Machine électrostatique à organes mobiles conducteurs. La présente invention se rapporte aux ma chines électrostatiques motrices ou généra trices à organes mobiles conducteurs. Elle a notamment. pour but de perfectionner ces ma chines pour obtenir des génératrices débitant un courant sensiblement constant et. des ma chines motrices absorbant un courant prati quement constant.
Dans les machines de ce type, actuelle ment connues, l'électricité est apportée de fanon discontinue au circuit d'utilisation par les transporteurs conducteurs. C'est la raison pour laquelle l'intensité du courant qui par court le circuit n'est pas constante, mais subit une variation périodique dont la période est égale à la durée du cycle de fonctionnement de la machine.
Ces variations d'intensité sont particulière ment marquées dans les machines où les transporteurs sont formés de larges surfaces conductrices cylindriques, comme dans les ma chines modernes dérivées des anciennes ma chines genre Taepler.
I1 en résulte des inconvénients lors de l'utilisation de telles machines électrostatiques à l'alimentation de certains appareils, tels que tubes à rayons X, convertisseurs électro niques d'images, microscopes électroniques, où il est important que les fluctuations de la tension et, partant, du courant soient infé rieures à une certaine limite.
Il est possible de réduire les fluctuations du courant et de la tension en branchant, comme il est connu, un condensateur de ca pacité suffisante entre les pôles de la ma chine. Mais ce procédé présente des inconvé nients résultant du prix, du poids et de l'en combrement de tels condensateurs et du dan ger de leur décharge accidentelle à l'intérieur de la machine, qui risque d'occasionner des avaries importantes, en raison de la grande énergie qu'ils contiennent.
Pour remédier à ces divers inconvénients, le demandeur a cher ehé le moyen de réaliser des machines électro statiques à organes mobiles conducteurs à courant constant, c'est-à-dire dont le courant débité ou absorbé par la machine, même en l'absence de condensateur de filtrage, soit d'intensité fixe dans le temps, on ne subisse que des variations relatives si faibles qu'elles soient pratiquement négligeables.
La machine électrostatique faisant l'objet de l'invention comprend un nombre pair d'organes inducteurs conducteurs disposés sy métriquement autour de l'axe de rotation d'un rotor portant un nombre impair d'or ganes transporteurs conducteurs, isolés les uns des autres et disposés pour passer succes sivement sous des inducteurs pendant la ro tation du rotor. Ces transporteurs sont dis posés symétriquement et selon une surface cylindrique autour dudit axe de rotation et présentent tous la même surface. Des touches reliées électriquement auxdits transporteurs sont, portées par le rotor et disposées symétri quement autour de son axe. Chacune des deux bornes de la machine est reliée à au moins deux balais disposés pour entrer successive ment en contact avec les touches.
La largeur angulaire de chaque touche est telle, et ces balais sont décalés angulairement entre eux d'un angle tel que lorsqu'un balai entre en contact et respectivement quitte une touche donnée, un autre balai quitte et respective ment entre en contact avec une autre touche, ceci de façon que pendant la rotation du ro tor le nombre de balais en contact avec les touches reste constant.
La description qui suit indique, à titre d'exemple et en référence au dessin annexé, une forme d'exécution de la machine selon l'invention.
La fig. 1 est un diagramme représentant la variation du courant recueilli par 1-m des balais de cette inachipe, fonctionnant en<B>gé-</B> nératrice.
La fig. 2 est une vue schématique en pers pective de ladite machine.
La machine représentée comprend mi ro tor portant cinq transporteurs 201, 202, 203, 204, 205, isolés entre eux, constitués par des segments cylindriques conducteurs d'environ 70 d'ouverture. Ce rotor est entouré par un stator comportant deux inducteurs 21, 21a entre lesquels sont disposés deux inducteurs auxiliaires 22, 22a, chacun de ces inducteurs étant. formé d'un segment cylindrique conduc teur d'environ 90 d'ouverture.
