<Desc/Clms Page number 1>
Machine à capacité variable périodiquement pour la transformation d'une tension continue en une tension alternative.
Demande de brevet autrichien en sa faveur du 8 fiai 1937.
-----------------------------
On sait qu'à l'aide d'une machine à capacité variable périodiquement, on peut obtenir une tension alternative au moyen d'une tension continue Dans ce but, on branche la machine à capacité variable sur une source à courant continu.
On sait que l'on construit une machine de ce genre en ménageant à la périphérie du rotor des encoches longitudinales, ce qui forme des barres parallèles à l'axe qui sont vis à vis des barres de forme correspondante, ménagées à la surface intérieure du stator. Lorsqu' une machine de ce genre tourne, la capacité de la machine varie périodiquement et engendre un courant de charge dont la direction varie
<Desc/Clms Page number 2>
alternativement, qui convient à la production d'une tension alternative. La tension alternative ainse engendrée sert à la commande d'un dispositif ampfificateur.
Dans une autre disposition connue, des toles en forme de secteur circulaire sont accolées axialement sur l'arbre d'une machine, et sont déplacées entre des tôles de forme correspondante d'unpaquet de tôles d'un stator. On obtient aussi de cette manière, lors de la rotation de la machine, un courant de charge de direction alternée, mais qui ne possede cependant qu'une fréquence réduite par suite de la construction de la partie mobile de la machine.
Dans la machine conforme à l'invention, le rotor et le stator se composent de disques ou de bagues circulaires, assemblées les unes à coté des autres dans le sens de l'axe du rotor, qui sont juxtaposées de telle sorte l'atéralement que les surfaces circulaires sont superposées et forment des couronnes dentées. La puissance que l'on peut obtenir avec une machine conforme à l'invention est sensiblement supérieure à celle que l'on peut avoir en employant un dis- positif amplificateur et est suffisante, par exemple di- rectement pour les buts techniques, comme pour l'obtention de chaleur industrielle ou bien pour la commande d'instal- lations d'émission sans fil.
Au moyen d'un dispositif connu, dans lequel des disques à grande surface sont disposés de maniére à pouvoir tourner entre des disques montés sur le stator, on ne peut obtenir que des fréquences alternatives très basses, car la construction mécanique du rotor ne per- met pas de vitesses de ratation considérables. De plus, la valeur de la fréquence alternative est très basse pour un nombre de tours donnés, alors que dans une machine oonforme
<Desc/Clms Page number 3>
à l'invention, en employant des couronnes dentées à la périphérie des disques du rotor, et des anneaux du stator, on obtient une fréquence bien plus considérable pour le marne nombre de tours.
La valeur de la fréquence est d'une importance capitale pour les nombreux emplois d'une machine conforme à l'invention, car dans un grand nombre de champs d'applications, une tension alternative à fréquence plus élevée est nécessaire, tout à faitindépendamment du fait qu' une tension alternative à fréquence plus élevée peut être transformée bien plus facilement et au moyen de trans- formateurs plus petits qu'une tension alternative de fré- quence relativement plus réduite. De plus, il est extrême- ment important que la même machine possède à chaque fois, sous les mêmesconditions d'exploitation, une puissance double pour un nombre de périodes double.
Les surfaces circulaires du otor et du stator possè- dent des dents disposées radialement, entre lesquelles il existe un certain écartement. Les surfaces qui délimitent les dents dans le rotor et dans le stator, peuvent présen- @ ter des Surfaces de délimination parallèles, de telle sorte que l'écartement entre deux des disques en forme de baque ou en forme de cer@le, est assuré au moyen de disques in- tercalaires de diamètre correspondant.
Tout comme les surfaces du rotor et du stator en forme d'anneau circulaire, les disques intercalaires insérés pour déterminer l'éoartment, peuvent également être munis de dents avec les intervalles correspondant entre les dents, de telle sorte qu'ils contribuent également à l'augmenta- tion des variations de capacité.
