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-PERFECTIONNEMENTS A LA FABRICATION DES COMPTEURS-
La présente invention se rapporte à la fabrication des aimants amor- tisseurs et à la structure de leurs supports, utilisés dans les appareils inté- grateurs comportant un disque conducteur,, entraîné à la manière du secondaire d'un moteur d'induction, par le flux des aimants du compteur, et retardé, ou amorti, par le flux d'un aimant permanent.
Dans les applications de l'invention, on utilise un aimant permanent doué d'une énergie résiduelle exceptionnelle et dont les faibles dimensions et la légèreté lui permettent de faire partie intégrante du châssis venu de fonte, qui supporte les aimants d'entraînement et les pivots. Ces aimants permanents doivent posséder une très grande valeur de BH max. n
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Le traitement thermique est un facteur important de leur fabrication au cours de laquelle ils sont refroidis jusqu'à la température correspondant au point de Curie, cependant qu'ils sont soumis à l'action d'un champ'magnétique orienté suivant le même axe que celui qu'ils auront à l'état final. On donne aussi à la matière une orientation magnétique anisotsopique qui lui confère des proprié- tés de rémanence supérieures.
Après avoir subi ce traitement, l'aimant est ensuite magnétisé à la manière usuelle. Pour le noyer ensuite dans la matière venue de fonte, il faut le chauffer à une température voisine de celle du point de fusion de cette matière, et la polarisation finale de l'aimant doit être postérieure à cette opération.
La méthode préférée consiste à conférer tout d'abord aux aimants, leurs propriétés anisotropiques, suivant l'axe désiré, par traitement thermique dans un champ magnétique, cependant que l'on refroidit jusqu'au point de Curie, comme on l'a dit précédemment. Ce traitement est suivi d'un vieillissement à environ 600 C; les aimanta ne doivent plus ensuite être chauffés à des tempéra- tures de cet ordre, si l'on veut éviter de détruire leurs propriétés magnétiques.
Si l'on atteignait le point de Curie (800 à 900 ), on détruirait non seulement les propriétés coercitives mais aussi les propriétés anisotropiques. Les aimants sont ensuite noyés dans une matière appropriée, dont le point de fusion est suffisam- ment inférieur à celui de Curie, On utilise à cet effet un alliage contenant 11 à 13 % de silicium, le reste étant constitué par de l'aluminium (point de fusion 580 C.). On peut d'ailleurs faire choix d'autres alliages. Le chauffage effectif des aimants permanents au cours de cette opération, est relativement de courte durée et la température qu'ils atteignent est inférieure à celle de vieillissement, de telle sorte que les propriétés magnétiques précitées sont conservées.
Ils sont ensuite aimantés, cependant qu'on les noie dans la matière, comme on le décrira plus loin.
Il importe d'éviter tout contact accidentel avec d'autres matériaux magnétiques. Par exemple, si on touche l'aimant avec un tourne-vis usuel en acier, ce dernier met en court-circuit la partie de l'aimant avec laquelle il est en con- tact et sa puissance se trouve réduite. Les aimants conformes à l'invention étant noyés dans une matière non magnétique avant leur polarisation finale, sont prému- nis contre ce danger.
Bien que les aimants permanents se trouvent placés très près des aimants d'entraînement, de manière à réduire toute poussée latérale, comme on @
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l'a décrit dans le brevet belge pris par la Société demanderesse le 26 juin 1943 sous le n 451.250, ils sont néanmoins complètement protégés contre toute désai- mantation due aux courants à front raide, susceptibles d'être engendrés dans les bobines et les conducteurs de l'appareil de mesure, cette protection étant assurée par la présence de la pièce venue de fonte, bonne conductrice, et qui par conséquent amortit les flux à front raide.
Les aimants conformes à ltinvention ont la forme d'un C, dont les polos, en matière magnétique permanente, se trouvent de chaque c8té du disque de l'appareil de mesure, de manière à éviter toute variation de la force d'amortissement due aux changements de position du disque dans l'entrefer du flux amortisseur. Les aimants amortisseurs conformes à l'invention sont ensuite montés symétriquement par rapport à la direction des courants de Foucault engendrant la force entraînant le disque, de manière à réduire les vibrations dues à leur in- teraction commune et avec le flux d'amortissement.
Bien que les aimants amortisseurs conformes à l'invention soient complètement noyés dans un châssis fixe non magnétique, venu de fonte, on prévoit des shunts compensant la température et les variations de la force de l'aimant amortisseur, à fins d'étalonnement. La quantité de matière magnétique utilisée dans les aimants amortisseurs,utilisés dans un 'Wattheures mètre, est inférieure au quart de celle actuellement utilisée dans les appareils connus aujourd'hui sur le marché. On supprime d'autre part les consolessupports et les dispositifs de réglage du sys- tème magnétique de freinage.
