Génératrice électrostatique. La présente invention concerne une géné ratrice électrostatique qui, en pratique, est particulièrement applicable aux dispositifs de faible puissance.
La génératrice conforme à l'invention comporte un bâti formé, d'une part, de flas ques en matière isolante et, d'autre part, d'in dueteurs fixes conducteurs constitués par des segments cylindriques en nombre pair qui entretoisent ces flasques, bâti dans lequel est monté à rotation un arbre sur lequel est calé au moins un noyau en matière isolante portant à sa péri phérie, en regard des inducteurs conducteurs fixes, des transporteurs conducteurs mobiles de la machine, constitués également par des #egments cylindriques divisés transversale ment, en au moins deux groupes constituant chacun un rotor, au moins un des rotors étant.
un rotor principal et au moins un autre un rotor auxiliaire. Chacun desdits transporteurs conducteurs est relié électriquement à une tou che conductrice qui coopère avec des balai. reliés alternativement, pour ceux correspon dant à un rotor principal, respectivement à la masse de la génératrice constituée par une enveloppe métallique étanche contenant un milieu de grande rigidité diélectrique, et à un conducteur de sortie isolé par rapport à cette masse, et, pour ceux correspondant à un rotor auxiliaire, respectivement à l'un des induc teurs fixes et à un point de la géné ratrice se trouvant à un potentiel pratique- ment constant en fonctionnement normal.
Les bords actifs des transporteurs conducteurs d'un rotor principal. et des inducteurs conducteurs fixes, au moins dans la région où ceux-ci font face au rotor principal, ont une épaisseur mar ginale au moins égale aux deux tiers de l'épais seur de gaz séparant un inducteur conducteur fixe d'un transporteur conducteur du rotor principal, lorsque ces organes sont en regard au mcins partiellement.
Comme point de la machine se trouvant à un potentiel pratiquement constant en fonc tionnement normal, on peut mentionner en premier lieu le conducteur de sortie isolé.
Deux exemples de la génératrice. selon l'in vention sont décrits plus en détail ci-après avec référence aux dessins annexés dans les quels Fig. 1 est une vue en coupe schématique axiale d'une génératrice ne comportant qu'un seul rotor auxiliaire.
Fi-. 2 est une vue en coupe suivant II-II de fig. 1.
Fi;. 1 est une coupe par III-III de fig. 1.
Vig. 4 est une coupe, semblable à, celle re présentée à, 1a fib. 1, d'une génératrice coin- portant deux rotors auxiliaires.
Fig. 5 montre une vue en coupe suivant V, --V, de fig. 4.
F'ig. 6, 7, 8 représentent, à plus grande échelle, des portions de vues. en coupe trans- versale montrant, différents profils convena bles des organes conducteurs fixes et mobiles.
Les parties fixes de la génératrice com portent deux flasques I. et 2, en matière iso lante, portant deux pièces conductrices 3 et -1, par exemple métalliques, en forme de seg rnents c@-lindriques: les inducteurs 3 et 4 limi tent un volume cylindrique à l'intérieur du quel se trouvent les organes tournants. Ceux- ci comportent un rotor principal qui fournit l'énergie électrique destinée aux récepteurs et un ou plusieurs rotors auxiliaires fixés sur le même arbre et fournissant l'énergie électrique nécessaire à l'excitation de la génératrice.
Le rotor principal comprend une pièce isolante 5, de forme cylindrique, fixée sur un arbre 6 et qui porte extérieurement deux pièces conductrices 7 et 8, par exemple métal liques, également en forme de segments cylin driques. Ces pièces conductrice, qui consti tuent les transporteurs d'électricité, sont re liées électriquement à des touches conduc trices 9 et 10, sur lesquelles frottent des ba- la is conducteurs 11. et 12, reliés, l'un à, la masse de- l'appareil, foi-nié par un cylindre métallique étanche 1.3 rempli de gaz com primé, l'autre à la sortie isolée 14 qui permet de recueillir le courant fourni par la géné ratrice.
