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Appareil destiné à produire des impulsions d'énergie extrêmement intenses et de courte durée. La présente invention a pour objet un appareil permet- tant de produire des impulsions d'énergie extrêmement intenses et de courte durée, destinées notamment à la soudure.
Elle consiste essentiellement, en utilisant des génératrices à fréquence moyenne ou à haute fréquence et en prévoyant une excitation très supérieure à l'excitation normale de la génératrice, à transformer par induction magnétique, pendant un court instant, l'énergie mécanique emmagasinée dans les masses tournantes, en impulsions d'énergie extrêmement intenses, la vitesse de rotation des masses tournantes et l'excitation étant réglables. Une autre particularité de l'invention consiste en ce que le courant d'excitation réglable de la génératri-
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ce est limité dans le temps par des interrupteurs temporisés ou par des dispositifs analogues.
On sait que, lorsque la charge subit des à-coups importants, comme il s'en produit par exemple dans les laminoirs au cours du soudage, etc.., une partie de l'impulsion d'énergie nécessaire est empruntée à des masses tournantes par l'intermédiaire d'une génératrice. On sait d'autre part que, pour la soudure des métaux légers, comme par exemple l'aluminium ou les métaux analogues, il faut que l'opération de soudage soit exécutée en un temps extrêmement court pour éviter que la structure de la matière ne soit modifiée d'une façon nuisible. Mais dans les dispositifs de ce genre, on était obligé jusqu'à présent d'accepter diverses imperfections, par exemple, dans la soudure de l'aluminium, de se contenter d'une faible liaison superficielle.
On était obligé, notamment, dans le cas où il fallait résoudre des problèmes différents, quoique voisins, de créer des dispositifs spécialement adaptés à chaque problème et plus ou moins encombrants et maniables.
Ces inconvénients sont évités par la présente invention qui concerne un procédé et un appareil simple et maniable permettant de produire d'une manière tout à fait générale, des impulsions d'énergie réglables et de durée plus ou moins faible en vue des applications les plus diverses, comme par exemple la soudure électrique par résistance des métaux legers, du cuivre etc.., l'obtention de températures extrêmement élevées pour des opérations chimiques etc..
Les difficultés résidaient principalement dans le fait que, avec des génératrices normales, l'impulsion d'énergie qu'on pouvait obtenir était limitée par la section de fer disponible et par la saturation du fer dans le champ magnétique.
Selon la présente invention, on utilise la fréquence
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des alternances de la polarité ou du champ pour augmenter la quantité d'énergie susceptible d'être transmise dans l'unité de temps. Si, par exemple, on peut obtenir avec une génératrice à courant alternatif un flux total déterminé passant du rotor au stator et inversement, à chaque changement de pôle une impulsion d'énergie électrique est induite, qui correspond à la valeur du flux total. En augmentant la vitesse de rotation du rotor ou en augmentant le nombre de pôles, la fréquence des changements de polarité et, par conséquent, la fréquence du courant alternatif induit sont augmentées, de sorte que la quantité d'énergie susceptible d'être transmise dans l'unité de temps est également augmentée.
L'invention utilise ces moyens connus pour augmenter d'abord la quantité d'énergie. Mais comme les machines à haute fréquence habituellement utilisées jusqu'à présent, comme celles dont on se sert par exemple en télégraphie sans fil, ne donnent pas des impulsions d'énergie particulièrement importantes si l'on court-circuite la génératrice et quand la charge est adaptée à la génératrice, on prévoit pour le champ d'excitation d'une génératrice d'impulsions d'énergie selon la présente invention un nombre d'ampère-tours d'excitation extrêmement élevé, pour combattre la réaction d'induit de la génératrice.
Des dispositifs d'excitation de ce genre peuvent être facilement exécutés, même quand le nombre des pôles est particulièrement élevé. On évite les différents effets des fuites d'excitation par des dispositions de construction.
Dans l'esprit de l'invention, on entend par fréquences moyennes et hautes fréquences, les fréquences supérieures à 50 périodes par seconde et allant jusqu'à 100. 000 périodes par seconde, les fréquences comprises entre 300 et 10.000 périodes par seconde étant utilisées de préférence selon l'invention.
