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La présente invention concerne des perfectionnements ou des modifications aux appareils de commande électromagnétiques du type décrit dans les brevets belges nos. 527.536, 531.753 et 540.106, et elle vise en particulier à perfectionner leur circuit magnétique ainsi que son procédé d'excitation et de commande.
Le type d'appareil inductif décrit jusqu'ici comprend deux circuits magnétiques fermés principaux excités tous les deux au moyen d'enroulements primaires connectés en série aux bornes d'une source de courant alternatif, chaque circuit pouvant recevoir une excitation supplémentaire d'une source de courant convenable au moyen de laquelle la. répartit:! on des flux primaires peut être réglée ou ces flux primaires peuvent être transférés, en tout ou @
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en partie, d'un circuit à l'autre, ou vice-versa.
Ces appareils, qui peuvent être pourvus;,ou non, d'enrou- lements secondaires, peuvent être utilisés seuls ou.en combinaison dans des circuits d'alimentation monophasés ou triphasés, respec- tivement, pour établir ou supprimer une tension de sortie ou pour donner une tension de sortie variable de façon continue.
Suivant la-présente invention, un appareil de commande électromagnétique comprend un circuit magnétique à deux chemins de flux perpendiculaires entre eux et des enroulements pour exciter le circuit magnétique dans les directions de ces deux chemins de flux.
L'aimantation principale ou primaire est appliquée à un chemin de flux, tandis que l'excitation supplémentaire est appli- quée dans le sens transversal par un enroulement qui est donc absolument non inductif relativement à l'excitation primaire, et ce pour toutes valeurs d'excitation individuelles ou même collec- tives au cas où il y a plus d'un appareil, comme dans les applica- tions aux réseaux triphasés.
Chaque circuit magnétique est composé, de préférence, de noyaux du type annulaire enroulés en spirale, en matières à grains orientés à haute perméabilité, constituant des unités compo- sites. Chaque ensemble de ce genre peut consister en un noyau annulaire intérieur enroulé en spirale, sur le pourtour extérieur duquel sont prévus l'enroulement primaire et tout autre enroule- ment alternatif, et un noyau annulaire extérieur enroulé en spirale de même section que celle du noyau annulaire intérieur, disposés de façon que les enroulements accourant alternatif préci- tés soient logés dans l'espace annulaire compris entre-les deux noyaux, le circuit magnétique étant complété par des anneaux faits, de préférence, de tôles empilés, ou enroulés en spirale,
et prévus au-dessus et en dessous des noyaux annulaires intérieur et extérieur, de façon à enfermer complètement les enroulements à curant alternatif. On obtient ainsi un circuit magnétique annulai-
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re fermé dans leauel le flux planaire passe par le noyau intérieur et un des anneaux et retourne par le noyau extérieur et l'autre anneau,constituant un circuit magnétique principal fermé de forte section et de faible longueur.
Le noyau composite est convenablement serré ou autrement maintenu et le ou les enroulements d'excitation sont enroulés en forme de bobinage toroïdal sur tout le pourtour du noyau annulaire composite, de façon à établir un second circuit magnétique entière- ment fermé de plus faible section et de plus grande longueur. Il est à remarquer que l'aimantation primaire est radiale et l'exci- tation supplémentaire tangentielle - les deux genres de lignes de force circulant dans le même milieu ou matière, simultanément mais suivant des trajectoires perpendiculaires entre elles ou transversales.
Les positions respectives des enroulements principaux et d'excitation peuvent être interverties si on le désire, mais l'avantage de la disposition proposée réside en ce que l'excitation supplémentaire est appliquée dans le sens de la plus grande perméa- bilité de la matière utilisée et suivant un circuit sans joints, et que les surfaces de jonction des éléments constituant le noyau composite se trouvent dans le même plan que le flux d'excitation supplémentaire, n'ayant donc aucune influence sur celui-ci.
Il est à noter aussi que toute la section de l'ensemble composite comprenant le chemin de retour du flux primaire alterna- tif est disponible pour le passage du flux d'excitation supplémen- taire et, comme la section du circuit de flux principal dans le sens radial peut être considérablement supérieure à sa section dans le sens transversal ou tangentiel, le flux d'excitation est donc beaucoup plus faible que le flux alterna.tif primaire ou principal qu'il doit commander.
