Machine électrique tournante comprenant des dispositifs de contact liquides La présente invention a pour objet une machine électrique tournante comprenant des dispositifs de contact liquides dans chacun desquels un liquide con ducteur de l'électricité est maintenu pendant le fonc tionnement de la machine dans un intervalle annu laire compris entre deux organes conducteurs tour nant l'un par rapport<B>à</B> l'autre.
Dans une forme d#exécution particulièrement inté ressante, cette machine peut notamment constituer un convertisseur de couple comprenant deux machi nes électriques homopolaires dont les stators respec tifs sont constitués par des parties d'une armature commune aux deux machines, et qui comprennent des rotors relativement mobiles qui constituent, l'un, l'organe d'entrée, et l'autre, l'organe de sortie du con vertisseur.
Ces rotors sont inclus dans un circuit élec trique qui coupe les circuits magnétiques respectifs des deux machines homopolaires et qui s'établit entre des parties relativement mobiles du convertisseur par le moyen de dispositifs de contact liquides du type susmentionné, et des moyens sont prévus pour faire varier le flux dans un au moins desdits circuits magnétiques.
Lorsqu'une machine de ce genre est<B>à</B> l'arrêt, le liquide conducteur tend<B>à</B> s'écouler, par gravité, hors des dispositifs de contact pour s'accumuler dans la partie inférieure de la cavité de la machine.
Lorsque la machine est mise en marche, le liquide conducteur entraîné en rotation au contact d'une par tie tournante de la machine, risque de ne pas se ré partir de façon appropriée entre les différents dispo sitifs de contact liquides, de sorte qu'un dispositif peut, le cas échéant, rester sous-alimenté et présen ter une surface de contact réduite alors qu'un autre dispositif est suralimenté et que le liquide déborde dans des parties de la machine qu'il peut détériorer.
L'invention. vise<B>à</B> remédier<B>à</B> cet inconvénient. La machine objet de l'invention est caractérisée en ce que lesdits dispositifs de contact liquides com muniquent par un circuit de compensation destiné<B>à</B> permettre au liquide de circuler entre ces dispositifs afin qu7une quantité de liquide suffisante soit main tenue dans chacun de ces derniers pendant le fonc tionnement de la machine.
Lorsque la machine comprend deux dispositifs de contact liquides coaxiaux, situés<B>à</B> des distances ra diales différentes et qui sont reliés par ledit circuit de compensation, ledit circuit peut comprendre une branche destinée<B>à</B> ramener le liquide du dispositif extérieur au dispositif intérieur, constituée par au moins un conduit descendant ménagé dans une par tie non tournante de la machine, et une branche des tinée<B>à</B> conduire le liquide du dispositif intérieur au dispositif extérieur, constituée par au moins un pas sage ménagé en partie au moins dans une partie tour nante de la machine.
Le dessin annexé représente,<B>à</B> titre d'exemple, une forme d'exécution de la machine objet de l'in vention ainsi qu'une variante.
La fig. <B>1</B> est une coupe axiale de cette forme d'exécution de la machine objet de l'invention, qui constitue un convertisseur de couple.
La fig. 2 en est une vue de détail,<B>à</B> plus grande échelle.
La fig. <B>3</B> est une coupe axiale d'une variante.
La fig. 4 est une vue de détail de cette variante, <B>à</B> plus grande échelle.
