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"MONTAGE PERMETTANT DE REGLER SANS PERTES LA CONSOMMATION D'UN MOTEUR ELECTRIQUE ALIMENTE PAR UNE SOURCE DE CONRANT CONTINU".- la présente invention se rapporte à un montage permettant de régler sans' pertes la consommation d'un moteur électrique alimenté par une source de courant cont,i- nu, tel que le moteur d'un chariot électrique alimenté par une batterie d'accumulateurs. On a déjà proposé en vue d'un tel réglage des montages comportant un commutateur rotatif dont le rapport entre les temps de contact et les temps d'interruption est réglable.
Dans le cas d'un tel montage, l'absence d'étincelles au commutateur périodique et le fonctionnement régulier du moteur, notamment le
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démarrage régulier et exempt de chocs, sont des problèmes importants à résoudre.
Ces deux problèmes sont étroitement liés à la question des caractéristiques d'accumulation du courant dans le circuit branché sur la source de courant continu par l'intermédiaire de l'interrupteur rotatif, c'est-à- dire qu'il s'agit principalement de connaître la valeur de la self-induction du moteur et la capacité effective en parallèle avec le circuit du'moteur.
L'invention a pour objet un montage comportant un circuit consistant essentiellement en une capacité, branché'en'parallèle avec le circuit d'alimentation du moteur à régler qui est relié à la source de courant continu par l'intermédiaire de l'interr upt 1 eur. Pour que ce dispositif fonctionne d'une façon satisfaisante, il est essentiel que le circuit d'alimentation du moteur possède une composante inductive de résistance suffisam- ment grande. Le cas échéant, lorsque la self-induction du moteur n'est pas suffisamment grande, on branche une inductance complémentaire en série avec le moteur, de telle sorte que le circuit capacitif mentionné ci-dessus soit en parallèle avec ce montage en série du moteur. électrique et de l'inductance complémentaire.
De préférence, mais non obligatoirement, on prévoit une autre inductance dans le circuit de charge du condensateur mentionné qui est chargé par la source d'alimentation en courant continu lorsque le commutateur périodique réglable est fermé, cependant cette inductance
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supplémentaire doit posséder une résistance inductive faible par rapport à la résistance inductive du circuit d'alimentation du moteur électrique qui constitue le "circuit de consommation" proprement dit.
Les remarques suivantes se rapportent- au mode de fonctionnement et à l'étalonnage des deux circuits en parallèle :
Lorsqu'on ferme'le circuit d'un moteur à courant continu, un courant de très forte intensité passe à travers ce moteur tant que ce dernier est encore arrêté, si l'on n'utilise'pas une résistance branchée en série avec le moteur en amont de celui-ci. C'est seulement lorsque le moteur tourne qu'une contretension est produite,grâce à laquelle les intensités trop fortes sont évitées.
Au lieu d'éviter les courants de démarrage trop forts par l'utili- sation d'une résistance de démarrage qui donne lieu à des pertes d'énergie, on peut réduire les courants de démarrage en utilisant un moteur ayant un coefficient d'induction propre élevé, ou bien en branchant une induc- tance en série avec le moteur et en amont de celui-ci.
C'est essentiellement cette dernière méthode qui est appli quée dans la présente invention, mais, lors de la détermi- nation de la composante inductive de la.résistance du circuit d'alimentation du moteur, on doit tenir compte du mode de fonctionnement intermittent du dispositif de commutation.
Suivant l'invention, on choisit, pour la composante inductive de la résistance du circuit d'alimentation du
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moteur électrique, une valeur telle que, le moteur étant arrêté et le commutateur étant réglé au temps de contact minimum, le courant effeotif passant à travers le moteur ne soit pas sensiblement supérieur au courant maximum admissible en fonctionnement continu du moteur; par exemple, on fait en sorte que le courant obtenu dans ces conditions ait une valeur se situant entre la moitié et le double du courant maximum admissible en fonctionnement continu. Cette prescription a essentiellement pour but d'éviter les sur- charges du moteur.
Il est important, en outre, que la décharge du condensateur branché en parallèle soit ralentie pendant les périodes'd'interruption du courant par le commutateur et qu'une décharge complète de ce condensateur ne soit obtenue que lorsque le commutateur est réglé au temps de contact minimum prévu. En tenant compte de cette règle, on obtient un démarrage régulier et sans à-coups du moteur.
Lors du choix des caractéristiques du circuit capacitif en parallèle, on doit également tenir compte de .la nécessité d'éviter les étincelles de rupture àu commuta- teur ; en raison de la résistance inductive du circuit d'alimentation du moteur, le courant existant lors de- l'ouverture du commutateur a tendance à persister, ce qui 'détermine des survoltages et des étincelles, si le courant ne peut.être absorbé par une capacité d'une valeur appro- priée.
Le condensateur doit être capable, lors de l'inter- ruption du contact par le commutateur,, de perdre sa charge
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accumulée à une cadence ralentie, mais non pas trop lente- ment, de telle sorte que les contacts disjoints soient déjà séparés par une distance suffisante lorsque la charge est devenue relativement faible, si bien que la chute de tension aux armatures du condensateur et l'augmentation résultante de la différence de potentiel aux contacts ne peut provoquer aucune étincelle de rupture.
En outre, grâce à la charge accumulée, le conden- sateur continue à alimenter le moteur lors de l'interrup- tion du circuit par le commutateur, ce qui permet d'obtenir un fonctionnement régulier du moteur.
D'autre part, la présence du condensateur comporte un risque, à savoir : Lors de la fermeture du circuit par le commutateur, le condensateur peut recevoir une impulsion de courant trop forte. Ce danger est diminué par l'utilisa- tion d'une inductance incorporée dans le circuit de charge du condensateur, en série avec ce dernier ; en choisissant la valeur de cette inductance, il faut tenir compte du fait qu'une charge complète du condensateur doit être assurée, même lorsque le commutateur est ajusté au temps de contact minimum.
Pour des raisons basées sur des considérations de prix et de poids, il est désirable d'utiliser, comme capa- cité, un condensateur électrolytique. De tels condensa- teurs sont sensibles aux surcharges, mais on peut protéger le condensateur en prévoyant des moyens de limitation du courant.
