Brevet FR2349998A1 — publié le 19771125

L'invention concerne un filtre électromécanique avec interrupteur à seuil ainsi que son application. Les installations de commande circulante servent à envoyer des ordres de commutation depuis un poste de commande, par le réseau électrique d'alimentation, à tous les points de consommation du réseau, que ce soit pour débrancher des consommateurs ou pour exécuter d'autres fonctions de commande. De façon connue, on introduit à cet effet dans le réseau, au poste de commande, des programmes d'impulsions à fréquence acoustique qui amènent les récepteurs reliés à des points quelconques du réseau à exécuter des fonctions de commutation ordonnées. A cet effet, à l'entrée des récepteurs sont prévus des filtres qui sélectionnent les impulsions à fréquence acoustique dans le mélange qui comprend la fréquence du réseau, ses harmoniques et toutes autres fréquences se présentant dans le réseau.Ces filtres sont critiques en particulier aux très basses fréquences acoustiques à bas niveau d'émission, par exemple à 175 Hz, proche d'un harmonique de la fréquence du réseau, et posent donc des problèmes particuliers. Pour filtrer sélectivement la fréquence acoustique, on a employé des filtres électriques, mais ceux-ci présentent aux bas ses fréquences acoustiques une sélectivité insuffisante et en outre, ils sont très encombrants. Pour cette raison, on a remplacé des filtres électriques par des filtres éléctromécani- ques. Ce sont des oscillateurs mécaniques combinés à des transducteurs électromécaniques. Ainsi, on peut théoriquement obtenir des courbes de transmission très sélectives, car on peut pousser très haut le facteur de qualité des oscillateurs mécaniques. En outre, habituellement, on relie une capacité en série à la bobine d'entratnement du transducteur électromécanique et on forme ainsi un circuit oscillant électrique qui est accordé sur la fréquence acoustique de commande circulante.Toutefois, l'obtention de la sélectivité est problématique dans ce genre de filtres, étant donné la fixation des oscillateurs et le découplage de lténergie. La majorité des filtres de fréquence à lame connus sont formés d'un aimant à courant alternatif dans l'entrefer duquel est disposée la lame oscillante qui est polarisée par un aimant permanent de préférence perpendiculaire à l'aimant à courant alternatif. Dans un filtre connu de ce genre, la lame oscillante polarisée en matière ferromagnétique se termine avant l'entrefer de l'aimant à courant alternatif et forme donc un entrefer supplémentaire, perpendiculaire à l'entrefer de flux alternatif. On a essayé de différentes façonsd'éviter l'emploi d'une lame oscillante en matière ferromagnétique, afin de pouvoir utiliser une matière à module d'élasticité indépendant de la température, choisie parmi les alliages dits à module constant. Dans le but visé, on a muni les lames d'une armature ferromagnétique en forme de bloc ou dtun cadre entourant l'entrefer, ou encore on les a couplées à une lame en matière ferromagnétique s'avançant dans l'entrefer. Un filtre électromécanique connu du dernier genre mentionné se compose d'un circuit magnétique à courant alternatif interrompu par un entrefer, d'une lame oscillante en matière non magnétique disposée parallèlement au plan de Entrefer et dont l'entratnement est placé, par une branche d'entratnement reliée à la lame, dans l'entrefer du circuit magnétique à courant alternatif, la naissance de la branche d'entraSnement étant disposée parallèlement à un pôle dtun aimant permanent coopérant avec l'aimant à courant alternatif, d'un dispositif de conversion du mouvement de la lame oscillante en courant électrique et d'une fixation définie des lames oscillantes en des endroits ponctuels séparés l'un de l'autre. L'invention a donc pour but de fournir un filtre électromécanique du genre susdit qui tire un parti optimal de l'énergie d'entrée et qui présente donc une grande sensibilité en mdme temps qu'une grande sélectivité aux fréquences acoustiques dont il s'agit, un seuil facile à régler pour le signal de sortie et une grande stabilité dans le temps et en cas de variations de température. