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Perfectionnements aux multiplicateurs statiques de fréquence.
La présente invention concerne un iaultiplicateur de fréquence du type statique, servant à convertir une fréquence en un multiple impair de celle-ci* Un multiplicateur de fréquen- ce utilisant la présente invention est caractérisé par une sim- plicité électrique et mécanique et par 1'* absence complète de tout appareil à mouvement mécanique ou délicat. Un dispositif conforme à l'invention se compose simplement de conducteurs mé- talliques électriques et magnétiques, et non seulement elle est d'un fonctionnement statique mais elle est exempte d'éléments ayant une durée de service limitée.
Pour expliquer clairement les principes généraux du fonctionnement des dispositif suivant l'invention et en vue d'en exposer différents modes de réalisation, la descrip-
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tion suivante sera faite avec référence au dessin annexé, étant toutefois entendu que cet exposé ne représente que quelques-uns parmi les modes de réalisation de 19 invention qui présente les caractéristiques les plus simples.
La fige 1 représente un diagramme servant à expli- quer le principe de fonctionnement d'un multiplicateur com- prenant la présente invention.
La fige 2 est une vue en plan d'une forme simplifiée de multiplicateur, dont certains éléments ont été enlevés.
La fige 3 est une vue en perspective d'une forme mo- difiée de multiplicateur.
La fige 4 est une vue en perspective d'une structure modifiée différente dont un secteur a été enlevé.
La fige 5 est un détail en perspective relatif à une autre variante.
La fig. 6 est une vue schématique en plan d'une forme différente de multiplicateur de fréquence..
La fige 7 est une vue en perspective d'une autre varian- te de multiplicateur.
La fige 8 représente schématiquement un multiplicateur ayant un débit diphasé mais dont la construction suit généralement les lignes de celle de la figure 6.
La fige 9 est une vue schématique représentant un multi- plicateur comportant un débit diphasé mais dont la construction est conforme au multiplicateur indiqué sur la Fige 4, et la Pige 10 est un schéma de circuit du multiplicateur comprenant l'invention, et de son branchement à une charge.
En se référant d'abord à la fig. 1 on va donner une explication des principes de l'invention. Pour simplifier, on suppose être en présence d'une construction idéale. Les princi- pes réels qui président à l'invention peuvent s'appliquer, na-
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turellement, à d'autres formes de construction idéales et elle s'appliquée naturellement, à différentes forraes de construction réelles.
Le système représenté.sur la fig. 1 est schématisé et pour simplifier, on supposé qu'il ne présente aucune épais- seur normalement au dessin. Ainsi, un multiplicateur peut com- porter une partie 1 définissant un circuit annulaire. La lon- gueur de la partie 1 est mesurée sur la circonférence, tandis que sa largeur est mesurée transversalement, c'est-à-dire radialement dans le cas considéré. La partie 1, définissant le circuit, aune longueur correspondant à un ou plusieurs nombres entiers de 360 degrés électriques, ce qui correspond à un cycle complet de cou- rant d'excitation primaire. Comme on le sait, dans le cas de courants polyphasés, on prend arbitrairement une des phases comme phase de référence et l'on considère un cycle complet comme étant égal à 360 degrés électriques..
La partie l est disposée entre un élément ferro- magnétique, représenté ici comme étant entouré par la partie 1, et une partie ferro-magnétique 3, qui constitue ici la région annulaire entourant la partie 1. Cette dernière sur tou- te sa longueur, se compose d'éléments ferro-magnétiques et non magnétiques alternés. Les éléments non. magnétiques constituent un espace pour les éléments d'enroulement secondaire à l'inté- rieur desquels les fréquences multipliées sont engendrées. Plu- sieurs réalisations de circuits sont représentées sur les autres figures du dessin. Pour chaque phase des fréquences à débit mul- tipliées, le nombre d'éléments ferro-magnétiques, tout au long des 360 degrés électriques de la trajectoire, est égal au double d'un nombre impair.
A un instant particulier, la condition magnétique du
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multiplicateur peut être représentée* Ainsi, à titre d'exemple, on peut supposer que le champ d'excitation primaire, à un moment donné, a, son axe magnétique dirigé vers le haut et vers le bas, comme on 1'a indiqué sur le dessin. Par axe magnétique on entend la ligne qui indique la direction de la force magnéto-motrice maximum. Il est entendu que sur le schéma le champ d'excitation est rotatif tout en maintenant son intensité de champ résultante une valeur sensiblement constante.
Ainsi, la floche sur la fige 1 qui représente la direction et l'intensité de la force magnéto- motrice peutêtre considérée comme tournant autour du centre du système magnétique tout en conservant sa longueur constante. Au moment considéré, où. la flèche est dirigée comme montré fig. 1 la force magnéto-motrice engendre un flux magnétique. Ce flux forme des lignes fermées, comme on le sait.
Une boucle complète de flux peut être décrite en partant d'un certain point de 1'é- lément ferro-magnétique 2 ; le flux.traverse la partie du circuit 1 située au-dessus de l'axe horizontal de la fige 1 et continue ensuite dans isolément ferro-magnétique 5, descend au-dessous de l'axe horizontal, retraverse une autre partie du circuit 1 au- dessous de l'axe horizontal et enfin pénètre à nouveau dans l'é- lément ferro-magnétique 2.
Il est bien entendu que les lignes de force au flux magnétique partent de l'élément ferro-magnétique 2 et attei- gnent l'élément ferro-magnétique 3 en passant sur la pres- que totalité de l'étendus du circuit 1 au-dessus de l'axe horizontal. Ceci s'applique également au flux allant de l'é- lément ferro-magnétique 3 à l'élément ferro-magnétique 2 et traversant le circuit 1 au-dessous de l'axe horizontal*
A l'aide d'uns construction et d'une excitation appropriée,
il est'possible d'obtenir une force magnéto-mo- trice suffisamment élevée pour que le flux qui en résulte
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puisse saturer les éléments ferro-magnétiques dans deux par- ties du circuit 1. Ces deux parties sont indiquées comme étant respectivement les zones 5 et 6. Dans la zone 5, le champ étant dispose suivant le dessin, le flux va de la par- tie ferro-magnétique 2 à la partie ferro-magnétique 3 en pas- sant à travers la partie 1 qui définit le circuit. Dans la zone 6, la polarité est inverse. Entre les zones 5 et 6 se trouvent deux zones ?et 8, chacune desquelles comprend une région neutre. Les éléments ferro-magnétiques qui se trou- vent dans ces deux zones ne sont pas saturés.
