Appareil de conversion d'une grandeur mécanique en une grandeur électrique La présente invention a pour objet un appareil de conversion d'une grandeur mécanique en une grandeur électrique. Elle a également pour objet une utilisation de cet appareil dans une installation de télémesure d'un déplacement angulaire ou linéaire.
Cet appareil est caractérisé par le fait qu'il com prend, d'une part, un stator formé par plusieurs en roulements et par une bobine d'excitation parcourue par un courant alternatif produisant dans chacun des enroulements des courants induits et, d'autre part, une pièce magnétisable susceptible de se déplacer en regard des enroulements en faisant varier l'intensité des courants induits dans les enroulements.
Le dessin représente, à titre d'exemple, trois for mes d'exécution de l'objet de l'invention et des va riantes.
La fig. 1 est une vue en plan de la première for me d'exécution ; la fig. 2, une coupe suivant II-11 de la fig. <B>1,</B> et la fig. 3, un schéma d'une installation de télé mesure équipée d'une telle forme d'exécution ; les fig. 4, 5, 6 et 8 sont des variantes de détail, la fig. 7 étant un schéma explicatif de la fig. 6 ;
la fig. 9 est une vue en plan de la deuxième forme d'exécution, la fig. 10, une coupe axiale de la fig. 9, et la fig. 11 un schéma d'une installation de télé mesure équipée de cette forme d'exécution ; les fig. 12 à 17 sont des variantes de détail, et la fig. 18, un schéma d'une installation de télé mesure équipée d'une troisième forme d'exécution.
Le stator de la première forme d'exécution est constitué par une carcasse 1 en fer feuilleté, présen tant une partie annulaire 1', coupée aux deux extré mités d'un même diamètre et une autre partie 1", en forme de U, qui prolonge ledit anneau en regard de l'une des coupures.
Sur la face intérieure de cette carcasse, de part et d'autre de l'axe de la partie an nulaire, sont placés deux enroulements 2 et 3 com prenant trois, respectivement quatre bobines, repré sentés schématiquement sur la fig. 1 par trois spires <I>a, b,</I> c, respectivement quatre spires a', <I>b', c', d'.</I> Ces enroulements sont disposés à l'intérieur de la carcasse, comme pour les alternateurs ordinaires, les parties actives étant placées dans des encoches ou à plat à l'intérieur de la partie annulaire du stator. D'autre part, chaque enroulement étant disposé sur une branche différente de la carcasse, ceci facilite la construction de l'appareil, car tout chevauchement est supprimé.
Dans chacun des enroulements 2 res pectivement 3, les bobines successives<I>a, b,</I> c, res pectivement d, <I>b', c,<B>d</B>,</I> sont mutuellement inver sées. D'autre part, les bobines d'un enroulement sont décalées d'un demi-pas par rapport à ceux de l'autre. A la base du U est disposée une bobine d'excitation 4 parcourue par un courant alternatif produisant un champ magnétique dans la carcasse 1.
Coaxialement à la partie annulaire de la car casse, est monté rotativement un barreau en fer doux 5 de section rectangulaire, par lequel se ferme le flux magnétique produit par la bobine 4. Sa lon gueur est sensiblement égale au diamètre intérieur de l'anneau l', de manière que ses extrémités restent dans le voisinage immédiat des enroulements 2 et 3 portés par l'anneau.
Les faces terminales du barreau 5 ont une forme telle que la répartition du flux magnétique dans l'en- trefer soit sinusoïdale. Si on considère la bobine a de l'enroulement 2, par exemple, et que l'extrémité du barreau 5 soit centrée sur celle-ci pour la position de départ, on aura une tension induite maximum dans l'enroulement.
Lorsque le barreau 5 est angu- lairement déplacé dans le sens des aiguilles d'une montre, le courant décroît dans cet enroulement et s'annule pour la position où le barreau est symétri que au point o, c'est-à-dire lorsque son extrémité chevauche également les bobines<I>a</I> et<I>b,</I> le signe indiquant que les spires de ces bobines sont enrou lées en sens inverse. A partir de ce moment, le cou rant croît à nouveau mais son sens a tourné de 1.80() et il atteint un maximum lorsque la bobine b est traversée par le flux total.
La variation est sinusoï dale et à ce point le déphasage atteint une demi- période. Il suffit de faire les mêmes considérations à partir de ce point jusqu'à la bobine c, de même sens que la bobine a, pour avoir une période com plète, comme pourrait le produire un inducteur clas sique bipolaire.
