Dispositif électromécanique à régulation de température pour transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique
et vice versa
La présente invention a pour objet un dispositif électromécanique à régulation de température pour transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique et vice versa.
On connaît de tels dispositifs électromécaniques comportant un aimant pour produire un champ magnétique dans un espace à l'intérieur de celui-ci et une bobine mobile dans cet espace. L'aimant peut être un électro-aimant ou un aimant permanent, ce dernier étant davantage utilisé actuellement. Si la bobine est déplacée mécaniquement dans le champ magnétique, une tension est engendrée dans celleci et un courant correspondant produit dans un circuit relié à cette bobine vice versa, si un courant électrique est envoyé à travers la bobine, celle-ci est déplacée mécaniquement.
Dans quelques applications, notamment dans un débitmètre gyroscopique, il est nécessaire que le dispositif électromécanique réponde très exactement à une force appliquée. On a trouvé que des variations dans l'intensité du champ magnétique dues à des variations de température limitent la précision de sensibilité désirée. Des effets de température sur la bobine mobile peuvent également avoir une influence dans certains cas.
De telles variations de température peuvent résulter de changements de la température ambiante, modifiant la température des parties de l'appareil, par exemple du débitmètre auquel est associé le dispositif, etc. I1 est souvent peu pratique d'enfermer l'appareil complet, y compris le dispositif électromécanique dans un four à commande thermostatique, du fait des limitations de dimensions, de la puissance nécessaire, des effets nuisibles sur le fonctionnement général, etc.
Le débitmètre gyroscopique auquel peut être appliqué un tel dispositif électromécanique a un conduit formant boucle de dérivation à travers laquelle s'écoule un fluide, la boucle oscillant autour d'un axe pour produire un couple gyroscopique autour d'un second axe perpendiculaire au premier, variant avec la vitesse d'écoulement du fluide. Le dispositif électromécanique du type à bobine mobile peut être utilisé pour détecter un déplacelment de la boucle de dérivation autour du second axe. I1 est nécessaire que ce dispositif produise une tension de sortie variant de façon précise en fonction du déplacement de la boucle pour obtenir une indication précise du débit. Le débitmètre peut être situé à un endroit soumis à des variations considérables de température.
De plus, le dispositif peut être près de la boucle de dérivation, de sorte que des variations de température du fluide s'écoulant dans la boucle peuvent modifier la température du dispositif.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier, une partie en une matière magnétique présentant un entrefer dans lequel est produit un champ magnétique, une bobine montée mobile dans ledit entrefer de manière à engendrer une tension lorsqu'elle est déplacée ou à être déplacée lorsqu'elle est traversée par un courant électrique, un corps de chauffe disposé à l'intérieur dudit boîtier et espacé de la partie magnétique, une plaque conductrice de la chaleur montée dans le boîtier transversalement dans l'espace compris entre le corps de chauffe et la partie magnétique de manière à se trouver dans le courant de chaleur circulant entre ces deux parties, un organe tubulaire conducteur de la chaleur s'étendant entre ladite plaque et la partie magnétique,
et un thermostat pour commander le corps de chauffe en vue de maintenir constante la température de la partie magnétique, ce thermostat étant placé adjacent à ladite plaque pour percevoir la température de celle-ci.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue de face du dispositif.
La fig. 2 est une coupe axiale du dispositif avec la bobine mobile fixée à une conduite dont le déplacement doit être perçu.
La fig. 3 est une coupe par la ligne 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4 est un schéma de circuit thermostatique et de chauffage.
Le dispositif représenté comprend une partie magnétique de forme générale cylindrique fermée.
Cette partie comprend un noyau extérieur cylindrique 11 relié par l'intermédiaire d'une section l de ce noyau à un pôle central 12 en une matière à aimantation permanente. Une pièce polaire 13 est montée sur l'avant du pôle à aimantation permanente 12 pour définir un espace ou jeu annulaire entre cette pièce polaire et la partie frontale adjacente du noyau 11. Une bobine 14 est formée sur un support 15 et agencée de manière à se déplacer dans l'entrefer annulaire.
Le support 15 est fixé à une plaque d'appui 16 elle-meme fixée sur une conduite 17 dont le déplacement, qui peut être dû à la vitesse d'écoulement d'un fluide, doit être détecté ou perçu. La conduite 17, qui peut, par exemple, être une dérivation d'un débitmètre, est pivotée en un point (non représenté) suffisamment éloigné de sorte que la bobine 14 se déplace approximativement axialement dans le jeu annulaire. Pour d'autres applications, la bobine peut être montée pour se déplacer dans le jeu de n importe quelle manière désirée.
