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BREVET D'INVENTION "Perfectionnements aux sys ternes et dispositifs de reproductions de mouvement"
La présente invention se rapporte, d'une façon générale, à un appareillage pour reproduire en un point le mouvement se produisant à un autre point, éloigné, et, plus particulièrement, elle constitue une nouvelle amélioration et perfectionnement de l'invention décrite dans la demande bel g e. antérieure de la demanderesse déposée le 15 février 1948 sous le No. 313.164.
Un appareillage de cette nature comprend généralement une paire de dispositifs électro-magnétiques semblables , dont l'un constitue l'émetteur et l'autre le récepteur, et dont chacun comprend un stator bobiné coopérant avec un aimant rotor ne portant pas d'enroulement. Un tel appareillage est spécialement étudié pour l'indication à distance, c'est-à-dire pour mesurer la valeur d'un facteur en un point, au mqyen
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d'un instrument de mesure approprié, quelconque, et l'indiquer en un autre point, éloigne, mais il peut aussi bien être utilisé pour la commande distance d'autres objets au point éloigné, si on le désire.
Etant donne qu'une certaine quantité de frottement etc. est toujours présente au récepteur, etqu'aucune amplification séparée n'est prévue pour le couple produit à l'émetteur, le couple disponible au récepteur est ,toujours limité, nécessairement, et cette limitation se manifeste par une réponse relativement lente de 1 indicateur du récepteur.
La méthode connue jusqu'ici pour augmenter le gradient de couple total des systèmes connus sans avoir recours à une amplification directe du couple par emploi d'amplificateurs à tubes à vide, par exemple, consiste à intensifier chacun des deux couplages du système, c'est à dire le couplage magnétique entre le champ magnétique terrestre, et l'élément magnétique de l'émetteur lorsque le système est utilisé pour l'indication à distance de la poussole ou compas, et/ou pour une télécommande etle couplage effectif électrique entre 1'émetteur et le récepteur.
Toutefois, dans un système classique du genredécrit, le gradient total de couple ne peut pas être supérieur au gradient de couple des couplages composants, de sorte que, dans tous les cas, le gradient total de couple est limité par le couplage de l'élément magnétique de l'émetteur au champ magnétique terrestre. L'augmentation de ce dernier couplage a l'inconvénient marqué qu'il faut des éléments magnétiques excessivement grands à l'émetteur ce qui donne des e eurs dynamiques de plus en plus grandes en service réel.
La présente invention envisage la fourniture d'un système nouveau d'indication à distance et/ou de commande à distance, grâce auquel les désavantages liés à l'appaeillage connu de ce type ont été surmontées, et, Ee plus, un système
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dans lequel le gradient de couple de rappel disponible au récepteur ou à l'indicateur est supérieur au gradient de couple agissant pour orienter le rotor à l'émetteur, l'effet pratique étant que l'élément indicateur ou de commande répond de façon pratiquement immédiate à tout signal apparaissant à 1'émetteur. Cet effet nouveau et désirable peut être obtenu, dans le système décrit dans la demande de brevet mentionnée ci-dessus, sans avoir recours à des moyens évidents d'amplification, en choisissant convenablement les dimen sions des éléments du. système.
Lorsque le système est appliqué à l'indication à distance d'une boussole, par exemple, cette particularité est actrê- mement désirable en ce qu'elle rend possible un fonctionnement amélioré de l'indicateur avec un fort gradient de couple à l'indicateur, sans qu'on ait à augmenter le gradient de couple à l'émetteur.
Un des objets de la présente invention, par conséquent, est de fournir un nouveau système d'indication et/ou de commande à distance, dans lequel, pour un gradient de couple effectif donné, disponible à l'émetteur, un gradient de couple beaucoup plus élevé est disponible au récepteur, sans emploi d'amplification séparée de couple.
