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HELIOSTAT AUTOMATIQUE.
La présente invention est relative à un héliostat automatique du type comportant un miroir mobile autour de deux axes perpendiculaires entre eux et commandé par un ou plusieurs moteurs contrôlés par des contacteurs actionnés par les rayons solaires, de manière à ce que la direction des rayons réfléchis par le miroir mobile reste fixe dans l'espace.
On sait que, dans les appareils connus de ce genre, on prévoit pour le miroir deux mbuvements différents autour des deux axes, savoir: un premier mouvement rapide permettant de rechercher et de rattraper le soleil après une disparition
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momentanée ou prolongée, par exemple à son lever, et un mouve- ment lent permettant au miroir de suivre avec précision les déplacements du soleil. Ces deux mouvements sont obtenus, soit à l'aide de deux moteurs différents, soit à l'aide de deux transmissions de démultiplication différentes, et contribuent à augmenter l'encombrement et le prix de l'appareil*
D'autre part, le poids des supports mobiles du miroir atteignant des valeurs considérables pour les appareils de grandes dimensions, il est nécessaire de disposer, pour le mouvement rapide, d'une puissance importante.
L'héliostat faisant l'objet de la présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, et il est caracté- risé par le fait que les organes supportant le miroir sont suspendus sur les deux axes avec un frottement réduit au minimum, qu'ils ne comportent aucune liaison mécanique avec l'extérieur et qu'ils sont doués, par rapport à ces axes, de moments d'inertie de valeur importante.
On comprend en effet qu'en appliquant, par un moyen approprié, un faible couple de valeur constante aux organes mobiles de l'appareil qui sont montés pratiquement sans frottement,et doués de moments d'inertie importants, ces derniers prennent un mouvement uniformément accéléré, d'abord très lent (par exemple un dixième de degré pour la première seconde), puis de plus en plus rapide (par exemple 90 au bout de trente secondes), ce qui permet d'utiliser la phase de démarrage très lent pour suivre avec précision le soleil, et de se servir du même mouvement, grâce à son accélération rapide, pour la recherche et le rattrapage du soleil.
A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé une forme de réalisation de l'héliostat faisant ltobjet de l'invention.
Les figures 1 et 2 en sont deux vues en élévation dans
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lesquelles le miroir occupe deux positions différentes, déca- lées de 90 l'une par rapport à l'autre, par rapport à l'axe vertical.
Les figures 3 à 6 concernent des détails d'exécution des contacteurs thermométriques.
La fig. 7 représente le schéma complet des connexions électriques.
L'appareil représenté au dessin comprend un ..miroir 1 fixé à un berceau 2 tourillonné autour d'un axe horizontal HH' dans un cadre 3, pivoté autour d'un axe vertical VV',et comportant à cet effet, à sa partie supérieure, un arbre 4 par lequel il est suspendu à un support en charpente métallique 5 au moyen d'un roulement à billes 6, et, à sa partie inférieu- re, un arbre 4' tourillonné dans le socle de ltappareil au moyen du roulement 6'. Le berceau 2 et le cadre 3 sont de préférence-' en tubes dtacier soudés, ce qui/leur assure une grande rigidité et une grande légèreté.
La suspension du berceau 2 dans le cadre 3 est réalisée également par roulements à aiguilles (non représentés) de manière à réduire le frotte- ment au minimumo Le moment dinertie du berceau 2 par rapport à l'axe HH' est rendu considérable au moyen de deux masses 7,7' qui lui sont fixées à demeure, des masses de position réglable 8,8' et 8" permettant d'obtenir un équilibrage parfait. De même, des masses importantes 9,9' sont fixées aux montants du cadre 3, de manière à augmenter le moment d'inertie de 1$ensemble par rapport à 1+axe VV'.
Afin de soustraire le miroir mobile à Inaction du vent, ltensemble est disposé à l'intérieur d'une cabine 10 ayant des parois et un toit vitré.
Toujours afin de ne pas augmenter le frottement, les supports mobiles -cadre 3 et berceau 2 - du miroir ne possèdent pour leur entraînement, auuune liaison mécanique avec l'exté- rieur, les moteurs de commande étant fixés sur ces supports mobiles mêmes. Dans l'exemple de réalisation représenté au
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dessin, des petits moteurs électriques 11 et 12 sont respec- tivement fixés sur le cadre vertical 3 et sur le berceau 2, dont ils provoquent la rotation autour des axes VV' et HH' au moyen des petites hélices 13,14 calées sur leurs arbres.
On peut également utiliser les moteurs électriques dont les rotors seraient calés respectivement sur l'arbre horizontal du berceau 2 et sur l'arbre vertical du cadre 3, tandis que leurs stators seraient fixés respectivement sur le cadre 3 et sur le bâti de l'appareil.
