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Les machines électriques hétéropolaires avec inducteur fixe présentent l'inconvénient d'une dispersion magnétique très élevée.
Cet inconvénient est surtout sensible dans les machines de ce type dont le circuit magnétique se ferme à l'extérieur de l'induit.
Les conséquences de la dispersion magnétique élevée sont particulièrement graves dans le cas des machines comprenant plusieur induits, qui peuvent être disposés, par exemple, l'un à l'intérieur . de l'autre, formant ainsi une macnine double (convertisseurs). Cela est dû au fait que le flux produit par l'enroulement de champ subit une déviation et que les parties magnétiques du rotor en forme de cloche dévient le flux dans des directions opposées.
La présente invention a pour objet de réaliser une machine électrique hétéropolaire, dans laquelle les pertes du flux magné- tique d'excitation soient réduites à une valeur minimum.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de la machine hétéropolaire faisant l'objet de 1'invention Les figs. 1 et la se rapportent à une génératrice synchrone et les figs. 2, 2a, 2b et 2c se rapportent à un exemple de machine double, tel qu'un convertisseur de fréquence.
La fig.1 est la coupe longitudinale de la première forme d'ex- aution, prise suivant la ligne D-D de la Fig 1a;
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la fig. la est une coupe transversale prise minant la ligne A-A de la fig. 1; la fig. 2 est une coupe lcngitudinal de la secomde forme d'exécution; la fig. 2a représente le développement sur un plan des organes magnétiques du roter de la machine de la fig. 2, et montre la disposition des faces polaries; la fig. 2b est une coup-,, transversale prise suivant la ligne B-B de la fig. 2 ; et la fig. 2c est une coupe transversale prise suivant la ligne C-C de la fig. 2.
La machine représentée sur les figs. 1 et la comprend une carcasse 1 en matière non magnétique, à l'intérieur de laquelle est fixé un système magnétique M, ayant Une section en fer à cheval et comprenant un noyau magnétique 2 et un enroulement de champ 3.
Les surfaces intérieures un noyau magnétique 3 sont cylindriques et forment, avec des pièces polaires de plus grande largeur 2' ,les pôles nord et sud du système damétique Enre les pièces polaires 2', deux anneaux magnétiques 4 et 5 sont montés sur l'arbre 11 de la machine, et ils sont magnétiquement isolés de ce dernier. Les diamètres extérieurs des anneaux 4 et 6 sont choisis de manière que l'entrefer séparant ces anneaux des pièces polaires 2' soit petit autant que possible. L'anneau 4 est solidaire d'un prolongemen 4', en forme d'un demi-tube, qui porte une dent polaire 5 formant le pôle sud du système. L'anneau 6 est également pourvu d'un pro- longement 7, ayant la forme d'un demi-tube et un diamètre supérieur à celui du prolongement 4'. L'anneau 6 forme le pôle nord du système magnétique.
Les dents 5 et 7 constituent ainsi des pièces polaires internes, ainsi qu'il est clairement indiqué à la fig. la, et produisent par conséquent un flux magnétique qui entre dans le fer de l'induit fixe, ou stator, 8 et qui circule dans le sens des flèches de la fig. la. Dans le fer du stator 8 sont aménagés des trous circulaires, dans lesquels est placé l'enroulement induit 9, dont les connexions ironies sont indiquées par le chiffre 10.
Le flux magnétique du système M produit par l'enroulement de champ 3 sort des faces polaires 2', passe à travers l'entrefer et
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entre dans les anneaux magnétiaues 4 et 6, se dirigeant vers les dents polaires 5 et 7, ainsi a ' il est,indiqué par les flèches de'la fig. 1.
Lorsque le rotor tourne, le flux qui entre dans le fer du stator 8 varie, de sorte qu'une tension de fréquence 0} est induite dans 1'enroulement statorique 9 Le réglage de la tension induite peut s'obtenir de la même manière que pour les génératrices ordinai- res, c'est-à-dire en réglant le courant l'excitation dans l'enroule- ment de champ @
Les vides entre les anneaux magnétiques 4 et 6 et les dents polaires 5 et 7 peuvent être remplis par une matière non magnétique, telle que l'aluminium, de manière à obtenir un rotor cylindrique compact, formé des anneaux 4 et 6 et des dents 5 et 7.
