Machine électrostatique à organes transporteurs conducteurs. La présente invention concerne les ma chines électrostatiques à organes transpor teurs conducteurs, notamment celles du genre de la machine décrite par Toepler en<B>1865.</B>
Dans la description, on désigne par in ducteurs les organes, fixes ou mobiles, d'une machine électrostatique du type susmentionné, qui, lors du fonctionnement de cette machine, sont portés à un potentiel donné, par exem ple à l'aide d'une ou plusieurs sources exté rieures d'électricité, ces organes formant avec les transporteurs conducteurs des condensateurs à capacité variable. Pour cette raison, une machine de ce genre peut, aussi être désignée par machine condensa teur .
Il est connu d'augmenter la puissance des machines électrostatiques à transporteurs iso lants, comme les machines Carre et Van de Graaf, en faisant en sorte qu'un transporteur non seulement apporte de l'électricité d'un certain signe au collecteur, mais encore lui retire une quantité comparable d'électricité du signe opposé, quantité qu'il emporte et transmet à l'autre pôle de la machine. Il en résulte une importante augmentation de l'in tensité et, par suite, de la puissance fournie par la machine. L'invention permet d'obtenir le même résultat avec des machines conden sateur.
L'invention a pour objet une machine élec trostatique à organes transporteurs conduc teurs soumis à l'influence d'organes indue- teurs en nombre pair, chacun desdits trans porteurs étant relié à l'une des lames d'un collecteur avec lequel coopèrent des balais également en nombre pair, un balai sur deux étant relié à l'un des pôles de la machine et les autres balais à l'autre pôle de la, machine.
Cette machine se distingue des, machines connues en ce que les inducteurs sont parta gés en deux groupes, le premier comprenant les inducteurs d'ordre pair et le second les inducteurs d'ordre impair, tous ces inducteurs étant disposés les uns à la suite des autres avec un intervalle angulaire, entre deux in ducteurs successifs, faible par rapport à la.
longueur de ces organes dans le sens du mou vement des transporteurs et de telle sorte qu'un transporteur vienne en regard d'un inducteur avant d'avoir complètement quitté l'inducteur précédent, et en ce qu'au cours du fonctionnement les inducteurs d'ordre pair sont. portés à un potentiel de<I>- V +</I><B>31</B> et les inducteurs d'ordre impair au poten tiel 2 Ü + j1 par rapport au sol,<I>2</I> Ii étant la différence de potentiel maximum.
existant au cours du cycle entre un transporteur et un inducteur et DZ étant un potentiel constant, les lames du collecteur et les balais étant agencés pour mettre en relation chaque tr aus- porteur avec l'un des pôles de la machine à partir d'un moment où ledit transporteur est partiellement en regard d'un inducteur d'or dre pair porté au potentiel - V + 11, d'une quantité suffisante pour que son potentiel soit sensiblement égal à Jll, et jusqu'au moment où la capacité entre le transporteur et ledit inducteur commence.
à décroître, et avec l'autre pôle de la machine à partir d'un mo ment où ledit transporteur est partiellement en regard d'un inducteur d'ordre impair porté au potentiel 2 U + 11, d'une quantité suffisante pour que son potentiel soit sensi blement égal à 2 U - V + 11, et jusqu'au moment où la capacité entre le transporteur et ledit inducteur commence à décroître.
En considération de la signification du 2<B>Ti,</B> on obtient pour les deux pôles de la ma chine les potentiels El et E,; de la façon sui vante: <I>E,=</I> (2U+111)-2U=ll E.=(-V +1Ï1) <I>+2U</I> Par conséquent., la tension de fonctionne ment est (E2-Ej <I>= 2</I> U-V.
Dans les exemples décrits ci-après, on a généralement 11 = 0, tandis que V a une va leur égale ou légèrement supérieure à U.
lie dessin annexé représente, schématique ment et à titre d'exemple, deux formes de réalisation de la machine suivant l'invention. Dans ce dessin: Fig. 1 est une suie en perspective de la première machine.
Fig. 2 est une vue analogue de la seconde machine qui est semblable à la première, mais comporte un plus grand nombre d'in ducteurs et de transporteurs.
La machine représentée à la fig. 1 com porte deux groupes d'inducteurs. 1-la et 2-92a, formés chacun de deux lames conduc trices parallèles, fixées de façon isolante sur le bâti 3 de la machine, et deux transpor teurs 4 et 5 montés de façon isolante sur l'ar bre 6.