L'alimentation en courant électrique des moteurs et des contacteurs est réalisée au moyen de deux fils ou tiges métalliques solidaires du cadre vertical 3 et plongeant dans deux rigoles 16, 16' remplies de mercure et ménagées dans un plateau fixe isolant 17 solidaire du bâti de l'appareil, le courant étant amené à ces rigoles 16,16' par des connexions fixes appropriées. Le courant est amené au moteur du berceau au moyen de lamelles métalliques de quelques centièmes de millimètre d'épaisseur, ctest-à-dire sans réactions mécaniques gênantes.
Des freins puissants 18,19, contrôlés par les contac- teurs et actionnés lorsque le miroir est dans la position cherchée par rapport au soleil, sont disposés sur l'arbre du cadre 3 et sur celui du berceau 2.
Afin de pouvoir utiliser les mêmes mouvements à la fois pour la recherche et le rattrapage rapides du soleil et pour les déplacements lents du miroir asservis aux déplacements du soleil, l'appareil comporte, pour la commande de la rotation autour de chaque axe, deux contacteurs thermométriques, dont l'un est actionné par les rayons solaires incidents et est dis- posé de manière à être éclairé dès que le soleil paraît et à amener le miroir approximativement dans la position voulue, et dont l'autre est actionné par les rayons solaires réfléchis par le miroir mobile 1[ et éclairé seulement lorsque la position du miroir est approximativement réglée, ce dernier relais ayant
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pour objet le réglage précis de la position du miroir.
Ces contacteurs thermométriques sont du type connu à mercure. Ils comportent (figure 3) un tube de verre "coudé 20 rempli de mercure et comportant, à ses extrémités, des ballons en verre 21, 21' remplis d'hydrogène, et comportant éventuellement, d'une manière cbnnue, une pastille absorbante noircie destinée à augmenter la sensibilité et la rapidité des contacteurs. Le tube comporte trois électrodes, dont l'une médiane 22 plongeant toujours dans le mercure et les deux autres 23, 23' symétriques par rapport à la première.
Entre les deux ballons 21, 21', est disposé un miroir 24, de manière à ce qu'un seul d'entre eux reçoive les rayons solaires à tout inshant. Lorsque le ballon 21 est éclairé, le circuit se ferme par 22-23' et, lorsque le ballon 21' est éclairé le circuit se ferme par 22-23, le sens de rotation du moteur se trouvant inversé suivant que le courant passe par l'un ou l'autre de ces deux chemins.
Le contacteur 25 (figs 1 et 2) commandant le réglage grossier du mouvement autour de l'axe vertical, est fixé à l'extrémité supérieure de l'arbre 4 du cadre 3 et protégé par une cloche en verre 26. Afin de diminuer l'encombrement de ce contacteur, le miroir 24 (fig.4), séparant les deux ballons, est de hauteur réduite, et il est complété par deux autres miroirs 24' et 24" qui lui sony parallèles et qui sont disposés chacun au-dessus des ballons 25p25ty les faces internes de ces miroirs étant noircies. Afin d'augmenter la quantité de lumière tombant sur les têtes du contacteur, un miroir horizontal 27 est disposé au-dessous d'elles, de manière à réfléchir sur le contacteur les rayons solaires.
Le contacteur 28 ?(fig. 2) commandant le réglage grossier du mouvement autour de 1axe horizontal est fixé rigidement au cadre 3 supportant le miroir I. Le miroir 29 est pivoté sur le cadre 3 autour dun horizontal, et relié au miroir I de manière à tourner deux fois plus vite que ce dernier, cette liaison étant telle que ce miroir 29 soit dans une position verticale lorsque le miroir principal 1 est horizontale les
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rayons réfléchis par le miroir 1 étant dans ce cas dirigés toujours verticalement (vers le haut dans le cas de l'appareil représenté au dessin).
A cet effet, le miroir 29 repose d'une part sur le cadre 3 par un couteau 30, et il porte d'autre part une poulie 31 reliée par un câble 32 à une poulie 33 calée sur le tourillon du miroir:!, le câble 32, servant à la fois à la suspension et à l'entraînement du miroir 29. Le miroir 29 est complété, sur ses deux faces, par deux miroirs latéraux obliques 34, 34' et un miroir oblique inférieur 35, qui renfor- cent l'éclairement des têtes du contacteur 28.
