<Desc/Clms Page number 1>
Générateur magnétique.
La présente invention se rapporte à des générateurs de courant électrique dans lesquels on utilise l'excitation pro- duite par un aimant permanent, elle se rapporte en premier lieu aux générateurs employés dans les systèmes de téléphonie pour l'appel ou pour des buts similaires. L'objet principal de l'in- vention est de procurer une nouvelle magnéto perfectionnée ayant un circuit magnétique plus effectif et une construction mécanique meilleure de telle sorte qu'un générateur ayant un débit donné puisse être construit plus économiquement et qu'un d'obit plus grand puisse être obtenu pour un poids donné ou pour un prix déterminé.
Des objets additionnels se rapportent à une méthode des- tinée à éviter une force coercitive excessive des aimants perma- nents suivant l'aimantation et une méthode permettant d'obtenir /
<Desc/Clms Page number 2>
un vieillissement artificiel du générateur avant son essai ce qui ramène l'effet utile du générateur à la valeur correspondant à celle obtenue dans des conditions d'utilisation très sévères.
Dans le but de réaliser l'objet principal de l'invention on a mis au point une construction nouvelle dont la conception est basée plus particulièrement sur l'emploi d'une matière magnétique constituant les aimants permanents ayant une force magnéto-motrice spécifique de valeur très élevée supérieure à la force magnéto- motrice maximum des aimants permanents faits d'acier au cobalt le meilleur connu et capable de donner une intensité de champ par unité de volume de la matière magnétique d'un maximum plus élevé que le meilleur acier au cobalt connu.
La matière utilisé-de préférence pour les aimants per- manents de la magnéto de construction perfectionnée est un alliage ferreux contenant 25% de nickel, 12 à 15% d'aluminium, 3 à 4;. de cobalt, le reste étant du fer. Cette matière est d'abord coulée suivant la forme et les dimensions voulues, elle est refroidie ensuite puis réchauffée suivant un procédé connu sous le nom de trempe par précipitation. On doit comprendre que cette opération de trempe permet à des particules de cristalliser en dehors de la solution, de la sorte la matière agglomérée qui en résulte devient très dure magnétiquement et acquiert une force coercitive très élevée et une perméabilité relativement basse.
Des essais effectués sur des échantillons coulés et traités montrent un flux résiduel, après saturation, de 7000 max- wells par centimètre carré de section droite pour une force magné- tomotrice extérieure nulle; ils prouvent qu'une force magnéto-mo- trice de 430 gilberts par centimètre de longueur est nécessaire pour réduire le flux à zéro. Ces chiffres sont comparables à ceux de 10.000 maxwells et 250 gilberts obtenus pour les meilleurs échantillons d'acier au cobalt (environ 36% de cobalt).
Des essais comparatifs montrent de plus que le point le plus favorable pour le travail de l'alliage fer-aluminium-nickel--
<Desc/Clms Page number 3>
cobalt est celui pour lequel la force magnétomotrice est d'environ
310 gilberts dans le champ extérieur par centimètre de longueur de la matière magnétique ce qui présente un excès par rapport à la force coercitive totale (250 gilberts par centimètre requise pour annuler le flux à travers le meilleur acier au cobalt. La force magnéto-motrice de 350 gilberts par centimètre correspond à une densité de flux de 4.500 maxwells par centimètre carré de section droite de la matière coulée alors que pour la valeur op- timum de la force magnéto-motrice (160 gilberts par centimètre carré) la densité du flux dans l'acier au cobalt mis à l'essai est d'environ 7.200 maxwells par centimètre carré.
En multipliant les maxwells, correspondant à la valeur optimum des gilberts déve- loppés, par cette valeur, on obtient un produit optimum du champ par l'énergie, soit : 4.500 x 310 : 1.395.000 gilbert-maxwells par centimètre cube de matière coulée. Cette valeur est supérieure au produit du champ par l'énergie: 7.200 x 160 : 1.152.000 gilbert- maxwells par centimètre cube d'acier au cobalt. On voit directe- ment par ces chiffres que pour établir un champ dans un générateur de construction donnée un aimant coulé bien conçu, fait de la matière 'qui vient d'être décrite, bien qu'il soit d'un volume quel- que peu plus faible qu'un aimant équivalent en acier au cobalt est ' plus court que ce dernier si on mesure la distance entre ses faces polaires.
C'est la découverte de ce fait qui a rendu possible la mise au point du modèle nouveau décrit ci-après.