La densité du flux décroît en 7a jusqu'à atteindre ltaxe horizontal 9, et à ce point elle est théoriquement égale à zéro. En 7b la po- larité du flux est inversée mais, autrement, la variation de densité du zéro (qui correspond à l'axe horizontal) à une va- leur de saturation, est semblable. Cela s'applique également aux zones 8a et 8b. A tout instant, par conséquent, les en- roulements dexcitation créent dans la partie l qui définit le circuit, deux zones conjuguées de saturation, 5 et 6, et deux zones conjuguées de non pâturât ion ? et 8.
Ces quatre , zones alternent le long du circuit.. Lestermes saturation et non-saturation sont employés en ce qui concerne la con- dition magnétique des éléments ferro-magnétiques dans ces secteurs du circuit 1. Toujours en -se référant à la condi- tion magnétique du multiplicateur représenté fig. 1, l'axe horizontal 9 peut être considéré comme un-axe neutre le long auquel il n'existe aucu ne différence de force magnéto- totrice, tout au moins dans la partie 1. Des courbes repré- sentent, à l'échelle polaire, les forces magnéto-motrices instantanées correspondant aux secteurs du circuits
On peut maintenant considérer 'ce qui arrive lors-
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que le champ d'excitation tourne.
Dans ce cas, le champ mo- difie son orientation à l'intérieur des parties 1, 2 et 3 et,dans cette réalisation particulière,il est animé d'un mouvement rotatif par rapport au centre du système. Ainsi, les zones conjuguées de saturation et de non-saturation se déplacent le long du circuit 1. Des éléments d'enroulement secondaire (non représentés) coopérant avec les zones de non- saturation, exercent une action transformatrice. Des éléments d'enroulement prévus dans les zones de saturation ont peu ou pas d'action transformatrice sur celles-ci, et de toute façon, étant donné que des éléments d'enroulement adjacents son.t de polarité inverse, tous potentiels résultants sont éliminés.
Ainsi, deux zones conjuguées de non-saturation tour- billonnent autour du circuit 1 et exercent une action trans- formatrice dans des éléments d'enroulement successifs, le long du circuit. Comme on le verra plus loin, la polarité est telle que les éléments d'enroulement, dans les zones conjuguées de non-saturation, contribuent à former un poten- tiel de sortie.
En contrôlant l'intensité de l'excitation de l'en- semble, on peut contrôler l'étendue de la zone de non-satu- ration le long du circuitl, sous forme d'angle électrique.
Cette excitation devrait être telle qu'il n'y ait pas plus d'un élément secondaire d'enroulement dans l'une quelconque de ces zones de non-saturation. Ce qui précède se réfère à une phase unique de débit. De toute évidence, il est possible d'avoir deux ou trois éléments d'enroulement successifs à l'intérieur d'une zone de non-saturation, à un moment déter- miné, et chaque élément d'enroulement peut faire partie d'un. système d'éléments ferro-magnétiques à phase de débit. Cela
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est analogue à la théorie courante bien connue concernant les génératrices polyphasées.
La condition magnétique des parties ferro-magnéti- ques 2 et , tout au moins en ce qui concerne la saturation, ne présente pas une grande importance. Dans la pratique on constatera que certaines régions des parties ferro-magnéti- ques 2 et 3 peuvent être saturées mais que des régions impor- tantes de ces parties ne le deviennent pas.
On la représenté fig. 2 une construction simple conforme à l'invention. Ce dispositif comprend une pluralité de disques laminés 25 fixés d'une manière rigide par une vis
26. Chaque disque comprend.une partie .centrale ferro-magnéti- que 27 qui peut être pleine ou non, comme on le désire. La partie centrale 27 est délimitée par la partie du disque qui représente l'élément définissant le circuit, mentionné plus haut, et qui se compose d'une région annulaire 28 comportant une série d'encoches 29 réparties suivant des intervalles réguliers. Le nombre d'encoches 29 est égal au double d'un nombre impair, de préférence, de manière à permettre 1'ob - tention d'un nombre impair de pôles secondaires doubles.
Entre les encoches 29 adjacentes se trouvent des dents 30.
Au delà de la partie 28 définissant le circuit se trouve l'élément ferro-magnétique 31 qui peut être simple-- ment constitué par une couronne circulaire. Le disque 25 peut être constitué par tout métal approprié et ses dimen- sions sont calculées pour obtenir les effets magnétiques dé- 'sirés. Ainsi, il est désirable que l'excitation soit telle que la totalité des dents 30 sauf deux soient saturées. Il est désirable de maintenir, en général, les parties ferro- magnétiques intérieures et extérieures 27 et 31 au-dessous de la saturation. Les disques sont coaxiaux et maintenus dans cette position.
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Un enroulement d'excitation 33 est prévu pour en- gendrer un champ tournant. Cet enroulement peut être de tout type approprié, et, suivant le dessin, le type d'enroulement représenté est un anneau de Gramme* L'enroulement se compose d'un nombre convenable de conducteurs entourant la région extérieure 31 au moyen des encoches 29. Comme on le voit sur la figure 2, les disques comportent dix encoches 29.
Tandis que l'enroulement peut être alimenté par un nombre quelconque de phases, les connexions indiquées se réfèrent à un fonctionnement en diphasé. L'enroulement 33 peut com- porter des circuits électriques séparés pour chacune des deux phases, ou bien, on peut fermer tous les conducteurs sur eux-mêmes en prévoyant des prises placées convenablement pour réaliser des connexions de phases. Dans la mesure où il est jugé désirable que l'enroulement soit divisé en quarts égaux, et en vue d'éviter des difficultés de branchement, l'enroulement 33 comporte, de préférence, un certain nombre de spires par encoche.