Lesdisques etles anneaux
<Desc/Clms Page number 4>
circulaires qui engrènent entre eux à la manière des couronnes d'aubes des turbines à vapeur, peuvent présen- ter des surfaces latérales obliques, de telle sorte que pour une coupe dans un plan suivant un diamètre de la machine et l'axe de la machine, ils possèdent la forme d'un triangle parfait ou d'un triangle à sommets sectionnés, comparativement à la disposition des dents avec surfaces latérales parallèles, la dispositon prismatique de ces dents présente l'avantage qu'aucune pièce interoalairs n'est nécessaire pour maintenir l'écartement et par conséquent, pour une longueur de construction axiale donnée de la machine, on peut monter un plus grand nombre de disques munis de dents.
L'utilisation, non seulement des surfaces frontales, mais aussi de chacun des deux flancs des dents, constitue des mesures constructives pour l'obtention de variations de capacité aussi grandes que possible. De plus, en emply' ant un même nombre de den ts dans le stator et dans le rotor, on s'efforce d'obtenir que pendant la marche de la machine, toutes les dents donnent toujours simultanément la capacité maximum ou la capacité minimum, parce que de cette manière, on obtient les variations de capacité les plus fortes. On peut en outre augmenter encore par l'emploi d'un diélectrique à constante diélectrique particulièrement élevée, l'intensité du courant alternatif engendré.
Dans ce but, on peut par exemple recouvrir les dents du rotor et du stator ou l'une des deux parties, avec une couche d'une matière à constante diélectrique plus élevée que celle de l'air à la pression atmosphé-
<Desc/Clms Page number 5>
rique: En général, on obtient de ce fait également une résistance électrique plus élevée, de telle sorte que l'on peut appliquer à la machine une tension continue plus élevée. On peut obtenir les marnes actions pa@ augmentation de la pression sous laquelle se trouve l'air occlus dans les intervalles compris entre les dents. Avec l'augmentation de la pression, croît également la constante diélectrique et en même temps la résistance électrique de l'air.
L'augmentation de la constante diélectrique équivant à une augmentation de la capacité l'augmentation de la résistance de l'air au claquage permet l'emploi d'une tension plus élevée, de telle sorte que les deux mesures coopèrent pour l'augmentation de la puissance du courant alternatif que l'on peut obtenir. On peut aussi au lieu de l'air, choisir un autre gaz qui possède une constante diélectrique que plus élevée que l'air. Il faudra dans ce cas tenir compte de la conductibilité calorifique du gaz, car celle-ci est très importante pour la dissipation de la chaleur. L'augmentation de la pression réalise également une amélioration du refroidissement de la machine étant donné que l'air comprimé possède une conductibilité calorifique plus élevée que l'air à la pression normale.
Pour assurer le maintien de la pression, on peut prévoir un récipient de réserve, au moyen duquel on peut compenser les pertes causées par les fuites de l'air occlus ou du gaz, ou bien au cours du fonctionnement de la machine, on peut se servir d'un petit compresseur qui assure le maintien de la pression à l'intérieur de la machine.
La forme de s dents est impor tante pour la forme de la courbe de la tension alternative engendrée, de telle sorte
<Desc/Clms Page number 6>
que, par une forme appropriée des dents et des intervalles compris entre les dents, on peut assurer une courbe tracé sinusoïdal suffisant de la tension alternative ou. du. courant alternatif. Il est aussi possible par des moyens électriques, d'éliminer les harmoniques supérieurs de la tension, de manière à obtenir une onde fondamentale sinusoïdale; on peut également, lorsqu'on prévoit des moyens de filtrage électrique, les employer également pour filtrer un ou. plusieurs harmoniques des tensions non sinusoïdales, pour un but d'application particulier.
Il est avantageux que les dents soient plus étroites que les intervalles que les séparent, et on a également avantage à donner des positions inclinées aux flancs des dents comme aux surfaces qui délimitent les intervalles qui les séparent, de telle sorte que la dent et son intervalle présentent en coupe une forme trapézoïdale. On peut avantageusement éviter aussi des arêtes ou des angles vifs et des passages brusques entre les surfaces extérieures des dents et de leurs intervalles par desarrondis appropriés.
