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Machine électrique amplificatrice à collecteur demande de Brevet Français en sa faveur du 4 Octobre 1946.
On sait qu'en faisant varier la puissance d'exci- tation d'une dynamo dont l'induit est en rotation par rap- port à l'inducteur, on recueille une variation de puissance beaucoup plus grande au bornes de son induit. Le rapport de ces puissances est sensiblement constant lorsque le circuit magnétique n'est pas saturé, 'et il est normalement de l'ordre de 100.
On sait,, d'autre part, qu'on obtient une dynamo .amplificatrice à deux étages,avec la dynamo Ronsenberg dont l'excitation principale est fournie par l'induit lui-même grâce à la mise en court-circuit'de cet induit par deux ba- lais transversaux dont l'axe fait un certain angle avec la ligne neutre de la machine.
L'amplification de ce type de dynamo est le produit de celui de deux dynamos ordinaires, c'est-à-dire 10.000.
Les balais transversaux flottent sur la zone active du collecteur où la différence de potentiel entre lames est maxmum. Il en résulte une mauvaise commutation de ces ba- lais lorsque la tension de fonctionnement ést élevée. Il
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faudrait, dans ce cas, augmenter le nombre de lames du collec- teur, mais on est vite limité dans cette voie par le diamètre élevé qu'il faut donner au collecteur.
La présente invention a pour objet une machine élec- trique à collecteur à grande amplification entre la puissance d'excitation et la puissance recueillie, et ne présentant pas les inconvénients précités (la puissance recueillie, électri- que dans le cas d'une ddynamo, mécanique dans le cas d'un mo- teur, est, naturellement, due à une source extérieure de puis- sance, mécanique dans le cas de la dynamo, électrique dans le cas du moteur).
Cette machine ¯¯Peut être à deux ou plus de deux étages d'amplification, donnant ainsi des amplifications
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de 10 .660;à 1.000.000.
Cette machine,utilisable chaque fois qu'on dispose d'une puissance d'excitation très faible fournie par exemple
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par une cellule phofo-électrique, un récepteur radio, etc... est remarquable notamment en ce qu'elle comporte plusieurs paires de,pôles, un moyen pour produire une dissymétrie élec- tro-magnétique dans le circuit magnétique et des enroulements d'excitation, reliés à deux au moins des balais principaux de même polarité disposés sur des lignes neutres et créant les flux d'excitation par suite de la différence de potentiel créée entre ces balais par la dissymétrie électrique du cir- cuit magnétique.
D'autres caractéristiques résulteront de la des- cription qui'va suivre.
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple
La fig. 1 est une coupe schématique d'une machine suivant l'invention à deux étages d'amplification;
La fig. 2 est une coupe analogue d'une machine à trois étages d'amplification;
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La fig. 2 est une.coupe analogue d'une machine dans laquelle la dissymétrie électro-magnétique est créée par un moyen mécanique.
Suivant l'exemple d'exécution, représenté à la.fig.1 d'une machine tétrapolaire, 1 représente le circuit magnétique à quatre pièces polaires 1a, lb, 1c, 1d. Dans l'espace/compris à l'intérieur de ce circuit magnétique est disposé un induit bobiné classique qui n'a pas été représenté pour ne pas em- combrerla figure;."' et qui est animé d'un mouvement de rotation relatif par rapport à ce circuit magnétique. Sur les figures sont représentés par des + et des - les sens des courants dus aux différents flux et circulant dans une même couche de con- ducteurs. La machine comporte deux paires de balais principaux 3,4 et 5,6'respectivement de même.polarité et disposés sur des lignes neutres xy et XY.
Entre les balais 3 et 4 de'même polarité sont bran- chées des bobines inductrices 7,8,9,10 assurant l'excitation principale de la machine, en créant des polarités alternées NS NS sur l'induit.
Les balais 5 et 6 sont réunis par une connexion 11
L'excitation est fournie par des bobines, 12,13,14 15 aimantant l'induit suivant l'axe XY et créant des flus #2/2 entre la et 1b d'une part et 1 ' et ld d'autre part, soit un flux #1 suivant l'axe XY de X vers Y, c'est-à-dire'suivant une direction qui coupe la ligne des balais principaux 3,4.