L'invention sera mieux comprise par la lecture de la description qui suit et par l'examen der dessins annexés, où : - La figure 1 est une vue de front d'un watt-heur-mètre, partie en coupe, .. La figure 2, une vue d'arrière d'une partie du châssis venu de fonte, mettant en évidence l'emplacement des aimants de freinage.
La figure 3, une coupe sur laquelle on voit la position de l'un des aimants de freinage par rapport à l'axe de l'armature.
- La figure 4 permet de comprendre la polarisation de ces aimants assemblés dans le bâti.
Les figures 5 & 6 sont des coupes et des vues d'extrémité d'un shunt de réglage de l'un de ces aimants.
En se référant à ces figures, on voit en 1 le boîtier, en 2 la plaque couvercle en verre, en 3 le couvercle de la boite de bornes d'un watt* heure mètre pour courant alternatif monophasé. Un disque 4, en matière conductrice, tourne
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avec un arbre 5 supporté par des pivots, supérieur et inférieur, 6 & 7. L'arbre 5 mû par des pignons, entraine un compteur comportant plusieurs aiguilles 8, logées sur la partie supérieure de l'appareil. Le disque 4 est entrainé par les flux en- gendrés par un électro-aimant, logé au-dessus du disque, et par un autre logé en dessous. Dans ce type de compteur, l'électro-aimant voltmétrique comporte un noyau 9, en forme d'E, vis-à-vis du disque et une bobine voltmétrique 10 sur la branche du noyau central.
Le noyau 11 de l'électro-aimant ampèremétrique à la forme d'Un U, dont l'ouverture fait face au disque et aux bobines ampèremétriques 12 sur les deux branches. Les structures des noyaux voltmétriques et ampèremétriques sont réunies par les parties latérales d'une chape magnétique 13 qui se prolonge au-delà de la périphérie du disque 4, Comme on a coutume de le faire, la structure du noyau magnétique est fixée à la face postérieure d'un bâti 14, muni d'une fente 15 laissant passer le disque 4. Les pivots sont portés par la face antérieure du bâti de même que les cadrans compteurs dont le support est représenté en 16. Ce dernier est en métal non magnétique, venu de fonte, et comporte les bossages usuels de support, des tétons et trous de boulons permettant d'y fixer les éléments du comp- teur et ce dernier au boitier.
Les bobines sont connectées à la boite de bornes par des fils et des cosses 17. Cette structure est, d'une manière générale, con- forme à celle des appareils existants.
Généralement le bâti comporte aussi une console en saillie, sur laquelle l'ensemble amortisseur magnétique est fixé et qui est réglable dans le sens radial du disque pour régler l'amortissement, c'est-à-dire la force retardant le disque.
Dans la présente invention, on abandonne ce mode de construction et on prévoit des aimants retardateurs relativement petits mais puissants, noyés dans le bâti 14 et par conséquent, non réglables. Ces aimants sont contenus dans des logements rela- tivement petits 19, prévus dans la pièce de fonderie, sur la périphérie du disque 4 et diamétralement opposés. Ils ont la forme d'un C, embrassant la périphérie du disque 4, meurs pièces polaires faisant l'une et l'autre face au disque et à la chape de l'aimant, joignant les pièces polaires. La section droite de cette chape est légèrement supérieure à celle des pièces polaires, de manière à obtenir les meilleures conditions d'utilisation de l'aimant permanent.
Comme on l'a représenté ces aimants sont logés dans la pièce de fonderie, sauf au niveau des pièces polaires faisant face au disque du compteur. C'est ainsi que, sur le dessin, la partie 20 en forme de C, de la face interne des aimants,est noyée intégralement dans la bâti du compteur.
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Sur la face postérieure de ces aimants, (Fig.l) (Fig.2), porte une mince partie de matière magnétique 21, en forme de C, à faible perméabilité et dont le coefficient température-perméabilité est négatif et susceptible de corriger les erreurs de température. Ces compensateurs dérivent sur les pièces polaires une partie relativement faible du flux de l'aimant permanent, et la valeur de ce flux dérivé diminue quand la température croit.
La nature des erreurs dues à la tem- pérature, et que l'on constate dans les watt-heure-mètres à induction, ainsi que leur compensation, sont décrites dans le brevet belge pris par la Société demande- resse , le 5 mai 1925, sous le n 326.329, et, bien que dans la présente invention on utilise le même principe, la structure du système de compensation est entièrement différente. Le flux dérivé et celui de ltaimant sont de sens opposé. Le compensa- teur 21 en forme de C et en acier Carpenter, alliage de fer-nickel, est fixé par un ciment à un coté de l'aimant permanent au cours du traitement thermique aniso- tropique, avant de noyer les aimants dans la pièce de fonderie. Chacun des deux aimants retardateurs d'un ensemble subit de préférence la même compensation.