La partie magnétique est disposée dans l'extrémité avant d'un boîtier comprenant des enveloppes de protection thermique 21 et 22. Un organe annulaire 23 en une matière isolante de la chaleur ferme l'espace entre les enveloppes de protection aux extrémités avant de celles-ci et s'étend par-dessus l'avant du noyau magnétique 11. Les enveloppes de protection thermique sont montées espacées l'une par rapport à l'autre à l'aide d'un disque 24 en une matière isolante de la chaleur, disposé entre les extrémités arrière fermées de ces enveloppes. Une petite ouverture 25 est ménagée pour l'accès à un corps de chauffe.
Ce corps de chauffe 26 comprend un enroulement spiral de chauffage 27 monté sur une base 28 en céramique. Le corps de chauffe est fixé sur un support 29 s'étendant transversalement par rapport au boîtier. A cet effet, une pièce 31 maintient la base 28 et est fixée au support 29 par une vis 32.
Un organe tubulaire 33 de bonne conductibilité thermique présente en avant un tronçon de paroi 33' relativement mince et entourant la partie magnétique avec laquelle il est en contact serré. Vers l'arrière, l'organe tubulaire présente un tronçon 33" de plus grande épaisseur. Une mince plaque ou diaphragme 34 est monté sur l'arrière du tronçon 33" de l'organe 33. Un thermostat 35 est disposé dans l'organe tubulaire en contact avec le diaphragme 34.
Le thermostat est agencé de manière à percevoir la température du diaphragme.
Le thermostat 35 représenté ici est d'un type courant se trouvant dans le commerce et comprend un boîtier extérieur 36 dilatable et un pont métallique 37 à faible dilatation. Lorsque le boîtier extérieur se dilate et se contracte, le pont provoque un déplacement d'tin ressort à lame 38 de sorte qu'il ferme et ouvre alternativement des contacts avec une vis de réglage 39. Des bornes appropriées sont reliées à la lame de ressort 38 et à la vis de réglage 39 respectivement pour la connexion à un circuit extérieur.
Comme représenté à la fig. 4, le thermostat 35 est connecté en série avec le corps de chauffe 26 et alimenté en énergie électrique à partir d'une source appropriée par des conducteurs 41. Les connexions peuvent être faites intérieurement et les conducteurs 41 peuvent passer à travers l'ouverture 25.
Ceux-ci ne sont pas représentés pour ne pas surcharger le dessin.
Pour amener le dispositif décrit rapidement à une certaine température, à partir d'une température inférieure et pour maintenir ensuite une température uniforme, la température de fonctionnement du corps de chauffe est sensiblement plus élevée que celle à laquelle on désire maintenir ia partie magnétique.
Par exemple, le corps de chauffe fonctionne dans la région de 3750C à 42OC et le thermostat fonctionne à environ 60tjC.
Le diaphragme 34 est avantageusement en une matière de bonne conductibilité thermique et suffisamment mince de sorte qu'il a une très faible inertie thermique. En conséquence, la température du diaphragme que le thermostat perçoit est très près de la température à l'extrémité arrière de la paroi épaisse 33" de l'organe tubulaire auquel il est fixé.
Le diaphragme empêche également l'exposition directe du thermostat à la température élevée du corps de chauffe.
Avec un diaphragme suffisamment mince pour avoir une faible inertie thermique, il peut encore avoir une résistance suffisante pour supporter le thermostat 35 relativement léger. Cependant, il ne peut pas supporter le corps de chauffe 26 plus lourd.
Ainsi, le support 29 porte le corps de chauffe mais il est avantageusement étroit et découpé comme représenté à la fig. 3, de manière à ne pas gêner le passage de la chaleur au diaphragme et à l'organe tubulaire 33 plus qu'il n'est nécessaire pour présenter une résistance adéquate.