Les bobines sont reliées en série à deux bornes 25 et 26. Un rhéostat 27 ou autre dispositif permet de,faire varier le courant.
Enfin les balais 3 et 5 sont reliés aux bornes 16 et 17 du circuit extérieur.d'utilisation
Le fonctionnement de la machine en générateur est le suivant :
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L'induit disposé en 2, entraîné par un moteur et tournant, par exemple, dans le sens de la flèche f, si on alimente les bobines 12,13,14,15 par un faible courant i il s'ensuit le flux #1 précité, dans l'induit suivant l'axe XY dans le sens de X vers Y. Les conducteurs de l'induit, tour- nant dansce flux #1, sont alors le siège d'un courant dont le sens est représenté en a par + lorsque le courant va de l'avant vers l'arrière de la figure et (en b) par - lorsqu'il va de l'arrière vers l'avant.
Il suffit d'une force électro- motrice très faible pour provoquer un courant I2 appréciable s'échappant par le balai 3 parcourant les bobines 6,7,8,9,la et se fermant au balai 4. Ces bobines donnent le flux prin- cipal #2 à la machine, suivant les axes des pièces polaires, comme dans toute dynamo tétrapolaire normale. L'induit tour- nant dans ce flux est le siège des courants schématisés en c et d, cette fois et fournit alors la tension U et le courant 1 d'utilisation.
Si on augmente le courant i à l'aide, par exemple, du rhéostat 27, le flux] 1 augmente proportionnellement le courant 12 aussi, donc également le flux principal #2 et la, tension U aux bornes de sortie.
Si on diminue le courant i le phénomène inverse a lieu.
Comme on le voit, il y a donc deux amplifacations: une amplification de flux de #1 à #2 l'amplification normale d'une dynamo tournant dans ce flux.
En ce qui concerne le courant de circulation I2
La dynamo se comporte : à gauche de l'axe X Y : en génératrice fournissant une puissance totale U (I + 12) dont UI pour le circuit ex- térieur;
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à droite de 1,'axe XY en génératrice fourni'ssant une puissance U (I - I2) c'est-à-dire en fait en moteur absorbant la puissance UI2.
L'expérience montre que la "rêponse" de la machine est extrêmement rapide.
La machine peut également être utilisée en moteur à condition de la munir d'inducteurs supplémentaires shunt par exemple, figurés en 28.
On suppose que la machine- tourne dans le sens in- verse de la flèche f, alimentée par une source électrique extérieure, et que ces inducteurs supplémentaires donnent un
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fluî j'dans le sens du fluxl/ , de la figure.
Si le courant i des bobines 12,13,14,15 est nul, il n'y aura aucun courant circulant entre les balais 3 et 4. Les bobines 7,8,9,10 ne sont pas-alimentées. La machine fonctionne en poteur normal. Si, au contraire, au moyen- d'un courant i on créé une dissymétrie dans un sens ou dans l'autre, un courant I2 circule dans un sens ou en sens inverse entre les balais 3 et 4 et ajoute ou retranche son action en passant dans les bo- bines 7,8,9,10 de celles des inducteurs supplémentaires 28.
Les modifications de vitesse du moteur sont fonction inverse des modifications de flux ainsi obtenues :
La fig. 2 représente une machine analogue à trois étages d'amplification.
Entre les balais 3 et 4 sont branchées, comme dans le premier exemple, les bobines inductrices 7,8,9,10 assurant l'excitation principale de la dynamo, en créant des polarités alternées NS NS sur l'induit. Les balais 5 et 6 sont réunis par la connexion 11.
Quant à l'excitation primaire elle est fournie par les bobines 12,13,14,15 disposées de manière à aimanter l'in
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duit grâce à un flux/ , suivant de x vers i les lignes de
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force,qui correspondent aux flux#1/@ allant de la pièce po-
2 laire la à la pièce polaire 1d et de la pièce 1b à la pièce le. Le flux #1 coupe donc la direction XY des deux balais principaux 5,6 non reliés aux bobines principales 7,8,9,10.