On admettra qu'une grande économie est réalisée en em- ployant une matière coulée non seulement du fait qu'il faut moins de travail pour couler en forme que pour travailler l'acier mais également du fait que le cobalt.est d'un prix relativement élevé et que la matière coulée n'en contient qu'un faible pourcentage alors que 36% de cobalt sont contenus dans l'alliage appelé acier au cobalt.
On admettra également que d'autres alliages que celui
<Desc/Clms Page number 4>
qui vient d'être décrit peuvent être utilisés à condition qu'on puisse leur appliquer le procédé de trempe par précipitation ou d'autres procédés qui leur permette d'acquérir une grande force coercitive et une valeur élevée du produit du champ par l'énergie comme on l'a établi ci-dessus.
Les caractéristiques qui découlent immédiatement de la description qui vient d'être faite de la construction nouvelle peuvent s'établir comme suit: (1) En employant une matière magnétique de force coerci- tive élevée,des aimants relativement courts mais ayant des sections asses grandes peuvent être'utilisés, ils seront cependant de volume comparativement faible, de ce fait des aimants relativement petits pourront créer la puissance requise dans le champ magnétique.
(2) Deux circuits magnétiques parallèles sont utilisés pour créer la force magnéto-motrice dans le champ utile du modèle en question. Les aimants permanents sont situés des deux côtés opposés du champ utile du générateur de ce fait on obtient un appa- reil plus symétrique. Cette disposition permet une distribution plus uniforme du flux magnétique aux pièces polaires, il en résul- te une reluctance apparente plus faible de celles-ci que celle qui serait obtenue si la matière constituant les aimants permanents était concentrée sur un seul côté du modèle, dans ce dernier cas on devrait employer une force magnéto-motrice plus élevée ce qui nénssaiterait une angmentation de la longueur et du poida de la matière magnétique.
(3) Dans le modèle perfectionné, l'espace recevant l'ar- mature est fermé effectivement de tous les côtés par les parties essentielles de la construction de ce fait il n'est pas nécessaire de prévoir des pièces additionnelles de protection ; plaques habituelles supportant les paliers de roulement ferment les extré- mités de l'espace compris entre les pôles, les aimants eux-mêmes ferment l'avant et l'arrière, les pièces polaires couvrent le fond
<Desc/Clms Page number 5>
et le dessus de l'espace libre recevant l'armature.
(4) Les aimants sont coulés suivant la forme et les dimensions voulues, seules les faces des aimants qui viennent en contact avec les pièces polaires du générateur doivent être para- chevées pour assurer un bon contact de métal contre métal, de plus les aimants peuvent être coulés avec des ouvertures venant de fonte à travers lesquelles les vis d'assemblage peuvent passer car la dureté très grande de la matière exclut pratiquement tout forage.
(5) De par la construction avec des aimants courts qui ne se prolongent pas au-delà de la surface des pièces polaires du générateur, les aimants peuvent être immédiatement aimantés jusqu'à saturation après que l'ensemble magnétique a été réalisé et l'aiman- tation peut être effectuée de manière à produire les pôles des aimants permanents aux points voulus (contre les pièces polaires), les pièces polaires du générateur n'étant pas recouvertes par les aimants eux-mêmes, ce qui rend aisé l'application des pièces polaires d'un dispositif d'aimantation sur les pièces polaires du générateur lorsqu'il s'agit d'aimanter les aimants permanents en place dans l'ensemble de la construction.
(6) Le rendement du circuit magnétique passant à travers l'armature a été augmenté en fraisant les plaqués d'extrémité de l'armature de manière à donner une longueur effective plus grande de l'armature pour un espace donné .
(7) En plus de ce qui précède on peut signaler quelques avantages secondaires résultant de la construction perfectionnée du modèle décrit, ce sont par exemple l'accessibilité de l'arbre de la manivelle et de la vis qui le maintient en place ce qui per- met d'enlever facilement l'arbre pour le réparer ou le remplacer et ce qui permet également de placer plus avantageusement le trou de graissage du palier de l'extrémité éloignée de l'arbre de la manivelle.
En se référant aux plans annexés qui comprennent les fig.l
<Desc/Clms Page number 6>
à 8 on voit que les fig. 1 à 7 montrent avec suffisamment de détails la construction d'une magnéto possédant les caractéristiques de l'invention pour permettre de comprendre celle-ci immédiatement et que la fig. 8 représente la méthode recommandée pour l'aimantation. des aimants permanents après qu'ils aient été fixés en place dans l'ensemble magnétique du générateur.
