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" Perfectionnements aux dispositifs de règlage automatique, de contrôle et de commutation des installations pour l'éclairage électrique des trains ou des installations analogues." La présente invention concerne les dispositifs de règlage automatique et de commutation des installations d'éclairage électrique des trains ou des installations analogues.
Les électro-aimants et les solénoides utilisés jusqu'à présent dans de tels régulateurs ou disjoncteurs possèdent un grand nombre de défauts, tels que par exemple les inexactitudes dues à la modification .de l'entrefer, l'énergie insuffisante, à moins de leur donner de très grandes dimensions, des inconvénients dûs aux effets de
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température et leur tendance à une action spasmodique ou brusque.
D'après la présente invention, on prévoit une combinaison de dispositifs dynamo-électriques et mécaniques, les dispositifs dynamo-électriques, tels que par exemple un moteur à vitesse variable, étant sensibles aux variations électriques du circuit ou de l'installation à régler ou à contrôler et les dispositifs mécaniques, tels que par exem- ple un régulateur centrifuge, étant entrainés par les dis- positifs dynamo-électriques, de façon à produire les efforts mécaniques nécessaires pour effectuer l'opération de règlage ou de commutation désirée.
L'invention est tout particulièrement utile dans les installations comprenant une batterie d'accumulateurs unique du type utilisé:dans les trains. Elle peut par exem- ple être utilisée dans une telle installation pour mainte- nir un règlage exact de la tension du courant d'alimenta- tion des circuits de consommation.
Les dispositifs de réglage, d'après l'invention, peuvent être utilisés en outre en même temps pour faire va- rier l'excitation de la dynamo de l'installation, par exem- ple en exerçant un contrôle sur cette excitation en fonc- tion de la valeur de la charge ou encore en assurant des conditions déterminées à l'avance pendant le chargement de la batterie de l'installation.
Le moteur électrique utilisé aura, de préférence, une caractéristique de vitesse se rapprochant sensiblement de la ligne droite, Dans ce but, il sera muni d'un aimant de charnu permanent en acier au cobalt. La valeur électrique
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variable peut être appliquée à l'armature du moteur. On peut en même temps prévoir un champ d'excitation auxiliaire et appliquer les variables électriques à celui-ci.
Sur le dessin annexé, les figures 1-2-3-4- sont respectivement des vues en élévation latérale, en plan, en coupe tranversale et en coupe axiale -L'un régulateur de tension à lampes.
Les figures 5-6-7-8 sont des vues de détails en perspective de ce régulateur, et la figure 9 est un schéma de montage.
Les figures 10 et II sont respectivement une vue en élévation et une vue en plan du régulateur de charge de la batterie.
Les figures 12- 13 sont des vues de détails, en perspective, de ce régulateur, et les figures 14 et 15 sont des schémas de montage.
En se référant d'abord aux figures de 1 à 8, on voit que le moteur électrique comprend : une armature en fer en deux parties 1 et 2 traversée par des conducteurs communs 3 reliés à un collecteur unique 4. L'arma-cure, ayant une résistance faible, n'est jamais portée de hau- tes températures et par conséquent n'a jamais à souffrir des variations de température.
La partie principale 1 (le l'armature est disposée dans le champ d'un aimant permanent bi-polaire 5 dont on peut voir'la forme sur la figure 6. L'aimant permanent est fait en acier au cobalt hautement aimanté, cet acier possé- dant la permanence maximum. L'aimant est constitué pratique-- ment par deux parties en forme de sabots ayant des pièces
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polaires nord et sud communes 6. Au milieu de chaque pièce polaire se trouve une partie latérale 7 destinée à faciliter le passage du flux à travers l'armature en fer 1.
Le moteur tourne à une vitesse dont les variations suivent très exactement les tensions aux bornes.
Les mêmes résultats peuvent être obtenus avec des électro-aimants de champ dont l'enroulement est tel que l'ex- citation produise une sur-saturation magnétique.
La section 3 de l'armature est placée dans le champ d'un aimant bi-polaire excité 8 constitué par uh' joug 9 constitué par un certain nombre de lamelles empilées.
Entre les diverses lamelles de l'organe 9, pénètrent des lamelles semblables de bras magnétiques 10 dans les extré- mités forment les pièces polaires 11 (voir figure 8).
Le ou les enroulements de champ 12 sont disposés sur le joug 9. Ces enroulements peuvent être enlévés pour être examinés ou remplacés avec une grande facilité. En effet, il suffit,pour pouvoir les enlever, de dévisser les boulons 13.
Les bras magnétiques 10 pénètrent dans un noyau non magnétique, par exemple en bronze, percé d'un trou cen- tral de diamètre approprié. Ce noyau forme donc un organe annulaire 14 dont la surface intérieure prolonge les faces polaires des pièces polaires 11 (figure 7).
Le joug 9 peut être enlevé même par une personne inexpérimentée, sans que cela modifie le réglage des pièces polaires 11.
Les cônes polaires sont légèrement amincis, comme on le voit sur le dessin. L'aimant 5 et l'organe annulaire 14
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sont dressés comme on le voit en 15 pour faciliter la mise en place de l'enroulement 12.
Comme on doit 4viteà- de pratiquer dans l'aimant 5 des coupures ou des trous, cet aimant, ainsi que l'aimant 8, sont maintenus ensemble et sont supportés par la paroi 16 du carter, de la manière suivante :
Le bloc aimant 5 est entaillé comme on le voit en 17 et en 19. Dans ces entailles pénètrent les parties 18 et 20 de la paroi 16 et de l'organe 14 La face opposée de l'organe 14 est entaillée en 21 pour recevoir la partie 22 d'une bague d'extrémité 23. Cette bague 23, l'organe annulais re 14 et la paroi 16, sont percés d'un trou destiné au pas- sage de longs boulons non magnétiques 24 qui traversent le bloc 5 en passant par des espaces 25.
Etant donné que les trous de passage des boulons de l'organe 14 sont filetés sur une partie de leur longaaur (figure 4), il suffit de visser les boulons 24 dans l'or- gane 14 pour fixer l'aimant entier d'une manière solide à la paroi 16. La bague 23 peut être ensuite immobilisée au moyen d'écrous 26 avec interposition de rondelles élastiques 27. La bague 23 supporte un palier à billes 28 pour l'arbre d'armature 29. Ele porte également les porte-balais 30 pour le collecteur 4, par l'intermédiaire d'un organe 31 porté par des bras 32. Le palier et le porte-balais sont ainsi amovibles, sans que l'on touche pour cela aux aimants 5 et 8. Le collecteur, le balai et le porte-balais sont protégés par un couvercle 33.
A l'extrémité opposée à celle où se trouve le
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palier 28, l'arbre 29 du mo:tte1Jl1> :e$-t ,:1 à."l1n manière
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amovible à, l'arbre 34 du régulateur. L'extrémité de l'ar- bre 29 est élargie de manière à former une tête creuse 35 traversée par une tige 36 pénétrant dans une fente d'une tête sensiblement sphérique 37 de l'arbre 34. Cette tête 37 est placée librement à l'intérieur de la tête creuse 35. Un ressort de compression 38, placé à l'intérieur de la tête 35, s'appuie contre la tête sphérique 37 par l'in- termédiaire d'une rondelle 39.
Au voisinage immédiat de la tête 37, l'extrémité de l'arbre 34 est montée dans un palier à billes 40 placé dans un organe 41 fixé à la paroi 16 du carter.
L'armature du moteur peut être ainsi séparée du régulateur sans toucher au mécanisme de celui-ci ou.au palier, ce qui facilite son remplacement ou des opérations analogues.
En outre, l'accouplement élastique 35-39 entre les arbres 29 et 34 diminue l'importance de la précision de montage lorsqu'on remet en place, au centre, l'armature, puisque ce dispositif s'ajuste automatiquement jusqu'à un certain point.
Sur l'arbre 34 du régulateur est claveté un man- chon fixe 42 portant trois paires d'oreilles 43. Dans chacun de ces organes pivote une extrémité d'une ielle 44.
Les bielles 44 pivotent à leurs autres extrémités par rap- port à des épaulement intérieurs 45 des trois poids sembla- bles 46 du régulateur. Ces poids forment, à l'état de re- pos, un ensemble clos ayant sensiblement la forme d'un tonneau ( voir figure 4).
