Machine électrique à courant continu. L'invention est relative à une machine à courant continu, et elle consiste en ce que le redressement du courant est produit par in version de l'aimantation des parties inductri ces de la carcasse magnétique qui influencent les bobines d'armature, inversion de flux qui est obtenue par l'inversion de courants rela tivement faibles destinés à exciter les par ties inductrices de la carcasse.
Le dessin annexé montre, à titre d'exem ple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention; La fig. 1 représente, en coupe verticale, une génératrice munie d'un enroulement unique d'induction magnétique et d'un en roulement unique d'armature; Les fig. 2 à 6 montrent les enroulements de cette génératrice dans leurs positions re latives principales; Les fig. 7 et 8 sont des diagrammes; La fig. 9 montre la disposition d'un com mutateur de court-circuitage; La fig. 10 montre une disposition de l'ex citation de la machine au moyen d'une source à courant continu; La fig. 11, enfin, montre une machine à courant continu avec deux bobinages pour deux tensions différentes.
La génératrice d'essai selon la fig. 1 comprend une armature à élément unique b dont le noyau horizontal, à faible rémanence, par exemple en fer feuilleté, se termine en deux pôles b2, b3 et porte un enroulement b4 qui est connecté aux bornes b41, b42. Ces bornes sont branchées, après passage par un interrupteur c, avec le circuit extérieur qui comprend, par exemple, une batterie à char ger d1. Le rotor de cette génératrice contient un élément e magnétiquement inducteur porté par deux bras radiaux en matière non magnétique, ledit élément étant équilibré par un contrepoids.
Le noyau e1 de cet inducteur en fer feuil leté porte les deux masses polaires e2, e3. Les dimensions des masses polaires de l'armature et de l'inducteur doivent différer dans la di rection de la périphérie du rotor. L'enroule ment d'aimantation de l'inducteur est dé signé par e4. Sur la fig. 2, ce sont les mas- ses polaires de l'inducteur qui sont plus lar ges que celles de l'armature, mais ce rapport pourrait être inversé.
L'enroulement d'aimantation e4 n'est pas parcouru par un courant continu, mais par une série de courants de directions alterna tivement opposées. La phase et la durée de ces courants doivent être telles que, lors de l'approchement ou de l'éloignement des mas ses polaires, il soit engendré, dans l'arma ture, des courants de direction identique, ce qui naturellement n'est possible que pour le cas où l'inducteur subit un changement de son sens d'aimantation dans le voisinage de la superposition des masses polaires de l'in ducteur et de l'armature.
Etant donné, d'au tre part, que lors de la disparition et de la réapparition d'un flux magnétique, lors du changement du sens d'aimantation des induc teurs, il se produirait (par un effet de transfor mation statique) des courants de sens opposé dans tout enroulement embrassant ce flux, la génératrice ne pourra fournir, exclusive ment, des courants de direction identique que si on a recours à des moyens qui empêchent les effets de cette alternance momentanée du sens du courant excitant de se manifester dans le circuit extérieur. Dans l'exemple montré sur la fig. 1, ce moyen consiste à utiliser des interrupteurs c (ou des dispositifs équivalents, par exemple des commutateurs rotatifs de mise hors circuit).
Les interrup teurs c ou leurs équivalents sont fermés tant que les pôles de l'inducteur et de l'armature se rapprochent, sont ouverts pendant l'inver sion du flux et sont refermés lorsque lesdits pôles s'éloignent. Le courant alterné pour l'enroulement e4 peut être fourni, soit par une excitatrice à courant alternatif (non repré sentée sur la fig. 2) qui est calée sur l'arbre de la génératrice, soit, comme le montre la dite fig. 1, par une source f de courant con tinu dont l'effet sur e4 est gouverné par un commutateur g. L'avantage de la machine représentée réside surtout en ce que le ren versement ou commutation du sens du cou rant n'a plus lieu dans l'armature, mais dans le circuit d'aimantation, où circule un courant relativement faible qui représente à peine cinq pour-cent de l'énergie du circuit extérieur.
En examinant les fig. 2 à 6, on se rend facilement compte que l'on obtient dans le circuit extérieur des pulsations d'une direc tion identique. La fig. 2 montre la large masse polaire e3, supposée un pôle nord, au moment où elle passe sous la surface po laire étroite de l'armature b3. Etant donné la direction, indiquée sur la, figure du cou rant d'aimantation, et le sens de rotation de l'inducteur indiqué par la flèche h, il résulte, dans l'enroulement b4 un courant induit qui passe de la borne positive b41 à la borne né gative b42. La fig. 7 montre un diagramme du courant induit en fonction du temps. Son ordonnée marquée par "2" correspond à l'in tensité du courant induit dans une position de l'inducteur telle que représentée sur la fig. 2. La fig. 8 est un diagramme du cou rant d'aimantation.