Un autre objet de l'invention est de fournir un nouveau système d'indication et/ou de contrôle à distance, dans.lequel, malgré le frottement de roulement, etc. au récepteur, la réponse de la partie mobile de l'indicateur ou de l'élément de commande du récepteur est pratiquement instantanée pour tout signal ou signaux quelconques apparaissant à l'émetteur.
Un autre objet de l'invention est de fournir un nouveau'système télémétrique'dans lequel des moyens sont
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prévus pour poduire un déphasage des tensions induites à l'émettaur par rapport aux tensions induites au récepteur, ce qui permet d'assurer une réponse pratiquement instan- tanée au récepteur pour tout mouvement imprimé 1'émetteur.
Un autre objet de l'invention estde fournir un système d'indication et/ou de commande à distance du type décrit, dans lequel les densités de flux dans le noyau de l'émetteur sont différentes des densités de flux dans le noyau du récepteur, ce qui fait que pour un gradient de couple donné agissant sur l'émetteur, un gradient de couple différent et beaucoup plus élevé est disponible au récepteur.
En outre de l'avantage d'avoir un haut gradient de couple disponible au récepteur, avec un élément magnétique relativement faible à l'émetteur, le système nouveau de la présente invention présente plusieurs autres caractéristiques remarquables. Le couplage apparent entre l'émentteur et le récepteur peut être varie de façon à différer considérablement du couplage apparent entre le récepteur et l'émetteur. En fait, avec une différence appropriée entre ces deux cquplages apparents, il est possible, d'après la présente invention, de fournir un système ayant un gradientde couple total négatif parfaitement stable, ce qu'il était impossible d'obtenir jusqu'à présent.
Une autre caractéristique du s stème, lorsqu'il est établi de cette façon, et appliqué à un système de compas à répétition, est de fournir un gradient de couple croissant au récepteur lorsqu'on réduit l'intensif' du champ d'orientation à l'émetteur. Cette dernière caractéristique est particulièrement désirable lorsque le système
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est appliqué à un compas magnétique pour répéter son indi- cation sous une latitude où le champ magnétique terrestre est faible de façon inhérente.
Les objets et caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres particularités nouvelles de l'invention apparaitront plus complètement de la description détaillée qui suit et des dessins ci-joints, étant entendu que ces dessins ne sont donnés qu'à titre d'exemple nullement limitatif.
Dans les dessins, où les mêmes numéros de référence se rapportent à des parties semblables dans les diverses figures:
La figure I est une illustration schématique d'une réalisation de la présente invention, appliquée à un soufflet contractable et dilatable, situé en un point, pour reproduire son mouvement à un autre point, éloigné.
La figure 2 est une illustration semblable à celle de la figure I, montrant une autre réalisation de l'invention appliquée à un compas-magnétique répétiteur, construit selon la présente invention avec l'émetteur et le récepteur, mon- trés en coupe.
La figure 3 est une illustration schématique, mourant la relation entre le couplage effectif du rotor de l'émetteur au soufflet moteur de la figure I ou au champ magné-tique ter- restre, dans le cas de la figure 2, et le couplage apparent entre les rotors de l'émetteur et du récepteur ; etLa figure 4 montre des courbes illustrant la relat ion entre le couplage effectif du rotor de l'émetteur et sa force motrice en fonction de la section graduellement variable du noyau, cette variation étant un moyen de réaliser la présente invention.
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Considères d'une façon générale, les systèmes classiques du type illustré par la demande de brevet demande mentionnée etpar la brevet b e l gle antérieurede la demanderesse No.373.135, sont basés sur l'emploi des unités similaires ou interchangeables agissant comme émetteurs ou comme récepteurs dans le système. Ces systèmes,à cause des frottements de roulement etc. au récepteur, présentent 1'inconvénient de nécessiter la production d'un mouvement considérable à 1'émetteur pour que son aiguille ou son organe de commande soit acti onné.
