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Générateur homopolaire La présente invention se rapporte généralement aux appareils hompoplaire (ou uniposire) et plus pariculèremnt à des dispositfs pour augmenter la capacité de puissance et le rondement de générateurs hompoiares.
On utilisa les générateurs homplaires dans le application. , courant continu très élevés En général, dams la technique antériers, on a utilisé deux typos de rotors pour la réalisation de ces générateur 8. Le premier typo est un rotor de fer ou d'acier solide qui présent* une chute de tension interne élevée lorsque des courante élevée y sont entendrés
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Pour réduire Cette particularité indésirable, on a utilisa un second type
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de rotor dans lequel on a noyé des barre.
de cuivre, ou bien encore on 1U enveloppa d'un cylindre do cuivre pour contrôler le trajet du circuit
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électrique et réduire sa résistance électrique. Ce second typa de rotor
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cependant exige une puissance d'exaltation pluo élevée et une réduction correspondant do randummtt on résulte* Do plue, il atout révélé difficile
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de réaliser aveu précision un générateur homopolairo du premier typa selon
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les exigoncoa opdciriqueu du fait du peu de contrôle qu'on peut exorcer aur les trJt8 du courant électrique et du flux magnétique dans le rotor.
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Il cet bien entendu que Ion problèmes que l'on vient d'évoquer
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qui existaient dans la technique antÓrieuro, et la deecription de la
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présente invention dans le texte qui suit, s'appliquent dgalemont à tous
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les types d'appareila électriques homopolairosi moteurs ot g6ndratoura y compris. Cependant, pour la olart6 do la description dans In présentation de cette invention, et puisque les générateurs homopolaires sont plue largement utilisas que les moteurs honaopalairaej les principes de la dite
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invention seront décrite en fonction de l'application de cette invention
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au perfectionnement de la réalisation do générateurs homopolalron.
C'est donc un objet do la présente invention do réaliser des moyens pour réduira les problèmes précit<5a dans la but de construire et faire fonctionner duo générateurs homopolniro$8 Un autre objet do la présente invention consiste z réaliser un type plus efficace du rotor de gÓn6rtur homopolaire ayant, dans les
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conditions do charge, des caractéristiques telles que la chute de tension
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et la puissance d'axaitntlon eoictnt Intérieures aollet corruapaiinnt . au premier type de rotor rIrtiann8 plue haut, et ayent des caractéristiques telles que la puissance d'excitation dans lu oonditions ! vide ou de charge soit Inférieure à coll. correspondant au second type de rotor que l'on vient de mentionner.
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D'autres objets seront mis en évidence au cours de la. descrip- tion détaillée qui suit.
Un générateur homopolaira colon l'invention, dans sa forme la plus simple de réaliaation, comporte un rotor cylindrique de fer ou d'acior pouvant tourner selon son axe longitudinal, et un stator contenant une masse polaire principale placée autour d'une partie active du rotor.
Les bobinages d'excitation places dans le stator produisent un flux magnétique. Los lignes de flux Nautique sont dirigea rediament dans le rotor par la taasse polaire principales La nouveauté du dispositif ici décrit consiste à noyer un certain nombre de bagues métalliques non manhétiques (par exemple en cuivre ou en aluminium) dans la périphérie du rotor nous la masse polaire principale et au-dol. Ces bagues sont placées do toile façon que chacune définit un plan normal à l'axe du rotor.
Toutefois, les baguai pouvant ne pas être exctement dans cd plan normal du fait de considérations qui touchent la comcetpion de la srucre et la fabrication. Par conséquent, à proximité de la périphéeis cylidnrique du rotor, une réluctance magnétique élevée existe dans le bons de la longueur du rotor, tandis qu'aucuns impédance supplémentaire au flux d'un courant électrique ne se révélât Ainsi, le flux d'induction issu de la masse polaire principale est forcé de rester dans le sens radial lorsqu'il pénètre dans la périphérie du rotor de façon à créer l'induction mauxinal.