La forme d!exécution de la machine objet de l'in vention représentée aux fig. <B>1</B> et 2 constitue un con vertisseur de couple. Celui-ci comprend deux ma chines électriques homopolaires présentant un stator commun formé de deux flasques<B>10</B> et<B>11</B> en une matière magnétique telle que de l'acier doux, par exemple. Ces flasques sont montés sur des douilles centrales 12 et<B>13</B> en une matière non magnétique, telle que du laiton, dans lesquelles sont formés des paliers 14 et<B>15</B> pour des arbres d7entrée <B>16</B> et de sortie<B>17</B> qui sont coaxiaux. Des joints assurent une étanchéité parfaite entre les arbres et les douilles 12 et<B>13.</B>
Le stator comprend en outre une carcasse<B>18</B> de forme générale cylindrique, en acier doux, qui pré sente une pièce polaire annulaire<B>19</B> de construction feuilletée. Cette pièce polaire<B>19</B> est formée de lamel les juxtaposées qui sont alternativement<B>de</B> deux sor tes, en acier doux et en cuivre. Ces lamelles sont dis posées longitudinalement par rapport<B>à</B> l'axe de ro tation du convertisseur. Elles peuvent être placées selon des plans passant par cet axe, selon des plans tangents<B>à</B> un cercle concentrique<B>à</B> cet axe, ou en core selon des plans légèrement inclinés par rapport <B>à</B> cet axe.
Uarbre <B>16</B> porte un rotor d'entrée 21 tandis que l'arbre<B>17</B> porte un rotor de sortie 22. Ces deux rotors comprennent des couronnes<B>23</B> et 24, de construction feuilletée analogue<B>à</B> celle de la pièce polaire<B>19,</B> qui sont bordées, sur leur face extérieure, par des pièces polaires en acier<B>25</B> et<B>26.</B>
Ainsi que décrit plus en détail dans le brevet suisse<B>Nu 358502,</B> le stator et les deux rotors cons tituent deux circuits magnétiques représentés en trait continu en<B>27</B> et<B>28,</B> et un circuit électrique repré senté en trait pointillé en<B>29,</B> qui coupe ces circuits magnétiques.
Les valeurs des flux magnétiques dans les circuits <B>27</B> et<B>28</B> sont déterminées par le courant qui parcourt des enroulements d'excitation placés dans des cavités annulaires<B>3 0</B> et<B>3 1,</B> de manière<B>à</B> obtenir des vitesses <B>de</B> rotation différentes pour les deux rotors, et ainsi pour les arbres (Tentrée <B>16</B> et de sortie<B>17</B> du con vertisseur de couple.
Le circuit électrique<B>29,</B> qui passe par le stator et les rotors, s'établit entre ces parties relativement mobiles par le moyen de deux dispositifs de contact liquides extérieurs<B>32</B> et<B>33</B> et d'un dispositif de con tact liquide intérieur 34.
Le dispositif de contact liquide 34 comprend un organe conducteur extérieur<B>35</B> (fig. 2) appartenant <B>à</B> la couronne<B>23</B> du rotor d'entrée 21 et un organe conducteur intérieur<B>36</B> appartenant<B>à</B> la couronne 24 du rotor de sortie 22.
L'organe conducteur<B>35</B> présente une surface cylindrique intérieure<B>38</B> qui constitue la limite exté rieure d'un intervalle annulaire<B>37</B> (fig. 2) dans le quel est disposé un liquide conducteur de l'électricité constitué, par exemple, par du mercure. Cet intervalle <B>37</B> est limité axialement, <B>à</B> son extrémité de gauche, par une face radiale 35a de l'organe conducteur exté rieur et,<B>à</B> son extrémité de droite, par une face laté rale d'un anneau de retenue<B>39</B> logé partiellement dans une gorge annulaire dudit organe conducteur extérieur.
L7organe conducteur intérieur<B>36</B> comprend une partie d'extrémité 40 qui présente une surface cylin- drique extérieure 41 légèrement écartée de la surface <B>38</B> et qui constitue la limite intérieure de l'inter valle<B>37.</B>
Entre des faces radiales 42 et 43 situées aux ex trémités de la surface 41 de l'organe conducteur in térieur et la face 35a de l'organe conducteur exté rieur<B>35,</B> d'une part, et la face latérale de l'anneau de retenue<B>39,</B> d'autre part, sont prévus des passages radiaux 44 et 45 qui prolongent l'intervalle<B>37</B> en direction de l'axe de rotation du convertisseur.
