<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS ELECTRIQUES DE =SURE,
La présente invention se rapporte aux appareils électriques de mesure, et plus particulièrement aux compteurs. Elle a essentiellement pour objet d'éliminer les poussées latérales sur les pivot$, ou tout au moins de les réduire à une très petite fraction de celles que l'on constate dans les appareils de mesure construits jusqu'alors.
Dans une forme de réalisation préférée, on a représenté une application de l'invention à un compteur à champ tournant dans lequel le couple moteur et le couple résistant agissent sur le même élément et du même côté de son axe de rotation; cet élément est par exemple un disque L'invention permet de ce fait de réaliser des appareils plus compacts et plus légers, d'abaisser leur prix de revient, enfin d'augmenter la durée des pivotages.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avantages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple et dans lesquels s
Les figures 1 à 5 sont des sohémas mettant en évidence les couples moteur et résistant pour divers arrangements des .pôles inducteurs et des aimants de freinage par disque. Les figures 1 à 4 concernent des dispositifs connus, et la figure 5, un dispositif oonforme à l'invention. Les figures 6 & 7 sont des vues
<Desc/Clms Page number 2>
de côté et de l'extrémité inférieure, respectivement, d'un appareil conforme à l'invention.
La figure 8 est une vue de côté d'un compteur monophasé conforme à l'invention et comportant un dispositif de suspension magnétique de'l'axe en rotation. La figure 9 est un palier de guidage, la figure 10 une variante d'aimant amortisseur réglable, la figure 11 une vue de côté d'un compteur conforme à l'invention et dans lequel les flux moteur et amortisseur traversent le disque entre le même groupe de pièces polaires. Les figures 12 et 13 sont des vues en plan et de côté d'une forme de réalisation de l'invention, dans laquelle les forces motrice et de freinage sont appliquées sur le même rayon d'un côté de l'armature, mais à des distances différentes de l'axe.
La figure 1 représente une mue en plan d'un disque 10 tournant dans le sens sinistrorsum, sous l'action d'un élément moteur représenté en 11 et freiné par un système d'aimants permanents représentés en 12. Les aimants moteur et de freinage sont diamétralement opposés, comme il est usuel de le faire dans la construction des compteurs monophasés. On supposera maintenant qu'une charge donnée, appliquée sur l'élément moteur 11 produise une force d'entraînement représentée en grandeur et en direction par la flèche T. Les aimants de freinage exercent une force retardatrice sur le disque représenté également en grandeur et en direction par la flèche D. Ces forces ont évidemment une résultante qui produit une poussée latérale sur le disque et représentée en grandeur et en direction par la flèche R.
La poussée latérale R est égale à la somme des poussées T & D. La force égale à la légère différence entre les formes T & D, en supposant qu'elles agissent par des rayons égaux, vainc les résistances de frottoment et produit un couple représenté par la flèche r. Da plus grande de ces forces est la poussée latérale R qui entraîne l'usure-parce qu'elle augmente la frottement. Ces forces sont fonction de la charge de l'appareil de mesure et de la vitesse de son équipage mobile; la poussée latérale est donc très élevée aux forts régimes.
Dans un compteur monophasé, prévu selon le schéma de la figure 2, cette poussée latérale peut être partiellement compensée. Dans ce cas, la force d'entraînement T agit sur un disque 13, et la force de freinage D sur un autre disque 14, monté sur le même arbre 15 et au-dessus du précédent. Les points d'application des forces T et D sont du même côté de l'axe et par conséquent cellesci ne se combinent pas comme dans la figure 1, mais se font à peu près équilibre autant que l'on considère la poussée dans une direction donnée. Toutefois, comme les forces sont appliquées en différents points de l'axe, il existe une poussée latérale gauche sur le palier supérieur 16 et une poussée latérale droite sur le palier inférieur 17. La grandeur de ces poussées, pour une charge donnée, dépend de l'espacement des deux disques le long de l'axe et des paliers.