L'enroulement 3 qui est décalé an- gulairement par rapport à l'enroulement 2 d'un angle correspondant à un quart de période, nécessite qua tre bobines d, <I>b', c', d',</I> car, étant donné qu'on a choisi un courant à l'origine maximum pour la bo bine a, il y a trois points nuls de courant pour l'en roulement 2 et quatre pour l'enroulement 3. On pourrait, pour la position origine du barreau 5, lais ser une région neutre en dehors de tout enroulement, si l'on désirait que l'équipage mobile pour cette posi tion de départ soit libre de tout. couple directeur. Il est également possible de disposer les deux en roulements 2 et 3 sur une même branche de l'an neau l'.
A la réception (voir fig. 3), les tensions aux bar reaux des deux enroulements 2 et 3 sont appliquées à un selsyn R à deux enroulements à angle droit. Son rotor est alimenté en phase avec la bobine 4, et quand le barreau 5 balaye les deux enroulements 2 et 3, le rotor du selsyn a fait un tour complet. Il est donc possible d'avoir une amplification angulaire en réduisant le pas des enroulements 2, 3 et en au mentant l'épaisseur de la carcasse.
La fig. 4 représente une variante relative à la carcasse. Ici c'est- un anneau fermé 1, comme dans les stators classiques, qui présente deux entailles dia métralement opposées, dans lesquelles sont logés les deux faisceaux diamétraux 4' et 4" d'une même bo bine inductrice, vus en coupe. Pour dégager la par tie centrale, on place deux bobines dont on rabat les joues de part et d'autre des faces de la couronne. Les enroulements 2 et 3, ainsi que le barreau 5 du rotor sont représentés schématiquement comme en fig. 1.
En fig. 5, la pièce magnétisable est constituée par deux palettes coaxiales 5' et 5" faisant entre elles un angle prédéterminé sensiblement égal à l'angle au centre embrassé par un enroulement. Ces palettes ont des extrémités courbées à angle droit et dont la grandeur dans le sens axial est sensiblement égale à l'épaisseur de la carcasse 1, 1'. La bobine d'excita tion 4 affecte la forme d'une galette coaxiale à l'axe de rotation des palettes, placée entre celles-ci de sor te que le flux se ferme à travers la carcasse 1, l', formée ici d'une bague coupée aux deux extrémités d'un même diamètre, de manière à créer deux seg ments toroïdaux.
Les enroulements 2 et 3 présentent trois, respectivement quatre bobines décalées l'une par rapport à l'autre, comme sur la fig. 1.
Les fi-. 6, 7 et 8 sont des variantes pour trans metteurs multipolaires sans balais, qui, associés à des récepteurs bipolaires, permettent d'obtenir une am plification de l'échelle. On a représenté sur la fig. 6 un stator 1 triphasé ml,<I>m.,</I> m3, tétrapolaire, à deux paires de palettes d'excitation diamétralement oppo sées 5' ... 5"", chaque paire étant disposée de part et d'autre de la bobine d'excitation 4. Si le récep teur est bipolaire triphasé, son rotor effectuera un tour complet pour une période complète du trans metteur, l'amplification angulaire étant de deux.
On voit sur la fig. 7 que tous les enroulements d'une phase tels que ml sont en série, de même pour les trois autres phases ; toute la surface du stator est utilisée. Le rotor 5' ... 5"" est libre sur toute la cir conférence. La fig. 8 représente un rotor basé sur le même principe à huit pôles, donnant une amplifica tion deux fois plus grande que la précédente.
La deuxième forme d'exécution (fig. 9 et 10), comprend un stator constitué par un plateau circu laire 6 non magnétisable, par exemple en matière plastique, de très faible épaisseur, portant, encastrés, des enroulements sous forme de galettes plates 7, T, 7", 7"' qui, dans cet exemple, sont au nombre de quatre décalés de 90". Les enroulements 7, ... 7"' sont concentriquement disposés autour de la bobine d'excitation 4 alimentée sous courant alternatif. Le flux circule par l'âme 8 dans les palettes 5' et 5" en traversant la surface des enroulements. La forme des palettes est déterminée pour avoir une variation sinusoïdale du flux traversant les enroulements en fonction de l'angle de déplacement.
Une telle dispo sition permet de supprimer tout fer statorique, tout en bénéficiant d'une forte induction du fait que l'en- trefer est relativement faible. Il est toutefois possible de placer des pièces en matière magnétisable dans les galettes du stator, de manière à concentrer le flux qui le traverse.
Un montage électrique d'un mode de transmis sion utilisant cette deuxième forme d'exécution est représenté à la fig. 11. Les quatre enroulements 7 ... 7"' sont reliés en un point commun, de même pour les quatre enroulements 9, 9', 9", 9"' du récepteur, les points communs étant réunis par le fil de retour <B>1,</B> ,. En courant alternatif, le sens de circulation mu tuel des courants est toujours le même, autrement dit, il n'y a pas d'inversion de phase à 1800, de toute évidence puisqu'il n'y a pas d'inversion de polarité du rotor. On peut, en conséquence, insérer en ligne des redresseurs secs 10, 10', 10", 10"' et on obtient une transmission mixte irréversible, avec un appareil récepteur à rotor aimanté.
