"Machine électrique tournante" La présente invention concerne une machine électrique tournante, réalisable sous forme d'alternateur synchrone, de moteur synchrone, asynchrone ou asynchrone synchronisé.
Les machines de ce type, plus particulièrement celles de puissance relativement faible, sont en grande majorité équipées de collecteurs à bagues et balais malgré que ces derniers présentent de nombreux désavantages : usure, pertes de contact, étincelles etc... La raison en est que l'adjonction d'un excitateur augmenterait exagérément leur prix de revient.
Pour illustrer ce qui précède, on peut signaler que tous les véhicules automobiles de grande série sont actuellement, encore équipés d'alternateurs à bagues et balais, malgré les avantages considérables qu'apporterait la suppression de ces éléments.
D'autres techniques (aimants permanents, immobilisation de l'inducteur, machines à réluctance variable, rotors bobinés etc...) ont été élaborées, mais leur mise en oeuvre entraîne des complications technologiques telles que leur commercialisation est restreinte à des cas bien particuliers (atmosphères explosives, ou particulièrement corrosives...).
Parmi ces techniques, on connaît dans l'état actuel de la technique (voir brevet britannique n[deg.] 712.372) une machine électrique tournante du type comprenant une partie fixe et une partie mobile coaxiales, dans laquelle la partie fixe comporte un premier et un deuxième enroulement et la partie mobile un troisième enroulement, les premiers et deuxièmes enroulements ayant des pas polaires multiples pair ou sous-multiple pair l'un de l'autre et une inductance mutuelle nulle, le troisième enroulement étant unique et fermé sur lui-même, l'arrangement étant tel que le premier enroulement puisse générer un champ inducteur induisant des courants dans le troisième enroulement, ces derniers générant un champ inducteur, en rotation relative par rapport à la partie mobile, de même pas polaire que le deuxième enroulement et interagissant magnétiquement avec ce dernier.
Cet alternateur présente de multiples désavantages dont :
- une complexité importante du bobinage rotorique rendant le coût de la machine prohibitif pour sa commercialisation en grande série;
- la présence d'un bobinage rotorique complexe empêche l'adoption de vitesses de rotation élevées et donc d'obtenir des puissances massiques importantes;
- la fiabilité réduite, bien connue, d'une machine à rotor bobiné.
La présente invention a pour but de fournir une machine sans collecteur à bagues ni balais ne présentant aucun des désavantages susmentionnés.
Plus particulièrement, l'invention a pour but de réaliser une machine tournante du type envisagé, réalisant deux fonctions différentes dans un même circuit magnétique, dont le rotor est simplifié à l'extrême.
A cet effet, une machine selon l'invention, du type comprenant une partie fixe et une partie mobile coaxiales, se caractérise substantiellement en ce que la partie fixe porte un premier et un deuxième enroulement et la partie mobile un troisième enroulement, les premier et deuxième enroulements ayant des pas polaires multiple pair ou sous-multiple pair l'un de l'autre et une inductance mutuelle nulle, le troisième enroulement étant unique et fermé sur lui-même, l'arrangement étant tel que le premier enroulement puisse générer un champ inducteur induisant des courants dans le troisième enroulement, ces derniers générant un champ inducteur en rotation relative par rapport à la partie mobile, de même pas polaire que le deuxième enroulement et interagissant magnétiquement avec ce dernier,
caractérisé en ce que ce troisième enroulement est constitué par un nombre de jeux de barres, dont chacun comprend deux barres interconnectées, ledit nombre de jeux de barres étant soit égal au nombre de paires de pôles de l'enroulement statorique de pas polaire le plus large dans le cas d'une réalisation monophasée du rotor, soit le triple de ce nombre de paires de pôles dans le cas d'une réalisation triphasée.