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Des bielles 47 pivotent par rapport à des épaule- ments 48 pratiqués sur les poids 46. Ces bielles sont re- liées d'autre part, de manière à pivoter par rapport à des oreilles 49 d'un manchon 50 mobile dans le sens axial et pouvant coulisser sur une portée de diamètre réduit 51 de l'arbre 34. L'extrémité de cette portée 51 est montée dans un palier à billes 52 fixé à la plaque d'extrémité 33 du carter. Il est facile de graisser et de surveiller, d'une manière appropriée, les paliers à billes 28, 40 et 52, sans toucher au régulateur.
Le ressort 54 du régulateur enroulé autour de l'arbre 34 s'appuie contre l'épaulement 55 des manchons 42 et 50. Comme on le voit sur les figures 3 et 4, ce ressort est entouré entièrement par les poids 46 lorsque ceux-ci se trouvent au repos et est protégé ainsi contre tous accidents.
Les poils 46 doivent être relativement lourds, tout d'abord pour produire un effort mécanique suffisant pour effectuer la fonction de réglage et ensuite pour résister aux effets momentanés qui peuvent provoquer une montée du régulateur. Le poids nécessaire peut être obtenu en donnant aux parties médianes des poids 46 une épaisseur plus grande, comme on le voit sur la figure 4.
Une compression exagérée du ressort 54 est empê- chée par le contact des manchons 42 et 50.
Le fouettèrent entre l'arbre 51 et le .manchon 50, pendant le mouvement axial dudit manchon, produit par
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l'action commune des poids 46, est réduit autant que possi- ble par deux manchons enduits de graphite 56 et une gorge annulaire 561 remplie de graphite et de graisse.
Un manchon qui ne peut tourner, 59, est monte sur le prolongement 57 du manchon 50 par l'intermédiaire d'un roulement à billes 582 Le long de ce manchon s'étend une crèmaillère 60 (voir figure 3) dont l'axe est disposé dans un plan formant un angle de 45 avec la verticale.
En ppposition diamètrale avec la crèmaillère 60, le manchon 59 est Enfui d'une gorge longitudinale 61 dans laquelle pénètre un doigt 62 monté dans un support 63 fixé sur la base 64 du carter. Le manchon 59 peut ainsi cou- lisser avec le manchon 50, mais ne peut pas tourner avec celui-ci. La crémaillère 60 engrène avec un pignon 65 fixé sur une tige oblique 66 montée dans des roulements à billes 67 portés par des bras 68 et 69 fixés respective- ment aux parties 70 et à la base 64 du carter. A l'extré- mité supérieure de la tige 66 est fixée une grande roue à chaine 71 sur laquelle passe une chaine sans fin 72, cette chaîne.passe ensuite autour d'une petite roue à chaine de guidage 73 montée par l'intermédiaire d'un roulement à billes sur un arbre 74 fixé à la paroi d'extrémité 16 du carter.
L'un des maillons du brin supérieur de la ch@@ne est relié d'une manière.amovible à un organe isolant 75 muni d'une fente inclinée et fixé à un cadre porte-balais en forme de H 76.
Les diamètres du pignon 65 et de la roue à chaine 71 sont calculés de manière à donner le rapport de trans-
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mission nécessaire entre le mouvement du manchon du régu- lateur et celui des paliers.
Le cadre porte-bal is 76 est muni d'un certain nombre de supports pour les balais principaux 77- 78 et pour les balais auxiliaires 79, 80. Chaque balai principal a une forme sensiblement triangulaire. Toutefois, sa base est constituée par deux faces (voir figure 4) formant entre elles un angle très faible.
Les balais 77, 78 sont fixés chacun dans un balancier 81 pivotant dans un support 82 du cadre porte- balais 76. Le pivotement est réalise au moyen de tourillons pénétrant dans des ouvertures 821 dont la forme permet le rattrapage de l'usure des balais. Chaque balancier 81 est soumis à l'action d'un ressort 83 enroulé autour de la tige de guidage 84.
A son extrémité supérieure, chaque ressort 83 s'appuie contre une rondelle 85, dont la surface courbe supérieure pénètre dans l'extrémité inférieure de forme correspondant d'un bouchon de réglage 86 vissé dans la partie supérieure du cadre 76.
La tige 84 traverse librement la rondelle 85. A son extrémité inférieure, le ressort 83 s'appuie contre un
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bloc pivotant 87, dans lequel est montée la tie 84.
Si l'une des faces du balai 77 ou 78 (la face droite sur la figure 4) se trouve en position de contact, le ressort 83 s'incline légèrement vers ce côté et doit être comprimé légèrement avant que le balai puisse être ame- né dans la position opposée. Ceci empêche un pivotement
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accidentel du balai ou son maintien dans la position inter- médiaire. Pour éliminer toute possibilité d'accident dû au passage d'un courant trop fort prolongé à travers le bord aigu. existant entre deux surfaces du balai, on prévoit de petits balais auxiliaires 79 et 80. Ces balais sont cons- titués par de simples blocs soumis à l'action de ressorts 88 dont la compression peut être réglée au moyen de vis 89.
Le balancier 81 et le balai 79 (ou 80) sont reliés par une connexion flexible 90, les balais 77 et 78 étant reliés électriquement par le cadre 76.
Les balais se déplacent sous l'action de la chai- ne 72 d'un mouvement alternatif en se rapprochant et en s'éloignant des bandes de contact 91, 92 formant des col- lecteurs plats.
Ces bandes collectrices sont constituées par des segments 93 montés dans des barres 94 en forme de U et dont elles sont séparées par des isolants 95.
Les segments de chaque bande, séparés par de fi- nes couches de mica, sont maintenus ensemble entre une bu- tée fixe 96 de la barre 94 et une plaquette 97 contre la- quelle s'appuie une vis 98 traversant une plaque fixe d'ex- trémité 99.
Pour supprimer toute tendance de la bande à se soulever, la vis 98 est disposée au-dessus du centre des segments 93. En plus, à titre de précaution, l'un des seg- ments 93 ou plusieurs de ces segments sont fixés à la par- tie inférieure. L'un de ces segments est représenté sur la figure 4. On voit sur cette figure la manière dont il est maintenu au moyen d'une vis 100 traversant librement une fente allongée 100' pratiquée dans la barre 94 et vissée
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dans un segment 93'.
L'écrou 101 de cette vis 100 est isolé de la barre 94 au moyen d'une rondelle isolante 102 munie d'un rebord qui entoure la partie de la vis 100 qui se trouve dans la fente 100'. Les barres 94 sont fixées au moyen de vis 109 à des oreilles 103 du carter. Elles sont munies elles-mêmes d'oreilles 104 dans lesquelles passent des tiges de guidage 105. Le cadre porte-balais 76 est monté et guidé sur ces tiges 105 au moyen d'oeillets 106. La forme des balais et des contacts facilite la surveillance et le remplacement des organes. Comme on le voit sur les figures
1 et 3, les éléments résistants 110 reliés entre les seg- ments 93 par des fils 107 sont placés dans des espaces formés de chaque côté de la partie active du régulateur au moyen de plaquettes 111 munies de fentes destinées à faciliter le refroidissement.
Ces éléments résistants 110 sont constitués par des sections en zig-aag de fils ré- sistants serrés en haut et en bas entre des écrous 112 de bornes à vis 113 montées dans des plaques isolantes résistant à la chaleur 114. Les vis 113 sont reliées der- rière les plaques 114 à des conducteurs 107, les vis supé- rieures et inférieures 113 sont décalées et sont reliées en outre aux segments de contacts successifs 93.
Le carter est fermé a son extrémité supérieure par un couvercle 115 fixé par des boulons pivotants et des écrous à oreilles 115'. Une garnitu@e 116 en matière fibreuse sert faire joint étanche entre le carter et le
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couvercle.
Les connexions électriques extérieures du régu- lateur sont, de préférence, constituées par des bornes (non représentées) montées dans les parois extrêmes 16 du carter. Les conducteurs qui mènent du mécanisme au balai 30 peuvent passer de chaque côté du boulin inférieur 24 à travers des trous 14' de l'organe annulaire 14, à tra- vers l'espace 25 ménagé au bas de l'aimant permanent et à travers des trous pratiqués dans la paroi extrême 16, à l'intérieur de laquelle ils se rendent vers les extrémités arrière de ces bornes.
Le principe des régulateurs de ce type dans leur forme la plus simple est décrit en se référant à la figure 9 qui montre les parties essentielles d'un système d'éclai- rage de trains à une seule batterie. On voit sur ce dessin. en 120 la dynamo, en 121 un disjoncteur, en 122 la batterie et en 123 la charge constituée par des lampes.
