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Les compteurs à courant alternatif du type usuel sont réalisés suivant le principe de Ferraris.Un disque d'alpminium à axe vertical tour- ne dans l'entrefer d'un système d'entraînement comportant une ou des bobines d'intensité et une bobine de tension. Ce système est réalisé de manière à obtenir, en.combinaison avec les courants de Foucault induits dans le dis- que,un couple de rotation qui est proportionnel à la puissance fournie au circuit consommateur.
De plus, un champ alternatif auxiliaire engendré par la bobine de tension, compense pratiquement les couples antagonistes du rotor êt du mécanisme d'entraînement de la minuterie.Un puissant aimant de freinage qui agit surlle disque fait en sorte que pour les vitesses de ro- tation usuelles du rotor, le couple d'entraînement et le couplé de freinage soient en équilibre.
Le couple antagoniste provoqué par le frottement des paliers et par le frottement de l'air n'est pas proportionnel à la vitesse angulaire du rotor, et de plus il est sujet à des variations dues à des effets inté- rieurs et extérieurs, ce qui affecte la précision de la mesure. Ces effets sont par exemple l'obliquité de l'axe du rotor ,l'usure et l'encrassement de la crapaudine et des organes d'entraînement, une modification du couple d'entraînement de la minuterie lors de l'entraînement simultané de plu- sieurs tambours de la minuterie.
Afin d'obtenir .malgré ces influences variables, une précision satisfaisante ,le couple d'entraînement du disque de Ferraris et le couple de freinage de l'aimant doivent être si grands que, dans la précision de mesure usuelle, lesdites modifications et variations dans les couples anta- gonistes du rotor et de la minuterie soient négligeables par rapport aux couples d'entraînement et de freinage. Les intenses champs d'entraînement et de freinage nécessaires à cet effet ne peuvent être engendrés que par de volumineux systèmes d'entraînement ét de freinage,De ce fait, le comp- teur acquiert de très grandes dimensions.
De plus, pour obtenir les intenses champs magnétiques nécessaires on s'efforce de réduire les entrefers, ce qui requiert des dispositifs correspondants pour le fin règlage.En outre, les petits entrefers provo- quent dès réactions de tension gênantes.
L'invention permet de réaliser un compteur de très petites dimen- sions obviant aurc inconvénient mentionnés des compteurs connus.
On a déjà proposé de loger le rotor d'un compteur électrique dans un.récipient à vide, afin de réduire au minimum le frottement de l'air.
Le système moteur et le système de freinage sont disposés à l'extérieur du récipient. Dans un tel dispositif, le logement du rotor et la transmission du mouvement du rotor à la minuterie présentent de sérieures difficultés.
On a proposé de provoquer à l'aide d'aimants montés sur l'axe du compteur et sur l'axe de la minuterie un couplage magnétique entre ces deux organes mais ceci alourdit le rotor et augmente donc le frottement dans le palier.
Dans le compteur conforme à l'invention, le poids du rotor est absorbé par un palier flottant magnétique à auto-centrage axial, tandis que le rotor et la partie correspondante sont logés dans un récipient en matière isolante, rempli de gaz raréfié.
Il y a lieu de noter qu'il est connu d'utiliser des paliers flottants magnétiques dans les compteurs électriques.Toutefois, il faut en outre que le rotor et les parties de palier correspondantes se trouvent dans un récipient rempli de gaz raréfié pour éliminer en grande partie les incon- vénients inrents aux compteurs connus et pour obtenir en outre des dimensions étonamment petites non seulement du rotor mais également des organes d'entraînement et des organes de freinage, donc de l'ensemble du
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compteur.Il en est particulièrement ainsi lorsqu'un palier flottant du type mentionné, prévu à l'extrémité inférieure de l'axe du rotor, exerce sur le rotor une force ascendante légèrement supérieure à la pesanteur,
la compo- sante verticale résultante étant absorbée par une pointe qui repose dans une cuvette de palier (crapaudine).
