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DISPOSITIF POUR CONVERTIR UN MOUVEMENT DE ROTATION EN UN MOUVEMENT ALTERNATIF
ET VICE-VERSA.
L'invention concerne un dispositif pour convertir un mouvement de rotation uniforme en un mouvement alternatif et vice-versa. Dans les dispositifs usuels de ce genre, cette conversion est obtenue à l'aide d'un excentrique, d'une bielle et d'une manivelle, d'un disque de nutation, de cames,. etc. Ces conversions d'ordre mécanique, présentent un inconvénient : elles peuvent provoquer d'assez grandes pertes par frottement.
L'invention fournit un dispositif qui, dans certains cas, permet d'obtenir la conversion d'un mouvement pratiquement sans pertes. Suivant l'invention, le dispositif comporte deux mécanismes, dont chacun est muni d'un circuit magnétique qui engendre, mesuré le long de la ligne neutre, un champ magnétique changeant régulièrement de sens, la conversion du mouvement étant assurée par la force magnétique entre les circuits magnétiques conjugués des mécanismes.
La description 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 l'invention.
Les Figs. 1 et 2 représentent des dispositifs conformes à l'invention, utilisant deux circuits magnétiques en forme de disques.
La Fig. 3 représente un dispositif analogue à celui de la Fig.
1, mais comportant trois circuits magnétiques en forme de disques.
La Fig. 4 représente un dispositif analogue à celui de la Fig.
3, mais comportant des circuits magnétiques de forme cylindrique.
La Fig. 5 est une variante du dispositif représenté sur la Fig.
4.
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tiques. La Fig. 6 montre un procédé de polarisation des circuits magnétiques.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur la Fig. 1, A est une coupe du dispositif entier tandis que B est une vue de profil de 1'un des circuits magnétiques du dispositif. Celui-ci est constitué par un premier mécanisme 1, qui est animé d'un mouvement de rotation que l'on convertit d'une façon telle qu'un mécanisme 2 effectue un mouvement alternatif. A cet effet, le mécanisme 1 comporte conformément à l'invention, un circuit magnétique 3, en forme de disque, en une matière magnétique permanente, dans laquelle sont formés, dans la direction axiale, des pöles N et S, qui, mesurés le long de la ligne neutre circulaire T, engendrent un champ magnétique alternatif qui change régulièrement de sens.
Le mécanisme 2 comporte un circuit magnétique analogue 4, à même nombre de pôles, de sorte que des forces magnétiques naissent entre les circuits magnétiques 3 et 4. Un roulement à billes 5 (représenté schématiquement) empêche le mécanisme 1 d'effectuer un mouvement alternatif, tandis que les ressorts tangentiels 6 et 6' (représen- tés schématiquement) empêchent un mouvement de rotation, mais non un mouve- . ment alternatif du mécanisme 2. De ce fait, une rotation du mécanisme 1, provoquera, par suite des forces magnétiques entre les circuits magnétiques 3 et 4, un mouvement alternatif du mécanisme 2.
Dans un modèle de réalisation pratique, le diamètre extérieur des circuits magnétiques 3 et 4 - qui sont constitués par des disques aimantés disposés suivant une couronne, - était de 12 mm et l'on releva une force axiale moyenne de 10 kg pour un entrefer moyen de 2 mm. Cette grande force approprie le dispositif à de nombreuses applications techniques, par exemple aux pompes à membrane, aux cribles, aux dispositifs de remplissage et à des opérations mécaniques telles que le limage, le meulage, le polissage, les appareils d'essai etc. Outre le mouvement alternatif axial, le mécanisme 2 effectue également autour de son axe, un mouvement alternatif tangentiel, dont on peut parfois tirer parti.
La Fig. 2 est une variante du dispositif représenté sur la Fig.
1; le mécanisme 2 est uniquement formé par le circuit magnétique 4, qui est fixé à une membrane 7 empêchant toute rotation. Cette membrane 7 fait partie, par exemple,, d'une pompe à membrane, ou d'une sirène, applications pour lesquelles le dispositif esquissé est particulièrement approprié.