Les moyens qui viennent d'être décrits, qui sont
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connus en soi dans les divers domaines de l'électrotechnique, sont combinés les uns avec les autres et avec un dispositif connu permettant l'accumulation d'énergie mécanique, par exemple un volant, la transformation de l'énergie mécanique en énergie électrique étant obtenue par induction magnétique, en combinaison avec les moyens précités. On peut, le cas échéant., loger les masses tournantes dans le moteur de la génératrice ou dans le moteur de commande ou encore dans ces deux moteurs en même temps.
L'invention tient particulièrement compte, d'autre part, des grandes pertes par réactance dans la transmission et dans l'utilisation d'impulsions d'énergie électrique à haute fréquence de ce genre. Cette réactance provoque une forte chute de la tension lorsque la fréquence augmente. C'est pourquoi, selon l'invention, on utilise des génératrices à haute fréquence à tension aussi élevée que possible et d'intensité d'autant plus réduite. D'autre part, en posant les conducteurs d'aller et de retour directement l'un à côté de l'autre, en subdivisant les différents conducteurs en plusieurs branches et en évitant de poser les conducteurs à proximité de pièces en fer, on diminue les pertes par réactance.
Si, au point d'utilisation, par exemple pour les soudures par résistance, il faut une intensité particulibrement élevée et une faible tension, on abaisse la tension par transformation, mais on évite les conducteurs et on branche les électrodes ou les autres pièces de raccordement directement aux bornes de l'enroulement secondaire ou on dispose les résistances d'utilisation autour du fer du circuit magnétique, où elles constituent une partie du secondaire ou remplacent ce secondaire.
Cette combinaison de moyens connus en partie et dans d'autres applications permet, par l'utilisation de poids de fer et de cuivre très réduits dans le transformateur, de faire agir
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des impulsions de puissance relativement importantes, de sorte que l'appareil correspondant peut être tenu et manoeuvré à la main; c'est ainsi qu'on peut, d'après le procédé par points doubles, exécuter par exemple, des soudures par points de métaux bons conducteurs comme l'aluminium, le cuivre etc.., à l'aide d'un appareil à main, même pour des épaisseurs de métal assez grandes.
Le procédé décrit qui permet de produire des impulsions d'énergie peut être appliqué non seulement dans les domaines déjà cités, mais aussi pour obtenir des températures particulièrement élevées pour les opérations chimiques, métallurgiques etc., parce qu'on peut produire des températures que les procédés connus jusqu'à présent ne permettaient pas d'atteindre.
Le courant d'excitation de l'inducteur est limité dans le temps par des interrupteurs temporisés, des disjoncteurs automatiques ou des appareils analogues, de sorte qu'une quantité d'énergie déterminée est transformée en un temps très court et que des déperditions de chaleur éventuelles.par conduction ou par rayonnement sont réduites à un minimum par unité de temps.
Le procédé comporte, d'autre part, un réglage précis de l'intensité des impulsions d'énergie, de sorte qu'on dispose pour chaque travail à exécuter d'impulsions d'énergie exactement réglées. En plus de moyens connus de ce genre, tels que des disjoncteurs automatiques à temps ou des relais à maximum de courant dans le circuit de travail, l'invention prévoit un réglage de la génératrice tel que la fréquence et la tension secondaire puissent être modifiées; la masse tournante, c'est-à- dire le moment d'inertie polaire du dispositif rotatif, et l'excitation de la génératrice à courant alternatif sont également modifiées par variation de l'intensité et par une limitation de la durée de fermeture du courant d'excitation. On
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peut utiliser ces moyens séparément ou en combinaison.
Malgré l'utilisation de la haute fréquence et d'une saturation du fer relativement forte, l'échauffement des pièces de la machine se maintient dans des limites acceptables, parce qu'il suffit de compter avec des charges de durée extrêmement faible; c'est pourquoi il est également avantageux de ne pas fermer autant que possible l'excitation de la génératrice pendant un temps relativement long et d'effectuer le réglage déjà sur le côté de l'excitation.
La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple, fera bien comprendre de quelle manière l'invention peut être réalisée.
La Fig. 1 représente schématiquement l'appareil conforme à la présente invention.