Lorsque le circuit est fermé aux bornes du générateur, un courant éle- trique résultant do la force électromotrice induite passe dans la sens de la longueur du rotor, et peut en 8tre extrait de la façon habituelle
On comprendra mieux l'invention en se référant à la description qui suit et au dessin annexé sur laquai ;
La Figure 1 est un schéma on coupe transversale d'une partie d'un rotor de générateur hoplaire et do son stator, représentée par- tialment on élévation et partiellement en coupa; et,
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La. Figure 2 cet une vuo en coupe schématique selon la ligna 2-2 de la Figura 1 et dans le sens axial du rotor.
En se reportant aux Figures 1 et 2, on voit un rotor 10 repré- senté dans son milieu environnant avec une partie do la massa polaire principale 12 d'un stator nnnulaire l'enveloppant compléteront Un inter- valle 14 existe entre le rotor et le stator. Une partiu de cet intervalle est représentée entre le rotor 10 ut la partie de la masse polaire prin- cipale 12 du stator. Un ensmble de baguée non magnétiques 16 est noya dans la périphérie du rotor 10, cas bagues étant axialement especées sur toute la longueur. Le passage du flux d'induction venant de la messe polaire principale à l'intérieur du stator est représenté par des flèches 18.
Le courant électrique qui résulta de la !or'ce électromagnétique induite est représenté par dos flèches 20 Ces fléchas 20 représentant le trajet du courant électrique. Copencant, il est bien entendu que la aune du passage pourrait au trouver à l'appelé de celui qui est raprésenté selon la sans de rotation du rotor. La trajet do rutour du flux d'induction et son sono supposa est représenté par les flèches 22. La section 24 de passae do la partie principale du cournnt élecrique est représentés sur la Figure 2.
Cette section transversale porteuse de courant 24 est définie par la zone qui so trouvu etre le diamètre intérieur 26 et le diamètre extérieur 28 des baguas 16.
Lorsque le rotor 10 cet mis en rotation par une source d'énergie extérieurs non représontée, et que les bobines do champ sont excitées, le flux d'induction 18 pénètre dans le rotor 10 et provoque l'induction d'une force électromagnétique dans la suotion transversale porteuse de courant 24. Lorsque lo circuit branche aux bornes du générateur est formée un courant 20 passe alors commo on peut le voir sur la Figura 1.
Ce courant est extrait de la façon habituelle du rotor par un collecteur (non représenté) qui pout 8tre du typo liquide-métal afin do traiter facilement les courants forts engendrés,
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Dans la technique antérieure ou les baguée qui font 1 t obJet do la présente invention n'uxistaiont pas dans lu rotor, la flux d'indu* tien 18 avait une tendance prononujo à dévier de .on trajat radial peu après avoir pénétré dans la rotor.
Dans un générateur hotsapolti?9 du type représenté, la force ëleatï'oNtotriot maximale induite s'obtient si le flux d'induction pénètre dama le rotor radialomnt, et l'on peut commander 10 rendtiiunt de la machina en faisant varier la profondeur . radiale du trajet du flux En général plus le trajet radial est long dans le rotor, plus grand eet le rendement de la machine jusqu'à un point limite inhérent à la dimension physique du rotor; ceci étant né- coessaire pour laisser assez de surface de section transversale pour le
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rutour du flux.
Les bagues 16, du fait de la r6luctance âlevde qu'elles offrant au passage du flux dans le sens longitudinal du rotor, forcent le flux ! rester dans son trajet radial aux toute la profondeur entière de la section transversale 24 porteuse de courant. De plus, sans les bagues 16, cette section porteuse de courant ne serait pas définie avec
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précision, d'où la difficulté qu'il y aurait prévoir les caractéris- tiques du générateur Il est évident que la séparation du trajet de courant 20 du trajet de retour du flux magnétique 22 simplifia grandement les considération de réalisation et les calculs*
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toute 6vidange donc) la présente invention offre les nvan- tages suivante que ne présentait pas la technique antérieur ;
1 - Les baguât permettant un contrôle précis de la longueur du trajet radial du flux d'induction dans le rotor. On peut donner n'importe
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quelle longueur prd3tozcf.na au trajet radial qui peut titre dicté par la puissance de sortie désirée et la rendement de la mach##., 2 Du fait de la possibilité d'une augmentation quelconque 4de la coupe transvureald d'induction) la chute de tension et les portes ohr.rl.l1U8a lu long du trajet du courant dans le rotor peuvent le réduire & un minimum.