Puisqu'avec la disposition suivant la, présente invention, il n'y a aucun couplage inductif entre les enroulements primaires et d'excitation supplémentaire, on dispose d'une grande liberté
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dans la manière de connecter les enroulement.:? d'excitation entre eux. Par exemple, dans les apolications aux réseaux, triphasés, les enroulements d'excitation peuvent être montés sépares ou en collec- tivité, et dans ce dernier cas, ils peuvent être reliés entre eux en série ou en parallèle ou de toute autre manière, en restant toujours préservés de tout effet d'induction.
L'invention est décrite plus en détail ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 représente la disposition d'un circuit magné- tique composite destiné aux appareils du type décrit utilisés dans des circuits monophasés ou triphasés.
La figure 2 représente une autre forme d'exécution com- prenant trois circuits magnétiques composites réunis en un ensemble multiple pour fonctionnement en triphasé.
. Les figures 3 et 3A représentent des modifications de la forme d'exécution de la figure 2.
La figure montre l'enroulement principal et l'enroule- ment d'excitation d'un appareil morophasé à deux circuits comme celui de la figure 1.
La figure 5 montre l'enroulement principal et l'enroule- ment d'excitation d'un appareil trichasé comprenant trois paires de circuits comme . lafigure 1 et prévu pour une excitation en courant alternatif.
La figure 6 représente une forme d' exécution comme à la. figure 5, mais prévue pour une excitation en courant continu seulement ou son équivalent.
La figure 7 montre l'enroulement principal et l'enroule- ment d'excitation d'un appareil triphasé comprenant une raire d'unités comme à la figure 2 ou 3, prévu uniquement pour une excitation en courant continu ou son équivalent.
La figure 8 montre la forme d'exécution utilisée pour une réactance à saturation ou un amplificateur magnétique.
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La f-Lu'o 1 repi-i'rt-nte une forme de circuit rnanéC:cq. avec ses enroulement?, compost' d'un noyau intérieur, annulaire A du type enroula retour duquel on enroule un enroulement primaire
Pl, entoura lui-même éventuel] ement d'un enroulement secondaire SI.
Un noyau annuaire extérieur Al de section transversale annulaire équivalente à celle du noyau A est prévu aussi, de façon que les enroulements à courant alternatif soient logés dans l'espace annulaire compris entre les deux noyaux. Des anneaux Cl et C2 de section voulue sont placés au-dessus et au dessous des noyaux annulaires A et Al comme représenté, de manière à enfermer entière- ment les enroulements à courant alternatif et constituer un ensem- ble composite de forme annulaire. Le chemin suivi par le flux primaire dans le circuit fermé ainsi obtenu, est représenté par les flèches à deux pointes. La section transversale du circuit suivi par ce flux primaire doit être rendue aussi régulière que possible en donnant aux différentes parties les proportions voulues.
L'ensemble complet est convenablement serré ou autrement maintenu, et on enroule, de façon toroldale, un ou des enroulements d'excita- tion H dont les spires entourent l'ensemble composite et produisent, dans celui-ci, un champ dans la direction indiquée par les flèches à une pointe. Pour la. facilité, le dessin représente l'ensemble avec un arrachement, mais il va de soi que les anneaux constituant l'ensemble composite sont continus et entièrement fermés. Le flux principal et le flux d'excitation agissent à angles droits, chacun dans un circuit complètement fermé, les deux, flux ou des parties variables de chaque flux pouvant traverser simultanément toute la même matière magnétique.
Aucun flux primaire principal ne passe dans l'enroulement d'excitation qui est'à angles droits- par rapport au plan de ses spires ou vice-versa, et les enroulements sont donc entièrement non-inductifsl'un par rapport à l'autre, ce qui permet d'utiliser tout genre de courant voulu pour l'excitation, Un appa- reil destiné à un fonctionnement monophasé comprend deux circuits magnétiques composites, chacun comme celui représenté à la figure 1.
