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APPAREIL DE CONTACT A COMMANDE MAGNETIQUE POUR PROCESSUS ' PERIODIQUES DE COUPLAGE.
On a déjà proposé d'imprimer à une armature, par un champ magnétique polyphasé, un mouvement basculant ou circu- laire tel qu'elle établisse alternativement un contact entre différents segments de contacts fixes. Ces appareils se dis- tinguent par le fait qu'ils ne possèdent pas de paliers exi- geant une lubrification, glissant ou roulant l'un sur l'au- tre à une vitesse élevée, et qu'en revanche, ils garantis- sent aussi sans surveillance un maximum de sécurité de ser-
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vice.
Une difficulté présentée par ces appareils, qui se fait sentir spécialement à des puissances relativement élevées, consiste en ce que d'une part, pour une pression de contact donnée, et eu égard à des chocs élastiques, à la production de bruit et aux forces de masses, la masse de l'armature ani- mée d'un mouvement basculant ou circulaire, doit être main- tenue à une valeur très petite, et que d'autre part, le champ magnétique échauffe, par des courants de Foucault, l'armature et les pièces polaires. Ces deux difficultés tra- cent des limites étroites à l'application des dispositifs préconisés jusqu'à présent.
Grâce à la présente invention, il est remédié à ces difficultés ; de plus, elle permet de réaliser encore quel- ques avantages supplémentaires. L'invention consiste en ce que, dans les appareils de contact à commande magnétique pour des processus périodiques de couplage, en particulier pour des machines électriques ou des redresseurs de courant, dans lesquels une armature de forme circulaire ou annulaire exécute, sous l'influence d'un système magnétique polyphasé, un mouvement basculant ou circulaire, les pôles magnétiques servant à l'arrivée et au retour du flux magnétique dans l'armature sont disposés sur le pourtour d'un cercle d'une manière alternative. Par opposition à l'invention, il n'exis- te jusqu'à ce jour aucun retour, fermé dans le fer, pour le flux magnétique, ou bien ce retour se faisait centralement et au milieu de l'armature magnétique.
Cette dernière dispo- sition présente, surtout dans le cas de puissances élevées, où le diamètre de l'armature, doit être grand en vue de la force de traction élevée nécessaire, le désavantage que la masse de l'armature magnétique augmente en raison du carré du diamètre. En outre, il est difficile, dans cette disposi- tion, de construire l'armature magnétique à l'aide de tôles
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de fer isolées les unes des autres, de manière que les cou- rants de Foucault soient supprimés dans une mesure suffisam- ment grande.
Par opposition à ceci, dans la .disposition con- forme à l'invention, le flux magnétique, même pour un diamè- tre maximum de l'armature magnétique, ne traverse cette der- nière que sur un trajet minimum, de sorte que la masse de cette armature est maintenue à des valeurs aussi petites que possible, et que la production de courants de Foucault peut être empêchée par des moyens simples au point de vue de la construction.
La figure 1 du dessin ci-annexé représente un exemple d'exécution de l'invention. 1 est un pôle magnétique central qui ou bien consiste en un aimant en acier, ou bien est ex- cité par une bobine à courant continu 2. Symétriquement dans le sens de la rotation, sont disposés autour du pôle magné- tique 1 les noyaux à.courant alternatif 3 à 8, qui portent chacun à leur extrémité supérieure une pièce polaire. Le pô- le central moyen 1 porte à son extrémité supérieure, égale- ment disposés symétriquement par rapport au sens de la rota- tion, des bras 9 à 14 qui viennent s'engager entre les piè- ces polaires 3 à 8. Sur le pôle moyen 1, est fixé d'une ma- nière isolante une bague de contact 15 avec une arrivée de courant 16.
Sur les noyaux magnétiques 3 à 8, qui sont exci- tés par des bobines à courant alternatif 17 à 22, à la maniè- re d'un champ tournant polyphasé, sont placés des segments de contact 23, 24 et 25 disposés d'une manière isolante. Ces segments sont complétés par des pièces intermédiaires 26, 27 et 28, qui en sont isolées, de manière à former un anneau circulaire sur lequel un disque de contact 29, présentant la forme d'un tronc de cône d'une ouverture de près de 180 , exécute un mouvement de roulement. Ce disque de contact por- te à sa face inférieure, entre les bagues de contact 30 et 31, une armature magnétique de forme annulaire 32.
Celle-ci
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est enroulée en un ruban ferromagnétique, à la manière d'un noyau à ruban annulaire, tel qu'il est utilisé par exemple pour des transformateurs d'intensité de grande valeur ou pour des bobines de self de couplage, et fixée au disque 29 au moyen d'anneaux à cornière. La hauteur des bagues de con- tact 23, 24 et 5 est choisie de manière qu'en cas de con- tact fixe établi entre les bagues de contact et leurs sup- ports de contact, l'armature 32 n'entre tout juste pas enco- re en contact avec les pièces polaires situées en-dessous.