On peut donc, dans une certaine mesure, les réduire, mais sous réserve de prévoir un appareil de plus grandes dimensions, un rotor plus lourd, et un certain jeu dans le montage.
La figure 3 représente une disposition habituellement utilisée dans un compteur comportant deux éléments moteurs 18 et 19 fournissant, pour une charge équilibrée, des forces d'entraînement représentées par T1 et T2, ayant des composantes de même sens que la force d'amortissement D sur les faces opposées du disque. Ces forces se combinent pour produire une poussée latérale résultante R relativement considérable.
Le dispositif de la figure 4 a jusqu'alors été proposé pour les compteurs comportant deux éléments moteurs 18 et 19 agissant sur un seul disque 10, dont les pôles sont placés sur les faees opposées de ce dernier, La force de freinage est répartie entre les deux aimants 20 et 21 également espacés des pôles inducteurs. Dans un tel dispositif, la poussée latérale se trouve supprimée si la charge sur les éléments d'entraînement 18 et 19 est équilibrée. Cette disposition est généralement, sinon toujeurs, utilisée sur les circuits polyphasés* Il peut néanmoins exister une poussée latérale parce que les phases ne sont pas nécessairement équilibrées. Ce mode de réalisation implique un bâti relativement encombrant.
Il semble que jusqu'alors, ce problème d'élimination de poussée latérale n'ait jamais été complètement résolu. Des solutions partielles ont été proposées qui, tout en augmentant le prix de revient, n'ont jamais donné satisfaction.
Conformément à l'invention, on prévoit une combinaison d'éléments moteur et résistant, telle que les forces motrice et retardatrice soient appliquées du
<Desc/Clms Page number 3>
même coté de l'axe, autant que possible au même point du même disque. Comme on l'a représenté figure 5, en 22, le freinage est assuré par deux aimants permanents représentés en pointillé en 23 & 24 ; ils sont noyés dans une partie du circuit magnétique de l'appareil. La force motrice T et la composante de même sene la force d'amortissement D sont dans le même plan du même côté du disque et se font largement équilibre en ce qui concerne la poussée latérale, leur différence donne une force qui produit un petit couple résultant r, nécessaire pour vaincre le frottement.
Ces forces peuvent d'ailleurs être moindres que dans les cas précédents, du fait que la poussée latérale- est presque entièrement éliminée. L'avantage essentiel de ce système consiste en ce que l'usure est fortement diminuée et la précision de l'appareil beaucoup plus durable.
On peut suspendre magnétiquement l'élément en relation et le châssis se trouve de ce fait considérablement simplifié, puisquùn seul élément suffit à supporter le disque.
Cette réalisation est représentée en détail figures 6 et 7, où les enroulements tension et courant sont pratiquement les mêmes que ceux utilisés jusque alors dans les compteurs à champ tournant, les relais wattmétriques, etc.. , l'enroulement tension est représenté en 25; il est monté sur la branche médiane du noyau constitué par des tôles 26. On a représenté en 27 la spire unique de l'enroulement courant, monté sur le noyau constitué par les tôles 28. Ces deux groupes de tôles sont maintenue espacés par des plaques 29 & 30, de préférence en matière non magnétique. Les pièces polaires des deux électroaimants présentent un entrefer destiné à l'armature 10 en matière conductrice.
On peut d'ailleurs, dans certains cas, prévoir une ou plusieurs plaques ajustables représentées en 30a, permettant d'effectuer divers réglages.
Le flux de l'enroulement tension se divise en deux parties représentées par des lignes en pointillés 31 et 32, qui pénètrent dans l'entrefer par des ouvertures opposées du circuit magnétique en "E". La ligne de force moyenne de l'enroulement courant est représenté en 33. Le fonctionnement de compteurs à champ tournant est suffisamment connu des techniciens pour qu'il ne soit pas nécessaire d'y revenir ici.