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Le risque de formation d'étincelles de rupture au commutateur rend nécessaire l'utilisation d'un commuta- teur à rupture rapide. La présente invention vise également la construction d'un tel commutateur.
L'invention sera mieux comprise à'la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de réalisation de l'invention.
Sur ces dessins :
Les Figs. 1 et 2 sont des schémas de montage correspondant à deux modes de réalisation particuliers.
Les Figs. 3 et 4 montrent deux autres modes de réalisation.
Les Figs. 5 et 6 montrent, à titre d'exemple, les courbes du courant passant à travers le moteur et 'de la tension aux armatures du condensateur, en fonction du temps.
Les Figs. 7 à 11 montrent la construction d'un commutateur réglable, basé sur les principes de la présente invention et les Figs. 12 à 19 représentent d'autres modes de réalisation d'un tel commutateur.
Les principales références numériques utilisées sur les figures ont les significations respectives suivan- tes :
1 est la source d'alimentation en courant continu,- de préférence une batterie d'accumulateurs. 3 est un commutateur à fonctionnement périodique et dont le rapport entre les temps d'interruption et les temps de contact
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est réglable ; de préférence, 3 est un commutateur rotatif.
2 est le moteur dont le courant d'alimentation doit être réglé, par exemple le moteur d'un chariot électrique.
4 est un condensateur, de préférence électrolytique qui est chargé, pendant les périodes de fermeture du commuta- teur 3, tandis qu'il alimente le moteur 2 pendant les périodes d'ouverture du commutateur 3. Les étincelles de rupture du commutateur 3 sont pratiquement supprimées par le condensateur 4. Une inductance 5 est branchée en série avec le moteur 2. L'inductance 5 représente la composante inductive de la résistance du circuit d'alimentation du moteur;- par conséquent, elle est donnée au moins partielle- ment, et, le cas échéant, intégralement, par le moteur lui-même. Pour éviter des courants de charge trop forts au condensateur 4, on peut prévoir, le cas échéant, dans le circuit de charge de ce dernier, une autre inductance 6 dont la valeur doit cependant être faible par rapport à celle de l'inductance 5.
L'inductance 6 peut, dans certaines conditions, consister en une bobine à air ne possédant qu'un nombre de spires réduit. On doit cependant noter que cette inductance supplémentaire 6 n'est pas absolument indispensable et que le cas échéant, elle peut être omise, à condition que'la capacité-limite (par échauffement) du commutateur et du condensateur utilisés le permette.
Le mode de réalisation représenté sur la Fig. 2 se distingue par la. disposition de 1.'inductance supplémen-
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taire incorporée au circuit de charge du condensateur, le courant qui passe à travers le moteur 2 passant également à travers une inductance 7.
Pour diminuer le risque d'application d'un courant de charge dépassant la valeur maximum admissible, au condensateur 4 (sans toutefois entraver la décharge de ce condensateur par l'inductance 6), on peut brancher en parallèle avec 6 un redresseur sec 8 ainsi que le montre la Fig. 3.
Quand on utilise le montage en parallèle de l'in- ductance 6 et du redresseur sec 8, la charge du condensa- teur à travers l'inductance ne se fait, lors de la fermetu- re du circuit par le commutateur 3, que lentement, avec des intensités de courant réduites et ne comportant aucun danger pour le condensateur 4 et le commutateur, tandis que, lors de l'interruption du circuit par le commutateur, la charge du condensateur peut alimenter,pratiquement sans entrave, le moteur 2, par l'intermédiaire du redresseur 8.
Ainsi que le montre la Fig.'4, on peut aussi brancher en parallèle avec le commutateur 3, un condensateur 9 monté en série avec un redresseur 8, ou bien un redresseur avec inductance 10 branchés.en parallèle. On peut encore prévoir une résistance branchée en série avec le condensateur 9.
Une telle disposition donne une protection accrue contre les étincelles de rupture au commutateur 3.
En ce qui concerne la disposition et le mode de fonctionnement du montage de réglage, ainsi que les carac-
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téristiques des organes de commutation, on doit tenir compte des indications suivantes : Il est utile de choisir, pour la capacité 4, un condensateur tel que, pour une tension de 80 Volts aux bornes de la batterie et pour les temps de contact et les fréquences d'interruption indiquées ci-après, il possède une capacité d'approximativement 2000 à 3000 M F par CV de puissance du moteur. Pour une tension "n" fois plus petite, le condensateur 4 doit avoir une capacité "n2"fois plus grande.
De préférence,' on utilise un commutateur rotatif ayant une fréquence de commutation d'au moins 10 cycles par seconde avec un temps de contact minimum égal à un dizième environ de la durée du cycle de commutation. La fréquence de rupture du moteur se situe de préférence entre 10 et 20 cycles par seconde. La composante inductive 5 de la résistance est destinée à amortir l'impulsion de courant passant à travers le moteur lors de la fermeture du circuit par le commutateur 3, et à ralentir la décharge du condensateur 4 ; lorsque le montage est réglé au temps de contact minimum, il est possible que le condensateur 4 se décharge à peu près complètement pendant les intervalles de commutation.
L'inductance. 6 doit être choisie de telle sorte qu'on obtienne encore une charge pratiquement complète du condensateur 4, même pour les temps de contact les plus courts du commutateur rotatif 3. Par contre, la composante inductive 5 de la résistance ne doit permettre une décharge du condensateur 4 qu'au cours d'une période considérablement
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plus longue que le temps de contact le plus court du commutateur.
Dans certaines conditions, il peut être utile d'augmenter la fréquence de commutation du commutateur 3 lorsque le montage est réglé à une faible puissance. Un tel réglage, que l'on effectue simplement en augmentant la vitesse de rotation du moteur auxiliaire qui commande le commutateur 3, permet d'obtenir une marche régulière du moteur 2, même lorsque l'installation est ajustée à la puissance minima.
De préférence, la capacité 4 est un condensa- teur électrolytique résistant aux effets de la commutation dont les deux armatures sont munies de couches d'arrêt.
Les Figs. 5 et 6 représentent, sous forme de schéma, des oscillogrammes obtenus pour différents réglages d'un moteur muni d'un dispositif de réglage,suivant l'inven- tion, freiné avec une force approximativement égale à sa puissance nominale.