Le retard ainsi créé entre 1 émetteur etle récepteur ne peut être éliminé qu'en fournissait un gradient de couple plus grand au récepteur, il faut prévoir un couplage plus granc entre le rotor de l'émetteur et sa force motrice et la façon d'obtenir cet effet dans le cas où. le système était appliqué à une indication à distance d'un compas magnétique, par exemple, consistait à utiliser un élément magnétique plus grand, ce qui, immédiatement, introduisait d'autres incon- vénients dans le système.
Mais, on a. découvert, selon la présente invention, qu'en produisant un déphasage des tensions induites dans l'enroulement de 1'émetteur par rapport aux tensions induites dans l'enroulement du récepteur, ou en faisant varier la phase de temps des densités de flux dans le noyau ce l'émet- teur par rapport à la phase de temps des densités de flux dans le noyau du récepteur, on obtenait,au récepteur, un gradient de couple beaucoup plus grand que celui qui agit à l'émetteur, l'effet étant que le gradient de couple était amplifié sans
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augmenter le couplage réel entre le rotor de l'émetteur et sa force motrice.
En, d'autres termes, bien que le couplage réel entre l'aimant de l'émetteur et sa force motrice ne soient pas augmentés, une tentative délibérée pour rendre 1'émetteur et le récepteur dissemblables avait comme effet que le couplage apparent ou effectif entre l'aimant de l'émetteur et sa orce motrice avait été augmenté. On a établi conclusivement par des essais et expériences nombreux que, bien que le couplage réel entre l'aimant de l'émetteur et sa force motrice reste constant, le changement de la phase de temps des tensions induites ou des densités de flux à l'émetteur ou au récepteur ou aux deux, augmente le couplage effectif entre le rotor de l'émetteur et le rotor du récepteur, ce qui augmente le gradient de couple dispense au récepteur.
Pour une meilleure compréhension de l'invention, il sera avantageux de considérer le gradient de couple total du système comme consistant en deux fonctions distinctes, o'est-à.- dire l'une étant le couplage entre le rotor de l'émetteur et sa force motrice (instrument de mesure 37 de la figure I ou le champ magnétique terrestre dans la figure 2), et l'autre étant le gradient de couple électrique entre l'émette ur et le récepteur indicateur. Il est bien connu que le gradient de couple total d'un tel système est égal au produit des gra dients composants divisé par leur somme, c'est à dire au .produit du gradient de couple électrique par le gradient de couple résultant du couplage entre le rotor de l'émetteur et sa force motrice, divisé par la somme de ces deux gradients.
En se reportant à la figure 3 des dessins, les gradients composants sont : c Ó = le gradient agissant pour orienter le rotor de l'émetteur, c ss = le gradient entre le rotor de l'indicateur et le rotor de l'émetteur, et C ss = le couplage
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entre le rotor de l'émetteur et le rotor de l'indicateur dans sens opposé. couple % est appliqué- rotor dans le sens oppose.
Si un couple / est appliqué au rotor de l'indicateur, la rotation relative du rotor de l'indica- teur par rapport au rotor de l'émetteur est:
EMI8.1
Mais le déplacement du rotor de l'émetteur par rapport à la force motrice ou l'organe primaire d'orientation est:
EMI8.2
En égalant les équations (2) et (3)
EMI8.3
En portant l'équation (1) dans (4) poux ss - Ó
EMI8.4
Mais le couplage apparent total est
EMI8.5
c = 1 (7) de sorte que ' 3 C 1 1 1- C' 4" c-
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Dans les systèmes connus jusqu'ici, la construction était établie de façon à réaliser Css = C 4 . Ce qui est sensiblement vrai lorsque'aussi bien l'émetteur que le récepteur sont des unités identiques.