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3- Le rapport de la tension à vide à la tension de charge,
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pour une excitation z Vide* ont réduite, ne qui améliore les ear;tett- l"i,Ii:.1quo, de réglage do tension du générateur
4- L'utilisation de la présente invention se traduit aussi par un espace d'entrefer magnétique effectif minimal, et un modèe de
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rotor optimal pour tout ensemble donné de conditions de fonctionnemunt.
Ln puissance d'excitation dans les conditions de charge est donc sensi-
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blumont réduite ai on la compare avec les conditions qu1 exilait n'im- porte quel meièle réalisa antérieurement à la présente invention. La
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puissance d'excitation dans les conditions de fonctionnemQnt à vide se trouve sensiblement réduite si l'on fait la comparaison avec celle qu'exigeaient les modèles à menahon de cuivre ou à barres de cuivre n"1ú.
5 - Du fait da la diaainution doa partes diminues du trajet du courant dans le rotor et de la dininution des purtne d'excitation, le rendement de la machine est augmente.
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6 - Du fpit des portas ohmiques plus faibles, et :rcr censequent de l'accroissement du rendement, la puissance de sortie est plus élevée
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que celle des autres machines du dimensions comî,aril,.lu3é 7 - La section transversale porteuse de courant élt-ctriquo est nettement définie, car elle sépare la partie portuuse do courant électri- que dans la rotor du trajet de retour du flux magnétique
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8 Du fait do la rluct?tne csj?gntique <5lov*?e de 1.". section transversale porteuse do courntitp la rúparl1tion du courant vlectrique demeure constante mt1mo si le înouvenent du flux peut changer.
Etant donnée les nvAntAev3 que l'on vient d'cxpfsfr, le.1'! résul- tilts définitifs suivants sont obtenus grtou à 1* mise en pratique do ln présente invention t 1 L'effot d9 A l'augmentation de l'induction nuîrst. 1 rendement et la CAp",oit(: de puissance d'un gnl5r::h\,lr lfi'Ipol"1f'l.' de dimensions données*
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2 .. La chute de ttlneion ot les pertes chmiquen dans le rotor sanG rd111t\1a.
3 - La puissance d'excitation sxi.,e est een<id4Mbl<!M<nt T' 'rui .e.
4 La riglnge de tension inhérent au générateur wet <ali6ï< 5 - Pour la nfeo élévation de température, la capacit4 de !'*uis3.inc<9 d'une machin(,- donnée est accrue* 6 - On peut réaliser avec plus de praaiaion un générateur hcmopolftirc du type à rotor solide en fer ou en acior pour satisfaire vax 'Jxigl.nc\.Js d'une application particulière.
7 - Le génÓrntcur est plus adapta à un fonctionnomont par
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impulsions
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Lut techniciens pourront naturellement adapter facilement. la technique générale do la présente invention à des modea de réalisation
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autres Que colui qui est particulièrement représenté ici* En conséquence
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19t,.,nlut du la protection accox*dée à l'invention n'est pas doetin3d ttr,,1 iimittîu nu mode du 1',hlist1.tion particulier reprS$ont4 sur les dessins vt d0crit dnns l'oxposô ci-dessus.
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Homopolar generator The present invention relates generally to homopolar devices (or uniposire) and more pariculèremnt to devices for increasing the power capacity and the roundness of homopolar generators.