Les lames. d'inducteur d'ordre pair \' et 2ec, qui correspondent aux lames d'une ma chine du genre Toepler, et qui, pour cette rai son, seront désignées par lames habituelles , sont reliées à une source d'électricité non re présentée, capable de les porter au potentiel - U par rapport au sol, la différence maxi- miun de potentiel existant, lors du fonction nement de la machine, entre un inducteur et un transporteur étant. égale à '_' Z-. On réalise donc le cas particulier suivant de la formule générale:
<I>11=0,</I> i <I>=U.</I>
Les lames d'inducteur d'ordre impair 1 et Ia, qui n'existent pas dans une machine du genre Toepler et qui par rapport à. cette machine seront, désignées par lames auxi liaires , sont également reliées à une source d'électricité qui porte leur potentiel à. ' I' dans le cas présent.
Sur l'arbre 6 est également calé un disque isolant 7 portant deux segments conducteurs 8 et 9, respectivement en liaison électrique avec les transporteurs 4 et 5 et eoopérant avec des balais 10 et 11 isolés du bâti 3 de la machine, lie balai 10 est. relié à. la terre et le balai 11 au pôle isolé de la machine.
Le fonctionnement de la machine est, en génératrice, le suivant Les pièces mobiles, à. savoir l'arbre 6 avec les transporteurs 4 et 5 et le disque 7, sont entraînées en rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, par un moteur quelconque, non représenté.
Dès qu'un trans porteur, par exemple le transporteur .1, pé nètre entre les lames 2 et 2n de l'inducteur habituel, portées au potentiel-U, il se trouve mis en relation avec le sol par l'inter médiaire du segment correspondant 8 et du balai 10. Ce transporteur prend alors une charge + Q approximativement égale à.
C" . C", CY étant la capacité maximum réalisée par le transporteur -l et l'inducteur habituel 2-2a..
Quand le transporteur 4 commence à. sor tir d'entre les lames 2-2a de l'inducteur ha bituel, sa relation avec le sol est coupée, la longueur du segment 8 ayant été calculée en conséquence, et son potentiel s'élève, cette élévation étant favorisée par la pénétration dudit transporteur entre les lames 1-1a de l'inducteur auxiliaire, portées au potentiel 2 U.
Quand le potentiel du transporteur atteint + ZT, le secteur 8 entre en contact avec le balai 11, le transporteur se trouvant ainsi mis en relation avec un des pôles., et cette relation dure tant que la capacité for- mée par le transporteur 4 et l'inducteur auxi liaire 1-1a croît.
Du fait de la présence de l'inducteur auxiliaire 1-1a au potentiel 2 U, la quantité d'électricité portée par le trans porteur 4 lorsque le secteur 8 quitte le balai 11 est égale à<B>-Q.</B> La quantité d'électricité débitée par ledit transporteur est. donc égale à 2<I>Q,</I> au lieu de<I>Q</I> dans le cas d'une ma chine analogue construite suivant, les métho des habituelles et ne présentant pas d'induc teur auxiliaire.
La rotation de la machine se poursuivant, le transporteur 4, ainsi chargé d'une quantité d'électricité - Q, et isolé, pénètre à. nouveau entre les lames de l'inducteur habituel 2-2a. toujours portées au potentiel - U. Le poten tiel du transporteur 4 décroît en conséquence. Il est alors mis à nouveau en relation avec le sol par l'intermédiaire du secteur 8 et du balai 10, transmet au sol sa charge - Q, re çoit ensuite une charge + Q comme précé demment, et le cycle recommence.
Le transporteur 5 se comporte de façon identique, sa présence permettant d'assurer la continuité du débit. de la machine.
L'excitation des deux inducteurs 2-2a et 1--1a, respectivement aux potentiels -Lt et 2 U peut être obtenue par tout moyen connu en soi. On peut utiliser à cet effet, par exemple, deux génératrices auxiliaires qui peuvent être deux machines condensateur de faible puissance. L'une de ces machines doit alors donner une différence de potentiel - U avec le sol, l'autre pouvant fournir soit. di rectement le potentiel 2 U, soit seulement une différence de potentiel 17 qui, ajoutée au po tentiel L" fourni par la machine principale, donne le potentiel<I>2</I> TT nécessaire.
On peut, au lieu d'appliquer aux induc teurs des potentiels respectifs - U et 2 U, leur appliquer des potentiels qui diffèrent de ces derniers par l'addition d'une même valeur constante 1I. Si cette constante est - U, la machine possède un pôle négatif de potentiel - U et un pôle au sol. Si cette constante JI est
EMI0003.0020
les pôles de la machine sont. aux potentiels symétriques
EMI0003.0021
Si la constante est quelconque, les pôles sont à des potentiels dissymétriques différents en va leur absolue.