Ainsi, on peut employer deux spires par encoche de manière qu'on puisse considérer l'enroule- ment comme étant de vingt spires avec deux spires par en- coche* Il s'ensuit qu'en disposant une prise toutes les cinq spires, l'enroulement entier est divisé en quarts uni- formes. Ainsi, des prises 35 à 38 inclus sont prévues dans ce cas.
Si l'on applique des courants alternatifs à l'en- roulement, un.e phase étant appliquée entre les prises 35 et 37 et l'autre entre les prises 36 et 38, on produit un champ rotatif. Il est évident qu'on peut appliquer une excitation trois phases, si on le désire* Dans un tel ocas, le total des spires doit être divisible par 3 ou par 6 selon le.gen- re de connexion prévu entre les phases
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Des enroulements secondaires sont prévus et ils comprennent par exemple une -:Ou plusieurs spires autour de chaque dent. Ainsi, un enroulement simple peut être consti- tué par un conducteur 40 engagé alternativement par dessus et par dessous une dent jusqu'à atteindre le point 42, à partir duquel le conducteur peut revenir sur lui-même et effectuer un parcours inverse.
Comme on le voit par exemple fige 2, lorsque le conducteur 40 progresse en direction du point 42 on peut le faire passer sur la dent 30 pour former une boucle 43. Apres que le conducteur a atteint le point 42 et qu'il revient sur son parcours, il forme une boucle 44 sous la dent 30. Etant donné que les différentes boucles constituent, toutes, les éléments d'un seul conducteur, il est clair que pour toute application pratique, chaque dent 30 peut être considérée comme étant entourée par un élément d'enroulement secondaire. Ces derniers sont reliés en série et comportent des conducteurs d'extrémité 45 et 46. Une seu- le phase est représentée.
Si lion applique le même raisonnement que fige l, on voit qu'il existe des régions de non-saturation à deux endroits opposés ou conjugués. L'action transformatrice se produit dans les parties d'enroulement secondaires conju- - guées qui sont accouplées aux dents ferro-magnétiques dans les zones de non-saturation. Au fur et à mesure que des dents suc- cessives perdent leur saturation, le siège de l'action trans- formatrice se déplace.
Lorsque les régions non-saturées passent d'une paire de dents à la paire successive par l'intermédiaire d'une paire d'encoches, il est évident qu'il se produit une sorte de solution de continuité magnétique. C'est là, naturellement un phénomène courant dans des moteurs et gé-
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nérateurs de différents types.
Le multiplicateur représenté sur la figure 2 peut être considéré comme un modèle plat dans lequel la partie représentant le circuit se trouve dans un plan, qui est plat dans l'exemple considéré (sans tenir compte de l'épaisseur).
Il est évident que les éléments des enroulements serpentent normalement au plan vers l'avant et vers l'arrière de celui-ci.
Si on se réfere maintenant à la figure 3, on y voit une variante comprenant des cylindres 50 et 51 espacée dans le sens longitudinal et comportant une pluralité de barres longitudinales 52 qui relient ces cylindres. Comme on le voit clairement sur le dessin, les cylindres 50 et 51 comportent des parties évidées intérieures 54, les barres 52 s'étendent sur la circonférence,autour de la région d'assemblage des cylindres 50 et 51. Ces barres 52 sont séparées par des fen- tes 55. Le nombre de barres 52 est le double d'un nombre impair, ce qui assure un nombre impair de pôles doubles. Chaque barre 52 est entourée par un élément d'enroulement secondaire 56.
Les éléments 56 adjacents sont reliés de manière à alterner la polarité des éléments successifs. Des conducteurs 57 et 58 sont prévus pour le commencement du premier élément d'enroule- ment et l'extrémité du dernier élément d'enroulement,ce qui constitue une connexion pour l'enroulement secondaire pris dans son ensemble, Il est clair qu'on obtient ainsi un nombre pair d'éléments d'enroulements Ainsi,,si l'élément d'enroule- ment 1 a une polarité déterminée,tous les éléments impairs ont la même polarité et les éléments de rang pair sont de polarité contraire* Etant donné que le nombre d'éléments d'enroulement est égal au double d'un nombre impair, il s'ensuit que les élé- ments d'enroulement diamétralement opposés ont une polarité in- verse.
Le potentiel induit dans des éléments d'enroulement diamé-
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tralement opposés est alors favorable, étant donné que le changement de flux dans une unité est le contraire du chan- gement de flux dans l'unité opposée.
Pour induire des potentiels dans les éléments d'en- roulement, il suffit que les lignes de force passent le long des barres d'un cylindre à ltautre. A cet effet, le cylin- dre 50 peut comporter des enroulements de champ 60 à 63 in- clus, répartis à des intervalles angulaires uniformes sur la circonférence du cylindre 50. De même, le cylindre 51 coin- porte des enroulements, de champ 64 à 67inclus. Les enrou- lements 60 et 64 sont alignés, de préférence, dans le sens longitudinal, le'long des deux cylindres. Il en est de même des enroulements 61 et 65 ; et 66, 63 et 67. Les enroule- ments 60, 64, 62 et 66 sont tous excités simultanément par une phase. La polarité de ces enroulements est telle que les enroulements 60 et 62 sont de polarité contraire.
Les enroulements 60 et 64 sont également de polarité opposée, de même que les enroulements 64 et 66. Ainsi, si à un moment donné l'enroulement 60 produit un pôle nord dans la barre 52 voisine de l'enroulement, l'enroulement 64 engendre un pôle sud, et le flux passe le long des barres pour aller du cylindre 50 au cylindre 51. Au même instant, le flux quittant l'enroulement 66 passe par les barres 52 pour at- teindre l'enroulement 62.
Les autres enroulements de champ sont reliés d'une manière analogue et ils sont excités par la deuxième phase.
Le résultat de ce qui précède est qu'un champ tournant est engendré dans le cylindre 50 en un autre dans le cylindre 51. Ces deux champs sont déphasés de 1800. En maintenant la puissance du champ à une valeur suffisante et grâce à l'éta-
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blissement correct du circuit, la totalité des barres, sauf deux diamétralement opposées, est maintenue saturée. Les deux barres diamétralement opposées passent par la condition de non-saturation à un instant donné,. Au fur et à mesure que le champ magnétique tourne, des paires de dents successives assurent l'action transformatrice.