Le fonctionnement en génératrice est le suivant. La dynamo tournant, par exemple, dans le sens de la. flèche f, on alimente les bobines 12,13,14,15 par un faible courant, il s'ensuit le flux précité dans l'induit suivant l'axe xy. dans le sens de x vers y. Les conducteurs de l'induit sont alors le siège d'un courant dont le sens est représenté sur la couche interne par + lorsque le courant va de l'avant vers l'arrière de la figure et par - morsqu'il va de l'arrière vers l'avant. Il suffit d'une force électromotrice induite très faible pour provoquer un courant I1 appréciable et se fermant par la connexion 11.
Ce courant donne dans l'induit un flux # 2 suivantl'axe XY dans le sens de X vers Y,les lignes de force réunissant, respectivement,les pièces polaires la, 16,et 1d, 1c.
Mais, les mêmes conducteurs tournent dans le flux #2 provoqué par cette aimantation primaire, il s'ensuit une force électromotrice donnant un courant I2 dans l'induit représenté sur la couche du milieu s'échappant par le balai 3 parcourant les bobines 7,8,9,10 et se fermant au balai 4. Ces bobines donnent donc le flux principale à la machine suivant les axes des pièces polaires comme dans toute dyhamo tétrapolaire normale. L'induit tournant dans ce flux # 3 fournit alors la tension d'utilisation T et le courant I aux bornes de sortie 16 et 17.
Des enroulements de compensation 18 sont prévus comme connu en soi, sous les épanouissements polaires pour annuler les réactions d'induit, comme dans les dynamos nor- males. Il sont parcourus obligatoirement par le courant I2
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pour compenser les ampères-tours d'induit qui sont dirigés suivant l'axe yx de y vers x.
Comme dans l'exemple précédent la dynamo se comporte au point de vue du courant de circulation à gauche de l'axe XY : en génératrice fournissant une puissance totale U (I + I2 dont UI pour le circuit extérieur : à droite de l'axe XY, en moteur absorbant la puis- sance UI2.
Enfin, à la fig. 3,- on a représenté une dynamo té- trapolaire analogue à celle de la fig. 1 avec, en plus, deux pies réglables 19 et 20 munis de noyaux filâtes 21 et 22 qui peuvent s'engager plus ou moins,dans les pôles. Ils sont en- traînés en rotation.par des pignons 22 et 23 qui engrènent avec un pignon central de commande 24. Cette machine comporte des enroulements inducteurs supplémentaires*
Le fonctionnement'en génératrice est le suivant :
On suppose que la machine est entraînée par un mo- teur dans le sens de la flèche! et qu'elle est normalement excitée. Si les noyaux 21 et 23 sont vissés à fond, la machine ne présente pas de dissymétrie magnétique, et elle fonctionne comme une dynamo ordinaire.
Si on dévisse les noyaux 21 et 22, on établit une dissymétrie par rapport à l'axe XY et il en résulte une tension entre les balais 3 et $,.elle établit le courant de circula- tion dans les bobines 7,8,9,10 qui renforceront le flux prin- cipal d'où une augmentation de tension de la machine.
Naturellement l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution représentés et décrits qui n'ont été donisis qu'à titre d'exemple.
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Electric amplifying machine with collector French patent application in favor of October 4, 1946.
It is known that by varying the excitation power of a dynamo whose armature is rotating with respect to the inductor, a much greater variation in power is obtained across its armature. The ratio of these powers is substantially constant when the magnetic circuit is not saturated, and it is normally of the order of 100.
We know, on the other hand, that we obtain a two-stage amplifying dynamo, with the Ronsenberg dynamo, the main excitation of which is supplied by the armature itself thanks to the short-circuiting of this induced by two transverse beams whose axis makes a certain angle with the neutral line of the machine.
The amplification of this type of dynamo is the product of that of two ordinary dynamos, i.e. 10,000.