Dans l'exemple de la fig. l, la machine est bipolaire, mais il est évident que la même construction pourrait s'appliquer pour réaliser une machine avec un plus grand nombre de pôles.
Dans l'autre forme d'exécution représentée par les figs. 2 à 2c, la machine hétéropolaires est double et fonctionne en convertis- seur de fréquence. Dans une carcasse l'en matière non magnétique est monté un système magnétique annulaire M fixe, ayant une section en fer à cheval, et comprenant le noyau magnétique 2 et un enroule- ment de champ 3, ce dernier étant disposé all'intérieur du noyau 2.
Les pièces polaires 2' présentent des faces polaires de très grande section afin de réduire l'induction dans l'entrefer. Entre les pièceu polaires 2', deux anneaux magnétiques 4' et 6 sont montés sur un arbre 11. L'anneau 4' est magnétiquement isolé de l'arbre 11 et se prolonge vers la partie de gauche de la machine représentée sur la fig. 2, pour former une dent polaire 5' en regard d'un stator 8 La dent 5' forme le pôle sud. La dent 7', qui forme le pôle aord, est par contre magnétiquement reliée à l'arbre 11. Le stator @ et les dents polaires 5' et 7' forment ensemble la partie motrice de la machine. La fig. 2b contre la coupe transversale de cette partie.
Le stator 8' ainsi que la disposition et la forme des pièces polaires 2' sont semblables à ceux de la machine de la fig 1 décrite ci- dessus. Le stator 8' de la fig. 2 est muni d'un enroulement, par exemple triphasé, dont les connexions frontales sont indiquées par
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le chiffre 10'. La seule différence entre le stator 8 de la fig.1 et le stator 8' de la fig. 2, est que le premier fonctionne à la manière d'une génératrice bipolaire, tandis que le stator 8' forme
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l!.!P3 ±CV;'Ul le moteuryd un conver-Lisseur.bî-,c.
La partie de droite de la machine de la fig. 2 montre les
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organes du convertisseur qui forment la génératrice. Dans le cas représenté, cette ge ratrice a six pôles. La fig. 2c montre une coupe transversale de cette partie. Le flux magnétique sortant des pièces polaires 2' du pôle nord du noauy 2 traverse l'entrefer et pénètre dans l'anneau magnétique 6 du rotor. Cet anneau 6 est soli- daire des dents polaires 7, qui forment le pôle nord de l'induc- teur. Le flux magnétique des dents 7 passe dans le stator 8, parcourt le fer de ce dernier, sort des dents polaires 5 du rotor, qui forment le pôle sud, et entre dans l'arbre 11, qu'il parcourt en se dirigeant vers les dents polaires 7' (pôle nord) de la partie de gauche de la machine, en bouclant ainsi le circuit magnétique.
Pour faire démarrer le convertisseur décrit ci-dessus, l'en- roulement statorique 9' est connecté au réseau triphasé. Le.champ tournant engendré par l'enroulement 9' induit des courants de Foucault dans la masse de fer des dents polaires 5' et 7', de sorte que le rotor commence à tourner. Les dents polaires 5' et 7' sont reliées entre elles et à l'anneau magnétique 4' au moyen d'un métal non magnétique, de manière à former un ensemble compact. Elles sont montées sur l'arbre 11 de manière à pouvoir pivoter sur celui-ci d'environ un pas polaire, mais elles sont entraînées en rotation par l'arbre par l'intermédiaire d'un dispositif de butée, non re- présenté.
Grâce à ce dispositif de butée, la partie motrice et la partie génératrice de la machine peuvent effectuer l'une par rapport à l'autre un déplacement angulaire dépendant de leur polarité, pour se mettre en synchronisme. Cette disposition permet un accrochage plus facile que dans le cas d'un accouplement mécanique rigide de deux parties.