Comme il apparaîtra plus clairement de la description ciaprès, ces dispositions, en permettant de développer dans un même circuit magnétique des fonctions différentes, permettent
<EMI ID=1.1>
les exigences en fer et en cuivre et de réaliser la partie mobile selon une technique similaire à celle d'un rotor asynchrone à cage.
Pour plus de clarté, l'invention est décrite plus en détail ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
la figure 1 représente schématiquement une machine selon l'invention; la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1; et les figures 3 à 6 expliquent la réalisation du rotor d'une machine selon l'invention.
La machine représentée aux figures 1 et 2 est un alternateur synchrone, comportant une partie fixe ou stator 1 et une partie mobile ou rotor 2 concentriques, réalisées en tôles
<EMI ID=2.1>
porte douze encoches et le rotor neuf.
<EMI ID=3.1>
six bobines, de pas polaire T ainsi qu'un deuxième enroulement
<EMI ID=4.1>
laire T' = 2T.
L'inductance mutuelle entre les enroulements 3 et 4 est nulle.
Le rotor 2 porte neuf barres 5.
Pour le fonctionnement en alternateur, un courant continu d'excitation est injecté dans le premier enroulement 3, tandis que le rotor 2 est entraîné avec une vitesse n (t/sec).
<EMI ID=5.1>
laire T par rapport au stator et ce flux induit dans les barres
<EMI ID=6.1>
pôles ainsi formés (douze, dans cet exemple).
De par une disposition judicieuse et particulière des bar-
<EMI ID=7.1>
nant dans le sens inverse du rotor 2 et ayant pour action de
<EMI ID=8.1>
ternateur en court-circuit;
<EMI ID=9.1>
sens que le rotor _2 et, dans cet exemple, de pas polaire
Pl
<EMI ID=10.1>
La vitesse de rotation relative de Fmm2 par rapport au
fl
rotor 2 est n = �.
<2>
<EMI ID=11.1>
vitesse égale à
<EMI ID=12.1>
Dans cet exemple, n2 vaut donc 3n.
<EMI ID=13.1>
en raison du faible nombre d'encoches rotoriques et des sur-
<EMI ID=14.1>
<EMI ID=15.1>
l'entrefer peut aisément atteindre des valeurs de l'ordre de 1,1T. En outre, le pas polaire est doublé.
<EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1>
Les caractéristiques susdécrites conduisent à un enroulement 4 dans lequel le nombre de spires nécessaires pour induire une fem donnée est considérablement réduit par rapport à l'état de la technique. De même, les réactions d'induit sont réduites dans un même rapport, ce qui se répercute favorablement sur l'enroulement 3.
On remarquera également que l'extrême simplicité du rotor conduit à une machine dont les vitesses de rotation limites peuvent être extrêmement élevées. Cet aspect concourt également à la réalisation d'une machine de puissance massique très élevée.
Il a été dit ci-avant que les barres rotoriques 5 devaient être judicieusement disposées. Ceci est expliqué ci-dessous avec références aux figures 3 à 6.
<EMI ID=18.1>
par quelques pales de pas polaire T (fig. 3-1) et un rotor tri-
<EMI ID=19.1>
<EMI ID=20.1>
V étant la vitesse linéaire du rotor par rapport au stator.
La sortie de ce bobinage e-s est raccordée à un second
<EMI ID=21.1>
second bobinage est telle qu'il est traversé par les courants induits dans le bobinage e-s, il est le siège d'une fmm se déplaçant dans le même sens que le rotor, avec une vitesse re-
<EMI ID=22.1>
<EMI ID=23.1>
On peut remarquer sur la figure 3 (III) que l'inductance mutuelle entre e et E est nulle et que certaines encoches
sont traversées par des courants de mêmes phase et amplitude mais de sens opposé,ceci en raison de la disposition des bobinages dans la démarche de l'invention. Le bobinage peut donc se réduire, au niveau des parties actives, à la configuration montrée en (IV) à la figure 3, dans laquelle certaines encoches ont pu être éliminées avec leurs conducteurs. Comme enfin le trajet de retour des conducteurs est indifférent, l'enroulement se réduit à celui indiqué en (V) à la figure 3, dans lequel les deux bobinages de départ sont confondus.