A l'un des deux aimants retardateurs ou aux deux est associée une charge réglable remplissant la fonction qui, dans les compteurs antérieurs, l'était par déplacement de la totalité de la monture d'aimant retardateur, dans le sens radial par rapport au disque du compteur, de manière à faire varier et à régler correcte- ment la vitesse pour une charge donnée. Dans l'appareil conforme à l'invention, les aimants retardateurs sont fixés et le réglage s'effectue au moyen d'un shunt magnétique 22 contenu dans une cavité tubulaire 23 de la pièce de fonderie, qui se prolonge dans l'ouverture centrale de l'aimant en forme de C et axialement sur l'un des côtés de ce dernier.
Le shunt 22 en fer doux, glisse dans la cavité tubulaire et il est encoché sur le côté du disque en 24', de manière à ne pas toucher ce dernier, pour une position quelconque de réglage; il comporte aussi des lèvres de guidage sur une cannelure coopérant avec celles pratiquées dans la pièce de fonderie,de chaque coté de l'entrefer; comme on le voit figure 2, de manière à assurer la fixité du shunt 22. Il comporte aussi une vis 24, dont la tête est accessible par la face antérieure de l'appareil.
Cette vis porte en queue une gorge qui s'oppose à son déplacement longitudinal, de telle sorte qu'en tournant elle fait glisser sur elle le shunt 22, à travers l'ouverture centrale de l'aimant permanent, ce que lion peut voir à l'examen des figures 2 & 3, où la vis 24, dont la queue porte une gorge, se prolonge au-delà de la cavité 23 et traverse une pla- que de laiton 25 ; est maintenue par un ressort en lame 26, pénétrant dans
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cette gorge. Cette plaque 25 et ce ressort 26 sont maintenus par des vis 27 (fi- gure 2). En retirant la plaque 25, on peut introduire le shunt 22 dans la cavité 23 et visser ensuite la vis 24.
L'assemblage étant terminé, comme on le voit fig.3 et fig.2, à droite, la rotation de la vis 24 règle la position du shunt 22..Bien que ce dernier soit séparé de l'aimant 18 par un écran tubulaire, faisant partie intégrante de la pièce de fonderie, il dérive le flux de l'entrefer de l'aimant. permanent proportionnellement à l'amplitude du réglage. Dans la position de déri- vation maxima du flux, il peut dériver 5% du flux amortisseur d'un aimant, cette valeur n'étant pas toutefois limitative. Bien qu'on ait prévu la possibilité de réglage des deux aimants amortisseurs (fig. 1 & 2), il est généralement nécessaire d'effectuer le réglage sur un seul, pour pouvoir disposer d'une large gamme de ré- glage.
Les sens de rotation de la vis 24 correspondant à un accroissement ou à une diminution de la vitesse, sont indiqués sur le boitier (fig.l, à droite).
La cavité 23, dans laquelle se loge le shunt 22, est de préférence percée cylindrique, ou, si elle est venue de fonte, on peut la prévoir légèrement conique ou évasée, pour faciliter son extraction du noyau du moule. Sur les figures 2 & 3 la cavité est cylindrique, ce qui permet au shunt 22 de glisser sans jeu, pour toutes ses positions de réglage. Sur la figure 5 la cavité 23 est venue de fonte et n'est pas usinée ; comporte ,par conséquent, un évasement tel qu'elle soit légèrement plus large à son extrémité ouverte qu'au fond. Si, par conséquent, le shunt 22 glisse sans jeu, dans l'extrémité de diamètre moindre, il glissera avec un jeu appréciable dans l'autre.
Pour éviter toute variation de l'effet de dérivas tion, quand le shunt 22 se trouve réglé sur une position pour laquelle il a du jeu, le dispositif de blocage et de réglage, constitué par la vis 24 et par le ressort 26, est disposé de manière à pousser l'extrémité libre du shunt 22 contre le coté entrefer de la cavité adjacente, figures 5 & 6, et éviter ainsi toute variation de l'effet de dérivation du au déplacement latéral du shunt par rapport à la cavité, et consécutif à des vibrations par exemple. La forme donnée au shunt et à la cavité au niveau des surfaces en contact, permet d'éviter toute rotation du premier.
Pour obtenir le résultat désiré, le ressort 261 des figures 5 & 6, est dis- posé de manière à exercer une traction sur l'extrémité de la vis 24 (figure 5) et à pousser son extrémité inférieure, de manière à maintenir l'extrémité libre du shunt 22, contre la face de droite de la cavité 23, adjacente au coté entrefer de l'aimant 18, dans toutes les positions de réglage axial du shunt. L'ouverture 30 de la pièce de fonderie, aux environs du col de la vis, en 24, est suffisante pour permettre à
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cette vis de pivoter autour de sa tête, et pour permettre aussi à son autre extré. mité de se mouvoir latéralement d'une longueur suffisante pour obtenir ce résultat.
Le ressort 26' peut être en bronze phosphoreux. Il comporte une partie en arc, 31, en contact avec un coté du bâti 14, faisant face à la chape de l'aimant 18, un pro. lonegelent central cannelé 32, embrassant la gorge de la vis 34, et s'étendant jus- qu'aux doigts de ressort 33-34, dont les extrémités sont en contact avec un côté du bâti 14, vers la droite de l'extrémité libre de la cavité 23.