L'expérience a montré qu'au moyen de ce simple dispositif, lorsque, dans le convertisseur décrit, le système magnétique M es excité au maximum par un courant continu et que la génératrice est
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chargée, le moteur s'accroche sans difficultés. L'objet de l'in- vetnion n'est cependant pas limité à cette forme d'exécution du dispositif de syncnrchisation On obtient le mène résultat en montant pivotables les stators 8 et 8', pourvu de les munir d'une butée qui puisse s'opposer à la réaction du moment de torsion du rotor.
Ce mode d'exécution est particulièrement avantageux lorsque les induits ont une forme cylindrique et sont montés à l'intérieur, tandis que le. inducteurs tournent à l'extérieur des induits.
L'inventi par conséquent n'est pas limitée à la forme d'exécution décrire ci-sessus et représentée sur le dessin. Si, par exemple on invertit les rôles de l'inducteur et de l'induit, c'est-à-dire que ?;'on dispose à l'extérieur l'induit ou les induits.. alors le système magnétique M doit également être monté à l'intérieur et la rainure, dont les côtés forment les faces polaires nord-sud, doit être à l'extérieur. Les anneaux magnétiques 4' et 6' tournent alors à l'extérieur des faces polaires cylindrique ainsi que la couronne polaire des inducteurs, qui ont la forme d'un corps cylindrique formant un ensemble unique.
De même, les dents polaires de la partie motrice et de la partie génératrice de la machine peuvent invertir leurs rôles et convertisseur peut surélever ou abaisser la fréquence.
Dans la forme d'exécution décrite précédemment, les flux magnétiques des deux parties de la machine sont couplés en série avec le flux d'excitation produit par le système magnétique M On peut aussi monter les différents organes de la machine de telle manière que le flux magnétique sortant du système M se répartisse sur deux ou plusieurs circuits magnétiques, pour passer dans deux ou plusieurs induits, qui, par conséquent, sont branchés en parallèle sur le flux d'excitation.
L'emploi de plusieurs parties excitées par un seul système magnétique M est une des caractéristiques les plus importantes de la présente invention.
En outre, les diverses parties de la machine peuvent être pourvues d'un nombre quelconque de pôle&
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Dans Toutes les fornie3 d'exécution, ci avec n'iuJ:!cl'G0 quel couplage magnétique (8:1 sorie ou. en ¯::::::'ë.2.1-:3), le 11L=L1 de c.;h&cw18 des parties de la machine e u être 1'0.:.1-.3 -- a volonté. Far axe.,. .... il,:;, dans la machine de la ìà. 1, le flux d 1 ex.i. t...;.iol1 peut Ge ràj,#;r'ii,1 uniforL.1-ie.it sur les ds-tix parties pendant la :wrche 4 vi.e.
Lorsque la charge ,:le la partie génératrice augmente, ou. p3Ut ,,1'2.i1..;181' arCidu..;:.lleI;l8ut lr flux de la ,.ar-cie motrice et le dévier sur la partie génér':ttrL.. -;. de sorte que la chute de pension dans la partie génératrice, et, par conséquent, la tension aux bornes de sortie, peuvent être maintenues pratiquement constantes lorsque la charge s'accroît.
Le réglage du flux magnétique peut être réalisé, par exemple, en dérivant ou en barrant le parcours du flux magnétique, au moyen de shunts magnétiques ou d'écrans magnétiques, qui sont déplacés dans un sens ou dans l'autre. Les déplacements des shunts ou des écrans magnétiques peuvent être commandés de l'extérieur par un régulateur à force centrifuge, ou bien par un dispositif électro- magnétique .
L'invention, en outre, n'est pas limitée aux formes d'exécution pourvues d'un système magnétique M à deux pôles. Conformément à l'invention, le système magnétique d'excitation M peut avoir un nombre quelconque de pôles. Ainsi, par exemple, ce système peut être pourvu de deux rainures, dans lesquelles sont placés deux enroulements parcourus par des courants en sens opposés. Un système de ce genre présente alors trois dents polaires, dont les faces sont continues et ont une forme cylindrique. Si la dent médiane forme le pâle nord, les deux dents externes forment le pôle sud, et réciproquement.