Dans ce type de fonctionnement, même si CÓ est rendu infiniment grand, le couplage apparent total est limité à C ss Lorsque la construc tion est modifiée de la nouvelle façon décrite, peut être augmenté et, en même temps, Css est diminué. Ceci peut se faire jusqu'à ce que Css approche de zéro, et on peut continuer dans un sens négatif. Une autre façon de comprendre un tel résultat est de considérer que la rotation de l'émetteur dans le sens des aiguilles d'une montre produit une rotation dt récepteur dans le sens des aiguilles d'une montre, mais qu'une rotation du récepteur dans le sens des aiguilles d'un montre produit une rotation de l'émetteur dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Lorsque Css=- CÓ, le couplage total, C, est infini. En outre, si on diminue Css2 on produit un couplage total effectif négatif.
On,peut observer cette dernière caractéristique en suspendant un poids sur l'aiguille du récepteur et en constatant que le poids est soulevé. Si le poids est suspendu à un point de bras de levier plus grand, il sera soulevé plus haut.
Tout changement dans le circuit magnétique faisant décaler en arrière la phase des tensions harmoniques paires produites dans l'émetteur par rapport à la phase des tensions harmoniques paires dans le récepteur, produira un Css, supérieur à Css. Des différences dans la densité de flux fondamental, produites avec des enroulements dissemblables, des noyaux dissemblables, ou des aimants de rotor dissemblables produiront tous l'effet spécifié, de même qu'une combinaison quelconque de ces changements comme lecomprendront les ho mmes du métier.
Une distinction importante du nouveau système selon
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la. présente invention de ceux déjà connus est que, jusqu'à présent, on pensait, d'après des considérations théoriques, que le fonctionnement optimum était obtenu avee une oncordan- ce parfaite de phase des densités de flux et des tensions dans l'émetteur et dans le récepteur. Cependant, la présente invention démontre que ceci n'est pas du tout le cas.
Une façon d'obtenir les résultats nouveaux et déslrables décrits ci-dessus est de prévoir un émetteur dont la surface de la section transversale du noyau soit plus grande que la surface de la section transversale du noyau du récepteur. Le procédé pour arriver à la relation désirée entre les surfaces des sections transversales des noyaux de l'émetleur et du récepteur consiste à faireune série d'essais en utilisant un récepteur ayant une surface de section de noyau prédéterminée, par exemple de 6,25cm2et une série de noyaux d'émetteur à surfaces de section transversale de plus en plus grandes, en commençant par un noyau à section nulle et en obtenant les Gradients de couples totaux.
Dans chaque cas, le gradient de couple total entre l'indicateur, et la force motriceà l'émetteur était obtenu en appliquant un poids étal-on à certain bras de levier sur l'indicateur, et en observant alors la déviation de l'indicateur. Comme résultat, on a déterminé que lorsqu'on augmentait la surface de section du noyau de l'émetteur de 0,025 à 0,125 cm2 le cou- plage total augmentait graduellement, comme le montre la courbe I de la figure 4, jusqu'à ce que, avec un noyau ayant une surface de section de 0,125 cm2, le couplage effectif devenait infini.
En d'autres termes, avec un noyau de cette dimension, le rotor de l'indicateur restait stationnaire si
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on augmentait le poids sur l'aiguille de l'indicateur Ensuite, en continuant à augmenter graduellement la surface de section, on produisait'un couplage'effectif négatif, variant depuis -..'infini jusqu' à zéro, comme le montre la courbe 2 de la figure 4. La présence du couplage négatif était mani festée par le fait qu'après l'addition du poids sur l'aiguille, le poids était soulevé.
Comme le montre la figure I des dessins, l'appareillage pour réaliser la présente invention comprend un émetteur 10, connecté électriquement avec un récepteur II, l'émetteur ayant un stator annulaire 12, muni d'un enroulement unique 13 avec prises en deux points 14 et 15, intermédiaires entre les extrémités 16 et 17 de l'enroulement, les extrémités et les . points de prise étant espacés angulairement de 120 , le long de la circonférence de l'enroulement 13.
