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La présente invention concerne un dispositif de commutation destiné à assurer sans pertes la 'régula- tion du fonctionnement d'un moteur électrique alimenté pa une source de courant continu. Elle s'applique notamment aux véhicules électriques à accumulateurs tels que : trucks, diables, chariots ou analogues.
On connaît des dispositifs de ce genre dans lesquels on utilise un commutateur tournant réglable en c qui concerne le rapport entre la durée de l'établissement des contacts et la durée d'interruption. Le commutateur tournant comporte une came de commande munie d'une ampe oblique contrôlant la fermeture des contacts et d'un épaulement abrupt contrôlant leur ouverture. Dans ces dispositifs, le problème de la suppression des étincelles) dues à la commutation périodique et celui de l'obtention d'un fonctionnement régulier du moteur, et en particu- lier d'un démarrage uniforme et sans à-coup, jouent un rôle essentiel. A cet effet, on prévoit généralement un condensateur de capacité appropriée, de préférence élec- trolytique, qu'on branche en parallèle avec le commuta- teur.
Avec cette disposition, lorsque les contacts du commutateur s'ouvrent, le condensateur se charge jus- qu'à ce qu'il s'établisse entre ses armatures une diffé- rence de potentiel égale à la différence entre la tension de la batterie et la tension induite aux bornes du moteur qui continue à tourner. Ce processus de charge du conden sateur exige un certain temps, de sorte que les contacts du commutateur tournant peuvent s'écarter dans une mesure appréciable avant que les contacts montés en parallèle avec le condensateur aient eu le temps de prendre une
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tension suffisamment élevée pour donner lieu à la forma- tion d'Etincelles.
Lorsque le commutateur se referme, le conden se sateur/décharge sur les contacts et l'énergie accumulée dans le condensateur est presque complètement absorbée par la résistance ohmique des contacts. Cette transfor- mation d'énergie s'effectue avec des courants très inten- ses, ce qui détermine un échauffement important indésira. ble des contacts.
De plus, il arrive dans ces dispositifs de commutation connus, en particulier lorsque le moteur est encore à l'arrêt que, lors de la fermeture des contacts du commutateur tournant, il se produise une importante surtension. Celle-ci s'ajoute à la surtension de déchar- ge du condensateur et intensifie l'effet nuisible de celle-ci.
La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients A cet effet, le dispositif de commu- tation suivant l'invention est agencé de telle manière que le courant d'alimentation du moteur à contrôler et le cou rant de décharge du condensateur au moment de la fermetu- re du commutateur traversent chacun au moins une indue-' tance.
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Suivant une autre caractéristique,de 'inven , tion, le circuit qui relie le condensateur aux 'contacts du commutateur tournant est couplé avec le .circuit dtali- mentation du moteur par un système du type-transformateur, de préférence constitué par une bobine.de réactance à prist médiane, ou plus généralement'intermédiaire,- ou par un auto-transformateur, ledit système étant conçu de telle manière que, lors de la fermeture sous tension du commuta- teur, une-fraction importante de l'énergie accumulée dans le condensateur soit transmise au moteur. Grâce à cette
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disposition, ladite énergie n'est plus entièrement absor- bée dans les contacts du commutateur.
Dans un autre mode de réalisation de l'inven- tion, il est prévu, entre la prise intermédiaire de la bobine de réactance reliée au condensateur et le contact du commutateur relié à ladite bobine, un redresseur qui permet au courant traversant la bobine lorsque les con- tacts sont fermés de continuer à passer quand ils sont ouverts.
Lorsque les contacts sont fermés, ce redres- seur est sans effet et le condensateur se décharge rela- tivement lentement sur la bobine de réactance reliée aux, . contacts. Cependant il n'est pas toujours possible de choisir une bobine de réactance de grande dimension, du fait que, lors de l'ouverture des contacts, l'interrup- tion du courant traversant cette bobine pourrait y provo- quer l'apparition d'une tension induite élevée, ce qui provoquerait une perturbation de l'effet d'étouffement des étincelles assuré par le condensateur. Or, le redres seur mentionné'ci-dessus empêche une telle tension induite de prendre naissance dans l'enroulement de la bobine de réactance en. permettant au courant qui traversait cette bobine de continuer à passer.