La résistance du régulateur composée par des éléments IIO prend la place de la résistance à lampes normale entre le pôle positif de la batterie et la charge, la résistance en circuit dépendant de la position des ba- lais 77- 78. L'armature 3 du moteur du régulateur est branchée aux bornes de la dynamo 120, sa vitesse augmen- tant ou diminuant avec la tension de la dynamo. De telles variations de vitesses provoquent des mouvements du régu- lateur et un règlage de la position des balais, une aug- mentation de la tension de la dynamo entrainant une aug- mentation de la vitesse de rotation du moteur, un dépla-
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cement des bal is 77, 78 vers la droite (voir figures 4 et 9).
Dans le mode de réalisation simple représenté, le champ d'excitation du moteur (non représenté sur la figure 9) peut être utilisé pour le réglage. En effet, il est possible, en réglant l'excitation, de régler le régu- lateur de manière à obtenir la résistance désirée pour toutes charges. On peut également relier en série avec appareil d'utilisation un enroulement do l'aimant de champ auxiliaire et le régler de telle manière que le réglage soit modifié automatiouement pour les diverses charges.
En utilisant des résistances différentes entre les segments 93 ou encore en utilisant des segments le lar- geurs différentes, on peut obtenir toute courbe de rapport désirée entre la tension de la dynamo et la résistance à lampes. Par exemple, il peut être désirable d'obtenir des résistances de limitation plus élevées pour deb tensions élevées de la dynamo. Les segments des bandes 91-92 du collecteur sont décalés ,le manière à donner un réglage plus sensible avec les balais parallèles 77-78.
Les balais 77- 78 sont montés sur des supports pmvotants ou sur des balan- ciers, comme on l'a déjà dit plus haut, afin que les mêmes résistances à lampes soient données sélectivement par le régulateur, autant que possible, pour les diverses tensions de la dynamo soit que cette tension monte, soit qu'elle descende. On tient compte du temps perdu dans la partie rnécanique de l'appareil lorsqu'il se produit un renversement
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de sens du chariot 76 en s'arrangeant pour que les balais 77, 78 se déplacent vers l'avant d.ans le sens du nouveau mouvement lorsque se produit le renversement du mouvement.
La figure 4 montre un balai 78 commençant son déplacement vers la droite. La surface de droite de ce balai restera en contact tant que son mouvement vers la droite continue.
Si à un moment quelconque le balai commence à se déplacer vers la gauche, le frottement provoquera son oscillation de telle sorte que ce sera en face de gauche qui viendra en contact, cette légère avance étant suffisante pour compenser le temps perdu.
Sur la figure 9 on voit également un second élé- ment régulateur 124 pouvant être utilisé seul ou en combi- naison avec celui qui vient d'être décrit. Dans le premier cas, ce deuxième élément sera construit de la même manière que celui représenté sur les figures de I à 8. Par contre, dans le deuxième cas, il pourra comprendre un deuxième jeu de bandes de collecteur et de commande des balais actionné par un moteur unique et par un mécanisme régulateur.
Ce régulateur agit sur le champ 125 d'excitation de la dynamo de manière à ma@ntenir sa tension constante autant que cela est possible malgré les variations de la vitesse de la dy- namo. Le mode de fonctionnement est évident.
Sur les figures de 10 à 13, on a représenté, un régulateur utilisé pour la charge d'une batterie. Si la batterie est chargée avec un courant constant, la tension de charge s'élèvera jusqu'à un point qui précède la charge
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complète et où se produisent certains phénomènes indésira- bles tels qu'un dégageaient de gaz. Si on continue alors la charge, la batterie ne sera pas chargée complètement. On a par conséquent trouvé préférable de charger la batterie en plusieurs temps avec des courants progressivement décrois- sants.
Ce résultat peut être obtenu en modifiant progres- sivement les conditions de la charge, par exemple en rédui- sant l'excitation de la dynamo ou en mettant en circuit des résistances en série, la variation de la tension pour chaque période -le charge étant maintenue entre des limites qui em- pêchent la production des effets nuisibles ci-dessus men- tionnés. Par conséquent, un régulateur qu'on utilise dans ce but doit tresensible à une certaine tension maximum aux bornes de la batterie et doit être organisé de manière à réduire le courant de charge successivement à des valeurs de plus en plus basses.
Comme les variations de la tension d'une batterie d'éclairage d'un train peuvent être de l'ordre de 2 ou 3 volts seulement, on peut utiliser avantageusement un dispositif qu'on peut dénommer : "un relais électro- mécanique". Avec ce dispositif, lorsque la limite supérieure de la faible variation de tension est atteinte, il se dé- clanche instantanément un effort mécanique considérable suffisant pour effectuer l' opération de réglage ou de commu- tation nécessaire, Par conséquent, le régulateur, tout en étant très sensible, ne consomme qu'un courant relativement faible.
Le régulateur de charge de la batterie diffère du régulateur de la tension des lampes principalement par le
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mécanisme mécanique utilise. En outre, il a, généralement, des dimensions plus faibles. L'aimant de charge d'excitation 130 est constitué, dans ce cas, par un cadre rectangulaire bi-polaire formé par des lamelles et entouré par des enrou- lements 131. Comme dans le cas précédent le support du palier d'extrémité 132, l'aimant d'excitation 130 et l'aimant per- manent 133 sont reliés entre eux rigidement au moyen de bou- lons 134 qui traversent également les parties extrêmes du bâti 135 et 136. L'arbre' principal 137 porte deux poids de régulateur 138 lesquels, lorsqu'ils se trouvent dans leur position de repos, forment un cylindre qui entoure un res- sort 139.
Les poids sont reliés à un manchon 140 pouvant se déplacer le long de l'arbre et pouvant tourner en plus par rapport à un organe annulaire 141, lequel ne peut pas tourner. En outre, le manchon 140 ne peut pas se déplacer dans le sens axial par rapport 1, l'organe annulaire 141.
Un levier fourchu 143 est monté sur des tourillons 142 por- tés par l'organe annulaire 141. Le levier 143 est articulé au moyen de bielles 144 à des oreilles fixées au bâti 135.
A son extrémité supérieure le levier 143 est relié par une bielle 145 à une barre coulissante 146, de manière à pouvoir pivoter par rapport à celle-ci. La barre 146 s'étend sur toute la longueur du régulateur. Cette barre est montée dans des supports 147 munis de fentes.
A l'extrémité annulaire de cette barre 146 est prévue une fente 148 dans laquelle est placé un cliquet pivotant 149. Ce cliquet agit en combinaison avec des dents 150 d'une roue à dents inclinées 151 montée sur un arbre 152.
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Cet arbre est monté dans les plaques latérales du bâti 153 au moyen de vis règlables 154, dont les extrémités pé- nètrent dans les extrémités creusées (voir figure 12) de cet arbre. L'arbre 152 porte également un tambour de régula- teur 156, ce tambour est constitué par une âme en bois dur ou en toute autre substance isolante sur laquelle sont fi- xées des plaques triangulaires en cuivre 157 enroulées au- tour d'une partie de la surface du tambour. Entre les bords inclinés des plaques 157 et l'âme isolante 156 est placée une bande 158 découpée en échelons et faite en une matière ne risquant pas d'être altérée par les étincelles.
Les pla- ques métalliques 157 et 158 sont reliées électriquement en- tre elles, tandis qu'une oreille 159, formée sur la plaque 157, est reliée, au moyen d'environ deux tours d'un ressort en spiral 160, avec une vis d'extrémité I6I montée dans une bande isolante 162. Des contacts élastiques 163, dont le nom- bre correspond à celui des échelons de la bande découpée pla- cée sur la surface du tambour, sont destinés à coïncider avec ces échelons. Ils s'appuient sur le tambour au moven de ga- lets 164. Les contacts élastiques 163 sont montés sur une base isolante au moyen de vis 165. Le ou les circuits com- mandés sont reliés aux vis 161 et 165.
A l'une de ses extrémités l'arbre 152 est entouré par un ressort d'horlogerie 166 qui tend constramment à faire tourner 1¯'arbre dans le sens inverser des aiguilles d'une montre. L'extrémité extérieure de ce ressort I66 est fixée à un carter 167 monté sur l'une des plaques latérales 153
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du bâti. Pendant le fonctionnement normal du régulateur, on empêche le tambour 155 de revenir dans sa position de repos au moyen d'un cliquet 168 maintenu en prise avec les dents I50 au moyen d'un ressort à lame 169. Le cliquet 168
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A-0â,tl" est muni de :4 pénétrant dans les plaques 170 fi- xées au bâti du régulateur au moyen de vis 171.