Il peut aussi être avantageux de fixer le circuit magnétique 4 à une membrane discoïdale en matière ferromagnétique 7' (Fig. 2A), qui court- circuite magnétiquement les pôles du circuit 4 tournés vers cette membrane.
La Fig. 3 représente un dispositif comportant trois circuits magnétiques, en forme de disque, 8, 9 et 10,de la forme représentée sur la Fig. lb. Les circuits 8 et 10 sont fixés à un mécanisme rotatif 1, alors que le circuit 9 est solidaire du mécanisme 2 à animer d'un mouvement alternatif.
Les circuits 8 et 10 sont disposés de façon que les pôles de même nom se trouvent en regard, de sorte que lors de la rotation du mécanisme 1, le circuit magnétique 9 est soit attiré par les pôles du circuit 10, et repoussé en même temps par ceux du circuit 8 (position représentée sur le dessin) soit attiré sur une distance égale au pas!!. des pôles du circuit magnétique 8 et en même temps repoussé par ceux du circuit magnétique 10.
Ce dispositif permet également de convertir un mouvement alternatif en un mouvement de rotation. En effet, lorsqu'on communique au mécanisme 2 un mouvement alternatif, les pôles du circuit magnétique 9 repousseront les pôles de même nom du circuit 8 et attireront les pôles de nom contraire de ce circuit, de sorte que le mécanisme 1 tend à tourner d'un pas s. Lorsque le circuit magnétique 9 se déplace ensuite de nouveau vers le circuit magnétique 10, les pôles de même nom de ces circuits 9 et 10 se trouvent de nouveau en regard les uns des autres, de sorte que le mécanisme 1 doit poursuivre sa rotation.
Au besoin, on pourrait prévoir pour le mécanisme 2 un second circuit magnétique de fôrme discoïde 11, qui lui aussi est alors conjugué
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avec le circuit 10 et contribue à engendrer le couple.
Il est aussi possible de faire en sorte que l'un des mécanismes effectue les deux mouvements, par exemple en empêchant tout mouvement de l'au- tre mécanisme. C'est ainsi que lorsqu'on fixe le mécanisme 2, alors que les supports du mécanisme 1 permettent tant un mouvement alternatif qu'un mouve- ment de rotation,le mécanisme 1 effectuera seul la conversion du mouvement.
De plus, lorsque par exemple la masse accouplée au mécanisme 1 est beaucoup plus grande que celle accouplée au mécanisme 2, il n'est pas né- cessaire de munir le mécanisme 1 de moyens qui empêchent le mouvement alter- natif, car les forces vives font en sorte que le mécanisme 1 prenne une po- sition moyenne, tandis que le mouvement alternatif est essentiellement effec- tué par le mécanisme 2. La Fig. 4 est un exemple d'un tel dispositif, utili- sable par exemple pour une sirène.
La Fig. 4 est la vue en élévation d'un dispositif analogue à celui représenté sur la Fig. 3, dans lequel l'un des mécanismes, 1, porte deux circuits magnétiques cylindriques 12 et 13 tandis que l'autre mécanis- me 2 comporte un circuit magnétique cylindrique 14. Comme le montre la vue de profil de la Fig. 4B, les pôles des circuits 12,13 et 14 engendrent un champ magnétique qui, mesuré le long de la ligne neutre circulaire T, change constamment de sens,et les circuits 12 et 13 représentés sur la Fig. 4A, sont disposés de fagon que les pôles de nom contraire se trouvent l'un à cô- té de l'autre. Lorsqu'on fait tourner le mécanisme 1, le mécanisme 2 dont la rotation est empêchée par la membrane 7, effectue un mouvement alterna- tif.
Le mouvement axial du mécanisme 1 qui se produit en même temps, sera négligeable lorsque ce mécanisme est accouplé à une masse suffisamment lour- de. De préférence,on communiquera au mécanisme 1 une vitesse de rotation telle que le mécanisme 2 entre en résonance mécanique.