La machine représentée à. la fi-. 2 com porte huit inducteurs formés chacun de trois lames conductrices parallèles reliées électri quement entre elles et montées de façon iso lante sur le bâti de la machine, ces induc teurs étant désignés par les chiffres de réfé rence 12 à 19. Ces inducteurs sont reliés élec triquement de deux en deux, de façon à for mer deux groupes dont l'un comprend les inducteurs d'ordre pair (habituels) 12, 14, 7.6, 18 et l'autre les inducteurs d'ordre im pair (auxiliaires) 13, 15, 17, 19.
Les transporteurs sont constitués par huit paires de lames désignées par les chiffres de référence 20 à 27, les lames de chaque paire étant reliées électriquement avec -une lame commune portée par un cylindre isolant 28 calé sur l'arbre de la. machine, chacune de ces lames, désignées par les chiffres de référence 30 à 37, couvrant, sur ledit cylindre, un arc de cercle égal à l'angle d'ouverture du trans porteur correspondant. Ces transporteurs sont également reliés électriquement de deux en deux pour former deux groupes comprenant, l'un, les transporteurs 20, 22, 24 et 26, l'au tre, les transporteurs 27., 23, 25 et 27.
Les lames 30 à 3 7 coopèrent avec deux balais 38 et 39, le balai 38 étant relié au sol et le balai 39 à l'autre pôle de la machine. Ces balais sont. disposés pour que les trans porteurs d'un même groupe, par exemple le groupe d'ordre pair 20, 22, 24 et 26 soient mis en circulation par une des lames corres pondantes 30, 32, 34 ou 36 avec le balai 38, lorsqu'ils pénètrent dans les inducteurs habi tuels. 12, 14, 16, 7.8, et que le balai 39 vienne au contact de l'une des lames 31, 33, 35 ou 37 correspondant aux transporteurs d'ordre impair 21, 23, 25 et 27 peu après la. péné tration de ces derniers clans les inducteurs auxiliaires 13, 15, 17, 19.
Le fonctionnement de cette machine est analogue à celui de la machine représentée à la fig. 1.
<I>2 TT</I> étant la différence de potentiel mari- mn m existant entre un transporteur et un inducteur, le groupe d'inducteurs habituels 12, 14, 16, 18 est porté au potentiel - U et le groupe d'inducteurs auxiliaires 13, 15, 17, 19 au potentiel 2 U. Les quatre transporteurs, par exemple 20, 22, 24 et 26, pénétrant simul tanément entre les lames des inducteurs habi tuels, sont mis en relation avec le sol. Lorsque cette pénétration est complète, ces transpor teurs possèdent une charge + Q approxima tivement égale<I>à. C.
U,</I> C étant la capacité maximum réalisée par les quatre inducteurs habituels et les quatre transporteurs,. Quand ces mêmes transporteurs, poursuivant leur ro tation, commence à pénétrer entre les lames des inducteurs auxiliaires 13, 15, 17, 19, por tées au potentiel 2 U, leur relation avec le sol se trouve coupée et leur potentiel s'élève. Quand ce potentiel atteint la valeur U, ils sont mis en relation avec le pôle isolé par l'intermédiaire du balai 39, la position de ce dernier étant déterminée à cet effet, cette relation se trouvant maintenue tant que la capacité entre les transporteurs con sidérés et les inducteurs auxiliaires croît.
Ces transporteurs possèdent donc à la fin une charge sensiblement égale à - Q et ils ont débité une quantité d'élec tricité<B>2Q.</B> Quand ces quatre mêmes trans porteurs sont amenés à pénétrer de nouveau dans les inducteurs habituels 12, 14, 16, 18, leur relation avec le pôle isolé se trouve cou pée, leur potentiel s'abaisse, ils sont remis en relation avec le sol par l'intermédiaire du balai 38 et le cycle recommence.
On peut naturellement faire fonctionner cette machine dans les mêmes conditions que celles prévues à titre de variantes, à propos de la machine représentée à la fig. 1.
Le nombre de transporteurs peut être dif férent de celui des inducteurs, par exemple plus grand, tous les inducteurs disposés à faible intervalle les uns à la suite des autres ne devant pas nécessairement occuper toute la circonférence de la machine. Par conséquent, le nombre des transporteurs peut être pair ou impair.