Le couple de freinage est produit par le flux fourni par les deux aimants permanents 35 et 34, montés sur les faces opposées du circuit magnétique de l'enroulement courant, entre les plaques d'assemblage 29 & 30. Ces aimants sont à section droite rectangulaire et leurs extrémités sont solidement fixées entre les plaques 29 et 30. Ils passent au-dessus de la console inférieure des plaques de fixation, pour aboutir au voisinage du disque 10, devant les pièces polaires 36, prévues sur les extrémités externes du noyau de la bobine voltmètri- que. Les circuits magnétiques des flux de freinage se ferment dans deux groupes de tôles en U, 37 et 38 assemblés par les plaques 29 & 30 et faisant, de préférence, partie intégrante du circuit magnétique de l'enroulement tension.
Ils forment alors des prolongements qui portent contre les extrémités inférieures des aimants permanents. Les lignes de forces moyennes, indiquées en 39 & 40, traversent l'entrefer et le disque 10 sur les bords opposés du flux à ceux où pénètrent les flux alternatifs.
Les extrémités inférieures des aimants permanents sont magnétiquement séparées du circuit magnétique de l'enroulement courant par les entrefers 50, dans lesquels sont placés des boulons ou des rivets en matière non magnétique.
Les extrémités supérieures des deux aimants permanents sont, de préférence, mais pas nécessairement, de même polarité, et ce pour deux raisons. S'il existe une interaction entre les flux de freinage unidirectionnels et les courants de Foucault porduite par les flux alternatifs de l'enroulement tension dans des régions adjacentes du disque, les effets s'équilibrent partiellement et ont tendance à s'annuler sur les faces opposées du disque dans le cas où les pièces polaires supérieures des aimants permanents ont même polarité. Cette disposition permet de plus de diriger les deux groupes de fluide de freinage vers l'extérieur au lieu de les diriger vers l'intérieur, ce qui contribue à séparer les flux de freinage, des flux alternatifs.
Par contre, si les extrémités supérieures des aimants permanents sont de polarités opposées, ils tendent à former un circuit magnétique fermé puisque les sens de leurs forces magnétomotrices coïncident, ce qui tend à faire passer les flux de freinage dans les mêmes régions que les flux alternatifs.
Au contraire, dans la disposition représentée, les deux flux de freinage se repoussent et sont par conséquent dirigés vers l'extérieur, où ils trouvent un chemin de faible réluctance et ne se mélangent pas avec les flux
<Desc/Clms Page number 4>
alternatifs, Four éviter toute désaimantation des aimants permanents consécuti- vement à l'apparition de flux intenses, dus à des court-circuits ou à des décharges atmosphériques, on entoure les parties exposées des dits aimants permanents par des rubans de cuivre 51 qui forcent écrans.
On emploie de préférence, pour les petits aimants permanents, des aciers à haute force coercitive, de façon que leur désaimantation soit pratiquement difficile en deçà du point de démagnétisation initiale à laquelle on les soumet pour les stabiliser avant utilisation.
On conçoit que le système décrit Fig.5 & 7 produise des forces motrice et retardatrice qui se combinent, de manière à réduire la poussée latérale sur les pivots, du fait que les résultantes sont simultanément appliquées sensiblement au même point de l'armature.
On peut admettre que dans les cas où l'invention est appliquée en combinaison avec un système intermédiaire suspendu magnétiquement, les couples moteur et de freinage peuvent être réduits à environ un tiers des valeurs usuelles que l'on rencontre dans un compteur monophasé, tel que celui Indiqué Fig.l, et dans des conditions de précision comparables* C'est ainsi que les ampères-tours de l'enroulement courant peuvent être considérablement réduits et, dans bien des cas, une seule spire, telle que celle de la Fig56, suffit;
non seulement il en résulte une économie de cuivre, mais une réduction du flux proportionnel au courant et du freinage qu'il introduit en cas de surcharge, d'où amélioration corré- lative de la précision, dans le dit cas de surcharge,ou encore accroissement de la capacité du compteur. L'invention permet donc d'éviter l'emploi de systèmes de compensation bien qu'on puisse toutefois incorporer un tel élément dans le système conforme à l'invention, dans le but d'accroître sa capacité de pointe, ou encore de diminuer les ampères-tours de l'enroulement tension,,
Grâce à la réduction de la force de freinage que permet l'application de l'invention, on peut employer des aimants permanents plus petit, comme on peut le voir Fig.6.