Pratiquement, le couple résistant au transmetteur se réduit au frottement des pivots, étant donné qu'il n'y a pas de courant d'éga lisation entre l'appareil récepteur et transmetteur, et pas de réaction électrodynamique entre la palette et les propres courants qu'elle induit.
Les fig. 12 et 13 sont une variante de l'appareil représenté aux fig. 9 et 10 où les enroulements 7 ... 7"' sont de section rectangulaire, disposés et main tenus sur un support cylindrique 1, de révolution autour de l'axe de l'appareil. Ces enroulements sont traversés par un flux radial créé dans l'entrefer de deux palettes 5' et 5" à bords recourbés à angle droit, comme représenté en fig. 13. Les palettes sont excitées par la bobine 4. Cet appareil n'est pas des tiné à des transmissions angulaires à rotation totale, mais à la transmission de déviation angulaire d'ou verture relativement restreinte pour des mesures d'une grandeur se traduisant par un déplacement.
On peut, en utilisant cet appareil dans un montage ana logue à celui de la fig. 11, obtenir une amplifica tion angulaire de la graduation d'autant plus grande que les enroulements du transmetteur sont plus étroits dans le sens perpendiculaire aux génératrices du cy lindre support 1.
Les fig. 14 à 17 montrent des variantes de trans metteurs décrites à la fig. 9. La direction du flux est radiale, perpendiculaire à l'axe de rotation. Le stator 1 est torique en fer feuilleté et porte un enroulement triphasé réparti dans des encoches ou collé à plat à l'intérieur du tore et dont on a représenté deux faisceaux 11 et 11'. La bobine d'excitation 4 est fixée à la couronne du stator, qui repose par ailleurs sur un anneau 12 non magnétique, fixé à la platine 13.
Les palettes 5' et 5" sont recourbées de façon à cons tituer deux surfaces polaires, de part et d'autre de la couronne du stator, les flèches montrent le trajet du flux. Cette disposition permet au rotor d'effectuer une rotation complète et au flux polaire de traverser totalement la surface des enroulements. Les fig. 15 et 16 représentent une variante de la fig. 14, dans laquelle les enroulements 11 et 11' sont noyés dans le fer.
Les flèches indiquent le trajet du flux. La fig. 17 est une variante dans laquelle le stator porte deux étages d'enroulements 11 et 11' qui peuvent appar tenir à deux enroulements de phase différents décalés de 90-, ou encore constituer chacun deux enroule ments triphasés, les enroulements de phase étant en série ou en parallèle. On peut enfin supprimer un des enroulements, 11' par exmple, un pôle 5' étant actif vis-à-vis des enroulements 11 et l'autre pôle, 5", ne servant qu'à fermer le flux.
L'enroulement d'excitation 4 est placé entre les deux épanouisse ments polaires 5' et 5".
Le montage représenté à la fig. 18 utilise une forme d'exécution dans laquelle la pièce magnéti- sable 12 se déplace sur une trajectoire rectiligne. Cette pièce pourrait, par exemple, être liée à un flot teur pour la télémesure d'un niveau liquide (essence, etc.). Les trois enroulements de phase 11, 11', 11" sont alignés.
La pièce 12 qui glisse sur un axe non magnétique 13, augmente, quand elle pénètre dans un enroulement, sa self-inductance et, en conséquen ce, le courant qui la traverse diminue. La forme de la pièce 12 est déterminée de façon à obtenir une variation pseudo-sinusoïdale du courant dans les en roulements. Si les trois enroulements étaient disposés circulairement à 1200, une période serait accomplie par le déplacement de la pièce 12 de l'enroulement 11 à l'enroulement 11". L'indicateur R ferait tour ner son rotor de 3600. Avec trois enroulements li néaires, l'indicateur R ne tourne que de 2400.
Si l'on veut une échelle de 3600, on ajoute une quatrième bobine 11"' identique à 11 et en série avec cette dernière. Pour que les phases restent équilibrées, on ajoute dans les circuits des bobines 11' et 11", une self-inductance 14 égale à la self-inductance de la bobine 11 et une résistance 15 égale à sa résistance ohmique.
Comme il y a modulation d'amplitude seulement, on peut disposer entre transmetteur et récepteur, des redresseurs secs 10, 10', 10" et l'indicateur est agen cé pour fonctionner en courant continu, c'est-à-dire avec un rotor à aimant disque bipolaire, très simple de construction. Les enroulements fixes 9, 9', 9" sont, eux, décalés de 1200.