Dans ces conditions, l'ef- fet du condensateur, s'opposant à la formation d'étincel- les de rupture aux contacts du commutateur, joue intégra- lement.
Dans un autre mode de commutation suivant l'in- vention, le courant d'alimentation ne traverse qu'une partie de l'enroulement de la bobine de réactance, tandis qu'au reste de cet enroulement est reliée une charge asso ciée au condensateur. Dans ce mode de réalisation, le courant d'alimentation ne traverse donc pas l'enroulement de la bobine de réactance dans laquelle'le condensateur
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doit se décharger à la fermeture des contacts.
Pour la mise en oeuvre de l'invention, il est nécessaire d'utiliser un commutateur dont la-durée de fermeture des contacts est réglable sous le contrôle d'une came assurant une ouverture rapide et une fermeté relativement lente, avec une fréquence de 'commutation de l'ordre de 10 à 20 cycles par'-seconde.
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 : - la figure 1 représente schématiquement le montage classique d'un condensateur en parallèle avec le commutateur ; - la figure 2 représente un premier mode de réalisation de l'invention, avec couplage, par un systè- me du type transformateur, du circuit du condensateur avec le circuit d'alimentation du moteur; - la figure 3 représente une variante de la figure 2, dans laquelle un redresseur est utilisé pour rendre plus uniforme 1'extra-courant de rupture qui tra- verse la moitié de la bobine adjacente aux contacts; - la figure 4 montre une variante de montage du dispositif de la figure 2 ;
- la figure 5 est une variante de la figure 3 dans laquelle la moitié de la bobine de réactance, précé- demment reliée directement au moteur à contrôler est sup- primée; - les figures 6 à 12 représentent des détails constructifs d'un mode de réalisation pratique du commu- tateur tournant suivant l'invention.
Dans le dispositif de commutation classique
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représenté sur la figure 1,.la référence 1 désigne une batterie d'accumulateur alimentant, par l'intermédiaire d'un commutateur tournant 3, un moteur électrique 2.
En vue de la régulation du fonctionnement du moteur, on fait varier le rapport de la durée d'établis- sement des contacts à la durée d'interruption entre cer- taines limites prédéterminées (régulation pulsée).
A cet effet, un condensateur 4 est branché en parallèle avec les contacts du commutateur tournant 3.
La flèche en trait plein montre le parcours du courant d'alimentation du moteur et la flèche en trait interrompu représente le courant de décharge du condensateur 4 lors- que les contacts 3 se ferment.
Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 2, il est prévu une bobine de réactance 5,6 à prise intermédiaire 7. Le condensateur 4 est relié à ladite prise intermédiaire. Le courant d'alimentation du moteur 2 parcourt en série les deux parties de la bobine et 6. Si le commutateur 3 est ouvert, il s'établit aux armatures du condensateur 4, une tension de polarité donnée. ;Lorsque le commutateur 3 se ferme, le condensateur 4 ne se décharge donc que partiel- lement sur les contacts, tandis qu'une fraction importante de l'énergie qu'il avait accumulée est transmise' au cir- cuit d'alimentation du moteur 2.
Il n'est pas indispensable d'utiliser, dans le montage, une bobine de réactance à prise intermédiaire.
On peut prévoir 2 bobines 5 et 6 indépendants et diffé- rentes. On peut également utiliser un transformateur comportant des enroulements primaire et secondaire dis- tincts.
Le couplage par système du type transformateur, du circuit d'alimentation avec le circuit capacitif utilise
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pouT la suppression des étincelles peut également s'avé- rer utile lorsque le dispositif alimenté, au lieu d'être un moteur électrique, est constitué par une résistance ohmique quelconque, ainsi 'que dans le cas où le commuta- teur ne comporte aucune régulation.