Cette disposition offre de nombreux avantages :
- simplification du bobinage rotorique;
- réduction de la quantité de cuivre ou d'aluminium à utiliser;
- augmentation considérable du flux qu'il est possible de canaliser;
- forte réduction des réactances rotoriques;
- bobinage réduit à quelques barres, confiné dans un même circuit magnétique.
La Fmm magnétomotrice ainsi engendrée dans les barres ro-
<EMI ID=24.1>
<EMI ID=25.1>
<EMI ID=26.1>
<EMI ID=27.1>
<EMI ID=28.1>
lequel sera le siège des fem de sortie de l'alternateur. Ce même flux, vu la configuration des bobinages (pas polaire de multiple pairs), n'engendrera pas de fem dans le bobinage d'excitation (ou plus exactement la somme totale de fem est nulle).
Af in d'étendre ce qui précède on peut considérer un rotor développé suivant la figure 4. En relation avec ce rotor, le stator comprendra p paires de pôles de pas polaire T, ces p paires de pales pourront indifféremment comporter soit :
A.- Un bobinage inducteur de pas polaire T et un bobinage
<EMI ID=29.1>
B.- Un bobinage induit mono- ou polyphasé de pas polaire T et un inducteur de pas pol aire T/2.
A remarquer que dans les deux cas, ces deux bobinages ont une inductance mutuelle nulle, tandis que le rotor comprend p jeu de barres (chaque jeu de barre constituant une spire fermée dont l'ouverture angulaire est égale à 2a (figure 4b).
VERSION A.
Le défilement des p jeux de barres avec une vitesse v dans l'induction des p pôles du stator y induit un courant de la forme
i = I max sin w (t-to)
Si to est choisi de telle sorte qu'en t - o
i = I max, le courant dans chaque jeu de barre est
<EMI ID=30.1>
La force magnétomotrice (F.m.m.) a la forme donnée par la figure 4c.
Décomposée en série de Fourier cette F.m.m. peut s'écrire
<EMI ID=31.1>
<EMI ID=32.1>
constituant un système q phase, supposé direct dans sa numé-
<EMI ID=33.1>
Le développement en série de Fourier du jeme jeu de barre sera de la forme
<EMI ID=34.1>
Si, comme précédemment, to est choisi de manière à ce que le
<EMI ID=35.1>
<EMI ID=36.1>
<EMI ID=37.1>
développement en série de Fourier des q jeux de barres et déterminons la F.ri.m. résultante, et par conséquent son action sur le bobinage de pas polaire T.
On obtient
<EMI ID=38.1>
soit donc
<EMI ID=39.1>
on sait que
<EMI ID=40.1>
On voit immédiatement que :
a) pour g 2 la somme contenue dans le second membre de F.m.m. est identiquement nulle.
Y=l
On a alors
<EMI ID=41.1>
ce qui constitue une F.m.m. d'amplitude
<EMI ID=42.1>
rotation du rotor avec une vitesse v et donc fixe par rapport au champ inducteur statorique de pas polaire T. Cette F.m.m constitue alors une réaction d'induit.
b) q = 2.
On obtient
<EMI ID=43.1>
ce qui correspond à une F.m.m. pulsante de pas polaire T, se décomposant en 1 terme correspondant à une réaction d'induit
(comme dans le cas q > 2) , l'autre terme produisant dans le stator une F.m.m pulsante très gênante pour l'inducteur et ne pouvant (dans le cas où l'inducteur est alimenté en courant continu), être éliminée qu'au moyen d'une cage statorique
de pas polaire T.
<EMI ID=44.1>
Même résultat qu'avec q = 2, l'amplitude étant réduite de moitié pour un même courant dans les barres.
