE COURANT: Conformément à l'Hypothèse faite précédemment pour evaluer la résistance du circuit et, de là.1 l'intensité du courant induit, ce dernier se divise en 2 courants égaux qui tournent dans 2 cylindres de diametre moyen = (ROEXT -ROINT)/2: L'élément RECTILIGNE de courant à considérer comme existant au point de tangence des circonférences primitive DO et DS1, est].a projection du courant total sur l'axe du rotor passant par ce poirnt (PL.7/8, Fig. 12) Donc "1" (ROEXT ROINT)/2, d'ou: 0 F(Newton) B(Tesla) >x (ROEXT - ROINT)(m) x I(ampère) x 1/2 Page 26 BRAS DE LEVIER DU COUPLE: Le point d'application de la Force electro-magnétique est au milieu de l'élément de courant, soit selon le rayon moyen = (ROEXT + ROINT)/2 = RO, d'ou: COUPLE(Newton. metre) = F(Newton) x (ROEXT + ROINT)/2 {metre) C(N.m) = B(Tesla) x (ROEXT E2 RGINT E2)(m) x I(ampère) x 1/4 COUPLE TOTAL pour "N" sateilites, "n" collets et "8" Tours par seconde de GLISSEMENT RELATIF: C.TOT.= C(N.m) x N (satellites) x n (collets) x G(t/sec> PUISSANCE TRANSMISE par le ROTOR tournant & VOG(t/min): P(Watt) = C.TOT.( 2.4: CALCUL DU COURANT INDUIT D'AUTO-EXCITATION: La méthode est la meme que précédement, mais en considérant qu'il s'agit ici du Flux coupé par TOUR DE SATELLITE sur lui-meme à la vitesse V2 T/seconde (puisque la COURONNE GENERATRICE (25) est entrainée avec lui à la meme vitesse V1). Vitesse de rotation propre du satellite pour la vitesse de l'arbre de sortie voulue VI: V2 = V1 x DR/DS2 - La Surface coupée PAR TOUR DE SATELLITE est, selon le meme raisonnement que pour le rotor-menant, égale à la surface de la ccuronne-q-énératrice (25) qui est balayée par le champ uniforme porté par les joues polaires: Cette surface est celle d'une couronne de diametres DSEXT & DSINT: PL 5/8, Fig. 7) Mais il faut lui défalquer la surface balayée du rotor-menant non-productrice de courants induits utiles pour l'auto- excitation (Calculs auxiliaires): A noter que la surface balayée Page 27 de la couronne fixe (12) n'intervient pas puisque l'épaisseur de cette couronne n'est que la moitié de l'intervalle (11), l'autre moitié étant une partie de la couronne (25) productrice de courants induits utiles pour l 'auto-excitation. SURFACE COULIPEE PAR TOUR (S2): Sur 1 couronne génératrice (25) par une Paire- de ioues (3) de polarité Nord/Sud, la densité de flux y étant "EtB": S2(cm2) = PI x (RSEXT E2 RSINT E2) - (Segments "RO & RSI"> FLUX COUPE PAR TOUR ($2): $2 = B(Tesla) x: S2(m2) Flux coupé par couronne génératrice et par seconde (V2 t/sec) $2(Weber) = B(Tesla) x 52(m2) x V2(t/sec) INTENSITE du COURANT INDUIT DANS UNE COURONE'GENERATRICE (I2): Four Vitesse de sortie VI d'ou découle V2: I2(Ampre) = E(Volts / R(Ohm); Avec: i5 E(Volt) = (Variation de flux/seconde) E(Volt) = $2(Weber) x V2(T/sec) et: V2 = VI x (DR/DS2) I2(Ampère) = $2(Weber) x (V1 x DR/DS2)(T/sec) x I/R(Ohm) RESISTANCE d'UNE BOBINE (R2): Chaque Demi-satellite comporte i bobine cylindrique (24), logée dans la carcasse (9), donc dans un encombrement limité défini: Par le diamètre du logement DB Par le diamétre départ d'enroulement qui est DC Par la profondeur du logement qui est fixée arbitrairement à: (RB RC), ce qui donne une section de bobine CARREE. NOMBRE DE SPIRES (NT): L.' ISOLANT étant supposé occuper une fraction l"K" exprimée en centiîmes de l'espace disponible, si on utilise un fil de SECTION UTILE "SF", le nombre de spire est: NT (spires) = (1. -- K) x (RB - RC)E2 /SF LONGUEUR DU FIL (LF): Elle est égale à la longueur de la 4. Page 28 circonférence de diametre moyen multiplié par le nombre de spires, soit: LF(m) = PI(DB + DC)/2 x (1-K)(RB - RC) x ((RB - RC)E2) /SF = LF(m) = PI(RB + RC) courant dans la couronne-géneratrice (25) et dans le moyeu. FORCE MAGNETO-MOTRICE D'UNE BOBINE: Courant: I2(T) = I2 x 2 (Circuit electrique Série) FMM(BOB)(Ampère) = NT flux total d'un demi-circuit. - Coté moyeu-porteur: Joue-culasse deEpaisseur moyenne = J Rayon extérieur RB, Rayon de raccordement au noyau = RC, traversée par le flux se répartissant et se canalisant uniformément selon ses RAYONS. - Périphérie carcasse: cylindre creux, diametre extérieur = DS1, intérieur = DB, longueur # LB + J/2, traversé LONGITUDINALEMENT par le flux total uniformément réparti et canalisé selon les GENERATRICES de ce cylindre. - Périphérie au centre, appartenant aux couronnes (12) et (25) ainsi qu'au disque (10) et à