Pour la fabrication des dents, on utilise avantageusement un procédé duplicateur, de telle sorte que les dents sont obtenues par exemple par fraisage, dans certains cas, après laminage ou bien par pressage, coulée ou pulvérisation. On peut également fabriquer les disques ou les anneaux circulaires en même temps que les dents par pressage, coulée ou pulvérisation, de telle sorte que les disques et les anneaux sont aimsi obtenus en une seule opération.
L'influence des différences de température qui se produisent entre le rotor et le stator est supprimée ou réduite autant que possible. L'action des différences de
<Desc/Clms Page number 7>
températures éventuelles peut consister à réduire les entrefers entre les pièces du rotor et du stator. On évite les difficultés qui dérivent de ce fait en calorifugeant les parties appropriées ou bien même la totalité desparties actives de la machine.
En dimensionnant de manière appropriée l'écartement entre le rotor et le stator, ou aussi en répartissant ces parties de la machine en systèmessé- parés ou en machines séparées, montée de manière appropriée, on peut également diminuer l'influence de l'échauffement, car cette influence est moins considérable pour des systèmes ou des machines plus petits ou subdivisées en conséquence. Un autre moyen pour réduire l'influence des différences de température consiste à opérer un chauffage supplémentaire de la machine, par exemple électriquement, et à maintenir constant le degré d'échauffement au moyen d'un thermostat.
On peut également, lorsque l'on ne peut éviter les différences de température, réduire l'influence d'un échauffement inégal par le choix de la matière, par exemple en construisant les parties de la machine qui s'échauffent davantage en une matière à coefficient de dilatation plus réduit que les autres parties.
On augmente la valeur de la puissance alternative que l'on peut obtenir de la machine, conformément à une autre caractéristique de l'invention, en employant dans le airduit de charge une impédance qui est de préférence induc- tive. Les conditions les plus favorables sont réalisées lorsqu'on amène en résonance l'inductance du circuit de charge avec la capacité maximum de la machine pour la fréquence obtenue. L'impédance est de préférence celle de l'appareil d'utilisation qui est branché sur la machine,
<Desc/Clms Page number 8>
soit directement, c'est-à-dire galvaniquement, ou aussi au moyen d'un couplage inductif ou capacitif.
Lorsqu'on fait fonctionner plusieurs machines conformes à l'invention en parallèle, on peut subdiviser l'inductance nécessaire a chaque machine pour l'accord en résonance. Cela présente avant tout l'avantage de ce que l'installation remplit les conditions favorables de l'accord en résonnance, aussi bien lorsqu'on emploi uniquement les machines séparées que pour leur couplage en parallèle. Lorsqu'on isole les différentes machinesles unes desautres, on a en outre le choix entre un montage en parallèle, ou un montage en série.
Dans le premier cas, les courants alternatifs engendrés par les variations périodiques de capacité s'ajoutent dans les différentes machines, dans le deuxième cas on peut utiliser une tension totale bien plus considérable que celle obtenue dans le couplage série des différentes machines, de telle sorte qu'on obtient un courant alternatif de tension bien plus élevée.
La machine peut être avantageusement employée en télégraphie, téléphonie sans fils, ou pour la transmission des images avec ondes dirigées ou non dirigées, ou bien encore pour d'autres buts industrielle comme par exemple pour l'ntilisation de la chaleur engendrée par courants d'induction, par exemple pour le fusion, le chauffage de corps, de préférence de métaux pour certains procédés de travail, comme par exemple les travaux à la presse, le laminage, l'étirage.. l'emboutissage, etc.