Ces liaisons électriques sont assurées respectivement par des conducteurs 15 et 16 qui peuvent être, par exemple, des fils de dia mètre suffisamment élevé.
Le ou les rotors auxiliaires comportent les mêmes pièces; seules leurs dimensions sont plus réduites. Dans la suite de la description, les organes correspondants des rotors auxi liaires et principal seront désignés par les mêmes chiffres, qui seront accentués dans le cas des rotors auxiliaires.
Les pièces conductrices fixes (inducteurs) 3 et 4 et les transporteurs 7 et 8 présentent, sur leurs bords actifs, une épaisseur au moins égale aux deux tiers de: l'épaisseur de gaz sé parant un inducteur fixe d'un transporteur quand ceux-ci sont en regard au moins par tiellement et que la différence de potentiel entre eux a la valeur la plus grande qu'elle puisse prendre au cours d'un cycle de fonc- tionnement normal de la machine.
D'autre part, pour éviter des pertes préjudiciables par la formation d'étincelles, d'ai-rette#, d'effluves ou autres phénomènes analogues, on donne à ces bords actifs une forme déterminée, de façon comme en elle-même, pour assurer une bonne répartition du champ, pour que ledit cliarnp reste en tout. point. inférieur ou au plus égal à la rig=idité diélectrique du gaz isolant au point, considéré.
On obtient ainsi la puissance maxima, déterminée par les ca pacités respectives des organes conducteurs fixes et mobiles, la. rigidité diélectrique du gaz comprimé et l'épaisseur de gaz susmen tionnée.
11 convient, en général, de donner aux in- dueteurs et aux transporteurs une épaisseur marginale sensiblement égale à. l'épaisseur de gaz mentionnée précédemment, ou supérieure, leurs bords actifs pouvant présenter un pro fil tel que celui représenté à. la fig. 6.
L'épais seur des pièces conductrices, dans les régions éloignées des bords, peut. être quelconque. Si cette épaisseur est. choisie plus, petite que l'épaisseur marginale nécessaire, il faut. épais sir progressivement la pièce à, l'approche des bords actifs, comme il est représenté en coupe à la fig. 7.
8i on choisit, au contraire, comme épaisseur générale des pièces conductrices, une épaisseur supérieure à l'épai@ seur marginale né cessaire, il suffit de donner aux bords un profil favorable tel que celui qui est figuré en coupe dans la fig. 8, conformément à ce qui a été mentionné plus haut.
Ces règles correerrrent particulièrement le rotor principal et les pièces conductrices fixes 3 et 4. dans les ré gions où elles lui font face; quand les rotors auxiliaires n'ont à fournir qu'une puissance insignifiante, comme cela arrive générale ment, il n'est pas indispensable de\ les leur appliquer strictement. Il sera toutefois né cessaire de donner aux transporteurs 7', 8', 7", 8" une épaisseur marginale appréciable, comparable à celle donnée aux transporteurs principaux 7 et 8.
Dans l'exemple de génératrice à. un seul rotor auxiliaire, représenté aux fig. 1 à 3, l'inducteur conducteur fixe 4 est relié au balai de débit 1.2 par le fil conducteur 16 et à la sortie isolée 14 par simple contact, le balai 12' étant relié à l'inducteur conducteur fixe 3 par le fil conducteur 1.6' et les deux balais Il. et 1.1' étant reliés à la masse, res pectivement par les fils 15 et 15'.
Si 2 f' représente la différence de poten tiel maxima pouvant exister, lors d'un fonc tionnement normal, entre les inducteurs fixes 3 et 4 et les transporteurs 7 et 8 quand ils sont en regard au moins partiellement, l'in- diicteur -fixe 3 est porté à un potentiel voi sin de<B>+</B> T', tandis que l'autre inducteur fixe 4 a un potentiel voisin de T- U.
Sous l'influence de l'inducteur fixe 3, les transporteurs principaux 7 et 8 acquièrent, au cours de la rotation de L'arbre 6, grâce au balai 11 et . aux touches 9 et 10, des charges de signe opposé à, celui de 3, charges qui leur sont. fournies par la masse. Ils emportent ces charges avec eux, quand le contact des tou ches et du balai 11 se rompt., et leur potentiel s'élève alors en valeur absolue.