Le palier flottant magnétique est constitué par un aimant fixe et par un aimant solidaire du rotor. L'aimant fixe peut se trouver soit à l'extérieur soit à intérieur du récipient. Dans le premiér cas, le règlage de la pression dans la crpaudine peut s'obtenir facilement par un déplacement axial de l'aimant fixe. Dans le second cas, il y avantage à monter le roter avec toutes les parties du palier dans un cadre qui,pendant la fabrication, est rendu soli- daire d'une partie du récipient munie d'organes de centrage appropriés.
L'emploi d'un palier flottant magnétique n'est cependant pas suffi- sant pour réduire les dimensions du compteur, car le frottement dans 1' air est plutôt augmenté que réduit par la présence des aimants rotatifs.
L'emploi d'un récipient rempli de gaz raréfié réduit notablement les. per- tes par frottement dans l'air.On peut alors, pour une même précision de mesure ; utilisér un couple d'entraînement et un couple de freinage beaucoup plus petits, de sorte que la partie active du rotor peut être beaucoup moins encombrante que dans les compteurs connus.De plus, le poids total de la partie active du rotor diminue, de sorte que la partie mobile du palier flottant magnétique est très légère,par exemple d'un poids de quelques grammes oDans le cas d'emploi d'une crapaudine à l'extrémité supérieure de l'axe, un choix judicieux de la poussée magnétique axiale permet de réduire à une valeur extrêmement faible la pression axiale dans la crapaudne, et de rendre superflu tout graissage.
On a constaté que, comme matière pour les deux parties du palier flottant, on peut avantageusement'.utiliser un mélange d'oxydes ferromagnéti- ques connu.Le pids spécifique de cette matière est très bas et de plus ; sa résistivité est très élevée.De ce fait, le poids total du rotor diminue et les courants de Foucault engendrés dans les parties actives du palier flottant magnétique n'ont pratiquement plus d'effét.
Les systèmes d'entfaînement et de freinage se trouvent à l'extérieur du récipient.Pour que l'entrefer entre la partie du rotor conjuguée avec lesdits systèmes d'une part, et ces systèmes d'autre part, ne devienne pas trop grande, la paroi du boîtier doit entourer aussi étroitement que possi- ble le disque du rotor.Dans le palier flottant magnétique décrit ,des for- ces extérieurs radiales agissant sur lerrotor peuvent provoquer une plus grande excentricité permanente ou momentanée que dans les crapaudines usuelles.Afin d'éviter qu'une telle excentricité provoque des variations de l'écartement entre la partie active du rotor d'une part et la partie voisine de la partie active d'autre part, on donne de préférence à la partie active du rotor la forme d'un segmentsphérique dont le centre coïncide avec le point d'appui de la crapaudine.
Dans les compteurs usuels, le palier supérieur et la crapaudine inférieure, ainsi que les organes d'entraînement et de freinage sont montés sur des supports individuels.L'emploi d'un récipient permet d'utiliser ce- lui-ci comme support tan des organes intérieurs que des systèmes d'entrai- nement et de freinage extérieurs.:.Il en est particulièrement ainsi lorsqu' on utilise pour l'entraînement du compteur un système de bobines suivant le type du moteur assynchrone à phase auxiliaire décalée, faisant office d' enroulement de tension.
Dans les compteurs usuels, le frottement dans la minuterie joue un assez grand rôle.Celui-ci acquiert plus d'importance encore lorsque,
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comme dans le compteur conforme à l'invention, l'organe de mesure tourne pratiquement sans frottement.Comme dans le compteur conforme à l'invention le rotor se trouve dans un récipient à vide, ou rempli de gaz raréfié, le'comptage du nombre de tours effectué en un temps déterminé peut s'obte- nir sans dissipation d'énergie en provoquant l'entrainement de la minute- rie par une source d'énergie, en particulier par le secteur.A cet effet, le rotor peut comporter des dispositifs qui, pendant la rotation du rotor,li- bèrent ou coupent par intermittence un trajet de décharge entre des élec- trodes scellées dans la paroi du récipient et les impulsions de courant engendrées peuvent commander directement,
ou à distance, une minuterie électromagnétique, de sorte que la minuterie ne constitue pratiquement pas une charge pour le rotor.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non li- mitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut nôtre réalisée, les particularités qui ressorent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La fig.1 représente en coupe un rotor incorporé dans un récipient.