On peut aussi obtenir la chaleur nécesssaire à la préparation des aliments, de manière connue en elle-même par courant d'induction. on bien pour d'autres procédés de chauffage d'objets non métalliques, comme par
<Desc/Clms Page number 9>
exemple dans les procédés chimi que s. Dans l'emploi de la machine pour la télégraphie et la téléphonie, on peut transmettre des courants téléphoniques ou télégraphiques à basse fréquence au courant haute fréquence engendré par la machine' On peut par exemple employer en tube amplificateur commandé par les courants téléphoniques ou télégraphiques ou par des oscillations de courant ou de tension engendrées de manière analogue et qui modifient la tension continue d'excitation de la machine.
Au lieu d'une modulation par tubes amplificateurs, on peut encore employer une résistance variable ou un transformateur à l'aide duquel on applique aux circuits à courant continu une tension additionn'elle correspondante-
Au lieu de la construction du rotor et du stator au moyen de disques ou de bagues séparés, qui sont assemblés mécaniquement pour former un bloc, on peut également em ployer pour le rotor ou pour le stator un corps d'une seule pièce, dans lequel sont fraisées dans la masse les couronnes dentées. Les dents peuvent de ce fait être disposées par séries dirigées parallèlement à l'axe. Pour permettre le montage il faut donc que le stator se compose de deux moitiées que l'on obtient par une coupe dans le plan d'un diamètre et de l'axe de la machine.
Comme matériaux pour la construction du rotor et du
EMI9.1
stator de la machine on peut avantageusement employer un 'U 6,v métal qui possède la résistance nécessaire. Pour des machines à faible vitesse périphérique, c'est-à-dire jusqu'à 250 mètre par seconde, le bronze d'aluminium ( par exemple le Lau.tal) ou. le duralumin ou. encore le métal
<Desc/Clms Page number 10>
" Elektron", donnent de bons résultat, étant donné qu'ils possèdent une résistance de 40 à 50 kg/mm2 pour des vitesses plus élevées, la partie dentée se compose avantageu- sement de bagues ou d'un cylindre creux en acien, d'une résistance d'au moins 50 kg/mm . La bague ou le cylindre sont alors montés ou appliqués sur un noyau en métal léger.
Dans ce cas, il n'est pas nécessaire que le noyau soit massif,mais il peut présenter des évidements pour réaliser une économie de poids et de matière. Les masses-volant contenues dans lesparties tournantes de la machine peuvent ainsi être sensiblement réduites, de telle sorte que le temps nécessaire au démarrage et à l'arrêt de la machine est considérablement diminué. On peut obtenir le même résultat par une construction non complètement massive du rotor, soit qu'il se compose de disques, soit qu'il soit construit en une seule pièce. C'est ainsi que dans la construction du rotor par un procédé de moulage, on réalise une éconnmie sensible en poids et en masses-volant.
Pour réaliser une économie de poids, on peut également établir le support en métal léger ou en employant un stator avec des intervalles de stator aussi plats que possible, réaliser une réduction de poids aussi élevée que possible. On peut d'une manière particulièrement facile, lorsque le stator est moulé, obtenir par l'emploi de dents plus creuses, une économie considérable de poids et de matériaux, car la stator ne doit supporter aucun effort mécanique appréciable.
Pour faciliter la compréhension de l'invention, on se reportera aux fig. 1 à 8 qui reproduisent seulement à titre d'exemple des formes d'exécution de l'invention, sans que
<Desc/Clms Page number 11>
celle-ci soit limitée à cas exemples d'exécutiom.
EMI11.1
Sur la fig.l, on voit la construction du stator et diz du rotor au moyen de disqu.es"L'axe de la machine est désigné par la référence 1; le rotor se compose des 2a, a; .L e , d't drs yy J. 4-- e4 1 d, W&4 A 0!' rIeur périphérie. Les disques 2a, 2c et :% servent à assu.- rer un écartement déterminé entre les disques dentés 2b et 2d. Les disques du rotor sont assemblés par des vis de pression ou par des rivets 3 dont un certain nombre est prévu sur la périphérie.
