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Procédé d'alimentation des moteurs à électro-aimant.
L'invention concerne un procédé de commande des moteurs à électro-aimant tels qu'on les utilise en particu- lier dans les instruments électromagnétiques opérant par choc, dont le mouvement de l'armature est obtenu par une ou plusieurs bobines d'électro-aimant parcourues par le coûtant pendant des périodes de temps dont on peut modifier la durée, et cela plus spécialement par le fait que la bobine de l'é- lectro-aimant ou l'une des bobines d'électro-aimant se trouve dans un même circuit, constamment fermé, que l'enroulement de phase d'un générateur de courant alternatif.
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Pour obtenir un fonctionnement aussi avantageux que possible pour les moteurs de ce genre à électro-aimant, on adapte dans les dispositifs connus la variation, dans le temps, de la tension induite dans l'enroulement de phase,de la géné- ratrice de courant qui correspond à la bobine de l'électro- aimant aussi exactement que possible à l'allure, dans le temps, du mouvement de l'armature qui est commandé par des influences mécaniques, et cela de telle sorte que la durée des demi-ondes de tension soit à peu près égale à la durée de la course utile ou de la course d'aller de l'armature, tandis que durant la pé- riode de la course de retour de l'armature, la tension doit être nulle ou presque nulle pour éviter des effets nuisibles de freinage durant la course de retour.
Or, on a observé qu'avec cette précaution connue, qui consiste à calculer correctement en elle-même la durée des demi-ondes de tension, il n'est pas encore possible de faire fonctionner d'une manière absolument parfaite les moteurs à électro-aimant. 11 en est ainsi en particulier pour les moteurs dont l'armature n'est commandée que par une seule bobine et où la course de retour est obtenue par une force étrangère, par exemple par un ressort ou par la gravité. Cela est dù à ce que, même après l'abaissement de la tension à zéro à la fin de la demi-onde de tension le courant engendré par cette tension dans la bobine de.l'électro-aimant ne s'annule pas suffisamment vite, mais ne s'amortit que progressivement par suite de son in- ductance.
11 en résulte d'autre part qu'à la fin de sa course utile, l'armature n'est pas immédiatement abandonnéepar la bo- bine, mais est fortement freinée par la bobine dans la course de retour consécutive. L'expérience montre que cet effet de freinage du courant qui s'amortit et le ralentissement de la course de retour de l'armature sont d'une importance telle qu'une armature qui tombe librement ne peut en aucune façon exécuter une course de retour suffisamment longue pour qu'on obtienne pour la course @ utile une longueur pratiquement utilisable.
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Si on obtient par contrainte la course de retour, par exemple au moyen d'un ressort ou d'une seconde bobine d'électro-aimant, il faut obligatoirement qu'il passe un courant d'autant plus intense dans la bobine d'électro-aimant qui assure la commande dans la course utile. Le rendement de l'ensemble de la trans- formation d'énergie est donc mauvais dans tous les cas.
On remédie, d'après la présente invention, à cet in- convénient des installations connues par le fait que l'excita- tion de la bobine de l'électro-aimant s'effectue non pas au moyen de demi-ondes simples de tension de polarité alternative- ment différente, mais par le fait qu'immédiatement à la suite de chaque demi-onde de tension fournissant un travail utile, on fait agir une courte onde de tension de signe contraire, et d'une amplitude ainsi que d'une durée en général plus faibles.
Le but et l'effet de cette demi-onde au,-ciliaire de tension consiste à abaisser à zéro l'intensité du courant dans la bobine de l'élec- tro-aimant aussi exactement que possible à l'instant où se ter- mine la course d'aller de l'armature, et à éviter d'autre part, par ce moyen, que dans la course de retour consécutive de l'ar- mature, il se produise encore une fois un nouvel accroissement de l'intensité du courant produisant un effet correspondant de f reinage.