La fig. 2 est une vue du disque du rotor et de son axe.
Les fig.3 et 4 représentent d'autres formes de réalisation du compteur.
La fig.5 représenté schématiquement le mode d'entraînement de la minuterie?.
La fig. 6 montre un autre montage pour le système d'entraînement.
Le système représenté sur la fig.1 comporte un disque de Ferraris monté sur l'axe vertical 1. A son extrémité inférieure cet axe porte une bague 3 en matière ferromagnétique, de préférence en un mélange d'oxydes ferromagnétiques.A son extrémité supérieure l'axe porte une pointe 5 qui guide la cuvette 6. La bague 3 forme le rotor d'un palier flottant magné- tique dont le stator est une bague 4 entourant la bague 3 ét est en une même màtière que cette dernière.
La surface latérale extérieure du rotor 3 et la surface latérale intérieure du stator 4 sont coniques.Les deux bagues magnétiques permanentes sont aimantées dans le sens radial de manière que les pôles de même nom sont tournés l'un vers l'autre.La force magnétique dirigée vers le haut dépasse légèrement le pids du rotor de sorte que la pointe 5 s'applique avec une légère pression contre la cuvette 6.
Le disque 2 est en aluminium pur et toute sa surface est oxydée par voie anodique (c'est-à-dire recouverte d'une couche d'oxyde isolant).
De préférence, ses dimensions sont plus petites que celles du disque uti- lisé dans]les compteurs de type usuel.
L'ensemble constitué par la partie rotative du compteur, le rotor 3 du palier flottant magnétique, la crapaudine et le limiteur 7 est placé dans un récipient à vide end deux parties 11 et 12, de préférence en verre.
Les deux parties 11 et 12 sont assemblées hermétiquement à l'aide d'une couche d'émail 13, à bas point de fusion. Le stator 4 du palier flottant magnétique peut glisser sur le tube de la partie 12 du récipient, ce qui permet de régler la pression sur la crapaudine.
On pratique le vide dans le récipient 11,12 et on le dégaze par le queusot 14 ; on peut recourir à cet effet à des méthodes connues,par exemple le chauffage haute fréquence des parties incorporées, la vpori- sation de matière fixatrice de gaz etc.Le récipient peut ensuite être rem- pli d'un gaz approprié (par exemple Hg, Ee, Ne, Ar, Kr) sous faible pression.
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Dans la pareil récipient sont scellées deux électrodes 9, 10 disposées en regard l'une de l'entre, qui comme le mentionnera la suite du mémoire, peuvent fermer un circuit de commande de la minuterie.Le disque de Ferraris est percé d'une ouverture 8 (voir fig.) qui,à chaque tour, dégage pendant un instant le trajet de décharge entre les électrodes 9 et 10.
Le mélange gazeux et la pression du gaz dans le récipient ainsi que la forme et la nature des électrodes 9 et 10 correspondent à la technique utilisée pour la construction des tubes à cathodes froides (électrodes de molybdène).De préférence, par une forme particulière des électrodes (élec trode 9 ponctuelle, électrode 10 plane) on s'efforce d'obtenir un effet redresseur.
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Le disque et le boîtier du disque doivent avoir une forme telle que dans les positions du rotor dans lesquelles l'ouverture 8 ne correspond pas avec les électrodes, la décharge ne puisse se produire en contournant le bord du rotor.Ce résultat est également assuré par un choix judicieux de la tension dans le cirpùit des électrodes.Il peut être efficace de réduire la tension de secteur utilisée dans le compteur, à l'aide d'un poten- tiomètre, à une valeur favorable pour la décharge dans le gaz, ou d'augmen- ter cette tension à l'aide d'un enroulement de tension réalisé sous forme d'auto-transformateur. Par suite de la faible intensité de courant dans le circuit de déchargea il est également possible de prélever la tension pour le circuit de décharge d'une prise de la bobine de tension du système moteur.