Si l'on considère le moment auquel par exemple la phase u à gauche sur le dessin est excitée de telle manière qu'el- le pousse vers le haut la valeur maximum du flux de force, ce dernier se ferme à cet instant en passant par les pièces polaires à courant continu 12 et 13 dans le noyau médian 1, dont l'excitation pousse le flux de force vers le bas et le renforce en proportion. L'excitation du noyau 3 est choisie de telle manière qu'au même instant elle cherche à pousser dans le noyau 3 un flux de force vers le bas, de sorte qu'au même moment aucun flux magnétique ne se présente vers la piè- ce polaire 3, en passant par les pièces polaires à courant continu 9 et 10. En correspondance avec ceci, l'armature 32 est attirée sur les pièces polaires 6, 12 et 13.
Si mainte- nant le champ tournant avance avec le temps, par exemple dans le sens des aiguilles d'une montre, les parties de l'ar- mature 32 ou de la bague 29, situées à l'arrière du en haut sur le dessin, sont attirées en correspondance sur les pôles.
De cette manière, se trouve réalisé un mouvement de roulement de la surface conique aplatie, sur les segments de contact situés dans le même plan. La disposition décrite ci-dessus permet, partout où prennent naissance des flux magnétiques alternatifs, de feuilleter de façon simple le matériel ferro- magnétique de façon que les courants de Foucault soient sup- primés efficacement. En particulier, on constituera les piè-
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ces polaires à courant continu et alternatif de tôles en al- liage spécial, tandis que le pôle médian 1 peut être consti- tué d'une masse massive, par exemple par un aimant en acier ou aussi par un faisceau de fils.
Afin de rendre l'armature 32 aussi petite que possible, pour une force de traction donnée, on fait usage, pour la constituer, d'une matière présentant, grâce à un traitement de laminage et de recuit spécial, un degré de saturation élevé déjà pour des intensités minimes du champ magnétique, par exemple du siliciure de fer à 15000 Gauss pour 1 ampère/ tour/cm., ou un alliage de ferro-nickel à 50 %. Grâce à leur coude aigu de saturation, ces derniers permettent de faire fonctionner l'armature dans la zône de saturation, de sorte que la force magnétique devient indépendante dans une large mesure des variations des courants d'excitation.
Dans le but de soulager les contacts des étincelles de rupture se produi- sant lors de l'enclenchement et du déclenchement, on utilise le cas échéant des bobines de self de couplage, des transfor- mateurs dans le genre des bobines de réactance d'absorption, des soupapes primaires, ou d'autres moyens. Toutefois, dans des étendues de courant et de tension déterminées, on pourra aussi se passer d'expédients de ce genre, en particulier dans le cas de faibles inductances dans le circuit de commu- tation.
L'appareil de contact décrit ci-dessus convient aussi spécialement pour des groupes convertisseurs et des redres- seurs de courant qui opèrent avec une commutation de résis- tance. Il sera possible de réaliser ceci par exemple en ne prévoyant pas les pièces intermédiaires 26, 27, 28 en matiè- re isolante, mais en leur faisant présenter une certaine con- ductivité augmentant ou diminuant très fortement dans le sens de la circonférence, et harmonisée de telle manière qu'elle soit capable de commuter les courants par leur résistance.
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Afin de réduire les pertes dans ces résistances, on peut ap- pliquer simultanément les moyens susmentionnés pour soulager les contacts, à savoir des bobines de self de couplage, des transformateurs dans le genre des bobines de réactance d'ab- sorption, ou des soupapes primaires. On peut aussi supprimer complètement les fentes entre les différents segments de contact, et disposer sur le pourtour de la bague un passage continu de matières d'une très haute conductivité à des ma- tières d'une très faible conductivité. Dans ce but, convien- nent à titre d'exemples des résistances en carbone, en gra- phite ou similaires, d'une composition déterminée. Dans cer- tains cas, on pourra aussi disposer la voie de contact sous un liquide d'une conductivité appropriée.
Afin d'éviter les chocs élastiques et d'obtenir une marche uniforme, l'armatu- re 32 peut être reliée élastiquement à la bague 29.