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L'enroulement d'excitation rI éClU1 vau taux enroulement (1" axej.t r.ti.0n doubles utilisés dans le cas de .circuits magnétiques divisesou à un enroulement d'excitation commun embrassant des circuits magnéti- ques divisés.
La figure 2 représente une autre forme d'exécution de l'invention pour courant triphasé, dans laquelle on réalise une économie de matière magnétique comparativement au cas où on utilise le nombre équivalent de circuits du type représenté à la figure 1.
Dans cette forme d'exécution, trois noyaux annulaires A, Al et A2 sont montés concentriquement entre des anneaux Cl et C2 faits de tôles empilées, et l'ensemble est convenablement calé.
Les trois circuits magnétiques ainsi constitués sont excités par des enroulements primaires P4 et P5 qui entourent respectivement les noyaux annulaires Al et A et sont logés dans les espaces annulaires compris entre les noyaux, tandis que l'enroulement primaire restant est divisé en deux parties égales P3A et P3B, une de ces parties allant, avec l'enroulement P4, dans l'espace annulaire occupé par celui-ci,et l'autre partie allant avec l'en- roulement P5.
Les deux demi-enroulements sont reliés en série et disposés de fa.çon à aimanter les noyaux annulaires A et Al en sens opposés, afin que le flux dû aux deux demi-enroulements s'écoule, par exemple; vers le haut dans le noyau Al et redescende par les deux autres noyaux A et A2 ou vice-versa à tout moment, tandis que les flux dus aux enroulements P4 et P5 descendent dans les noyaux Al et A et remontent dans les noyaux A2 et Al respectivement, comme indioué à la figure 1 par les flèches à double pointe.
Quand on utilise des enroulements secondaires, ceux-ci sont montés concentriquement à leurs enroulements primaires asso- ciés, comme indiqué précédemment.
Les connexions des enroulements sont efrectuées, dans les différentes formes d'exécution représentées, à l'aide de fil;: passant dans les fente s W pratioupes dans les anneaux C1, C2, etc.
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La figure 3 représente une forme d'exécution utilisant quatre anneaux Cl, C2, C3 et C4. Deux noyaux annulaires A et Al soht montés entre les anneaux Cl et C2, deux noyaux annulaires A2 et A3 sont montés entre les anneaux C2 et C3, et deux noyaux annulaires
A4 et A5 sont montés entre les anneaux C3 et C4, constituant trois
Compartiments annulaires superposés contenant chacun un enroulement primaire comme représenté en P5, P4 et P3.
Si on le désire, des enroulements secondaires sont montés doncentriquement à leurs enroulements primaires associés, de la manière déjà décrite.
Un appareil multiple de ce genre correspond à trois appareils du type de la figure 1, mais il ne faut que quatre anneaux au lieu de six, comme ce serait le cas si on utilisait des unités indépendantes.
La figure 3A représente une autre forme d'exécution dans laquelle on n'utilise que quatre noyaux A, Al, A2, A3 et trois anneaux Cl, C2, C3. Les enroulements primaires sont disposés comme à la figure 2, un des enroulements étant divisé en deux parties égales P3A et P3B, la première étant montée concentriquement à l'enroulement primaire P5 dans le même compartiment annulaire, tandis que la seconde est logée avec l'enroulement primaire P4.
La construction de l'invention'à circuit magnétique multiple se caractérise par une économie de matière magnétique et, dans une certaine mesure, de bobinage.
Un enroulement toroldal H6 embrasse la section de circuit entière dans les circuits magnétiques multiples des figures 3 et 3A, et produit un flux d'excitation dans le sens tangentiel, comme indiqué par les flèches à une pointe.
En utilisant une excitation supplémentaire transversale, comme la présente invention le propose, on jouit d'une grande liberté dans le choix des procédés d'application. Les circuits peuvent être excités par des sources de courant alternatif et, à ce
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point de vue, les adaptations de l'appareil au fonctionnement triphasé peuvent se faire par circuits à excitations individuelles -provenant de sources de courant ayant les mêmes dispositions de phases que l'excitation principale ou primaire qu'ils doivent commander, les enroulements d'excitation étant ensuite groupés en étoile ou en triangle de façon à s'adapter à l'orientation de l'excitation primaire.