Il est parfois recommandable de prévoir dans l'une des chambres d' électrodes une anode auxiliaire qui assure une continuité de l'ionisation par- l'intermédiaire d'une résistance suffisamment élevée et éventuellement d'autres moyens auxiliaires.Dans le même but, on peut appliquer sur les électrodes une couche de substance radio-active.
Entre les électrodes 9 et 10, le circuit de commande de la minu- terie est fermé, respectivement ouvert, d'une manière intermittente,suivant le nombre de tours du disque. Sur la fig.1, le système moteur et le système de freinage ont été omis.Comme d'usage ,ils peuvent consister en systèmes magnétiques qui entourent le disque et qui sont prévus à l'extérieur du bottier(voir fig.3).Le couple antagoniste étant réduit à une fraction de la valeur usuelle dans les compteurs normaux ,il suffit d'un très petit cou- ple moteur pour provoquer la rotation du disque.Le système moteur et le système de freinage peuvent donc avoir de très petites dimensions.
La fig.3 montre que la partie active du rotor affecte la fore d'un segement sphérique dont le centre coïncide avec le point 5 de la crapaudine 5,6.Le récipient à décharge 11, 12 est adapté à cette forme du rotor.
L'agencement et la forme du rotor et du récipient représentés sur la fig.3 font en sorte que dans la zone d'action du limiteur à action radiale (paroi du récipient) d'éventuelles excentricités ou voilages de l'axe du rotor ne provoquent pas de variations d'écartement entre la sur- face du rotor et la paroi inférieure du récipient, pas plus que des varia- tions du trajet des lignes de force entre le système moteur et le système de freinage d'une part et le segment du rotor d'autre part.
La sphéricité des parties du récipient entourant le segment roto- rique augmente également la résistance mécanique du récipient.
Dans la forme de réalisation représentée sur la fig.3 le système moteur 17,18 et le système de freinage peuvent entourer la partie rotori- que active d'une manière telle que les lignes de force pénètrent d'un côté dans le segment sphérique et en sortent de l'autre,Il suffira bien souvent
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de disposer ces systèmes d'un seul côté, de manière que les lignes de force entrentnt et sortant du même côté du segment. Au lieu de l'ouverture 8(fig.
2) qui, sur une partie déterminée de la rotation totale du rotor dégage la voie de décharge @ 9 et 10 disposées en regard l'une de l'autre des deux'côtés du rotor, dans la forme de réalisation représentée sur la fig.3 le rotor lui-même est inséré périodiquement dans le circuit du courant de décharge.La couche isolante qui recouvre le rotor est suppri- mée dans la zone dans laquelle, dans l'exemple décrit, se trouve l'ouver- ture 8 (fig.2).
Cette partie de la surface peut être recouverte d'une plaque de molybdène conductrice 15 qui est relies au corps du rot or.A la surface terminale de l'extrémité inférieure de l'axe est fixée, de la même manière, une plaquette de molybdène 16 qui se trouve en regard de l'élec- '.trode fixe 10,(cette dernière faisait également office dans l'exemple con- 'sidéré , de limiteur axial pour la palier flottant 3,4).
Pendant les périodes, revenant à chaque tout du rotor, pendant lesquelles la plaquette 15 se prouve en regard de l'électrode 9; le courant de commande de la source de tension s'écoule vers l'électrode 9, et dé là, par le trajet de décharge 9-15 et par le métal du noyau du rotor vers'-11 électrode de molybdène 16, d'où il se dirige suivant le trajet de décharge
16-10 et l'électrode 10, par l'intermédiaire de l'enroulement de commande de la minuterie, vers l'autre pôle de la source de la tension.