, Le.temps est porté en abscisses; Uc représente la tension aux armatures du condensateur 4 en fonction du -temps; Im représente l'intensité du courant passant à travers le moteur, en fonction du temps. Le tracé de la courbe de la tension aux armatures du condensateur montre qu'au moment où le commutateur établit le contact (t1, t3), on obtient une charge pratiquement immédiate du condensa- teur, correspondant pratiquement à la tension de la batte- rie. Au moment de l'interruption du courant (t2,t3: t'2, t3,) la tension du condensateur'U diminue et l'es-
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cillogramme de la Fig. 5 montre une faible tendance à l'apparition d'un contre-courant.
Le tracé du courant Im sur la Fig. 5 montre, pendant les périodes de fermeture des contacts t1... t2, une forte augmentation du courant, tandis que le courant atteint une faible valeur négative .pendant les temps d'interruption t2, t. Dans le cas de l'oscillogramme de la Fig. 6, le courant Im atteint une valeur de saturation pendant les temps de fermeture t1... t'2, pour se trouver ensuite réduit à une valeur légère- =ment inférieure, pendant les phases d'interruption t'2,t3.
.Dans:ce cas, le courant Im ne tomba pas à la valeur "zéro" si bien que la courbe de la tension Uc ne passe pas par une valeur minimum aussi faible que sur la Fig. 5.
Il est important que la tension U c diminue le plus lentement possible au commencement de la période d'interruption de courant t2 ... t, respectivement t'2'... t3 .Au moment t2, respectivement t'2', les potentiels respectifs des deux contacts du commutateur 3 sont égaux et il est important que les contacts soient 'déjà séparés par une distance aussi grande que possible avant que la tension Uc aux armatures du condensateur n'ait' subi une chute considérable, c'est-à-dire avant qu'il existe, aux contacts ouverts du commutateur 3, une tension considérable. La chute de la tension U du c condensateur telle qu'elle ressort des figs. 5 et 6 est assez lente à cet égard.
.Des essais ont prouvé que, lorsqu'on veut éviter la formation d'un arc, aux contacts, lors de l'interrup-
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tion, la différence de potentiel entre ces contacts ne doit pas dépasser une valeur de l'ordre de 10 Volts au moment où, lors du processus d'ouverture des contacts, l'écartement des contacts est inférieur à 1 mm. Geai signifie que la tension du condensateur 4 ne' doit avoir baissé que d'une valeur inférieure à approximativement
10 Volts, une msec après le commencement de la séparation des contacts du commutateur.
Il est utile de prévoir un amortissement apériodi- que du circuit composé du condensateur 4 et du circuit d'alimentation du moteur électrique 2, pendant les phases d'interruption du.courant, ainsi que le montre la Fig. 6 ; si pendant les périodes d'interruption du courant par le commutateur, le courant du moteur.atteignait des valeurs négatives considérables, on obtiendrait lors de la fermetu- re ultérieure des contacts du commutateur 3, une variation particulièrement importante du courant du moteur, et qui se manifesterait par une variation brusque et indésirable du couple moteur.
On a.constaté que dans le cas d'un montage,suivant l'invention, il est essentiel que l'ouverture des contacts de l'interrupteur soit , effectuée le plus rapidement possi- ble pour que, lors de l'interruption, les contacts de l'interrupteur soient déjà séparés par une distance considé- rable avant qu'une différence de tension relativement impor- tante puisse être déterminée par la décharge du condensa- teur, à l'endroit où les contacts du commutateur sont séparés. Par contre, la vitesse de fermeture des contacts
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peut être relativement petite, sans qu'il en résulte des inconvénients.
D'autre part, le dispositif doit être proté- gé contre les à-coups lors de l'ouverture des contacts du commutateur, ce phénomène indésirable pouvant entraîner une fermeture répétée du circuit en raison de la vibration de l'organe de contact.
Les Figs. 7 à 11 montrent un commutateur suivant l'invention, dont le fonctionnement s'est avéré satisfai- sant :
11 est l'axe de commande du commutateur, entraîné d'une façon quelconque, par exemple par un moteur électri- que, dans le sens 'de la flèche indiquée sur le dessin.
L'axe 11 peut être entraîné à une vitesse constante. Un manchon 21 est disposé sur l'axe 11 sur lequel il peut coulisser. Un tube 12 est fixé de façon rigide sur le manchon 21, ce tube étant découpé en forme de coins à pointes voisines de l'extrémité 22, tandis qu'à son autre extrémité 19, le tube possède une section circulaire. Le tube¯12 en forme de coins,pouvant être déplacé par le manchon 21, forme came déterminant une course variable de la pièce mobile d'une structure de contacts. Cette structure se compose de contacts à ressort 17, 17' fixes et isolés, et d'un élément de contact mobile 20 destiné à interconnecter les deux contacts fixes mentionnés ci-dessus et muni d'un poussoir 13.
Un'ressort 15 a tendance à rapprocher le levier qui porte le contact mobile 20, d'une butée 25. La partie découpée en forme de coins du tube 12 est pourvue d'un
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épaulement oblique 23 et d'un épaulement abrupt 24 d'incli- naison moins prononcée à proximité de l'axe, si bien que le levier précité sépare rapidement le contact mobile 20 des contacts à ressort 17, 17' pour passer ensuite progres- sivement, sans chocs et par conséquent sans à-coups, vers l'épaulement incliné 23. Lorsque le poussoir 13 est soulevé par l'épaulement oblique 23 du tube conique 12, on obtient la fermeture du contact. Le contact reste fermé tant que le poussoir 13 s'appuie sur la circonférence du tube.
Lorsque l'axe de commande continue à tourner, le poussoir est rapidement' abaissé au bord 24 fortement incliné, et il en résulte une interruption rapide du circuit. La section du poussoir 13, dans un plan perpendiculaire à l'axe de comman- de, peut être telle que l'un de ses bords 25 soit parallèle à l'épaulement 23 du tube conique 12, tandis que son autre bord, 26, est parallèle au bord 24 de ce tube.