The transverse brushes float on the active zone of the collector where the potential difference between blades is maximum. This results in poor switching of these bays when the operating voltage is high. he
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In this case, it would be necessary to increase the number of blades in the collector, but this approach is quickly limited by the large diameter that must be given to the collector.
The subject of the present invention is an electric machine with a collector with a large amplification between the excitation power and the power collected, and which does not have the aforementioned drawbacks (the power collected, electric in the case of a ddynamo, mechanical in the case of a motor, is, of course, due to an external source of power, mechanical in the case of the dynamo, electric in the case of the motor).
This machine ¯¯ Can have two or more amplification stages, thus giving amplifications
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from 10 .660; to 1,000,000.
This machine, usable whenever we have a very low excitation power supplied for example
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by a phofoelectric cell, a radio receiver, etc ... is remarkable in particular in that it comprises several pairs of poles, a means for producing an electromagnetic dissymmetry in the magnetic circuit and windings of excitation, connected to at least two of the main brushes of the same polarity arranged on neutral lines and creating the excitation fluxes as a result of the potential difference created between these brushes by the electrical dissymmetry of the magnetic circuit.
Other characteristics will result from the description which follows.
In the accompanying drawing, given by way of example only
Fig. 1 is a schematic sectional view of a machine according to the invention with two amplification stages;
Fig. 2 is a similar section of a machine with three amplification stages;
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Fig. 2 is a similar section of a machine in which the electromagnetic asymmetry is created by mechanical means.
According to the embodiment, shown in la.fig.1 of a four-pole machine, 1 represents the magnetic circuit with four pole pieces 1a, lb, 1c, 1d. In the space / included within this magnetic circuit is arranged a conventional wound armature which has not been shown so as not to encompass the figure;. "'And which is driven by a relative rotational movement by in relation to this magnetic circuit. In the figures are represented by + and - the directions of the currents due to the different fluxes and circulating in the same layer of conductors. The machine comprises two pairs of main brushes 3, 4 and 5, 6 'respectively of the same polarity and arranged on neutral lines xy and xy.
Field coils 7,8,9,10 are connected between the brushes 3 and 4 of the same polarity, ensuring the main excitation of the machine, by creating alternating polarities NS NS on the armature.
Brushes 5 and 6 are joined by a connection 11
The excitation is provided by coils, 12,13,14 15 magnetizing the armature along the XY axis and creating flows # 2/2 between la and 1b on the one hand and 1 'and ld on the other hand, either a flow # 1 along the XY axis from X to Y, that is to say following a direction which intersects the line of the main brushes 3,4.
The coils are connected in series to two terminals 25 and 26. A rheostat 27 or other device makes it possible to vary the current.
Finally, brushes 3 and 5 are connected to terminals 16 and 17 of the external circuit.
The operation of the machine as a generator is as follows:
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The armature arranged in 2, driven by a motor and rotating, for example, in the direction of arrow f, if the coils 12,13,14,15 are supplied with a low current i, flow # 1 follows. supra, in the armature along the XY axis in the direction from X to Y. The conductors of the armature, rotating in this flow # 1, are then the seat of a current whose direction is represented in a by + when the current goes from the front to the back of the figure and (in b) by - when it goes from the back to the front.
A very weak electro-motive force is enough to cause an appreciable current I2 escaping through the brush 3 passing through the coils 6,7,8,9, la and closing at the brush 4. These coils give the main flux. cipal # 2 by machine, following the axes of the pole pieces, as in any normal tetrapolar dynamo. The armature rotating in this flux is the seat of the currents shown schematically in c and d, this time and then supplies the voltage U and the current 1 of use.
If the current i is increased with the aid, for example, of the rheostat 27, the flux] 1 proportionally increases the current 12 also, therefore also the main flux # 2 and the voltage U at the output terminals.
If the current i is reduced, the reverse phenomenon takes place.
As we can see, there are therefore two amplifacations: a flux amplification from # 1 to # 2 the normal amplification of a dynamo rotating in this flux.
Regarding the circulating current I2
The dynamo behaves: on the left of the X Y axis: as a generator supplying a total power U (I + 12) including UI for the external circuit;
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to the right of 1, the XY axis as a generator supplied with a power U (I - I2) that is to say in fact as a motor absorbing the power UI2.