une portion du rotor-menant: cylindre, diametre extérieur = DSEXT, intérieur = DB, longueur Page 29 (LC + J/4 + 2 &,); (on néglige l'entrefer existant sur la 1/2 largeur entre les pieces (12) et (25)), traversé longitudinalement par le flu:x. - Au centre: demi-disque polaire (10) épaisseur =J/2, Rayon extérieur =RB, intérieur =RC, traversé RADIALEMENT par le flux. On peut imaginer que chacune des ligne de force engendrées dans le noyau cylindrique central traverse radialement chaque joue puis le cylindre creux selon sa génératrice pour aboutir en des points régulièrement espacés de la surface polaire de la joue (3) ou débute l'entrefer. En supposant que les sections de métal traversées soient constantes, donc telles que la densité des lignes de force y reste la meme que dans le noyau central, la RELUJCTANCE de ce 1/2 circuit magnétique serait celle d'un BARREAU dont on ferait ensuite un ANNEAU de section uniforme égale à celle du noyau- central qui comporterait une coupure de largeur = & x 2 x 2 = 4& occupée par de.l'air. La longueur de cet anneau fictif serait: (J/4+LC+LB+J/2+2&)+ (RB-RC)+(LB+J/2)+(LC+J/4+2&) + (RB-RC) = 3J/2 + 2LC + 2LB + 2RB - 2RC + 4& = L(m) Avec cette hypothèse faite pour chaque 1/2 circuit, on est ramené au cas simple d'un circuit magnétique SERIE de longueurs et section connues et auquel est appliquée une certaine FMM: Cette FMM developpée par UNE bobine doit vaincre la réluctance de ce noyau magnétique fictif PLUS celle opposée par l'air dans la coupure. S'il n'yv avait pas d'entrefer, cette FMM n'aurait à vaincre que la r-éluctance de l'anneau fictif de longueur "L"(m) Le Champ "H" serait- H(A/m) = NT x I(Ampère) / L(noyau,m>. Considérant que la coupure de l'anneau est de faible largeur, on estime que toutes les lignes de force suivent le meme chemin que 5.0 dans l'anneau fictif initial. La Densité de Flux dans les 2 Page 30 entrefers de largeur "&" est donc la meme que dans le noyau: Dans l'air ou le vide on a approximativement: B(Tesla) = H(A/m)/800 000; Or: FMM(Ampère) = H(A/m) x L(air,m) d'ou, pour l'air de l'entrefer: B(Tesla) = FMM(airrAmpère)/(L(airm) x 800 000) La FFM necessaire pour vaincre la réluctance de l'air est donc: FMM(airAmpère)= B(Tesla)xL(airm) x 800 000 avec L(air,m) - 4& La longueur du circuit magnétique du noyau étant peu différente apres coupure, on estime que la FMM necessaire pour vaincre la réluctance du métal est la meme que non-coupé: Donc si le Champ dans l'entrefer est "H" (A/m) correspondant à I'B" (Tesla) sur la Courbe d'AIMANTATION du Métal Utilisé, est dissipé dans le noyau: FMM(fer,Ampère) = H (A/m) x L (noyau fictif,m) La FMM (NxI) créée par UNE bobine pour obtenir cette densité de flux B doit etre au moins égale à la somme: FMM(air)+FMM(noyau). Comme un Champ initial rémanent "HI(r)" est necessaire pour obtenir l'amorcage, on peut écrire: FMM(bob) + FMM(rem) = FMM(fer) + FMM(air) Ceci permet le calcul préalable de dimensionnement de la bobine (nb de spires, fil, résistance), de la surface balayée ou naissent les courants induits radiaux, compte-tenu de la vitesse de rotation prévue, de la longueur du circuit magnétique et de la largeur donnée aux entrefers. Ces valeurs étant choisies, on écrit: NxI(A) + HI(R)(A/m) x L(m) = H(B)(A/m) x L(m) + 800 000 x 4& x B(H)(Tesla) On relève sur la Courbe d'AIMANTATION les valeurs MAXI de H et B correspondants auxquelles on souhaite travailler, que l'on introduit dans l'égalité, d'ou l'on tire I" necessaire. Or, I = $2(Weber) x V2(t/sec) x 1/R2(Ohm), Page 31 avec $2 = B iesla) x S bobine ni réduire la longueur du circuit magnétique dans le fer. Li) Ainsi pour les dimensions du Coupleur-Réducteur selon les PL 2/8 à 5/8 la valeur de & ne peut guère excéder 0,05 à 0,1 mm. Il est possible de tourner la difficulté en disposant d'AIMANTS PERMANENTS D'APFPOINT ANNULAIRES (40) logés concentriquement aux Bobines (24): PL 2/(9, Fig.4. En fait, l'exigence de très IF faibles jeux d'entrefer s'attenue avec l'augmentation des dimensions générales. Ceci est illustré par le Calcul N 2 (Pages 41,42,43) relatif a une machine identique, mais dont les cotes sont multipliées par 1,5: Dans cette extrapolation, alors que la capacité théorique de transmission de puissance se révèle multipliée par 7 dans les rmemres conditions d'emploi, il est vérifié que le iJeu "&." peut atteindre 0,25 mm, soit 2,5 à 5 fois p i u s TRCOISIEME FARTIE: CONSIDERATIONS PRATIQUES. 