Il est clair que 1''ensemble du système peut avoir un diamètre suffisamment grand pour engendrer plus de deux pôles actifs dans chaque cylindre. Cela permet de produire une rotation du champ proportionnellement plus lente. Le nombre dtunités d'enroulements actifs dans lesquelles l'ac- tion transformatrice se produit est en proportion directe du nombre des pôles d'excitation. Si on considère le champ comme tournant à un tiers de la vitesse maximum en raison de la formation de trois couples de pôles actifs dans la structure du champ, l'action transformatrice se produit dans trois paires d'unités d'enroulements. La partie constituant le circuit possède alors trois longueurs de 360 degrés élec- triques chacune.
La représentation des enroulements de champ est purement schématique. Dans l'application pratique, les en- roulements peuvent être disposés dans des fentes pratiquées dans les cylindres 50 et 51 et avoir une étendue angulaire suffisante pour obtenir un champ rotatif ou mobile réel.
Il est également possible de disposer tous les enroulements dans un cylindre. Le but est d'engendrer un champ magnétique s'étendant d'un cylindre à l'autre en passant par la partie qui définit le circuit, pour revenir ensuite à travers ce même circuit en passant par une autre région et, enfin, vers le premier cylindre.
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La disposition représentée fige 3 est du type cy- lindrique dont la partie définissant le circuit se trouve sur un cylindre (sans tenir compte de l'épaisseur) et dans lequel les éléments d'enroulement ondulent de part et d'au- tre de la surface du circuit.
Les barres 52, de préférence, ont une section transversale proportionnelle aux intervalles d'air situés entre elles et également en proportion avec les cylindres 50 et 51, de manière que Inaction multiplicatrice se pro- duise de la façon décrite ci-dessus sous.:une forme générale.
Si lion se réfère maintenant à la figure 4, on voit une forme modifiée du dispositif dans laquelle l'en- roulement secondaire a la forme dune simple bobine tandis que le champ magnétique passe alternativement en avant et en arrière à travers l'enroulement secondaire, au fur et à mesure qu'il change son orientation. Cette construction comprend, sous une forme simple, un moyeu 100 en matière ferro-magnétique appropriée.Ce moyeu peut être constitué par une tige pleine si les conditions magnétiques l'exigent.
A chaque extrémité du moyeu 100 se trouvent des flasques 101 et 102. Ces flasques sont analogues de préférence, et se composent d'une couronne centrale 102 et d'une couronne extérieure 104 réunies par des rayons 105. Chaque flasque comporte un nombre impair de rayons qui est le même pour les deux flasques. Les proportions relatives entre les rayons et les intervalles existant entre des rayons adjacents ou en- tre les rayons et là partie centrale et périphérique du systè- me magnétique, dans l'ensemble, ne sont pas indiquées.
Les flasques 101 et 102 sont disposés sur le moyeu 100 de manière que l'un soit décalé par rapport à l'autre.
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Le décalage est symétrique de manière qu'un rayon de l'un des flasques soit sensiblement au milieu des rayons opposés de l'autre*
Une couronne 107 est disposée entre les faces op- posées de la partie périphérique des deux flasques. Le tout est assemblé au moyen de boulons 108 passant à travers la partie périphérique 104 la couronne 107 et la partie péri- phérique 105. Il est entendu que tous les éléments décrits jusqu'ici sont en matière ferro-magnétique. Les roues 101 et 102 peuvent être constituées en une matière telle que celle dite "métal Mu" ou par une autre matière à saturation rapide, cependant, ces flasques et les autres parties du dispositif décrit peuvent être en matière ferro-magnétique habituellement utilisée dans la construction, de transforma- teurs.
Si on le désire, les flasques 101 et.102 peuvent être composée de tôles laminées, chacune d'elles constituant un flasque complet. Au cas où le moyeu 100 doit être composé de tôles laminées, il est entendu que les tôles seront cons- tituées par des cylindres concentriques ou, alternativement, le moyeu 100 peut être formé à l'aide d'une bande mince et sans fin, en métal ferro-magnétique, enroulée de manière à former une spirale. Cela s'applique également à la couronne 107. En considérant que le flux magnétique qui passe à tra- vers le moyeu 100 et la couronne la? s'étend généralement d'un flasque à l'autre, la raison de cette disposition des tôles est évidente. Dans le cas des roues 101 et 102, le flux passe entre le moyeu et la partie périphérique.
Un enroulement secondaire 110 peut être disposé autour du moyeu 100 entre les flasques 101 et 102. Cet en- roulement secondaire peut prendre la forme'd'une simple bo- f\ b'ine qui peut être glissée'sur le moyeu 100 avant de placer
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le deuxième flasque sur le moyeu.
L'excitation de l'ensemble peut être assurée de différentes façons. Pour simplifier, on a représenté ici un enroulement 112, du type Gramme. Cet enroulement est géné- ralement semblable au roulement excitateur représenté Fig. 2, et il peut comporter des prises espacées pour assurer la con- nexion avec un circuit d'excitation. Il est entendu que d'au- tres types d'enroulement, capables d'engendrer un champ ro- tatif, peuvent être utilisés au lieu de l'enroulement Gramme indiqué. Ainsi, les enroulements utilisés dans les stators de moteurs polyphasés peuvent être utilisés.
Il est également possible de recourir à un type modifié d'enroulement à tambour tel qu'on en rencontre communément dans des moteurs etdes génératrices à courant continu. on a représenté schématique- ment fig. 6 une forme simplifiée d'enroulement en tambour de ce genre.
Si on se réfère maintenant à la figure 5, on y voit une variante dans laquelle la structure physique du multipli- cateur est assez semblable à celle de la figure 3 tout en étant modifiée pour permettre remploi d'un bobinage normal pour le secondaire.