En se reportant particulièrement aux fig, 1 à 7 on peut voir que la fig. 1 est une vue de face de la nouvelle magnéto, la fig. 2 une vue en élévation, la fig. 3 une vue de gauche, la fig. 4 une vue de droite, la fig. 5 une coupe de la vue de face suivant la ligne 5-5 de la fig. 2, la fig. 6 une coupe de la vue en éléva- tion suivant la ligne 6-6 de la fig. 1, enfin la fig. 7 une section de la vue de face suivant la ligne 7-7 de la fig. 1.
Les aimants 1 et 2, dont les sections peuvent être le mieux vues en fig. 7, sont en forme de U et bien que dans le modèle représenté les aimants aient des branches relativement courtes, la longueur de celles-ci peut être plus grande quand on exige plus de force magnéto-motrice. Chacun de ces aimants est coulé à la forme et aux dimensions voulues et est parachevé. seulement sur les faces des pôles où il vient en contact avec les pièces polaires 3 et 4 qui sont de préférence faites en acier laminé à froid. Les vis d'assemblage 51 à 54, qui sont le mieux vues en fig. 7, passent à travers des ouvertures qui sont venues de fonte car l'alliage est trop dur pour permettre une opération ordinaire de forage.
En plus des aimants 1 et 2 et des pièces polaires 3 et 4 la structure générale.du générateur comprend encore les plaques d'extrémité 7 et 8 qui se placent contre les extrémités des aimants 1 et 2 et des pièces polaires 3 et 4 comme on peut le voir le mieux aux fig. 5 et 6. Les plaques d'extrémité sont machinées pour laisser un disque complet, sur la face interne de celles-ci, qui soit con- centrique à l'arbre de l'armature, ce disque sert à fixer la dis- tance entre les extrémités des aimants,d'autre part des prolonge-
<Desc/Clms Page number 7>
ments des plaques d'extrémité supportent les paliers de l'arbre de la manivelle.
L'armature 9, comme le montre les fig. 5, 6 et 7 a la forme générale d'une navette ce qui donne un grand espace libre pour l'enroulement. L'armature est pourvue de plaques d'extrémité 10 et 11 dans lesquelles les pièces 12 et 13 de l'arbre de l'arma- ture sont placées et fixées par coups de pointeau. On doit noter que la longueur effective admissible de l'armature est augmentée en enlevant une partie de chacune des plaques d'extrémité autour du bord ce qui diminue la reluctance de l'armature.
Les paliers 14 et 15 sont fixés dans les plaques d'extré- mité 7 et 8 et ils sont proportionnés de manière à localiser l'ar- mature avec précision dans l'espace libre réservé à celle-ci et de la garantir contre tout déplacement longitudinal appréciable.
Les paliers 16 et 17 de l'arbre 18 de la manivelle et le manchon 23 qui font partie intégrante de la roue de commande 22 sont fixés dans les plaques d'extrémité 7 et 8. Le collier d'arrêt 19 de l'arbre est fileté à l'intérieur, il est vissé à l'extrémité de l'arbre 18 pour limiter le déplacement longitudinal de l'arbre 18 qui lui est imprimé par l'action qui s'effectue entre le collier à came 20(fig. 1 et 2) et la came découpée dans le manchon 23 qui forme un prolongement de la roue de commande 22. Le collier à came 20 est maintenu en place par la broche 21 des fig. 1 et 5.
On verra que le déplacement longitudinal de l'arbre 18 s'effectue quand on fait tourner la manivelle 30 au moyen de la poignée 31 dans le but de repousser les ressorts par l'intermédiaire de la broche 33 faite d'une matière isolante et enchassée dans un trou percé à l'ex- trémité de l'arbre 18. Le ressort à boudin 28 ramène l'arbre 18 longitudinalement dans la position montrée au plan quand l'arbre est libéré. L'ensemble composé par l'arbre et la roue de commande est maintenu en position par le collier 24, fixé au manchon 23 par la vis sans tête 25, voir fig. 2 et 5.
<Desc/Clms Page number 8>
Les paliers 16 et 17 peuvént être huilés à travers des trous de graissage 57 et 58 et les paliers 14 et 15 à travers les trous 55 et 56. On doit noter particulièrement que le trou de grais- sage 57 est foré dans la partie intérieure @u prolongement du palier 16. Il est accessible pour le graissage dans cette position suivant la construction représentée car la forme de l'aimant en fer à cheval a été abandonnée ; dans la construction habituelle des générateurs un trou de graissage sur la partie intérieure de ce palier est in- accessible car il est recouvert par les aimants permanents en fer à cheval.