3.1: MAINT-IEN DES JEUX D'ENTREFER ET DE FONCTIONNEMENT: Les pi ec:e? étant réealisées aux cotes voulues avec la précision requise, leur positionnement relatif, (donc les jeux) est fixé par l'écartement des flasques (15) et couronnes génératrices ( d'autant qu'ils influent peu sur la consommation de FMM. Revenant au jeu entre rotor-menant (5) et joues (3), il faut remarquer qu'un éventuel contact entre ces faces en rotation ne serait vraiment catastrophique qu'au démarrage ou, en fonctionnement normal, à défaut de lubrification et avec une assez forte poussée axiale: En effet, le déplacement relatif de ces surfaces correspond au glissement, donc à des vitesses très voisines et de meme sens. De meme, sur les couronnes extérieures (12), la Fig.9, PL.6/8 montre que le déplacement relatif réel dans les zones de contact possible se fait à la vitesse la plus faible des trajectoires epicycloidales puisque qu'au voisinage du point de rebroussement. De plus, un phénomène d'AUTO-CENTRAGE MAGNETIQUE (PL 7/8, Fig.13) du aux grandes vitesses de rotation se manifeste, notamment pour le rotor-menant (5). En effet, les courants induits dans les collets y circulent selon 2 boucles: Chaque boucle engendre un champ magnétique dont le sens est déterminé par celui du courant. Dans l'une des Page 33 boucles: ce sens est le meme que celui du champ inducteur, dans l'autre il y est opposé puisque le sens de rotation de ces 2 courants est inverse. Donc, au point de tangence des 2 boucles, ces 2 champs, égaux et de sens contraire s'annulent et n'ont aucun effet sur le champ inducteur. Mais à très grande vitesse, il se produit un décalage dans le temps entre la création de la TENSION INDUITE et l'établissement de "'INTENSITE du COURANT INDUIT. Il s'ensuit que si les 2 boucles correspondant à la TENSION sont toujours au point initial de tangence entre les 1 circonférences DO et DSI, les 2 boucles correspondant au COURANT REEL tendent à se situer en RETARD du mouvement (PL.7/8, Fig.13). Compte-tenu des sens respectifs du Champ inducteur, du mouvement et des courants, il apparait que la boucle dont le champ est de sens contraire au champ inducteur tend à venir en face de ce dernier et à s'y opposer alors que l'autre sort de la zone d'action. Ainsi se crée un effet de REPULSION entre les ioues (3) et collets (5) conduisant à un AUTO-CENTRAGE qui soulage d'autant les butées (33). A un bien moindre degré, ce phénomène très connu appelé aussi "SUSTENTATION MAGNETIQUE", 2 utilisé dans beaucoup de machines electriques, peut s'e>xercer entre ces memes joues (3) et les couronnes extérieures (12). Mais il présente ici moins d'intéret puisque les jeux y sont plus importants à cause du cumul des dilatations et que le positionnemnent des joues est acquis. 2 Malheureusement, on ne peut pas bénéfier du tout de ce phénomène pour les couronnes génératrices (25) parcequ'on n'y laisse pas les courants induit se boucler. Aussi, le risque de friction est sérieux entre les pole' (3, 10) des satellites et les couronnes génératrices (25), la vitesse relative V2 étant très élevée. En effet l 'attraction magnétique s'exercant sur la surface Page 34 génératrice du courant inducteur, peut devenir très importante si les jeux d'enfrefer ou les champs magnétiques ne sont pas égaux (condition d'équilibre). A cette vitesse tout contact produirait des dommages et bloquerait la machine. Ainsi, les douilles isola.tes (26) portées par les entretoises (16) sont d'une importance capitale, de meme que le role des surfaces de butée (34) entre flasque (15) et carcasses (9). Mais les rondelles élastiques (29) en appui comprimé sur les couronnes (25) et sur les bagues (30) ont également ce role: Sous réserve o10 d'une surface d'appui et d'une lubrification convenables, ce double sytéme collecteur de courant constitue un autre "positionneur" du satellite par rapport aux couronnes (25). Or, justement le lubrifiant issu du canal (20) à la base du collet (5) aboutit directement sur la surface de friction entre rondelle (29) et bague (30), toutes les faces polaires étant *d'ailleurs abondamment arrosées. 