Le ressort est poussé vers l'extérieur par sa partie latérale centrale, et comprimé entre la surface du bâti et la gorge de la vis, de telle sorte que, mis en place, il exerce sur l'extrémité de la vis 24, une traction dirigée vers le bas (fig.5) et maintient la tête de cette vis contre la face exeerne de la partie de la pièce de fonderie constituant l'extrémité fermée de la cavité, et permet d'évi- ter, par conséquent, tout déplacement de la vis, mais permet aussi la rotation de cette dernière, pour le réglage de la position du shunt, suivant l'axe de la ca- vité.
Le ressort 26' et l'extrémité de la vis 24 sur laquelle il porte, sont pous- ses vers la droite, du fait que les extrémités externes des doigts du ressort 33 sont pousses l'un vers l'autre, insérés qu'ils sont entre les butées en saillie 34 de la surface du bâti 14. Avant de monter le ressort, les doigts 33 placés entre les butées 34 forment un V et, par conséquent, leurs extrémités externes sont poussées l'une vers l'autre quand on les monte, comme on l'a représenté, ce qui constitue un coin élastique orienté vers la droite et qui maintient le nez du shunt appliqué contre la face entrefer de la cavité 23. L'une ou les deux extrémités des doigts peuvent surplomber un épaulement de la paroi latérale du bâti 14, comme on l'a représenté, à l'extrémité du doigt inférieur, pour contribuer à cette traction vers la droite.
Le ressort se monte et se démonte facilement, et il se maintient solidement en place par sa propre élasticité et, une fois monté, il s'oppose à tout déplacement longitudinal, mais autorise le déplacement latéral de son extrémité sur la vis 24, et, en même temps, la maintient vers la droite, de la quantité per- mise pas le shunt 22. Ce dispositif est moins coûteux que celui de la figure 3 car il implique un nombre moindre d'éléments, moins d'usinage,et il peut être monté plus rapidement.
L'invention permet une économie très importante de poids de matière et d'en- combrement par rapport aux systèmes antérieurs. C'est ainsi que les aimants per- manents 18 ont les dimensions suivantes:
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Le BH maximum de ces aimants est de l'ordre de 4*600.000 et l'aimantation résiduelle de l'ordre de 12.000 gauss. Le système d'aimants amortisseurs conforme à l'invention permet de ramener le poids de matière magnétique utilisée dans les deux types, d'environ 300 à 68 grammes.
Après avoir traité les aimants pour leur conférer l'anisotropie, on fixe les shunts Compensateurs 21 sur l'aimant 18, avec un ciment thermodurcissable à haute température. Les aimants sont ensuite noyés dans leur cadre de métal fusible sus- mentionné. Ce métal durcit et refroidit rapidement, de telle sorte que la tempéra,- ture des aimants n'atteint pas celle du point de fusion du métal précité, soit en- viron 580 C, et qu'ils ne restent pas longtemps à une température relativement élevée. Cette opération ne modifie pas leurs propriétés magnétiques. A ce stade de la fabrication, ils n'ont pas été polarisés, mais on leur a conféré l'anisotropie suivant l'axe désiré d'aimantation. Toutes les opérations d'usinage sont nécessai- rement effectuées sur les cadres de métal fondu.
Elles comportent l'alésage de la cavité 23 pour le réglage du shunt à pleine charge, et, s'il est nécessaire, le perçage des trous de boulons de vis, etc.., on les effectue à l'aide d'un gabarit pour obtenir la précision nécessaire.
La magnétisation des aimants 18 s'effectue à l'intérieur de la pièce de fon- derie, comme on l'a représenté figure 4. On introduit les conducteurs 28 & 29 par les ouvertures des cavités 23 et par les ouvertures centrales des deux aimants 18.
Entre les extrémités des conducteurs, on voit un barreau de cuivre 36, dont l'épais- seur, suffisamment faible, permet son passage dans l'espace compris entre le cadre 14 et les aimants 18, quand on a introduit les conducteurs 28 & 29. On fait alors passer dans le circuit 28-29-36, en courant à 60 pps dont la valeur de pointe est de 25.000 ampères, et dont le sens est celui des flèches de la figure 4. Il tra- verse les aimants en sens opposé et les polarise suivant N et S (figure 1) - (dans le cas où l'on désire une autre répartition des polarités, on peut Fairer passer le courant magnétisant à travers les aimants dans la même direction).
Les aimants sont soumis ensuite à l'action d'un champ alternatif qui les désaimante de 5 %. On monte ensuite l'appareil et, dès qu'on l'a mis en charge, on le désaimante de nouveau, de manière à amener l'aimantation à la valeur désirée ce que l'on me- sure à l'aide d'un indicateur de vitesse, dans les conditions de charge connues.
Les aimants conservent alors une forte rémanence utilisée à amortir le flux dans l'entrefer, la valeur de ce flux disponible pour l'amortissement, pouvant être réduite si on le juge nécessaire, par le ou les shunts 22.