La fig.4 montre une autre forme du rotor avec récipient à décharge Le récipient fait en même temps officede porteur pour l'enroulement d' intensité 17 et la bobine de tension 19 qui sont insérés, opmme moteur asynchrone à courant décllé en avant dans l'enroulement auxiliaire, à 1' extérieur du récipient.Les enroulements peuvent être assemblésentre eux et au récipient à l'aide de ciment.Pour guider le flux, on a prévu à 1' extérieur du récipient, une fôle 18 de matière ferromagnétique et à l'inté- rieur du boîtier, une tôle 20 de même matière. La tôle 20 est portée par un manchon 26 qui est guidé danzlla partie tublaire 25 de la partie supérieure du récipient de verre.Le manchon fait dn même temps office de support pour la cuvette 6 de la crapaudine.
La forme de réalisation représentée sur la fig.4 diffère en outre de celle représentée sur la fig.3 par le fait que le palier flottant mag- nétique est constitué par deux parties aimantées dans le même sens.Le rotor est constitué par une tige aimantée et son centre de gravité [se trouve lé- gèrement au-dessus de celui de la bague du statq.
Le montage du disppsitif décrit, comme compteur monophasé simple- tarif, est représenté sur la fig.5.A la périphérie du boîtier du rotor se trouvent les électro-aimants 17, 19 qui engendrent un champ tournant La bobine de tension 17 et la bobine d'intensité 19 sont montées de la manière usuelle.
Dans ce montage, le courant traversant la bobine de tension est décalé d'environ 90 en arrière par rapport à la tension de secteur.Le circuit de la bobine de tension est inductif.
Toutefois, dans le cas d'emploi du dispositif représenté sur-la fig.4, il peut être avantageux de connecter la bobine de tension aux bornes du secteur par l'intermédiaire d'un condensateur 30, le tout de façon que le courant dans la bobine de tension soit décalé en avant d'environ 90 ,par rapport à la tension du sectour. Cé montage est représenté sur la fig.6.Les bobines d'intensité et les bobines de tension sont supposées être dévelop- pées dans le plan du dessin.
Le trajet de décharge commandé par-la rotation du rotor est branché en séte avec un mécanisme de commutation par échelons muni d'un
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relais 22 (fig.5) derrière la bobiné d'intensité 18, sur la tension du secteur.De ce fait, après la suppression de la charge, le rotor poursuit lentement son mouvement jusqu'à ce qu'il coupe le courant de commande.La bobine d'excitation du relais 22 fait en même temps office d'impédance auxiliaire pour la décharge entre les électrodes 9 et 10, ce qui assure au circuit du courant de commande une caractéristique intensité du courant tension positive.
L'armature du relais de commutation échelonné 22 commande, à chaque tour du rotor , un cliquet qui, de son côté,provoque l'avancement sur une distance d'une dent, d'une roue à rochet 23. Cette roue à rochet est accouplée directement ou par l'intermédiaire.d'une transmission à la mi- nuterie 24.
Il va de soi que l'on peut également utiliser d'autres disposi- tifs d'entraînement déjà connus pour la minutera.
La transmission électrique du nombre de tours du rotor à la minute- rie offre encone l'avantage que la position relative ainsi que la distance entre le rotor et la minuterie ne sont pas déterminées¯par des moyens de transmission mécanique.Le bloc du 'rotor et la minuterie correspondante n' étant reliés que par une ligne de commande, il est possible de séparer le bloc du rotor de celui de la minuterie. De ce fait, on peut rassembler en un point de contrôle central les minuteries d'un grand nombre de blocs rotors montés en des points appropriés des circuits dé courant principal.
Au lieu d'un assemblage par fils entre le bloc rotor et la minuterie on peut également envisager une transmission par onde porteuse des impulsons de commande.Il est également possible de connecter plusieurs minuteries'avec relais de commutation échelonné directement, ou par l'intermédiaire d'un relais de commande, en parallèle sur un bloc' rotor.Il va de soi que l'on peut réaliser une commutation électrique sur des minuteries à tarif diffé- rent à l'aide d'horloges de commutation ou de systèmes à télécommande.De plus ; les compteurs conformes à l'invention peuvent être réalisés pour du courant triphasé, tant pour phases équilibrées que pour phases dés,équili- brées.