Le mercure logé dans l'intervalle<B>37</B> tend<B>à</B> rester dans ce dernier lorsque le convertisseur tourne, car il est lui-même entraîné en rotation et soumis ainsi<B>à</B> une force centrifuge qui a pour effet de l'empêcher de s'écouler par les passages 44 ou 45 dirigés en direction de l'axe de rotation.
Les diamètres de la surface cylindrique 41 de la partie d'extréniîté 40 de l'organe conducteur inté rieur et de la surface cylindrique intérieure 49 de l'anneau de retenue<B>39</B> sont tels que ces deux<B>élé-</B> ments coopèrent<B>à</B> la manière d'un ajustement<B>à</B> serrage lors de l'introduction de la partie 40 dans l'anneau<B>39.</B>
Bien qu'il soit retenu dans l'organe conducteur extérieur<B>35</B> par une bague filetée 46 amovible, l'an neau de retenue<B>39</B> ne peut pas être mis en place après que les organes conducteurs extérieur<B>35</B> et in térieur<B>36</B> ont été engagés l'un dans Pautre, comme représenté<B>à</B> la fig. 2. En effet, l'accessibilité n'est alors pas suffisante pour permettre une mise en place ultérieure de la bague 46.
Pour faciliter le passage de l'anneau<B>39</B> sur la partie 40, la partie périphérique de cet anneau est logée avec jeu dans une gorge annulaire 47 formée entre la bague 46 et l'organe conducteur<B>35.</B>
Cette gorge présente des parois latérales oppo sées 48 qui divergent l'une par rapport<B>à</B> l'autre dans le sens d'un diamètre croissant. L'anneau de retenue <B>39</B> présente également des faces latérales qui diver gent axialement dans le même sens que les parois 48 de la gorge et sa largeur maximum est supérieure<B>à</B> celle de l'embouchure de cette dernière.
Il existe entre la surface cylindrique extérieure de l'anneau<B>39</B> et le fond de la gorge 47 un jeu qui permet une expansion radiale de l'anneau<B>39.</B> De la sorte, cet anneau, même placé dans la gorge 47, peut être forcé sur la partie antérieure 40 sans opposer une plus grande résistance que s'il était libre.
Lors de la rotation de la machine, le mercure logé dans l'intervalle<B>37</B> tend<B>à</B> s'échapper vers l'exté rieur et vient remplir la gorge 47. Etant donné qu'il a un poids spécifique plus élevé que celui de la ma- tiùre dont est fait l'anneau<B>39,</B> le mercure parvenu derrière l'anneau<B>39</B> tend<B>à</B> comprimer radialement ce dernier en direction de l'axe de rotation, de sorte que la surface cylindrique intérieure 49 de l'anneau est amenée<B>à</B> se rapprocher d'une surface cylindrique opposée<B>50 de</B> l'organe conducteur intérieur<B>36.</B> Selon la pression du mercure et la résistance de Panneau,
sa surface 49 peut être amenée<B>à</B> toucher cette sur- face<B>50</B> ou simplement<B>à</B> se rapprocher de celle-ci sans que le passage radial 45<B>déjà</B> mentionné ne se ferme. De toute manière, l'anneau de retenue<B>39</B> forme une barrière qui retient la quantité de mer cure nécessaire dans l'intervalle<B>37</B> compris entre les deux organes conducteurs.
L'anneau<B>39</B> est en caoutchouc synthétique. Dans des variantes, il peut être en d'autres matières élasti ques qui seront, de préférence, également non ma gnétiques.<B>Il</B> peut également être formé par un an neau métallique fendu ou coupé en plusieurs seg ments dont les extrémités, de préférence en forme de chicanes, butent les unes contre les autres.
Lorsque le convertisseur n'est pas en service ou que Pun ou l'autre des rotors est arrêté, le mer cure, en l'absence de force centrifuge, tend<B>à</B> se con centrer dans la partie la plus basse de la machine dans laquelle il peut parvenir, c'est-à-dire dans les cavités des dispositifs de contact liquides extérieurs <B>32</B> et<B>33, à</B> la partie inférieure du stator.