3.2: MONTAGE (PL.2/8, Fig.4): Ceci amène à exposer le mode de montage de l'appareil: Il débute par l'assemblage des 2 couronnes génératrices (25) enfermant les corps centraux (13) des 3 satellites ainsi que le rotormenant (5) prisonnier des 3 voiles (10). Ensuite, sont mises en place les rondelles élastiques (29) et les bagues (30) avec interposition des douilles isolantes (41), puis les carcasses (9) préalablement équipées des bobines (24). Les connexions;avec les fils d'entrée et sortie des bobines sont assurées par simple contact et pression, d'une part sur les bagues (30) et sur le fond des carcasses (9): Il convient évidemment de s'assurer, à l'issue du montage des satellites, avec un "controleur", que le circuit est bien établi avec la résistance voulue. Attention également à ce que le sens (i1) >Ba ( STA sa l _ed aijas amoi mi.inod a:3e [d ua as' m' a 4 s..to [e aI?.d -:- (Z') ajnaJa-x uuono e- (9Zi) saT.1Fln.p ir3[.mis zpAi^ndd, ( 'C sauuoO.. 7ii sa l I.i UU}'OU;s_ [ I Te:4ro'..,Jed:L (àrf. iWd'F '[f [O-3 sap ï.Jee,p:. a l..Ans ap a.:3.A_:J::.,7,.1Jt)5..r+ va..:1ia -i.3 S; I ',; ap balls al aj r 1: aisj. ap 3:.gi3F ns.1 L3 ddolaAua--T.waP e' p P (61)..a-tled np au_-: uT aie e.-Ans spTod uos.edId usoda..t 'no: c l:a (9Za s5i 3UtOST Sa'[ITnop sal 'uWalnas o: 40: a ap 'naAe (9T> sasTo.auLla sap (z).aaTIed-anfieq el ap c(8):Uauwalno:Ja rp m'std es ap aiildt:nb;pi -uawalqelesid (6I).InanqT. sTp eaTted ae;ue..o. wod (9') ST addolaAua-Twap el suep IfemTiiaA gq^uasid s..ole ' sa a'EqWasua l' asinbmai T-4Ienb el ap e4 4uo sa6euFsn sia^Ap sal Ts ueTpatp ueld ne aiDue'4sl: inal anb gsure 4sR3d sanu4eIoq x'nw esale6p 4uos (zú) saDe.Ans sal ai4ua saarisaw inassTedgp,) salm:al ls'uTa.- -luawa^AT u:. TUpp (t,.') sno.,m sa- 0t sa;4TlTa-4es sap alquiasual.ins arnoiita-ja;4ue4 uoiletipdc, atuaw el" ":3 b 't.l o:) * -JSUiJS3 LI_-e ui Jinal Jds (6) sasseve.i sap uo'Essaiboid:a a6e.Jas n)p 4u5wf3ldwoD _.ed anIno inDA n el e sesTIe f m4a,,sa;a1f ed,, sap imAe s'.jnIsw soile 4uos JaJai-4a;ap xnac. sma " ue :4uawa lno ap san6eq sap a..iTe TP pi.JauT 1.Je.d abe.f.as -ia wajd ul sauTqoq sIal sano- Jnriod awaw a uJeTq:'l> os:4uSaw[noJu5,p ú90 9Sz a:ed Page 36 Le montage peut alors se poursuivre par mise en place du 2ème segment (12), de la couronne intercalaire (38, avec 2 joints toriques), centrée sur le ler et centrant le second, puis de la 2ème demi-enveloppe (36) portant la 2ème piste de roulement (8): Le 2ème segment (12), convenablement orienté est alors saisi et fi>:xé par des vis (37), l'ensemble étant bloqué par une série de boulons périphériques (44). Après montage des roulements porteurs et un essai manuel de librerotation, un ultime controle des jeux d'entrefer peut-etre iO effectué par le conduit (23) entre couronnes (25) et voiles (10), complété par la mesure des jeux axiaux du rotor-menant (5) et de l'arbre de sortie (14) 4. CONCLUSION: Le RENDEMENT GLOBAL de ce Coupleur-réducteur tel qu'il ressort des Résultats des Calculs Pages 40 & 43 peut-etre jugé inférieur à celui d'un Réducteur mécanique à engrenages dès qu'il s'agit de transmettre une Puissance élevée conduisant à un fort glissement: Mais la chaleur perdue est récupérable lorsque l'appareil est incorporé à une Machine Thermique et les Calculs joints à titre d'exemple montrent que ce rendement est de l'ordre de celui des TRANSMISSIONS ELECTRIQUES ASYNCHRONE-SYNCHRONISEES et des COUPLEURS HYDRAULIQUES. Mais, de toutes manières aucun des 3, mécanique, electrique ou hydraulique, n'est utilisable au>: vitesses considérées, n'étant pas non plus capables d'un degré de réduction comparable en un seul étage (Ici: 1/15C8). Ce défaut de rendement peut donc etre compensé par la possibilite d'utiliser les turbines à haut régime en leur point de rendement optimum, avec l'avantage supplémentaire de la COMPACITE de l'ensemble. Les exécutions de faibles dimensions e>xient une grande Page 37 précision d'usinage qui s'atténue à plus grande echelle. Mais les problèmes technologiques posés alors par la masse des satellites et la tenue des pistes de roulement (8) et moyeux porteurs (7) sont de nature à limiter le rapport de réduction visé en raison des valeurs moins favorables devant etre alors adoptées pour les circonférences DS1 et DS2. (Si le récepteur est un ALTERNATEUR, avoir à délivrer du Courant à 60 Hertz donne un certain avantage, la sortie étant à 3600 T/min). De meme, l'exécution de l'appareil avec les collets (5) portés par un arbre de diametre fixé et non-réductible, conduit à 4 satellites avec un rapport de réduction encore plus modeste: Donc, pour les Applications de ce genre et de forte