Les Figs. 2 et 3 sont des représentations schématiques des transformateurs qui constituent une partie du dispositif selon la présente invention et qui sont particulièrement propres à constituer un petit appareil maniable pour la soudure par points doubles. a désigne le moteur de commande alimenté par une source de courant et relié à la roue polaire d de la génératrice et à un volant additionnel f par l'intermédiaire de l'arbre b supporté par les paliers e. On peut prévoir un accouplement c. La roue polaire d peut être formée par exemple par un rotor à denture dont l'enroulement d'excitation peut être constitué par des enroulements polaires séparés ou par un bobinage en zig-zag ou en méandres. Le stator g comporte des encoches de même division que celles du rotor, qui contiennent un enroulement induit m correspondant.
Le courant d'excitation est amené au rotor d d'une source de courant k, par l'intermédiaire des bagues h, des balais i et de l'interrupteur 1. On peut, naturel-
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lement, choisir d'autres dispositions connues dans la construction des machines à haute fréquence, notamment les dispositions dans lesquelles les circuits d'excitation et induit sont fixes, tandis que des pièces de fer se déplacent entre les deux circuits pour provoquer la variation du champ. L'enroulement induit m a des dimensions très supérieures aux dimensions ordinaires et est réglable, de sorte que l'excitation peut être réglée d'après l'application envisagée pour les impulsions d'énergie.
Le courant alternatif à haute ou à moyenne fréquence qui est induit, est dirigé par des conducteurs n sur un transformateur comportant l'enroulement primaire o, le fer p et l'enroulement secondaire g. Si, par exemple, on utilise l'appareil à la soudure par points, le courant transformé est dirigé sur les électrodes r. Suivant l'application des impulsions d'énergie produites, on peut remplacer le transformateur décrit ci-dessus à titre d'exemple, par des transformateurs construits différemment. Le transformateur peut aussi être constitué par exemple de telle façon que, pour la transformation de l'énergie en chaleur, le circuit secondaire soit remplacé par la matière à chauffer qu'on dispose autour du fer.
Il est évident que la nature et la constitution du transformateur ne se limitent pas à ces exemples d'exécution décrits et qu'on peut utiliser pour des applications particulières des transformateurs spécialement construits et disposés pour compléter l'ensemble de l'installation.
C'est ainsi que, pour la soudure par points doubles, on peut utiliser un transformateur dont deux autres formes d'exécution sont représentées sur les figures 2 et 3, qui sont des formes d'exécution particulièrement appropriées à la production de tensions secondaires particulièrement faibles. Sur la Fig. 2, la section du fer p est subdivisée en trois parties
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1, 2, 3 qui comprennent un enroulement primaire commun o. Sur le côté secondaire, se trouvent les différentes spires g branchées en parallèle qui conduisent aux électrodes. Par cette disposition, la tension se réduit à un tiers de sa valeur.
D'après la Fig. 3, on a choisi une forme d'exécution dans laquelle la section du fer n'est pas divisée dans sa totalité. Les tôles comportent des trous ou des fentes s à travers lesquels on fait passer les spires secondaires. Dans ces exemples d'exécution et d'une façon générale d'après l'invention, les électrodes, etc. se raccordent immédiatement à l'enroulement secondaire ou constituent les secondaires ou une partie des secondaires si l'on modifie d'une façon correspondante la forme d'exécution mécanique.
Il va de soi que des modifications de détail peuvent être apportées au mode de réalisation ci-dessus décrits sans pour cela sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi par exemple que la masse tournante du volant peut être logée dans le rotor même de sorte que le volant f est supprimé.
REVENDICATIONS ---------------------------
1. Dispositif destiné à produire des impulsions d'énergie extrêmement intenses et de courte durée, notamment pour la soudure, caractérisé par le fait qu'en utilisant des génératrices de courant à fréquence moyenne ou à haute fréquence et en prévoyant une excitation de la génératrice très supérieure à l'excitation normale, on transforme par induction magnétique l'énergie magnétique emmagasinée dans les masses tournantes en des impulsions d'énergie extrêmement intenses, la vitesse de rotation des masses tournantes et l'excitation étant réglables.
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Apparatus intended to produce extremely intense and short-lived pulses of energy. The object of the present invention is an apparatus which makes it possible to produce extremely intense energy pulses of short duration, intended in particular for welding.