On peut, enfin, réaliser les transporteurs et les inducteurs avec des portions de surfaces autres que le plan, par exemple des portions de cylindre, de cône ou d'autres, surfaces de révolution.
La présente invention s'applique non seu lement aux machines électrostatiques généra trices à transporteurs conducteurs, mais en core à toute machine électrostatique motrice à transporteurs conducteurs, en permettant d'en augmenter considérablement la puissance motrice sans changer la vitesse.
On peut, par exemple, faire fonctionner la machine repré sentée à la fig. 1 en motrice, en portant les inducteurs 2-2a et 1-1a aux potentiels - T" et<I>2</I> TI comme précédemment, et alimentant le balai isolé 11 à l'aide d'une source fournis sant Ltne différence de potentiel U avec le sol. La machine fonctionne alors en moteur, en tournant en sens inverse du sens généra teur. La présence de l'inducteur auxiliaire 1-1a au potentiel<I>2 TT</I> a pour effet, que les deux transporteurs sont soumis en même temps aux mêmes forces électrostatiques.
Le couple moteur est ainsi doublé. Le courant absorbé est naturellement doublé également, parce que, lorsqu'un transporteur vient en relation avec la source au potentiel + U, il porte une charge approximativement égale à - C U, au lieu d'une charge approximative ment nulle dans le fonctionnement normal. Quand la relation avec la. source est coupée, le transporteur emporte une charge + C' T', ce qui fait que la source a fourni 2 C U au lieu de C TT.
D'une facon générale, toutes les modalités d'application de l'invention indiquées pour les machines génératrices, comme, par exem ple, les valeurs des potentiels, le nombre des transporteurs et des inducteurs, sont valables pour les machines motrices.
Les exemples suivants se rapportant à. des expériences faites sur une machine semblable à celle de la. fig. 2, font apparaître les avan tages apportés par l'application de l'inven- tion à une machine condensateur fonction nant en génératrice et à une machine analo gue i'onetionnant en moteur.
Exemple <I>1:</I> L' -ne machine du genre décrit par Toepler, rationnellement construite, possédait quatre inducteurs formés chacun d'un groupe de six secteurs (au lieu de trois dans la fi-. 2) d'en viron 45" d'ouverture disposés parallèlement. les uns aux autres, et huit transporteurs comprenant chacun cinq secteurs. Le dia mètre extérieur de l'ensemble est 34 cen timètres. Dans l'air comprimé à 30 atmo sphères, la machine fournissait, à la vitesse de 1400 tours par minute, 4,5 milliampères sous 52 kilovolts, soit 235 watts.
En ajoutant quatre inducteurs auxiliaires au potentiel de 120 kilovolts, l'intensité devient 10,2 milliam pères sous la même tension de 52 kilovolts, à. la même vitesse, soit une puissance de 530 watts. La puissance a été puis que doublée, parce que l'effet nuisible des capacités para- site#, qui sont, par exemple; les capacités entre les transporteurs et le sol, est diminué par l'introduction des inducteurs auxiliaires.
Dans cet exemple, on a 2 LF = 120 kilovolts, la tension de fonctionnement est 52 kilovolts et le potentiel V = 120 - 52 = 68 kilovolts. lia constante 111 <I>= 0.</I> <I>Exemple 2:</I> Une machine du genre décrit par Toepler, rationnellement construite, présentait quatre inducteurs et huit transporteurs. Fonction nant en moteur, dans l'air comprimé à 30 atmo sphères, la machine absorbait, à la vitesse de 1300 tours par minute, une intensité de 4,4 milliampères sous 50 kilovolts, soit 220 watts.
Les frottements de l'air absorbaient 95 watts et les frottements solides 15 watts. La puissance motrice utile était 220-110 = 110 watts, le rendement électrique étant pratiquement égal à l'unité. En ajoutant quatre inducteurs auxiliaires au potentiel de 120 kilov olts, l'intensité absorbée devient 10,0 milliampères sous la même tension de 50 kilovolts à la même vitesse. La puissance absorbée devient .500 watts et la puissance motrice utile 500-110 = 390 watts. La puis sance motrice utile a été plus que triplée, parce que les pertes, dues seulement aux frot tements, sont restées constantes.
Dans cet exemple 2 C" =<B>1210</B> kilovolts, la tension de fonctionnement est 50 kilovolts et le poten tiel 6' =<B>70</B> kilov olts. l<B>i</B>a constante I1Z <I>= 0.</I>