Les cylindres 115 et llb en matière ferro-magnéti- que sont reliés entre eux par deux séries concentriques de dents ferro-magnétiques il? et 118. Chaque série comprend un nombre impair de dents, le même pour chacune. Une série est décalée angulairement par rapport à l'autre. Ainsi qu on l'a indiqué, les dents il? constituent la série extérieure et les dents 118 la série intérieure. Les sections transversales re- latives des dents et des intervalles qui les séparent peuvent être très variables. Il est désirable d'établir la série in-
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térieure de façon que la section transversale d'une dent soit sensiblement égale à la section transversale d'une dent de la série extérieure.
Cependant, cette règle peut être modifiée dane deslimites assezétendues Entre les deux séries de dents se trouve un espace circulaire 119 à l'intérieur duquel on peut loger l'enroulement secondaire 120 sous forme d'un simple bob inage.
L'excitation de ce type de dispositif peut steffec- tuer de la même façon que celui de la figure 3. Les deux sé- ries de dents peuvent être. coupées suivant un plan perpendi- culaire à l'axe du dispositif pour,permettre l'introduction d'une bobine préalablement formée.
Si lion se réfère maintenant à la figure 6, on y voit, sous une forme schématique, une disposition comportant des enroulements à tambour, simplifiée, comme moyen d'excita- tion, et des éléments d'enroulements secondaires formant un enroulement secondaire complète Dans cette disposition, la partie Intérieure 125 est entourée par une partie 127 déli- mitant le circuit annulaire., Une réalisation matérielle de ce système comporterait une dimension normale au plan du dessin et, au cas où la structure serait formée par un as- semblage de tôles, chacune de celles-ci se trouverait dans un plan parallèle au dessine
La partie 126 délimitant le circuit se compose d'encoches 127 et de dents 128 en alternance*.
Le nombre de dents est égal au double d'un nombre impair. Dans cet exem- ple particulier, le facteur de multiplication est neuf, de manière qu'il y a 18 dents.
Les enroulements d'excitation sont représentés en vue d'un fonctionnement en diphasée Il est entendu, na- turellement, qu'il peut y avoir autant de phases qu'on le
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juge désirable. Dans l'exemple particulier considéré, lien- roulement 130 peut être prévu pour une phase et l'enroule- ment 131 pour l'autre phase. comme on le voit, chaque enco- che a deux conducteurs, le fil descendant perpendiculaire- ment au plan du dessin vers le bas'de la structure magnéti- queét continuant alors suivant les lignes pointillées. Dans la réalisation,pratique, il peut être nécessaire de modifier la répartition des conducteurs pour assurer une distribution uniforme de flux.
Cela est cependant bien connu dans l'art 'relatif aux enroulements pour moteurs et génératrices.
On peut employer d'autres genres déroulements à tambour. Ainsi, la technique courante utilisée dans le b o- binage des moteurs et des génératrices à courant continu, peut ê tre appliquée ici sauf que le commutateur est supprimé.
Par ailleurs, on peut utiliser la pratique générale permet- tant d'établir un enroulement fermé disposé autour d'un or- gane capable d'aimentation. Dans un tel enroulement fermé, des prises distribuées en des points appropriés peuvent être prévues pour les différentes connexions, ces points étant dérivés de la même façon générale que pour les enroulements annulaires Gramme.
Un élément secondaire 133 est disposé autour de ,. chaque partie pleine 128. Les éléments adjacents 133 sont de polarité contraire. Sur le dessin, le pas ou le sens réel d'enroulement est inversé. Il est naturellement possible de faire en sorte que tome les éléments d'enroulement soient dans le même sens et d'inverser simplement les connexions.
Les éléments d'enroulement secondaire 133 sont reliés en série afin de former un enroulement secondaire complot pré- sentant des bornes terminales de sortie 134 et. 135.
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A l'aide dune excitation appropriée des enroule- ments 130 et 131, on produit un champ rotatif. Ce champ pro- duit la saturation de tous les bras 128, sauf deux bras con- jugués, pour tous les 360 électriques du circuit Au fur et à, mesure que le champ résultant tourne, la condition magné- tique de non-saturation des bras conjugués se déplace progres- sivement le long du circuitainsi, on obtient une action transformatrice dans des paires conjuguées d'élémente d'en- roulement et, comme on le voit ici, une multiplication de fréquence par neuf se produit dans l'enroulement secondaire
Si l'on se réfère maintenant à la fige 7, on y . voit une construction simple dans laquelle le circuit ma- gnétique comporte une quantité relativement réduite de ma- tière ferro-magnétique.
Il est entendu que plusieurs mul- tiplicateurs de fréquence, conformes à. la présente inven- tion, peuvent être disposés en cascade de manière que le débit de l'un alimente l'excitation du multiplicateur sui- vant dans la série considérée. Au fur et à mesure que la fréquence d'alimentation augmente, la quantité de matière ferro-magnétique nécessaire pour le fonctionnement correct du dispositif, au même nimeau de puissance, diminue. Ainsi, une disposition relativement massive, telle que celle re- présentée fige 6, par exemple, peut être excitée par des fré- quences relativement basses, telles que 60 cycles par secon- de.
Cette disposition peut fournir un facteur multiplicateur de neuf par exemple, et engendrer 540 cycles par seconde.
Ces 540 cycles par seconde peuvent être appliqués à un appa- reil généralement semblable à celui de la Fig. 6, mais moins massif, ou bien encore ils peuvent être appliqués à un multi- plicateur ayant une construction matérielle complètement dif- férente.
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De cette façon, un autre échelon multiplicateur par neuf appliqué au 540 cycles élèverait la fréquence à 4. 860 cycles par seconde. A cette fréquence et à des fré- quences plus élevées, il est évident qu'une quantité moin- - dre de matière ferro-magnétique est nécessaire.
Sur la figure 7, l'élément 160, généralement en forme de disque, présente un nombre de dents 161 égal au double d'un nombre impair. Le disque et les dents peuvent faire corps ensemble et être faite en une matière facilement saturée, telle que du métal Mu. Les dents 161 sont fléchies alternativement d'un côté et de l'autre du plan du disque 160 pour former un canal circulaire 163 tout autour de la péri- phérie du disque 160. Des enroulements d'excitation appropriés peuvent être prévus. Ainsi, comme on le voit, on a prévu un enroulement en tambour 164. Aucune indication rigoureuse concer- nant cet enroulement n'est fournie, étant donné qutil est bien connu dans l'art.