Lorsque le convertisseur est mis en marche et que les rotors commencent<B>à</B> tourner, le mercure a tendance<B>à</B> être ramené dans les intervalles des dispo sitifs de contact liquides<B>32, 33</B> et 34 et dans les passages radiaux<B>déjà</B> mentionnés. La quantité de mercure amenée dans chacun des dispositifs n'est toutefois pas nécessairement celle requise pour rem plir exactement l'intervalle compris entre les sur faces de passage du courant des organes conducteurs, de sorte qu'un dispositif peut être suralimenté alors qu'un autre est sous-alimenté.
Afin de remédier<B>à</B> cet inconvénient, le conver tisseur est muni de moyens permettant au mercure de passer continuellement entre les différents dispo sitifs de contact liquides, afin que les trois dispositifs restent remplis au degré voulu.
Ces moyens comprennent un circuit de compen sation pour le mercure, qui comprend une branche d'entrée indiquée d'une manière générale par la réfé rence<B>70.</B> Cette branche comporte un conduit<B>71</B> percé dans le flasque de stator<B>10,</B> trou dont l'orifice intérieur est voisin d'une surface de contact cylindri que de la couronne<B>23</B> qui limite intérieurement l'in tervalle annulaire destiné<B>à</B> être rempli de mercure du dispositif de contact<B>32.</B> Le conduit<B>71</B> débouche dans un tube<B>72</B> qui le relie<B>à</B> l'extrémité extérieure d'un conduit<B>73</B> percé dans une aile de la douille 12. L'extrémité intérieure du conduit<B>73</B> débouche en regard d'une gorge circulaire<B>75</B> creusée dans la face latérale du rotor 21.
La gorge<B>75</B> communique avec l'intervalle<B>37</B> du dispositif de contact 34 par le moyen de conduits tels que celui représenté en 74 dont les orifices intérieurs sont situés très légèrement en retrait de la surface cylindrique 41 limitant cet intervalle<B>37.</B>
Le circuit<B>de</B> compensation présente également une branche de sortie formée par un intervalle cir culaire<B>76</B> compris entre les deux rotors<B>'</B> dans lequel s'écoule le mercure qui pourrait se trouver en excès dans le dispositif de contact intérieur 34. Lorsque l'anneau<B>39,</B> du fait de ses dimensions, reste tou jours espacé de la surface cylindrique<B>50</B> qui lui fait face, ledit anneau forme un déversoir et le mercure en excès s'écoule entre la surface<B>50</B> et l'anneau.
Si au contraire l'anneau est amené<B>à</B> prendre appui sur cette surface<B>50,</B> le mercure s'écoule en contournant l'anneau<B>39</B> lorsque sa pression dépasse une valeur déterminée dans l'intervalle<B>37,</B> ce qui se produit s'il se trouve trop de mercure dans le pas sage radial d'entrée 44 aboutissant<B>à</B> l'intervalle<B>37.</B>
Dans ce dernier cas, l'anneau<B>39,</B> agissant comme un étrangleur de débit, maintient également une quantité de mercure déterminée dans ]!intervalle<B>37.</B>
Le mercure parvenu dans l'intervalle circulaire<B>76</B> se répartit d'une manière quelconque entre les deux dispositifs de contact liquides<B>32</B> et<B>33.</B>
Ces deux dispositifs de contact<B>32</B> et<B>33</B> sont reliés par une branche supplémentaire du circuit de compensation constituée par des conduits tels que celui représenté en<B>77,</B> qui traversent de part en part la pièce polaire<B>19</B> du stator et dont les orifices sont situés au voisinage des surfaces cylindriques formant la limite intérieure des intervalles de ces dispositifs de contact.