De manière analogue, on peut évidemment prévoir sur le mécanisme rotatif 1 plusieurs circuits magnétiques qui provoquent des mouvements alternatifs, éventuellement différents, d'un certain nombre de mécanismes 2, ce qui peut être utile par exemplé'pour les sirènes à plusieurs sons. Inversement, on peut aussi faire .en sorte qu'un mécanisme animé d'un mouvement alternatif soit conjugué avec plusieurs mécanisme,s rotatifs 1.
La rotation du mécanisme 2 peut être empêchée non seulement par la membrane 7, mais aussi par un circuit magnétique cylindrique fixe 15 (Fig.
4B et C), dont les pôles engendrent tout comme pour les circuits 12, 13 et 14, un champ magnétique changeant constamment de sens.
La Fig. 5 est une variante du dispositif représenté sur la Fig.
4 : le mécanisme 1, qui est uniquement constitué par les circuits magnétiques cylindriques 12 et 13, est fixe, tandis que le mécanisme 2 comporte, outre un circuit conjugué avec le circuit magnétique 12 et 13, un cylindre ferromagnétique 18, par exemple en fer doux, qui, lorsque l'enroulement 19 d'un électro-aimant 20 est traversé par du courant, est attiré vers la gauche, tandis que lors de l'interruption du courant dans l'enroulement 19, un ressort 21 repousse le mécanisme 2 vers la droite. Donc, lorsque l'enroulement 19 est parcouru par un courant alternatif, le mécanisme 2 effectuera à la fois un mouvement alternatif et un mouvement de rotation; dans ce cas, il peut être avantageux que la résonance mécanique du mécanisme 2 pour le mouvement alternatif soit égale au double de la fréquence du courant alternatif lancé dans l'enroulement 19.
Au lieu d'introduire dans le circuit magnétique 12, 13, 14, de la manière montrée sur le développement de la Fig. 6a, des pôles N et S de forme rectangulaire, de sorte que le sens de rotation du mécanisme 2 lors de la mise en marche du dispositif est tributaire du hasard, on peut, comme le montre la Fig. 6b,, disposer les pôles d'un signe (N) dans un circuit en zigzag continu, tandis que les pôles en zig-zag correspondants de l'autre signe (S) sont interrompus à l'endroit des lignes en pointillés par les premiers pôles mentionnés (N).
Lorsque le circuit 14, qui comporte alternativement des pôles nord (N), des pôles sud (S) et des zones neutres (C) est animé
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d'un mouvement alternatif le long du circuit 12, 13, un sens de rotation correspondant à un déplacement du circuit 14 le long du circuit 12,13 vers-le bas sur la Fig. 6b a la préférence, car à l'endroit des pointillés, les pôles tendent à empêcher un glissement vers le haut.
Aussi un tel dispositif convient-il particulièrement bien au comptage d'impulsions de courant. --
Les circuits magnétiques représentés sont réalisés de préférence en une matière telle que le rapport de l'induction rémanente Br exprimée en gauss, à l'intensité de champ coércitif BHC, exprimée en oersteds soit inférieure à 4 telle que décrite par exemple dans les brevets belges Nos 504.686 et 516.395, le dimensionnement s'effectuera de préféfence, conformément au brevet belge No 515.832.
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DEVICE FOR CONVERTING A ROTATION MOVEMENT INTO AN ALTERNATIVE MOVEMENT
AND VICE VERSA.
The invention relates to a device for converting uniform rotational movement into reciprocating movement and vice versa. In usual devices of this kind, this conversion is obtained using an eccentric, a connecting rod and a crank, a nutation disc, cams, etc. etc. These mechanical conversions have a drawback: they can cause relatively large friction losses.
The invention provides a device which, in some cases, enables the conversion of a motion to be obtained practically without losses. According to the invention, the device comprises two mechanisms, each of which is provided with a magnetic circuit which generates, measured along the neutral line, a magnetic field which regularly changes direction, the conversion of the movement being ensured by the magnetic force between the magnetic circuits combined with the mechanisms.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the features which emerge both from the text and from the drawing, of course, forming part of the invention.
