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-PERFECTIONNEMENTS A LA FABRICATION DES COMPTEURS-
La présente invention se rapporte à la fabrication des aimants amor- tisseurs et à la structure de leurs supports, utilisés dans les appareils inté- grateurs comportant un disque conducteur,, entraîné à la manière du secondaire d'un moteur d'induction, par le flux des aimants du compteur, et retardé, ou amorti, par le flux d'un aimant permanent.
Dans les applications de l'invention, on utilise un aimant permanent doué d'une énergie résiduelle exceptionnelle et dont les faibles dimensions et la légèreté lui permettent de faire partie intégrante du châssis venu de fonte, qui supporte les aimants d'entraînement et les pivots. Ces aimants permanents doivent posséder une très grande valeur de BH max. n
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Le traitement thermique est un facteur important de leur fabrication au cours de laquelle ils sont refroidis jusqu'à la température correspondant au point de Curie, cependant qu'ils sont soumis à l'action d'un champ'magnétique orienté suivant le même axe que celui qu'ils auront à l'état final. On donne aussi à la matière une orientation magnétique anisotsopique qui lui confère des proprié- tés de rémanence supérieures.
Après avoir subi ce traitement, l'aimant est ensuite magnétisé à la manière usuelle. Pour le noyer ensuite dans la matière venue de fonte, il faut le chauffer à une température voisine de celle du point de fusion de cette matière, et la polarisation finale de l'aimant doit être postérieure à cette opération.
La méthode préférée consiste à conférer tout d'abord aux aimants, leurs propriétés anisotropiques, suivant l'axe désiré, par traitement thermique dans un champ magnétique, cependant que l'on refroidit jusqu'au point de Curie, comme on l'a dit précédemment. Ce traitement est suivi d'un vieillissement à environ 600 C; les aimanta ne doivent plus ensuite être chauffés à des tempéra- tures de cet ordre, si l'on veut éviter de détruire leurs propriétés magnétiques.
Si l'on atteignait le point de Curie (800 à 900 ), on détruirait non seulement les propriétés coercitives mais aussi les propriétés anisotropiques. Les aimants sont ensuite noyés dans une matière appropriée, dont le point de fusion est suffisam- ment inférieur à celui de Curie, On utilise à cet effet un alliage contenant 11 à 13 % de silicium, le reste étant constitué par de l'aluminium (point de fusion 580 C.). On peut d'ailleurs faire choix d'autres alliages. Le chauffage effectif des aimants permanents au cours de cette opération, est relativement de courte durée et la température qu'ils atteignent est inférieure à celle de vieillissement, de telle sorte que les propriétés magnétiques précitées sont conservées.
Ils sont ensuite aimantés, cependant qu'on les noie dans la matière, comme on le décrira plus loin.
Il importe d'éviter tout contact accidentel avec d'autres matériaux magnétiques. Par exemple, si on touche l'aimant avec un tourne-vis usuel en acier, ce dernier met en court-circuit la partie de l'aimant avec laquelle il est en con- tact et sa puissance se trouve réduite. Les aimants conformes à l'invention étant noyés dans une matière non magnétique avant leur polarisation finale, sont prému- nis contre ce danger.
Bien que les aimants permanents se trouvent placés très près des aimants d'entraînement, de manière à réduire toute poussée latérale, comme on @
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l'a décrit dans le brevet belge pris par la Société demanderesse le 26 juin 1943 sous le n 451.250, ils sont néanmoins complètement protégés contre toute désai- mantation due aux courants à front raide, susceptibles d'être engendrés dans les bobines et les conducteurs de l'appareil de mesure, cette protection étant assurée par la présence de la pièce venue de fonte, bonne conductrice, et qui par conséquent amortit les flux à front raide.
Les aimants conformes à ltinvention ont la forme d'un C, dont les polos, en matière magnétique permanente, se trouvent de chaque c8té du disque de l'appareil de mesure, de manière à éviter toute variation de la force d'amortissement due aux changements de position du disque dans l'entrefer du flux amortisseur. Les aimants amortisseurs conformes à l'invention sont ensuite montés symétriquement par rapport à la direction des courants de Foucault engendrant la force entraînant le disque, de manière à réduire les vibrations dues à leur in- teraction commune et avec le flux d'amortissement.
Bien que les aimants amortisseurs conformes à l'invention soient complètement noyés dans un châssis fixe non magnétique, venu de fonte, on prévoit des shunts compensant la température et les variations de la force de l'aimant amortisseur, à fins d'étalonnement. La quantité de matière magnétique utilisée dans les aimants amortisseurs,utilisés dans un 'Wattheures mètre, est inférieure au quart de celle actuellement utilisée dans les appareils connus aujourd'hui sur le marché. On supprime d'autre part les consolessupports et les dispositifs de réglage du sys- tème magnétique de freinage.