Sur la figure 1 du dessin joint, a été représenté un instrument de frappe à commande électro-magnétique d'une cons- truction très simple et ne (comportant qu'une seule bobine d'élea- tro-aimant. Cette bobine 1 attire à l'intérieur de son enroule- ment l'armature 2 lorsqu'elle est excitée. A la fin de la course utile d'aller, l'armature vient frapper un outil 3. La course de retour s'obtient au moyen d'un ressort 4 qui reçoit en outre l'armature élastiquement à la fin de sa course de retour. La bo- bine 1 est montée en série avec l'enroulement 5 d'une génératri- ce à courant alternatif dont l'enroulement d'excitation 6 est alimenté par une source à courant continu.
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La figure 2 représente le diagramme du chemin en fonc- tion du temps pour un instrument de frappe de ce genre. Pendant la course d'aller de l'armature, cette dernière est fortement accélérée par la bobine 1, cette armature transmet à la fin de sa course d'aller son énergie de frappe plus ou moins complète- ment à l'outil 3, de sorte qu'elle parvient au repos complète- ment ou presque, puis elle est retirée par le ressort 4 suivant une course de retour. En général, il faudra que la durée de la course de retour soit sensiblement supérieure à celle de la cour - se d'aller si on veut éviter d'avoir à monter un ressort d'une force excessive et un choc en retour d'une force correspondante de l'instrument de frappe.
Sur la figure 3 est représentée l'onde u de tension fournie par la génératrice, L'intensité J du courant qui lui corresppnd augmente jusqu'àun maximum, elle provoque par ce moyen la course d'aller de l'armature, et tombe rapidement vers la fin de la course d'aller..La chute de l'intensité est déter- minée, lorsque la durée de la demi-onde de tension est correc- teillent calculée par rapport à la durée de la course, non seule- ment par la chute de la tension U même, mais aussi par la force contre-électromotrice du mouvement, qui est considérable en rai- son de la vitesse élevée de l'armature 2 vers la fin de la cour- se et de l'augmentation, rapide en conséquence, de 1'inductance de la bobine 1.
Or, à la fin de la course d'aller, l'intensité du courant ne tombe pas (complètement à zéro, comme on le désire, mais augmente au contraire à nouveau dans certains cas sous l'ef- fet d'une force qui, maintenant, est électromotrice et qui est induite du fait de l'extraction de l'armature hors de la bobine par action mécanique et qui est de même sens que le courant.
Cette force électromotrice maintient par conséquent encore un courant même lorsque la tension de la génératrice s'est déjà annulée. Ce n'est qu'après le début de la demi-onde suivante de tension de signe contraire que le courant s'annule complètement pour augmenter ensuite et immédiatement dans le sens contraire
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et donner naissance à la course d'aller suivante de l' armature .
Le courant résiduel qui subsiste encore à chaque course de retour a alors l'effet extrêmement défavorable de freiner et de ralentir la course de retour de l'armature, de sorte que la durée de la course de retour augmente et que, de ce fait, des limites déterminées sont fixées au nombre de coups pouvant être frappés par seconde. La surface hachurée sur la figure 3 donne une mesure de l'effet de freinage.
On a déjà proposé d'obtenir par des demi-ondes de tension dissymétriques, à accroissement rapide et à diminution progres- sive, une augmentation rapide en conséquence du flux magnéti- que et une disparition rapide vers la fin de la course. Toute- fois, ceci ne permet pas de remédier complètement aux inconvé- nients constatés.
Conformément à la présente invention, on supprime complè- tement le courant résiduel qui existe autrement pendant la course de retour, ainsi que son effet nuisible de freinage, par le fait que l'on constitue la tension qui agit durant une course d'aller par la composition d'une demi-onde de la ten- sion propre de travail et d'une demi-onde auxiliaire de ten- sion de sens contraire, d'une durée de préférence moindre et d'une amplitude inférieure, faisant suite immédiatement à la demi-onde de la tension propre de travail, et cela de telle sorte que la durée totale de l'ensemble des deux demi-ondes de tension soit à peu près égale à la durée désirée de la cour- se d'aller. La figure 4 représente une tension variant de cet- te façon. Dans cette figure, U désigne la demi-onde de la ten- sion de travail, et UH celle de la tension auxiliaire.