Pour dégager le cliquet 168, on utilise une tige
172 montée sur la barre 146. Cette tige, lorsque la vitesse du régulateur tombe au-dessous d'une certaine valeur, se déplace vers la gauche (figure 12) et vient en contact avec l'une des extrémités d'un levier 173 pivotant en 174 par rapport à une plaque 175 faite en une matière dure et iso- lante.
L'autre extrémité du levier 173 est reliée par une bielle recourbée et tordue 176 avec un bras 177 fixé rigi- dement à un court abbre 178. L'arbre 178 est monté dans une oreille verticale 179 d'une plaque 180 portée par l'une des plaques latérales 153 du bâti, A l'extrémité de cet arbre 178 la plus éloignée du bras 177 est fixé rigidement un bras 181 relié par une bielle 182 à un organe en forme d'arc 183, de manière à pouvoir pivoter par rapport à cet organe. L'organe 183 est muni d'une fente 184 en forme d' arc .
Cet organe peut tourner librement par rapport à un tourillon
168' du cliquet 168. A l'extrémité de ce tourillon est fixé un court arbre 185 muni d'une tige 186 qui s'engage dans la fente 184. La butée 170 du levier 173 imprime au cliquet
168 un mouvement de rotation dans le sens inverse des aiguil- les d'une montre, en la dégageant par cette rotation des
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dents 150. Pour libérer le cliquet 149, lorsque la vitesse du régulateur tombe au-dessous d'une valeur déterminée à l'avance, l'extrémité de ce cliquet est appuyée par un res- sort il lame 187 qui déplace alors le cliquet de la position représentée en pointillé à la position représentée en traits pleins à la figure 10. Le ressort 187 est fixé à la plaque 180 et se trouve normalement hors de prise d'avec le cliquet 149.
On empêche le tambour 155, lorsqu'il revient en arrière, de dépasser sa position initiale au moyen d'une butée 188 qui vient porter sur une plaque 170 (voir figure 12).
La barre coulissante 146 porte également deux con- tacts élastiques semblables 189, 190. Le contact élastique 189 est constitué par l'extrémité d'un ressort spiral 191 placé dans un carter 192 fixé à la barre 146 mais isolé par rapport celle-ci. Ce contact est destiné à coulisser, pen- dant le fonctionnement du régulateur, sur une barre de con- tact métallique 193. La continuité de la surface de contact de la barre 193 est rompue par un doigt 195 fait en matière isolante dirigé obliouement vers le bas et pénétrant dans une gorge 196 (figure 13) pratiquée dans la barre 193. Ce doigt 195 est fixé à un petit bloc en matière isolante 197 pivotant en 198 par rapnort à la barre 193. Le doigt 195 est maintenu normalement dans une position telle que son extrémité soit située dans la fente 196.
Il est maintenu dans cette position au moyen d'un ressort à lame 199. Si la barre 146 se déplace vers la droite, sur les figures représentées, le contact élastique 189 coupe le contact en glissant sur le doigt 195. Lorsque le mouvement continue, le contact 189 sera
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amené par dessus ce doigt en contact avec la barre 193 en rétablissant le contact élastique. Si maintenant le contact 189 se déplace vers la gauche, il s'engage au-dessous du doigt 195 (découpé en 200 dans ce but) et retiendra à sa position initiale en passant au-dessous de ce doigt 195, qu'il soulèvera en surmontant l'action d'un ressort 199.
Par conséquent, pendant ce mouvement en arrière, le contact ne sera pas coupé. Des parties identiques 191' 200' sont prévues sur le contact 190. Toutefois, dans ce cas, le doigt 195' doupe le courant entre le contact 190 et la bar- re 193' pendant le déplacement vers la gauche. Par consé- quent, le doigt 195' est disposé dans le sens opposé à celui du doigt 195. Les barres de contact 193 193' sont fixées par des vis 194 193) à une plaque isolante 175. Les vis traver- sent des fentes oblongues 201 pratiquées dans les barres, ce qui permet un réglage qui sera décrit plus en détail par la suite. Des vis 202 202' sont prévues pour les contacts élastiques 189, 190.
En se référant au côté gauche de la figure 14, on voit que les contacts 189, 190 font partie du circuit de l'enroulement d'excitation 131 du moteur. Cet enroulement est branché aux bornes de la dynamo 120 de l'installation.
Le contact 190 193' fait partie du circuit d'armature du moteur branché également aux bornes de la dynamo 120.
Des résistances 2031 2032 etc... du circuit d'excitation
125 de la dynamo de l'installation sont contrôlées par le tambour de Contact 155. Ces résistances sont hors circuit
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dans la position initiale du tambour (figure 14).
Dans ce qui suit, on décrit le fonctionnement du régulateur en supposant que la dynamo 120 tourne à la vi- tesse normale et que la,batterie 122 est complètement déchargée. Le régulateur est réglé, de telle manière que dans les conditions qui viennent d'être mentionnées l'ac- tion du régulateur à poids amène les contacts I89,I90 le long de la barre 146 légèrement plus à droite que dans la position de la figure 11. Le cliquet 149 se trouve dans la position dans laquelle il est prêt à agir sur la roue dentée 151. La dynamo 120 reçoit son excitation maximum et charge la batterie 122 au degré le plus élevé, la ten- sion de la charge croissant à partir de la valeur initiale jusqu'à une valeur limite déterminée à l'avance , laquelle le courant de charge doit être coupé.
Cette élévation de la tension provoque une légère augmentation de vitesse du moteur du régulateur. A la limite indiduée, le régulateur à poids oblige le contact 189 à monter sur le doigt 195.
Il en résulte une réduction de l'excitation du moteur sur le champ de l'aimant permanent 133 qui provoque une augmen- tation relativement grande et brusque de la vitesse, grâce quoi la barre 146 effectue un mouvement vers la droite également ample et violent. Le cliquet 149 fait tourner le tambour 155 d'un cran et introduit la résistance 203' dans le circuit d'excitation de la dynamo. L: charge de la bat- terie 122 continue alors avec un courant plus faible. Le grand déplacement le la barre I46 amène le contact 189
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au-delà du doigt 195 en rétablissant le courant dans le cir- cuit de champ I3I du moteur, tandis que le contact 190 a. été amené au-dessous du doigt 195 et légèrement à gauche de celui-ci.
La diminution de la tension de charge corres- pondant à la réduction du courant de charge et le rétablis- sement de l'excitation supplémentaire du moteur provoquent un abaissement de lai vitesse du moteur et un déplacement résultant vers la gauche de la barre 146. Ce déplacement qui, à lui seul, pourrait ne pas être suffisant pour re- mettre en place le contact 190 sur le doigt isolant 195' en coupant le circuit d'armature du moteur du régulateur (ou en insérant une résistance appropriée pour réduire son courant) et pour réduire sa vitesse rapidement jusqu '8. ce que la barre 146 remette le contact 189 dans sa position initiale. En même temps le contact I90 ferme de nouveau le circuit d'armature du moteur après avoir passé au-dessus du doigt 195'.
Le retour du tambour 155 dans sa position ini- tiale est empêché par le cliquet 168 soumis à l'action de son ressort.
Lorsque la tension de charge atteint de nouveau la limite supérieure correspondante, le cycle des opéra- tions se répète et la charge continue avec un courant plus faible, la résistance 2031 2032 étant mise en série dans le circuit d'excitation de la dynamo. Le tambour pourra être, dans ces conditions, amené éventuellement dans la position dans laquelle, après une rotation complète, toutes les résistances 20312032 etc... sont mises en circuit en amenant le courant de charge de la batterie à sa valeur
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minimum. Dans cette dernière position du tambour, tout déplacement de la barre 148 reste inefficace puisqu'il n'y a plus de dents au-delà.
La limite supérieure de la tension de charge peut être réglée de la manière désirée, par exemple en règlant la position de la barre de contact 193 par rapport au contact 189. La sensibilité de l'action de retour de la barre 146 peut être réglée au moyen d'un règlage semblable de la barre 193'.
' Si, pendant ou après la charge, la tension de la dynamo tombe au-dessous d'une certaine valeur détermi- née à l'avance (correspondant par exemple la tension à laquelle le disjoncteur 121 coupe le circuit) la chuté résultante de la vitesse du moteur amène la butée 172 en contact avec la bielle 173 etc... en libérant ainsi le cliquet 168? En même temps, le ressort 187 appuie contre l'extrémité du cliquet I49 en laissant le tambour libre de revenir dans sa position initiale sous l'action du ressort 166. Lorsque la tension de la dynamo excède de nouveau la limite déterminée, les cliquets 149 et 168 seront libérés et le régulateur effectuera un réglage nouveau du courant de charge d'après les conditions considérées.