L'invention sera mieux comprise par la lecture de la description qui suit et par l'examen der dessins annexés, où : - La figure 1 est une vue de front d'un watt-heur-mètre, partie en coupe, .. La figure 2, une vue d'arrière d'une partie du châssis venu de fonte, mettant en évidence l'emplacement des aimants de freinage.
La figure 3, une coupe sur laquelle on voit la position de l'un des aimants de freinage par rapport à l'axe de l'armature.
- La figure 4 permet de comprendre la polarisation de ces aimants assemblés dans le bâti.
Les figures 5 & 6 sont des coupes et des vues d'extrémité d'un shunt de réglage de l'un de ces aimants.
En se référant à ces figures, on voit en 1 le boîtier, en 2 la plaque couvercle en verre, en 3 le couvercle de la boite de bornes d'un watt* heure mètre pour courant alternatif monophasé. Un disque 4, en matière conductrice, tourne
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avec un arbre 5 supporté par des pivots, supérieur et inférieur, 6 & 7. L'arbre 5 mû par des pignons, entraine un compteur comportant plusieurs aiguilles 8, logées sur la partie supérieure de l'appareil. Le disque 4 est entrainé par les flux en- gendrés par un électro-aimant, logé au-dessus du disque, et par un autre logé en dessous. Dans ce type de compteur, l'électro-aimant voltmétrique comporte un noyau 9, en forme d'E, vis-à-vis du disque et une bobine voltmétrique 10 sur la branche du noyau central.
Le noyau 11 de l'électro-aimant ampèremétrique à la forme d'Un U, dont l'ouverture fait face au disque et aux bobines ampèremétriques 12 sur les deux branches. Les structures des noyaux voltmétriques et ampèremétriques sont réunies par les parties latérales d'une chape magnétique 13 qui se prolonge au-delà de la périphérie du disque 4, Comme on a coutume de le faire, la structure du noyau magnétique est fixée à la face postérieure d'un bâti 14, muni d'une fente 15 laissant passer le disque 4. Les pivots sont portés par la face antérieure du bâti de même que les cadrans compteurs dont le support est représenté en 16. Ce dernier est en métal non magnétique, venu de fonte, et comporte les bossages usuels de support, des tétons et trous de boulons permettant d'y fixer les éléments du comp- teur et ce dernier au boitier.
Les bobines sont connectées à la boite de bornes par des fils et des cosses 17. Cette structure est, d'une manière générale, con- forme à celle des appareils existants.
Généralement le bâti comporte aussi une console en saillie, sur laquelle l'ensemble amortisseur magnétique est fixé et qui est réglable dans le sens radial du disque pour régler l'amortissement, c'est-à-dire la force retardant le disque.
Dans la présente invention, on abandonne ce mode de construction et on prévoit des aimants retardateurs relativement petits mais puissants, noyés dans le bâti 14 et par conséquent, non réglables. Ces aimants sont contenus dans des logements rela- tivement petits 19, prévus dans la pièce de fonderie, sur la périphérie du disque 4 et diamétralement opposés. Ils ont la forme d'un C, embrassant la périphérie du disque 4, meurs pièces polaires faisant l'une et l'autre face au disque et à la chape de l'aimant, joignant les pièces polaires. La section droite de cette chape est légèrement supérieure à celle des pièces polaires, de manière à obtenir les meilleures conditions d'utilisation de l'aimant permanent.
Comme on l'a représenté ces aimants sont logés dans la pièce de fonderie, sauf au niveau des pièces polaires faisant face au disque du compteur. C'est ainsi que, sur le dessin, la partie 20 en forme de C, de la face interne des aimants,est noyée intégralement dans la bâti du compteur.
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Sur la face postérieure de ces aimants, (Fig.l) (Fig.2), porte une mince partie de matière magnétique 21, en forme de C, à faible perméabilité et dont le coefficient température-perméabilité est négatif et susceptible de corriger les erreurs de température. Ces compensateurs dérivent sur les pièces polaires une partie relativement faible du flux de l'aimant permanent, et la valeur de ce flux dérivé diminue quand la température croit.