Si.on utilise, au contraire, des circuits magnétiques multiples, ceux-ci ne peuvent évidemment être excités qu'en courant continu, puisqu'il faut tenir compte d'excitations primaires de trois phases différentes. @
Quand il le faut, on peut appliquer de l'excitation de feedback aux circuits magnétiques du type proposé dans l'invention., en ajoutant, aux fins voulues,, les enroulements d'excitation supplémentaires nécessaires.
Si.les enroulements à courant alternatif sont disposés de la façon représentée, un certain champ magnétique peut être produit dans-le creux au centre de'l'appareil,puisque tout l'espac entouré par l'enroulement intérieur, est soumis aux effets de sa force magnétisante. Ce champ magnétique peut être confiné dans le fer même du circuit magnétique à condition d'introduire un tube de cuivre Z dans le trou central 'de l'ensemble composite. Ce tube a l'effet d'une spire en court-circuit, et tout flux de fuite qui pénètre dans l'espace central produit un courant de circulation dans le tube, dont la force magnétisante repousse le flux de fuite à l'intérieur du circuit magnétique, où il doit se trouver.
Ce tube, quoique non représenté aux figures 1, 3 et 3A, peut être utilisé aussi dans ces formes d'exécution, si on le désire, Le tube peut être introduit dans l'ensemble complet, après bobinage de l'enroulement d'excitation H, ou bien il peut être glissé, sans jeu et de façon à affleurer aux deux extrémités, dans le noyau assemblé, l'enroulement d'excitation étant bobiné ensuite de maniè- re que ses spires passent à l'intérieur du tube de cuivre; ce dernier procédé est plus efficace.
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Dans le type de circuit magnétique représenté, où le flux primaire ou principal s'écoule radialemetn vers l'extérieur et revient radialement vers l'intérieur, il est bon que la section transversale du circuit magnétique entier .suivi par le flux soit aussi régulière que possible; on peut, par exemple^? donner aux noyaux annulaires de plus grand diamètre une épaisseur moindre qu'à ceux de plus faible diamètre, demanière à avoir une section transversale annulaire égale. De même, l'épaisseur des anneaux supérieurs et inférieurs doit diminuer quand le diamètre augmente, ce aui peut se faire, dans le cas d'ensembles composites simples, en utilisant des tôles empilées dont le diamètre extérieur décroît progressivement.
La dernière remarau.e n'est d'importance que si les enroulements d'excitation sont bobinés à l'intérieur du noyau, et non toroldalement à l'extérieur.
Au lieu d'utiliser des anneaux supérieurs et inférieurs à épaisseur variable, on peut obtenir le même résultat en utilisant des tôles empilées percées de fentes de longueur convenable, dispo- sées à des distances convenables du centre et de largeur W, comme représenté à la figure 2. Cette solution est intéressante parce qu'elle permet de ventiler l'enroulement qui serait autrement hermétiquement enfermé, et donne un accès plus'faible pour sortir des connexions. Ces fentes peuvent aussi êtreutilisées pour introduire des boulons servant à maintenir:les anneaux et à réunir les parties de noyau.
Des bagues encastrées M en forme de cornières, faites en bakélite, mica ou autre matière isolante convenable, peuvent recouvrir les coins ou bords intérieurs et extérieurs de l'ensemble composite, de façon que le bobinage toroldal soit bien isolé et n'obture pas les fentes ou encoches de ventilation percées dans les anneaux supérieurs et inférieur,
Si on utilise des moyens de fixation pour réunir ou monter les parties du noyau composite, les bagues isolantes précitées peu- vent être divisées en secteurs de longueur convenable, l'enroulement'
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d'excitation notant bobiné qu'à 1,-'endroit des secteurs.