puissance, l'ensemble devra vraisemblablement etre complété d'un REDUCTEUR MECANIQUE à ENGRENAGE pour achever la réduction en un 2ème Etage: L'Appareil sera alors PRINCIPALEMENT LE COUPLEUR qui, tout en réalisant une lère Réduction appréciable, permettra précisément l'emploi des réducteurs à engrenages dans des Applications d'ou ils étaient, jusqu'à présent EXCLUS. Enfin, l'Intensité totale IG tirée des Calculs (Pages 40 & 43) étant fortement croissante avec le Glissement, il faut s'assurer qu'elle est admissible à chaque point de fonctionnement prévu: En fait, sa valeur ne signifie rien par elle-meme, si forte soit-elle: Ce qu'il faut considérer, c'est le Produit RI2 représentant le dégagement de Chaleur, donc dépendant de la Résistance du Rotor-menant. Or R est très faible, grace à quoi, malgré une valeur calculée de plus de 3000 Ampère (Calcul N 2, Page 43), la Chaleur dégagée n'est que d'environ 1,4 Kw pour 32 KwJ de Puissance transmise, soit moins de 5%: D'ou, cependant, la necessité d'évacuer cette Chaleur grace à un Système efficace de --Refroidissement par le Lubrifiant. S00" = TV:3AnlI3dW31/31IAI!SIS3.Y Z'3O3 0ú W"WHO L-300VzT = Id:3 3d93a 0 V 31IAIISIS3d (H)4 = E 3M1 = Infl'D3d 31lIEIN3MI XnOG-d3I3V:B3IdlVd3N393NNOano3 w úT = ll:iN3W3nfOU 3 38L3WVIa:iN3W3n1fOU 3O 31SId I' = >: iNV90SIc3 3a NOI1i3S 3a'303Z 62ú00' - ZV 3 niVUB3dW31/31IAISISB3d'3B0O 9Z W'WHO 8-300L'I = -Zd:3 3893a O V 3 IÀI1SISB3 ZW o00000' = - S:SflONI Ifin3B 3BAIfn3:3IIfV3BW:33I8i3flONI-BNI80e W-9B0'00 -: :d43dULN3ea n3r nu IN3W33VdS3 w SLO0' = r:3UIIVOd 3nor-un-3SSIVd3 w s90o = Sa:33I l3naONIBNIaOS iN3WB301 WVIa Oz W SZZO - 3aQ:a'ONI-3NI808 a13I31iINI 'SB10333 13ViNOO n3Aow"wvIa w zo0 = zsa:INBWB3no 3a fn3BAOW'WVI W O90 = iNIsa:un3lI31NI 3 qIVIDd"WVIa W 60 = lX3Sa:un3BI3lX3 3MdIV10d'WVI W úLO = iSa:AIlIWIdd'WVIG 91 SSOO = IV:3AlVd3dW31/31IAIISIS3Y'4303 W'WHO L-300Z'I = Id:3 B3B93 0 V 3IAIIlSISB3 (H)> = 8 38Vi = In:INVN3W-OúOm fnV 3OIINB3aI xnoa-d3I3V:S3iI131VS W 800- = 019:131100 na (dn3ovi no) un33SSIVd3 W ZO0 = lNIOa:(13mIo3 nu BSVa) fn3I3BiNIJNWVIa O0 W SO'o = iLX30a:fn3BId3iX3'WVIa W Sú0' = oa:IIIWI'dwvIa S OO- - TU:3dniVU3dW31/31IAIISIS3U8'3O3 W'WHD L-300Z'I = Id 2:3 393 0 V 31IAI1SIS3B (H)4 - 8 = in 3 =:3naI13NBVW 313IVBWl3Od3deXnO=u31Iov:liNVN3W- QOiO S 9'BB3a 00o =:S333Id S3a 33 BSIIaVIS 3anlV3dW31 NIW/J 000 =- TA:3IiU0S 30 3f8fVlúN3W3SSI13 UiVdeI31SB3 BSS31IA NIW/. OOSLt = B90A:lNVNBW-UOIOU na NOIilVOU 3a 3SS31IA kON ifnD3iv na S3flDI>3WnN S33NNOa:NOIúdIOSB3a NOmBS dn3ornB3aB-dn3dno3 T ú9029Sz Page 39 1 DIAM.,E:XT. ZONE ACTIVE: Dô' + 2 X DS1 = DZE =.2 M DIAM. INT. ZONE ACTIVE: DOEXT + 2 X = DZI =.0451 M CAL.CUL.S AUXILIAIRES: VALEURS D'ENTREE RESULTANT DES DONNEES NUMERIO. UE RAYON PRIMITIF ROTOR-MENANT: RO =.01625 M RAYON INTERIEUR (BASE DU COL. LET): ROINT =..01 M RAYON EXTERIEUR (PERIPHERIE COLLET): ROEXT =.0225 M SATEL..LIrTE: RAYON POLAIRE EXTERIEUR: RSEXT -.045 M RAYON FPOLAIRE INTERIEUR: RSINT =.0325 M RAYON PRIMITIF SATELLITE: RS1 =.03875 M RAYON MOYEU DE ROULEMENT: RS2 =.01 M RAYON MOYEU CONTACT ELECT.& INTERIEUR BOBINE: RC =.01125 M LARGEUR ENTRE-JOUES: LC + 2& =.0081 M L.ONGUEUR CIRCUIT MAGNETIQUE 1 SAT. (ANNEAU FICTIF) L =.1.245 M SIN A/2 = RSEXT / (RSEXT 4+ ROINT) SIN A/2 =.8181818 1. 5 NCOMBRE DE SATELL. ITES: NS=3 SI SIN A/2 -= SIN 60 NS = 3 SATEL ENTRAXE= RO ± RSI=.055 SIN 0/2=.4607350 ANGLE 0= 54.86909 DEGRE 1/2CORDE=.0178535 M SIN S/2=.1983720 ANGLE S= 22.88355 DEGRE SURFACE SEGMENT=EVIDEMENT CAGE PASSAGE DU ROTOR:S(RO)= S3.539E-5 M2 SURFACE SEGMENT DU SATELLITE BALAYANT LE ROTOR: S(RS1) = 1.067E-S M2 SURFACE FLUX C.OUPE PAR T.DL)E GL..ISEMEENT DU ROTOR: S1 =.0012763 M2 SURFACE ACTIVE DE LA COURONNE--GENERATRICE: S2 =.0029974 M2 BOBINE-INDUCTRICE: RAYON LOGEMENT RB =.0325 M LONGUEUR EBOBINE: RB - RC = LB =.02125 M LARGEUR DU CORPS DE BOBINE: (RB+RC)+J+O00025 =.03125 M NB.DE SPIRES: (1-K))X(RB-RC)E2. /SF POUR 1 BOBINE: NT = 40C6.4063 SF'IRE LONG.FIL..: P FIXR+RC) (l-K) (RB-RC)E2 /SF (1 BOBINE) LF = 55.85853 M RAPPF:OiRT DE REDULCTION THEORIO.UE (ENGRENAGES): VOE:/V1 = 15.55 VIrf5SEF: R'F['OfR-MENANT SANS GL...I.SSEMENT (=0): VOE = 46500 T/MIN VITESSE ROTATION-- PROPRE SATELLITE POLUR V1. VOULUE:, V2 = 19500 T/MIh NOMBRE DE T"'OURS DE G1.. ISSEMENT PAR MINUTE: VOG -- VOE = 1000 T/MIK Page 40 1 NOMBRE DE TOURS DE GLISSEMENT PAR SECONDE: 5 = 16.66667 T/SEC RAPPORT DE REDUCTION REEL OBTENU: VOGs/Vi 15.83333 