Considérons à présent l'harmonique correspondant à y = 2 dans le développement en série de Fourier des q jeux de barres et déterminons la F.m.m résultante et son action sur le bobinage de pas polaire T/2.
Noue avons
<EMI ID=45.1>
soit
<EMI ID=46.1>
Comme précédemment on voit aisément <EMI ID=47.1> pour q = 1 <EMI ID=48.1> pour q = 1 et q = 3.
Il résulte de ce qui précède que les seules valeurs de q acceptables pour qu'une interaction entre les bobinages de pas polaire T et T/2 soit réalisée se limite aux valeurs de q = 1
et q = 3.
Par q = 3 on obtient finalement
<EMI ID=49.1>
<EMI ID=50.1>
même sens que le rotor avec une vitesse v/2 et balayant par
<EMI ID=51.1>
vitesse v + v/2, lequel sera alors le siège des forces électromotrices de sortie.
Pour q = 1 nous aurions
<EMI ID=52.1>
correspondant à une F.m.m pulsante par rapport au rotor, laquelle
se décompose en deux F.m.m d'amplitude
<EMI ID=53.1>
tournant en sens opposés à une vitesse v/2 par rapport au rotor,
<EMI ID=54.1>
<EMI ID=55.1>
pour la seconde et y induira 2 fem de fréquence et d'amplitudes différentes.
VERSION B.
Conservant la même disposition rotorique, supposons à présent que le stator dispose de 2 p paires de pôles inducteurs de
<EMI ID=56.1>
<EMI ID=57.1>
Si la vitesse relative du stator par rapport au rotor est con-
<EMI ID=58.1>
<EMI ID=59.1>
En déterminant l'harmonique résultant correspondant à y = 1
(et par conséquent son action sur le bobinage induit de pas polaire.. on obtient
<EMI ID=60.1>
On remarque aisément que <EMI ID=61.1> q = 3. <EMI ID=62.1> si Ci = 3.
<EMI ID=63.1>
<EMI ID=64.1>
polaire T se déplaçant par rapport au rotor avec une vitesse 2v, elle balayera le bobinage induit de pas polaire T avec une vitesse 3v lequel sera alors le siège des fem de sortie.
si g = 1.
<EMI ID=65.1>
Dans ce cas, nous remarquons que le bobinage induit de pas po-
<EMI ID=66.1>
ves par rapport à ce bobinage sont respectivement de 3v et -v. La f.e.m. induite dans ce bobinage sera la résultante de 2 f.e.m. d'amplitudes et de fréquences différentes.
Voyons à présent l'influence de la résultante des F.m.m.
sur le bobinage inducteur de pas polaire T/2.
<EMI ID=67.1>
On obtient finalement
<EMI ID=68.1>
On remarque comme précédemment que le second terme est nul sauf pour q = 1,2,4. Deux solutions sont donc à retenir :
<EMI ID=69.1>
<EMI ID=70.1>
<EMI ID=71.1>
nant dans le sens inverse du rotor avec une vitesse v et par conséquent fixe par rapport au bobinage inducteur, son action sera donc équivalente à une réaction d'induit.
2[deg.] - g = 1.
<EMI ID=72.1>
Correspond à un champ pulsant dans le rotor, se décomposant
en une Fmm directe et inverse de vitesse relative v par rapport au rotor.
Une de ces Fmm se comportera comme une réaction d'induit
(fixe par rapport au stator) l'autre induira dans le bobinage inducteur une fem gênante.
REMARQUE : Un schéma de raisonnement identique permettrait la
<EMI ID=73.1>
sur les différents enroulements.
Les considérations théoriques précédentes, ont eu pour but de montrer qu'il était possible conformément à l'invention de réaliser une machine tournante réalisant deux fonctions différentes dans un même circuit magnétique et dont le rotor suivant la théorique susdécrite est simplifiée à 1 ' extrême .