Sur la figure 14 on voit un régulateur de charge d'une batterie combiné, dans une installation, avec un régulateur de la tension des lampes d'après l'invention.
Chacun des régulateurs pourrait être également prévu seul pour remplir sa fonction. La construction du régulateur de la tension de lampes, représenté sur la figure 14, peut être identique à celle décrite en se référant aux fleures de 1 à 8. Sa partie mécanique est, par conséquent, indiquée d'une manière purement schématique.
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Le mode de commande de la vitesse du moteur est toutefois différent, la disposition représentée sur la partie de droite de la figure 14 étant dans la pratique celle qu'on préfère pour effectuer le réglage de la ten- sion des lampes. En effet, cette disposition s'avère plus sensible et plus susceptible d'un réglage exact dans toutes les positions possibles, que celle représentée sur la fi- pire 9. Le champ d'excitation du moteur du régulateur porte, à la place d'un enroulement unique 12, trois enroulements
204, 205, 206. L'enroulement 204 est un enroulement ma- gnétisant ( par rapport au champ adjacent de l'aimant per- manent) et un enroulement série disposé sur le conducteur positif se rendant aux lampes 123.
Cette partie du circuit contient en outre le commutateur d'éclairage principal qui est indiqué sur le dessin comme un commutateur à main 207. Il doit être toutefois entendu que ce commutateur pourra être de tout type désiré. L'enroulement 205 (par rapport au même champ adjacent de l'aimant permanent) et d'un enroulement démagnétisant est un enroulement potentiel. branché d'une -tanière permanente aux bornes des lampes.
L'enroulement 206 ne constitue pas un enroulem3nt de charge et, lorsque le commutateur 207 est ouvert (c'est- à-dire quand il n'y ,a pas de charge constituée par des lampes) il est en série avec l'armature 3 aux bornes de la dynamo 120. L'enroulement 206 est un enroulement magnétisant La fermeture du commutateur 207 court-circuite l'enroule- ment 206 au moyen d'un contact auxiliaire 208 et met l'ar- mature 3 directement aux bornes de la dynamo 120. Le
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réglage au moyen de cette disposition est effectué prin- cipalement par le fait que les variations de la vitesse du moteur sont déterminées par la variation de l'excita- tion appliquée au champ de l'aimant par les enroulements 204 et 205.
L'augmentation du courant des lampes passant par l'enroulement 204 provoque une augmentation de l'exci- tation du moteur et une diminution ;).Le la vitesse de celui- ci. Cette diminution de vitesse provoque, par l'intermé- diaire du régulateur à poids et du mécanisme des balais, une diminution de la résistance à lampes en série avec la charge. La diminution du courait des lampes provoque un résultat opposé. Un effet 'le réglage semblable est provoqué par l'enroulement 205.
Une diminution de la tension des lampes augmente l'effet démagnétisant de l'excitation fournie par cet enroulement en provoquant ainsi une aug- mentation de la vitesse du moteur et une augmentation correspondante de la résistance à laides. Les deux effets tendent à maintenir constante la tension des lampes. Le réglage de la résistance provoquée par l'enroulement 204 est un réglage grossier ou sélectif dépendant de la charge en circuit, tandis que le réglage déterminé par l'enroule- ment 205 est un réglage plus poussé ou plus précis super- posé au premier, 'et tenant compte des variations de la tension de la dynamo.
L'enroulement 206 facilite le démarrage et possède un effet de maintien d'aimantation sur l'aimant adjacent permanent lorsqu'il n'y a pas de charge.
Une modification du commutateur d'éclairage et
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de connexion des enroulements du régulateur, est représent tée sur la figure 5, qui montre une installation alimen- tant deux circuits séparés alimentant des lampes 123( 123" commandées par deux commutateurs principaux 207' et 207". Ces commutateurs peuvent par exemple comprendre des balais de commutation des commutateurs électro-magné- tiques dont l'un est fermé par exemple pour la moitié d'éclairage et les deux pour l'éclairage complet.
Les contacts de court-circuitage pour l'enroulement 206 sont doubles (208' 208"). En outre, l'enroulement 205 n'est pas branché d'une manière! permanente aux bornes des lampes, mais n'est mis en cir,cuit qu'après la fermeture des comma- tateurs d'éclairage principaux au moyen d'un des contacts auxiliaires 209' 209". L'installation, à l'exception de ce point particulier, est semblable à celle de la figure 14.
L'invention est applicable facilement en vue d'autres réglages ou commutations dans les installations d'éclairage de trains ou dans des installations semblables.
La nature exacte du mécanisme de commutation et le mode de commande de la partie électro-dynamique du régulateur dé- pendent naturellement des opérations à effectuer.
L'invention est également applicable aux instal- lations à courant alternatif par exemple pour le réglage des génératrices à courant alternatif.
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"Improvements to automatic regulation, control and switching devices for electric lighting of trains or similar installations." The present invention relates to devices for automatic adjustment and switching of electrical lighting installations for trains or similar installations.
The electromagnets and solenoids used heretofore in such regulators or circuit breakers have a large number of faults, such as for example inaccuracies due to the modification of the air gap, insufficient energy, unless they are give very large dimensions, disadvantages due to the effects of
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temperature and their tendency to spasmodic or abrupt action.
According to the present invention, a combination of dynamo-electric and mechanical devices is provided, the dynamo-electric devices, such as for example a variable speed motor, being sensitive to the electrical variations of the circuit or of the installation to be regulated or to control and the mechanical devices, such as, for example, a centrifugal regulator, being driven by the dynamo-electric devices, so as to produce the mechanical forces necessary to carry out the desired adjustment or switching operation.
The invention is most particularly useful in installations comprising a single accumulator battery of the type used: in trains. It can, for example, be used in such an installation to maintain exact regulation of the voltage of the supply current of the consumption circuits.
The regulating devices according to the invention can also be used at the same time to vary the excitation of the dynamo of the installation, for example by exerting control over this excitation in function of the system. tion of the charge value or by ensuring conditions determined in advance during the charging of the battery of the installation.
The electric motor used will preferably have a speed characteristic substantially approaching the straight line. For this purpose it will be provided with a permanent fleshy magnet of cobalt steel. Electric value
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variable can be applied to the motor armature. At the same time, it is possible to provide an auxiliary excitation field and to apply the electrical variables to it.
In the accompanying drawing, Figures 1-2-3-4- are respectively side elevational, plan, cross-sectional and axial section views of a lamp voltage regulator.
Figures 5-6-7-8 are perspective detail views of this regulator, and Figure 9 is a circuit diagram.
Figures 10 and II are an elevational view and a plan view, respectively, of the battery charge controller.
Figures 12-13 are detail perspective views of this regulator, and Figures 14 and 15 are assembly diagrams.
By first referring to figures 1 to 8, we see that the electric motor comprises: an iron frame in two parts 1 and 2 crossed by common conductors 3 connected to a single collector 4. The armature, having low resistance, never reaches high temperatures and therefore never has to suffer from temperature variations.
The main part 1 (the armature is placed in the field of a bi-polar permanent magnet 5, the shape of which can be seen in figure 6. The permanent magnet is made of highly magnetized cobalt steel, this steel having the maximum permanence. The magnet is made up practically by two parts in the form of shoes having parts
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common north and south poles 6. In the middle of each pole piece is a side part 7 intended to facilitate the passage of the flux through the iron frame 1.
The motor rotates at a speed whose variations follow the voltages at the terminals very exactly.
The same results can be obtained with field electromagnets whose winding is such that the excitation produces a magnetic over-saturation.
Section 3 of the frame is placed in the field of an excited bi-polar magnet 8 consisting of a yoke 9 consisting of a number of stacked lamellae.
Between the various lamellae of the member 9, penetrate similar lamellae of magnetic arms 10 at the ends forming the pole pieces 11 (see FIG. 8).
The field winding or windings 12 are disposed on the yoke 9. These windings can be removed for inspection or replacement with great ease. In order to be able to remove them, it suffices to unscrew the bolts 13.
The magnetic arms 10 enter a non-magnetic core, for example made of bronze, pierced with a central hole of the appropriate diameter. This core therefore forms an annular member 14, the inner surface of which extends the pole faces of the pole pieces 11 (FIG. 7).
The yoke 9 can be removed even by an inexperienced person, without modifying the setting of the pole pieces 11.