La nature des erreurs dues à la tem- pérature, et que l'on constate dans les watt-heure-mètres à induction, ainsi que leur compensation, sont décrites dans le brevet belge pris par la Société demande- resse , le 5 mai 1925, sous le n 326.329, et, bien que dans la présente invention on utilise le même principe, la structure du système de compensation est entièrement différente. Le flux dérivé et celui de ltaimant sont de sens opposé. Le compensa- teur 21 en forme de C et en acier Carpenter, alliage de fer-nickel, est fixé par un ciment à un coté de l'aimant permanent au cours du traitement thermique aniso- tropique, avant de noyer les aimants dans la pièce de fonderie. Chacun des deux aimants retardateurs d'un ensemble subit de préférence la même compensation.
A l'un des deux aimants retardateurs ou aux deux est associée une charge réglable remplissant la fonction qui, dans les compteurs antérieurs, l'était par déplacement de la totalité de la monture d'aimant retardateur, dans le sens radial par rapport au disque du compteur, de manière à faire varier et à régler correcte- ment la vitesse pour une charge donnée. Dans l'appareil conforme à l'invention, les aimants retardateurs sont fixés et le réglage s'effectue au moyen d'un shunt magnétique 22 contenu dans une cavité tubulaire 23 de la pièce de fonderie, qui se prolonge dans l'ouverture centrale de l'aimant en forme de C et axialement sur l'un des côtés de ce dernier.
Le shunt 22 en fer doux, glisse dans la cavité tubulaire et il est encoché sur le côté du disque en 24', de manière à ne pas toucher ce dernier, pour une position quelconque de réglage; il comporte aussi des lèvres de guidage sur une cannelure coopérant avec celles pratiquées dans la pièce de fonderie,de chaque coté de l'entrefer; comme on le voit figure 2, de manière à assurer la fixité du shunt 22. Il comporte aussi une vis 24, dont la tête est accessible par la face antérieure de l'appareil.
Cette vis porte en queue une gorge qui s'oppose à son déplacement longitudinal, de telle sorte qu'en tournant elle fait glisser sur elle le shunt 22, à travers l'ouverture centrale de l'aimant permanent, ce que lion peut voir à l'examen des figures 2 & 3, où la vis 24, dont la queue porte une gorge, se prolonge au-delà de la cavité 23 et traverse une pla- que de laiton 25 ; est maintenue par un ressort en lame 26, pénétrant dans
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cette gorge. Cette plaque 25 et ce ressort 26 sont maintenus par des vis 27 (fi- gure 2). En retirant la plaque 25, on peut introduire le shunt 22 dans la cavité 23 et visser ensuite la vis 24.
L'assemblage étant terminé, comme on le voit fig.3 et fig.2, à droite, la rotation de la vis 24 règle la position du shunt 22..Bien que ce dernier soit séparé de l'aimant 18 par un écran tubulaire, faisant partie intégrante de la pièce de fonderie, il dérive le flux de l'entrefer de l'aimant. permanent proportionnellement à l'amplitude du réglage. Dans la position de déri- vation maxima du flux, il peut dériver 5% du flux amortisseur d'un aimant, cette valeur n'étant pas toutefois limitative. Bien qu'on ait prévu la possibilité de réglage des deux aimants amortisseurs (fig. 1 & 2), il est généralement nécessaire d'effectuer le réglage sur un seul, pour pouvoir disposer d'une large gamme de ré- glage.
Les sens de rotation de la vis 24 correspondant à un accroissement ou à une diminution de la vitesse, sont indiqués sur le boitier (fig.l, à droite).
La cavité 23, dans laquelle se loge le shunt 22, est de préférence percée cylindrique, ou, si elle est venue de fonte, on peut la prévoir légèrement conique ou évasée, pour faciliter son extraction du noyau du moule. Sur les figures 2 & 3 la cavité est cylindrique, ce qui permet au shunt 22 de glisser sans jeu, pour toutes ses positions de réglage. Sur la figure 5 la cavité 23 est venue de fonte et n'est pas usinée ; comporte ,par conséquent, un évasement tel qu'elle soit légèrement plus large à son extrémité ouverte qu'au fond. Si, par conséquent, le shunt 22 glisse sans jeu, dans l'extrémité de diamètre moindre, il glissera avec un jeu appréciable dans l'autre.
Pour éviter toute variation de l'effet de dérivas tion, quand le shunt 22 se trouve réglé sur une position pour laquelle il a du jeu, le dispositif de blocage et de réglage, constitué par la vis 24 et par le ressort 26, est disposé de manière à pousser l'extrémité libre du shunt 22 contre le coté entrefer de la cavité adjacente, figures 5 & 6, et éviter ainsi toute variation de l'effet de dérivation du au déplacement latéral du shunt par rapport à la cavité, et consécutif à des vibrations par exemple. La forme donnée au shunt et à la cavité au niveau des surfaces en contact, permet d'éviter toute rotation du premier.