Le fait que la dite force de freinage se trouve appliquée sur la périphérie du disque 10, dans le cas des Fig. 6 et 7, est également avantageux en ce sens que les aimants permanents peuvent encore, dans ce cas, être de faibles dimensions, puisque la dite force de freinage est appliquée près de la périphérie du disque de sorte que le moment et la vitesse linéaire sont importants, Il y a toutefois lieu de choisir la dimension et la position des dits aimants permanents, et aussi celle des entrefers, de manière à obtenir une valeur convenable du couple de freinage, On doit de plus prévoir le réglage de freinage après montage et étalonnement de l'appareil de mesure.
Un tel dispositif est représenté Fig. 6 & 7, où l'on toit les vis 52 en matière magnétique montées sur des oreilles 53 de la plaque d'assemblage 29, de manière à constituer des shunts magnétiques entre les chemins magnétiques de retour 37 et 38, et les parties supérieu- res des aimants permanents 34 et 35. Il en résulte une réduction du flux coupé par le disque. La valeur de ces shunts peut être réglée d'une manière précise grâce aux dites vis. En vissant, on accroît la valeur du shunt et on diminue le freinage. Ce réglage peut être également utilisé pour équilibrer les flux de freinage d'une manière précise, et ce avec beaucoup de facilité, les vis 30 était placées sur la face antérieure de l'appareil.
On Toit Fig.10, un autre dispositif de réglage où l'aimant permanent 34' est percé d'un trou suivant son grand axe et dans lequel pénètre une vis de fer doux 52', On réalise ainsi un shunt interne pour l'aimant. En vissant, on dérive une plus grande partie du flux magnétique, et on diminue ainsi le flux de freinage. Toutefois, ce dispositif n'offre pas les mêmes facilités d'être placé sur la face antérieure de l'appareil de mesure.
On peut également monter deux éléments moteurs et de freinage dans le cas où l'appareil est employé sur un système polyphasé. C'est ainsi qu'on représente Fig.7 un second élément en pointillé 54. Dans ce montage, la charge non équilibrée dans les deux éléments moteurs produit une poussée latérale analogue à celle à laquelle on a fait allusion à propos de la fig.4, mais le nombre d'éléments à supporter est la moitié de celui du dispositif précédent. On notera toutefois que l'encombrement du système à deux éléments moteurs et de freinage est sensiblement le même que celui des compteurs monophasés usuels..
On a repré- senté sur la même figure 7, un disque divisé en secteurs,, Bien que cette particularitê ne soit pas essentielle dans les compteurs monophasés conformes à l'invention, elle permet toutefois de diminuer les vibrations provenant de la
<Desc/Clms Page number 5>
réaction entre les courants de Foucault et le flux de freinage unidirectionnel - et d'éviter l'induction d'un flux alternatif important dans les aimants permanents, d'où fonctionnement silencieux. '
On a représenté Fig.8,un appareil conforme à l'invention, réalisé sous une forme plus compacte, en supprimant le support intérieur, ce qui permet de disposer de beaucoup plus d'espace sur la face avant du boîtier.
Le totaliseur 56 se loge plus facilement, de même que la plaque d'identification 57, ce qui Implique une profondeur moindre pour le couvercle 58.
