Convertisseur électrique à enroulements non rotatifs. L'objet de l'invention est un convertisseur électrique à enroulements non rotatifs, com portant deux noyaux magnétiques portant chacun un enroulement, dont l'un reçoit d'une source extérieure des courants électriques créant dans les noyaux des variations de champ magnétique, lesdites variations de champ induisant dans le second enroulement des tensions utilisables sur un circuit ex térieur, les sections de l'un au moins des mêmes enroulements étant connectées aux lames d'un collecteur fixe, sur lequel frottent des. balais mobiles, et les deux noyaux (qui sont de préférence des corps de rotation co axiaux) étant séparés l'un de l'autre par un entrefer à réluctance réglable, ce qui permet un réglage de la tension fournie.
Le dessin annexé représente schématique ment une forme d'exécution de l'objet de l'in vention donnée à titre d'exemple.
Dans ce dessin, 1 est un premier noyau de tôle, en forme de cylindre creux, obtenu de préférence en enroulant sur une armature métallique un long ruban d'acier pour dyna mos. 2 est un bâti sur lequel le noyau est boulonné d'une façon quelconque. 3 est un enroulement monophasé ou polyphasé, ana logue, sous tous les rapports, à celui que comporte, par exemple, tout stator de moteur asynchrone, mais placé sur l'une des faces latérales du noyau, de préférence dans des alvéoles.
4 est un deuxième noyau semblable au premier, si ce n'est pas le nombre et la forme des alvéoles. 5 est un enroulement logé égale ment dans des alvéoles, de préférence, et tout à fait analogue à celui que porte l'induit d'une dynamo à courant continu, mais placé sur une face latérale du noyau 4, cette dite face étant montée, dans l'ensemble du con vertisseur, en regard de celle qui-, dans le noyau 1, porte le bobinage 3.
Sur le dessin, on a figuré entre les noyaux 1 et 4 un entre- fer dont on peut faire varier la longueur en éloignant ou rapprochant le noyau 4 du noyau 1. 6 est un collecteur auquel sont connectées les diverses sections du bobinage 5, selon l'un ou l'autre des schémas employés dans les dynamos à courant continu; la surface frot- tante de ce collecteur est, de préférence, inté- rieure. 7 est un deuxième bâti sur lequel sont boulonnés le noyau 4 et le collecteur 6. Ce bâti 7 est susceptible de se déplacer légère ment dans le sens de l'axe commun des noyaux, ceci afin de permettre de faire varier la lon gueur de l'entrefer.
Sur le dessin, on a figuré le deuxième bâti 7 porté par des rouleaux 8-8 qui en facilitent le déplacement.
9-9 sont des bras de forme quelconque, centrés, par exemple, sur l'armature de cha cun de noyaux 1 et 4 et comportant des cous sinets 10.
On voit qu'aucun des organes décrits jus qu'ici n'est rotatif.
11 est un arbre pouvant tourner dans les coussinets 10, et portant des bras 12 sur les quels sont montés, avec interposition de ma tières isolantes, des tiges 13 sur lesquelles sont fixés des porte-balais non figurés sur le dessin; le nombre des lignes de porte-balais dépend d'ailleurs, comme dans tout induit de dynamo à courant continu, du schéma de bo binage adopté. Les lignes de porte-balais de même polarité sont reliées à deux bagues métalliques isolées et fixées sur l'arbre 11, bagues qui n'ont également pas été figurées sur le dessin, et sur lesquelles frottent des balais.
L'arbre 11 peut être actionné d'une façon quelconque, à une vitesse choisie d'avarice, par exemple par un petit moteur auxiliaire.
Le fonctionnement de l'objet de l'inven tion est le suivant: Lorsque les balais frottant sur les bagues reliées électriquement aux tiges 13 sont bran chés sur une source de courant continu, l'arbre 11 et les porte-balais qu'il entraîne étant d'ailleurs supposés un instant au repos, le courant qui circule dans les spires de l'en roulement 5 crée de champs magnétiques qui se ferment sur eux-mêmes, en partie dans l'entrefer et en partie dans le noyau 1. Le nombre des pôles magnétiques dépend d'ail leurs du schéma d'enroulement choisi pour l'enroulement 5.
Si, maintenant, on suppose que l'arbre 11, avec ses porte-balais, tourne, il est évident que les champs magnétiques tourneront égale- ment avec la même vitesse angulaire que les balais; en se déplaçant, ils couperont les con ducteurs de l'enroulement 5 et créeront, dans ce dernier, une force contre-électromotrice qui limitera l'intensité absorbée sur la source extérieure; c'est ce qui se passe dans un mo teur à courant continu, à induit rotatif, où l'intensité du courant absorbé sur le circuit extérieur est proportionnelle à la différence entre la tension dudit circuit et la force contre-électromotrice des enroulements.