Le pignon 26 de l'armature, qui se voit le mieux aux fig. 1, 4 et 5 est fixé à l'extrémité de la pièce 13 au moyen d'une broche 27.
Dans le but de pouvoir utiliser le générateur dans des qui appareils portatifs on a choisi une poignée de manivelle/peut se replier comme le montre le plan, un ressort à boudin 32 (fig. 2) étant prévu pour ramener la poignée 31 dans la position représen- tée après qu'elle a été amenée pour le service dans une position perpendiculaire à la manivelle 30.
Bien que l'armature ait été représentée non bobinée, pour plus de simplicité,on comprendra quten pratique l'armature est garnie du fil de dimension voulue jusqu'à ce que.tout l'espace ré- servé à l'enroulement soit occupé et que la section de l'armature bobinée soit en principe circulaire.
Une des extrémités de l'enroulement est soudée à la borne 40, fixée sur la plaque d'extrémité frontale 11 ainsi qu'on peut le voir aux fig. 5, 6 et 7. Ltautre extrémité de l'enroulement est fixée à la borne 38 maintenue sous ltécrou 39 qui maintient le bouton de contact 34 en place. L'ensemble du bouton de contact est isolé du chassis métallique de l'armature par une buselure 35 (fig.5 et 6), une rondelle 36 et une plaque 37 toutes faites d'une matière isolante.
<Desc/Clms Page number 9>
Comme on peut le voir aux fig, 1 et 3 un groupe de res- sorts monté sur l'équerre 40 est fixé sur la plaque 7 d'extrémité arrière par les vis 41, fig. 2 et 3. Parmi les pièces du groupe de ressorts montssur l'équerre 40 au moyen des vis 42 et isolées convenablement les unes des autres, la plaque à bornes 44 est en contact avec les rondelles maintenues sous les têtes des vis 42 et par l'intermédiaire des vis 42 avec le chassis du générateur, de ce fait la plaque 44 peut servir comme point de connexion auquel peut se raccorder un des fils de sortie au moyen de la vis qui est représentée. Le contact avec l'autre extrémité de l'enroule- ment s'effectue par l'intermédiaire du ressort 45 qui s'appuyé contre le bouton de contact 34 des fig. 5 et 6, comme on peut le voir le mieux aux fig. 1 et 5.
Le ressort 45 est assemblé au con- tact du ressort 46 contre lequel la broche 33 repousse le ressort mobile 48 quand le déplacement longitudinal de l'arbre 18 steffectue quand on tourne la manivelle. La plaque 49 est assemblée au con- tact du ressort mobile 48, elle est munie de la vis de connexion, comme il est montré au plan, à laquelle peut être connecté l'autre fil de sortie du générateur. La plaque à bornes restant dans le groupe de ressorts est connectée au ressort 47 qui est en contact normalement avec le ressort mobile 48 pour effectuer toute commu- tation qui pourrait être nécessaire pour l'utilisation du générateur.
En se reportant maintenant plus particulièrement à la fig. 8 on peut voir que le générateur des fig, 1 à,7 est représenté associé à un appareil d'aimantation avant que l'assemblage de la manivelle ait été placé dans le générateur, celui-ci est complet cependant à ce.détail près. L'équerre 40 et le groupe de ressorts peut être monté soit avant soit après l'aimantation des aimants permanents.
Le dispositif d'aimantation consiste essentiellement en des électro-aimants 61 et 62 en forme de bobine pourvus de noyaux circulaires 63 et 64 et d'un bâti 65 connectant les extrémités
<Desc/Clms Page number 10>
inférieures des noyaux et formant un électro-aimant en fer à cheval. Des pièces polaires 66 et 67 sont utilisées. La pièce polaire 67 est fixée en position par des boulons 72 et 73 vissés dans des trous forés dans l'extrémité du noyau 64, l'aimant 68 est fixé, mais peut glisser, sur le noyau 63 de la bobine 61 par les boulons 70 et 71.
Les pièces polaires 66 et 67 ont reçu une forme telle que leurs extrémités soient en principe de la même largeur que les pôles 3 et 4 du générateur et qu'elles aient plus ou moins la même épaisseur que l'espace existant entre les aimants permanents, de cette façon le contact entre les pièces polaires 66 et 67 du dis- positif d'aimantation et les pôles 3 et 4 du générateur s'établit en principe sur toute la surface exposée des pôles du générateur.