Par ailleurs, il peut être avantageux de bran- cher, en parallèle avec le moteur 2, un deuxième conden- sateur participant lui aussi à l'étouffement des étincel- les et assurant un fonctionnement plus régulier du mo- teur.
Dans la variante représentée sur la figure 3, une bobine de réactance 5, 7, 6 est montée entre l'un des contacts fixes du commutateur tournant 3 et le moteur électrique 2. La prises-médiane 7 de cette bobine est re- liée à l'une des armatures du condensateur 4. La partie d'enroulement 5, 7 est shuntée par un redresseur 8, orien- té de telle manière que, lors de l'ouverture du commuta- teur 3, le courant passant dans ladite partie d'enroule- ment 5,7 soit court-circuité. De cette manière, lors de l'ouverture du commutateur 3, l'étouffement des étincel- les par le condensateur peut s'effectuer avec une effica- cité optima.
Dans le mode de commutation représenté sur la figure 4, le courant d'alimentation ne traverse que la partie 7, 6 de la bobine, du fait que la prise médiane 7 est reliée à l'un des contacts fixes du commutateur 3.
Ainsi, la partie 5, 7 de l'enroulement n'est pas traversée par le courant d'alimentation lorsque le commutateur 3 est fermé.
Une autre variante est représentée sur la figu- re 5. Elle se distingue de celle de la figure 3.par la suppression de la partie de la bobine 6,7 de cette der- nière figure.
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Le phénomène décrit à propos des figures 2 et 3, à savoir : la transmission d'une partie du courant de décharge du commutateur 4 au circuit d'alimentation du moteur, n'existe donc pas dans cette variante, mais la charge du condensateur s'effectue assez lentement pour que les contacts du commutateur tournant 3 se soient con- sidérablement écartés avant qu'une tension susceptible de donner lieu à la formation d'étincelles de rupture ait eu le temps de s'établir entre eux.
Le condensateur reçoit alors peu à peu, pen- dant la phase d'ouverture du commutateur, une charge cor- respondant à la tension de la source de courant 1, puis, lorsque les contacts du commutateur se ferment, il se dé- charge relativement lentement sur lesdits contacts et la bobine de réactance.
Les détails de construction du commutateur son représentés sur les figures 6 et suivantes.
Comme on peut le voir sur les figures 6 et 7, des contacts conducteurs 32 sont montés élastiquement sur un cadre fixe métallique 31. Ces contacts sont fixés sur des supports en équerre 62, 64. L'élasticité des contacts 32 est assurée par des ressorts à boudin 36 qui sollicitent constamment vers leur position "sortie", les- dits contacts qui portent à leur extrémité active.des plots ou grains de contact 37 en tungstène. Les contacts 32 sont montés en parallèle et sont reliés élactriquement au cadre fixe métallique 31. Un cadre oscillant 40 est articulé sur le cadre fixe métallique 31 au moyen d'un pivot 41. Ce cadre oscillant 40 porte des plots de tung- stène 43 correspondant aux plots 37 des contacts 32 et destinés à coopérer avec eux.
Les contacts à ressort 32 sont guidés à l'une de leurs'extrémités formant piston @ sur l'une des parois transversales' 6% du support en équer-
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re, tandis que leur autre extrémité'en forme de coulis- seau 63 est guidée sur l'autre pareil transversale 64 dudi support. Les ressorts hélicoïdaux 36 prennent appui sur les parois transversales 64. Le courant est transmis au moyen dtun câble souple 65 de l'extrémité en forme de coulisseau des éléments de contact à-ressort jusqu'à une borne fixe 66.
Un autre câble souple connecte la plaque 68 qui porte les contacts mobiles 43 à une autre borne fixe', (non représentée)'. La plaque 68 est isolée électrique- ment du cadre oscillant 40.