Il est donc établi que, par suite de la rotation des balais, la source extérieure de courant continu crée dans le noyau 4 des champs magnétiques tournant autour de l'axe de rotation, champs qui se ferment, cri tra versant l'entrefer, sur, le noyau 1 et y tour nent à la même vitesse que dans le noyau 4.
Ces champs coupent, dans leur mouvement, les conducteurs de l'enroulement 3 et créent dans cet enroulement une force électromotrice que l'on peut utiliser dans un circuit exté rieur sous une forme quelconque, par exemple sous forme 1 De courant monophasé si l'enroulement 3 comporte un seul circuit, 2 De courant bi- ou triphasé s'il en com porte deux ou trois, ou encore, selon une va riante non figurée sur le dessin, 3 Sous forme de courant continu, s'il com porte également des sections reliées à un col lecteur, comme dans un induit de dynamo à courant continu, le collecteur étant cependant fixe et les balais mobiles.
On voit que le convertisseur est réver sible, c'est-à-dire que, si dans l'exemple re présenté schématiquement, on alimente l'en roulement 3 par une source de courant alter natif polyphasé, on pourra obtenir, aux bor nes de l'enroulement 5, un courant continu à condition d'actionner les porte-balais à une vitesse bien déterminée.
En résumé, on peut donc, au moyen du convertisseur faisant l'objet de l'invention, transformer à titre tension quelconque: 1 Du courant continu en courant continu, 20' Du courant continu en courant mono- ou polyphasé, 3 Du courant mono- ou polyphasé en courant continu.
Le rapport de "conversion", c'est-à-dire le rapport entre la tension "primaire" (soit, celle de la source de courant sur laquelle le convertisseur est branché) et celle qu'il four nit (la tension "secondaire") dépend princi palement du nombre de spires des enroule ments 3 et b. Ce rapport des tensions peut cependant être modifié, dans certaines limites, par exemple en vue d'un réglage (automati que ou non) de la tension secondaire, en faisant varier la longueur de l'entrefer exis tant entre les deux noyaux, et cela par un simple déplacement (automatique ou non) du bâti mobile 7 le long de l'axe du convertisseur.
Enfin, dans le cas de transformation du courant mono- ou polyphasé en courant con tinu, par exemple, l'arbre 11 portant les porte- balais sera actionné par un moteur synchrone quelconque en vue de réaliser la concordance parfaite entre le déplacement du flux magné tique et la rotation des balais.
Ilva sans dire, d'ailleurs, que toutes les règles de la construction des machines électriques, soit à courant continu, soit à courant alternatif, no tamment celles qui concernent la bonne com mutation aux collecteurs, seront appliquées à l'objet de l'invention. Il sera notamment facile de munir le convertisseur de pôles auxi liaires de commutation, tournant avec les porte-balais et destinés à réduire les effets nuisibles de la force électromotrice de self- induction des bobines court-circuitées pendant la commutation.
Un pourra enfin donner au convertisseur la forme générale d'un moteur asynchrone, le réglage de la tension s'obtenant par dé placement de l'armature le long de son axe.
Electric converter with non-rotating windings. The object of the invention is an electric converter with non-rotating windings, comprising two magnetic cores each carrying a winding, one of which receives from an external source electric currents creating in the cores variations of magnetic field, said field variations inducing in the second winding voltages usable on an external circuit, the sections of at least one of the same windings being connected to the blades of a fixed collector, on which rub. movable brushes, and the two cores (which are preferably coaxial rotation bodies) being separated from each other by an adjustable reluctance air gap, which allows adjustment of the voltage supplied.
The appended drawing shows schematically an embodiment of the subject of the invention given by way of example.
In this drawing, 1 is a first sheet core, in the form of a hollow cylinder, preferably obtained by winding on a metal frame a long steel tape for dyna mos. 2 is a frame to which the core is bolted in some way. 3 is a single-phase or polyphase winding, analogous, in all respects, to that which comprises, for example, any stator of an asynchronous motor, but placed on one of the side faces of the core, preferably in cells.
4 is a second nucleus similar to the first, except for the number and shape of the cells. 5 is a winding also housed in cells, preferably, and quite similar to that carried by the armature of a direct current dynamo, but placed on a lateral face of the core 4, this said face being mounted, in the whole of the converter, opposite that which, in the core 1, carries the winding 3.