Il est évident qu'on obtient un temps de fermeture de contact plus ou moins long suivant la position axiale de la came coulissante 12 sur l'axe de commande. Si le bord frontal 22 de la came 12 se trouve en dehors de la portée du poussoir 13, comme c'est le cas sur la Fig. 7, le cir- cuit est interrompu en permanence. Si la came 12 est placée dans l'autre position extrême, à droite, de telle sorte que le poussoir 13 s'appuie sur la partie non découpée du tube 12, c'est-à-dire à proximité de son extrémité 19, le circuit est fermé en permanence. Dans les positions intermédiaires, on obtient différents rapports prédéterminés entre le temps de fermeture des contacts et leur temps d'ou- verture.
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Les contacts sous tension 27 17' sont disposés sur des lames 31 qui sont fixées sur un support isolant 27.
Des ressorts hélicoïdaux 29 agissent sur les lames 31 qui appuient sur une butée 28 en matière isolante. Par consé- pour quent, il est possible d'utiliser,/les lames de contact 31, un matériau possédant plutôt une meilleure conductivité électrique que des caractéristiques optima d'élasticité.
Les ressorts hélicoïdaux 29 prennent appui sur une baguette
30 en matière isolante, si bien que les lames de contact
31 et les contacts correspondants (17 et 17') sont parfai- tement isolés par rapport au bâti du dispositif de commuta- tion.
La Fig. 12 et les suivantes mont:rent les détails de construction du commutateur.
Comme on le voit sur les Figs 12 et 13, les lames de contact 32, qui sont en une matière bonne conduc- trice du courant, sont fixées sur une console 33 en matière isolante, le tout étant monté sur un bâti métallique 35. l'une des extrémités du bâti métallique 35, on a fixé au moyen d'une cornière 42, une baguette 34 en matière isolante, sur laquelle viennent s'appuyer élastiquement les lames de contact 32. La force élastique de ces lames est augmentée par des ressorts hélicoïdaux 36 et,par consé- quent, on peut choisir, pour les lames élastiques, un matériau ayant plutôt une bonne conductibilité que des caractéristiques élastiques optima. Des grains de contact en tungstène 37 sont prévus aux extrémités des lames élastiques 32.
Les lames 32 sont branchées en parallèle
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par' groupes de deux, mais elles sont isolées par rapport au bâti métallique 35; les ressorts hélicoïdaux 36 prennent appui sur une traverse 38 également en matière isolante fixée sur le bâti métallique 35.
Le contact mobile 40 désigné auparavant par la référence "20" est montée sur le bâti métallique 35 au moyen d'un axe 41 autour duquel elle peut pivoter. Le contact mobile 40 est muni de grains de contact 43 en tungstène qui correspondent aux grains de contact 37 des lames de contact 32 et qui assurent l'interconnexion élec- trique des jeux de contacts à ressorts mentionnés.
Deux ressorts hélicoïdaux 39 agissent sur le contact mobïle 40 et le maintiennent dans la position correspondant à l'ouverture des contacts. En guise de poussoir 13, on prévoit un organe de commande comportant une bille 45 montée dans une douille 44, ainsi qu'on le voit aux Figs. 14 et 15. La bille 45 roule sur la bague intérieure 46 d'un palier à billes de butée axiale prévu à l'intérieur de,la douille 44. Par conséquent, la bille 45 tourne facilement dans tous les sens perpendiculaires à la ligne(de coupe) X-X (Fig. 14), étant donné que la bague intérieure 46.du roulement à billes peut tourner en même temps.
La bille 45 s'appuie, en guise de poussoir, sur le tube faisant fonction de came (référence 12 sur la Fig. 8), et dont l'axe-de rotation a la même direction que la ligne X-X, c'est-à-dire est parallèle à l'axe longi- tudinal des lames de contact 32.
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La Fig. 16 montre l'arbre à came correspondant qui est monté sur l'axe désigné par la référence 11 sur la
Fig. 8 ; l'arbre à came peut coulisser sur cet axe et il provoque l'ouverture et la fermeture du circuit pour le contact mobile 40, commandé par la bille qui fait fonction de poussoir. L'arbre à came est un corps cylindrique 47 ayant à son extrémité 49 un diamètre inférieur à celui de l'extrémité 50 opposée. On prévoit un gradin 48 sous forme d'un pas de vis unique autour de la pièce cylindrique men- tionnée ; ce gradin provoque l'ouverture du commutateur.
Lorsque la pièce cylindrique 47 tourne autour de son axe longitudinal, le commutateur est maintenu fermé tant que la bille 45 tourne en s'appuyant sur la partie de la circonfé- rence de la pièce 47 qui correspond au grand diamètre de l'extrémité 50. Lorsque, pendant la rotation de la pièce 47, la bille descend en passant par le gradin 48, le commutateur s'ouvre, et lorsqu'ensuite la bille s'appuie sur la partie de la circonférence qui correspond au petit diamètre de l'extrémité 49, le commutateur est maintenu ouvert. La fermeture du commutateur se fait alors progressivement étant donné que la coupe transversale de la pièce cylindri- que se présente comme indiqué sur la Fig. 17.
La partie électrique du commutateur, représentée sur les Figs. 12 à 16,constitue une structure séparée qui est montée sur un bâti contenant la commande mécanique du commutateur.
La conception suivant laquelle la partie électri- que du commutateur représentée sur les Figs. 12 à 16
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constitue une structure séparée est avantageuse en ce sens que cette partie, qui subit la plus forte usure mécanique, peut être remplacée facilement.
La structure de commande mécanique du commuta- teur comporte une patte 52 fixée sur le cadre 51 ; levier de commande 53 maintenu par un ressort de traction 60 est fixé sur la patte 52 de telle manière qu'il puisse pivoter.
Une bague tournante 54 est disposée sur le corps cylindri- que de la came 47 ; l'extrémité libre du levier de commande 53 est en contact avec cette bague 54 de telle sorte que lors d'un pivotement du levier de commande 53, la pièce 47 subisse un déplacement axial le long de l'arbre de commande 55. L'arbre 55 est muni d'une nervure axiale qui est en prise avec une rainure 56 (voir Fig. 17) de la pièce 47 faisant fonction de came, si bien que cette dernière est calée en rotation avec l'axe de commande 55 tout en pouvant être déplacée dans le sens axial. L'arbre 55 est commandé par un moteur électrique 57, par l'intermédiaire de deux roues dentées 58 et 59.