La dent médiane peut avoir une' section double de celle des dents externes,
Dans une machine du genre décrit, pourvue d'un tel système magnétique M à trois pôles, il faut monter dans 1' inducteur trois anneaux magnétiques tels que 4 et 6, afin de pouvoir répartir le flux magnétique dans les deux parties de la machine double. Les dents polaires 5 et 7 de la partie de droite de l'inducteur sont fixées à l'anneau central et à un anneau extérieur. Les dents 5' et
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7' de la partie de gauche de l'inducteur sont fixées à l'anneau central et à l'autre anneau extérieur.
Dans ce mode de réalisation de la machine, les excitations des deux parties peuvent être réglées indépendamment l'une de l'autre, puisque chacun des deux enroule- ments de champ produit un flux magnétique qui sert à l'excitation d'une seule des deux parties 'de la machine .
Au lieu d'un système @agnétique à trois pôles, on peut aussi accoler, dans la machine décrite, deux systèmes magnétiques à deux pôles. Dans ce c;, les deux enroulements de champ sont aussi par- courus par des courants opposés, de sorte que les deux dents centre les ont la même polarité 'et les deux dents externes ont la polarité opposée.
Enfin, les systèmes magnétiques peuvent être disposés l'un à l'intérieur de l'autre et avoir des dents polaires en forme de couronnes circulaires, les faces polaires étant formées par des disques.
REVENDICATIONS :
1. Machine électrique hétéropolaire avec inducteur rotatif, caractérisée en ce que les pôles de nom contraire du système induc- teur sont excités par au moins un système magnétique fixe.
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Heteropolar electrical machines with a fixed inductor have the drawback of a very high magnetic dispersion.
This drawback is particularly noticeable in machines of this type in which the magnetic circuit closes outside the armature.
The consequences of high magnetic dispersion are particularly serious in the case of machines with several armatures, which can be arranged, for example, one inside. on the other, thus forming a double macnine (converters). This is due to the fact that the flux produced by the field winding undergoes a deflection and the magnetic parts of the bell-shaped rotor deflect the flux in opposite directions.
The object of the present invention is to provide a heteropolar electric machine, in which the losses of the excitation magnetic flux are reduced to a minimum value.
The accompanying drawing shows, by way of example, two embodiments of the heteropolar machine forming the subject of the invention. FIGS. 1 and the relate to a synchronous generator and figs. 2, 2a, 2b and 2c relate to an example of a double machine, such as a frequency converter.
Fig. 1 is the longitudinal section of the first form of extension, taken along line D-D in Fig 1a;
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fig. 1a is a cross section taken along the line A-A of FIG. 1; fig. 2 is a longitudinal section of the secomde embodiment; fig. 2a represents the development on a plan of the magnetic members of the roter of the machine of FIG. 2, and shows the arrangement of the polar faces; fig. 2b is a cross section taken along line B-B of FIG. 2; and fig. 2c is a cross section taken along the line C-C of FIG. 2.
The machine shown in figs. 1 and the comprises a carcass 1 of non-magnetic material, inside which is fixed a magnetic system M, having a horseshoe section and comprising a magnetic core 2 and a field winding 3.
The internal surfaces of a magnetic core 3 are cylindrical and form, with pole pieces of greater width 2 ', the north and south poles of the magnetic system Between the pole pieces 2', two magnetic rings 4 and 5 are mounted on the shaft 11 of the machine, and they are magnetically isolated from it. The outer diameters of the rings 4 and 6 are chosen so that the air gap separating these rings from the pole pieces 2 ′ is as small as possible. The ring 4 is integral with an extension 4 ', in the form of a half-tube, which carries a pole tooth 5 forming the south pole of the system. The ring 6 is also provided with an extension 7, having the shape of a half-tube and a diameter greater than that of the extension 4 '. Ring 6 forms the north pole of the magnetic system.
Teeth 5 and 7 thus constitute internal pole pieces, as is clearly indicated in FIG. 1a, and consequently produce a magnetic flux which enters the iron of the fixed armature, or stator, 8 and which circulates in the direction of the arrows in FIG. the. Circular holes are arranged in the iron of the stator 8, in which the armature winding 9 is placed, the ironic connections of which are indicated by the number 10.
