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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.
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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
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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
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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
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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-
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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
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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
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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,
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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
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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
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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
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" 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
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celle-ci soit limitée à cas exemples d'exécutiom.
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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,
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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 ,
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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
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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
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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
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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- @
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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.
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Periodically variable capacity machine for the transformation of a direct voltage into an alternating voltage.
Austrian patent application in its favor dated 8 fiai 1937.
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It is known that using a machine with periodically variable capacity, it is possible to obtain an alternating voltage by means of a direct voltage. For this purpose, the variable capacity machine is connected to a direct current source.
It is known that a machine of this type is constructed by leaving longitudinal notches at the periphery of the rotor, which forms bars parallel to the axis which are opposite bars of corresponding shape, formed on the inner surface of the rotor. stator. When a machine of this kind is running, the capacity of the machine varies periodically and generates a charge current whose direction varies.
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alternatively, which is suitable for the production of an alternating voltage. The alternating voltage thus generated is used to control an amplifier device.
In another known arrangement, sheets in the form of a circular sector are axially stuck on the shaft of a machine, and are moved between sheets of corresponding shape in a pack of sheets of a stator. In this way, during the rotation of the machine, a charging current of alternating direction is also obtained, but which however has only a reduced frequency due to the construction of the moving part of the machine.
In the machine according to the invention, the rotor and the stator consist of discs or circular rings, assembled side by side in the direction of the axis of the rotor, which are juxtaposed so that the laterally that the circular surfaces are superimposed and form toothed rings. The power which can be obtained with a machine according to the invention is appreciably greater than that which can be obtained by employing an amplifying device and is sufficient, for example directly for technical purposes, as for obtaining industrial heat or for controlling wireless emission installations.
By means of a known device, in which discs with a large surface are arranged so as to be able to rotate between discs mounted on the stator, only very low alternating frequencies can be obtained, since the mechanical construction of the rotor does not interfere with this. does not put considerable miss speeds. In addition, the value of the alternating frequency is very low for a given number of revolutions, whereas in an oonform machine
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to the invention, by using toothed rings at the periphery of the rotor discs, and of the stator rings, a much greater frequency is obtained for the number of revolutions.
The value of the frequency is of capital importance for the many uses of a machine according to the invention, since in a large number of fields of application an alternating voltage at a higher frequency is required, quite independently of the makes that an alternating voltage at a higher frequency can be transformed much more easily and by means of smaller transformers than an alternating voltage of relatively lower frequency. In addition, it is extremely important that the same machine has each time, under the same operating conditions, a double power for a double number of periods.
The circular surfaces of the otor and the stator have teeth arranged radially, between which there is a certain distance. The surfaces which delimit the teeth in the rotor and in the stator, may have parallel delimiting surfaces, so that the spacing between two of the pan-shaped or ring-shaped discs is ensured. by means of intermediate discs of corresponding diameter.
Just like the surfaces of the rotor and the stator in the form of a circular ring, the insert discs inserted to determine the eoartment, can also be provided with teeth with the corresponding intervals between the teeth, so that they also contribute to the 'increase in capacity variations.
The discs and the rings
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circulars which mesh with each other in the manner of the crowns of steam turbine blades, may have oblique lateral surfaces, so that for a cut in a plane along a diameter of the machine and the axis of the machine , they have the shape of a perfect triangle or of a triangle with sectioned vertices, compared to the arrangement of the teeth with parallel lateral surfaces, the prismatic arrangement of these teeth has the advantage that no interoalair part is necessary for maintain the spacing and therefore, for a given axial construction length of the machine, a greater number of discs with teeth can be fitted.
The use, not only of the front surfaces, but also of each of the two flanks of the teeth, constitutes constructive measures for obtaining variations in capacity as large as possible. In addition, by employing the same number of teeth in the stator and in the rotor, an effort is made to obtain that, while the machine is running, all the teeth always simultaneously give the maximum capacity or the minimum capacity, because in this way, the strongest variations in capacity are obtained. The intensity of the alternating current generated can also be further increased by the use of a dielectric with a particularly high dielectric constant.
For this purpose, it is possible for example to cover the teeth of the rotor and the stator or one of the two parts, with a layer of a material having a dielectric constant higher than that of air at atmospheric pressure.
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Risk: In general, this also results in a higher electrical resistance, so that a higher DC voltage can be applied to the machine. The action marls can be obtained by increasing the pressure under which the air occluded in the intervals between the teeth is located. As the pressure increases, the dielectric constant and at the same time the electrical resistance of the air increases.