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que les surfaces polaires de l'aimant permanent sont dirigées parallèlement au plan de l'entrefer et présentent une dérivation, qu'à la lame oscillante est fixé sur le côté pour son entrarne- ment, un petit cadre ouvert en matière ferromagnétique entourant le flux alternatif dans son entrefer et mobile perpendiculaire ment au plaque l'entrefer du flux alternatif, que le flux magnétique continu est transmis à ce petit cadre mobile par un pôle en forme de cadre du circuit magnétique permanent, qui l'entoure et qui détermine un entrefer de flux continu perpendiculairement à 11 entrefer de flux alternatif, et que la conversion du mouvement de la lame oscillante en courant électrique est commandée, dans un circuit, par redressement mécanique double alternance, par un interrupteur à seuil actionné à l'aide d'un élément intégrateur de course qui coopère dans le même sens avec deux surfaces de roulement placées perpendiculairement au plan de la lame oscillante et obliquement par rapport à la normale au plan de la lame oscillante. L'invention a aussi pour objet l'application du filtre électromécanique susdit dans des récepteurs de commande circulante pour des fréquences acoustiques de 100 à 500 Hz. Sur les dessins la figure 1 montre un filtre électromécanique ; la figure 2 un détail de la fixation de la lame de celuici la figure 3 un détail du transducteur électromécanique de ce filtre les figure 4 et 5 un interrupteur à seuil, avec un mouvement différent de la lame oscillante et la figure 6 un dispositif de frein. Le filtre électromécanique de la figure 1 se compose d'un noyau de fer doux en forme de cadre 1, d'une lame oscillante 2 entratnée par un transducteur électromécanique 3 et d'un organe palpeur 4. Le noyau de fer doux 1 forme un premier entrefer 5 situé dans le plan A-A et est muni d'une bobine 6. Celle-ci est reliée, en série avec un condensateur 7, aux bornes 8 et 9 du réseau. Sur la branche 10 du noyau de fer doux 1 qui est opposée à la bobine 6 est fixé perpendiculairement au plan A-A de lten- trefer un aimant permanent Il et sur celui-ci, un épanouissement polaire 12 en fer doux qui entoure à la façon d'une fourche le. noyau de fer doux 1 dans la région de son entrefer 5. Un corps ferromagnétique 13 forme en outre, par une branche qui arrive jusqu'au voisinage de l'épanouissement polaire 12, un entrefer de dérivation 14 qui est dissimulé sur la figure par l'épanouis- sement polaire 12 et disposé perpendiculairement à 11 aimant permanent 11. Entre l'épanouissement polaire 12 et le noyau de fer doux 1 existe un entrefer supplémentaire disposé perpendiculairement au plan A-A de l'entrefer de flux alternatif 5, comme on le voit également mieux par la figure 3. Sur la branche 10 du noyau de fer doux 1 est fixée une pièce d'espacement 15 qui porte la lame oscillante 2 disposée parallèlement au plan A-A de l'entrefer et avec décalage sur le cOté de l'épanouissement polaire 12. A la lame oscillante est fixé, à peu près au milieu de son extension longitudinale, le transducteur électromécanique dont on parlera plus précisément dans la description de la figure 3. La lame oscillante 2 porte en outre, entre le transducteur électromécanique 3 et l'extrémité de la lame, une partie tournante de l'organe palpeur 4 dont les éléments les plus importants sont représentés plus précisément sur les figures 4 et 5. Sur la figure 2, on voit plus précisément la fixation de la lame oscillante 2. Elle est assurée de chaque cOté au moyen d'une plaque de blocage présentant une surface frontale carrée et une surface tournée vers le côté plat de la lame oscillante 2 et munie de quatre pointes aux quatre angles. La plaque de blocage extérieure 17 est munie d'un filetage de sorte que l'on peut la fixer exactement au moyen d'une vis 18 passant à travers un trou de la pièce d'espacement 15, un trou de l'autre plaque de blocage 17 et un trou de la lame oscillante 2. La figure 3 montre le transducteur électromécanique 3 en coupe suiVant le plan A-A de la figure 1, vu de gauche à droite. Le transducteur 3 