Disposé concentriquement dans le stator 12 de l'émetteur et en relation magnétique avec lui, et avec l'enroulement 13, se trouve un rotor 18 en forme d'élément magnétique ce polarité marquée, comme, par exemple, un aimant rotatif ayant un pôle Nord et un pôle Sud, comme indiqué en N et S, fournissant un flux uni-directionnel, magnétique, qui entre dans le stator.
Le récepteur est situé au point éloigné et comprend un stator annulaire 19 portant, enroulé sur lui, un enroulement unique 20, également muni de prises ax points 21, 22, intermédiaires entre ses extrémités 23 et 24. Comme dans le cas de l'enroulement de l'émetteur, les extrémités et les points de prises de l'enroulement du récepteur sont espacés angulairement de 1200 le long de la circonférence ou stator 19. Le rotor du récepteur comprend également un aimant permanent rotatif 25, sous forme de disque dont une moitié constitue un
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pôle Nord et l'autre moitié un Pôle Sud, et qui fournit un flux magnétique uni-directionnel entrant dans le sta- tor 19.
Les extrémités 16, 17 de l'enroulement de l'émetteur
15, sont connectées électriquement aux extrémités 23,24 de 1 enroulement de récepteur 20, au moyen des conducteurs
26 et 27, tandisque les points de prise 14, 15 de l'enroule- ment 12 sont connectés électriquement aux points de prise correspondants 21 et 22 de l'enroulement 20, au moyen dos conducteurs 28 et 29.
Ainsi disposés, les points de prises
14, 15 de l'enroulement 13 et les points 21, 22 de l'enroule- ment 20, constituent , en fait, des connexions polyphasées, tandis que les extrémités 16, 17 et 23, 24 des dits enrole- ments, constituent des connexions nonphasées, Les enroule- ments de l'émetteur et du récepteur sont excités soit par un courant alternatif monophasé soit par un courant continu pul- satoire à partir d'une source appropriée 30, connectée aux conducteurs 26,27 au moyen des conducteurs 31 et 32.
L'aimant rotor 18 de l'émetteur peut être actionné de la manière montrée dans la susdite demande antérieure de la demanderesse No.313164 déposée le 5 février 1948, c'est -à- dire qu'un arbre moteur 33, rattaché au rotor 18 à une extré- mité, porte, à son autre extrémité , un pignon 34 engrenant avec un secteur denté 35, pivotant en 36, et relié à un instrument de mesure, comme , par exemple, un soufflet dans lequel on a fait le vide, ou une capsule anéroïde 37 au moyen d'une tige
38 et d'un levier 39.
La dilatation ou la contraction de l'anéroïde 37 produit un mouvement an;ula.ire correspondant du rotor 18, ce qui produit de la façon décrite complètement demande de dansla/brevet sus-mentionnde un mouvement angulaire conres-
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pondant du rotor de récepteur 25, ce dernier ayant une aiguille 40, qui lui est rattachée, pour fonctionner au-dessus d'une graduation appropriée (non montrée).
Le nouveau système de la présente invention a été montré dans la figure I comme appliqué à un instrument de mesure ayant un couplage mécanique défini entre l'instrument proprement dit et le rotor de l'émetteur. On peut, toutefois, l'employer tout aussi bien pour reproduire à distance une indication de compas magnétique. A cet effet est prévu le système de la figure 2 comprenant au lieu du rotor aimanté 18 de la figure I, une aiguille de compas 41, cette aiguille étant sensible au champ magnétique terrestre et mobile angulairement sur l'axe 42, ce qui fait que l'aiguille peut s'orienter dans le' champ magnétique terrestre, cette aiguille étant déplacée axialement par rapport au stator de l'émetteur pour réduire l'effet d'écran du stator sur l'aiguille.
Bien que montrée sous la forme d'une simple aiguille de compas, il doit être entendu que l'aiguille 41 peut être une partie d'un compas magnétique, comme d'écrit dans la demande antérieure de la demanderesse déjà mentionnée.