Lorsqu'on prépare l'opération d'aimantation la pièce polaire 66 est glissée vers la gauche pour permettre de placer le générateur par rapport à la pièce polàire 67 comme le montre le plan, les parties internes des paliers 16 et 17 se plaçant dans des ouver- tures 74 et 75 meulées dans les bords de la pièce polaire 67. La pièce polaire 66 est alors amenée au contact serré de la pièce polaire 4 du générateur, ensuite les boulons 70 et 71 sont serrés pour maintenir le générateur en place jusqu'à ce que l'aimantation ait été effectuée.
On comprendra, en effet, qu'il est préférable d'appliquer le courant aux enroulements du dispositif d'aimanta- tion seulement après que le générateur a été placé en position pour éviter toute dépense inutile dténergie qui accompagne l'échauf- fement des bobines du dispositif d'aimantation ainsi que pour faci- liter la manipulation des pièces qui peut s'effectuer plus facile- ment quand l'appareil ntest pas sous courant.
Après qu'on a lancé le courant dans le dispositif dtaiman- tation pendant un temps suffisamment long pour que la saturation des aimants 1 et 2 ait pu être obtenue on coupe le courant et on retire le générateur.
<Desc/Clms Page number 11>
Un grand avantage réside dans le fait qu'on aimante les aimants permanents à la place qutils doivent occuper et qu'après avoir été aimantés ils ne sront plus jamais soumis à la reluctance élevée d'un circuit magnétique comprenant un espace d'air important comrne cela se passerait s'ils devaient être montés après avoir été aimantés. On a observé que les aimants sont affectés jusqu'à 20% de leur valeur si on les enlève et puis qu'on les replace.
Dans le cas où la reluctance du circuit magnétique compre- nant les pôles et l'armature (shuntant les aimants pendant l'aiman- tation) détourne un flux suffisant pour rendre difficile l'obten- tion, avec un dispositif donné,, de la force magnéto-motrice voulue on peut réduire la reluctance de ce shunt pendant l'aimantation en tournant l'armature de 90 degrés.
Quand un générateur est terminé il doit être testé pour qu'on puisse être assuré que l'effet utile qu'il rendra dans la pratique sera au moins égal à une valeur déterminée. On a trouvé qu'un générateur construit comme on vient de le dire perd de ses qualités lorsqu'il a vieilli quelque peu et que les conditions de désaimantation les plus sévères auxquelles il puisse être soumis en service est de le faire fonctionner sur un circuit de résistance négligeable. Le courant de valeur très élevée qui circule fait que l'armature en rotation présente une reluctance anormalement élevée entre les pôles pendant une partie de chacun des demis cycles, les aimants subissent alors une self coercition.
Du fait qu'un généra- teur quelconque peut être utilisé à un moment donné sur une ligne en court-circuit chacun d'eux avant l'essai de débit travaille pendant un temps suffisamment long (disons 10 secondes) en court-circuit pour qu'on puisse être certain que sa déterioration (environ 10% de son effet utile initial) a, en principe, atteint son maximum.
Le générateur est de ce fait vieilli artificiellement et aucune réduction importante de son débit ne devra être envisagée résultant du temps plus ou moins long qui.s'est écoulé depuis sa constitution ou du fait qu'il a été employé dans des conditions particulièrement
<Desc/Clms Page number 12>
dures. Après que'la détérioration et le vieillissement artificiel qui en résulte ont été effectués une.mesure du débit peut être faite pour se rendre compte de l'effet utile qu'on peut attendre du générateur pour une longue période de service normal.
Bien que dans un but de simplification on n'ait pas donné de vue du dessous du générateur on peut faire remarquer que des trous d'assemblage (au nombre de 4) sont forés et taraudés dans la partie inférieure des pôles 4 du générateur.
On doit mentionner également que la densité de la matière servant à couler les aimants n'est que les neuf dixièmes de celle de la matière constituant les aimants à l'acier au cobalt. De ce fait puisque les aimants sont plus petits que ceux qui leur sont équivalents et faits à l'acier au cobalt, comme il a été expli- qué précédemment, une réduction en poids importante peut être réalisée en utilisant des aimants de l'alliage décrit.
REVENDICATIONS.
---------------------------- 1. Un générateur magnétique pouvant être utilisé dans des sys- tèmes de téléphonie dans lequel le champ magnétique est pro- duit par deux aimants permanents coulés situés symétriquement des deux côtés opposés de l'axe de rotation de l'armature, la longueur des aimants étant en principe égale au diamètre de l'armature et leur largeur étant en principe égale ou plus grande que leur largeur.