On sait que les dispositifs contacteurs mécani- ques qui effectuent des opérations répétées d'établiaoement et d'interruption d'un circuit à courant continu, subissent une usure asymétrique,étant donné que le courant continu du circuit contrôlé provoque un transfert de matière.
Pour cette raison, il est recommandé de prévoir dans le circuit un inverseur qui provoque une inversion du courant, par exemple chaque fois que le commutateur périodique est mis hors d'action par le déplacement du
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levier de commande 53 vers sa position initiale.
La Fig. 19 représente un schéma de montage pour un mode de réalisation de la présente invention ; sur ce schéma, on trouve les mêmes références que sur la Fig. 1, à savoir : 1 représente la batterie, 2 le moteur à courant continu que lion désire régler, 4 le condensateur à prévoir et 3 le commutateur. La came pouvant coulisser dans le sens axial et qui commande les lames de contact du commutateur 3 est désignée par 47, son arbre de commande par 55 et l'orga- ne qui correspond au levier de commande 53 sur la Fig. 18 porte le numéro 73. Dans le circuit de sortie de la batte- rie 1, un inverseur 71 est prévu. L'inverseur 71 est relié mécaniquement à l'organe de commande 73 de la came 47, ainsi qu'il est indiqué par la ligne 72 en pointillé.
Le mécanisme de liaison 72 comporte un dispositif de commande mécanique étagé qui provoque l'inversion du courant par l'inverseur 71 lorsque l'organe de commande 73 est amené dans sa position extrême de gauche. On peut réaliser de différentes manières un tel mécanisme d'accouplement.
On trouvera ci-après les caractéristiques d'un mode d'application de la présente invention pour un disposi- tif de réglage prévu pour un chariot électrique. Le disposi- tif décrit par la présente invention a été essayé sur trois . chariots électriques des Etablissements MIAG et des Etablis- sements STILL. Les bobines de self-induction (correspondant à l'inductance 5 sur la Fig. 1) utilisées sur le chariot à siège MIAG et sur le chariot à siège STILL, type "Kuli", respectivement sont munies de noyaux conformes aux normes allemandes DIN 46400 et 41302 et de mandrins conformes au
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indications de la norme allemande DIN 41303.
TABLEAU
EMI21.1
<tb> ,¯Chariot <SEP> électrique <SEP> Chariot <SEP> ! <SEP> Chariot <SEP> Chariot
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<tb> caractéristiques---.. <SEP> siège <SEP> MIAG <SEP> siège <SEP> STILL <SEP> siège <SEP> STILL,
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<tb> type <SEP> KULI
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<tb> Puissance <SEP> CV <SEP> 4,9 <SEP> 3,3 <SEP> 1,1
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<tb> Vitesse <SEP> de <SEP> rotation
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Capacité <SEP> par <SEP> CV, <SEP> F <SEP> 2450 <SEP> 2700 <SEP> 21.000
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<tb> Inductance-série <SEP> 40 <SEP> spires <SEP> spires, <SEP> ' <SEP>
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Le mode de montage représenté sur la Fig. 19 et selon lequel une inversion du courant d'alimentation du moteur électrique est prévue, peut également être réalisé par un montage disposé de telle sorte que l'inversion soit effectuée lorsqu'on fait faire marche arrière au moteur de commande.
Ceci se produit souvent, notamment dans le cas des chariots élévateurs à fourche qui sont munis d'une fourche pour le soulèvement des caisses etc... ainsi on obtient un fonctionnement pratiquement régulier du disposi- tif de commutation périodique de.l'installation, avec.des polarités inverses, lorsque l'inverseur est actionné par le dispositif de commutation qui commande la marche arrière du moteur.
Il est à noter que l'expression "temps de contact minimum" employée ci-dessus à propos du commutateur périodi- que, signifie un temps de contact qui représente approxima-' .tivement 10% de la durée du cycle de commutation du commu- tateur périodique.
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EMI1.1
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"MOUNTING ALLOWING TO ADJUST WITHOUT LOSSES THE CONSUMPTION OF AN ELECTRIC MOTOR SUPPLIED BY A CONTINUOUS SOURCE" .- The present invention relates to an assembly making it possible to adjust without loss the consumption of an electric motor supplied by a source of electricity. direct current, i- naked, such as the motor of an electric trolley powered by a battery of accumulators. With a view to such an adjustment, arrangements have already been proposed which include a rotary switch, the ratio of which between the contact times and the interruption times is adjustable.
In the case of such an assembly, the absence of sparks at the periodic switch and the regular operation of the engine, in particular the
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regular and shock-free start-up are important problems to be solved.
These two problems are closely related to the question of the characteristics of current accumulation in the circuit connected to the direct current source through the rotary switch, i.e. it is mainly to know the value of the self-induction of the motor and the effective capacity in parallel with the circuit of the motor.
The invention relates to an assembly comprising a circuit consisting essentially of a capacitor, connected in parallel with the power supply circuit of the motor to be adjusted which is connected to the direct current source by means of the interrupt 1 eur. For this device to function satisfactorily, it is essential that the motor power supply circuit has a sufficiently large inductive resistance component. Where appropriate, when the self-induction of the motor is not sufficiently large, a complementary inductor is connected in series with the motor, so that the capacitive circuit mentioned above is in parallel with this series connection of the motor. . electric and complementary inductance.
Preferably, but not necessarily, another inductor is provided in the charging circuit of the mentioned capacitor which is charged by the DC power source when the adjustable periodic switch is closed, however this inductance
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additional inductive resistance must have a low inductive resistance compared to the inductive resistance of the supply circuit of the electric motor which constitutes the "consumption circuit" itself.
The following remarks relate to the operating mode and the calibration of the two circuits in parallel:
When closing the circuit of a direct current motor, a current of very high intensity flows through this motor while the latter is still stopped, if one does not use a resistor connected in series with the motor upstream of it. It is only when the motor is running that a counter-tension is produced, thanks to which excessive currents are avoided.
Instead of avoiding excessive starting currents by using a starting resistor which results in energy losses, starting currents can be reduced by using a motor with an induction coefficient. clean high, or by connecting an inductor in series with and upstream of the motor.