The increase in the dielectric constant equivalent to an increase in the capacitance the increase in the resistance of the air to breakdown allows the use of a higher voltage, so that the two measurements cooperate for the increase of the power of the alternating current that can be obtained. We can also instead of air, choose another gas which has a dielectric constant that is higher than air. In this case, the heat conductivity of the gas must be taken into account, since this is very important for heat dissipation. The increase in pressure also achieves improved machine cooling since compressed air has a higher heat conductivity than air at normal pressure.
To ensure that the pressure is maintained, a reserve container can be provided, by means of which it is possible to compensate for the losses caused by the leaks of the occluded air or of the gas, or else during the operation of the machine, it is possible to serve as a small compressor that maintains the pressure inside the machine.
The shape of the teeth is important for the shape of the generated AC voltage curve, so
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that, by a suitable shape of the teeth and the intervals between the teeth, one can ensure a sufficient sinusoidal curve of the alternating voltage or. of. alternating current. It is also possible by electrical means to eliminate the higher harmonics of the voltage, so as to obtain a fundamental sine wave; it is also possible, when electrical filtering means are provided, to also use them to filter one or. several harmonics of non-sinusoidal voltages, for a particular application purpose.
It is advantageous if the teeth are narrower than the intervals between them, and it is also advantageous to give inclined positions to the flanks of the teeth as to the surfaces which delimit the intervals which separate them, so that the tooth and its interval have a trapezoidal shape in section. It is also advantageously possible to avoid sharp edges or angles and abrupt passages between the outer surfaces of the teeth and of their intervals by appropriate rounding.
For the manufacture of the teeth, a duplicating process is advantageously used, such that the teeth are obtained for example by milling, in certain cases, after rolling or else by pressing, casting or spraying. The circular discs or rings can also be made at the same time as the teeth by pressing, casting or spraying, so that the discs and rings are obtained in a single operation.
The influence of the temperature differences which occur between the rotor and the stator is suppressed or reduced as much as possible. The action of the differences of
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Possible temperatures may consist in reducing the air gaps between the parts of the rotor and the stator. The difficulties which derive from this fact are avoided by insulating the appropriate parts or even all of the active parts of the machine.
By appropriately dimensioning the distance between the rotor and the stator, or also by dividing these parts of the machine into separate systems or into separate machines, suitably mounted, the influence of heating can also be reduced, because this influence is less considerable for systems or machines smaller or subdivided accordingly. Another means of reducing the influence of temperature differences consists in carrying out additional heating of the machine, for example electrically, and in keeping the degree of heating constant by means of a thermostat.
It is also possible, when it is not possible to avoid temperature differences, reduce the influence of uneven heating by the choice of the material, for example by constructing the parts of the machine which heat up more in a material at coefficient of expansion lower than the other parts.
The value of the alternating power obtainable from the machine is increased, in accordance with another feature of the invention, by employing in the charge air an impedance which is preferably inductive. The most favorable conditions are achieved when bringing the inductance of the load circuit into resonance with the maximum capacity of the machine for the frequency obtained. The impedance is preferably that of the user device which is connected to the machine,
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either directly, that is to say galvanically, or also by means of an inductive or capacitive coupling.
When several machines according to the invention are operated in parallel, it is possible to subdivide the inductance necessary for each machine for the resonance tuning. This has above all the advantage that the installation fulfills the favorable conditions for resonance tuning, both when only separate machines are used and for their parallel coupling. When the different machines are isolated from each other, there is also the choice between a parallel connection, or a series connection.
In the first case, the alternating currents generated by the periodic variations in capacity are added in the different machines, in the second case a total voltage can be used much more considerable than that obtained in the series coupling of the different machines, in such a way that we obtain an alternating current of much higher voltage.
The machine can be advantageously used in telegraphy, wireless telephony, or for the transmission of images with directed or non-directed waves, or even for other industrial purposes such as for example for the use of the heat generated by currents of electricity. induction, for example for melting, heating of bodies, preferably metals for certain working processes, such as for example press work, rolling, drawing .. stamping, etc.
It is also possible to obtain the heat necessary for the preparation of food, in a manner known per se by induction current. it is good for other methods of heating non-metallic objects, such as
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example in chemical processes. In the use of the machine for telegraphy and telephony, it is possible to transmit low-frequency telephone or telegraph currents to the high-frequency current generated by the machine. It is possible, for example, to use an amplifier tube controlled by telephone or telegraph currents or by current or voltage oscillations generated in a similar way and which modify the DC excitation voltage of the machine.