Des exemples d'enroulement semblables propre% à être utilisés dans une construction analogue sont indiqués dans le standard Handbook for Electrical Engineers", McGraw- Hill Book Company, septième Edition, pages 771-773. Lee commu- tateurs peuvent ê tre éliminés. La même technique générale d'en- roulement est utilisée dans les moteurs polyphasés, en partïcu lier dans les stators où des champs tournants doivent être engen- drés.
L'enroulement secondaire 165 peut être formé par une simple bobine logée dans la gorge 163. La bague circulaire 166 est disposée de manière à relier les extrémités des dents. Cette bague est constituée en matière ferro-magnétique et elle peut être en acier au silicium ou même en métal Mu. La masse de la oague 166 peut être suffisamment grande pour qu'elle puisse fonctionner d'une manière satisfaisante, même si elle se compose d'une matiè-
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re facilement saturée.
Il peut être nécessaire de former lesdents 161 de ma- nière que les parties des dents situées à proximité de l'enrou- lement 165 puissent être facilement saturées pour assurer un fonc- tionnenient correct du dispositif. Il est bien entendu qu'on peut utiliser des tôles métalliques,
Ainsi qu'il a été indiqué auparavant,il est possible d'avoir des débits polyphasése Par conséquent, dans les construc- tions où l'enroulement secondaire ne se compose pas d'une bobine unique mais de plusieurs bobines, chacune desquelles constitue un élément d'enroulement secondaire, on peut utiliser la disposition ci-après:
plusieurs éléments d'enroulement adjacents peuvent être considérés comme étant les éléments Individuels servant à des phases séparées dans le débit. Si un débit triphasé est recher- ché, trois éléments d'enroulement adjacent peuvent être considérés comme les éléments d'enroulement individuels de trois phases séparées. L'élément d'enroulement d'une phase peut alors conti- nuer dans l'élément d'enroulement suivant de phase identique.
Tous les éléments d'enroulement correspondant à une phase seront en nombre égal au double d'un nombre impair pour chacun des 360 de- grés électriques du circuit. L'excitation du primaire peut ê tre réglée de façon à assurer un fonctionnement polyphasé semblable.
Si l'on se réfère à la fig. 8, on y voit une variante du dispositif de la fig. 6. Dans cette variante, les enroulements d'excitation 170 peuvent être les mêmes que ceux de la fige 6.
Toutefois, deux séries de dents 1?1 et 172 sont prévues ici.. Les dents 171 alternent avec les dents 1?2, et chaque série comporte le double d'un nombre impair de dents. Les dents 171 ont des élé- ments d'enroulement secondaires 173, tous reliés en série, les éléments d'enroulement successifs étant de polarité contraire. De même, les dents 171 comportent des éléments d'enroulement 174
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également reliés en série, les éléments suivants étant de pola- rité inverse.
La construction de chaque dent et les proportions relatives des intervalles entre les dents 1?1 et 172 peuvent ê tre modifiées en vue d'assurer les conditions de fonctionne- ment recherchées.
Dans le cas de dispositions où l'enroulement se- condaire est constitué par une bobine unique, on peut obtenir un fonctionnement polyphasé en disposant une pluralité de multi- plicateurs à proximité l'un de l'autre mais ayant une avance angulaire de phase convenable. Les mêmes enroulements d'excita- tion peuvent être utilisés de manière que le champ d'excitation de chaque multiplicateur soit toujours en phase. si l'on se réfere à la fig. 9, on y voit un systeme diphasé basé sur la disposition de la fig. 4. Dans ce cas par- ticulier, un moyeu 180 peut servir pour deux structures de mul- tiplicateurs. Des éléments à rayons 181 à 184 inclus peuvent être disposés sur le moyeu.
Chaque élément à rayons présente un nombre impair de rayon.?, l'un des nombres de rayons prévus dans un élément étant le même que celui d'un autre élément. Les rayons des éléments 181 et 182 coopèrent d'une manière analogue à ceux de la fig. 4. Ainsi, les rayons de Isolément 182 sont décalés angulairement par rapport à l'élément 181, pour assurer l'action mutiplicatrice.
Des éléments à rayons 183 et 184 coopèrent également, d'une façon. analogue à la construction de la fig. 4. Les éléments à rayons 183 et 184, en tant qu'ensemble, toutefois, sont décalés angulairement par rapport aux éléments à rayons 181 et 182. Ainsi, si l'on effectue la projection axiale des éléments à rayons 183 et '184, on voit que ceux-ci sont placés à mi-chemin entre les rayons des éléments 181 et 182. ,
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Des enroulements secondaires de débit 185 et 186 sont prévus pour chaque paire d'éléments à rayons. Les couronnes ex- térieures 187 et 188 servent à compléter le circuit magnétique entre les jantes des éléments à rayons coopérants.
Un seul enrou- lement excitateur 190 est prévu, dans le cas représenté et il se compose d'un simple dispositif du type Gramme.
Si l'on se réfère maintenant à la fige 10, on y voit un schéma simplifié d'un système dans lequel on peut utiliser l'un quelconque des multiplicateurs de -fréquence précédemment décrits.Ainsi, le multiplicateur de fréquence 192 peut être excité soit par du courant diphasé, soit par du courant tripha- sé. On peut utiliser un courant alternatif monophasé avec un transformateur de phase 193 pour fournir du courant alternatif diphasé* Le transformateur de phase 193 peut être de tout type courant bien connue Le multiplicateur 192 a son enroulement se- condaire de débit relié à toute charge appropriée par l'intermé- diaire d'un condensateur 195.
Ce dernier peut être variable ou normalisé à unedimension déterminée d'avance. Au cas où le mul- tiplicateur fournirait plus d'une phase de débit, il est entendu que chaque circuit de débit est relié d'une manière analogue.
L'adjonction d'un condensateur améliore généralement le fonction- nement du dispositif*
Il estégalement entendu que par Il élément ferro-magné- tiques on se réfère à une pluralité d'éléments ferro-magnétiques séparés matériellement, fonctionnant comme un tout et accouplés à un élément d'enroulement.De tels enroulements uniformément répartis sont bien connus.