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La fait que les aimants 18 sont noyés dans un conducteur non magnétique est avantageux pour plusieurs raisons. Ils sont protégés du contact accidentel d'éléments magnétiques, outils ou autres, susceptibles de mettre en court-circuit une partie de l'aimant, ce qui entraînerait une diminution de l'intensité d'aiman- tation. Le cadre venu de fonderie évite l'attraction par les aimants, de poussiez res magnétiques, limailles ou copeaux de fer, sauf au niveau de l'entrefer.
Pour protéger l'ensemble, axant terminaison du montage, on peut introduire dans les entrefers des coins de bois ou de toute autre matière non magnétique, ces entrefers étant la seule partie des aimants non recouverte par le cadre en matière fondue. Toutefois, on peut aussi prévoir une mince paroi de cette matière au-dessus des pièces polaires. Après montage, le cadre en matière fondue se trouve placé en- tre les aimants et les bobines, et il permet d'éviter la désaimantation par les courants à front raide, qui peuvent accidentellement circuler dans l'appareil en cas de court-circuits, de coups de foudre, etc...
Les aimants amortisseurs sont fixes par rapport à toutes les autres pièces fixes de l'appareil et, par conséquent, il ne peut y avoir de déplacement acciden- tel de la position des aimants par rapport aux pièces polaires, pivots, etc..., ce qui permet de retirerle disque ainsi que l'axe, et de le remettre en place avec le risque minimum de modifier l'étalonnement et aussi d'utiliser une suspension magnétique de l'axe 5. Les pivots 6 sont, de préférence, à suspension magnétique et supportent le poids total de l'élément en rotation. Les supports de ces pivots font partie intégrante du châssis.
On notera 1 ) que les aimants amortisseurs sont symétriques par rapport à un axe compris entre l'axe de rotation et le centre du système magnétique d'entraînement; 2 ) qu'une ligne joignant les centres des aimants amortisseurs passe sur le coté aimant de l'axe 5 ; et 3 ) que les aimants retardateurs sont très voisins des aimants d'entraînement. Cette disposition contribue à réduire toute la poussée latérale sur le disque et l'axe, comme on lta décrit dans le brevet belge 451.250 précité.
Du fait de la disposition des pôles des aimants retardateurs (fig.l),on notera que les flux retardateurs traversent le disque 4 dans le même sens, des deux cotés de l'axe, et que ces flux sont symétri- ques par rapport à l'axe. Cette disposition permet de réduite les vibrations du disque, dues à l'interaction du flux retardateur et des courants de Foucault en-. gendrés par les flux des bobines voltmétriques.
Dans le cas où la présente invention est appliquée à des compteurs compor- tant deux aimants d'entraînement, ou davantage, les éléments supplémentaires doivent @
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de préférence, posséder leur propre bâti venu de fonte, y inclus les aimants retardateurs.
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-PROFECTIONING IN THE MANUFACTURING OF METERS-
The present invention relates to the manufacture of shock-absorbing magnets and to the structure of their supports, used in integrating devices comprising a conductive disc, driven in the manner of the secondary of an induction motor, by the flux of the meter magnets, and delayed, or damped, by the flux of a permanent magnet.
In the applications of the invention, use is made of a permanent magnet endowed with exceptional residual energy and whose small dimensions and lightness allow it to form an integral part of the frame made of cast iron, which supports the drive magnets and the pivots. . These permanent magnets must have a very high value of BH max. not
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Heat treatment is an important factor in their manufacture during which they are cooled to the temperature corresponding to the Curie point, while they are subjected to the action of a magnetic field oriented along the same axis as the one they will have in the final state. Matter is also given an anisotsopic magnetic orientation which gives it superior remanence properties.
After having undergone this treatment, the magnet is then magnetized in the usual manner. To then drown it in the material coming from cast iron, it must be heated to a temperature close to that of the melting point of this material, and the final polarization of the magnet must be subsequent to this operation.
The preferred method consists in first imparting to the magnets their anisotropic properties, along the desired axis, by heat treatment in a magnetic field, while cooling to the Curie point, as has been said. previously. This treatment is followed by aging at about 600 C; the magnets must then no longer be heated to temperatures of this order, in order to avoid destroying their magnetic properties.
If we reached the Curie point (800 to 900), we would destroy not only the coercive properties but also the anisotropic properties. The magnets are then embedded in a suitable material, the melting point of which is sufficiently lower than that of Curie. An alloy containing 11 to 13% silicon is used for this purpose, the remainder consisting of aluminum ( melting point 580 C.). You can also choose other alloys. The actual heating of the permanent magnets during this operation is relatively short-lived and the temperature they reach is lower than that of aging, so that the above-mentioned magnetic properties are retained.
They are then magnetized, while they are drowned in matter, as will be described later.