Instead of modulation by amplifier tubes, it is also possible to use a variable resistor or a transformer with the aid of which a corresponding additional voltage is applied to the direct current circuits.
Instead of constructing the rotor and stator by means of separate discs or rings, which are mechanically assembled to form a block, it is also possible to use for the rotor or for the stator a one-piece body, in which the toothed crowns are solid milled. The teeth can therefore be arranged in series directed parallel to the axis. To allow assembly it is therefore necessary that the stator consists of two halves which are obtained by a cut in the plane of a diameter and the axis of the machine.
As materials for the construction of the rotor and
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stator of the machine can advantageously be used a 'U 6, v metal which has the necessary resistance. For machines with low peripheral speed, ie up to 250 meters per second, aluminum bronze (for example Lau.tal) or. duralumin or. metal again
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"Elektron", give good results, since they have a resistance of 40 to 50 kg / mm2 for higher speeds, the toothed part advantageously consists of rings or of a hollow steel cylinder, d '' a resistance of at least 50 kg / mm. The ring or cylinder are then mounted or applied to a light metal core.
In this case, it is not necessary for the core to be solid, but it may have recesses in order to save weight and material. The flywheel masses contained in the rotating parts of the machine can thus be significantly reduced, so that the time required for starting and stopping the machine is considerably reduced. The same result can be obtained by not completely massive construction of the rotor, either that it consists of discs or that it is built in one piece. Thus, in the construction of the rotor by a molding process, a significant saving in weight and in flywheel masses is achieved.
To achieve a saving in weight, the support can also be made of light metal or by employing a stator with stator gaps as flat as possible, the reduction in weight as great as possible can be achieved. In a particularly easy way, when the stator is molded, it is possible to obtain, by the use of hollow teeth, a considerable saving in weight and in materials, since the stator must not support any appreciable mechanical stress.
To facilitate understanding of the invention, reference is made to FIGS. 1 to 8 which reproduce only by way of example embodiments of the invention, without
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this is limited to example cases of execution.
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In fig.l, we see the construction of the stator and tens of the rotor by means of disqu.es "The axis of the machine is designated by the reference 1; the rotor is made up of 2a, a; .L e, d 't drs yy J. 4-- e4 1 d, W & 4 A 0!' rIeur periphery. The discs 2a, 2c and:% serve to ensure a determined spacing between the toothed discs 2b and 2d. The rotor discs are assembled by pressure screws or by rivets 3 of which a certain number is provided on the outskirts.
The stator also consists of different parts,
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14 namely flat 5a t 5e penal systems. The discs s .5, g1 5.q and 5e have a greater radial width such that the side surfaces of these baguas, on the one hand, and the side surfaces of the toothed rings of) rotor discs 2b and 2, of on the other hand, are opposite because the rings 5a, 5c, 5e penetrate into the intervals between the teeth of the rotor.
The shape of the opposite flanks of the stator crowns, as well as those of the crowns on the rotor discs 2b and 2c, are visible in the plan view of fig.lb. In the toothed rings belonging to the rotor are represented arrows which indicate the direction of the movement.In the respective position of the stator and the rotor, indicated in fig.l, the capacity between them is at its maximum value. The stator discs are also assembled by means of bolts or rivets 7.
The active surfaces of the teeth of the rotor and of the stator are covered in the exemplary embodiments of the invention shown in fig.l, with a material 2a, 4b,
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4c, 4d, 4e or 6 ,, 6b, 6c and 6e, a material which has a higher dielectric constant and also a greater resistance to breakdown than air.
In fig.2a and 2b, toothed crowns in the form of wedges are shown. In this arrangement, the intermediate discs 2a, 2c, 2d or 5. ± and 5d, which can be seen in fig.l, are not necessary. Further, the same reference numerals are employed in fig.la as in fig. 2a. Also seen is the coating of higher dielectric constant material that covers the flanks of the stator and rotor teeth.
Fig. 2b shows on the left the intervals between the wedge-shaped teeth and the prismatic teeth of the stator and on the right the teeth and the intervals between the corresponding teeth of the rotor as well as the fixing screws or bolts 3 and 7.