Le bobinage rotorique relativement complexe que requiérerait une telle machine a pu être remplacé par un système de jeu de
<EMI ID=74.1>
théorie montre qu'il ne peut être que triphasé ou monophasé.
Il est a remarquer que le système triphasé présente l'avantage considérable de limiter au maximum les interactions entre les bobinages inducteurs et induits du stator (figure 5).
D'autre part, l'angle 2a qui traduit l'espacement entre les barres en court-circuit sera choisi en fonction de divers critères que seul le calcul d'une machine pour une application bien spécifique pourra rendre optimal.
Notons encore que dans le système triphasé lorsque 2a est choisi égal à 120[deg.], deux barres successives se confondent et le système se réduit à la figure 6, dans lequel les espacements entre barres sont identiques.
<EMI ID=75.1>
la somme vectoriele des courants triphasés correspondants
<EMI ID=76.1>
Ce cas est particulièrement intéressant car :
- le nombre de barres est réduit de moitié;
- le courant total dans les barres est réduit d'environ 13%;
- le rotor peut être exécuté tel qu'un rotor de moteur asynchrone à cage, sans isolation des barres par rapport à la masse.
Cette disposition a été utilisée pour l'exemple pratique décrit dans la figure 3. L'enroulement induit utilisé dans le stator est ici du type diphasé.
Si l'accent a été plus particulièrement mis ci-avant sur la version alternateur de la machine selon l'invention, ceci
ne constitue en aucune manière une limitation.
En effet, on peut prévoir, en vue de réaliser un moteur synchrone, de relier ledit premier enroulement à une source
de courant polyphasé et le deuxième enroulement à une source
de courant continu.
De même, pour obtenir un moteur asynchrone (hyposynchrone
"Rotating electric machine" The present invention relates to a rotating electric machine, which can be produced in the form of a synchronous alternator, a synchronous, asynchronous or synchronized asynchronous motor.
Machines of this type, more particularly those of relatively low power, are for the most part fitted with ring and brush collectors, despite the fact that the latter have many disadvantages: wear, contact loss, sparks, etc. The reason is that the addition of an exciter would excessively increase their cost price.
To illustrate the above, it may be noted that all mass-produced motor vehicles are currently still fitted with ring and brush alternators, despite the considerable advantages which the removal of these elements would bring.
Other techniques (permanent magnets, immobilization of the inductor, variable reluctance machines, wound rotors, etc.) have been developed, but their implementation involves technological complications such that their marketing is limited to very specific cases. (explosive, or particularly corrosive atmospheres ...).
Among these techniques, there is known in the current state of the art (see British patent n [deg.] 712.372) a rotary electrical machine of the type comprising a fixed part and a coaxial movable part, in which the fixed part comprises a first and a second winding and the movable part a third winding, the first and second windings having multiple polar steps even or submultiple even one of the other and a mutual mutual inductance, the third winding being single and closed on itself- even, the arrangement being such that the first winding can generate an inductive field inducing currents in the third winding, the latter generating an inductive field, in relative rotation relative to the movable part, of the same polar pitch as the second winding and interacting magnetically with the latter.
This alternator has many disadvantages including:
- a significant complexity of the rotor winding making the cost of the machine prohibitive for its commercialization in large series;
- the presence of a complex rotor winding prevents the adoption of high rotational speeds and therefore of obtaining high specific powers;
- the reduced reliability, well known, of a machine with a wound rotor.
The present invention aims to provide a machine without collector rings or brushes having none of the aforementioned disadvantages.
More particularly, the invention aims to provide a rotary machine of the type envisaged, performing two different functions in the same magnetic circuit, the rotor of which is simplified to the extreme.