It is important to avoid accidental contact with other magnetic materials. For example, if the magnet is touched with a conventional steel screwdriver, the latter short-circuits the part of the magnet with which it is in contact and its power is reduced. The magnets according to the invention, being embedded in a non-magnetic material before their final polarization, are protected against this danger.
Although the permanent magnets are located very close to the drive magnets, so as to reduce any lateral thrust, as on @
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described in the Belgian patent issued by the Applicant Company on June 26, 1943 under No. 451,250, they are nevertheless completely protected against any deactivation due to steep-front currents, liable to be generated in the coils and conductors. of the measuring device, this protection being ensured by the presence of the part made of cast iron, a good conductor, and which consequently dampens the flows with a steep front.
The magnets according to the invention have the shape of a C, the polos of which, of permanent magnetic material, are located on each side of the disc of the measuring device, so as to avoid any variation in the damping force due to changes in position of the disc in the air gap of the damper flow. The damping magnets according to the invention are then mounted symmetrically with respect to the direction of the eddy currents generating the force driving the disc, so as to reduce the vibrations due to their common interaction and with the damping flux.
Although the damping magnets according to the invention are completely embedded in a non-magnetic fixed frame, made of cast iron, shunts are provided which compensate for the temperature and the variations in the force of the damping magnet, for calibration purposes. The amount of magnetic material used in damping magnets, used in a watt-hour meter, is less than a quarter of that currently used in devices known on the market today. The support brackets and the magnetic braking system adjustment devices are also eliminated.
The invention will be better understood by reading the following description and by examining the appended drawings, where: - Figure 1 is a front view of a watt-hour meter, part in section, .. FIG. 2, a rear view of part of the cast iron frame, showing the location of the brake magnets.
Figure 3, a section in which we see the position of one of the braking magnets relative to the axis of the armature.
- Figure 4 makes it possible to understand the polarization of these magnets assembled in the frame.
Figures 5 & 6 are cross sections and end views of an adjustment shunt of one of these magnets.
Referring to these figures, we see at 1 the box, at 2 the glass cover plate, at 3 the cover of the terminal box of one watt * hour meter for single-phase alternating current. A disc 4, made of conductive material, rotates
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with a shaft 5 supported by upper and lower pivots, 6 & 7. The shaft 5 driven by pinions, drives a counter comprising several needles 8, housed on the upper part of the device. The disc 4 is driven by the fluxes generated by an electromagnet, housed above the disc, and by another housed below. In this type of meter, the voltmeter electromagnet comprises a core 9, in the form of an E, facing the disc and a voltmeter coil 10 on the branch of the central core.
The core 11 of the amperometric electromagnet in the form of a U, the opening of which faces the disc and the amperometric coils 12 on both branches. The structures of the voltmetric and amperometric cores are united by the lateral parts of a magnetic yoke 13 which extends beyond the periphery of the disc 4, As is customary, the structure of the magnetic core is fixed to the face rear of a frame 14, provided with a slot 15 allowing the disc 4 to pass through. The pivots are carried by the front face of the frame as are the counter dials whose support is shown at 16. The latter is made of non-magnetic metal. , made of cast iron, and comprises the usual support bosses, studs and bolt holes making it possible to fix the elements of the meter and the latter to the case.
The coils are connected to the terminal box by wires and lugs 17. This structure is, in general, consistent with that of existing devices.
Generally, the frame also comprises a projecting console, on which the magnetic damper assembly is fixed and which is adjustable in the radial direction of the disc to adjust the damping, that is to say the force retarding the disc.
In the present invention, this method of construction is abandoned and relatively small but powerful retarding magnets are provided, embedded in the frame 14 and therefore not adjustable. These magnets are contained in relatively small housings 19, provided in the casting, on the periphery of the disc 4 and diametrically opposed. They have the shape of a C, embracing the periphery of the disc 4, their pole pieces facing both the disc and the yoke of the magnet, joining the pole pieces. The cross section of this yoke is slightly greater than that of the pole pieces, so as to obtain the best conditions for using the permanent magnet.
As has been shown, these magnets are housed in the foundry part, except at the level of the pole pieces facing the disc of the counter. Thus, in the drawing, the C-shaped part 20 of the internal face of the magnets is fully embedded in the frame of the meter.
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On the rear face of these magnets, (Fig.l) (Fig.2), carries a thin part of magnetic material 21, C-shaped, with low permeability and whose temperature-permeability coefficient is negative and capable of correcting the temperature errors. These compensators drift on the pole pieces a relatively small part of the flux of the permanent magnet, and the value of this derivative flux decreases as the temperature increases.
The nature of the errors due to temperature, and which are observed in induction watt-hours-meters, as well as their compensation, are described in the Belgian patent issued by the Applicant Company, May 5, 1925. , under number 326.329, and, although in the present invention the same principle is used, the structure of the compensation system is entirely different. The derivative flux and that of the magnet are in opposite direction. The C-shaped compensator 21 in Carpenter steel, an iron-nickel alloy, is cemented to one side of the permanent magnet during the anisotropic heat treatment, before the magnets are embedded in the part. foundry. Each of the two retarding magnets of an assembly preferably undergoes the same compensation.