An arrangement in which the teeth of the rotor are covered with an insulating layer is shown in FIG. 3. The gaps between the teeth are shaped like a
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corner, the teeth have unismatic with blunt points. The width of the tip of the teeth is less than the width of the opening of their gap, so that the capacitance is minimum at the average position of the rotor tooth relative to a gap of the stator.
Fig. 4 shows the subdivision of the machine into several separate machines 10a, 10b and 10c. The group of machines is driven by a motor 19. The various machines are coupled to the. motor 19 one between them, at. means of the coupling devices 21. The couplings and
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Assembly of the machines on the frame 20 can be carried out in such a way that the machines are completely isolated from each other and that therefore each machine can be controlled separately or even in any desired combination of parallel or series connection.
In fig. 5 and 6, the electrical connections for different applications of the invention are shown.
On figure 5a, reference 11 designates the DC voltage source, 10 the variable capacity machine and 12 an inductive type load impedance. Coil 12 is, for example, the field coil of an induction furnace.
By means of induction currents generated by this coil, the heating of metals, solutions and conductive liquids or of metal containers / which contain a liquid to be heated is carried out. The value of inductance 12 can thus be adapted to the capacity 10 of the machine, so that between the two we obtain approximately or exactly the resonance conditions at the frequency of the generated alternavite voltage. The coil 12 is directly connected to the load circuit of the machine 10.
In the assembly of the pin 5b, a galvanic separation is carried out between the machine circuit 10, 11, 12 on the one hand and the load circuit 13, 14, 15 on the other hand, because the windings 12 and 13 do not are linked together only magnetically. As a result, the secondary load circuit is completely separated from the direct current circuit of the machine. In this arrangement, the secondary circuit 13, 14 and 15 may have additional tuning members for adjusting the resonance. For example, it is possible for this purpose to adjust the capacitor 15 mounted in series with the secondary circuit. We can also
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mount capacitor 15 in series with. coil 14, instead of mounting it in parallel.
For tuning in resonance, it is also possible to provide a variation of the secondary flow 13 by modifying the number of turns or a variation of the coil 14. Finally, there is still the possibility of carrying out the resonance phenomenon in acting either on the frequency of the alternating voltage generated by the machine 10 or, when the machine is made up of several separate machines, or of several separate systems, which can be mounted inside the same casing , by switching off some of the machines or certain partial systems, or by connecting these machines and these systems in parallel or in series.
The mounting examples of fig. 6 to 6b represent the application of the machine-capacitor to high frequency telegraphy or telephony. The machine 10 generates by its rotation a high frequency on which are superimposed with the aid of a controlled lamp 18, low frequency oscillations corresponding to a telegraph signal or to a microphone current or even to a telephone current.
Tube 18 (amplifier tube) is controlled in the usual way by means of the gate potential so that the alternating current flows in a manner known per se, passing through a resistance R shunted by a capacitor C. L ' the use of two coupled coils 12 and 13 gives a galvanic separation between the load circuit 17,15, 13, 16 and the machine circuit 11, 10,12, 18. In this arrangement, we also have the possibilities of tuning in the primary circuit, that is to say in the machine circuit and in the secondary circuit, that is to say in the transmitter circuit. This is represented by a conden- @
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variable sator. 15.
, Fig. 6b shows an assembly of another kind, serving the same purpose. The utilization circuit 17, 16 is not in this case inductive, but is capacitively coupled to the machine circuit via the transformers 15a and 15b. the capacitors prevent the direct voltage of the machine from passing into the circuit of use and can at the same time for the tuning of the emission circuit, be tuned to resonance, with the frequency of the alternating voltage generated by the machine.
The signal currents or the telephone currents are superimposed also in this arrangement, by means of an amplifier tube 18 in the direct current circuit of the machine.
Figs. 7a and 7b shown in the drawings in addition to FIG. 1, show essentially the same shape of teeth of the stator and the rotor, but a different assembly of the rotor than that of fig.l. The rotor in fig. 7a consists of a single block 2, which is fixed to the axis 1. In this block are formed toothed rings which are either cut from a block of material, for example by milling or by a molding process, at the same time. time that the block of the rotor 2. This block can also consist of a light metal, by polishing the toothed rings on this body and for example by fixing them by means of keys or by wedging.
The shape of the teeth can thus, just as in fig. 7, be either rectangular, or else as in fig. 8a and 8b, have a trapezoidal shape, with rounded top or be with a sharp edge. The pin 7b represents a section parallel to a tangential plane, in which the ring gear 4a belongs to the rotor and the ring gear 6a to the stator.