To this end, a machine according to the invention, of the type comprising a fixed part and a coaxial movable part, is substantially characterized in that the fixed part carries a first and a second winding and the mobile part a third winding, the first and second windings having multiple even or sub-multiple even polar steps of one another and a zero mutual inductance, the third winding being single and closed on itself, the arrangement being such that the first winding can generate a inductive field inducing currents in the third winding, the latter generating an inductive field in relative rotation relative to the movable part, of the same polar pitch as the second winding and interacting magnetically with the latter,
characterized in that this third winding consists of a number of busbars, each of which comprises two interconnected bars, said number of busbars being equal to the number of pairs of poles of the stator winding with the largest pole pitch in the case of a single-phase realization of the rotor, that is to say the triple of this number of pairs of poles in the case of a three-phase realization.
As will appear more clearly from the description below, these provisions, by making it possible to develop different functions in the same magnetic circuit, allow
<EMI ID = 1.1>
the iron and copper requirements and to realize the mobile part according to a technique similar to that of an asynchronous cage rotor.
For clarity, the invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 schematically shows a machine according to the invention; Figure 2 is a section along the line II-II of Figure 1; and Figures 3 to 6 explain the embodiment of the rotor of a machine according to the invention.
The machine shown in Figures 1 and 2 is a synchronous alternator, comprising a fixed part or stator 1 and a mobile part or rotor 2 concentric, made of sheets
<EMI ID = 2.1>
carries twelve notches and the new rotor.
<EMI ID = 3.1>
six coils, T pitch and a second winding
<EMI ID = 4.1>
area T '= 2T.
The mutual inductance between the windings 3 and 4 is zero.
The rotor 2 carries nine bars 5.
For alternator operation, a continuous excitation current is injected into the first winding 3, while the rotor 2 is driven with a speed n (t / sec).
<EMI ID = 5.1>
area T relative to the stator and this induced flux in the bars
<EMI ID = 6.1>
poles thus formed (twelve, in this example).
By a judicious and particular arrangement of the bars-
<EMI ID = 7.1>
in the opposite direction of rotor 2 and having the action of
<EMI ID = 8.1>
ternator in short circuit;
<EMI ID = 9.1>
sense that the rotor _2 and, in this example, of polar pitch
Pl
<EMI ID = 10.1>
The relative speed of rotation of Fmm2 compared to
fl
rotor 2 is n = �.
<2>
<EMI ID = 11.1>
speed equal to
<EMI ID = 12.1>
In this example, n2 is therefore 3n.
<EMI ID = 13.1>
due to the low number of rotor notches and the over-
<EMI ID = 14.1>
<EMI ID = 15.1>
the air gap can easily reach values of the order of 1.1T. In addition, the pole pitch is doubled.
<EMI ID = 16.1>
<EMI ID = 17.1>
The characteristics described above lead to a winding 4 in which the number of turns necessary to induce a given fem is considerably reduced compared to the state of the art. Likewise, the armature reactions are reduced in the same ratio, which has a favorable effect on the winding 3.
It will also be noted that the extreme simplicity of the rotor leads to a machine whose limiting rotational speeds can be extremely high. This aspect also contributes to the production of a machine with very high specific power.
It has been said above that the rotor bars 5 must be judiciously arranged. This is explained below with reference to Figures 3 to 6.
<EMI ID = 18.1>
by some polar pitch blades T (fig. 3-1) and a three-rotor
<EMI ID = 19.1>
<EMI ID = 20.1>
V being the linear speed of the rotor relative to the stator.
The output of this e-s winding is connected to a second
<EMI ID = 21.1>
second winding is such that it is crossed by the currents induced in the winding e-s, it is the seat of an fmm moving in the same direction as the rotor, with a speed re-
<EMI ID = 22.1>
<EMI ID = 23.1>
It can be noted in Figure 3 (III) that the mutual inductance between e and E is zero and that certain notches
are crossed by currents of the same phase and amplitude but in opposite directions, this due to the arrangement of the windings in the approach of the invention. The winding can therefore be reduced, at the level of the active parts, to the configuration shown in (IV) in FIG. 3, in which certain notches could have been eliminated with their conductors. As the return path of the conductors is indifferent, the winding is reduced to that indicated in (V) in Figure 3, in which the two start coils are combined.