A l'aide d'une telle courbe composée de tension, on annule l'intensité du courant d'une manière forcée vers la fin de la course,et on obtient en outre un autre avantage qui consiste en ce que l'énergie magnétique encore accumulée dans le circuit gnéti- que de la bobine vers la fin de la course d'aller est resti- tuée à la génératrice, car l'intensité et la tension ont des
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signes contraires pendant la durée de la demi-onde auxiliaire de tension. On obtient donc pour l'intensité une variation qui est représentée par la courbe J de la figure 4 dans la- quelle la durée d'une demi-onde d'intensité est chaque fois égale ou presque égale la durée de la course d'aller.
Cette concordance dans le temps est alors simplement une question de calcul correct du nombre des spires et de la section du con- ducteur de la bobine magnétique par rapport à la valeur de la tension de travail et de la masse de l'armature.
On peut également appliquer le mode de fonctionnement qui fait l'objet de la présente invention d'une manière sys- tématiquement semblable à une secorde bobine magnétique qu'on dispose par exemple aux lieu et place du ressort 4 pour pro- voquer la course de retour de l'armature. La disposition de principe correspond alors par exemple à celle d'un instrument de frappe à bobine de frappe. et bobina de rappel.
Il est vrai qu'on peut aussi faire fonctionner sans faire application du principe de la présente invention un moteur magnétique à deux bobines de ce genre si on calcule convenablement la durée des demi-ondes de la tension de travail, toutefois sans pouvoir éviter l'inconvénient ci-dessous décrit de courants résiduels considérables pendant chaque course de retour et par conséquent des courants d'une intensité totale, dans la bobine,augmentée en conséquence pour une puissance de frappe déterminée, et des pertes Joule augmentées en conséquence.
Par l'insertion de demi-ondes auxiliaires de tension qui sont adaptées aux demi-ondes de la tension de travail, de longueur différente, de la bobine de frappe et de la bobine de rappel, on peut, dans ce cas également, obtenir un fonctionnement sans courant de résiduel et présentant un rendement augmenté en conséquence, Les demi-ondes de tension et d'intensité ont alors par exemple l'allure représentée sur la figure 5.
Les demi-ondes de tension composées quisont nécessaires pour obtenir le fonctionnement propre à la présente invention
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peuvent être produites dans la génératrice de type spécial, qui est nécessaire de toute façon pour la production des on- des de tension de travail caractéristiques, par une combinai- son appropriée des bobines d'armature et du système magnétique inducteur. Pour un moteur magnétique à une seule bobine, l'en- roulement de l'armature de la génératrice peut être exécuté par exemple selon la figure 6.
Il se compose de bobines 1, 1' et 2,2' qui sont montées en série et dans le même sens, et d'une bobine 3,3' qui est montée en sens contraire des précé- dentes. La bobine 3 est décalée dans l'espace, par rapport au groupe des bobines 1 et 2, dans le sens du mouvement de rota- tion du système magnétique inducteur 4 comportant l'enroule- ment d'excitation 5. En donnant une largeur appropriée au pôle de la pièce magnétique d'excitation 4, on peut obtenir avec ce dispositif une tension représentée par la courbe U ou UH de la figure 4.
Pour l'alimentation de deux bobines magnétiques selon la figure 5, il est avantageux de disposer les enroulements selon la figure 7, c'est à dire de constituer l'enroulement des mêmes bobines 1,2 et 3 avec lesquelles on fait fonctionner la bobine de frappe de l'instrument, et d'autres bobines d'ar- mature 6,6', 7,7', 8,8' et 9,9' pour la production des demi- ondes de la tension de travail, ainsi que d'une bobine 10,10' pour la production des demi-ondes auxiliaires de tension pour la bobine commandant la course de retour de l'outil ou instru- ment de frappe. Les tensions totales induites par ce moyen correspondent aux courbes de tension US, UHS et UR, UHR de la figure 5.
Le procédé de la présente invention utilisant des on- des de tension composées durant une course d'aller ou course utile de l'armature de moteurs à commande par électro-aimant peut également être appliqué avec: le même avantage à n'importe quel autre type de moteur à commande magnétique, par exemple aux moteurs à armature oscillante destinés à donner naissance à des mouvements oscillatoires rectilignes ou tournants.