The magnetic flux of the system M produced by the field winding 3 exits the pole faces 2 ', passes through the air gap and
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enters the magnetic rings 4 and 6, heading towards the pole teeth 5 and 7, so it is, indicated by the arrows of fig. 1.
As the rotor rotates, the flux entering the iron of the stator 8 varies, so that a voltage of frequency 0} is induced in the stator winding 9. The adjustment of the induced voltage can be achieved in the same way as for ordinary generators, that is to say by adjusting the excitation current in the field winding @
The voids between the magnetic rings 4 and 6 and the pole teeth 5 and 7 can be filled with a non-magnetic material, such as aluminum, so as to obtain a compact cylindrical rotor, formed of the rings 4 and 6 and the teeth 5 and 7.
In the example of FIG. l, the machine is bipolar, but it is obvious that the same construction could be applied to realize a machine with a greater number of poles.
In the other embodiment shown in FIGS. 2 to 2c, the heteropolar machine is double and functions as a frequency converter. In a carcass of the non-magnetic material is mounted a fixed annular magnetic system M, having a horseshoe section, and comprising the magnetic core 2 and a field winding 3, the latter being arranged inside the core. 2.
The pole pieces 2 ′ have pole faces of very large section in order to reduce the induction in the air gap. Between the pole pieces 2 ', two magnetic rings 4' and 6 are mounted on a shaft 11. The ring 4 'is magnetically isolated from the shaft 11 and extends towards the left part of the machine shown in FIG. 2, to form a pole tooth 5 'facing a stator 8 The tooth 5' forms the south pole. The tooth 7 ', which forms the aord pole, is on the other hand magnetically connected to the shaft 11. The stator @ and the pole teeth 5' and 7 'together form the driving part of the machine. Fig. 2b against the cross section of this part.
The stator 8 'as well as the arrangement and the shape of the pole pieces 2' are similar to those of the machine of FIG. 1 described above. The stator 8 'of FIG. 2 is provided with a winding, for example three-phase, the front connections of which are indicated by
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the number 10 '. The only difference between the stator 8 of fig.1 and the stator 8 'of fig. 2, is that the first works like a bipolar generator, while the stator 8 'forms
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l!.! P3 ± CV; 'Ul the motoryd a conver-Lisseur.bî-, c.
The right part of the machine in fig. 2 shows the
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converter parts that form the generator. In the case shown, this ge ratrice has six poles. Fig. 2c shows a cross section of this part. The magnetic flux leaving the pole pieces 2 ′ of the north pole of the noauy 2 passes through the air gap and enters the magnetic ring 6 of the rotor. This ring 6 is solid with the pole teeth 7, which form the north pole of the inductor. The magnetic flux of the teeth 7 passes through the stator 8, travels through the iron of the latter, exits the pole teeth 5 of the rotor, which form the south pole, and enters the shaft 11, which it travels by moving towards the pole teeth 7 '(north pole) on the left side of the machine, thus completing the magnetic circuit.
To start the converter described above, the stator winding 9 'is connected to the three-phase network. The rotating field generated by the winding 9 'induces eddy currents in the iron mass of the pole teeth 5' and 7 ', so that the rotor begins to rotate. The pole teeth 5 'and 7' are connected to each other and to the magnetic ring 4 'by means of a non-magnetic metal, so as to form a compact assembly. They are mounted on the shaft 11 so as to be able to pivot on the latter by approximately one pole pitch, but they are driven in rotation by the shaft by means of a stop device, not shown.
Thanks to this stop device, the driving part and the generating part of the machine can perform an angular displacement relative to each other depending on their polarity, in order to be synchronized. This arrangement allows easier attachment than in the case of a rigid mechanical coupling of two parts.
Experience has shown that by means of this simple device, when, in the converter described, the magnetic system M is excited to the maximum by a direct current and the generator is
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loaded, the motor hangs without difficulty. The object of the invention is not however limited to this embodiment of the synchronization device. The result is obtained by pivoting the stators 8 and 8 ', provided with providing them with a stop which can oppose the reaction of the torque of the rotor.
