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BESKEOTEONNEMENTS AUX ams ELECTRIQUES DE M!!:SUBE.-
La présente invention a pour objet des perfectionnements aux appareils de mesure et, en particulier, aux instruments à palettes magnétiques et à bobines Inclinées, dont le couple est augmenté par des couples additionnels dus à des répulsions et/ou à des attractions,
Dans de tels instrumenta, le couple est produit par la rotation de la ou des palettes depuis une position en gênerai transversale par rapport à la bobine magnétisante fixe, vers une position en général axiale par rapport à cet- te même bobine.
Conformément à un mode préféré de réalisation de l'invention, on ajoute à l'appareil des pièces fixes en fer, qui sont aimantées par le flux de la bobine et qui sont disposées à l'intérieur de la bobine et au voisinage
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du trajet parcouru par les palettes, de manière à produire sur ces dernières un couple de répulsion au début de la déviation et un couple d'attraction dans la partie finale de la déviation, ces deux couples ayant le même sens que celui de la bobine inclinée, ce qui augmente considérablement la sensibilité de l'instrument et améliore la distribution des repères sur l'échelle graduée et ce qui permet d'augmenter également l'angle de déviation.
La présente invention peut être réalisée sous des tonnes très variées, dont quelques unes seulement vont être décrites à titre d'exemples non limitatifs,, en liaison avec les dessins dans lesquels ; les figures 1, 2 et3 représentent des vues partielles d'un appareil à palette unique, muni de pièces de fer produisant des couples de répulsion et d'at- traction, ces figurée représentant respectivement la palette dans la position au début de la déviation sur l'échelle, la palette dons la position médiane et la pa- lette dans la position de la fin de la déviation sur l'échelle:
la figura 4 est une vue partielle prise suivant l'axe de la bobine de la figure 1, pour bien montrer la disposition des pièces fixes de fer, la figure 5 représente une variante dans la forme desdites pièces, utilisa- bles dans l'appareil des figures 1 à 3, la figure 6 représente les valeurs des divers couples produits par les dif- férente éléments du même instrument que ci-dessus, en fonction de l'angle de dévia- tion de l'aiguille indicatrice;
les figures 7 à 10 montrent, à titre comparatif, les échelles d'un instru- ment à bobine Inclinée, 1 ) avec uniquement le couple de cette bobine, 2 ) avec le couple de la bobine et un couple de répulsion, 3 ) avec le couple de la bobine et un couple d'attraction, et 4 ) avec le couple de la bobine et des couples de répul- sion et d'attraction, les figures 11 et 12 représentent respectivement les positions,correspondant au début et à la fin de la déviation, d'un appareil à bobine inclinée à deux pa- lettes,soumises à un couple de répulsion au début de la déviation et à un couple d'attraction à. la fin de l'échelle, et dans lequel les pièces fixes en fer agissent sur une palette différente au début et à la fin de la déviation.
Dans cette va- riante, les deux palettes ne sont pas parallèles;, les figures 13 et 14 représentent respectivement les positions des palettes au début et à la fin de la déviation, dans un Instrument présentant à la fois des couples de répulsion et d'attraction et dans lequel les pièces fixes en fer
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agissent séparément sur les palettes de manière à produire un couple de répulsion au début de la déviation et agissent ensemble sur les deux palettes pour créer un Couple d'attraction à la fin de la déviation.
Dans cette variante, les palettes sont excentrées sur l'axe, les figure 15 à 17 montrent des variantes de forme des palettes, la figure 18 représente une pièce fixe en fer, en forme de plaque courbe, la figure 19 représente un appareil du genre de celui de la figure 1, mais n'utilisant qu'un couple additionnel de répulsion, la figure 20 représente la valeur des divers couples en fonction de la po- sition angulaire en degrés de l'aiguille indicatrice, les figures 21 et 22 représentent les échelles de graduation d'un appareil sans et avec couple de répulsion,
En se reportant aux figures 1, 2 et 3, on voit que 10 représente la bobine motrice, 12 l'arbre, 11 la palette magnétique,
13 l'aiguille indicatrice et 15 le ressort de contrôle d'un appareil électrique de mesure du type bien connu à .bobine Inclinée* Le couple d'un tel anpareil est produit par la rotation de la palette 11 à partir d'une position généralement transversale par rapport à la bo- bine (fig.1) vers une position généralement axiale avec celle de la bobine (fig.3) et avec tendance à l'alignement de l'axe de la palette avec l'axe du flux de la bobine. Ce couple s'oppose à celui du ressort 15 et, par conséquent, il se pro- duit.une déviation proportionnelle au courant magnétisant.