est formé d'un petit cadre ouvert 19 en matière ferromagnétique, fixé de coté à la lame oscillante 2 et entourant le noyau de fer doux par un entrefer étroit 16. il recouvre légèrement les piles de l'entrefer à champ alternatif 5. L'entrefer 16 est perpendiculaire à l'entrefer de champ alternatif 5. Le cadre 19 est entouré par une fourche 20 en matière ferromagnétique, disposée à l'extrémité de l'épanouissement polaire 12 de l'aimant permanent Il et ouverte vers la lame oscillante 2. Entre le cadre 19 et la fourche 20 se trouve un entrefer supplémentaire 21 ayant la même largeur que l'entrefer 16 entre le noyau de fer doux 1 et le petit cadre 19, le transducteur 3 correspond en ses éléments essentiels à celui du DT-OS 2 344 997.Afin que le cadre 19 ne puisse pas former un enroulement de court-circuit qui pourrait provoquer un amortissement indésirable du filtre, il est ouvert en un point. Le petit cadre 19 est en outre fixé à cet effet à la lame oscillante 2 au moyen d'une pièce isolante 22. L'organe palpeur 4 de la figure 1 est formé d'éléments fixés à une plaque de base qui porte tout le filtre et d'éléments reliés à la lame oscillante 2. Sur la lame oscillante 2 est disposé un support en équerre 23 qui porte une petite roue 24. Celle-ci peut tourner librement autour d'un axe 25 fixé au support en équerre 23. Elle présente en outre un bras 26 disposé excentriquement, auquel s'applique un entraîneur 27. Celui-ci actionne un porte-contact 28 qui coopère avec un deuxième porte-contact 29. Les éléments reliés à la plaque de base du filtre comprennent un support 30 qui présente à une extrémité deux surfaces de roulement 31 et 32 s'écartant perpendiculairement et à l'autre extrémité un coussinet 33. Par suite, le support 30 peut pivoter autour d'un axe fixé à la plaque de base. Sur les figures 4 et 5, des parties de l'organe palpeur 4 sont représentées schématiquement pour expliquer le fonctionnement de cet organe. Le support en équerre 23 de la figure 1 est seulement indiqué sous la forme d'un support en forme de tige 34. Le coussinet 33 peut, selon la figure 6, être muni d'un dispositif de frein. Le dispositif de frein de la figure 6 est fixé sur la plaque de base 35. Dans celle-ci est enfoncé un axe 36 autour duquel on peut faire pivoter le support 30 au moyen du coussinet 33. Sur la plaque de base 35 est en outre fixé un élément annulaire métallique 37 à section en U, sur lequel repose librement un élément de frein 38 formé d'une matière qui a un frottement défini constant dans le temps et une grande résistance à l'usure, par exemple formé d'un polymère de fluoréthylène et portant le support 30. Celui-ci est sollicité par un ressort 39 grace à l'élément complémentaire 40. -I Le noyau de fer doux 1 de la figure 1 qui conduit principa lement le flux alternatif est formé de profilés de t81e isolés entre eux de façon connue, pour éviter les pertes par courant de Foucault.L'aimant permanent 8 est placé perpendiculairement, par ltun de ses pôles, sur la branche 7 du noyau de fer doux 1. La lame oscillante 2 est formée d'une matière à grand coefficient d'élasticité, indépendant de la température, par exemple d'un alliage à module constant de marque commerciale "Invar". Le petit cadre ferromagnétique 19 a une très faible masse relativement à la lame oscillante 2. En outre, il doit être formé d'une matière ferromagnétique ayant un coefficient de température aussi faible que possible. Le support en équerre 23 ainsi que le support 30 muni des surfaces de roulement perpendiculaires 31 et 32 doivent être formés d'un métal ayant une faible dilatation thermique et une grande résistance au frottement, par exemple d'acier. La roue 24 doit être fabriquée en métal léger de façon que sa masse puisse rester petite. A cet effet, elle peut être perforée comme on le voit par les figures 4 et 5. La sélectivité d'un filtre mécanique n'est pas déterminée exclusivement, comme on le sait, par la lame oscillante mais aussi par les éléments structuraux adjoints et en particulier par la fixation. C'est pourquoi il a été proposé d'effectuer la fixation au moyen de billes disposées dans