The polar cones are slightly thinned, as seen in the drawing. The magnet 5 and the annular member 14
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are drawn up as seen at 15 to facilitate the positioning of the winding 12.
As one must avoid making cuts or holes in the magnet 5, this magnet, as well as the magnet 8, are held together and are supported by the wall 16 of the housing, as follows:
The magnet block 5 is notched as seen at 17 and 19. These notches penetrate parts 18 and 20 of the wall 16 and of the member 14 The opposite face of the member 14 is notched at 21 to receive the part 22 of an end ring 23. This ring 23, the annular member 14 and the wall 16, are drilled with a hole intended for the passage of long non-magnetic bolts 24 which pass through the block 5 passing through by spaces 25.
Since the bolt holes of the member 14 are threaded on part of their longaaur (figure 4), it suffices to screw the bolts 24 in the member 14 to fix the whole magnet with a firmly to the wall 16. The ring 23 can then be immobilized by means of nuts 26 with the interposition of spring washers 27. The ring 23 supports a ball bearing 28 for the armature shaft 29. It also carries the door -brush 30 for the collector 4, by means of a member 31 carried by arms 32. The bearing and the brush holder are thus removable, without the magnets 5 and 8 being touched for this. , the brush and the brush holder are protected by a cover 33.
At the end opposite to that where the
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bearing 28, shaft 29 of mo: tte1Jl1>: e $ -t,: 1 to. "l1n way
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removable to the shaft 34 of the regulator. The end of the shaft 29 is widened so as to form a hollow head 35 through which a rod 36 penetrates into a slot of a substantially spherical head 37 of the shaft 34. This head 37 is placed freely at the edge. inside the socket head 35. A compression spring 38, placed inside the head 35, bears against the spherical head 37 by means of a washer 39.
In the immediate vicinity of the head 37, the end of the shaft 34 is mounted in a ball bearing 40 placed in a member 41 fixed to the wall 16 of the housing.
The motor armature can thus be separated from the regulator without touching the mechanism thereof or the bearing, which facilitates its replacement or similar operations.
In addition, the elastic coupling 35-39 between shafts 29 and 34 decreases the importance of mounting precision when replacing the frame in the center, since this device automatically adjusts to a certain point.
On the regulator shaft 34 is keyed a fixed sleeve 42 carrying three pairs of ears 43. In each of these members, one end of a cord 44 pivots.
The connecting rods 44 pivot at their other ends relative to inner shoulders 45 of the three similar weights 46 of the governor. These weights form, in the resting state, a closed assembly having substantially the shape of a barrel (see FIG. 4).
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Connecting rods 47 pivot relative to shoulders 48 formed on weights 46. These rods are connected on the other hand, so as to pivot relative to lugs 49 of a sleeve 50 movable in the axial direction and which can slide on a reduced diameter surface 51 of the shaft 34. The end of this surface 51 is mounted in a ball bearing 52 fixed to the end plate 33 of the housing. Ball bearings 28, 40 and 52 can be easily lubricated and monitored in a proper manner without touching the governor.
The regulator spring 54 wound around the shaft 34 rests against the shoulder 55 of the sleeves 42 and 50. As can be seen in Figures 3 and 4, this spring is surrounded entirely by the weights 46 when the latter are at rest and is thus protected against accidents.
The bristles 46 must be relatively heavy, first to produce sufficient mechanical force to perform the adjustment function and then to resist the momentary effects which can cause the regulator to rise. The necessary weight can be obtained by making the middle parts of the weights 46 more thick, as seen in Fig. 4.
Excessive compression of spring 54 is prevented by the contact of sleeves 42 and 50.
Whipped it between the shaft 51 and the sleeve 50, during the axial movement of said sleeve, produced by
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the joint action of the weights 46 is reduced as much as possible by two graphite coated sleeves 56 and an annular groove 561 filled with graphite and grease.
A sleeve which cannot rotate, 59, is mounted on the extension 57 of the sleeve 50 by means of a ball bearing 582 Along this sleeve extends a rack 60 (see FIG. 3), the axis of which is arranged in a plane forming an angle of 45 with the vertical.
In diametral ppposition with the rack 60, the sleeve 59 is embedded in a longitudinal groove 61 into which penetrates a finger 62 mounted in a support 63 fixed on the base 64 of the housing. The sleeve 59 can thus slide with the sleeve 50, but cannot rotate with the latter. The rack 60 meshes with a pinion 65 fixed on an oblique rod 66 mounted in ball bearings 67 carried by arms 68 and 69 fixed respectively to the parts 70 and to the base 64 of the housing. At the upper end of the rod 66 is fixed a large chain wheel 71 on which passes an endless chain 72, this chain then passes around a small guide chain wheel 73 mounted by means of 'a ball bearing on a shaft 74 fixed to the end wall 16 of the housing.
One of the links of the upper strand of the ch @@ ne is removably connected to an insulating member 75 provided with an inclined slot and fixed to an H-shaped brush holder frame 76.
The diameters of the pinion 65 and the chain wheel 71 are calculated so as to give the transmission ratio.
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mission necessary between the movement of the regulator sleeve and that of the bearings.
The balustrade frame 76 is provided with a number of supports for the main brushes 77-78 and for the auxiliary brushes 79, 80. Each main brush has a substantially triangular shape. However, its base consists of two faces (see FIG. 4) forming a very small angle between them.
The brushes 77, 78 are each fixed in a rocker 81 pivoting in a support 82 of the brush holder frame 76. Pivoting is carried out by means of journals penetrating into openings 821 whose shape allows the wear of the brushes to be taken up. Each balance 81 is subjected to the action of a spring 83 wound around the guide rod 84.
At its upper end, each spring 83 bears against a washer 85, the upper curved surface of which penetrates into the lower end of corresponding shape of an adjustment plug 86 screwed into the upper part of the frame 76.
The rod 84 freely passes through the washer 85. At its lower end, the spring 83 bears against a
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swivel block 87, in which the tie 84 is mounted.
If one of the faces of the brush 77 or 78 (the right face in figure 4) is in the contact position, the spring 83 tilts slightly to that side and must be compressed slightly before the brush can be driven. born in the opposite position. This prevents pivoting
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accidental brush or its retention in the intermediate position. To eliminate any possibility of accident due to too strong a current passing through the acute edge. existing between two surfaces of the brush, small auxiliary brushes 79 and 80 are provided. These brushes are constituted by simple blocks subjected to the action of springs 88, the compression of which can be adjusted by means of screws 89.
The balance 81 and the brush 79 (or 80) are connected by a flexible connection 90, the brushes 77 and 78 being electrically connected by the frame 76.
The brushes move under the action of the chain 72 in a reciprocating movement, approaching and moving away from the contact bands 91, 92 forming flat collectors.
These collector bands are formed by segments 93 mounted in U-shaped bars 94 and from which they are separated by insulators 95.
The segments of each strip, separated by thin layers of mica, are held together between a fixed stop 96 of the bar 94 and a plate 97 against which a screw 98 bears through a fixed plate of. end 99.
To prevent any tendency for the belt to lift, the screw 98 is disposed above the center of the segments 93. Additionally, as a precaution, one or more of the segments 93 are attached to the lower part. One of these segments is shown in Figure 4. This figure shows the manner in which it is held by means of a screw 100 freely passing through an elongated slot 100 'made in the bar 94 and screwed.
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in a segment 93 '.
The nut 101 of this screw 100 is isolated from the bar 94 by means of an insulating washer 102 provided with a flange which surrounds the part of the screw 100 which is located in the slot 100 '. The bars 94 are fixed by means of screws 109 to lugs 103 of the housing. They are themselves provided with ears 104 in which guide rods 105 pass. The brush holder frame 76 is mounted and guided on these rods 105 by means of eyelets 106. The shape of the brushes and of the contacts facilitate monitoring. and organ replacement. As seen in the figures
1 and 3, the resistive elements 110 connected between the segments 93 by wires 107 are placed in spaces formed on each side of the active part of the regulator by means of plates 111 provided with slits intended to facilitate cooling.
These resistant elements 110 are formed by zig-ag sections of resistant wires clamped at the top and bottom between nuts 112 of screw terminals 113 mounted in heat-resistant insulating plates 114. The screws 113 are connected from the bottom. - before the plates 114 with conductors 107, the upper and lower screws 113 are offset and are further connected to the successive contact segments 93.
The housing is closed at its upper end by a cover 115 secured by pivoting bolts and wing nuts 115 '. A gasket 116 of fibrous material serves to provide a tight seal between the housing and the
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lid.