La fig. 3 montre la posi tion suivante, où le flux nord dans l'élé ment induit a déjà atteint son maximum et où toute induction sur b4 vient de cesser. Dans cette position, le courant induit est donc nul, ordonnée 3 de la fig. 7, et on peut ouvrir l'interrupteur c. En même temps, il faut que l'intensité du courant d'aimanta tion, jusque là restée approximativement constante, diminue jusqu'à zéro; c'est ce qui a lieu pour la fig. 4 où les lignes radiales médianes des masses polaires se superposent. A partir de cette position, le courant d'ai mantation doit croître dans le sens inverse pour atteindre de nouveau une intensité nor male. L'inversion du courant d'aimantation doit être terminée dans la position du pôle inducteur telle que montrée sur la fig. 5.
Dans la position de la fig. 5, l'interrupteur c est fermé, le flux venant d'atteindre son maximum, dans le sens inverse, le pôle induc teur étant devenu un pôle sud. Le temps qui est disponible pour effectuer l'inversion du flux dépend de la différence des dimen sions tangentielles des masses polaires. Dans les positions du pôle sud (S) montrées sur les fig. 5 et 6 et les positions intermédiaires, il se produit dans l'armature b4 et dans le circuit extérieur un courant de même sens que le précédent (fig. 7) ainsi qu'on peut fa cilement s'en rendre compte par application par exemple de la loi de Lenz.
On obtient donc des courants de même sens et ce d'une intensité aussi importante que désirée, pen dant que, pour obtenir l'inversion du flux dans l'inducteur, on a affaire comme déjà dit qu'à un courant d'aimantation relative ment faible.
Dans une forme d'exécution de la ma chine, les éléments induits, tels que b4 sont branchés d'une façon appropriée, en série, en parallèle ou en série parallèle, tout en éli minant ou en diminuant les effets d'induc tion indésirable qui ont lieu à la manière d'un transformateur ordinaire, par suite de l'inversion du courant d'aimantation dans l'enroulement e4. Comme montré sur la fig. 1, on peut placer hors circuit, au moyen d'in terrupteurs (c), la bobine b4 subissant l'in duction à, partir ,des parties inductrices de la machine. On peut aussi (non représenté) in tercaler en série avec la bobine b, pendant le temps de la durée de cette induction, des ré sistances très grandes qui abaissent la va leur du courant indésirable à une valeur peu gênante.
Il va de soi que l'interrupteur c peut être remplacé par un commutateur rota tif réalisant périodiquement la mise hors cir cuit de la bobine b4. Puisqu'on ne garde que les courants s'écoulant dans la direction utile, on peut brancher ensemble d'une façon ap propriée les bobines qui sont le siège de tels courants.
Au lieu d'avoir recours à. un commuta teur de mise hors circuit, on peut, en prin cipe, se servir aussi d'un commutateur de court-circuitage qui empêche, au moyen d'un court-circuit momentané, la manifestation de la tension induite de celle des bobines (d'une génératrice à plusieurs bobines) qui subit la dite induction à partir des parties inductives de la machine. Ainsi on peut empêcher l'ac tion du courant alternatif induit sur le cir cuit extérieur. Un tel commutateur de hors- circuitage par court-circuitage est représenté sur la fig. 9. Celle-ci montre seulement les bobines induites (telles que b4) d'une géné ratrice supposée à huit bobines induites.
L'en semble d'aimants inducteurs non représenté est supposé contenir cinq bobines d'aimanta tion alimentées, par exemple, au moyen d'une petite excitatrice, non représentée, fournis sant le courant alternatif polyphasé appro prié. Le commutateur de court-circuitage comprend une portion rotative et une por tion fixe. Cette dernière est divisée en huit secteurs dont l'un est subdivisé en deux demi-secteurs, qui sont séparés l'un de l'au tre par un interstice périphérique plus grand que celui des autres secteurs restant entiers.