Pour obtenir le résultat désiré, le ressort 261 des figures 5 & 6, est dis- posé de manière à exercer une traction sur l'extrémité de la vis 24 (figure 5) et à pousser son extrémité inférieure, de manière à maintenir l'extrémité libre du shunt 22, contre la face de droite de la cavité 23, adjacente au coté entrefer de l'aimant 18, dans toutes les positions de réglage axial du shunt. L'ouverture 30 de la pièce de fonderie, aux environs du col de la vis, en 24, est suffisante pour permettre à
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cette vis de pivoter autour de sa tête, et pour permettre aussi à son autre extré. mité de se mouvoir latéralement d'une longueur suffisante pour obtenir ce résultat.
Le ressort 26' peut être en bronze phosphoreux. Il comporte une partie en arc, 31, en contact avec un coté du bâti 14, faisant face à la chape de l'aimant 18, un pro. lonegelent central cannelé 32, embrassant la gorge de la vis 34, et s'étendant jus- qu'aux doigts de ressort 33-34, dont les extrémités sont en contact avec un côté du bâti 14, vers la droite de l'extrémité libre de la cavité 23.
Le ressort est poussé vers l'extérieur par sa partie latérale centrale, et comprimé entre la surface du bâti et la gorge de la vis, de telle sorte que, mis en place, il exerce sur l'extrémité de la vis 24, une traction dirigée vers le bas (fig.5) et maintient la tête de cette vis contre la face exeerne de la partie de la pièce de fonderie constituant l'extrémité fermée de la cavité, et permet d'évi- ter, par conséquent, tout déplacement de la vis, mais permet aussi la rotation de cette dernière, pour le réglage de la position du shunt, suivant l'axe de la ca- vité.
Le ressort 26' et l'extrémité de la vis 24 sur laquelle il porte, sont pous- ses vers la droite, du fait que les extrémités externes des doigts du ressort 33 sont pousses l'un vers l'autre, insérés qu'ils sont entre les butées en saillie 34 de la surface du bâti 14. Avant de monter le ressort, les doigts 33 placés entre les butées 34 forment un V et, par conséquent, leurs extrémités externes sont poussées l'une vers l'autre quand on les monte, comme on l'a représenté, ce qui constitue un coin élastique orienté vers la droite et qui maintient le nez du shunt appliqué contre la face entrefer de la cavité 23. L'une ou les deux extrémités des doigts peuvent surplomber un épaulement de la paroi latérale du bâti 14, comme on l'a représenté, à l'extrémité du doigt inférieur, pour contribuer à cette traction vers la droite.
Le ressort se monte et se démonte facilement, et il se maintient solidement en place par sa propre élasticité et, une fois monté, il s'oppose à tout déplacement longitudinal, mais autorise le déplacement latéral de son extrémité sur la vis 24, et, en même temps, la maintient vers la droite, de la quantité per- mise pas le shunt 22. Ce dispositif est moins coûteux que celui de la figure 3 car il implique un nombre moindre d'éléments, moins d'usinage,et il peut être monté plus rapidement.
L'invention permet une économie très importante de poids de matière et d'en- combrement par rapport aux systèmes antérieurs. C'est ainsi que les aimants per- manents 18 ont les dimensions suivantes:
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Le BH maximum de ces aimants est de l'ordre de 4*600.000 et l'aimantation résiduelle de l'ordre de 12.000 gauss. Le système d'aimants amortisseurs conforme à l'invention permet de ramener le poids de matière magnétique utilisée dans les deux types, d'environ 300 à 68 grammes.
Après avoir traité les aimants pour leur conférer l'anisotropie, on fixe les shunts Compensateurs 21 sur l'aimant 18, avec un ciment thermodurcissable à haute température. Les aimants sont ensuite noyés dans leur cadre de métal fusible sus- mentionné. Ce métal durcit et refroidit rapidement, de telle sorte que la tempéra,- ture des aimants n'atteint pas celle du point de fusion du métal précité, soit en- viron 580 C, et qu'ils ne restent pas longtemps à une température relativement élevée. Cette opération ne modifie pas leurs propriétés magnétiques. A ce stade de la fabrication, ils n'ont pas été polarisés, mais on leur a conféré l'anisotropie suivant l'axe désiré d'aimantation. Toutes les opérations d'usinage sont nécessai- rement effectuées sur les cadres de métal fondu.