Figs. 1 and 2 show devices according to the invention, using two magnetic circuits in the form of discs.
Fig. 3 shows a device similar to that of FIG.
1, but comprising three magnetic circuits in the form of discs.
Fig. 4 shows a device similar to that of FIG.
3, but comprising magnetic circuits of cylindrical shape.
Fig. 5 is a variant of the device shown in FIG.
4.
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ticks. Fig. 6 shows a method of polarizing magnetic circuits.
In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, A is a sectional view of the entire device while B is a side view of one of the device's magnetic circuits. This consists of a first mechanism 1, which is driven by a rotational movement which is converted in such a way that a mechanism 2 performs a reciprocating movement. For this purpose, the mechanism 1 comprises, according to the invention, a magnetic circuit 3, in the form of a disc, of a permanent magnetic material, in which are formed, in the axial direction, N and S poles, which, measured along the circular neutral line T, generate an alternating magnetic field which regularly changes direction.
Mechanism 2 has a similar magnetic circuit 4, with the same number of poles, so that magnetic forces arise between magnetic circuits 3 and 4. A ball bearing 5 (shown schematically) prevents mechanism 1 from performing a reciprocating movement. , while the tangential springs 6 and 6 '(shown schematically) prevent a rotational movement, but not a movement. reciprocating movement of the mechanism 2. Therefore, a rotation of the mechanism 1, will cause, as a result of the magnetic forces between the magnetic circuits 3 and 4, an alternating movement of the mechanism 2.
In a practical embodiment, the outside diameter of the magnetic circuits 3 and 4 - which are constituted by magnetized discs arranged in a ring, - was 12 mm and an average axial force of 10 kg was recorded for an average air gap. of 2 mm. This great strength makes the device suitable for many technical applications, eg diaphragm pumps, screens, filling devices and mechanical operations such as filing, grinding, polishing, testing equipment etc. In addition to the axial reciprocating movement, the mechanism 2 also performs around its axis, a tangential reciprocating movement, which can sometimes be taken advantage of.
Fig. 2 is a variant of the device shown in FIG.
1; the mechanism 2 is only formed by the magnetic circuit 4, which is fixed to a membrane 7 preventing any rotation. This membrane 7 forms part, for example, of a membrane pump, or of a siren, applications for which the device outlined is particularly suitable.
It may also be advantageous to attach the magnetic circuit 4 to a discoidal membrane made of ferromagnetic material 7 '(FIG. 2A), which magnetically short-circuits the poles of the circuit 4 facing this membrane.
Fig. 3 shows a device comprising three magnetic circuits, in the form of a disc, 8, 9 and 10, of the form shown in FIG. lb. The circuits 8 and 10 are attached to a rotary mechanism 1, while the circuit 9 is integral with the mechanism 2 to be animated with a reciprocating movement.
The circuits 8 and 10 are arranged so that the poles of the same name are opposite, so that during the rotation of the mechanism 1, the magnetic circuit 9 is either attracted by the poles of the circuit 10, and pushed back at the same time by those of circuit 8 (position shown in the drawing) is attracted over a distance equal to the step !!. poles of magnetic circuit 8 and at the same time repelled by those of magnetic circuit 10.
This device also makes it possible to convert an alternating movement into a rotational movement. Indeed, when one communicates to the mechanism 2 an alternating movement, the poles of the magnetic circuit 9 will push back the poles of the same name of the circuit 8 and will attract the poles of opposite name of this circuit, so that the mechanism 1 tends to turn d 'a not s. When the magnetic circuit 9 then moves again towards the magnetic circuit 10, the poles of the same name of these circuits 9 and 10 are again facing each other, so that the mechanism 1 must continue its rotation.
If necessary, one could provide for the mechanism 2 a second magnetic circuit of discoid form 11, which is also then combined
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with circuit 10 and helps generate torque.