Ils viennent. ensuite en contact, par l'intermédiaire des touches 9 et 10, avec le balai 12 et cèdent leur charge au récepteur extérieur par l'in termédiaire de la chaîne conductrice formée des organes 12, 16, 4 et 14, avec ledit poten tiel voisin de ;F <I>Il.</I> Puis le cycle recommence.
Le rotor auxiliaire fonctionne de la même façon, l'inducteur 4 induisant une eliarge sur les transporteurs 7' et 8' quand ces derniers sont eu relation avec la masse par le fil con- duetcur 15', le balai I1' et les touches con ductrices 9' et 10' solidaires des transpor teurs 7' et 8', tandis que l'inducteur 3 favo rise la décharge des transporteurs 7' et 8' et reçoit, par ailleurs, l'électricité transportée par ces derniers,
par l'intermédiaire du balai i 12' et du fil conducteur 1.6' reliant le balai 12' à l'inducteur 3. Le rotor auxiliaire entre tient donc, comme il est connu, la charge de l'inducteur 3 par un apport d'électricité com pensant ses pertes et, par ailleurs, l'ensemble c s'électrise spontanément dès qu'on le met en rotation, assurant ainsi l'amorçage de la gé nératrice.
Il convient de donner aux touches conduc trices 9, 10, 9', 10' sur lesquelles viennent frotter ].es balais, une ouverture angulaire, et aux balais une position telle que le contact touelie-balai s'établisse, lors du régime habi tuel de la génératrice, au moment où la dif férence de potentiel touche-balai est voisine <B>(le</B> zéro. On évite ainsi des étincelles défavo rables à la bonne conservation de la géné ratrice et une dissipation d'énergie électrique préjudiciable au rendement. Pour parvenir à, ce résultat, on donne généralement aux touches chi rotor principal une ouverture an gulaire voisine de la moitié de l'angle couvert par un transporteur, soit 80 à 90 environ.
Quand les capacités parasites sont relatives ment importantes, comme il arrive particu lièrement dans le rotor auxiliaire, il convient de prendre une ouverture angulaire plus faible. 5 à 70 par exemple.
On peut choisir pour les pièces conduc- triees fixes 3 et 4 et mobiles 7, 8, 7' et 8' suie ouverture angulaire différente de 180 , leur surface étant toujours cylindrique. On peut leur donner, par exemple, une ouverture de 180 /n, avec 2ü inducteurs et 2n transpor teurs sur le rotor principal, les pièces con ductrices fixes, d'une part, et mobiles, d'antre part, pouvant.
alors être réunies électrique ment de deux en deux de faon à constituer deux groupes jouant respectivement le même rôle que les pièces 7, 7' et 8, $', d'une part., et 3 et 4, d'autre part. Il convient dans ce cas de donner aux touches conductrices, sur lesquelles viennent frotter les balais, une ou verture voisine de 180 /2n ou inférieure à cette valeur si les capacités parasites sont re lativement importantes.
Dans la construction du rotor principal, il convient. de diminuer le phis possible les capacités parasites entre arbre et transpor teurs, ainsi qu'entre les transporteurs eux- mêmes, car ces capacités diminuent la puis sance de façon notable. Dans ce but, il est important d'utiliser, pour la constitution du noyau 5, un isolant de constante diélectrique aussi réduit que possible, de préférence infé rieur à 4, et d'évider le plus possible cet iso- lant, dans la mesure compatible avec sa ré sistance mécanique, ainsi qu'il est représenté à titre d'exemple aux fig. 6, 7 et 8.
La génératrice représentée aux fig. 4 et 5 comporte, outre le rotor principal constitué par le noyau 5 et les transporteurs 7 et 8, deux rotors auxiliaires comprenant respec tivement les noyaux 5' et 5" et les trans porteurs; 7' et 8', d'une part, et 7" et 8", d'autre part.