RESULTATS POLIR LE COUPLAGE ET LVAUTO-EXCITATION: CHAMP MAGNETIQUE INITIAL (REMANENT) HI(R)= 50 A/M INDUCTION INITIALE CORRESPONDANTE (TABLE D'AIM.) B1 =.01 TESLJ NOUVELLE VALEUR DU CHAMP INDUCTEURREPORT VAL.DE: H2 = 3585.293 A/M VALEUR DE L' INDUCTION & RESULTATS A SATURATION: B2 = 1.58 TESLi FLUX COUPE PAR TOUR DE GLISSEMENT RELATIF: $1 =.0020165 WEBEI RESISTANCE 1 CIRCUIT DU COURANT INDUIT, 1 COLLET: RI = 3.652E-5 OHM INTENSITE DU COURANT INDUIT (1 T/SECS 1 SAT1 COL) Il1 = 55.21505 AMPEI INTENSITE DU COURANT INDUIT (G T/SEC, 1 SATi COL) IG = 920.2509 AMPE COUPLE TRANSMIS POUR IT/SEC DE GLISSi SAT,1 COL) C =.0088603 N.M COUPLE POUR G T/SEC GLISS.,NS SAT & 2 COLLETS: C.TOT.=.8860291 N.M PUISSANCE TOTALE TRANSMISE: P.TOT.= 4407.276 WATT PUISSANCE EN CH: P.TOT.= 5.988146 CH PUISSANCE PERDUE PAR EFFET JOULE: CHALEUR = 185.5695 W RENDEMENT DU COUPLAGE ELECTROMAGNETIQUE: REND.1 =.9595960 %. FLUX COUPE: i COURONNE GENERATRICE, 1 T/SEC: $2 =.0047358 WEBE RESISTANCE CIRCUIT INDUCTEUR: i BOBINE R2 = 1.322782 OHM INTENSITE DU COURANT INDUIT CREE: 1 C.GEN.I T/S: I2 =.0035802 AMPE COURANT INDUIT TOTAL/1 BOBINE: I2 X 2 X V2(T/S):I2(T)= 2.327135'AMPE FMM DEVELOPPEE/1 BOBINE: NT X I2TOT. FFM(BOB)= 945.7622 AMPE FMM TOTALE EN JEU: FFM(BOBINE)-+FMM(REMANENT):FMM(POS)= 951.3847 AMPE FMM NECESSAIRE POUR VAINCRE RELUCTANCE AIR: FMM(AIR)= 252.8 AMPE FMM CONSOMMEE DANS LE FER POUR H2: FMM(FER)= 403.1662 AMPE TOTAL FMM CONSOMMEE AIR & FER POUR H2: FMM(NEG)= 655.9662 AMPE CHAMP CREE PAR AUTO--EXCITATION:- H(SUPPL)= 2627.110 A/M NOUVELLE VALEUR DU CHAMP (INITIAL + CHAMP CREE): H2 = 2677.110 A/M PUISSANCE PERDUE PAR "NS" 1/2 SATELLITES X 2:CHALEUR = 42.98161 WAT1 RENDEMENT GLOBAL (P.UT./( Page 4I 1 COUPLEUR-REDUCTEUR SELON DESCRIPTION: DONNEES NUMERIQUES DU CALCUL N02 VITESSE DE ROTATION DU ROTOR-MENANT: VOG = 47500 T/MIN VITESSE DESIREEPAR GLISSEMENTARBRE DE SORTIE: Vi = 3000 T/MIN TEMPERATURE STAEBILISEE DES FIEEC:ES: T = 100 DEPR..C ROTOR-MENANT: ACIER=DOUXPERMEABILITE MAGNETIr QUE: Ul1 = TABLE B = F(H)> RESISTIVITE A O DEGRE C: Pl = 1.2C0OE-7 OHM. M COEF. RESISTIVITE/TEMPERATURE: AI =.0055 DIAM.PRIMITIF: DO =.04875 M DIAM.EXTERIEUR: DOEXT =.0675 M DIAM. INTERIEUR (BASE DU COLLET)>: DOINT =.03 M EPAISSEUR (OU LARGEUR) DU COLLET: L.C =.012 M SATELLITES: ACIER-DOUX IDENTIQUE AU ROTOR-MENANT: U1 = TABLE B = F(H) RESISTIVITE A 0 DEGRE C: F'i = 1.200E-7 OHM.M COEF. RESISTIVITE/TEMPERATUJRE: A1 =,0O55 DIAM. PRIM ITIF: DS1I =.11625 M DIAM.POLAIRE EXTERIEUR: DSEXT =.135 M DIAM.POL AIRE INTERIEUR:: DSINT =.0975 M D IAM.MOYEU DE ROULEMENT: DS2 =.03 M DIAM. MOYEU CONTACT ELEC'TR. F INTERIEUR BOCBINE-IND.: DC =.03375 M DIAM. LOGEMENT BOBINE-INDUCTRICE: DB =.0975 M EPA ISSEUR--J OUE POLAI RE: J =.01 125 M ESPACEMENT OU JEU D'ENTREFER: & =.00025 M BOBINE-INDULICTRICE:METALFIL: CUIVRE RECUIT INDUST.: SF =.(0000015 M2 RESISTIVITE A 0 DEGRE C: P2 = 1. 700E-8 OHM.M COEF. RESISTIVI TE/TEMPERATURE: A2 =.00393 COEF. DE SECT ION DE L ' ISOLANT: K =.1 PISTE DE ROULEMENT: DIAMETRE DE ROULEMENT: DR =.195 M COURONNE-GENERATRICE: ACIER-DOUX IDENTIQUE PRECED.Ul = TABLE B = F (H) RESISTIVITE A 0) DEGRE C: P1 = 1.200E-7 OHM.M COEF. RESISTIVITE/TEMPERATUJRE: AI =.005 NrIW/l OOOT = 30BA - BOA n:BiNIW f.d NB3B3SSII9 B3 sRnol 3a 3BSNON 0ú NIW/j OOS6t = A:B3inOA iA JnOd 31IIiB31iUS 3BdOUd-NOIiUVOM 3SB31IA NIW/l OOS9l = BO3A:(0=)> iNB3B3SSIS SNVS INVN3W-SOIOU 3SS3lIA S'ST = Th/BO3A:(SB3sVNB39NB> 3nBImoSH NOI3I'Ua3J 3a LWOddV'dJz W úTS9'SZT = AI (3NI 08 T) isi 33 (-aD > cd-T) (3d+>3d)XI d:iIzV6NQ 3-IdS t609'609 = iN:3BNI08 T inoJd.S/ (D-8X(-S:S3BYIdS 3"aN SZ W szú9gt, = Ooo+r+ Z/V NIS IS ú=SN:S31I"1131VS B3 BS3WON St 818188' = Z/V NIS = (iNIOY + IXBS,) I X3BSd = Z/V NIS W SZú69T' = 3 (i lOI3 flV3NNV) 'IVS T 3nIIBNSVW liDAYIO fn3nlNOI W SZIO- =n8z + 0-:S3noV- 3dlN3 un39dVI W SL89TO' =:3BNI908 un3IBI3NI >'JI393 13VlNO3 n3AOW NOAVY W SIO = zSu:iN3W3inOf 3a n3AOW NOAVU OT W SZI8SO = ISY:31I3I31VS dIlIW1Id NOAff W SL8t0O = lNISY:Un3BI3BNI 3BIVIOd NOAVd W SL90 = lX3SB:dFrl3BI31X3 3BIVi0d NOAfV:3II33IVS W-5LúúO = IX30, (13qiO3 WBI3BHdI3Bd) un3Il31X3 NOAVd W CItO = lNIO,:(13Bio3 na 3SSV) 3flBIU31NI NOAVM S W SLútZO' = OU:iNVN3BW-dOi0 JIlIWI.Yd NOAVY 3nBOIBWnN 3SBBNNOa S3U iNVlinflS3 3B3lNB3a SBAn3iVh S3BIvI'lIxnv s'inli]Di W 890' = IZG = X + IX30a:B3AIl3V 3NOZ'INI"WVI W ú ' = BZa = ISa X z + O:BAIIDV BNOZ'LXB"WNIa T ú90ú9SZ Page 43 1 NOMBRE DE TOURS DE GL. ISSEMENT PAR SECONDE: G = 16.66667 T/SEC RAPPORT DE REDUJCT ION REEL OBTENU: VOG/V1 = 15.853333 RESUL.TATS POUR LiE COUPLAGE ET L..AUTO--EXCITATION: CHAMP MAGNETIQUE INITIAL S INDUCTION INITIALE CORRESPONDANTE (TABLE D'AIM.) BI =.01 TESLA NOUVELLE VALEUR DU CHAMP INDUCTEUR,REPORT VAL.DE: H2 = 2748.921 A/M VALEJUR DE L INDUCrTION & RESULTATS A SATURATION: B2 = - 1.54 TESLA FLUX COUPE PAR TOUR DE GLISSEMENT RELATIF: $1 =.0044223 WEBER RESISTANCE I CIRCUIT DU COURANT INDUIT, 1 COLLET: R1 = 2. 