La palette est incli- née sur l'arbre et ce dernier est incliné par rapport à l'axe de la bobine, cette disposition étant conforma au principe du couple incliné, Dans les figures 1 à 3, on a supposé les palettes de forme quelque peu elliptique et elles sont con- centriques à l'axe. Ce sont des facteurs qui modifient l'efficacité, la distri- bution des graduations sur l'échelle, mais le principe invoqué et l'invention ne sont pas, bien entendu, limités à ces exemples particuliers de réalisation.
A cet appareil qui vient d'être décrit, on a ajouté des pièces en matière magnétique, par exemple du fer, 16 et 17. Elles sont disposées à l'intérieur de la bobine et sont aimantées par le flux de la bobine, dans le sens de l'axe de ce flux. C'est ainsi que, si la bobine produit un pôle magnétique 19 à sa partie supérieure, les extrémités supérieures de 16 et 17 seront des pôles N. et leurs extrémités inférieures des pôles S. De même, la palette aura sa partie la plus voisine de l'extrémité supérieure de la bobine polarisée N, et sa
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partie la plus voisine de l'extrémité Inférieure de la bobine, polarisée S, comme représenté sur le dessin.
Si la bobine est alimentée en courant alternatif, les polarités s'inversent à chaque demi-pêriode, mais les relations respectives de polarité restent les mêmes et l'appareil peut être utilisé en cournnt continu ou alternatif.
Les pièces 16 et 17 ont une conformation telle, et sont placées au voisinage du parcours suivi par la pelette 11 d'une manière telle, qu'il se produit un couple de répulsion sur la palette mobile quand sa pcsition correspond au début de l'échel le (fig.1), alcrs qu'un couple d'attraction se produit au contraire vers la fin de l'échelle (fig.3), Ces couples de répulsion et d'attraction sont aussi dans le même sens de rotation de la palette que le couple dû à son Inclinaison. Ainsi, fig.1, la partie de la palette et celle de la pièce de fer qui sont voisines ont ,même polarité et produisent, par conséquent, un couple de répulsion, dont la direc- tion se voit mieux fig.4 par les flèches 19 et 20.
Elles sont dans le même sens (celui des aiguilles d'une montre) que celui dans lequel la palette tend à tourner pour s'aligner avec le flux axial de la bobine.
Dans la position correspondant au milieu de l'échelle (fig.2), il y a à la l'oia couples de répulsion et d'attraction sur la palette, mais ces couples sont plus petits que leurs valeurs maximum, car le champ magnétique est faible au centre de la partie incurvée du bord des pièces fixes en fer, et la partie la plus proche de la palette elliptique s'en trouve à une plus grande distance que dans toute au- tre position. Toutefois, vers le milieu de la graduation, le couple de la bobine inclinée avoisine son maximum. Dans la position correspondant à la fin de l'échel- le (flg.3), le couple de répulsion est négligeable et le couple d'attraction maxi- mum, en raison de la proximité des pôles de polarité opposée des parties magnât!- ques fixes et mobiles.
La fig*6 représente, en fonction de la position angulaire en degrés de l'aiguille indicatrice, la valeur 0 et les variations des divers couples, pour di- verses positions de la palette*
R représente le couple de répulsion, A le couple d'attraction, I le couple de la bobine inclinée, (I+R) la somme des couples de la bobine de répulsion, (I+A) la somme des couples de la bobine et d'attraction (I+A+R) la somme de tous les cou- ples. La ligne droite S représente le couple de rappel du ressomrt pour un appa- reil ayant une graduation s'échelonnant sur 120 . Cela signifie que le couple du ressort est égal au couple total pour une déviation de 120 .
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En passant du début à la fin de l'échelle, l'axe du flux à travers la pa- lette se déplace quelque peu dans la direction opposée à celle des aiguilles d'une montre. Dans les fig. 1 à 3, les flèches dirigées vers la palette représentent les répulsions et les flèches dirigées en sens inverse représentent les attractions.