It consists essentially, by using generators at medium or high frequency and by providing for an excitation much greater than the normal excitation of the generator, in transforming by magnetic induction, for a short time, the mechanical energy stored in the masses. rotating, in extremely intense energy pulses, the speed of rotation of the rotating masses and the excitation being adjustable. Another feature of the invention consists in that the adjustable excitation current of the generator
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this is limited in time by timed switches or by similar devices.
It is known that, when the load undergoes significant jolts, as occurs for example in rolling mills during welding, etc., part of the necessary energy impulse is borrowed from rotating masses via a generator. It is also known that, for the welding of light metals, such as, for example, aluminum or similar metals, the welding operation must be carried out in an extremely short time to prevent the structure of the material from deteriorating. be modified in a harmful way. But in devices of this kind, one has heretofore been obliged to accept various imperfections, for example, in the welding of aluminum, to be satisfied with a weak surface bond.
One was obliged, in particular, in the case where it was necessary to solve different problems, although neighboring ones, to create devices specially adapted to each problem and more or less bulky and manageable.
These drawbacks are avoided by the present invention which relates to a simple and handy method and apparatus making it possible to produce, in a quite general manner, adjustable energy pulses of more or less short duration for the most diverse applications. , such as for example electric resistance welding of light metals, copper etc., obtaining extremely high temperatures for chemical operations etc.
The main difficulties lay in the fact that, with normal generators, the energy impulse that could be obtained was limited by the section of iron available and by the saturation of the iron in the magnetic field.
According to the present invention, the frequency
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alternations of the polarity or of the field to increase the quantity of energy capable of being transmitted in the unit of time. If, for example, it is possible to obtain with an alternating current generator a determined total flux passing from the rotor to the stator and vice versa, at each change of pole a pulse of electrical energy is induced, which corresponds to the value of the total flux. By increasing the rotational speed of the rotor or increasing the number of poles, the frequency of polarity changes and, therefore, the frequency of the induced alternating current are increased, so that the amount of energy that can be transmitted into the unit of time is also increased.
The invention uses these known means to first increase the amount of energy. But as the high-frequency machines usually used up to now, such as those used for example in wireless telegraphy, do not give particularly large energy pulses if the generator is short-circuited and when the load is adapted to the generator, an extremely high number of excitation ampere-turns is provided for the excitation field of an energy pulse generator according to the present invention, to combat the armature reaction of the generator.
Excitation devices of this kind can be easily implemented even when the number of poles is particularly high. The various effects of excitation leakage are avoided by construction arrangements.
In the spirit of the invention, the term “medium and high frequencies” is understood to mean the frequencies greater than 50 periods per second and ranging up to 100,000 periods per second, the frequencies between 300 and 10,000 periods per second being used. preferably according to the invention.
The means which have just been described, which are
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known per se in the various fields of electrical engineering, are combined with each other and with a known device allowing the accumulation of mechanical energy, for example a flywheel, the transformation of mechanical energy into electrical energy being obtained by magnetic induction, in combination with the aforementioned means. It is possible, where appropriate., To accommodate the rotating masses in the motor of the generator or in the control motor or else in these two motors at the same time.
The invention takes particular account, on the other hand, of the large reactance losses in the transmission and in the use of pulses of high frequency electrical energy of this kind. This reactance causes a sharp drop in voltage when the frequency increases. This is why, according to the invention, use is made of high-frequency generators at as high a voltage as possible and of even lower intensity. On the other hand, by placing the outgoing and return conductors directly next to each other, by subdividing the different conductors into several branches and by avoiding laying the conductors near iron parts, we reduce reactance losses.
If at the point of use, for example for resistance welds, a particularly high current and low voltage is required, the voltage is lowered by transformation, but the conductors are avoided and the electrodes or other connecting parts are connected. directly at the terminals of the secondary winding where the use resistances are placed around the iron of the magnetic circuit, where they constitute a part of the secondary or replace this secondary.
This combination of means known in part and in other applications makes it possible, by the use of very reduced weight of iron and copper in the transformer, to cause
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relatively large power pulses, so that the corresponding device can be held and operated by hand; This is how one can, according to the double spot method, carry out for example spot welds of good conductive metals such as aluminum, copper, etc., using a hand, even for fairly large thicknesses of metal.
The process described which makes it possible to produce pulses of energy can be applied not only in the fields already mentioned, but also to obtain particularly high temperatures for chemical, metallurgical etc. operations, because it is possible to produce temperatures that hitherto known methods did not make it possible to achieve this.