With one of the two delay magnets or both is associated an adjustable load fulfilling the function which, in the previous counters, was by displacement of the whole of the delay magnet mount, in the radial direction with respect to the disc. speedometer, so as to vary and adjust the speed correctly for a given load. In the apparatus according to the invention, the delay magnets are fixed and the adjustment is carried out by means of a magnetic shunt 22 contained in a tubular cavity 23 of the casting, which extends into the central opening of magnet is C-shaped and axially on one side of the latter.
The soft iron shunt 22 slides into the tubular cavity and is notched on the side of the disc at 24 ', so as not to touch the latter, for any adjustment position; it also comprises guide lips on a groove cooperating with those made in the foundry part, on each side of the air gap; as can be seen in FIG. 2, so as to ensure the fixity of the shunt 22. It also comprises a screw 24, the head of which is accessible from the front face of the device.
This screw has a groove at the tail which opposes its longitudinal displacement, so that by turning it causes the shunt 22 to slide on it, through the central opening of the permanent magnet, which lion can see at examination of Figures 2 & 3, where the screw 24, the shank of which has a groove, extends beyond the cavity 23 and passes through a brass plate 25; is held by a leaf spring 26, penetrating into
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that throat. This plate 25 and this spring 26 are held by screws 27 (FIG. 2). By removing the plate 25, the shunt 22 can be introduced into the cavity 23 and then screwed in the screw 24.
The assembly being completed, as seen in fig.3 and fig.2, on the right, the rotation of the screw 24 adjusts the position of the shunt 22 .. Although the latter is separated from the magnet 18 by a tubular screen , being an integral part of the foundry part, it derives the flux from the air gap of the magnet. permanent proportional to the amplitude of the adjustment. In the position of maximum flux deviation, it can derive 5% of the damping flux of a magnet, this value not however being limiting. Although the possibility of adjusting the two damping magnets (fig. 1 & 2) has been provided for, it is generally necessary to carry out the adjustment on only one, in order to be able to have a wide range of adjustment.
The directions of rotation of screw 24 corresponding to an increase or decrease in speed are indicated on the box (fig.l, right).
The cavity 23, in which the shunt 22 is housed, is preferably drilled cylindrical, or, if it is made of cast iron, it can be provided slightly conical or flared, to facilitate its extraction from the core of the mold. In Figures 2 & 3, the cavity is cylindrical, which allows the shunt 22 to slide without play, for all its adjustment positions. In Figure 5 the cavity 23 is made of cast iron and is not machined; has, therefore, a flare such that it is slightly wider at its open end than at the bottom. If, therefore, the shunt 22 slides without play, in the end of smaller diameter it will slide with appreciable play in the other.
To avoid any variation in the bypass effect, when the shunt 22 is set to a position for which it has play, the locking and adjustment device, consisting of the screw 24 and the spring 26, is placed so as to push the free end of the shunt 22 against the air gap side of the adjacent cavity, figures 5 & 6, and thus avoid any variation in the bypass effect due to the lateral displacement of the shunt with respect to the cavity, and consequently to vibrations for example. The shape given to the shunt and to the cavity at the level of the contacting surfaces makes it possible to avoid any rotation of the first.
To obtain the desired result, the spring 261 of Figures 5 & 6 is arranged so as to exert a traction on the end of the screw 24 (Figure 5) and to push its lower end, so as to maintain the free end of shunt 22, against the right face of cavity 23, adjacent to the air gap side of magnet 18, in all axial adjustment positions of the shunt. The opening 30 of the casting, around the neck of the screw, at 24, is sufficient to allow
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this screw to rotate around its head, and to also allow its other end. required to move sideways of sufficient length to achieve this result.
The spring 26 'can be made of phosphor bronze. It comprises an arched part, 31, in contact with one side of the frame 14, facing the yoke of the magnet 18, a pro. fluted central lonegelent 32, embracing the groove of screw 34, and extending to the spring fingers 33-34, the ends of which are in contact with one side of the frame 14, to the right of the free end of the cavity 23.
The spring is pushed outwards by its central lateral part, and compressed between the surface of the frame and the groove of the screw, so that, when put in place, it exerts a traction on the end of the screw 24. directed downwards (fig. 5) and maintains the head of this screw against the outer face of the part of the casting constituting the closed end of the cavity, and consequently makes it possible to avoid any displacement of the screw, but also allows the rotation of the latter, for the adjustment of the position of the shunt, along the axis of the cavity.
The spring 26 'and the end of the screw 24 on which it bears are pushed to the right, since the outer ends of the fingers of the spring 33 are pushed towards each other, inserted so are between the projecting stops 34 of the surface of the frame 14. Before mounting the spring, the fingers 33 placed between the stops 34 form a V and, therefore, their outer ends are pushed towards each other when one mounts them, as shown, which constitutes an elastic wedge oriented to the right and which maintains the nose of the shunt applied against the air gap face of the cavity 23. One or both ends of the fingers can overhang a shoulder of the side wall of the frame 14, as shown, at the end of the lower finger, to contribute to this traction to the right.