The external electrical connections of the regulator are preferably formed by terminals (not shown) mounted in the end walls 16 of the housing. The conductors which lead from the mechanism to the brush 30 can pass either side of the lower bowling 24 through holes 14 'of the annular member 14, through the space 25 provided at the bottom of the permanent magnet and through holes made in the end wall 16, inside which they go towards the rear ends of these terminals.
The principle of regulators of this type in their simplest form is described with reference to figure 9 which shows the essential parts of a single battery train lighting system. We see in this drawing. in 120 the dynamo, in 121 a circuit breaker, in 122 the battery and in 123 the load constituted by lamps.
The resistance of the regulator made up of IIO elements takes the place of the normal tube resistance between the positive pole of the battery and the load, the resistance in circuit depending on the position of the beams 77- 78. The armature 3 of the The regulator motor is connected to the terminals of the dynamo 120, its speed increasing or decreasing with the voltage of the dynamo. Such variations in speed cause movements of the regulator and an adjustment of the position of the brushes, an increase in the tension of the dynamo leading to an increase in the speed of rotation of the motor, a displacement.
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positioning of bal is 77, 78 to the right (see figures 4 and 9).
In the simple embodiment shown, the excitation field of the motor (not shown in Fig. 9) can be used for adjustment. In fact, it is possible, by adjusting the excitation, to adjust the regulator so as to obtain the desired resistance for all loads. A winding of the auxiliary field magnet can also be connected in series with the operating apparatus and adjusted in such a way that the setting is automatically changed for the various loads.
By using different resistances between segments 93 or by using segments of different widths, any desired ratio curve between the voltage of the dynamo and the tube resistor can be obtained. For example, it may be desirable to obtain higher limiting resistances for high dynamo voltages. The segments of the manifold bands 91-92 are offset to give a more sensitive adjustment with the parallel brushes 77-78.
Brushes 77-78 are mounted on movable supports or balancers, as already mentioned above, so that the same lamp resistances are selectively given by the regulator, as far as possible, for the various voltages. of the dynamo either that this tension rises, or that it falls. The time lost in the mechanical part of the apparatus is taken into account when a reversal occurs.
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direction of the carriage 76 by arranging for the brushes 77, 78 to move forward in the direction of the new movement when the reversal of movement occurs.
Figure 4 shows a broom 78 starting its movement to the right. The right surface of this broom will remain in contact as long as its movement to the right continues.
If at any time the broom begins to move to the left, the friction will cause it to oscillate so that it will be in front of the left which will come into contact, this slight advance being sufficient to compensate for the lost time.
FIG. 9 also shows a second regulator element 124 which can be used alone or in combination with that which has just been described. In the first case, this second element will be constructed in the same way as that shown in Figures I to 8. On the other hand, in the second case, it may include a second set of collector and brush control bands actuated by a single motor and by a regulating mechanism.
This regulator acts on the excitation field 125 of the dynamo so as to keep its voltage constant as much as possible despite variations in the speed of the dynamo. The mode of operation is obvious.
In Figures 10 to 13, there is shown a regulator used for charging a battery. If the battery is charged with constant current, the charging voltage will rise to a point before charging
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complete and where certain undesirable phenomena such as gas evolution occur. If the charge is then continued, the battery will not be fully charged. It has therefore been found preferable to charge the battery in several stages with progressively decreasing currents.
This result can be obtained by gradually modifying the load conditions, for example by reducing the excitation of the dynamo or by switching on resistors in series, the variation of the voltage for each period - the load being maintained between limits which prevent the production of the deleterious effects mentioned above. Therefore, a regulator which is used for this purpose must very sensitive to a certain maximum voltage at the terminals of the battery and must be organized in such a way as to reduce the charge current successively to increasingly lower values.
As the variations in the voltage of a lighting battery of a train can be of the order of 2 or 3 volts only, it is possible to advantageously use a device which can be called: "an electro-mechanical relay". With this device, when the upper limit of the small voltage variation is reached, a considerable mechanical force is instantly released sufficient to carry out the necessary adjustment or switching operation. Consequently, the regulator, while being very sensitive, consumes only a relatively low current.
The battery charge regulator differs from the lamp voltage regulator mainly in the
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mechanical mechanism uses. In addition, it generally has smaller dimensions. The excitation load magnet 130 consists, in this case, of a rectangular bi-polar frame formed by lamellae and surrounded by windings 131. As in the previous case, the support of the end bearing 132, the excitation magnet 130 and the permanent magnet 133 are rigidly connected to each other by means of bolts 134 which also pass through the end parts of the frame 135 and 136. The main shaft 137 carries two regulator weights. 138 which, when in their rest position, form a cylinder which surrounds a spring 139.
The weights are connected to a sleeve 140 movable along the shaft and additionally rotatable relative to an annular member 141, which cannot rotate. In addition, the sleeve 140 cannot move in the axial direction with respect to 1, the annular member 141.
A forked lever 143 is mounted on journals 142 carried by the annular member 141. The lever 143 is articulated by means of connecting rods 144 to lugs fixed to the frame 135.
At its upper end, the lever 143 is connected by a connecting rod 145 to a sliding bar 146, so as to be able to pivot relative to the latter. Bar 146 extends the entire length of the regulator. This bar is mounted in supports 147 provided with slots.
At the annular end of this bar 146 is provided a slot 148 in which is placed a pivoting pawl 149. This pawl acts in combination with teeth 150 of an inclined toothed wheel 151 mounted on a shaft 152.
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This shaft is mounted in the side plates of the frame 153 by means of adjustable screws 154, the ends of which penetrate into the hollowed ends (see FIG. 12) of this shaft. The shaft 152 also carries a regulator drum 156, this drum consists of a core of hardwood or any other insulating substance on which are fixed triangular copper plates 157 wound around a part. of the drum surface. Between the inclined edges of the plates 157 and the insulating core 156 is placed a strip 158 cut into steps and made of a material not liable to be affected by the sparks.
The metal plates 157 and 158 are electrically connected to each other, while an ear 159, formed on the plate 157, is connected, by means of about two turns of a spiral spring 160, with a screw. end 16I mounted in an insulating strip 162. Resilient contacts 163, the number of which corresponds to that of the steps of the cut strip placed on the surface of the drum, are intended to coincide with these steps. They are supported on the drum by means of rollers 164. The elastic contacts 163 are mounted on an insulating base by means of screws 165. The controlled circuit or circuits are connected to the screws 161 and 165.
At one of its ends, the shaft 152 is surrounded by a clockwork spring 166 which constantly tends to rotate the shaft in a counterclockwise direction. The outer end of this spring I66 is fixed to a housing 167 mounted on one of the side plates 153
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of the frame. During normal operation of the regulator, the drum 155 is prevented from returning to its rest position by means of a pawl 168 held in engagement with the teeth 150 by means of a leaf spring 169. The pawl 168
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A-0â, tl "is provided with: 4 penetrating into the plates 170 fixed to the frame of the regulator by means of screws 171.
To release the pawl 168, a rod is used
172 mounted on the bar 146. This rod, when the speed of the governor falls below a certain value, moves to the left (figure 12) and comes into contact with one end of a pivoting lever 173 at 174 relative to a plate 175 made of a hard, insulating material.
The other end of lever 173 is connected by a bent and twisted connecting rod 176 with an arm 177 attached rigidly to a short abbrev 178. The shaft 178 is mounted in a vertical lug 179 of a plate 180 carried by the shaft. one of the side plates 153 of the frame, At the end of this shaft 178 furthest from the arm 177 is rigidly fixed an arm 181 connected by a connecting rod 182 to an arc-shaped member 183, so as to be able to pivot relative to to this organ. The member 183 is provided with a slot 184 in the form of an arc.
This member can rotate freely with respect to a journal
168 'of the pawl 168. At the end of this journal is fixed a short shaft 185 provided with a rod 186 which engages in the slot 184. The stop 170 of the lever 173 prints to the pawl
168 a rotational movement in the opposite direction of the hands of a watch, releasing it by this rotation of the
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teeth 150. To release the pawl 149, when the speed of the regulator falls below a predetermined value, the end of this pawl is pressed by a spring blade 187 which then moves the pawl the position shown in dotted lines to the position shown in solid lines in Figure 10. The spring 187 is attached to the plate 180 and is normally out of engagement with the pawl 149.
The drum 155 is prevented, when it comes back, from exceeding its initial position by means of a stop 188 which bears on a plate 170 (see FIG. 12).