Elles comportent l'alésage de la cavité 23 pour le réglage du shunt à pleine charge, et, s'il est nécessaire, le perçage des trous de boulons de vis, etc.., on les effectue à l'aide d'un gabarit pour obtenir la précision nécessaire.
La magnétisation des aimants 18 s'effectue à l'intérieur de la pièce de fon- derie, comme on l'a représenté figure 4. On introduit les conducteurs 28 & 29 par les ouvertures des cavités 23 et par les ouvertures centrales des deux aimants 18.
Entre les extrémités des conducteurs, on voit un barreau de cuivre 36, dont l'épais- seur, suffisamment faible, permet son passage dans l'espace compris entre le cadre 14 et les aimants 18, quand on a introduit les conducteurs 28 & 29. On fait alors passer dans le circuit 28-29-36, en courant à 60 pps dont la valeur de pointe est de 25.000 ampères, et dont le sens est celui des flèches de la figure 4. Il tra- verse les aimants en sens opposé et les polarise suivant N et S (figure 1) - (dans le cas où l'on désire une autre répartition des polarités, on peut Fairer passer le courant magnétisant à travers les aimants dans la même direction).
Les aimants sont soumis ensuite à l'action d'un champ alternatif qui les désaimante de 5 %. On monte ensuite l'appareil et, dès qu'on l'a mis en charge, on le désaimante de nouveau, de manière à amener l'aimantation à la valeur désirée ce que l'on me- sure à l'aide d'un indicateur de vitesse, dans les conditions de charge connues.
Les aimants conservent alors une forte rémanence utilisée à amortir le flux dans l'entrefer, la valeur de ce flux disponible pour l'amortissement, pouvant être réduite si on le juge nécessaire, par le ou les shunts 22.
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La fait que les aimants 18 sont noyés dans un conducteur non magnétique est avantageux pour plusieurs raisons. Ils sont protégés du contact accidentel d'éléments magnétiques, outils ou autres, susceptibles de mettre en court-circuit une partie de l'aimant, ce qui entraînerait une diminution de l'intensité d'aiman- tation. Le cadre venu de fonderie évite l'attraction par les aimants, de poussiez res magnétiques, limailles ou copeaux de fer, sauf au niveau de l'entrefer.
Pour protéger l'ensemble, axant terminaison du montage, on peut introduire dans les entrefers des coins de bois ou de toute autre matière non magnétique, ces entrefers étant la seule partie des aimants non recouverte par le cadre en matière fondue. Toutefois, on peut aussi prévoir une mince paroi de cette matière au-dessus des pièces polaires. Après montage, le cadre en matière fondue se trouve placé en- tre les aimants et les bobines, et il permet d'éviter la désaimantation par les courants à front raide, qui peuvent accidentellement circuler dans l'appareil en cas de court-circuits, de coups de foudre, etc...
Les aimants amortisseurs sont fixes par rapport à toutes les autres pièces fixes de l'appareil et, par conséquent, il ne peut y avoir de déplacement acciden- tel de la position des aimants par rapport aux pièces polaires, pivots, etc..., ce qui permet de retirerle disque ainsi que l'axe, et de le remettre en place avec le risque minimum de modifier l'étalonnement et aussi d'utiliser une suspension magnétique de l'axe 5. Les pivots 6 sont, de préférence, à suspension magnétique et supportent le poids total de l'élément en rotation. Les supports de ces pivots font partie intégrante du châssis.
On notera 1 ) que les aimants amortisseurs sont symétriques par rapport à un axe compris entre l'axe de rotation et le centre du système magnétique d'entraînement; 2 ) qu'une ligne joignant les centres des aimants amortisseurs passe sur le coté aimant de l'axe 5 ; et 3 ) que les aimants retardateurs sont très voisins des aimants d'entraînement. Cette disposition contribue à réduire toute la poussée latérale sur le disque et l'axe, comme on lta décrit dans le brevet belge 451.250 précité.
Du fait de la disposition des pôles des aimants retardateurs (fig.l),on notera que les flux retardateurs traversent le disque 4 dans le même sens, des deux cotés de l'axe, et que ces flux sont symétri- ques par rapport à l'axe. Cette disposition permet de réduite les vibrations du disque, dues à l'interaction du flux retardateur et des courants de Foucault en-. gendrés par les flux des bobines voltmétriques.
Dans le cas où la présente invention est appliquée à des compteurs compor- tant deux aimants d'entraînement, ou davantage, les éléments supplémentaires doivent @
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de préférence, posséder leur propre bâti venu de fonte, y inclus les aimants retardateurs.