Les deux contacteurs 36 et 37 (figs 2 et 5), destinés à commander le réglage précis des deux mouvements,sont disposés à angle droit au-dessus du miroir principal 1 (ou au-dessous dans le cas où ce miroir réfléchit la lumière verticalement vers le bas), et ils sont actionnés par une partie du faisceau réfléchi capté par un miroir Mangin 51. Ce miroir produit une petite image du soleil sur les miroirs elliptiques 38,39, 38', 39'. Ces derniers miroirs renvoient les rayons solaires sur les têtes correspondantes des contacteurso Contacteurs et miroirs elliptiques sont supportés par un bras 50 solidaire du cadre vertical 3. Les contacteurs précis comportent en outre (fig. 6) des filaments chauffants 40,40' disposés à l'intérieur des ballons 37,37' (ou 38,38') et montés en série dans les circuits contrôlés par ces contacteurs.
Ces filaments chauffants ont pour but de compenser la capillarité du mercure qui, au moment du fonctionnement, provoque une montée brusque de quelques millimètres de la colonne de mercure, qui ne redescend que lentement lorsque le contacteur n'est plus éclairé. Le rôle du filament 40 consiste donc à élever la pression dans la tête correspondante 37 du contacteur, de manière à maintenir la colonne de mercure au voisinage de l'électrode 23 (ou 23') c'est à dire au voisinage du point de rupture, de sorte que le contact sera coupé dès que le contacteur cessera d'être éclairé.
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Ainsi que le montre la figure 7, le courant alimentant les moteurs 11 et 12 de l'appareil lui est amené par deux conduc- teurs 40, 40'. Entre le conducteur 40, allant directement aux deux moteurs, et le conducteur de retour 40', sont montés en parallèle les contacteurs thermométriques, les deux têtes correspondant au même sens de rotation des moteurs des deux contacteurs de chaque moteur étant montées en parallèle sur les conducteurs 41, 41' et 42, 42'. Sur chacun de ces conducteurs, sont montés des relais électromagnétiques 43, 43' et 44,44' dont les armatures commandent des dérivations 45,45' et 46,46' du conducteur 40', les moteurs tournant dans un sens ou dans l'autre suivant que l'un ou l'autre de leurs relais est excité.
En série avec les relais contrôlant les moteurs, sont montés des éledtro-aimants 47 et 48, commandant les freins des deux mouvements de l'appareil, de sorte que le fonctionnement de l'un quelconque des quatre contacteurs provoque l'excitation d'un des électros et, partant, la libération du frein correspondant.
Enfin, pour diverses raisons, dont la principale est de faciliter le recalage de l'appareil le matin ou après un nuage long, un rupteur thermométrique 49 à filaments est chargé de mettre hors circuit les contacteurs de réglage grossiers dès que l'image du soleil se forme sur un des quatre miroirs ellip- tiques..1 cet effet, le courant se rendant aux électrodes centrales des contacteurs de réglage précis 36 et 37 passe par le filament disposé dans la tête dtun rupteur thermométrique 49.
Ce rupteur présente trois électrodes 52, 52't 52" c'est-à-dire deux coupures et chacune de ces coupures coupe le courant dans l'un ou ltautre des contacteurs de réglage grossier 25 et 28.
Le courait estrétabli dans ces derniers contacteurs lorsque les contacteurs de réglage précis n'ont pas fonctionné depuis un certain temps, parce que le rupteur thermométrique 49 ouvre le circuit sans retard appréciable, mais le ferme avec un certain retard par suite du refroidissement lent de sa tête.
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Ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus, le miroir mobile 1 de l'appareil renvoie constamment les rayons solaires suivant la verticale vers le haut ou vers le bas. Bien entendu, si on désire renvoyer les rayons réfléchis dans une direction quel- conque autre que la verticale, on dispose à l'intérieur ou à ltextérieur de la cabine vitrée 10, au-dessus ou au-dessous du miroir 1, d'autres miroirs, de préférence réglables, et qui, pour plus de simplicité, n'ont pas été représentés au dessin.
REVENDICATIONS.
Ayant ainsi décrit notre invention et nous réservant d'y apporter tous perfectionnements ou modifications qui nous paraîtraient nécessaires, nous revendiquons comme notre propriété exclusive et privative:
1. Héliostat automatique du type comportant un miroir mobile autour de deux axes à angle droit et commandé par un ou plusieurs moteurs contrôlés par des contacteurs actionnés par les rayons solaires, de manière à ce que la direction des rayons solaires réfléchis par le miroir reste fixe, caractéri- sé par le fait que les organes supportant ce miroir sont sus- pendus sur les deux axes avec un frottement réduit au minimum, qu'ils ne comportent aucune liaison mécanique avec l'extérieur et qu'ils sont doués, par rapport à ces axes, de moments d'inertie de valeur importante.
2. Héliostat suivant 1, caractérisé par le fait que le miroir est supporté par un berceau en tubes d'acier soudés, tourillonné et équilibré autour d'un axe horizontal dans un cadre, également en tubes d'acier, pivoté autour d'un axe vertical, la suspension verticale et horizontale étant réalisée par des roulements à billes baignant dans l'huile.
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