La circulation du mercure dans le circuit de com pensation s'établit comme suit: S'il se produit, par exemple, un excès de mercure dans le dispositif de contact<B>32,</B> le mercure en ex cès dans ce dispositif tend<B>à</B> s'écouler dans le con duit<B>71</B> puis, par gravité, il descend par le tube<B>72,</B> qui reste immobile, jusque dans le conduit<B>73</B> pour s'écouler enfin dans la gorge annulaire<B>75</B> dans la quelle débouchent les conduits 74 inclinés vers l'ex térieur.
Ces conduits 74 sont entraînés en rotation, de sorte que le mercure, sous l'effet de la force centri fuge, s'écoule par ces conduits 74 et parvient ainsi au dispositif de contact intérieur 34 dont il assure, le cas échéant, le remplissage. Le mercure parvenant en excès au dispositif de contact 34 passe dans rinter- valle circulaire<B>76, de</B> la manière<B>déjà</B> décrite, d'où il est chassé par la force centrifuge vers les disposi tifs extérieurs<B>32</B> et<B>33.</B>
Tout mercure en excès dans le dispositif de con tact<B>33</B> s'écoule par les conduits<B>77</B> jusque dans le dispositif<B>32,</B> d!où il ressort le cas échéant comme<B>dé-</B> crit précédemment.
Grâce<B>à</B> ce circuit de compensation, les trois dis positifs de contact liquides se trouvent pourvus de la quantité<U>de</U> mercure requise peu après la mise en marche du convertisseur.
La quantité de mercure placée dans la machine ne sera que légèrement plus grande que celle néces saire au remplissage des dispositifs de contact, afin que le mercure s'écoulant dans le circuit de compen sation se trouve sous forme de gouttes séparées et qu'il ne s'établisse, de ce fait, aucun circuit électrique continu entre les différents dispositifs de contact li- quides. Cette limitation<B>de</B> la quantité de mercure permet également de diminuer les frottements entre les pièces relativement mobiles.
Si un tel circuit électrique s'établissait fortuite ment, sa résistance électrique serait de toute manière élevée par rapport<B>à</B> celle du circuit électrique<B>29</B> et le fonctionnement du convertisseur n'en serait pas affecté de façon marquée.
Les fig. <B>3</B> et 4 représentent une variante du con vertisseur dont les pièces portent les mêmes référen ces que celles jouant le même rôle dans la forme d'exécution qui vient d'être décrite.
Le circuit de compensation qui permet au mer cure de circuler entre les différents dispositifs de contact liquides<B>32, 33</B> et 34 est formé dans cette variante uniquement par des conduits percés dans les flasques du stator et par des passages délimités entre le stator et les rotors,<B>à</B> l'exclusion de tout tube exté rieur.
Dans cette variante, le dispositif de contact li quide intérieur 34 diffère quelque peu du dispositif correspondant<B>déjà</B> décrit. Ce dispositif est établi entre un organe conducteur intérieur<B>51</B> solidaire du rotor d'entrée et un organe conducteur extérieur<B>52</B> solidaire du rotor de sortie (fig. 4), qui délimitent entre eux un intervalle annulaire 54 destiné<B>à</B> être rempli de mercure. L'anneau de retenue est constitué par une manchette<B>55</B> pincée par sa périphérie sous une bague filetée<B>67.</B> La partie intérieure<B>63</B> de cette manchette constitue la paroi d'une chambre annulaire 64 qui communique avec l'intervalle 54.
Le mercure entraimé en rotation tend<B>à</B> remplir la chambre 64 et exerce sa pression sur la face latérale<B>57</B> de la man chette. Celle-ci est repoussée contre une face latérale <B>65</B> de la bague<B>67</B> et son bord intérieur<B>62,</B> par suite d#un redressement de sa partie libre, est amené<B>à</B> se rapprocher d!une surface cylindrique<B>66</B> de l'organe conducteur<B>51</B> pour constituer un déversoir qui re tient la quantité de mercure voulue dans l'inter valle 54.
La manchette est par exemple en caoutchouc synthétique ou en toute autre matière plastique flexi ble.