Il est évident que les différentes formée de réalisa- tion que peut prendre l'invention permettent dtobtenir un multi- plicateur de fréquence relativement simple et qui présente des caractéristiques de fonctionnement très appréciables.. Le fonc- , .
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tionnement de l'ensemble du système dépend des propriétés de saturation des matières ferro-magnétiques utilisées. Le débit multiplié présente des ondes sensiblement symétriques par rapport à l'axe central. Alors que les- différents modes de réalisation de l'invention représentés ici sont du type ayant un circuit circulaire fermé pour le champ, il est évident que l'invention peut .être modifiée de façon que .le circuit du champ soit sensi- .. blement linéaire.
A titre de simple exemple, les 360 degrés élec- triques pourraient être prolongés le long d'un trajet géométri- quement droit.
. L'invention prévoit deux formes générales présentant quelques caractéristiques de fonctionnement différentes. Ainsi, dans un mode de réalisation, le parcours le long duquel le champ magnétique se déplace peut se trouver dans un plan ou dans des plans parallèles, d'une façon générale. Dans ce cas, il est nécessaire que l'ensemble de l'enroulement secondaire, ondule alternativement vers l'avant et vers l'arriere à travers le ou les plans. L'autre mode de réalisation prévoit un enroulement secondaire dont les éléments d'enroulement sont tous compris à l'intérieur d'un ou de plusieurs plans parallèles alors que leur trajet de déplacement magnétique ondule vers l'avant et vers l'arrière à travers les plans délimités par les éléments d'enroulement.
Chacune de ces différentes réalisations peut re- cevoir un certain nombre de modifications constructives diffé- rentes. Ainsi, chaque réalisation peut être exécutée dans le type dit "radial" ou bien dans le type dit "cylindrique". De plus, une variante de la forme cylindrique peut être obtenue par dé- formation de la section du ,cylindre.
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Improvements to static frequency multipliers.
The present invention relates to a frequency multiplier of the static type, for converting a frequency to an odd multiple thereof. A frequency multiplier using the present invention is characterized by electrical and mechanical simplicity and by the fact that it is simple to use. * complete absence of any device with mechanical or delicate movement. A device according to the invention is simply composed of electrical and magnetic metallic conductors, and not only is it of static operation but it is free of elements having a limited service life.
To clearly explain the general principles of the operation of the device according to the invention and with a view to exposing various embodiments thereof, the description
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The following description will be made with reference to the accompanying drawing, it being understood, however, that this disclosure represents only a few of the embodiments of the invention which have the simplest characteristics.
Fig. 1 is a diagram for explaining the principle of operation of a multiplier incorporating the present invention.
Fig 2 is a plan view of a simplified form of multiplier, some parts of which have been removed.
Fig 3 is a perspective view of a modified form of multiplier.
Fig. 4 is a perspective view of a different modified structure from which a sector has been removed.
Figure 5 is a perspective detail relating to another variant.
Fig. 6 is a schematic plan view of a different form of frequency multiplier.
Fig. 7 is a perspective view of another variation of multiplier.
Figure 8 schematically shows a multiplier having a two-phase flow rate but whose construction generally follows the lines of that of Figure 6.
Fig. 9 is a schematic view showing a multiplier having a two-phase flow but the construction of which conforms to the multiplier shown in Fig. 4, and Stem 10 is a circuit diagram of the multiplier including the invention, and its connection. at a charge.
Referring first to fig. 1 an explanation of the principles of the invention will be given. To simplify, we suppose to be in the presence of an ideal construction. The real principles which govern the invention may apply, na-
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turally, to other ideal construction forms and it naturally applies to different real construction forraes.
The system shown in fig. 1 is shown diagrammatically and for simplicity, it is assumed that it does not present any thickness normally in the drawing. Thus, a multiplier can include a part 1 defining an annular circuit. The length of part 1 is measured around the circumference, while its width is measured transversely, that is to say radially in the case considered. Part 1, defining the circuit, has a length corresponding to one or more integers of 360 electrical degrees, which corresponds to a complete cycle of primary excitation current. As we know, in the case of polyphase currents, one of the phases is arbitrarily taken as the reference phase and a complete cycle is considered to be equal to 360 electrical degrees.
Part 1 is disposed between a ferromagnetic element, shown here as being surrounded by part 1, and a ferromagnetic part 3, which here constitutes the annular region surrounding part 1. The latter over its entire length, consists of alternating ferro-magnetic and non-magnetic elements. The elements no. Magnets constitute a space for the secondary winding elements within which the multiplied frequencies are generated. Several embodiments of circuits are shown in the other figures of the drawing. For each phase of the multiplied rate frequencies, the number of ferro-magnetic elements, throughout the 360 electrical degrees of the trajectory, is equal to twice an odd number.
At a particular time, the magnetic condition of the
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multiplier can be represented * Thus, by way of example, it can be assumed that the primary excitation field, at a given moment, has, its magnetic axis directed upwards and downwards, as it was indicated on the drawing. By magnetic axis is meant the line which indicates the direction of the maximum magneto-motive force. It is understood that in the diagram the excitation field is rotary while maintaining its resulting field strength a substantially constant value.
Thus, the arrow on Fig 1 which represents the direction and the intensity of the magnetomotive force can be considered as rotating around the center of the magnetic system while keeping its length constant. At the time considered, where. the arrow is directed as shown in fig. 1 the magneto-motive force generates a magnetic flux. This flow forms closed lines, as we know.
A complete loop of flux can be described starting from a certain point of the ferromagnetic element 2; the flux crosses the part of circuit 1 located above the horizontal axis of the rod 1 and then continues in ferro-magnetic isolation 5, descends below the horizontal axis, crosses again another part of circuit 1 at the - below the horizontal axis and finally re-enters the ferro-magnetic element 2.