La figure 4 contre une façon de disposer Les enrou lements d'un appareil inductif composé d'une paire de circuits, chacm comme celui représenté à la figure 1. Des enroulements prima: res p1 et P2 sont prévus sur les deux circuits, bobinés concentrique- ment aux noyaux annulaires A et Al de la figure 1 dans chaque cas et reliés en série entre les lignes de réseau Ll et L2, tandi: que les enroulements d'excitation supplémentaire H et Hl sont bobinée toroldalement sur les circuits magnétiques respectifs, comme repré- senté en H à la figure 1.
Ces derniers enroulements sont mis en série aux bornes d'une source d'alimentation X-Y et sont excités complé- mentairement à l'aide d'un potentiomètre K, ou l'équivalent, don- nant une tension de sortie variable, ou bien le potentiomètre peut être remplacé par un commutateur J qui établit, ou supprime cette tension de sortie. Dans sa position fermée, le commutateur J court-circuite l'enroulement d'excitation Hl et applique la pleine tension d'excitation à l'enroulement H qui sature le circuit qu'il entoure.'
Pour la clarté du dessin, les enroulements secondaires ont été omis, mais' si on en utilise, ils sont bobinés autour des enroulements primaires et concentriquement aux circuits magnétiques correspondants.
Dans le cas d'un fonctionnement triphasé, on utilise six circuits magnétiques en deux groupes de trois.
A la figure 5, des enroulements primaires P5 et P15, P4 et P14, P3 et Pi3 sont bobinés sur des circuits du type repré- senté à la figure 1. Ces enroulements sont montés concentriques à leurs noyaux correspondants et à tout enroulement secondaire éventuel. Chaque paire d'enroulements en série est connectée respec- tivement entre la ligne Ll et le neutre N, L2 et N, L3 et N.
Les enroulements d'excitation supplémentaire H5 et H15, H4 et H14, H3 et H13 sont bobinés toroldalement autour de chaque sembla composite, comme en H à la figure 1. Les enroulements
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excitation de chaque paire sont reliés en série avec une self Ql,
Q2, Q3 respectivement, et chaque groupe série est connecté entre ta ligne Ll et le. neutre N, L2 et N ou L3 et N en étoile, chaque paire étant reliée à un potentiomètre Kl, K2 et K3 respectivement.
Les trois potantiomètres sont montés sur un même. axe et commandés simultanément, le curseur étant relié chaque fois au point de jonction des deux enroulements d'excitation d'une paire de façon que l'excitation soit appliquée complémentairement entre les cir- cuits de chaque paire, en passant du point de saturation de l'un ou l'autre circuit au cas d'égalité des deux états d'excitation qui correspond à la position d'arrêt.
Dans ce cas,l'excitation peut être fournie par des sour- des de courant alternatif à tension entre phase et neutre comme
Représenté ou par toute tension convenable provenant d'un transfor- mateur abaisseur ou semblable, ou d'une source séparée. Les selfs
01, Q2 et Q3 servent à limiter le courant quand l'un ou l'autre des enroulements d'excitation est saturé.
Les potentiomètres peuvent être remplacés par des inter rupteurs à commande unique Jl, J2 et J3, prenant la forme d'un interrupteur à trois pôles qui établit ou supprime simplement la tension de sortie au lieu de la régler.
Il est à remarquer que là où on utilise une excitation en courant alternatif, la source qui la fournit doit être en phase avec l'excitation primaire à laquelle elle est appliquée et qu'il faut donc donner la même phase que la phase primaire à la source d'excitation supplémentaire correspondante, et là où les enroule- ments primaires sont montés en.étoile, monter aussi les enroulement d'excitation en étoile, ceux-ci étant montés en triangle si les enroulements primaires le sont.
Là figure 6 représente une forme d'exécution semblable à la précédente mais adaptée à une excitation en courant continu ou son équivalent. Ici, les enroulements,d'excitation H5, H4 et H3 sont connectés en série en groupe, tandis que les enroulements
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H15, H14 et H13 sont connectés en série en un autre groupe. Les deux groupes d'enroulements sont mis en série aux bornes d'une source de tension d'excitation continue X-Y ou son équivalent c'est-à-dire un redressement convenablement filtré qui est connecté à une source triphasée, hexaphasée ou monophasée.