Les radiations provenant de l'enroulement 27 du corps de chauffe sont recues directement par l'extrémité épaisse de l'organe tubulaire 33 puisqu'il est placé par-dessus cet enroulement. Le tronçon 33" épais sert de réservoir de chaleur pour réduire l'ondulation ou les fluctuations de température dans la partie magnétique dues aux enclenchements et déclencllements du corps de chauffe. De la chaleur est conduite du tronçon 33" à paroi épaisse à la partie de contact arrière de l'aimant et également par le tronçon 33' à paroi mince à la paroi cylindrique de l'aimant. Le tronçon 33' a une inertie thermique plus faible que le tronçon à paroi épaisse de sorte qu'une température uniforme est appliquée à la partie magnétique.
Ainsi, L'organe tubulaire 33 agit comme un filtre thermique et peut être désigné de façon appropriée par corps de filtre thermique > .
En partant initialement d'un état relativement froid, la température élevée du corps de chauffe amène la température de l'extrémité adjacente à paroi épaisse du corps de filtre thermique et le diaphragme 34 à la température à laquelle le thermostat est réglé, sur quoi le circuit du corps de chauffe est ouvert. De la chaleur circule à travers le corps de filtre thermique jusqu'à la partie magnétique, réduisant par là la température du diaphragme 34 et provoquant la fermeture du ther- mostat. Le cycle continue avec des temps d'enclenchement diminuant jusqu'à ce qu'une condition de fonctionnement stable soit atteinte. Après cela, le corps de chauffe peut être enclencllé et déclenché à volonté.
Une certaine fluctuation de tem. érature apparaît dans le thermostat. Ceci est dû en partie à la différence de température entre le déclenchement et l'enclenchement du thermostat et en partie à une avance et un retard en raison de l'inertie thermique du corps de chauffe. Cette fluctuation de la température au thermostat est sensiblement la même que celle à l'extrémité arrière du tronçon 33" à paroi épaisse puisque le diaphragme 34 a une faible inertie thermique. Cependant, puisque le tronçon à paroi mince a une capacité considérable d'emmagasinage de chaleur, la fluctuation de température à la partie magnétique est considérablement moindre.
Ainsi le corps de filtre thermique 33 agit plutôt comme un filtre électrique dans une alimentation à courant alternatif et sert à maintenir la partie magnétique à la température uniforme désirée.
L'écran thermique fourni par l'espace entre les enveloppes 21 et 22 sert à donner une température d'aimant uniforme et également à éviter des pertes de chaleur inutiles.
Pour empêcher de telles pertes de chaleur à travers le jeu annulaire entre la pièce polaire 13 et le noyau 11, et fournir ainsi une température uniforme, le support 15 est avantageusement en une matière isolante de la chaleur et disposé de façon à remplir pratiquement le jeu alors qu'en même temps il permet un déplacement libre de la bobine. L'extrémité du support de bobine éloignée du jeu est fermée comme représenté en 15' par une paroi relativement épaisse de manière à réduire la perte calorifique à partir de la face de la pièce polaire 13 et également à isoler la bobine des variations de température dans la conduite 17 ou autre organe auquel elle est fixée.
L'organe annulaire 23 s'étend avantageusement pardessus la face de la partie magnétique dans le même but.
A titre d'exemple, certaines dimensions particulières et certaines matières peuvent être données, convenant à une application particulière, notamment dans un débitmètre gyroscopique; il est cependant entendu que le dispositif décrit pourrait être utilisé dans n'importe quelle application où il est soumis à une variation de température qui influence défavorablement sa précision. On comprendra que ces indications ne sont données qu'à titre d'exemple.
Pour cette application particulière, le diaphragme 34, le corps de filtre thermique 33, les enveloppes 21 et 22 de protection thermique et le support 29 sont en aluminium. Le diamètre extérieur du corps 33 est de 63,5 mm, l'épaisseur de paroi de la section 33" de 12,5 mm et celle du tronçon 33' d'environ 4 mm.
La longueur du tronçon 33' est d'environ 30 mm et celle de la section 33" d'environ 14,5 mm. L'épaisseur du diaphragme 34 est d'environ 0,5 mm.
La configuration cylindrique de la forme d'exécution représentée facilite l'usinage et l'assemblage, et la symétrie axiale est avantageuse du fait que l'on obtient une régularité de température. Cependant, on comprendra que d'autres configurations pourraient être utilisées si on le désire.
Des moyens de montage appropriés pour le boîtier du dispositif peuvent être prévus selon l'usage auquel ils sont destinés. En général, il est préférable d'éviter des montages qui conduisent la chaleur au boîtier et pour cela on peut utiliser une matière isolante de la chaleur.