In the drawing, there is shown between the cores 1 and 4 an air gap, the length of which can be varied by moving the core 4 away from or closer to the core 1. 6 is a collector to which the various sections of the coil 5 are connected, according to either of the schemes used in direct current dynamos; the rubbing surface of this collector is preferably interior. 7 is a second frame on which the core 4 and the collector 6 are bolted. This frame 7 is capable of moving slightly in the direction of the common axis of the cores, in order to allow the length of the tube to be varied. 'air gap.
In the drawing, there is shown the second frame 7 carried by rollers 8-8 which facilitate its movement.
9-9 are arms of any shape, centered, for example, on the frame of each of cores 1 and 4 and having sinet necks 10.
It can be seen that none of the organs described so far is rotary.
11 is a shaft capable of turning in the bearings 10, and carrying arms 12 on which are mounted, with the interposition of insulating materials, rods 13 on which are fixed brush holders not shown in the drawing; the number of brush holder lines also depends, as in any direct current dynamo armature, on the winding scheme adopted. The lines of brush holders of the same polarity are connected to two isolated metal rings fixed to the shaft 11, rings which have also not been shown in the drawing, and on which brushes rub.
The shaft 11 can be actuated in any way, at a selected speed of avarice, for example by a small auxiliary motor.
The operation of the object of the invention is as follows: When the brushes rubbing on the rings electrically connected to the rods 13 are connected to a direct current source, the shaft 11 and the brush holders which it drives being moreover assumed for a moment at rest, the current which circulates in the turns of the bearing 5 creates magnetic fields which close on themselves, partly in the air gap and partly in the core 1. The the number of magnetic poles also depends on the winding scheme chosen for winding 5.
If, now, it is assumed that the shaft 11, with its brush holders, is rotating, it is obvious that the magnetic fields will also rotate with the same angular speed as the brushes; while moving, they will cut the conductors of the winding 5 and will create, in the latter, a counter-electromotive force which will limit the intensity absorbed on the external source; this is what happens in a direct current motor, with a rotary armature, where the intensity of the current absorbed on the external circuit is proportional to the difference between the voltage of said circuit and the counter-electromotive force of the windings.
It is therefore established that, as a result of the rotation of the brushes, the external source of direct current creates in the core 4 magnetic fields revolving around the axis of rotation, fields which close, cry crossing the air gap, on , kernel 1 and there turn at the same speed as in kernel 4.
These fields cut, in their movement, the conductors of winding 3 and create in this winding an electromotive force which can be used in an external circuit in any form, for example in the form of 1 Single-phase current if the winding 3 comprises a single circuit, 2 Of two- or three-phase current if it comprises two or three, or again, according to a variant not shown in the drawing, 3 In the form of direct current, if it also comprises sections connected to a drive neck, as in a direct current dynamo armature, the collector being however fixed and the brushes moving.
We see that the converter is reversible, that is to say that, if in the example shown schematically, the bearing 3 is supplied by a source of polyphase alternating native current, we can obtain, at the terminals of the winding 5, a direct current provided that the brush holders are actuated at a well determined speed.
In summary, it is therefore possible, by means of the converter forming the subject of the invention, to transform at any voltage: 1 From direct current into direct current, 20 'From direct current into single or polyphase current, 3 From single current - or polyphase in direct current.
The "conversion" ratio, that is to say the ratio between the "primary" voltage (that is, that of the current source to which the converter is connected) and that which it supplies (the "secondary" voltage ") depends mainly on the number of turns of windings 3 and b. This voltage ratio can however be modified, within certain limits, for example with a view to an adjustment (automatic or not) of the secondary voltage, by varying the length of the air gap existing between the two cores, and this by a simple movement (automatic or not) of the movable frame 7 along the axis of the converter.
Finally, in the case of transformation of the single or polyphase current into direct current, for example, the shaft 11 carrying the brush-holders will be actuated by any synchronous motor in order to achieve the perfect match between the displacement of the magnetic flux. tick and rotating brushes.
It goes without saying, moreover, that all the rules for the construction of electric machines, either direct current or alternating current, in particular those relating to the correct switching of the collectors, will be applied to the subject of the invention. In particular, it will be easy to provide the converter with auxiliary switching poles, rotating with the brush holders and intended to reduce the harmful effects of the electromotive force of self-induction of the coils short-circuited during switching.
Finally, one can give the converter the general shape of an asynchronous motor, the voltage adjustment being obtained by moving the armature along its axis.