Les balais 11 et 12, coopérant. avec le ro tor principal, sont reliés respectivement, par l'intermédiaire des fils conducteurs 7.5 et 16, à l'enveloppe conductrice étanche 13 consti tuant la masse de l'appareil et à la sortie iso lée 14. Les balais 11' et 12', coopérant avec le premier rotor auxiliaire, sont reliés respec tivement, par l'intermédiaire des fils conduc teurs 15' et 16', à l'enveloppe 13 et à la pièce conductrice fixe 3.
Enfin, les balais 11" et l2", coopérant avec le second rotor auxiliaire, sont reliés respectivement, par l'intermédiaire des fils conducteurs 15" et 16", à l'enveloppe 13 et à la pièce conductrice 4.
Lors du fonctionnement de la génératrice, l'inducteur 3 est porté à un potentiel voisin de + U, 2 U ayant la même signification que ci-dessus, tandis que l'autre inducteur 4 est porté à un potentiel voisin de -. 2 U.
Sous l'influence de l'organe 3, les transporteurs 7 et 8 du rotor principal acquièrent par l'intermédiaire des touches 9 et 10 et du balai 11 une charge d'un signe opposé à celle de l'organe 3. Ils emportent cette charge avec eux, quand le contact avec le balai 11 est rompu, et viennent ensuite en relation avec le balai 12 relié à la sortie isolée 14 et cèdent leur charge, par son intermédiaire, au récep teur extérieur, puis lui retirent une charge de signe opposé, grâce à l'influence de l'or gane 4.
Cette charge est emportée par les transporteurs 7 et 8 quand leur relation avec 12 est rompue; puis transmise à la masse par le balai 1.1, et le cycle recommence.
Les rotors auxiliaires fonctionnent de fa çon analogue. Pour l'un d'eux, c'est l'induc teur 4 qui induit une charge sur les trans porteurs 7' et 8' quand ils sont en relation avec la masse par le balai 11' et le fil 15'; tandis que l'inducteur 3 favorise la décharge des transporteurs quand ils sont en contact avec le balai 12', lui-même relié à l'inducteur 3 par le fil conducteur 16'. Ce rotor auxi liaire entretient. donc la charge de l'induc teur 3 par un apport d'électricité.
Pour l'au tre rotor auxiliaire, c'est l'inducteur 3 qui induit une charge sur les transporteurs 7" et 8" quand ils sont en relation avec la masse par le balai 1.l" et le fil conducteur 15"; tan dis que l'inducteur 4 favorise la décharge des transporteurs 7" et 8" quand ils sont en rela tion avec le balai 12", lui-même relié à l'or gane 4 par le fil conducteur 16". Ce rotor auxiliaire entretient la charge de l'inducteur 4. On pourrait également emprunter la charge des transporteurs 7" et 8" non pas à la masse, mais à la sortie isolée 14 de la génératrice.
Il convient de donner, comme précédem ment, et pour les mêmes raisons, aux touches conductrices 9 et 10 du rotor principal et à celles 9', 10', 9" et 10" des rotors secondaires, sur lesquelles viennent frotter les balais, une ouverture angulaire appropriée. Il faut éga lement donner aux balais une position telle que, lorsque la génératrice fonctionne en ré gime normal, le contact touchebalai s'éta blisse au moment où la différence de potentiel touche-balai est voisine de zéro.
Pour parve nir à ce résultat, il convient de donner aux touches du rotor principal une-ouverture an gulaire voisine des deux tiers de l'angle cou vert par un transporteur, soit 7.10 à. 120 dans le cas des fig. 4 et 5. En ce qui concerne les touches 9', 10', 9", 10" des rotors auxiliaires, leur ouverture doit généralement être plus réduite, surtout lorsque les capacités para sites jouent un rôle important.
Comme précédemment, on peut utiliser, un nombre d'organes conducteurs fixes et/ou de transporteurs supérieur à. deux. Il con vient également de réduire autant que pos sible les capacités parasites du rotor princi pal.