Dans le but d'obtenir une vitesse de fermeture et de séparation plus grande, les segments 23 à 28 peuvent être disposés élastiquement sur leur support. Afin de faciliter le processus de démarrage et d'obtenir une marche tranquille, l'armature 3 ou la pièce 29 peut être rendue élastique 'de telle façon que sa fréquence propre coïncide complètement ou approximativement avec la fréquence du champ tournant. D'au- tre part, le démarrage peut aussi être facilité en faisant croitre, pendant le processus de démarrage, la course possi- ble de l'armature, graduellement de zéro à sa valeur finale.
Pour réaliser différents temps de contact, en particulier un recouvrement plus grand des temps de contact, on peut cou- pler en série ou en parallèle plusieurs appareils de contact du genre décrit plus haut. En particulier, on peut disposer aussi à la face inférieure de la disposition représentée sur le dessin un deuxième dispositif de contact.
Les surfaces de contact sont exécutées utilement d'une manière faiblement bombée, de sorte que, lors d'une brûlure sous l'action de
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court-circuits, l'arc de couplage est soufflé très rapide- ment hors de la surface de contact, et qu'à côté du renfon- cement qui s'est produit ainsi, de nouveaux endroits de con- tact viennent à se toucher, qui sont encore situés à peu près dans le même plan que les endroits brûlés, de sorte que le disque 29 ne doit pas passer par des renfoncements, ce qui donnerait lieu à une marche troublée.
Pour supprimer des perles de fusion faisant saillie hors du plan de contact, la pression superficielle spécifique, aux endroits où les con- tacts se touchent, peut être choisie tellement élevée que la matière est sollicitée dans le voisinage de la limite d'écou- lement, de sorte qu'à toute irrégularité, elle se renfonce dans la surface plane ; en particulier, la surface de roule- ment peut être rainurée.
Afin de pouvoir remplacer très rapidement des bagues de contact 30 ou des segments de contact 23 à 28 détériorés, il y a lieu de prévoir un dispositif de support, de préférence aisément amovible. Par suite de la disposition des pôles ma- gnétiques suivant l'invention, l'appareil décrit convient particulièrement à des appareils pluripolaires ou multipolai- res, dans lesquels la fréquence du champ tournant est un multiple de la fréquence de déplacement de l'armature. Dans des cas de ce genre, le diamètre du disque de contact 30 peut atteindre des valeurs élevées, par exemple 1 m. ou da- vantage, et l'appareil peut convenir alors pour des puissan- ces très grahdes, en particulier il peut être accolé directe- ment à une génératrice, de sorte qu'il remplace les collec- teurs en usage jusqu'à présent.
Pour maîtriser des intensités de courant très grandes, on prévoit dans certaines conditions un refroidissement arti- ficiel, par exemple par un liquide, des pièces de contact fixes. De même, des enroulements refroidis, en particulier refroidis par un liquide, peuvent s'avérer utiles pour les
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bobines d'excitation, afin de maintenir à une valeur réduite l'espace réservé aux enroulements, et, par suite, les dimen- sions de l'appareil. Le réglage de la tension peut se faire en déphasant les segments de contact 23 à 28 relativement au système magnétique. Dans le cas de puissances plus élevées, il est préférable au lieu d'opérer ainsi, de déphaser les courants alternatifs d'excitation par des moyens connus, comme par exemple des transformateurs d'induction.
Cependant, l'idée de l'invention peut être réalisée également sans la présence d'un noyau central conduisant le flux continu. Toutefois, la production du champ et la dispo- sition de l'enroulement entrainent une série de difficultés, auxquelles il est remédié grâce à un autre développement de l'idée de l'invention. A présent, les aimants individuels ou les systèmes magnétiques égissant sur le pourtour du cercle sont excités par un enroulement d'excitation à courant conti- nu ou à courant alternatif, et le couplage de l'enroulement ou des enroulements à courant continu est alors prévu de ma- nière que les tensions alternatives induites dans le circuit à courant continu se complètent pour donner une somme nulle ou voisine de zéro.
De cette manière, le flux résultant peut exécuter les pulsations nécessaires en vue d'un fonctionne- ment régulier, sans que l'enroulement à courant continu re- présente une charge pour les excitations à courant alterna- tif.
Un mode d'exécution y relatif est représenté sur la figure 2 du dessin ci-annexé, à titre d'exemple, pour un ap- pareil de contact avec deux voies de contact cylindriques.
Alors qu'une des dispositions proposées montre, pour le cy- lindre en mouvement, un noyau de forme cylindrique, dans le- quel circule le flux magnétique continu, ce noyau est suppri- mé dans l'application de la présente invention. Les voies de contact 1 et 2 sont pontées par le corps creux 3 de forme
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cylindrique, portant les bagues de contact l'et 2'. Ce corps porte un anneau 4 relativement étroit en une substance magné- tique de haute qualité. Sur cet anneau agissent les aimants 11 à 16 disposés en cercle. Ces aimants possèdent un noyau feuilleté en fer et sont construits de manière que leurs pièces polaires 17 et 18 soient adjacentes sur le pourtour du cercle, de sorte que la partie opposée de l'anneau 4, faisant office de culasse, soit attirée chaque fois par les pièces polaires 17 et 18 soumises à l'excitation la plus for- te.