Completed generators were used in the application. , very high direct current In general, in the prior art, two types of rotors were used for the realization of these generator 8. The first type is a rotor of solid iron or steel which presents * a high internal voltage drop when high currents are heard
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To reduce this undesirable feature, we used a second type
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rotor in which we have embedded bars.
copper, or even 1U was wrapped with a copper cylinder to control the path of the circuit
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and reduce its electrical resistance. This second type of rotor
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however requires a higher power of exaltation and a corresponding reduction do randummtt one results * Do more, it turns out difficult
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to realize a precision homopolar generator of the first type according to
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the opdcirical requirements due to the little control that can be exerted on the trJt8 of the electric current and the magnetic flux in the rotor.
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It is understood that the problems just mentioned
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that existed in the prior art, and the description of
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present invention in the following text, apply dgalemont to all
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types of homopolar electric devices ot generatoura including. However, for the sake of the description in the presentation of this invention, and since homopolar generators are more widely used than honaopalairaej the principles of the said invention.
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invention will be described with reference to the application of this invention
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to the improvement of the production of homopolalron generators.
It is therefore an object of the present invention to provide means for reducing the aforementioned problems in order to construct and operate two homopoint generators. Another object of the present invention is to achieve a more efficient type of the rotor. homopolar generator having, in the
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load conditions, characteristics such as voltage drop
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and the power of axaitntlon eoictnt Interior aollet corruption. to the first type of rotor rIrtiann8 higher, and have characteristics such as the excitation power under the conditions! empty or load is less than coll. corresponding to the second type of rotor just mentioned.
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Other objects will be highlighted during the. detailed description follows.
A homopolar generator the invention, in its simplest form of realization, comprises a cylindrical rotor of iron or steel which can rotate along its longitudinal axis, and a stator containing a main polar mass placed around an active part of the rotor.
The excitation coils placed in the stator produce a magnetic flux. The lines of Nautical flow are directed into the rotor by the main polar block The novelty of the device described here consists in drowning a certain number of non-manhetic metal rings (for example in copper or aluminum) in the periphery of the rotor we mass main polar and au-dol. These rings are placed in a web so that each defines a plane normal to the axis of the rotor.
However, the baguai may not be exactly in this normal plan due to considerations which affect the security and manufacture. Therefore, near the cylindrical periphery of the rotor, a high magnetic reluctance exists throughout the length of the rotor, while no additional impedance to the flow of an electric current is revealed. of the main pole mass is forced to stay in the radial direction as it enters the periphery of the rotor so as to create the malignant induction.
When the circuit is closed at the terminals of the generator, an electric current resulting from the induced electromotive force passes in the length direction of the rotor, and can be withdrawn therefrom in the usual way.
The invention will be better understood by referring to the following description and to the accompanying drawing on the lacquer;
Figure 1 is a cross-sectional diagram of a part of a hoplar generator rotor and its stator, shown partly in elevation and partly in section; and,
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Figure 2 is a schematic sectional view along line 2-2 of Figure 1 and in the axial direction of the rotor.
Referring to Figures 1 and 2, we see a rotor 10 shown in its surrounding environment with part of the main polar mass 12 of a circular stator enveloping it. A gap 14 exists between the rotor and the rotor. stator. A part of this gap is shown between the rotor 10 and the part of the main pole mass 12 of the stator. A set of non-magnetic rings 16 is embedded in the periphery of the rotor 10, the rings being axially spaced along the entire length. The passage of the induction flux coming from the main polar mass inside the stator is represented by arrows 18.
The electric current which resulted from the induced electromagnetic force is shown by arrows 20. These arrows 20 represent the path of the electric current. Beginning, it is of course understood that the yardstick of the passage could at the find to the called of that which is represented according to the without of rotation of the rotor. The return path of the induction flux and its assumed sound is represented by arrows 22. The section 24 of the passage of the main part of the electrical circuit is shown in Figure 2.
This current carrying cross section 24 is defined by the area which is found to be the inside diameter 26 and the outside diameter 28 of the baguas 16.
When the rotor 10 is rotated by an external energy source, not shown, and the field coils are energized, the induction flux 18 enters the rotor 10 and causes the induction of an electromagnetic force in the coil. transverse current carrying suotion 24. When the circuit branched to the terminals of the generator is formed a current 20 then passes as can be seen in Figure 1.