Les pièces fixes en fer, avec leur partie centrale courbe évidée, produiraient sen- siblement les mêmes caractéristiques de couple de répulsion et d'attraction que les courbes de la fig.6. 0'est ainsi que la fig.5 représente une pièce fixe en fer qui pourrait remplacer la pièce 16 des fig. 1 à 3, avec très peu de changement dans les caractéristiques de couple* Si l'on omettait l'une des pièces fixes en fer des fig.
1 à 3, on réduirait approximativement les couples de répulsion et d'attraction à la moitié de leurs valeurs, telles qu'indiquées fig.3
Si on ne désirait disposer que des couples de répulsion et de la bobine mo- bile, les pièces de fer 16 et 17 devraient être coupées selon les lignes représen- tées en traits Interrompus sur la fig.l, les parties voisines du centre de la bobi- ne tant retirées, on décrira un peu plus loin, en détail, un appareil conforme à ces caractéristiques, à titre d'exemple non limitatif de réalisation de cette va- riante;,
De même, si on ne désirait que les couples d'attraction et de la bobine mo- bile, on enlèverait les parties des pièces 16 et 17 les plus voisines de la bobine.
Si on coupait les dites pièces fixes, comme indiqué ci-dessus, mais en main- tenant leurs parties en place, on ne produirait que des modifications négligeables dans les courbes de la fig.6. ON voit donc que les caractéristiques de couple de l'appareil, le long de l'angle total de déviation, peuvent être modifiées à volonté en faisant varier simplement la forme, la disposition et les dimensions des pièces fixes en fer.
La fig.7représente l'échelle habituelle d'un appareil simple à bobine in- clinée, pour une déviation totale de 120 .
La fig.8 rep résente la même échelle dans le cas où l'on n'ajoute que le couple de répulsion.
La fig,9 représente la même échelle dans le cas où l'on n'ajoute que le
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couple d'attrsation.
La fig,10 représente la même échelle quand on dispose de tous les couples dans un appareil tel que celui des fig, 1 à 3.
On voit, d'après ces diverses graduations de l'échelle, qu'on dispose d'un large choix à ce point de vue : l'addition du couple de répulsion
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étire le début de la graduation et l'addition du couple d'attraction étire la fin de la graduation
En séparant les extrémités des pièces fixes de fer, en séparant davan- tage les points! et b représentés fig5, on peut augmenter la partie utile de la graduation, et en diminuant la distance de a et b, on diminue cette partie utile.
Toutefois l'amélioration la plus Importante que la présente invention permet d'obtenir, est la grande augmentation du couple par watt consommé dans la bobine. L'addition des pièces de fer à l'intérieur de la bobine diminue la réluc- tance° augmente le flux et, en courant alternatif, augmente la réactance et diminue le courant* C'est une incidence utile, qui augmente le couple dû primitivement aux couples de répulsion et d'attraction que l'on a ajoutés.
Les valeurs qui vont être données ci-dessous à simple titre documen- taire concernent un appareil tel que celui représenté fig. 1 à 5, le nombre d'ampè- res-tours étant le même, 212 dans les quatre cas
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<tb> Courant <SEP> alternatif <SEP> Energie <SEP> consommée <SEP> Milliwatts <SEP> alternatifs
<tb> (pour <SEP> la <SEP> déviation <SEP> totale) <SEP> (pour <SEP> la <SEP> déviation <SEP> consommés <SEP> par <SEP> unité <SEP> da
<tb> totale) <SEP> couple <SEP> (pour <SEP> la <SEP> déviation <SEP> totale).
<tb>
<tb> fig.7 <SEP> ................ <SEP> 0,397 <SEP> a <SEP> 2,77 <SEP> w <SEP> 470 <SEP> mw
<tb>
<tb> (fig.8 <SEP> et <SEP> courbe <SEP> (I+A)
<tb> (fig.6 <SEP> .................0,089 <SEP> a <SEP> 2,34 <SEP> w <SEP> 396 <SEP> mw
<tb>
<tb> (fig.9 <SEP> et <SEP> courbe <SEP> (I+R)
<tb> (fig.6 <SEP> ................