des creux de la lame oscillante et des supports bilatéraux, de sorte que la lame oscillante, une fois bloquée, est enserrée fermement entre les billes et ces supports (DT-OS 2 007 060). La fixation entre deux plaques de blocage 17 présentant des pointes aux angles tournés l'un vers l'autre signifie une simplification car il n'est pas nécessaire de prévoir des avant-trous exactement ajustés. On peut fabriquer les flaques de blocage 17, au moyen de forets grossiers à extrémités coniques, à partir de pièces de forme carrée. Les pointes aiguës qui subsistent aux angles des carrés usinés assurent une fixation nette et permanente des extrémités de la lame oscillante. Les lames oscillantes sont entratnées de manière connue par le transducteur électromécanique 3. Le petit cadre 19 fixé à la lame oscillante 2 oscille hors de l'entrefer 5 du champ magnétique alternatif, pratiquement parallèlement au noyau de fer doux 1. Du fait que le transducteur est pratiquement disposé au milieu de la lame oscillante 2, il est assuré que le champ électrique alternatif soit transformé de façon énergétiquement optimale en un mouvement oscillant. L'entrefer de dérivation 14 entre le corps ferromagnétique 13 relié à la branche 10 du noyau de fer doux 1 et à l'aimant permanent Il et l'épanouissement polaire 12 de l'aimant perma nent Il sert d'une part à adapter le flux continu au flux al ternatif et d'autre part à régler avec précision la largeur de bande. Sa grandeur a aussi une influence sur le seuil de réac tion de l'interrupteur à seuil, qui est en mtme temps influencé par le comportement de la lame oscillante. L'organe palpeur 4 des figures 1, 4 et 5 agit de la façon suivante : Dans la position de repos représentée par la figure 1 il existe un petit espacement, d'une fraction de millimètre, entre la circonférence de la roue 24 et les surfaces de roule ment 31 et 32 qui l'entourent et qui sont perpendiculaires au plan de la lame oscillante et obliques relativement à la norma le à ce plan. Par suite, les contacts entre les porte-contacts 28 et 29 sont ouverts car la force de ressort du porte-contact 28 maintient la roue 24, par l'intermédiaire de l'entratneur 27, dans une position de repos qui correspond à une rotation maxima le dans le sens des aiguilles d'une montre. Le choix de la matière des surfaces de roulement 31 et 32 et du revêtement de la roue 24 assure un espacement constant entre ces éléments et donc une grande longévité du filtre. Le mouvement de la lame oscillante 2 est transmis par le support en équerre 23 à la roue 24. Celle-ci, lors du mouvement de la lame oscillante 2 dans le sens de la flèche 41 de la figu re 4, bute sur la surface de roulement 31 du support 30 et rou le d'une petite distance sur cette surface. A cet effet, la roue 24 est de préférence garnie à sa surface d'une mince cou che 45 d'une matière synthétique résistant à l'usure, ayant un coefficient de frottement constant et stable dans l'intervalle de température prévue, par exemple d'un polymère de fluoréthy lène. Par le mouvement de déroulement de la roue 24 sur la sur face de roulement 31 du support pivotant 30, la roue 24 tourne légèrement dans le sens de la flèche 43, donc en sens inverse des aiguilles d'une montre.Lors du mouvement de recul de la lame oscillante 2, dans le sens de la flèche 42 de la figure 5, la roue 24 roule sur la surface de roulement 32 et il s'ensuit une nouvelle rotation dans le sens de la flèche 43 car l'inertie du support 30 est suffisamment grande pour empêcher le mouvement rétrograde entre temps. Cela est encore favorisé par le frein de la figure 6 dont on expliquera plus loin le fonctionnement.Si les mouvements de la lame oscillante 2 se poursuivent sous l'influence d'une impulsion à fréquence acoustique suffisam ment longue entre les bornes 8 et 9 du filtre de la figure 1, il se produit un redressement biphasé mécanique de la rotation de la roue 24 avec intégration de sorte que la roue 24, après dépassement d'un seuil, est mise en rotation en sens inverse des aiguilles d'une montre, donc dans le sens de la flèche 43, de telle sorte qu'elle pousse ltentraineur 27 vers