435E-5 OHM INTENSITE DU COURANT INDUIT (1 T/SEC, 1 SAT, 1 COL) Il1 = 181.6331 AMPER INTENSITE DU COURANT INDUIT (G T/SEC, 1 SAT, 1 COL) IG = 3027.218 AMPER COUPLE TRANSMIS POUR lT/SEC DE GLISS, 1 SAT,1 COL) C =.0639192 N.M COUF.LE POUR G T/SEC GLISS.,NS SAT & 2 COLLETS: C.TOT.= 6.391923 N..M PUISSANCE TOTALE TRANSMISE: P.TOT.= 31794.63 WATT PUISSANCE EN CH: P.TOT.= 43.19922 CH I::"U-I:,SAfNC',E PF::ERDUE FPAR EFFET JOULE: CHAILEUR = 13358.721 W RENDEMENT DU COUPLAGE EL.ECTROMAGNETIQUE: REND. I =.9595960 % FLUX COUPE: 1 COURONNE GENERATRICE, 1 T/SEC" $2 =.01..03859 WEBEF' RESISTANCE CIRCUIT INDUCTEUR: 1 BOBINE R2 = 1.984173 O-IHM 2O INTENSITE DU COURANT INDUIT CREE: 1 C.GEN., 1 T/S: I2 =.0052344 AMPER: COURANT INDUIT TOTAL./ BOBINE: 12 X 2 X V2(T/S):I2(T)= 3.402330 AMPE- FMM DEVELOPF'EE/1 BOBINE: NT X I2TOT. FFM(BOB)= 2074.092 AMPEF FMM TOTALE EN JEU: FFM (EFOE I NE) +4FMM (REMANENT): FMM (POS) = 2082. 561 AMPEF FMM NECESSAIRE POUJR VAINCRE RELUCTANCE AIR: FMM(AIR)= 1232 AMPEF FMM CONSOMMEE DANS LE FER POUR H2: FMM(FER)= 465. 5985 AMPEF TOTAL FMM CONSOMMEE AIR & FER POUR H2: FMM(NEG)= 1697.5599 AMPEF- CHAMP CREE PAR AUTO--EXCITATION- H (SUPPL.) = 2272. 842 A/M NOUVELLE VALEUR DU CHAMP t INITIAL + CHAMP CREE): H2 = 2322.842 A/M PUISSANCE PERDUE PAR "NS" 1/2 SATELLITES X 2: CHALEUR = 137.8110 WATT RENDEMENT GLOBAL (P.UT./(P.L.T.+PERTE JOULE): REND.2 =.9556213 % Page 44 REVEND I CAT IONS 1.- COrLIPLEUR-REDUJCTELJR à INDUCTION pour Machines à Très Grande Vitesse de Rotation, caractérisé en ce qu'il utilise, en lieu et place des dentures d'engrenages du classique Réducteur mécanique à train épicycloidal dont il est issu, des EFFETS ELECTRO-MAGNETIQO(JES d'INDUCTION et MECANIQUES de ROULEMENT obtenus, a partir d'un Rotormenant muni de deux collets (5), par des Satellites (1) porteurs d'un Champ-magnétique y engendrant des Courants Induits qui, par réaction sur ce Champ Inducteur, provoquent, au prix d'un certain GLISSEMENT, 1' entrainement en rotation de ces satellites, contraints alors de rouler sans patiner sur des Pistes circulaires (8), concentriques au rotormenant, par l'intermédiaire de leurs -moyeux porteurs (7) ceux-ci y étant appliqués par la force centrifuge: Ce mouvement résultant est capté par les flasques (15) d'une Cage porte-satellite et transmis à l'arbre de sortie (14) dont elle est solidaire réalisant ainsi la Réduction de Vitesse selon un Rapport Réel égal au Théorique (produit des circonférences menantes divisé par le produit des circonférences menées) maboré du Glissement necessaire et admis. 2-- COUPLEUR-F.EDUCTEUR selon Revendication I comportant 2 Couronnes périphériques fixpes (12), caractérisé en ce que ces Couronnes, constituées par des Segments écartables, sont placées dans les 2 "entrefers" (.1) des satellites de manière à etre, elles aussi, le si.ge de courants induits s'opposant a la rotation des satellites en cas de patinage des moyeux (7) sur les pistes (s), constituant ainsi une "DENTURE MAGNETIQUE LATENTE" assistant, éventuellement, l'effet mécanique de -0 roulement dans la transmission du couple capté. Page 45 3- COUPLEUR-REDUCTEUR selon Revendication 1 & 2 comportant, en nombre dépendant de données géométriques et de construction, des satellites (1) identiques, caractérisé en ce que ces satellites sont constitués d'un Corps axial (13) à 2 moyeux porteurs (7) avec voile central traversées par le champ. 