<SEP> 0,056 <SEP> a <SEP> 0,925 <SEP> w <SEP> 167 <SEP> mw
<tb>
<tb> (fig.10
<tb> ( <SEP> et <SEP> courbe <SEP> I+R+A)
<tb> (fig.6 <SEP> ............... <SEP> 0,055 <SEP> a <SEP> 0,890 <SEP> w <SEP> 151 <SEP> mw
<tb>
Ainsi,
Le tableau ci-dessus fait ressortir l'augmentation considérable de sensibilité et d'efficacité que la présente invention permet d'obtenir. Ces valeurs sont valables pour un appareil qui utilisait une palette elliptique et une échelle de 120 .
Si le même appareil avait été employé avec une échelle de 90 , le rapport du couple pour la déviation totale, dans les conditions ci-dessus et un nombre d'ampères-tours . 212, aurait été différent comme indiqué ci-après :
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<tb> Echelle <SEP> 90 <SEP> Echelle <SEP> 120
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<tb> Couple <SEP> Couple <SEP> Couple <SEP> Couple
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<tb> relatif
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<tb> Appareil <SEP> à <SEP> simple <SEP> bobine <SEP> Inclinée <SEP> 2.7 <SEP> 1.00 <SEP> 1.9 <SEP> 1.00
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<tb> Bobine <SEP> et <SEP> répulsion <SEP> ................ <SEP> 4 <SEP> 1.48 <SEP> 2.2 <SEP> 1.16
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<tb> Bbbine <SEP> et <SEP> attraction <SEP> .............., <SEP> 5.2 <SEP> 1.93 <SEP> 5.6 <SEP> 2.95
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<tb> Bobine, <SEP> répulsion <SEP> et <SEP> attraction <SEP> .... <SEP> 6.4 <SEP> : <SEP> 2. <SEP> 37 <SEP> 5.9 <SEP> 3.11
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On peut obtenir des améliorations complémentaires de couple, au détri- ment d'un élément mobile plus lourde en utilisant des palettes additionnelles de fer sur cet élément mobile.
L'invention a été appliquée à un appareil à double palette (fig.ll et 12), la fig.11 correspondant au début de l'échelle et la fig.12 à la fin de l'échelle.
(On n'a pas représenté l'aiguille indicatrice ni le ressort de rappel).
Les palettes 21 et 22 sont montées sur l'arbre 12 sous le même angle approximativement, mais elles ne se trouvent pas dans des plans parallèles; elles peu- vent même avoir leurs axes longitudinaux formant entre eux un petit angle, mesuré dans le sens de rotation, Dans les positions du début dtéchelle, la pièce fixe en fer 23 exerce une répulsion sur la palette supérieure 21 et la pièce fixe 24 exerce une ré- pulsion sur la palette inférieure 22. Les palettes et les pièces fixes de fer sont disposées de telle façon que ces couples soient de même sens que le couple dû à la bobine inclinée, dans l'exemple celui des aiguilles d'une montre.
A la fin de l'échelle, la partie Inférieure de la palette supérieure 21 se rapproche de la pièce fixe de fer inférieure 24, et l'extrémité supérieure de la palette inférieure 22 se rapproche de la pièce fixe de fer supérieure 23, et les pela- rîtéssont telles que ces parties s'attirent en s'approchant.
Dans la construction d'un tel appareil, on peut désirer laisser régla- ble la position des fers fixes, jusqu'à, ce que des essais montrent quelle est leur meilleure position; Ils sont ensuite fixés de toute manière appropriée. Dans cette forme de réalisation de l'appareil, le couple de la bobine inclinée sera un peu plus grand, par comparaison avec les couples de répulsion et dtattraction, que celui de la fig.l et le couple total est un peu plus grand.
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On a représente fig.13 et 14, une autre forme d'appareil à double pa- lette, auquel on a appliqué l'invention. On utilise deux palettes parallèles in- clinées 25 et 26, montées excentriquement sur l'arbre l'une dépassant d'un coté et l'autre de l'autre côté, de telle sorte qu'elles se trouvent en opposition l'une par rapport à l'autre dans des plans parallèles. Leurs axes longitudinaux coopèrent avec des fers fixes 27 et 28 pour créer des couples de répulsion et d'attraction.