Comme on le montre plus clairement dans la fig ure 2, les stators 12 et 19 de l' émetteur et du récepteur de la figure I, comprennent des noyaux perméables annulaires 42 et 43, perlant enroulés sur eux, les enroulements 13 et 20, le noyau 42 étant montré avec une surface de section transversale plus grande que celle du noyau du récepteur.
Ainsi qu'on l'a fait remarquer précédemment, on a déterminé qu'une façon d'obtenir le résultat désiré était d'avoir un récepteur dont la surface de la section transversale du noy au était sensiblement de 0,064 cm2 et un émetteur dont la sur- face de la section transversale de noyau était sensil ment de 0,125 cm2
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Le stator 19 du récepteur est également muni d'un élément annulaire feuilleté 45, en matériau mangétique, qui sert à fournir un trajet de retour pour le flux de second harmonique produit dansle noyau'43, les tôles ; étant maintenues ensemble par une pièce de garde 47.
L'élément 45 sert également d'écran magnétique pour empêcher l'interaction avec d'autres champs magnétiques extérieurs.
Lorsqu'une rotation relative de 1' aiguille 41 a lieu en azimut, sous l'effet du champ magnétique terrestre, cette rotation est reproduite au récepteur par le rotor 25 et elle est indiquée par l'aiguille 40, sur une graduation 48, qui est étalonnée en rose des vents de compas pour indiquer la direction du champ magnétique terrestre, telle qu'elle est déterminée par l'aiguille 41 à l'émetteur.
En rendant la surface de section transversale du ro yau de l'émetteur plus grande que la surface du noyau du récepteur comme décrit plus haut, le couplage apparent entre le rotor de l'émetteur et l'anéroïde 37 de la figure I, ou le champ magnétique agissant sur l'aiguille 41 de la figure 2, peuvent être rendus infinis, avec le résultat qu'un couplage apparent rigide est établi entre 1'émetteur et le récepteur ce qui fait que de trés faibles signaux produits à 1 émetteur sont reproduits de façon pratiquement instantanée au récepteur, malgré le frottement de roulement et autres forces agissant sur l'aiguille ou l'organe de commande au récepteur.
Il est visiblemaintenant aux personnes familières avec cette technique, que la présente invention fournit un appareillage nouveau et simple pour reproduire le mouvement, exactement et rapidement, en un point éloigné, que le mouvement à reproduire soit celui de l'aiguille d'un compas magnétique,
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ou que des indications de moteur, comme, par exemple, la température de moteur, la pression de carburant, la pression d'huile, le niveau de carburant, etc. doivent être reproduites au point éloigné'.
Bien que plusieurs réalisations de la présente invention aient été illustrées et décrites en détail ,il doit être expressément entendu que l'invention ne leur est pas limitée. Par exemple, on peut désirer, dans certaines :installa- tions, avoir des récepteurs dont les surfaces de section de noyau différent de celles qu'on a indiquées ici, et, nn pareil cas, les surfaces de section de noyau de l'émetteur seront modifiées en conséquence, permettant de maintenir un couplage effectif pratiquement infini entre l'émetteur et le récepteur..
Divers autres changement peuvent être faits dans la on nstruction et la disposition des parties selon les conditions.
Ainsi qu'on l'a fait remarquer précédemment, la variation des surfaces des noyaux n'est qu'un des moyens d'obtenir les nouveaux résultats de la présente invention. On peut obtenir des résultats analogues, par exemple, en variant les dimensions du rotor, dans l'émetteur, relativement à celle du rotor du récepteur, en conservant les surfaces de section des noyaux identiques, ou en faisant fonctionner l'émetteur à une densité de flux fondamental notablement différente de celle du récepteur, en changeant le nombre de spires du noyau de l'émetteur I3, relativement à celui de l'indicateur. Tous les expédients mentionnés ont une chose en commun, qui. est de fournir un dépha sage entre les tensions induites dans l'en- ,roulement de l'émetteur, par rapport aux tensions induites dans l'enroulement du récepteur, ce qui donne les résultats de la présente invention.