4- COUPLEUR-REDUCTEUR selon Revendications 1,2 & 3 caractérisé en ce que ses satellites selon Revendication 3 peuvent avoir comme source du Champ magnétique des bobines inductrices dont le courant continu d'excitation est fourni par la machine elle-meme, ce courant étant issu des courants INDUITS engendrés par la rotation des satellites sur euxmemes dans 2 couronnes génératrices (25): Ces courants sont, collectés a l'aide de rondelles élastiques Force magnéto-Motrice voulue et necessaire. - COUPLEUR-REDUCTEUR selon Revendications 1,2,3 & 4, avec bobines inductrices auto-excitées selon Revendication 4, caractérisé en ce que les 2 couronnes génératrices (25), portées par les entretoises (16) , electriquement isolées de la masse par les douilles (26) et entrainées en rotation avec la cage porte-satellite à la vitesse réduite de l'arbre de sortie (14), sont, en fonctionnement normal, en court-circuit, soit par leur appui mutuel, soit à l'aide de balais extérieurs commutables (51) , les couronnes (25) étant dans ce dernier cas, non pas en contact mais isolée entre-elles): Ces balais frottant & leur périphérie permettent alors l'alimentation des bobines par une SOURCE EXTERIEURE de Courant Continu, ce qui, en vertu de la Réversibilité des machines electriques autorise l'utilisation de ce coupleur-réducteur comme Moteur de LANCEMENT pour une Turbine à gaz par exemple. 6- COUPLEUR-REDUCTEUR selon Revendications 1,2 & 3, caractérisé en ce que ses satellites selon Revendication 2, ont leurs moyeux porteurs (7) qui tourillonnent dans des encoches (17) ménagées dans les flasques (15), ouvertes vers la piste de roulement (8) afin que le palier ainsi constitué, tout en transmettant l'effort tangentiel du couple de sortie, soit soustrait à l'effort très important du à la force centrifuge, totalement supporté par la couronne (8). 7- COUPLEUR-REDUCTEUR selon Revendications 1,2,3 & 6, caractérisé en ce que toutes ses parties tournantes sont graissées et refroidies par circulation, assurée par une Pompe (45), d'un fluide lubrifiant et refrigérant (avec Echangeur de chaleur) cette disposition étant elle-meme caractérisée par son page 47 organisation à par-tir d'un palier--distributeur (19) introduisant ce filuide, grace a des canau.tx radiaux am(nnagés dans L e tour llon du flasque (15) situé du coté de l 'arbre de sortie, dans un canal a>xial (20) foré dans le rotor-menant tournant à trf-s grande vitesse, afin de mettre à profit la force centrifuge pour propulser le lubrifiant par divers conduits radiaux, desservant ainsi sous forte pression et grand débit les paliers (22), butées (33), conduits (21), entrefers (11) et conduits (21) vers moyeux>-porteurs (7) et pistes de roulement (8). 3- COUPLEIJR-REDUCTEIJR selon Revendications 1,2,3,6 & 7, caractérisé en ce que son rotor-menant (5) est porté par 2 paliers (22) aménagés chacun dans l'un des f1 asques (15) servant de plus d'appui au>x 2 collets de butée (33), ces paliers étant du type "à bague lisse libre, simple ou double" selon la technique employée clans les petites turbo-soufflantes de moteurs à combustion interne afin, précisément, de pouvoir tourner aux memes vitesses qu'elles. 9- COUPFLEUR-REDUCTEUR selon revendications 1,2,3,4,5,6,7 & 8 caractérisé en ce qu'il est accouplable à une Mini ou Micro-- Turbine au moyen d'un ARBRE de TRANSMISSION travaillant en torsion élastique sur une section en rapport avec le Couple à transmettre, mais qui se trouve d'autant plus réduite :tré.mités cannellées avec Ecrou spécial de FPrise de Force (39), constituant une Transmission COULISSANTE de très FAIBLE MASSE, grace à quoi les efforts centrifuges et a>:xiau>x nuisibles, susceptibles de s'e>xercer sur les Rotors de la Turbine et du Réducteur, sont limités à des valeurs admissibles. 10- COUPLEIJUR-REDUC(TEUR selon Revendications 1,2,3,4,5,6,7,8 &. 9 page 48 caractérisé en ce que, étant adapté selon Revendications 8 & 9 à une Turbo-soufflante de Suralimentation pour moteur à combustion interne, il permet d'utiliser celle-ci comme TURBINE-MOTRICE à GAZ, une fois équipée de Chambres de Combustion avec Bruleur recevant l'air débité par la soufflante, et le combustible liquide ou gazeux controlé par un Régulateur: L'air fortement échauffé et mélangé aux> gaz de combustion se détend dans la turbine, réalisant le Cycle classique de la Turbine à Airchaud avec Récupération de chaleur dont celle dégagée par Effet Joule dans ce Coupleur-Réducteur, auquel est adjoint SI NECESSAIRE, un 2ème Etage de Réduction mécanique à Engrenages placé à sa sortie: Donc caractérisé en ce qu'il constitue PRINCIPALEMENT EN TANT QUE COUPLEUR le moyen de réaliser, à partir de toute Mini ou Micro- Turbine comme avec cette Turbine à Gaz particulière issue d'une Turbo-soufflante, le MOTEUR d'entrainement d'un quelconque recepteur: Générateur Electrique, Propulseur à Roue-motrice ou à Hélice par Exemple.