This arrangement offers many advantages:
- simplification of the rotor winding;
- reduction in the quantity of copper or aluminum to be used;
- considerable increase in the flow that can be channeled;
- sharp reduction in rotor reactances;
- winding reduced to a few bars, confined in the same magnetic circuit.
The magnetomotive Fmm thus generated in the rods
<EMI ID = 24.1>
<EMI ID = 25.1>
<EMI ID = 26.1>
<EMI ID = 27.1>
<EMI ID = 28.1>
which will be the seat of the alternator output fem. This same flux, given the configuration of the windings (not polar of multiple pairs), will not generate fem in the excitation winding (or more exactly the total sum of fem is zero).
In order to extend the above, we can consider a rotor developed according to FIG. 4. In relation to this rotor, the stator will include p pairs of poles with polar pitch T, these p pairs of blades may either include:
A.- A pole pitch inductor winding T and a winding
<EMI ID = 29.1>
B.- A single or polyphase induced coil of polar pitch T and a polar pitch inductor T / 2.
Note that in both cases, these two windings have zero mutual inductance, while the rotor includes p busbars (each busbar constituting a closed turn whose angular opening is equal to 2a (Figure 4b).
VERSION A.
The scrolling of the p busbars with a speed v in the induction of the stator poles y induces a current of the form
i = I max sin w (t-to)
If to is chosen so that in t - o
i = I max, the current in each busbar is
<EMI ID = 30.1>
The magnetomotive force (F.m.m.) has the form given by figure 4c.
Decomposed into Fourier series this F.m.m. can be written
<EMI ID = 31.1>
<EMI ID = 32.1>
constituting a system q phase, assumed direct in its number
<EMI ID = 33.1>
The Fourier series development of the jeme busbar will be of the form
<EMI ID = 34.1>
If, as before, to is chosen so that the
<EMI ID = 35.1>
<EMI ID = 36.1>
<EMI ID = 37.1>
development in Fourier series of q busbars and determine the F.ri.m. resulting, and consequently its action on the polar pitch winding T.
We obtain
<EMI ID = 38.1>
either so
<EMI ID = 39.1>
we know that
<EMI ID = 40.1>
We immediately see that:
a) for g 2 the sum contained in the second member of F.m.m. is identically zero.
Y = l
We have then
<EMI ID = 41.1>
what constitutes a F.m.m. amplitude
<EMI ID = 42.1>
rotation of the rotor with a speed v and therefore fixed relative to the stator field of polar pitch T. This F.m.m then constitutes an armature reaction.
b) q = 2.
We obtain
<EMI ID = 43.1>
which corresponds to a F.m.m. pulsating with polar pitch T, decomposing into 1 term corresponding to an armature reaction
(as in the case q> 2), the other term producing in the stator a pulsating Fmm very troublesome for the inductor and not being able (in the case where the inductor is supplied with direct current), to be eliminated only by means of a stator cage
of polar pitch T.
<EMI ID = 44.1>
Same result as with q = 2, the amplitude being halved for the same current in the bars.
Let us now consider the harmonic corresponding to y = 2 in the Fourier series development of the q busbars and determine the resulting F.m.m and its action on the winding of polar steps T / 2.
We have
<EMI ID = 45.1>
is
<EMI ID = 46.1>
As before, we can easily see <EMI ID = 47.1> for q = 1 <EMI ID = 48.1> for q = 1 and q = 3.
It follows from the above that the only acceptable values of q for an interaction between the coils of polar pitch T and T / 2 to be produced is limited to the values of q = 1
and q = 3.
By q = 3 we finally get
<EMI ID = 49.1>
<EMI ID = 50.1>
same direction as the rotor with a speed v / 2 and sweeping by
<EMI ID = 51.1>
speed v + v / 2, which will then be the seat of the output electromotive forces.