Le cadre oscillant 40 est constamment soumis à l'action d'un ressort hélicoïdal 42 prenant appui sur une entretoise 38 et qui tend à l'écarter du cadre fixé 31 vers la position d'ouverture des contacts. L'élément de commande est constitué, comme dans certains modes de réalisation antérieurs et comme représenté sur les figures 8 et 9 de façon plus détaillée, par une bille 45 montée dans un support à manchon 44.
La bille 45 roule sur la cuvette intérieure 46 d'un palier à bille de butée axiale monté à l'intérieur du support 44. Grâce à cette disposi- tion, la bille 45 peut tourner avec la plus grande facile té autour d'axes radiaux par rapport à un axe perpendicu- laire au plan de oupe de la figure 8 et passant par le centre de ladite figure, grâce au fait que la couronne intérieure 46 du palier à billes tourne alors avec elle.
La bille 46 roule par ailleurs sur un manchon 47 qui peut être déplacé axialement et qui joue le rôle d'arbre à came. L'axe de rotation du manchon 47 est orthogonal à l'axe d'articulation 41 du cadre 40.
La figure 10 représente l'arbre à came à cou- lissement axial 47 qui copice avec la bille 45 pour as- surer l'ouverture ét la fermeture des contacts 32, 43.
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L'arbre came comprend un corps cylindrique creux 47 qui offre à l'une de ses extrémités, 49, un dia- mètre plus faible qu'à son autre extrémité 50. Sous la forme d'une hélice d'une seule spire, le manchon 47 compor- te un épaulement abrupt 48 destiné à assurer l'ouverture du commutateur. Lorsque le corps cylindrique 47 tourne autour de son axe longitudinal, le commutateur est mainte nu fermé tant que la bille 45 roule sur la partie de la périphérie dudit corps qui correspond à son extrémité de plus grand diamètre 50.
Lorsque, par contre, lors de la rotation du corps 47 la -bille descend 1' épaulement . abrupt 48, il se produit une rapide ouverture des contacts, après quoi la bille roule sur la partie de la périphérie du corps 47 qui correspond à son extrémité de plus faible diamètre 49 et le commutateur est maintenu en position d'ouverture. Sa fermeture se produit ensuite progressive- ment du fait que, considéré en coupe transversale, le corps cylindrique offre la forme représentée sur la figu- re 11.
Les éléments de circuit dont la construction a été décrite ci-dessus à propos des figures 6 et 11, for- ment un groupe structurel autonome monté sur le bâti géné- ral 51 et qui constitue l'organe de commande mécanique du dispositif de commutation. Cette construction autonome a l'avantage que les éléments en question, susceptibles d'une usure mécanique appréciable, peuvent être interchan- gés de façon très simple, comme représenté sur la figure 12. Le bloc mécanique autonome est monté sur le bâti 51 au moyen d'une éclisse 52 sur laquelle est articulé un levier de commande 53 constamment soumis à l'action d'un ressort 60, travaillant à l'extension. Une bague 54 est montée de manière à pouvoir tourner sur le corps cylindri-
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que 47 de l'arbre à came.
Cette bague est solidaire de l'extrémité libre du levier de commande 53, de telle ma- nière que, lorsqu'on fait basculer ce levier, le corps cylindrique 47 soit déplacé axialement le long de l'arbre d'entraînement 55. L'arbre 55 comporte à cet effet une nervure longitudinale en prise avec une rainure 56 (visi- ble sur la figure 11) correspondante du corps 47, de sort. que celui-ci est solidaire en rotation de l'arbre d'en- traînement 55 tout en pouvant coulisser axialement sur lui.
L'entraînement de l'arbre 55 est assuré par l'intermédiaire de deux pignons 58 et 59 engrenant entre eux, à partir du moteur électrique 57. La référence 67 désigne un boulon implanté sur le bâti fixe 31 et sur le% quel une bride 69, montée fixe sur le cadre oscillant 40, vient buter de manière à limiter le déplacement vers l'extérieur dudit cadre.
La référence 70 désigne une rondelle intermé- diaire en caoutchouc destinée à amortir les chocs lors de l'ouverture des contacts.
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