It is essentially the latter method which is applied in the present invention, but, in determining the inductive component of the resistance of the motor supply circuit, the intermittent mode of operation of the motor must be taken into account. switching device.
According to the invention, for the inductive component of the resistance of the power supply circuit of the
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electric motor, a value such that, with the motor stopped and the switch set to the minimum contact time, the effective current passing through the motor is not appreciably greater than the maximum current admissible in continuous operation of the motor; for example, it is ensured that the current obtained under these conditions has a value between half and double the maximum admissible current in continuous operation. The main purpose of this prescription is to avoid overloading the engine.
It is important, moreover, that the discharge of the capacitor connected in parallel is slowed down during the periods of interruption of the current by the switch and that a complete discharge of this capacitor is obtained only when the switch is set to the time of. minimum expected contact. By taking this rule into account, the engine starts smoothly and smoothly.
When choosing the characteristics of the capacitive circuit in parallel, account must also be taken of the need to avoid breaking sparks at the switch; due to the inductive resistance of the motor supply circuit, the current existing when the switch is opened tends to persist, which causes over voltages and sparks, if the current cannot be absorbed by a capacity of an appropriate value.
The capacitor must be capable, when the contact is interrupted by the switch, of losing its charge.
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accumulated at a slower rate, but not too slowly, so that the disjointed contacts are already separated by a sufficient distance when the load has become relatively low, so that the voltage drop across the capacitor plates and the The resulting increase in the potential difference at the contacts cannot cause any rupture spark.
In addition, thanks to the accumulated charge, the capacitor continues to supply the motor when the circuit is interrupted by the switch, which makes it possible to obtain regular operation of the motor.
On the other hand, the presence of the capacitor involves a risk, namely: When the circuit is closed by the switch, the capacitor may receive an excessively strong current pulse. This danger is reduced by the use of an inductor incorporated in the charging circuit of the capacitor, in series with the latter; when choosing the value of this inductance, it must be taken into account that a full charge of the capacitor must be ensured, even when the switch is adjusted to the minimum contact time.
For reasons based on considerations of price and weight, it is desirable to use, as the capacity, an electrolytic capacitor. Such capacitors are sensitive to overloads, but the capacitor can be protected by providing current limiting means.
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The risk of bursting sparks forming at the switch makes it necessary to use a quick-release switch. The present invention also relates to the construction of such a switch.
The invention will be better understood on reading the detailed description which follows and on examining the appended drawings which represent, by way of non-limiting examples, some embodiments of the invention.
On these drawings:
Figs. 1 and 2 are assembly diagrams corresponding to two particular embodiments.
Figs. 3 and 4 show two other embodiments.
Figs. 5 and 6 show, by way of example, the curves of the current passing through the motor and of the voltage at the armatures of the capacitor, as a function of time.
Figs. 7 to 11 show the construction of an adjustable switch, based on the principles of the present invention and Figs. 12 to 19 show other embodiments of such a switch.
The main reference numerals used in the figures have the following respective meanings:
1 is the direct current power source, - preferably an accumulator battery. 3 is a switch with periodic operation and whose ratio between the interruption times and the contact times
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is adjustable; preferably 3 is a rotary switch.
2 is the motor whose supply current is to be adjusted, for example the motor of an electric trolley.
4 is a capacitor, preferably electrolytic, which is charged during the periods of closing of the switch 3, while it supplies the motor 2 during the periods of opening of the switch 3. The breaking sparks of the switch 3 are practically removed by capacitor 4. An inductance 5 is connected in series with the motor 2. Inductance 5 represents the inductive component of the resistance of the motor supply circuit; - therefore, it is given at least partially, and, where appropriate, in full, by the engine itself. To avoid excessively strong charging currents to the capacitor 4, it is possible, if necessary, to provide in the charging circuit of the latter, another inductance 6, the value of which must however be low compared to that of the inductor 5.
Inductance 6 may, under certain conditions, consist of an air coil having only a reduced number of turns. It should however be noted that this additional inductance 6 is not absolutely essential and that if necessary, it can be omitted, provided that the limiting capacity (by heating) of the switch and of the capacitor used allows it.
The embodiment shown in FIG. 2 is distinguished by the. provision of additional inductance
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silencer incorporated in the capacitor charging circuit, the current which passes through the motor 2 also passing through an inductor 7.
To reduce the risk of application of a load current exceeding the maximum admissible value, to capacitor 4 (without however impeding the discharge of this capacitor by inductor 6), a dry rectifier 8 can be connected in parallel with 6 as well as shown in FIG. 3.
When using the parallel connection of the inductance 6 and the dry rectifier 8, the charging of the capacitor through the inductor takes place, when the circuit is closed by the switch 3, only slowly. , with reduced current intensities and not involving any danger for the capacitor 4 and the switch, while, when the circuit is interrupted by the switch, the capacitor load can supply, practically unimpeded, the motor 2, by the rectifier 8.
As shown in Fig.'4, it is also possible to connect in parallel with the switch 3, a capacitor 9 connected in series with a rectifier 8, or else a rectifier with inductance 10 connected in parallel. It is also possible to provide a resistor connected in series with the capacitor 9.
Such an arrangement gives increased protection against breaking sparks to switch 3.
With regard to the arrangement and mode of operation of the adjustment assembly, as well as the characteristics
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the characteristics of the switching devices, the following indications must be taken into account: It is useful to choose, for capacity 4, a capacitor such as, for a voltage of 80 Volts at the battery terminals and for the contact times and frequencies interrupts indicated below, it has a capacity of approximately 2000 to 3000 MF per HP of engine power. For a voltage "n" times smaller, the capacitor 4 must have a capacity "n2" times greater.
Preferably, a rotary switch is used having a switching frequency of at least 10 cycles per second with a minimum contact time equal to about one tenth of the duration of the switching cycle. The motor failure frequency is preferably between 10 and 20 cycles per second. The inductive component 5 of the resistor is intended to damp the current pulse passing through the motor when the circuit is closed by the switch 3, and to slow down the discharge of the capacitor 4; when the circuit is set to the minimum contact time, it is possible that the capacitor 4 discharges almost completely during the switching intervals.