Les aimants portent, outre l'enroulement 'excitateur à courant alternatif 21 à 26, l'enroulement excitateur à cou- rant continu 37. Celui-ci est disposé de manière que les tensions partielles induites dans ce dernier par les enrou- lements à courant alternatif 21 à 26 se complètent pour don- ner pratiquement une somme nulle. Cet enroulement peut être disposé coaxialement à l'axe de l'appareil de contact, comme dans l'exemple d'exécution.
Alors que l'exemple d'exécution suivant la figure 2 opè- re avec des aimants individuels répartis sur le pourtour, la figure 3 montre une exécution de l'invention comportant une tôle découpée et estampée. Dans les encoches, les enroule- ments à courant alternatif des différentes phases sont dis- posés suivant une suite cyclique ; de même, l'enroulement excitateur à courant continu est logé, conformément à l'in- vention, dans les encoches et connecté de manière à ne pas entraver la production d'un flux pulsatoire. L'enroulement peut être exécuté de la manière connue comme enroulement à trous multiples, afin de rendre encore plus uniforme la con- figuration du champ.
Si l'enroulement à courant continu et celui à courant alternatif sont logés dans la même encoche, on dispose avantageusement l'enroulement à courant continu du côté de la partie ouverte de l'encoche, afin de réduire la dispersion. La construction du stator en tôle estampée
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est particulièrement avantageuse dans le cas d'un appareil de contact à grand pourtour.
Un autre exemple d'exécution de l'idée de l'invention est indiqué sur la figure 4. Dans ce cas, une bague 3 ser- vant de pont de contact, et qui roule en basculant sur une voie de contact supérieure et inférieure 1 et 2, est action- née par deux systèmes magnétiques 10 et 20. Suivant cette exécution, l'une des voies de contact est munie de préféren- ce de segments et sert de commutateur, tandis que l'autre voie de contact fait office de bague de prise de courant.
Les noyaux en fer des aimants 10 et 20 sont exécutés sous forme de noyaux à ruban et comportent des encoches et des dents dans lesquelles sont logés les enroulements excitateirs à courant continu et à courant alternatif. Sur la bague de contact 3, est disposé un anneau magnétique léger 30, avan- tageusement pourvu d'un enroulement en matière rubannée, qui sert, suivant le cas, de culasse pour le système magnétique inférieur. La disposition de l'enroulement correspond à ti- tre d'exemple à celle suivant la figure 3, le système magné- tique 10 étant déphasé de 1800 par rapport au système magné- tique 20. De cette manière, l'anneau est appliqué sous forte pression en haut et en bas, et animé d'un mouvement de rou- lement.
Pour des motifs de construction, les contacts peu- vent constituer aussi le pourtour extrême de la bague 3, et le noyau magnétique peut être déplacé dans la bague. De cet- te façon, l'invention permet de réaliser également la comman- de de corps de contact moins simples.
Enfin, la figure 5 illustre un mode d'exécution de l'in- vention, dans lequel les parties interne et externe de l'ap- pareil de contact ont interverti leur position respective.
A présent, la partie interne est fixe, et c'est la partie externe qui constitue le contact mobile. En même temps, est indiquée la disposition, au point de vue des connexions, pour
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un redresseur ou un convertisseur de courant triphasé. On reconnait que les différents segments de la voie de contact
1 sont raccordés aux extrémités libres de l'enroulement non pourvu de chiffres de transformateur, et que la voie de con- tact 2 et le centre de l'étoile de bobinage du transforma- teur effectuent la prise ou l'amenée de la tension à courant continu. Le pont de contact 3 est exécuté sous forme d'un cylindre creux à paroi mince et pourvu, comme sur la figure
2, d'une bague 4 en substance magnétique de haute qualité.
Les systèmes magnétiques entourent, comme sur les figures 2 et 3, la partie en mouvement de l'appareil de contact. On reconnait que le pont de contact établit tout juste le con- tact en haut, parce que le cylindre creux 3 avec la bague 11 est attiré par le système magnétique inférieur 21. La dispo- sition suivant la figure 5 est plus avantageuse que celle suivant les figures 2 et 3, parce que le cylindre creux à paroi mince est doué d'une élasticité favorable et que, de ce fait, le danger.d'un choc élastique se trouve également amoindri. De plus, la force centrifuge exerce une action favorable dans le même sens.