Les deux inducteurs 21 et 21a et les deux inducteurs auxiliaires 22 et 22a sont reliés respective ment à des sources de courant continu, cons tituées par des générateurs 50 et 51, de façon à maintenir les inducteurs 21, 21a à un po tentiel valant par exemple -U et les induc teurs auxiliaires 22 et 22a à un potentiel + 2U.
Chaque transporteur est muni d'une touche de contact 231, 232, 233, 234 ou 235 de 36 d'ouverture, sur laquelle viennent frotter, d'une part, deux balais de masse 24, 24a et, d'autre part, deux balais de débit 25, 25a reliés électriquement à la boille 26 qui est le pôle isolé de la machine. Les points de con tact des quatre balais 24 et 25, 24a et 25a for ment les quatre sommets d'un carré.
Quand le balai 25 quitte la touche de contact 231, aussitôt le balai 25a entre en contact avec la touche 233, le rotor étant supposé tourner dans le sens des aiguilles d'une montre, comme indiqué par la flèche. Cette figure représente la machine au moment où le balai 24 a. juste quitté la touche 235 et le balai 24a est entré cri contact avec la touche 232. Ces fermetures et ouvertures simultanées de contact entre les balais et les touches ont lieu de façon telle qu'à. chaque instant un transporteur et lin seul soit tou jours relié au pôle isolé 26.
Ces transpor teurs fourniront un courant d'intensité instantanée constante pendant. le débit, si les potentiels des inducteurs 21, 21a, d'une part, et des inducteurs 22, 22a, d'autre part, sont suffisamment constants. Cette constance est convenablement assurée par l'interconnexion des inducteurs 21 et 2lca et respectivement des inducteurs 22 et. 22a., car chaque induc teur d'une paire d'inducteurs diamétralement opposés se trouve alternativement en phase inductive avec lin transporteur. Cette cons tance est en outre d'autant plus grande que la capacité de chacune des paires d'inducteurs avec la. masse est, plus grande.
Pendant le fonctionnement de la machine, chaque transporteur passe successivement sous un inducteur 21 ou 21a., puis sous un induc teur auxiliaire 22 ou 22a.. Pendant son passage sous un inducteur, qui est. au potentiel --L-, le transporteur est relié à la masse par un balai 24 ou 24a, de sorte que son potentiel est égal à celui de la masse. Pendant ce temps, le transporteur reçoit une charge induite + Q, qui est déterminée par sa capacité avec l'inducteur considéré et par le potentiel -U de cet inducteur.
Puis, par suite de la rotation d11 rotor, la liaison entre la masse et. ce transporteur est interrompue et le potentiel du transporteur reste constant tant que ce dernier se trouve entièrement en face de l'inducteur.
La rotation du rotor se poursuivant, le transporteur vient progressivement en regard d'un inducteur auxiliaire qui est au potentiel + 2U, tandis qu'il quitte l'inducteur princi- pal. Le potentiel du transporteur augmente proportionnellement à sa surface se trouvant en face de l'inducteur auxiliaire. Avant que ce potentiel ait. atteint son maximum, le trans porteur est. relié, par un balai 25 ou 25a, au pôle isolé 26, auquel le potentiel du transpor teur, compris entre -1r' et + 2Z', est appli qué. La valeur de ce potentiel dépendra du circuit extérieur de la machine.
Le potentiel du transporteur reste donc pratiquement constant, ainsi d'ailleurs que le courant qu'il débite, tant qu'il se trouve relié au pôle 26 par ledit balai. Le transporteur vient ensuite de nouveau en regard d'un. inducteur principal 21 ou 21a, de sorte que son potentiel retombe à une valeur sensible ment égale à celle du potentiel de masse. A ce moment, le transporteur vient de nouveau en contact avec la masse par un balai 24 ou 24a et le cycle décrit ci-dessus recommence.
La fig.V 1 représente, sous forme de dia gramme, l'intensité du courant recueilli par un des balais 25 ou 25a. Comme la largeur angulaire de chaque touche 23, c'est-à-dire sa largeur prise selon une circonférence centrée sur l'axe du rotor est égale à l'espace compris entre ces touches, chaque balai 25 ou 25a re cueille un courant constant pendant un dixième de tour du rotor, tandis que pendant le dixième de tour suivant il se trouve entre deux touches.