It is also possible to cause one of the mechanisms to perform both movements, for example by preventing any movement of the other mechanism. Thus when the mechanism 2 is fixed, while the supports of the mechanism 1 allow both reciprocating movement and rotational movement, mechanism 1 alone will effect the conversion of the movement.
In addition, when, for example, the mass coupled to mechanism 1 is much greater than that coupled to mechanism 2, it is not necessary to provide mechanism 1 with means which prevent the reciprocating movement, because the living forces cause mechanism 1 to assume a middle position, while the reciprocating movement is essentially carried out by mechanism 2. FIG. 4 is an example of such a device, usable for example for a siren.
Fig. 4 is the elevational view of a device similar to that shown in FIG. 3, in which one of the mechanisms, 1, carries two cylindrical magnetic circuits 12 and 13 while the other mechanism 2 comprises a cylindrical magnetic circuit 14. As shown in the side view of FIG. 4B, the poles of circuits 12, 13 and 14 generate a magnetic field which, measured along the circular neutral line T, constantly changes direction, and circuits 12 and 13 shown in FIG. 4A, are arranged so that the poles of the opposite name lie next to each other. When the mechanism 1 is rotated, the mechanism 2, the rotation of which is prevented by the membrane 7, performs a reciprocating movement.
The axial movement of mechanism 1 which occurs at the same time will be negligible when this mechanism is coupled to a sufficiently heavy mass. Preferably, the mechanism 1 will be given a speed of rotation such that the mechanism 2 enters into mechanical resonance.
Similarly, it is obviously possible to provide on the rotary mechanism 1 several magnetic circuits which cause alternating movements, possibly different, of a certain number of mechanisms 2, which can be useful, for example, for sirens with several sounds. Conversely, it is also possible to ensure that a mechanism animated by a reciprocating movement is combined with several mechanisms, s rotary 1.
The rotation of the mechanism 2 can be prevented not only by the membrane 7, but also by a fixed cylindrical magnetic circuit 15 (Fig.
4B and C), whose poles generate, as for circuits 12, 13 and 14, a constantly changing magnetic field.
Fig. 5 is a variant of the device shown in FIG.
4: mechanism 1, which consists only of the cylindrical magnetic circuits 12 and 13, is fixed, while mechanism 2 comprises, in addition to a circuit combined with the magnetic circuit 12 and 13, a ferromagnetic cylinder 18, for example made of iron soft, which, when the winding 19 of an electromagnet 20 is traversed by current, is attracted to the left, while when the current in the winding 19 is interrupted, a spring 21 pushes the mechanism 2 back to the right. Therefore, when the winding 19 is traversed by an alternating current, the mechanism 2 will perform both an alternating movement and a rotational movement; in this case, it may be advantageous that the mechanical resonance of the mechanism 2 for the reciprocating movement is equal to twice the frequency of the alternating current launched in the winding 19.
Instead of introducing into the magnetic circuit 12, 13, 14, in the manner shown in the development of FIG. 6a, N and S poles of rectangular shape, so that the direction of rotation of the mechanism 2 when the device is started up depends on chance, it is possible, as shown in FIG. 6b ,, arrange the poles of a sign (N) in a continuous zigzag circuit, while the corresponding zig-zag poles of the other sign (S) are interrupted at the location of the dotted lines by the first mentioned poles (N).
When the circuit 14, which alternately comprises north poles (N), south poles (S) and neutral zones (C) is animated
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of a reciprocating movement along the circuit 12, 13, a direction of rotation corresponding to a movement of the circuit 14 along the circuit 12, 13 downward in FIG. 6b is preferred, because where the dotted lines are, the poles tend to prevent upward sliding.
Such a device is therefore particularly suitable for counting current pulses. -
The magnetic circuits shown are preferably made of a material such that the ratio of the remanent induction Br, expressed in gauss, to the coercive field intensity BHC, expressed in oersteds, is less than 4 as described for example in the Belgian patents. Nos 504.686 and 516.395, the sizing will preferably be carried out, in accordance with Belgian patent No 515.832.