Alternateur à haute fréquence et à réluctance variable. La présente invention se rapporte à un alternateur à haute fréquence et à réluctance variable, particulièrement applicable à la télé graphie et à la téléphonie sans fil. Cet alter nateur est caractérisé en ce que le stator et le rotor comprennent des secteurs, en matière magnétique, séparés par des intervalles neu tres, et feuilletés suivant des plans passant sensiblement par l'axe de la machine et en ce que les enroulements inducteur et induit sont constitués par un ou plusieurs bobinages dis posés dans une, respectivement dans plusieurs rainures circulaires, concentriques audit axe.
Le dessin ci-annexé représente à titre d'exemple, et schématiquement, différentes formes d'exécution de l'objet de l'invention.
Les fig. 1 et 2 montrent une première forme d'exécution, en coupe axiale et en vue de côté; La fig. 3 montre une deuxième forme d'exécution : Les fig. 4. 5 et 6 se rapportent à des dé tails de construction; Les fig. 7 et 8 montrent une troisième forme d'exécution, en coupe axiale et en vue de côté: Les fig. 9 et 10 sont des schémas de mon tage.
La forme d'exécution des fi"g. 1 et 2 com porte une bobine centrale B située dans une encoche circulaire concentrique à l'arbre et dont le flux se ferme à travers le stator S et le rotor R suivant les flèches indiquées en fig. 1. Le stator et le rotor sont feuilletés suivant des plans passant par l'arbre comme le montre la fig. 2. Ils comprennent des pa quets de tôles séparés par des intervalles oc- par une substance non magnétique de telle façon que ce stator et ce rotor compor tent. suivant une vue schématique de face (fig. 2), des dents magnétiques qui, normale ment, sont en nombre égal sur les deux or ganes.
On remarquera que, réalisé de cette façon, l'alternateur comporte un circuit ma gnétique feuilleté dans toute sa masse, con dition particulièrement avantageuse aux très haines fr@@quences. La bobine B constitue l'ensemble des en roulements inducteur et induit. Ces deux en roulements peuvent être soit simplement su perposés dans la rainure (l'enroulement in duit se trouvant dans ce cas à la périphérie dans le voisinage immédiat de l'entrefer et l'enroulement inducteur au fond de l'encoche), soit entièrement confondus, les deux courants inducteur et induit empruntant alors, pendant leur passage dans la machine, le même con ducteur.
Le phénomène d'induction qui se produit quand le rotor tourne est le suivant: Quand les dents du rotor sont en face de celles du stator, le circuit de la bobine B a une self-induction maximum: quand les dents du rotor sont, au contraire, en face des inter valles vides du stator, la self-induction du circuit de la bobine est minimum. Les varia tions du flux inducteur qui en résultent in duisent dans la bobine B une force électro motrice alternative dont la fréquence est don née par la formule f = m n, n étant le nombre de tours par seconde, m le nombre de dents du stator ou du rotor. On voit que la fréquence obtenue de la sorte est double de celle qui serait obtenu avec une machine ordinaire à pôles alternés.
Le nombre de dents sur le stator et sur le rotor n'est pas nécessairement le même: il petit être, sur l'un quelconque de ces deux organes, un multiple de ce qu'il est sur l'au tre, la fréquence de la machine étant alors déterminée par l'organe à plus grand nom bre de dents. Enfin, les intervalles vides sur les deux organes pourraient avoir une lar geur quelconque relativement à la largeur des dents, de façon à développer tel harmonique pair ou impair que l'on désirerait obtenir. Cette utilisation d'un harmonique supérieur permet d'obtenir la fréquence correspondant à cet harmonique avec un nombre de dents inférieur à celui que nécesiterait la généra tion directe de cette fréquence.
Il en résulte une diminution du volume du fer et, par suite, des pertes dans le fer, qui deviennent particulièrement importantes avec les machi nes à haute fréquence. Les schémas des fig. 1 et 2 représentent, pour plus de clarté dans l'exposition, un al ternateur à une seule bobine. Dans la pra tique, dès que l'on voudra réaliser des puis sances de quelque importance, on sera amené à utiliser plusieurs de ces bobines qui seront alors disposées parallèlement le long de l'axe, comme le montre la fig. 3, pour le cas parti culier de trois bobine. Ces bobines, en nom bre quelconque, seront montées en parallèle ou en série.
Les intervalles vides du stator et du rotor seront avantageusement occupés par une ma tière bonne conductrice au point de vue élec trique, de façon qu'il soit fait écran au flux de fuite.
Il peut être avantageux de constituer le stator en plusieurs secteurs; sur la fig. 4 du dessin ci-annexé, on a représenté un stator constitué par quatre secteurs A1 A2 A3 A4. La disposition des enroulements reste en prin cipe la même que sur la fig. 3. toutefois, lors du bobinage, on garnira isolément chacun des secteurs et on les connectera ensuite dans les intervalles vides laissés disponibles entre les secteurs. Ces intervalles pourront être aussi larges qu'il sera nécessaire pour établir les connexions. En effet, soit a la largeur d'un paquet de tôles, b la largeur de l'espace in tercalaire entre paquets de tôles d'un même secteur; l'intervalle disponible entre deux secteurs pourra être n (a + b) + b. n étant un nombre entier quelconque.
Sur la fig. 5, on a représenté, en dévelop pement, le bobinage B d'un seul secteur; cette figure permet de se rendre compte que le bobinage est d'une exécution pratique et com mode parce qu'il est fait sur un arc au lieu d'être fait sur la circonférence entière.