This current is extracted in the usual way from the rotor by a collector (not shown) which beams liquid-metal type in order to easily treat the strong currents generated,
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In the prior art where the rings which form the object of the present invention did not use the rotor, the flux of inductor 18 had a pronounced tendency to deviate from its radial path soon after entering the rotor. .
In a hotsapolti? 9 generator of the type shown, the maximum induced electron force is obtained if the induction flux enters the rotor radially, and the machine's output can be controlled by varying the depth. radial path of flux In general, the longer the radial path in the rotor, the greater the efficiency of the machine up to a limit point inherent in the physical dimension of the rotor; this being necessary to leave enough cross-sectional area for the
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rutour of the flow.
The rings 16, because of the high reluctance which they offer to the passage of the flux in the longitudinal direction of the rotor, force the flux! remain in its radial path throughout the entire depth of the current carrying cross section 24. In addition, without the rings 16, this current carrying section would not be defined with
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precision, hence the difficulty that there would be in predicting the characteristics of the generator. It is evident that the separation of the current path 20 from the return path of the magnetic flux 22 greatly simplified the design considerations and the calculations *
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any drain therefore) the present invention provides the following benefits not presented by the prior art;
1 - The rods allowing precise control of the length of the radial path of the induction flux in the rotor. We can give any
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what length prd3tozcf.na to the radial path which can be dictated by the desired output power and the efficiency of the mach ##., 2 Due to the possibility of any increase in the inductive transvureald cut) the drop of voltage and gates ohr.rl.l1U8a read along the current path in the rotor can reduce it to a minimum.
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3- The ratio of the no-load voltage to the load voltage,
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for an excitation z Vacuum * have reduced, which improves the ear; tett- l "i, Ii: .1quo, of adjustment of the voltage of the generator
4- The use of the present invention also results in a minimum effective magnetic air gap space, and a model of
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optimal rotor for any given set of operating conditions.
The excitation power under load conditions is therefore sensitive.
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This reduced blumont has been compared with the conditions which any best realized prior to the present invention. The
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excitation power under no-load operating conditions is significantly reduced when compared with that required by models with copper menahon or n "1ú copper bars.
5 - Due to the diaainution of the reduced parts of the current path in the rotor and the reduction of the excitation valves, the efficiency of the machine is increased.
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6 - Due to the lower ohmic ports, and: due to the increase in efficiency, the output power is higher
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than that of other machines of the dimensions comî, aril, .lu3é 7 - The electric current carrying cross section is clearly defined, because it separates the portuuse part of the electric current in the rotor from the return path of the magnetic flux
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8 Due to the csj? Gntic structure <5lov *? E of 1. ". Load-bearing cross-section of which the distribution of the electric current remains constant even if the flux movement can change.
Given the nvAntAev3 that we have just taken from cxpfsfr, the.1 '! The following final results are obtained through the practice of the present invention: the effect of increasing induction is reduced. 1 efficiency and the CAp ", oit (: of power of a gnl5r :: h \, lr lfi'Ipol" 1f'l. 'Of given dimensions *
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2 .. The ttlneion drop ot the chemical losses in the rotor sanG rd111t \ 1a.
3 - The excitation power sxi., E is een <id4Mbl <! M <nt T '' rui .e.
4 The voltage riglnge inherent in the generator wet <ali6ï <5 - For the nfeo rise in temperature, the capacit4 of! '* Uis3.inc <9 of a machine (, - given is increased * 6 - We can achieve with more praaiaion a hcmopolftirc generator of the type with solid rotor made of iron or steel to satisfy a particular application.
7 - The genÓrntcur is more adapted to a function by
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impulses
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Lut technicians will naturally be able to adapt easily. the general technique of the present invention to embodiments
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other Than colui which is particularly represented here * Consequently
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19t,., Nlut of the protection attached to the invention is not doetin3d ttr ,, 1 iimittîu nu mode of 1 ', particular hlist1.tion shown in the drawings vt described in the above oxposô .