Comme le nombre de transpor teurs et donc de touches est impair et que les balais 25 et 25a sont. diamétralement opposés, au moment où l'un des balais quitte une tou che, l'autre entre en contact avec une autre touche, et réciproquement, de sorte que le courant délivré par les deux balais 25 et 25a au pôle 26 est pratiquement constant.
La machine représentée à la fig. 2 com prend cinq transporteurs, deux inducteurs principaux et deux inducteurs auxiliaires, mais il est bien entendu que leur nombre pourrait être choisi différemment, pour autant que le nombre des inducteurs soit pair et que celui des transporteurs soit impair. Au lieu de deux balais par borne dé bitant chacun pendant la moitié du temps, on pourrait prévoir trois balais par borne, débi- tant pendant un tiers ou deux tiers du temps, ou d'une façon générale un balai débitant pendant n/m du temps, n étant un nombre inférieur à m.
Dans ce cas, si chaque balai débite un courant à. dents carrées d'intensité Io, l'ensemble débite un courant constant d'in tensité nIo. Il convient aussi de remarquer que les inducteurs auxiliaires ne sont pas indis pensables et qu'ils pourraient être supprimés. Toutefois, leur présence permet d'augmenter le débit de la machine.
Dans l'exemple précité, le potentiel initial des transporteurs était celui de la masse, mais les balais 24 et 24a pourraient aussi être re liés à une source d'un potentiel différent de celui de la masse.
L'invention permet de réaliser des ma chines électrostatiques dont le courant ne va rie pas de plus de 1% au cours d'une période de fonctionnement, de telle sorte que sans le secours d'aucun condensateur de filtrage on peut réaliser une constance de courant suffi sante pour la plupart des applications.
A l'aide de condensateurs de très faible valeur, qui peuvent dans bien des cas être constitués par les capacités naturelles des or ganes de la machine et du récepteur, il est facile de réduire les fluctuations relatives du courant à moins de 1/looo et même 1/loooo.
Il est possible d'ailleurs de compenser de façon connue les irrégularités résiduelles du courant par un compensateur non représenté sur le dessin annexé, constitué par un conden sateur variable de profil convenable dont l'ar mature mobile est fixée sur l'axe et en rela tion électrique avec la masse, tandis que l'ar mature fixe isolée est en relation électrique avec le pôle de la machine. Il est toujours possible de choisir le profil de ce condensa teur, de telle sorte qu'il fournisse le courant supplémentaire nécessaire pour rendre cons tant le courant de la machine lorsque ce lui-ci est légèrement trop faible et absorbe le courant. en excès lorsque le courant de la machine est légèrement trop fort.
La cons tance très approchée du courant fourni par la machine permet de donner au compensa- teur un encombrement réduit, très petit par rapport à celui de la machine elle-même.
L'invention vient d'être décrite comme étant appliquée aux machines génératrices, mais, ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus, elle est également applicable aux machines électro statiques motrices à transporteurs conduc teurs. Elle permet de réaliser des moteurs électrostatiques absorbant im courant cons tant, ce qui est très avantageux pour l'utili sation des générateurs et des lignes dès que la puissance est importante. Ces machines fournissent un couple moteur beaucoup plus régulier que celles qui ne bénéficient pas de l'invention et peuvent démarrer d'elles-mêmes dans toutes les positions de leur rotor, puis qu'il y a toujours au moins un transporteur en relation avec la ligne d'alimentation.
Electrostatic machine with conductive moving parts. The present invention relates to electrostatic motor or generator machines with conductive moving parts. She notably. for the purpose of improving these machines to obtain generators delivering a substantially constant current and. motor machines absorbing a practically constant current.
In machines of this type, currently known, electricity is supplied as a discontinuous dewlap to the use circuit by the conductive carriers. This is the reason why the intensity of the current which by short the circuit is not constant, but undergoes a periodic variation whose period is equal to the duration of the operating cycle of the machine.