Experience shows that the "response" of the machine is extremely fast.
The machine can also be used as a motor provided it is fitted with additional shunt inductors for example, shown at 28.
It is assumed that the machine turns in the reverse direction of the arrow f, supplied by an external electric source, and that these additional inductors give a
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flow i in the direction of flow /, of the figure.
If the current i of the coils 12,13,14,15 is zero, there will be no current flowing between the brushes 3 and 4. The coils 7,8,9,10 are not supplied. The machine works as a normal potter. If, on the contrary, by means of a current i an asymmetry is created in one direction or the other, a current I2 circulates in one direction or in the opposite direction between the brushes 3 and 4 and adds or subtracts its action in passing through the coils 7,8,9,10 of those of the additional inductors 28.
Engine speed modifications are an inverse function of the flux modifications thus obtained:
Fig. 2 shows a similar machine with three amplification stages.
Between the brushes 3 and 4 are connected, as in the first example, the induction coils 7,8,9,10 ensuring the main excitation of the dynamo, by creating alternating polarities NS NS on the armature. Brushes 5 and 6 are joined by connection 11.
As for the primary excitation, it is provided by the coils 12,13,14,15 arranged so as to magnetize the in
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result thanks to a flow /, following from x to i the lines of
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force, which correspond to flows # 1 / @ going from the part po-
2 leave the to the pole piece 1d and from the piece 1b to the piece le. Flow # 1 therefore cuts the XY direction of the two main brushes 5,6 not connected to the main coils 7,8,9,10.
The operation as a generator is as follows. The dynamo rotating, for example, in the direction of the. arrow f, the coils 12,13,14,15 are supplied with a low current, the aforementioned flux follows in the armature along the xy axis. in the direction from x to y. The conductors of the armature are then the seat of a current whose direction is represented on the internal layer by + when the current goes from the front to the rear of the figure and by - morsqu'il goes from the back to front. A very low induced electromotive force is enough to cause an appreciable current I1 and closing by connection 11.
This current gives in the armature a flux # 2 along the XY axis in the direction from X to Y, the lines of force joining, respectively, the pole pieces 1a, 16, and 1d, 1c.
But, the same conductors rotate in the flux # 2 caused by this primary magnetization, it follows an electromotive force giving a current I2 in the armature represented on the middle layer escaping by the brush 3 running through the coils 7, 8,9,10 and closing with the brush 4. These coils therefore give the main flow to the machine along the axes of the pole pieces as in any normal tetrapolar dyhamo. The armature rotating in this flow # 3 then supplies the operating voltage T and the current I to the output terminals 16 and 17.
Compensation windings 18 are provided as known per se, under the pole shoes to cancel the armature reactions, as in normal dynamos. They must be traversed by the current I2
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to compensate for the armature ampere-turns which are directed along the yx axis from y to x.
As in the previous example, the dynamo behaves from the point of view of the circulation current to the left of the XY axis: as a generator providing a total power U (I + I2 including UI for the external circuit: to the right of the axis XY, as a motor absorbing the power UI2.
Finally, in fig. 3, - there is shown a tetrapolar dynamo similar to that of FIG. 1 with, in addition, two adjustable feet 19 and 20 provided with spinning cores 21 and 22 which can engage more or less in the poles. They are driven in rotation by pinions 22 and 23 which mesh with a central control pinion 24. This machine has additional field windings *
The operation as a generator is as follows:
It is assumed that the machine is driven by a motor in the direction of the arrow! and that she is normally excited. If the cores 21 and 23 are screwed in fully, the machine has no magnetic asymmetry, and it operates like an ordinary dynamo.
If we unscrew the cores 21 and 22, we establish an asymmetry with respect to the XY axis and a voltage results between the brushes 3 and $, it establishes the circulating current in the coils 7,8,9 , 10 which will strengthen the main flow, hence increasing the tension of the machine.
Of course, the invention is in no way limited to the embodiments shown and described which have been given only by way of example.