For q = 1 we would have
<EMI ID = 52.1>
corresponding to a pulsating F.m.m with respect to the rotor, which
breaks down into two amplitude F.m.m
<EMI ID = 53.1>
turning in opposite directions at a speed v / 2 relative to the rotor,
<EMI ID = 54.1>
<EMI ID = 55.1>
for the second and will induce 2 fem of different frequency and amplitudes there.
VERSION B.
Keeping the same rotor arrangement, suppose now that the stator has 2 p pairs of inductor poles
<EMI ID = 56.1>
<EMI ID = 57.1>
If the relative speed of the stator with respect to the rotor is cons
<EMI ID = 58.1>
<EMI ID = 59.1>
By determining the resulting harmonic corresponding to y = 1
(and consequently its action on the induced winding of polar pitch .. one obtains
<EMI ID = 60.1>
We easily notice that <EMI ID = 61.1> q = 3. <EMI ID = 62.1> if Ci = 3.
<EMI ID = 63.1>
<EMI ID = 64.1>
polar T moving relative to the rotor with a speed 2v, it will sweep the induced winding of polar pitch T with a speed 3v which will then be the seat of the output fem.
if g = 1.
<EMI ID = 65.1>
In this case, we notice that the induced winding of pitch
<EMI ID = 66.1>
ves with respect to this winding are 3v and -v respectively. The f.e.m. induced in this winding will be the result of 2 f.e.m. of different amplitudes and frequencies.
Let us now see the influence of the result of the F.m.m.
on the T / 2 pole pitch inductor winding.
<EMI ID = 67.1>
We finally get
<EMI ID = 68.1>
We note as above that the second term is zero except for q = 1,2,4. Two solutions are therefore to be retained:
<EMI ID = 69.1>
<EMI ID = 70.1>
<EMI ID = 71.1>
nant in the opposite direction of the rotor with a speed v and therefore fixed relative to the field winding, its action will therefore be equivalent to an armature reaction.
2 [deg.] - g = 1.
<EMI ID = 72.1>
Corresponds to a pulsating field in the rotor, decomposing
in a direct and inverse Fmm of relative speed v with respect to the rotor.
One of these Fmm will behave as an armature reaction
(fixed with respect to the stator) the other will induce an annoying emf in the inductor winding.
NOTE: An identical reasoning scheme would allow the
<EMI ID = 73.1>
on the different windings.
The foregoing theoretical considerations were intended to show that it was possible, in accordance with the invention, to produce a rotary machine performing two different functions in the same magnetic circuit and whose rotor according to the above-described theory is simplified to the extreme.
The relatively complex rotor winding that such a machine would require could be replaced by a play system.
<EMI ID = 74.1>
theory shows that it can only be three-phase or single-phase.
It should be noted that the three-phase system has the considerable advantage of limiting as much as possible the interactions between the inductor and induced windings of the stator (FIG. 5).
On the other hand, the angle 2a which translates the spacing between the bars in short circuit will be chosen according to various criteria that only the calculation of a machine for a very specific application can make optimal.
Note also that in the three-phase system when 2a is chosen equal to 120 [deg.], Two successive bars merge and the system is reduced in FIG. 6, in which the spacings between bars are identical.
<EMI ID = 75.1>
the vector sum of the corresponding three-phase currents
<EMI ID = 76.1>
This case is particularly interesting because:
- the number of bars is halved;
- the total current in the bars is reduced by around 13%;
- The rotor can be executed such as an asynchronous cage motor rotor, without isolation of the bars from the ground.
This arrangement was used for the practical example described in FIG. 3. The induced winding used in the stator is here of the two-phase type.
If the accent was put more particularly above on the alternator version of the machine according to the invention, this
does not in any way constitute a limitation.
Indeed, provision may be made, in order to produce a synchronous motor, to connect said first winding to a source
polyphase current and the second winding to a source
direct current.
Similarly, to obtain an asynchronous motor (hyposynchronous