These variations in intensity are particularly marked in machines where the conveyors are formed by large cylindrical conductive surfaces, as in modern machines derived from old machines of the Taepler type.
This results in drawbacks when using such electrostatic machines to power certain devices, such as X-ray tubes, electronic image converters, electron microscopes, where it is important that fluctuations in voltage and , therefore, the current are below a certain limit.
It is possible to reduce the fluctuations of the current and the voltage by connecting, as is known, a capacitor of sufficient capacity between the poles of the machine. But this process has drawbacks resulting from the price, weight and size of such capacitors and the danger of their accidental discharge inside the machine, which risks causing significant damage, due to the great energy they contain.
To remedy these various drawbacks, the applicant has sought the means of producing electro-static machines with movable elements which conduct constant current, that is to say whose current supplied or absorbed by the machine, even in the absence filter capacitor, or of fixed intensity over time, we only experience relative variations so small that they are practically negligible.
The electrostatic machine forming the subject of the invention comprises an even number of conductive inductor members arranged sy metrically around the axis of rotation of a rotor carrying an odd number of conductive conveyor organs, isolated from each other. and arranged to pass successively under inductors during the rotation of the rotor. These carriers are arranged symmetrically and on a cylindrical surface around said axis of rotation and all have the same surface. Keys electrically connected to said conveyors are carried by the rotor and arranged symmetrically about its axis. Each of the two terminals of the machine is connected to at least two brushes arranged to successively come into contact with the keys.
The angular width of each key is such, and these brushes are angularly offset from each other by an angle such that when a brush comes into contact and respectively leaves a given key, another brush leaves and respectively comes into contact with another. key, this so that during the rotation of the roller the number of brushes in contact with the keys remains constant.
The following description indicates, by way of example and with reference to the appended drawing, an embodiment of the machine according to the invention.
Fig. 1 is a diagram representing the variation of the current collected by 1-m of the brushes of this inachipe, operating as a <B> generator </B>.
Fig. 2 is a schematic perspective view of said machine.
The machine shown comprises mi ro tor carrying five conveyors 201, 202, 203, 204, 205, isolated from one another, constituted by conductive cylindrical segments of approximately 70 opening. This rotor is surrounded by a stator comprising two inductors 21, 21a between which are arranged two auxiliary inductors 22, 22a, each of these inductors being. formed of a cylindrical conductor segment of approximately 90 ° opening.
The two inductors 21 and 21a and the two auxiliary inductors 22 and 22a are respectively connected to direct current sources, constituted by generators 50 and 51, so as to maintain the inductors 21, 21a at a potential equal to for example -U and the auxiliary inductors 22 and 22a at a potential + 2U.
Each conveyor is provided with a contact key 231, 232, 233, 234 or 235 of 36 opening, on which rub, on the one hand, two mass brushes 24, 24a and, on the other hand, two flow brushes 25, 25a electrically connected to the ball 26 which is the isolated pole of the machine. The contact points of the four brushes 24 and 25, 24a and 25a form the four vertices of a square.
When the brush 25 leaves the contact key 231, immediately the brush 25a contacts the key 233, the rotor being supposed to rotate clockwise, as indicated by the arrow. This figure represents the machine at the moment when the brush 24 a. just left the key 235 and the brush 24a entered cry contact with the key 232. These simultaneous closings and openings of contact between the brushes and the keys take place in such a way that. every moment a carrier and linen alone is always connected to the isolated pole 26.
These transpor ters will supply a current of constant instantaneous intensity during. the flow rate, if the potentials of inductors 21, 21a, on the one hand, and inductors 22, 22a, on the other hand, are sufficiently constant. This constancy is suitably ensured by the interconnection of inductors 21 and 2lca and respectively inductors 22 and. 22a., Because each inductor of a pair of diametrically opposed inductors is alternately in inductive phase with the carrier. This constancy is also all the greater as the capacity of each of the pairs of inductors with the. mass is, greater.