Au débit de l'échelle,, fig.13, il y a répulsion entre la palette 26 et le fer fixe 27 lorsqu'ils s'approchent l'un de l'autre,), de même, entre la palette 26 et le fer fixe 28. A la fin de l'échelle (fig.14) les deux extrémités des deux palettes sont voisines des fers fixes et les polarités sont toiles qu'il y a attrao- tion Les couples de répulsion et d'attraction sont dans le même sens que celui de la bobine inclinée,
On dispose,dans cet appareil,du couple de la bobine inclinée sur les daux palettes, le long de toute la graduation, comme d'habitude Au débat de l'échelle, on a deux points à couple de répulsion, et à la fin de l'échelle on a quatre points à couple d'attraction.
Cette forme de réalisation produit le plus grand couple to- tal à l'extrémité finale de l'échelle dans l'une queluonque des réalisations décri- tees et elle est particulièrement efficace à ce point de vue, en raison des lignes de flux presque continues formées entre les fers fixes et les palettes alignées se- lon l'axe du flux de la bobine.
On a utilise jusqu'ici des palettes elliptiques mais des conditions par- ticulières peuvent rendre utile J'adopter d'autres formes. La figura 15 montre une palette en forme de 'barreau, la figure 16, une palette partiellement évidée en forme de secteur, la figure 17, une palette elliptique partiellement fondue que l'on a pliée légèrement comme représenté.
Les fers fixes peuvent également prendre diverses formes et la figure 18 représente un fer qui produit à la fois des couples de répulsion et d'attraction} o'est une plaque recourbée de manière à épouser la forme de la périphérie Interne de la bobine et munie d'une ouverture pour diminuer le flux qui passe dans la par- tie centrale de cette plaque(, En général, il est désirable que les fers fixes aient des dimensions telles et soient disposés de façon telle à ne pas priver la ou les palettes du flux nécessité pour le couple de la bobine Inclinée au début de l'échelle et à augmenter le flux à travers le!: palettes vers la fin de l'é- chellee.
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Comme on l'a dit dans ce qui précède, on a représenta un exemple de réali- sation d'appareil à couple dû à la bobine inclinée et à couple additionnel unique de répulsion,, ces deux couples étant de même sens,.
La figure 19 se comprend d'elle-même sans description particulière, étant donn ce qui a été dit précédemment.
Le fer fixe 67 est placé parallèlement à l'axe de la bobine sur sa face in- terne arrière (pour la figure 19), de façon à effleurer la partie inférieurs de la bobine et à atteindre un point voisin du bord arrière supérieur de la palette 61, mais sans la toucher, dans la position de la figure 1. Le fer fixe 68 affleure l'ex- trémité interne supérieure de la bobine, est parallèle à son axe et s'étend jusqu'en un point voisin du bord inférieur de la palette 61. La polarisation est telle qu'il y a répulsion entre les parties voisines de 61 et 68, (flèche 69) et de 61 et 67 (flèche 70).
Lorsque la palette tourne, la direction du flux à travers la palette se dé- cale quelque peu dans une direction opposée à celle des aiguilles d'une montre, par rapport à cette palette; ce décalage maintien la polarisation favorable à la répul- sion dans les parties de la palette qui sont les plus rapprochées des pôles de répul- sion des fers fixes. En conséquence, le couple de répulsion agit efficacement sur une très grande partie du début de l'échelle, quand la palette s'éloigne davantage des fers fixes.
Avec les mêmes notations que précédemment, on voit figure 20, l'allure des Couples I, R et (I + R), 1 étant obtenu avec les fers 67 et 68 enlevés, R avec le fer 67 enlevai Les courbes R et (I + R) ne représentent donc pas le couple maximum que l'on peut obtenir.
Les figures 21 et 22 montrent respectivement les graduations d'un appareil à bobine inclinée et celles d'un appareil analogue auquel on a ajouté un couple de répulsion.
Les mêmes considérations que ci-dessus sont valables en ce qui concerne la forme, les dimensions et la disposition des palettes et des fers fixes- ces derniers pouvant n'être fixés. définitivement qu'après leur réglage à la position optima. Les mêmes principes s'appliquent dans le cas où l'on utilise plusieurs palettes.
On peut considérer d'une manière générale que le couple par watt comsommé, pour le début de l'échelle, est multiplié par trois, par suite de l'ad jonction des deux fers fixes à répulsion,*