The excitation current of the inductor is limited in time by time delay switches, automatic circuit breakers or similar devices, so that a determined quantity of energy is transformed in a very short time and that heat losses any conduction or radiation are reduced to a minimum per unit of time.
The method comprises, on the other hand, a precise adjustment of the intensity of the energy pulses, so that precisely regulated energy pulses are available for each job to be performed. In addition to known means of this kind, such as automatic time circuit breakers or overcurrent relays in the working circuit, the invention provides for an adjustment of the generator such that the frequency and the secondary voltage can be modified; the rotating mass, that is to say the polar moment of inertia of the rotating device, and the excitation of the alternating current generator are also modified by varying the intensity and by limiting the duration of the closure of the excitation current. We
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can use these means separately or in combination.
Despite the use of the high frequency and a relatively strong iron saturation, the heating of the machine parts is kept within acceptable limits, because it is sufficient to count with loads of extremely short duration; this is why it is also advantageous not to close the excitation of the generator as much as possible for a relatively long time and to carry out the adjustment already on the excitation side.
The description which follows, with reference to the accompanying drawings, given by way of example, will make it clear how the invention can be implemented.
Fig. 1 schematically represents the apparatus according to the present invention.
Figs. 2 and 3 are schematic representations of the transformers which constitute a part of the device according to the present invention and which are particularly suitable for constituting a small handy apparatus for double spot welding. a designates the control motor supplied by a current source and connected to the pole wheel d of the generator and to an additional flywheel f via the shaft b supported by the bearings e. A coupling can be provided c. The pole wheel d can be formed, for example, by a toothed rotor, the excitation winding of which can be constituted by separate pole windings or by a winding in zig-zag or in meanders. The stator g has notches of the same division as those of the rotor, which contain a corresponding armature winding m.
The excitation current is supplied to the rotor d from a current source k, via the rings h, the brushes i and the switch 1. One can, naturally-
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Finally, choose other arrangements known in the construction of high frequency machines, in particular arrangements in which the excitation and armature circuits are fixed, while pieces of iron move between the two circuits to cause the variation of the field . The induced winding m has dimensions much larger than the ordinary dimensions and is adjustable, so that the excitation can be adjusted according to the intended application for the energy pulses.
The high or medium frequency alternating current which is induced is directed by conductors n on a transformer comprising the primary winding o, the iron p and the secondary winding g. If, for example, the spot welding device is used, the transformed current is directed to the electrodes r. Depending on the application of the energy pulses produced, the transformer described above as an example can be replaced by differently constructed transformers. The transformer can also be formed, for example, in such a way that, for the transformation of energy into heat, the secondary circuit is replaced by the material to be heated which is placed around the iron.
It is obvious that the nature and the constitution of the transformer are not limited to these examples of execution described and that one can use for particular applications transformers specially constructed and arranged to complete the whole installation.
Thus, for double spot welding, it is possible to use a transformer, two other embodiments of which are shown in Figures 2 and 3, which are particularly suitable embodiments for the production of secondary voltages particularly weak. In Fig. 2, the section of the iron p is subdivided into three parts
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1, 2, 3 which include a common primary winding o. On the secondary side, there are the different turns g connected in parallel which lead to the electrodes. By this arrangement, the voltage is reduced to one third of its value.
According to Fig. 3, we chose an embodiment in which the section of the iron is not divided in its entirety. The sheets have holes or slots s through which the secondary turns are passed. In these exemplary embodiments and generally according to the invention, the electrodes, etc. are connected immediately to the secondary winding or constitute the secondaries or part of the secondaries if the mechanical embodiment is modified in a corresponding way.
It goes without saying that modifications of detail can be made to the embodiment described above without departing from the scope of the invention. Thus, for example, the rotating mass of the flywheel can be housed in the rotor itself so that the flywheel f is omitted.
CLAIMS ---------------------------
1. Device intended to produce extremely intense and short-lived energy pulses, in particular for welding, characterized in that by using current generators at medium or high frequency and by providing an excitation of the generator much higher than the normal excitation, the magnetic energy stored in the rotating masses is transformed by magnetic induction into extremely intense energy pulses, the speed of rotation of the rotating masses and the excitation being adjustable.