This embodiment is particularly advantageous when the armatures have a cylindrical shape and are mounted inside, while the. inductors rotate outside the armatures.
The invention is therefore not limited to the embodiment described above and shown in the drawing. If, for example, the roles of the inductor and the armature are inverted, that is to say that?; 'The armature or armatures are placed on the outside .. then the magnetic system M must also be mounted inside and the groove, the sides of which form the north-south pole faces, must be on the outside. The magnetic rings 4 'and 6' then rotate on the outside of the cylindrical pole faces as well as the pole ring of the inductors, which have the shape of a cylindrical body forming a single assembly.
Likewise, the pole teeth of the driving part and of the generator part of the machine can reverse their roles and the converter can raise or lower the frequency.
In the embodiment described above, the magnetic fluxes of the two parts of the machine are coupled in series with the excitation flux produced by the magnetic system M The various parts of the machine can also be mounted in such a way that the flux Magnetic leaving the system M is distributed over two or more magnetic circuits, to pass through two or more armatures, which, therefore, are connected in parallel to the excitation flux.
The use of several parts excited by a single magnetic system M is one of the most important characteristics of the present invention.
In addition, the various parts of the machine can be provided with any number of poles &
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In All the execution fornie3, here with n'iuJ:! Cl'G0 which magnetic coupling (8: 1 sorie or. In ¯ :::::: 'ë.2.1-: 3), the 11L = L1 of c.; h & cw18 parts of the machine had to be 1'0.:. 1-.3 - at will. Far axis.,. .... he,:;, in the machine of the ìà. 1, the flux d 1 ex.i. t ...;. iol1 can Ge ràj, #; r'ii, 1 uniforL.1-ie.it on the ds-tix parties during: wrche 4 vi.e.
When the load,: the generating part increases, or. p3Ut ,, 1'2.i1 ..; 181 'arCidu ..;:. lleI; l8ut lr flow of the motor, .ar-cie and deflect it onto the generated part: ttrL .. - ;. so that the pension drop in the generator part, and hence the voltage at the output terminals, can be kept nearly constant as the load increases.
The adjustment of the magnetic flux can be achieved, for example, by diverting or blocking the path of the magnetic flux, by means of magnetic shunts or magnetic screens, which are moved in one direction or the other. The movements of the shunts or of the magnetic screens can be controlled from the outside by a centrifugal force regulator, or else by an electromagnetic device.
The invention, moreover, is not limited to the embodiments provided with a magnetic system M with two poles. According to the invention, the magnetic excitation system M can have any number of poles. Thus, for example, this system can be provided with two grooves, in which are placed two windings traversed by currents in opposite directions. A system of this kind then has three pole teeth, the faces of which are continuous and have a cylindrical shape. If the middle tooth forms the north pale, the two outer teeth form the south pole, and vice versa.
The middle tooth may have a double section of that of the outer teeth,
In a machine of the type described, provided with such a three-pole magnetic system M, it is necessary to mount in one inductor three magnetic rings such as 4 and 6, in order to be able to distribute the magnetic flux in the two parts of the double machine. . The pole teeth 5 and 7 of the right part of the inductor are fixed to the central ring and to an outer ring. Teeth 5 'and
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7 'of the left part of the inductor are attached to the central ring and the other outer ring.
In this embodiment of the machine, the excitations of the two parts can be adjusted independently of each other, since each of the two field windings produces a magnetic flux which serves to excite only one of the fields. two parts' of the machine.
Instead of a three-pole agnetic system, two two-pole magnetic systems can also be joined in the machine described. In this case, the two field windings are also traversed by opposite currents, so that the two center teeth have the same polarity and the two outer teeth have the opposite polarity.
Finally, the magnetic systems can be arranged one inside the other and have pole teeth in the form of circular rings, the pole faces being formed by disks.
CLAIMS:
1. Heteropolar electric machine with rotating inductor, characterized in that the poles of the opposite name of the inductor system are excited by at least one fixed magnetic system.