le bas et déplace le porte-contact 28 dans le même sens jusqu'à fermeture des contacts entre les deux porte-contacts 28 et 29. Une grandeur critique de l'action de l'organe palpeur 4 est celle de l'angle 44 entre la normale à la lame oscillante 2 et la direction du support 30. Théoriquement, la plus grande action de rotation des surfaces de roulement 31 et 32 sur la roue 24 devrait se produire lorsque l'angle 44 a une grandeur de 45 . Toutefois, dans ces conditions, la lame oscillante 2 est trop fortement amortie et donc, sa sélectivité est diminuée. Un compromis avantageux entre la sélectivité de l'ensemble du filtre électromécanique et l'action de rotation sur la roue 24, permettant aussi d'obtenir une pression de contact suffisante entre les porte-contacts28 et 29, est obtenue quand l'angle 44 est de 20 + 50. Lorsque la lame 2 oscille, l'angle 44 ne varie que légèrement. La roue 24 tourne alors d'environ 90. Pour éviter un rebondissement entre les surfaces de roulement 31,32 et la roue 24, on peut utiliser le frein selon la figure 6 entre le support 30 et la plaque de base 35. On règle la pièce complémentaire 40 à l'avance de façon telle que le ressort 36 exerce une force exactement déterminée sur le support 30, le corps de frein 38 et l'élément annulaire 37. Par suite, le mouvement de pivotement du support 30 est freiné dans une mesure prédéterminée et il est retenu après chaque déviation jusqu'à la suivante. Le seuil de l'interrupteur de l'organe palpeur 4, formé par les deux porte-contacts 28 et 29, peut être réglé par le point de fixation du support en équerre 23 sur la lame oscillante 2, du bras excentrique 26 sur la roue 24 et la fixation de ltentraneur 27 au porte-contact 28. Comme on l'a déjà dit, on peut effectuer un réglage précis en agissant sur la grandeur de l'entrefer de dérivation 14 du circuit magnétique permanent. Le point d'faction de l'entratneur 27 sur le porte-contact 28 influence également la pression de contact. Le filtre permet de tirer un excellent parti de l'énergie d'entraînement car l'amplitude des oscillations, gr ce au cadre qui entoure l'entrefer de flux alternatif, n'est pas limité par la largeur de cet entrefer et étant donné le poids réduit et les petites dimensions de l'organe pareur, et puisque les pertes par courant de Foucault sont évitées, l'amortissement peut rester très petit. il en résulte des effets avantageux aussi bien sur la sensibilité que sur la sélectivité du filtre. Cela est encore favorisé par la possibilité d'raccord précis de l'intensité du flux continu sur celle du flux alternatif. On peut régler aussi bien grossièrement qu'avec précision le seuil de l'interrupteur à seuil, entre les limites désirées. La lame oscillante et les parties qui coopèrent ave-c ile peuvent être fabriquées en matière à faible écart de température et les petites dimensions ainsi que la matière de l'organe palpeur contribuent à ce que le comportement de température de tout le filtre soit extr & ement avantageux. Ainsi, il n'est pas nécessaire de faire un compromis entre la sélectivité du filtre et son comportement de température, de façon désavantageuse pour les propriétés du filtre. Cela est particulièrement important pour des filtres ayant de basses fréquences acoustiques, par exemple inférieures à 200 Hz. Une utilisation optimale de l'énergie est également favorisée par le fait que la roue est entraînée dans le même sens à chaque mouvement de la lame oscillante, ce qui permet de tirer pleinement parti du mouvement bilatéral de cette lame. REVENDICATIONS 1 - Filtre électromécanique avec interrupteur à seuil, composé d'un circuit magnétique à courant alternatif interrompu par un entrefer, d'une lame oscillante en matière non magnétique disposée parallèlement au plan de l'entrefer et dont l'entranement est placé, par une branche d'entrainement reliée à la lame, dans l'entrefer du circuit magnétique à courant alternatif, la naissance de la branche d'entratnement étant disposée parallèlement à un pdle d'un aimant permanent coopérant avec l'aimant à courant alternatif, d'un dispositif de conversion du mouvement de la lame