Inductance. 6 must be chosen so that a practically complete charge of the capacitor 4 is still obtained, even for the shortest contact times of the rotary switch 3. On the other hand, the inductive component 5 of the resistor must not allow a discharge of the capacitor 4 that over a period considerably
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longer than the shortest contact time of the switch.
Under certain conditions, it may be useful to increase the switching frequency of switch 3 when the circuit is set to low power. Such an adjustment, which is carried out simply by increasing the speed of rotation of the auxiliary motor which controls the switch 3, makes it possible to obtain regular operation of the motor 2, even when the installation is adjusted to the minimum power.
Preferably, capacitor 4 is an electrolytic capacitor resistant to the effects of switching, the two plates of which are provided with stop layers.
Figs. 5 and 6 show, in diagram form, oscillograms obtained for various adjustments of a motor provided with an adjustment device, according to the invention, braked with a force approximately equal to its nominal power.
, The time is plotted on the abscissa; Uc represents the voltage at the armatures of capacitor 4 as a function of -time; Im represents the intensity of the current flowing through the motor, as a function of time. The plot of the curve of the voltage at the armatures of the capacitor shows that when the switch makes contact (t1, t3), a practically immediate charge of the capacitor is obtained, corresponding practically to the voltage of the battery. . When the current is interrupted (t2, t3: t'2, t3,) the voltage of the capacitor 'U decreases and the
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cillogram of FIG. 5 shows a weak tendency for the appearance of a counter-current.
The plot of the current Im in FIG. 5 shows, during the closing periods of the contacts t1 ... t2, a strong increase in the current, while the current reaches a small negative value. During the interruption times t2, t. In the case of the oscillogram of FIG. 6, the current Im reaches a saturation value during the closing times t1 ... t'2, to then be reduced to a slightly lower value, during the interruption phases t'2, t3.
In: this case, the current Im did not fall to the value "zero" so that the voltage curve Uc does not pass through a minimum value as low as in FIG. 5.
It is important that the voltage U c decreases as slowly as possible at the beginning of the current interruption period t2 ... t, respectively t'2 '... t3. At the moment t2, respectively t'2', the Respective potentials of the two contacts of switch 3 are equal and it is important that the contacts are already separated by as great a distance as possible before the voltage Uc at the armatures of the capacitor has suffered a considerable drop, that is that is to say before there exists, at the open contacts of the switch 3, a considerable voltage. The drop in the voltage U of the capacitor c as it emerges from figs. 5 and 6 is quite slow in this regard.
.Tests have shown that, when we want to avoid the formation of an arc, at the contacts, during the interruption
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tion, the potential difference between these contacts must not exceed a value of the order of 10 volts when, during the process of opening the contacts, the contact gap is less than 1 mm. Jay means that the voltage of capacitor 4 must have dropped only by a value less than approximately
10 Volts, one msec after the start of the switch contact separation.
It is useful to provide aperiodic damping of the circuit composed of the capacitor 4 and the supply circuit of the electric motor 2, during the current interruption phases, as shown in FIG. 6; if during periods of current interruption by the switch, the motor current reached considerable negative values, when the contacts of switch 3 were subsequently closed, a particularly large variation in the motor current would be obtained, and which would manifest itself as a sudden and undesirable variation in engine torque.
It has been noted that, in the case of an assembly, according to the invention, it is essential that the opening of the contacts of the switch be carried out as quickly as possible so that, during the interruption, the switch contacts are already separated by a considerable distance before a relatively large voltage difference can be determined by the discharge of the capacitor at the point where the switch contacts are separated. On the other hand, the closing speed of the contacts
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can be relatively small without causing inconvenience.
On the other hand, the device must be protected against jerks when opening the contacts of the switch, this undesirable phenomenon being able to cause repeated closing of the circuit due to the vibration of the contact member.
Figs. 7 to 11 show a switch according to the invention, the operation of which has been found to be satisfactory:
11 is the control shaft of the switch, driven in some way, for example by an electric motor, in the direction of the arrow indicated in the drawing.
The axis 11 can be driven at a constant speed. A sleeve 21 is arranged on the axis 11 on which it can slide. A tube 12 is rigidly fixed on the sleeve 21, this tube being cut in the form of pointed wedges close to the end 22, while at its other end 19, the tube has a circular section. The tubē12 in the form of wedges, which can be moved by the sleeve 21, cam shape determining a variable stroke of the movable part of a contact structure. This structure consists of fixed and isolated spring contacts 17, 17 ', and of a movable contact element 20 intended to interconnect the two fixed contacts mentioned above and provided with a pusher 13.
Un'ressort 15 tends to bring the lever which carries the movable contact 20 closer to a stop 25. The wedge-shaped cutout portion of the tube 12 is provided with a
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oblique shoulder 23 and a steep shoulder 24 of less pronounced inclination near the axis, so that the aforementioned lever quickly separates the movable contact 20 from the spring contacts 17, 17 'and then passes gradually , without shocks and therefore without jerks, towards the inclined shoulder 23. When the pusher 13 is lifted by the oblique shoulder 23 of the conical tube 12, the contact is closed. The contact remains closed as long as the pusher 13 rests on the circumference of the tube.
As the control shaft continues to rotate, the pusher is rapidly lowered to the steeply inclined edge 24, resulting in a rapid interruption of the circuit. The section of the pusher 13, in a plane perpendicular to the control axis, may be such that one of its edges 25 is parallel to the shoulder 23 of the conical tube 12, while its other edge, 26, is parallel to the edge 24 of this tube.
It is obvious that a more or less long contact closure time is obtained depending on the axial position of the sliding cam 12 on the control axis. If the front edge 22 of the cam 12 is outside the reach of the pusher 13, as is the case in FIG. 7, the circuit is permanently interrupted. If the cam 12 is placed in the other extreme position, on the right, so that the pusher 13 rests on the uncut part of the tube 12, that is to say near its end 19, the circuit is permanently closed. In the intermediate positions, different predetermined ratios are obtained between the contact closing time and their opening time.
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The live contacts 27 17 'are arranged on blades 31 which are fixed on an insulating support 27.
Helical springs 29 act on the blades 31 which press on a stop 28 made of insulating material. Therefore, it is possible to use, / the contact blades 31, a material having rather better electrical conductivity than optimum elasticity characteristics.