Le point de jonction des deux groupes d'enroulements est relié au curseur du potentiomètre K mis aux bornes de la source de tension d'excitation.
En déplaçant le curseur du potentiomètre, l'excitation supplémentaire peut être appliquée complémentairement aux deux groupes de circuits de façon à pouvoir varier la proportion de flux primaire commun prise par chaque paire de circuits comme déjà décrit et à pouvoir régler complètement la tension aux bornes des enroule- ments principaux.
Si les enroulements d'excitation de chaque groupe de cir- cuits de la figure 6 sont connectés en série, ils ne doivent pas l'être dans un ordre déterminé parce qu'ilssont entièrement non inductifs relativement à l'aimantation primaire et qu'il ne faut pas tenir compte d'une somme vectorielle des tensions triphasées.
Ces enroulements d'excitation peuvent donc être communs ou indivis duels, et dans ce dernier cas, ils peuvent être mis en série.ou en parallèle, comme cela se présente le mieux.
La figure 7 montre une forme d'exécution équivalente à celle de la figure 6, mais utilisable avec deux circuits multiples du type représenté à la figure 2. Les enroulements primaires P5, P4 et P3 ainsi que les enroulements secondaires éventuels sont entourés par un bobinage d'excitation commun H6. De même, les enrou- lements primaires P15, P14 et P13 et les enroulements secondaires éventuels sont entourés par un enroulement d'excitation commun semblable H7. Chaque enroulement primaire d'un groupe,est connecté en série avec sa contrepartie de l'autre groupe, les enroulements P5 et P15, P4 et P14, P3 et Pi3 étant mis en série par des conduc- teurs respectifs 20, 21, 22 et montés, en groupes, en étoile
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respectivement entre la ligne Ll et le neutre N, la ligne L2 et N, la ligne L3 et N.
L'excitation est appliquée complémentairement à l'aide d'un potentiomètre K ou d'un interrupteur de commande J et ne peut être fournie que par une source de courant continu, ou l'équiva- lent.
La figure 8 représente une réactance à saturation ou amplificateur magnétique utilisant un seul circuit du type repré senté à la figure 1 avec un enroulement d'excitation série converia- ble PO bobiné concentriquement autour du noyau annulaire A et reliée en série avec une charge W, aux lignes de réseau Ll et L2.
Des enroulements d'excitation supplémentaire H2, H3 sont bobinés toroldalement comme en H sur la figure 1. Ces enroulements sont re- présentés sous forme de sections entremêlées, mais ilspeuvent ausi être bobinés en couche, à condition d'être isolés l'un de l'autre* Le flux primaire peut être réduit ou supprimé, en variant l'excita-i tion supplémentaire appliquée à l'enroulement H2 par le potentio- mètre K mis aux bornes de la source d'excitation X - Y, l'enroule- ment d'excitation H2 étant relié par le conducteur 14 à la ligne X et par le conducteur 15 au curseur du potentiomètre K, comme d'habitude en technique de réactance à saturation.
L'enroulement H3, connecté, entre les conducteurs 16 et 17, peut être utilisé coAme enroulement de polarisation ou de feedback avec d'autres enroule- ments semblables distincts éventuels.
Cette forme d'exécution peut être appliquée aux réactances . à saturation triphasées en utilisant trois circuits comme celui dé la figure 8, et l'arrangement serait semblable à l'arrangement d'un des groupes de circuits représentés aux figures 5, 6 et-7, l'autre groupe étant remplacé par les trois dérivations du circuit de charge aui complètent le montage en étoile ou en triangle. Les trois circuits peuvent être excités, comme à la figure 8, par un enroulement d'excitation propre à chaque circuit, ou par un enrou- lement commun embrassant les trois circuits comme dans un des
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groupes de la figure 7; dans ce derni.er cas, l'excitation doit être fournie par une source de courant continu, ou l'équivalent.
REVENDICATIONS
1.- Appareil de commande électromagnétique caractérisé en ce qu'il comporte un circuit magnétique à deux chemins de flux per- pendiculaires l'un à l'autre et des enroulements pour exciter le circuit magnétiaue dans les directions des deux chemins de flux.