oscillante en courant électrique et d'une fixation définie des lames oscillantes en des endroits ponctuels séparés l'un de l'autre, filtre caractérisé par le fait que les surfaces polaires de l'aimant permanent sont dirigées parallèlement au plan de l'entrefer et présentant une dérivation, qu'à la lame oscillante est fixé sur le côté, pour son entrainement un petit cadre ouvert en matière ferromagnétique entourant le flux alternatif dans son entrefer et mobile perpendiculairement au plan de l'entrefer du flux alternatif, que le flux magnétique continu est transmis à ce petit cadre mobile par un pble en forme de cadre du circuit magnétique permanent, qui l'entoure et qui détermine un entrefer de flux continu perpendiculairement à l'en- trefer de flux alternatif, et que la conversion du mouvement de la lame oscillante en courant électrique est commandée, dans un circuit, par redressement mécanique double alternance, par un interrupteur à seuil actionné à laide d'un élément intégrateur de course qui coopère dans le même sens avec deux surfaces de roulement placées perpendiculairement au plan de la lame oscillante et obliquement par rapport à la normale au plan de la lame oscillante. 2 - Application du filtre électromécanique selon la revendication 1, dans des récepteurs de commande circulante pour des fréquences acoustiques de 100 à 500 Hz. 3 - Filtre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la fixation de la lame oscillante est assurée par des blocs à section carrée, munis d'angles pointus faisant saillie vers la lame, appliqués chacun sur un côté plat de la lame et pouvant être serrés par une vis. 4 - Filtre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'épanouissement polaire de l'aimant permanent est formé d'une fourche en U ouverte en direction de la lame oscillante. 5 - Filtre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ltélément intégrateur de course est fixé en un point espacé de l'extrémité libre de la lame oscillante et le cadre d'entrainement au milieu de la lame oscillante. 6 - Filtre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément intégrateur de course est formé d'une roue fixée à la lame oscillante au moyen d'un support en équerre formé de matière à faible dilatation thermique, la roue pouvant être mise en contact alternatif avec deux surfaces de roulement d'un support pivotant pendant 11 oscillation de la lame oscillante. 7 - Filtre selon l'une des revendications 1 et 6, caractérisé par le fait que la roue est formée de métal léger et munie de trous qui diminuent son poids. 8 - Filtre selon l'une des revendications 1, 6 et 7 caractérisé par le fait que la roue est munie d'un revêtement formé d'une matière synthétique résistante à l'usure, ayant un coefficient de frottement constant et stable dans l'intervalle de température prévue. 9 - Filtre selon l'une des revendications 1 et 6, caractérisé par le fait que les surfaces de roulement et le support de celles-ci sont formés d'un métal ayant une faible dilatation thermique et une grande résistance à l'usure. 10 - Filtre selon l'une des revendications 1 et 6, caractérisé par le fait que l'angle entre la normale à la lame oscillante et la direction des surfaces de roulement est de 20 + 50. Il - Filtre selon l'une des revendications 1 et 6, caractérisé par le fait que la roue présente un bras disposé excentriquement auquel est fixé un entraSneur disposé à son tour sur un premier porte-contact coopérant avec un deuxième. 12 - Filtre selon l'une des ievendications 1 et 6, caractérisé par le fait que le support est muni en son point d'appui d'un frein préréglable sollicité par ressort. 13 - Filtre selon l'une des revendications 1 et 12, caractérisé par le fait que le frein est muni d'un corps de frein libre formé d'une matière synthétique ayant un frottement défini constant dans le temps et une grande résistance à l'usure et d'un élément annulaire métallique à section en U coopérant avec le corps de frein. 14 - Fibre selon l'une des revendications 1, 8 et 13, caractérisé par le fait que la matière synthétique résistant à l'usure est formée d'un polymère de fluoréthylène.