The helical springs 29 are supported on a rod
30 made of insulating material, so that the contact blades
31 and the corresponding contacts (17 and 17 ') are perfectly isolated from the frame of the switching device.
Fig. 12 and following show the construction details of the switch.
As can be seen in Figs 12 and 13, the contact blades 32, which are made of a material which conducts good current, are fixed to a bracket 33 of insulating material, the whole being mounted on a metal frame 35. 1 'One of the ends of the metal frame 35, was fixed by means of an angle 42, a rod 34 of insulating material, on which the contact blades 32 come to rest elastically. The elastic force of these blades is increased by means of coil springs 36 and, therefore, a material may be selected for the resilient leaves which has good conductivity rather than optimum resilient characteristics. Tungsten contact grains 37 are provided at the ends of the elastic blades 32.
Blades 32 are connected in parallel
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in groups of two, but they are isolated from the metal frame 35; the helical springs 36 are supported on a cross member 38 also made of insulating material fixed to the metal frame 35.
The movable contact 40 previously designated by the reference "20" is mounted on the metal frame 35 by means of an axis 41 about which it can pivot. The movable contact 40 is provided with tungsten contact grains 43 which correspond to the contact grains 37 of the contact blades 32 and which provide the electrical interconnection of the sets of spring contacts mentioned.
Two helical springs 39 act on the movable contact 40 and maintain it in the position corresponding to the opening of the contacts. As a pusher 13, there is provided a control member comprising a ball 45 mounted in a socket 44, as can be seen in FIGS. 14 and 15. Ball 45 rolls on inner race 46 of an axial thrust ball bearing provided inside bush 44. Therefore, ball 45 easily rotates in all directions perpendicular to the line ( cutting length) XX (Fig. 14), since the inner ring 46 of the ball bearing can rotate at the same time.
The ball 45 rests, as a pusher, on the tube acting as a cam (reference 12 in Fig. 8), and whose axis of rotation has the same direction as line XX, that is to say. that is, is parallel to the longitudinal axis of the contact blades 32.
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Fig. 16 shows the corresponding camshaft which is mounted on the axis designated by the reference 11 on the
Fig. 8; the camshaft can slide on this axis and it causes the opening and closing of the circuit for the movable contact 40, controlled by the ball which acts as a pusher. The camshaft is a cylindrical body 47 having at its end 49 a diameter smaller than that of the opposite end 50. A step 48 is provided in the form of a single screw thread around the cylindrical part mentioned; this step causes the switch to open.
As the cylindrical part 47 rotates about its longitudinal axis, the switch is kept closed as long as the ball 45 rotates resting on the part of the circumference of the part 47 which corresponds to the large diameter of the end 50. When, during the rotation of the part 47, the ball descends through step 48, the switch opens, and when then the ball rests on the part of the circumference which corresponds to the small diameter of the end 49, the switch is kept open. The switch is then closed gradually, given that the cross section of the cylindrical part is presented as shown in FIG. 17.
The electrical part of the switch, shown in Figs. 12 to 16, constitutes a separate structure which is mounted on a frame containing the mechanical control of the switch.
The design according to which the electrical part of the switch shown in Figs. 12 to 16
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constitutes a separate structure is advantageous in that this part, which suffers the greatest mechanical wear, can be easily replaced.
The mechanical control structure of the switch comprises a tab 52 fixed to the frame 51; control lever 53 held by a tension spring 60 is fixed on the tab 52 in such a way that it can pivot.
A rotating ring 54 is disposed on the cylindrical body of the cam 47; the free end of the control lever 53 is in contact with this ring 54 so that during a pivoting of the control lever 53, the part 47 undergoes an axial displacement along the control shaft 55. The shaft 55 is provided with an axial rib which engages with a groove 56 (see Fig. 17) of the part 47 acting as a cam, so that the latter is locked in rotation with the control shaft 55 while can be moved axially. The shaft 55 is controlled by an electric motor 57, via two toothed wheels 58 and 59.
It is known that mechanical contactor devices which perform repeated operations of establishing and interrupting a direct current circuit suffer asymmetric wear, since the direct current of the controlled circuit causes a transfer of material.
For this reason, it is recommended to provide in the circuit an inverter which causes a reversal of the current, for example whenever the periodic switch is put out of action by the displacement of the
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control lever 53 to its initial position.
Fig. 19 shows a circuit diagram for one embodiment of the present invention; in this diagram, we find the same references as in FIG. 1, namely: 1 represents the battery, 2 the direct current motor that lion wishes to regulate, 4 the capacitor to be provided and 3 the switch. The axially slidable cam which controls the contact blades of the switch 3 is designated by 47, its control shaft by 55 and the member which corresponds to the control lever 53 in FIG. 18 is numbered 73. In the output circuit of battery 1, an inverter 71 is provided. The reverser 71 is mechanically connected to the control member 73 of the cam 47, as indicated by the dotted line 72.
The link mechanism 72 comprises a stepped mechanical control device which causes the reversal of the current by the inverter 71 when the control member 73 is brought into its extreme left position. Such a coupling mechanism can be produced in different ways.
The characteristics of an application mode of the present invention for an adjustment device provided for an electric trolley will be found below. The device described by the present invention has been tested in three. electric trolleys from MIAG Establishments and STILL Establishments. The self-induction coils (corresponding to inductor 5 in Fig. 1) used on the MIAG seat trolley and on the STILL seat trolley, type "Kuli", respectively, have cores conforming to German standards DIN 46400 and 41302 and mandrels conforming to
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indications of the German standard DIN 41303.
BOARD
EMI21.1
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The mounting method shown in FIG. 19 and according to which a reversal of the supply current of the electric motor is provided, can also be achieved by a mounting arranged so that the reversal is effected when the drive motor is reversed.
This often occurs, especially in the case of fork-lift trucks which are provided with a fork for lifting boxes, etc., thus obtaining practically regular operation of the periodic switching device of the installation, with reverse polarities, when the reverser is actuated by the switching device which controls the reverse gear of the motor.
It should be noted that the expression "minimum contact time" used above in connection with the periodic switch means a contact time which represents approximately 10% of the duration of the switching cycle of the switch. periodic tator.