The sliding bar 146 also carries two similar elastic contacts 189, 190. The elastic contact 189 is constituted by the end of a spiral spring 191 placed in a housing 192 fixed to the bar 146 but isolated from it. This contact is intended to slide, during the operation of the regulator, on a metal contact bar 193. The continuity of the contact surface of the bar 193 is broken by a finger 195 made of insulating material directed towards the outside. low and penetrating into a groove 196 (FIG. 13) made in the bar 193. This finger 195 is fixed to a small block of insulating material 197 pivoting at 198 relative to the bar 193. The finger 195 is normally maintained in such a position. that its end is located in the slot 196.
It is held in this position by means of a leaf spring 199. If the bar 146 moves to the right, in the figures shown, the elastic contact 189 cuts off the contact by sliding on the finger 195. As the movement continues, contact 189 will be
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brought over this finger into contact with the bar 193 by re-establishing elastic contact. If now the contact 189 moves to the left, it engages below the finger 195 (cut into 200 for this purpose) and will retain its initial position by passing below this finger 195, which it will lift upwards. overcoming the action of a spring 199.
Therefore, during this backward movement, the ignition will not be cut. Like parts 191 '200' are provided on contact 190. However, in this case, finger 195 'surpasses the current between contact 190 and bar 193' during the movement to the left. Therefore, the finger 195 'is disposed in the opposite direction to that of the finger 195. The contact bars 193 193' are fixed by screws 194 193) to an insulating plate 175. The screws pass through oblong slots. 201 made in the bars, which allows an adjustment which will be described in more detail later. Screws 202 202 'are provided for the elastic contacts 189, 190.
Referring to the left side of Fig. 14, it can be seen that the contacts 189, 190 are part of the circuit of the excitation winding 131 of the motor. This winding is connected to the terminals of the dynamo 120 of the installation.
Contact 190 193 'is part of the motor armature circuit also connected to the terminals of the dynamo 120.
Resistors 2031 2032 etc ... of the excitation circuit
125 of the dynamo of the installation are controlled by the Contact drum 155. These resistors are switched off.
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in the initial position of the drum (figure 14).
In the following, the operation of the regulator will be described assuming that the dynamo 120 is running at normal speed and the battery 122 is completely discharged. The regulator is adjusted in such a way that under the conditions which have just been mentioned the action of the weight regulator brings the contacts I89, I90 along the bar 146 slightly more to the right than in the position of the figure 11. The pawl 149 is in the position in which it is ready to act on the toothed wheel 151. The dynamo 120 receives its maximum excitation and charges the battery 122 to the highest degree, the voltage of the load increasing to from the initial value to a pre-determined limit value, at which the charging current must be switched off.
This rise in voltage causes a slight increase in speed of the regulator motor. At the undetermined limit, the weight regulator forces contact 189 to mount on finger 195.
This results in a reduction in the excitation of the motor on the field of the permanent magnet 133 which causes a relatively large and abrupt increase in speed, whereby the bar 146 makes an equally large and violent rightward movement. Pawl 149 rotates drum 155 up and down and introduces resistor 203 'into the dynamo drive circuit. L: charging of battery 122 then continues with a lower current. The large displacement of the bar I46 brings the contact 189
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beyond finger 195 by re-establishing current in the motor field circuit I3I, while contact 190 has. been brought below finger 195 and slightly to the left of it.
Decreasing the charge voltage corresponding to the reduction in charge current and re-establishing additional motor excitation causes the motor speed to drop and the resulting displacement of bar 146 to the left. displacement which, on its own, might not be sufficient to replace contact 190 on insulating finger 195 'by cutting off the armature circuit of the regulator motor (or by inserting an appropriate resistor to reduce its current) and to reduce its speed quickly to 8. that the bar 146 returns the contact 189 to its initial position. At the same time, contact I90 again closes the motor armature circuit after having passed over finger 195 '.
The return of the drum 155 to its initial position is prevented by the pawl 168 subjected to the action of its spring.
When the charging voltage again reaches the corresponding upper limit, the cycle of operations is repeated and the load continues with a lower current, resistor 2031 2032 being put in series in the dynamo drive circuit. The drum can be, under these conditions, possibly brought into the position in which, after a complete rotation, all the resistors 20312032 etc ... are switched on by bringing the charging current of the battery to its value.
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minimum. In this last position of the drum, any movement of the bar 148 remains ineffective since there are no more teeth beyond.
The upper limit of the load voltage can be adjusted as desired, for example by adjusting the position of contact bar 193 relative to contact 189. The sensitivity of the feedback action of bar 146 can be adjusted to by means of a similar adjustment of the bar 193 '.
'If, during or after charging, the voltage of the dynamo falls below a certain value determined in advance (corresponding for example to the voltage at which the circuit breaker 121 cuts the circuit) the resulting drop engine speed brings the stop 172 in contact with the connecting rod 173 etc ... thus releasing the pawl 168? At the same time, the spring 187 presses against the end of the pawl I49, leaving the drum free to return to its initial position under the action of the spring 166. When the tension of the dynamo again exceeds the determined limit, the pawls 149 and 168 will be released and the regulator will re-adjust the charge current according to the conditions considered.
In FIG. 14 we see a charge regulator of a battery combined, in an installation, with a regulator of the voltage of the lamps according to the invention.
Each of the regulators could also be provided on its own to fulfill its function. The construction of the lamp voltage regulator, shown in Fig. 14, may be identical to that described with reference to flowers from 1 to 8. Its mechanical part is, therefore, indicated in a purely schematic manner.
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The mode of controlling the speed of the motor, however, is different, the arrangement shown in the right-hand part of Fig. 14 being in practice the preferred one for effecting the adjustment of the voltage of the lamps. In fact, this arrangement proves to be more sensitive and more susceptible to exact adjustment in all the possible positions, than that shown in figure 9. The excitation field of the regulator motor is, instead of a single winding 12, three windings
204, 205, 206. Winding 204 is a magnetizing winding (with respect to the adjacent field of the permanent magnet) and a series winding disposed on the positive conductor going to lamps 123.
This part of the circuit further contains the main light switch which is indicated in the drawing as a hand switch 207. It should be understood, however, that this switch could be of any desired type. Winding 205 (with respect to the same adjacent field of the permanent magnet) and a demagnetizing winding is a potential winding. permanently connected to the terminals of the lamps.
Winding 206 does not constitute a load winding and when switch 207 is open (i.e. when there is no load consisting of lamps) it is in series with the armature. 3 at the terminals of the dynamo 120. The winding 206 is a magnetizing winding The closing of the switch 207 short-circuits the winding 206 by means of an auxiliary contact 208 and puts the armature 3 directly at the terminals of the dynamo 120. The
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Adjustment by means of this arrangement is effected mainly by the fact that the variations in the speed of the motor are determined by the variation of the excitation applied to the field of the magnet by the windings 204 and 205.
The increase in the current of the lamps passing through the winding 204 causes an increase in the excitation of the motor and a decrease in the speed of the latter. This decrease in speed causes, via the weight regulator and the brush mechanism, a decrease in the lamp resistance in series with the load. The decrease in the current of the lamps causes the opposite result. A similar tuning effect is caused by winding 205.
A decrease in the voltage of the lamps increases the demagnetizing effect of the excitation provided by this winding thus causing an increase in the speed of the motor and a corresponding increase in the resistance to the aids. Both effects tend to keep the voltage of the lamps constant. The resistance setting caused by winding 204 is a coarse or selective setting depending on the load in the circuit, while the setting determined by winding 205 is a deeper or more precise setting superimposed on the former. 'and taking into account variations in the voltage of the dynamo.
Winding 206 facilitates starting and has a magnetization maintaining effect on the adjacent permanent magnet when there is no load.
A modification of the light switch and
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of the regulator windings, is shown in FIG. 5, which shows an installation supplying two separate circuits supplying lamps 123 (123 "controlled by two main switches 207 'and 207". These switches may for example comprise lamps. Switching brushes for electromagnetic switches, one of which is closed, for example for half lighting and both for complete lighting.
The shorting contacts for winding 206 are double (208 '208 "). In addition, winding 205 is not permanently connected to the terminals of the lamps, but is not wired. , fired only after closing the main lighting switches by means of one of the auxiliary contacts 209, 209 ". The installation, except for this particular point, is similar to that in Figure 14.
The invention is easily applicable with a view to other adjustments or switchings in train lighting installations or in similar installations.
The exact nature of the switching mechanism and the mode of control of the electro-dynamic part of the regulator naturally depend on the operations to be carried out.
The invention is also applicable to alternating current installations, for example for the regulation of alternating current generators.