La poussée latérale sur les paliers ayant été réduite, on peut suspendre magnétiquement le rotor. 0'est ainsi que dans la Fig.8, on a représenté une telle suspension comportant un aimant permanent discoïde 59, fixé à l'axe 60 de l'appareil, Un autre aimant discoïde fixe 61 est monté sur la vis 62, réglable par cette dernière* L'axe 60 traverse les ouvertures pratiquées dans le centre de l'aimant 61 et de son support 62, Les faces adjacentes des deux aimants ont même polarité, de telle sorte qu'ils se repoussent suffisamment pour équilibrer le poids du rotor quand le dispositif est correctement réglé.
Les paliers prévus aux extrémités de l'axe 60, en 63 & 64, peuvent n'être constitués que par des simples dispositifs de guidage, comme on l'a représenté Big. 9, avec absence totale de poussée latérale d'extrémité; c'est-à-dire que le poids de l'élément mobile est équilibré par la suspension magnétique et, théoriquement, la poussée latérale existant sur les paliers inférieur et supérieur se trouve considérablement réduite. La suspension magnétique est réglée de manière à équilibrer le poids de l'équipage mobile et dans des conditions telles que l'armature soit correctement placée dans l'entrener. Si le réglage est bien fait, il ne subsiste aucun frottement.
Un compteur ainsi construit n'a pratiquement pas d'usure et, dans le cas où l'on utilise un palier inférieur, la suspension magnétique doit être réglée de manière à recompenser la plus grande partie du poids de l'équipage mobile, le palier ne supportant que la différence. Il en résulte un fonctionnement rigoureusement silencieux et un accroissement de la longévité de l'appareil.
On a représenté Fig.ll, une vue de csôté d'un appareil conforme à l'invention, dans lequel les flux mobile et de freinage coupent les disques entre les mêmes pièces polaires,, Les tôles 65 constituent le circuit magnétique de l'enroulement tension comportant des extensions latérales 66 et 67. Le circuit ma- gnétique de l'enroulement courant 68 comporte des prolongements analogues 69 et 70. Entre les extrémités 66 et 69 d'une part, 67 et 70 d'autre part, on place des aimants permanents 71 et 72, reliés magnétiquement aux tôles 65 & 68 ,exté- rieurement à l'armature.
Les deux aimants 71 & 72 ont même polarité à leurs extrémités supérieures, de telle sorte que les lignes de forces moyennens du flux de freinage suivent le trajet indiqué en pointillé et coupent l'armature 10 entre les pièces polaires des électro-aimants de tension et de courant, ces dernières étant disposées à la manière habituelle, Dans ce mode de réalisation, les flux moteur et retardateur coupent le disque aux mêmes points.
La figure 12 représente une vue en plan et la figure 13 une vue latérale d'un dispositif dans lequel les forces motrices et résistante sont appliquées suivant le même rayon de l'armature et du même côté de l'axe, mais à des distances différentes de celui-ci. C'est ainsi que 73 représente le noyau de la bobine tension, 74*.la bobine elle-même, 75 les tôles constituant le noyau de la bobine courant et aussi la structure ou partie de circuit magnétique commune à ces deux bobines.
Comme on l'a dit précédemment, l'appareil peut être du type usuels Les aimants de freinage sont constitués par deux pièces 76 et 77 en fer à cheval dont les pôles de polarité opposée se font face et enserrent l'armature la.
Ces dispositifs sont placés du même côté de l'axe 60 que les aimants moteurs et de préférence à l'extérieur. La force motrice peut donc être représentée par la flèche T, fig.12,et la force retardatrice par la flèche D, T étant supérieure à D du fait que le bras de levier est moindre. Ce dispositif réduit considérablement la poussée latérale sur l'axe 60.
Les aimants moteur et retardateur peuvent être supportés par le même bâti, non représenté, ce qui permet de constituer un ensemble très compact, Dans cette réalisation, on a prévu un blindage des aimants permanents au moyen d'une couche de cuivre électrolytique,
<Desc/Clms Page number 6>
Bien qu'on ait représenté et décrit plusieurs formes de réalisation de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particulières, données simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que, par conséquent, toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.