The spring is easily assembled and disassembled, and it is held securely in place by its own elasticity and, once mounted, it opposes any longitudinal displacement, but allows the lateral displacement of its end on the screw 24, and, at the same time, keep it to the right, by the amount allowed by the shunt 22. This device is less expensive than that of FIG. 3 because it involves a smaller number of elements, less machining, and it can be mounted more quickly.
The invention allows a very significant saving in material weight and size compared to prior systems. Thus the permanent magnets 18 have the following dimensions:
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The maximum BH of these magnets is of the order of 4 * 600,000 and the residual magnetization of the order of 12,000 gauss. The system of damping magnets according to the invention makes it possible to reduce the weight of magnetic material used in the two types, from about 300 to 68 grams.
After having treated the magnets to give them anisotropy, the compensating shunts 21 are fixed on the magnet 18, with a high-temperature thermosetting cement. The magnets are then embedded in their aforementioned fusible metal frame. This metal hardens and cools rapidly, so that the temperature of the magnets does not reach that of the melting point of the aforementioned metal, that is to say about 580 C, and that they do not remain for a long time at a temperature relatively high. This operation does not modify their magnetic properties. At this stage of manufacture, they have not been polarized, but they have been given anisotropy along the desired axis of magnetization. All machining operations are necessarily carried out on the molten metal frames.
They include the bore of the cavity 23 for the adjustment of the shunt at full load, and, if necessary, the drilling of screw bolt holes, etc., they are carried out using a jig. to obtain the necessary precision.
The magnetization of the magnets 18 takes place inside the foundry, as shown in FIG. 4. The conductors 28 & 29 are introduced through the openings of the cavities 23 and through the central openings of the two magnets. 18.
Between the ends of the conductors, we see a copper bar 36, the thickness of which, sufficiently low, allows its passage in the space between the frame 14 and the magnets 18, when the conductors 28 & 29 have been introduced. We then pass through circuit 28-29-36, with a current at 60 pps, the peak value of which is 25,000 amperes, and the direction of which is that of the arrows in figure 4. It passes through the magnets in direction. opposite and polarizes them according to N and S (figure 1) - (in the case where one wishes another distribution of the polarities, one can Fairer pass the magnetizing current through the magnets in the same direction).
The magnets are then subjected to the action of an alternating field which demagnetizes them by 5%. The device is then mounted and, as soon as it has been put on load, it is demagnetized again, so as to bring the magnetization to the desired value, which is measured with the aid of a speedometer, under known load conditions.
The magnets then retain a strong remanence used to damp the flux in the air gap, the value of this flux available for damping, which can be reduced if it is deemed necessary, by the shunt (s) 22.
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The fact that the magnets 18 are embedded in a non-magnetic conductor is advantageous for several reasons. They are protected from accidental contact with magnetic elements, tools or the like, liable to short-circuit part of the magnet, which would cause a decrease in the magnetization intensity. The foundry frame avoids the attraction by magnets, magnetic dust, filings or iron chips, except at the level of the air gap.
To protect the assembly, axing the end of the assembly, it is possible to introduce wedges of wood or any other non-magnetic material into the gaps, these gaps being the only part of the magnets not covered by the frame of molten material. However, it is also possible to provide a thin wall of this material above the pole pieces. After assembly, the frame of molten material is placed between the magnets and the coils, and it prevents demagnetization by steep front currents, which can accidentally flow through the device in the event of short circuits, lightning strikes, etc ...
The damping magnets are fixed with respect to all the other fixed parts of the apparatus and, consequently, there can be no accidental displacement of the position of the magnets with respect to the pole pieces, pivots, etc., which makes it possible to remove the disc as well as the axle, and to put it back in place with the minimum risk of modifying the calibration and also to use a magnetic suspension of the axle 5. The pivots 6 are preferably at magnetic suspension and support the total weight of the rotating element. The supports for these pivots are an integral part of the frame.
Note 1) that the damping magnets are symmetrical with respect to an axis between the axis of rotation and the center of the magnetic drive system; 2) that a line joining the centers of the damping magnets passes over the magnet side of axis 5; and 3) that the delay magnets are very close to the drive magnets. This arrangement contributes to reducing all the lateral thrust on the disc and the axle, as described in the aforementioned Belgian patent 451,250.
Due to the arrangement of the poles of the retarder magnets (fig.l), it will be noted that the retarder fluxes pass through the disc 4 in the same direction, on both sides of the axis, and that these fluxes are symmetrical with respect to axis. This arrangement makes it possible to reduce the vibrations of the disc, due to the interaction of the retarding flux and the eddy currents in-. generated by the fluxes of the voltmeter coils.
In the case where the present invention is applied to meters having two or more drive magnets, the additional elements must be provided.
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preferably have their own cast iron frame, including the retarder magnets.