La stator se compose également de différents parties,
EMI11.2
14 a savoir des bagnes plates 5a t 5e. Les disques s .5,g1 5.q et 5e possèdent une plus grandelargeur radiale de telle sorte que les surfaces latérales de ces baguas, d'une part, etles surfaces latérales des couronnes dentées de) disques du rotor 2b et 2, d'autre part, sont en regard car les bagues 5a, 5c, 5e pénètrent dans les intervalles compris entre les dents du rotor.
La forme des flancs opposés des couronnes dentées du stator, ainsi que celles des couronnes dentées sur les disques 2b et 2c du rotor, sont visibles sur la vue en plan de la fig.lb. Dans les couronnes dentées appartenant au rotor sont représentées des flèches qui indiquent la direction du mou.vementoDans la position respective du stator et du rotor, indiquée sur la fig.l, la capacité entre les de'ux est à sa valeur maximum. Les disques du stator sont également assemblés au moyen de boulons ou de rivets 7.
Les surfaces actives des dents du rotor et du stator sont recouverte s dans les exemples d'exécution de l'invention représentés sur la fig.l, avec une matière 2a, 4b ,
<Desc/Clms Page number 12>
4c, 4d, 4e ou 6 ,, 6b, 6c et 6e, matière qui possède une constante diélectrique plus élevée et également une plus grande résistance au claquage que l'air.
Sur les fig.2a et 2b, des couronnes dentées en forme de coins sont représentées. Dans cette disposition, les disques intercalaires 2a, 2c, 2d ou.5.± et 5d, que l'on voit sur la fig.l, ne sont pas nécessaires. En^outre, les mêmes chiffres de référence sont employés sur la fig.la que sur la fig. 2a. On voit également le revêtement de matière de constante diélectrique plus élevée qui recouvre les flancs des dentsdu stator et du rotor.
La fig.2b représente à gauche les intervalles entre les dents en forme de coins et les dents prismatiques du stator et à droits les dents et les intervalles entre les dents correspondantes du rotor ainsi que les vis ou boulons de fixation 3 et 7.
Une disposition danslaquelle lesdents du rotor sont recouvertes d'une couche isolantes, est représentés sur la fig. 3. Les intervalles entre les dents sont en forme de
EMI12.1
coin, les dents ont unismatiqua avec points émons- sée. La largeur de la pointe des dents est moindre que la largeur de l'ouverture de leur intervalle, de telle sorte que la capacité est minmum à la position moyenne de le dent du rotor par rapport à un intervalle du stator.
La fig. 4 montre la subdivision de la machine en plusieurs machines distinctes 10a, 10b et 10c. Le groupe de machines est entraîné par un moteur 19. Les différents machines sont accouplées au. moteur 19 on entre elles, au. moyen des dispositifs d'accouplement 21. Les accouplements et le
<Desc/Clms Page number 13>
montage des machines sur le bâti 20 peuvent être réalisés de telle sorte que les machines soient complètement isolées les unes des autres et que l'on puisse par conséquent commander chaque machine séparément ou encore suivant toute combinaison désirée de montage en parallèle ou en série.
Sur les fig. 5 et 6, sont représentées les connexions électrique pour différentes applications de l'invention.
Sur la fige 5a, la référence 11 désigne la source de tension continue, 10 la machine à capacité variable et 12 une impédance de charge de type inductif. La bobine 12 est pur exemple la bobine de champ d'un four à induction.
Au moyen de courants d'induction engendrés par cette bobine, on opère le chauffage de métaux, de solutions et de liquides conducteurs ou de récipients métallique / qui contien- nent un liquide à chauffer. La valeur de l'inductance 12 peut être ainsi adaptée à la capacité 10 de la machine, de telle sorte qu'entre les deux on obtienne approximativement ou exactement les conditions de résonance à la fréquence de la tension alternavite engendrée. La bobine 12 est directement branchée dans le circuit de charge de la machine 10.