Il convient de remarquer que les diffé rents secteurs peuvent être réglés séparément au point de vue de l'entrefer.
D'autre part, cette construction se prête à l'exécution d'une machine dans laquelle les différents secteurs constitueraient chacun une machine indépendante, ces (lifférerifez# ma chines étant montées en cascade pour obtenir une multiplication de fréquence, suivant un principe connu.
La fig. 6 représente le montage des pa quets de tôles du rotor. Ces paquets de tôles 7' sont rapportés sur un cylindre G par un ajustage à queue d'aronde et maintenus soli dement sur ce cylindre par des frettes F cons tituées par des cercles d'acier, qui pourraient être placés à chaud. Les intervalles entre pa- quels de tôles pourraient être occupés par des blocs d'aluminium qui seraient montés de la même manière que les paquets de tôles.
Les tôles à faible épaisseur, et de préfé rence au silicium, que l'on emploie pour la construction des machines à haute fréquence, sont généralement livrées sous forme de ban des de faible largeur. On remarquera que la construction de la machine, objet de l'inven tion se prète particulièrement bien à l'emploi de tôles sous cette forme.
Les formes d'exécution précédentes com prenaient un stator et un rotor de forme cy lindrique et concentrique l'un à l'antre; mais on peut aussi construire des formes d'exécu tion dont le stator et le rotor sont constitués par deux disques coaxiaux avec l'arbre et disposés parallèlement à côté l'un de l'autre. Dans ces conditions, il est possible de faire tourner simultanément le rotor et le stator en sens inverse l'un de l'autre, soit dans le but de doubler la fréquence en conservant à cha- cue de ces organes la vitesse de rotation maxi mum que l'on s'était imposée, soit dans le but de diminuer cette vitesse de rotation pour ob tenir la même fréquence. En outre, l'un des deux disques pourra porter le bobinage entier ou celui-ci pourra être partagé entre les deux disques.
Cette-construction sera aussi applica ble au cas ou l'on désire employer plusieurs bo bines B, comme dans le cas de 1a, construction en tambour; les intervalles compris entre les paquets de tôles seront, de préférence, occu pés par une substance non magnétique et bonne conductrice au point de vue électrique. afin de former écran aux flux de fuite.
Dans la forme d'exécution de fig. 7, le stator comprend deux parties S et S¾ situées de part et d'autre du rotor R. Les stators S et S¾ portent respectivement les bobines B et B¾. Le rotor R comprend, comme représenté en fig. 8. des paquets de tôles T compris en tre des joues J, en cuivre ou en aluminium, pour faire écran aux flux de fuite. La cons truction des stators S et S¾ est semblable.
Les deux bobines et B¾ étant montées en pa rallèle ou en série, on peut, par le choix du sens de circulation du courant continu d'exci tation dans les enroulements B et B¾, soit faire en sorte que les flux continus du stator S et du stator S¾ circulent en opposition et se ferment tous deux, en s'ajoutant, suivant le sens radial des paquets de tôles T, soit faire en sorte que ces mêmes flux circulent en série et se ferment l'un sur l'autre en par courant seulement les paquets de tôles T sui vant le sens transversal. Avec des rotors de faible épaisseur, c'est cette dernière disposi tion qui donnera, lieu aux moindres pertes dans le rotor et elle sera généralement pré férée.
Il est encore possible d'imaginer que les paquets de tôles de l'un des stators soient en face des vides de l'antre, et inversement. Dans ce cas, on peut employer les montages repré sentés par les fig. 9 et 10.
Dans le cas de la fig. 9, une source 3-3 à courant continu alimente les deux bobines statoriques 1 et 2 montées en série, tandis que le courant à haute fréquence est recueilli en tre les bornes 5 et 6. La borne 5 est située au point milieu de 1a source 3-3 et la borne 6 au point milieu des bobines en série 1-2. Dans ces conditions, au point de vue du cou rant à haute fréquence, les bobines 1 et 2 dé bitent en parallèle sur le circuit extérieur.
Dans le cas de la fig. 10, le courant haute fréquence devant au contraire être re cueilli entre ]es bornes extrêmes 5 et 6 des deux bobines statoriques 1 et 2 montées en série, l'excitation à courant continu produite par la source 3 est amenée entre le point mi lieu d'une inductance 4 et le point milieu des deux bobines en série 1 et 2.
Cette inductance 4 pourrait être remplacée par l'enroulement primaire d'un transformateur. Pour éviter que le passage (lit courant 1a, haute fréquence re- cueilli dans l'enroulement statorique parcouru à la fois par les courants induit et inducteur entraîne une tension trop élevée dans cet en roulement, on sera pratiquement amené à ré duire souvent à un ou deux le nombre de spires; il en résulte qu'il sera nécessaire de recourir à un courant continu d'excitation extrêmement intense, si l'on veut utiliser con venablement le circuit magnétique de la ma chine; ce courant continu pourra être produit avantageusement au moyen d'une machine acyclique (homopolaire) à courant continu.
Pour éviter toutes difficultés à l'amorçage, celle-ci pourra du reste être munie d'une exci tation séparée.
Un autre procédé, pour réaliser conimo- dément l'excitation, consiste à faire fonction ner la machine comme auto-excitatrice au moyen de capacités disposées en série ou en shunt par rapport à l'enroulement statorique; ce fonctionnement en auto-excitatrice permet encore d'obtenir dans la machine même une multiplication de fréquence, suivant un prin cipe connu.
Il est à noter enfin que les pertes dans le fer sont au plus égales à celles de la partie fixe, car le fer du rotor ne change jamais de polarité, et ceci constitue un avantage im portant.