During the operation of the machine, each conveyor passes successively under an inductor 21 or 21a., Then under an auxiliary inductor 22 or 22a .. During its passage under an inductor, that is. at the potential --L-, the transporter is connected to the ground by a brush 24 or 24a, so that its potential is equal to that of the mass. During this time, the transporter receives an induced charge + Q, which is determined by its capacity with the considered inductor and by the -U potential of this inductor.
Then, as a result of the rotation of the rotor, the connection between the mass and. this transporter is interrupted and the potential of the transporter remains constant as long as the latter is entirely in front of the inductor.
As the rotation of the rotor continues, the conveyor progressively faces an auxiliary inductor which is at potential + 2U, while it leaves the main inductor. The potential of the carrier increases in proportion to its surface area in front of the auxiliary inductor. Before that potential had. reaches its maximum, the carrier is. connected, by a brush 25 or 25a, to the insulated pole 26, to which the potential of the carrier, between -1r 'and + 2Z', is applied. The value of this potential will depend on the external circuit of the machine.
The potential of the carrier therefore remains practically constant, as well as the current which it delivers, as long as it is connected to the pole 26 by said brush. The carrier then again comes next to a. main inductor 21 or 21a, so that its potential drops to a value substantially equal to that of the ground potential. At this moment, the conveyor again comes into contact with the mass by a brush 24 or 24a and the cycle described above begins again.
Fig.V 1 represents, in the form of a diagram, the intensity of the current collected by one of the brushes 25 or 25a. As the angular width of each key 23, that is to say its width taken along a circumference centered on the axis of the rotor is equal to the space between these keys, each brush 25 or 25a receives a constant current during a tenth of a revolution of the rotor, while during the next tenth of a revolution it is between two touches.
As the number of conveyors and therefore of keys is odd and the brushes 25 and 25a are. diametrically opposed, when one of the brushes leaves a key, the other comes into contact with another key, and vice versa, so that the current delivered by the two brushes 25 and 25a to the pole 26 is practically constant.
The machine shown in fig. 2 com takes five carriers, two main inductors and two auxiliary inductors, but it is understood that their number could be chosen differently, as long as the number of inductors is even and that of the transporters is odd. Instead of two brushes per bollard each de biting half the time, one could provide three brushes per bollard, delivering one third or two thirds of the time, or generally one broom delivering n / m of the time. time, n being a number less than m.
In this case, if each brush delivers a current to. square teeth of intensity Io, the assembly delivers a constant current of intensity nIo. It should also be noted that the auxiliary inductors are not essential and could be omitted. However, their presence makes it possible to increase the throughput of the machine.
In the above example, the initial potential of the carriers was that of the mass, but the brushes 24 and 24a could also be linked to a source with a potential different from that of the mass.
The invention makes it possible to produce electrostatic machines, the current of which does not vary by more than 1% during an operating period, so that without the help of any filtering capacitor it is possible to achieve a constancy of sufficient current for most applications.
Using very low value capacitors, which in many cases may be formed by the natural capacities of the machine and receiver organs, it is easy to reduce the relative fluctuations of the current to less than 1/1000 and even 1 / loooo.
It is moreover possible to compensate in a known manner for the residual irregularities of the current by a compensator not shown in the appended drawing, consisting of a variable capacitor of suitable profile, the movable arm of which is fixed on the axis and in relation to it. electrical connection with the mass, while the isolated fixed mature ar is in electrical relation with the pole of the machine. It is always possible to choose the profile of this capacitor, so that it provides the additional current necessary to make the machine current constant when it is slightly too low and absorbs the current. in excess when the machine current is slightly too strong.
The very approximate consistency of the current supplied by the machine makes it possible to give the compensator a reduced size, very small compared to that of the machine itself.
The invention has just been described as being applied to generating machines, but, as has been indicated above, it is also applicable to electro-static motor machines with conducting conveyors. It makes it possible to produce electrostatic motors absorbing a constant current, which is very advantageous for the use of generators and lines as soon as the power is important. These machines provide a much more regular motor torque than those which do not benefit from the invention and can start by themselves in all the positions of their rotor, since there is always at least one conveyor in relation to the feeder.