Dans le montage de la fige 5b, on opère une séparation galvanique entre le circuit de la machine 10, 11, 12 d'une part et le circuit de charge 13, 14, 15 d'autre part, car les enroulements 12 et 13 ne sont en liaison entre eux que magnétiquement. De ce fait, le circuit secondaire de charge est complètement séparé du circuit à courant continu de la machine. Dans cette disposition, le circuit secondaire 13, 14 et 15 peut posséder des organes d'accord supplémentaires pour le réglage de la résonance. Par exemple, on peut dans ce but régler le condensateur 15 monté en série avec le circuit secondaire. On peut également
<Desc/Clms Page number 14>
monter le condensateur 15 en série avec la. bobine 14, au lieu de le monter en parallèle.
Pour l'accord en résonance, on peut aussi prévoir une variation de l'entoulement se- condaire 13 en modifiant le nombre de spires ou une variation de la bobine 14. Finalement, il y a encore la possibilité de réaliser le phénomène de résonance en agissant, soit sur la fréquence de la tension alternative engendrée par la machine 10 ou bien, lorsque la machine se compose de plu- sieurs machine)séparées, ou de plusieurs systèmes dis- tincts, qui peuvent être montés à l'intérieur du même carter, par mise hors circuit de certaines des machines ou de cer- tains systèmes partiels, ou par montage en parallèle ou en série de ces machines et de ces systèmes.
Les exemples de montage des fig. 6 à 6b représentent l'application de la machine-condensateur à la télégraphie ou téléphonie à haute fréquence. La machine 10 engendre par sa rotation une haute fréquence à laquelle sont superposées à l'aide d'une lampe commandée 18, des oscillations à basse fréquence correspondant à un signal télégraphique ou à un courant microphonique ou encore à un courant téléphonique.
Le tube 18 ( tube amplificateur) est commandé de la manière habituelle au moyen du potentiel de grille de telle sorte que le courant alternatif circule de manière connue en elle- même, en traversant une ràésistance R shuntée par un conden- sateur C. L'emploi de deux bobines accouplées 12 et 13 donne une séparation galvanique entre le circuit de charge 17,15, 13, 16 et le circuit de la machine 11, 10,12, 18. Dans cette disposition, on a également les possibilités d'accord dans le circuit primaire, c'est-à-dire dans le circuit de la ma- chine et dans le circuit secondaire, c'est-à-dire dans le circuit émetteur. Cela est représenté au moyen d'un conden- @
<Desc/Clms Page number 15>
sateur variable. 15.
,La fig. 6b représente un montage d'un autre genre, servant au même but. Le circuit d'utilisation 17, 16 n'est pas dans ce cas inductif, mais est couplé capacitivement au circuit de la machine par l'intermédiaire des transformateurs 15a et 15b. les condensateurs empêchemt la tension continue de la machine de passer dans le circuit d'utilisation et peuvent en même temps pour l'accord du circuit d'émission, être accordés à la résonance, avec la fréquence de la tension alternative engendrée par la machine.
Les courants du signal ou les courants téléphoniques sont superposés aussi dans cette disposition, au moyen d'un tube amplificateur 18 dans le circuit à courant continu de la machine.
Les fig. 7a et 7 b représentées sur les dessins en plus de la fig. 1, montrent essentiellement de la même forme de dents du stator et du rotor, mais un autre montage du rotor que celui de la fig.l. Le rotor sur la fig. 7a se compose d'un bloc unique 2, lequel est fixé à l'axe 1. Dans ce bloc sont formées des couronnes dentées qui sont, soit taillées dans un bloc de matière, par exemple par fraisage ou par procédé de moulage, en même temps que le bloc du rotor 2. Ce bloc peut aussi se composer d'un métal léger, en astiquant les couronnes dentées sur ce corps et par exemple en les fixant au moyen de clavettes ou par calage.
La forme des dents peut ainsi, tout comme dans la fig.7, être soit rectangulaire, ou bien comme dans les fig. 8a et 8b, avoir une forme trapézoïdale, avec sommet arrondi ou bien être à arête vive. La fige 7b représente une coupe parallèle à un plan tangentiel, dans lequel la couronne dentée 4a appartient au rotor et la couronne dentée 6a au stator.