Le circuit extérieur commence par l'un des- dits demi-secteurs et finit par l'autre, ainsi que le montre la figure, le circuit intérieur commençant et finissant par les mêmes demi- Secteurs. Ce circuit intérieur est formé par les huit bobines induites b4. Chacune de ces huit bobines est à cheval sur deux secteurs adjacents. La portion rotative du commuta teur de court-circuitage est un disque et con tient cinq balais isolés, les uns des autres. Ces balais sont disposés radialement par pai res, selon un pas tangentiel identique, sur ledit disque qui agit comme porte-balai et participe à la rotation de l'arbre de la géné ratrice.
Les cinq balais sont calés de façon telle, par rapport aux bobines induites de la génératrice, qu'elles court-circuitent toujours celle desdites bobines qui subit, par suite de changement de flux dans l'un des inducteurs, l'induction indésirable. De ce fait, ces induc tions restent sans effet pour le circuit exté rieur de la génératrice, puisque lors d'un court-circuitage, il n'y a pas de tension ap préciable aux bornes du court-circuit. Ruant au courant utile intérieur de la génératrice, il peut passer à travers le balai même qui opère le court-circuitage. Il faut remarquer que cette élimination du courant indésirable, par voie de court-circuitage, représente non seulement une perte d'énergie, mais encore rend plus difficile l'inversion du flux dans les pôles inducteurs.
Le dispositif par court- circuitage ne peut donc être appliqué qu'ex- ceptionnellement, et la préférence peut être donnéè, généralement, à des commutateurs de mise hors-circuit.
On peut, au lieu d'utiliser une excita- trice à courant alternatif, se servir d'une source à courant continu à condition de lui adjoindre un commutateur approprié, tel que celui représenté sur la fig. 10. Ce commu tateur est applicable à une génératrice com prenant cinq éléments inductéurs e4 repré sentés et huit éléments, par exemple des bo bines, induits (non représentés). Le commu tateur représenté sur ladite fig. 10 permet de tirer, de la batterie j, huit inversions de courant par tour de commutateur.
Chacune des bobines d'aimantation des éléments e de la génératrice est branchée, conformément à la fig. 10, à deux balais voisins du com mutateur, ces balais étant prévus par paires, les balais de la même paire étant placés à 45 de distance angulaire l'une de l'autre sur la périphérie d'un disque isolant qui agit comme porte-balai rotatif. Ce porte-balai tourne à. la vitesse de l'arbre de la génératrice et contient cinq paires de balais, dix balais en tout, puisque la génératrice est supposée comprendre cinq bobines d'aimantation.
La paire de balais qui, sur la fig. 10, est la voi sine de la. paire connectée à la bobine y dé signée par e4, est décalée de façon qu'il y ait un angle de 27 entre deux balais voi sins appartenant à des paires distinctes, cha cune des paires de balais successives étant décalée de façon identique et connectée aux enroulements d'aimantation c4. Les dix balais glissent sur une couronne faite de huit sec teurs dont l'ensemble forme la portion fixe du commutateur. La source de courant con tinu j est connectée, par l'une de ses bornes, à la moitié desdits huit secteurs, donc à quatre secteurs, d'un rang par exemple pair, et par l'autre de ses bornes aux secteurs du rang impair, ainsi que le montre la fig. 10. Il en résulte que deux secteurs adjacents pos sèdent des polarités opposées.
Comme le porte- balai rotatif est entraîné par l'arbre de la génératrice, les inversions de courant ont lieu, dans les bobines d'aimantation e4, de la façon conforme au but poursuivi.
La machine électrique décrite peut être réalisée non seulement comme génératrice, mais aussi comme moteur et comme conver tisseur rotatif pour la transformation en ten sion d'un courant continu. Pour obtenir un convertisseur, il suffit de placer, sur chaque noyau de bobine, b (fig. 11), non plus une seule bobine devant subir l'induction utile, mais deux bobines induites à nombre de spi res différents. Les bobines à enroulements de nombre moindre e4 sont branchées en semble, en utilisant un commutateur de, mise hors-circuit ou de mise en court- circuit non représenté; de même sont bran chées ensemble les bobines e400 dont le nom bre de spires est plus élevé. Les premières bobines engendrent donc un courant continu d'une tension moindre que les secondes.
Une telle machine à deux enroulements distincts petit travailler soit comme génératrice, four nissant à la fois des courants de haute et de basse tension, soit comme moteur pour ten sions différentes, soit encore comme conver tisseur rotatif pour courant continu trans formant la basse tension d'un secteur à cou rant continu (k1) en la haute tension d'un second secteur (k100) de courant continu, ou vice-versa. On peut aussi placer plus de deux enroulements induits sur le même noyau ma gnétique.