It is understood that the lines of force to the magnetic flux start from the ferro-magnetic element 2 and reach the ferro-magnetic element 3, passing over almost the entire extent of circuit 1 above. horizontal axis. This also applies to the flux going from the ferro-magnetic element 3 to the ferro-magnetic element 2 and passing through the circuit 1 below the horizontal axis *
With the help of a construction and an appropriate excitation,
it is possible to obtain a sufficiently high magneto-motive force so that the resulting flux
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can saturate the ferro-magnetic elements in two parts of circuit 1. These two parts are indicated as being respectively zones 5 and 6. In zone 5, the field being arranged according to the drawing, the flux goes from the par- ferro-magnetic tie 2 to the ferro-magnetic part 3 by passing through part 1 which defines the circuit. In zone 6, the polarity is reversed. Between zones 5 and 6 are two zones? And 8, each of which includes a neutral region. The ferro-magnetic elements which are found in these two zones are not saturated.
The flux density decreases at 7a until it reaches horizontal axis 9, and at this point it is theoretically zero. In 7b the flux polarity is inverted but, otherwise, the variation in density from zero (which corresponds to the horizontal axis) to a saturation value, is similar. This also applies to zones 8a and 8b. At any time, therefore, the excitation windings create in the part 1 which defines the circuit, two conjugate zones of saturation, 5 and 6, and two conjugate zones of non-grazing? and 8.
These four zones alternate along the circuit. The terms saturation and unsaturation are used with regard to the magnetic condition of the ferro-magnetic elements in these sectors of circuit 1. Always referring to the condition. magnetic multiplier shown in fig. 1, the horizontal axis 9 can be considered as a neutral axis along which there is no difference in magnetotor force, at least in part 1. Curves represent, on the polar scale , the instantaneous magneto-motor forces corresponding to the sectors of the circuit
We can now consider 'what happens when
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as the excitation field rotates.
In this case, the field modifies its orientation inside parts 1, 2 and 3 and, in this particular embodiment, it is animated by a rotary movement with respect to the center of the system. Thus, the combined saturation and unsaturation zones move along circuit 1. Secondary winding elements (not shown) cooperating with the unsaturation zones, exert a transforming action. Winding elements provided in the saturation zones have little or no transformative action thereon, and anyway, since adjacent winding elements are of reverse polarity, any resulting potentials are eliminated. .
Thus, two conjugate zones of non-saturation swirl around circuit 1 and exert a transforming action in successive winding elements along the circuit. As will be seen later, the polarity is such that the winding elements, in the conjugate areas of unsaturation, help to form an output potential.
By controlling the intensity of the assembly's excitation, one can control the extent of the unsaturation zone along the circuit 1, in the form of an electrical angle.
This excitation should be such that there is no more than one secondary winding element in any of these areas of unsaturation. The above refers to a single phase of flow. Obviously, it is possible to have two or three successive winding elements within a zone of unsaturation, at a certain time, and each winding element can be part of a . phase flow ferro-magnetic element system. This
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is analogous to the well-known current theory concerning polyphase generators.
The magnetic condition of the ferro-magnetic parts 2 and, at least as regards the saturation, is not of great importance. In practice, it will be found that some regions of the ferro-magnetic parts 2 and 3 may be saturated but that large regions of these parts do not.
It is represented in FIG. 2 a simple construction according to the invention. This device comprises a plurality of laminated discs 25 rigidly fixed by a screw.
26. Each disk includes a central ferromagnetic portion 27 which may or may not be full, as desired. The central part 27 is delimited by the part of the disc which represents the element defining the circuit, mentioned above, and which consists of an annular region 28 comprising a series of notches 29 distributed at regular intervals. The number of notches 29 is equal to twice an odd number, preferably so as to allow an odd number of double secondary poles to be obtained.
Between the adjacent notches 29 are teeth 30.
Beyond the part 28 defining the circuit is the ferro-magnetic element 31 which can be simply constituted by a circular ring. The disc 25 can be made of any suitable metal and its dimensions are calculated to obtain the desired magnetic effects. Thus, it is desirable that the excitation be such that all but two of the teeth 30 are saturated. It is desirable to maintain, in general, the inner and outer ferromagnetic portions 27 and 31 below saturation. The discs are coaxial and held in this position.
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An excitation winding 33 is provided to generate a rotating field. This winding can be of any suitable type, and, according to the drawing, the type of winding shown is a Gramme ring. The winding consists of a suitable number of conductors surrounding the outer region 31 by means of the notches 29. As seen in Figure 2, the discs have ten notches 29.
While the winding can be powered by any number of phases, the connections shown refer to two-phase operation. The winding 33 can have separate electrical circuits for each of the two phases, or else all the conductors can be closed on themselves by providing properly placed taps to make phase connections. To the extent that it is considered desirable that the winding be divided into equal quarters, and in order to avoid connection difficulties, the winding 33 preferably has a number of turns per notch.
Thus, we can use two turns per notch so that we can consider the winding as being twenty turns with two turns per notch * It follows that by placing a plug every five turns, the The entire winding is divided into uniform quarters. Thus, sockets 35 to 38 inclusive are provided in this case.
Applying alternating currents to the winding, one phase being applied between taps 35 and 37 and the other between taps 36 and 38, a rotating field is produced. It is obvious that a three-phase excitation can be applied, if desired * In such an ocas, the total of the turns must be divisible by 3 or by 6 depending on the type of connection planned between the phases.
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Secondary windings are provided and they comprise, for example, one -: or several turns around each tooth. Thus, a single winding can be formed by a conductor 40 engaged alternately above and below a tooth until point 42 is reached, from which the conductor can come back on itself and take a reverse course.
As can be seen, for example, freezes 2, when the conductor 40 progresses towards point 42, it can be passed over tooth 30 to form a loop 43. After the conductor has reached point 42 and returns to his course, it forms a loop 44 under tooth 30. Since the different loops all constitute elements of a single conductor, it is clear that for any practical application each tooth 30 can be considered to be surrounded by a secondary winding element. These are connected in series and include end conductors 45 and 46. Only one phase is shown.
If lion applies the same reasoning as freezes l, we see that there are regions of unsaturation at two opposite or conjugate places. The transforming action occurs in the mating secondary winding parts which are coupled to the ferro-magnetic teeth in the areas of unsaturation. As successive teeth lose their saturation, the seat of transformative action shifts.
When the unsaturated regions pass from one pair of teeth to the successive pair through a pair of notches, it is evident that a sort of magnetic break in continuity occurs. This is, of course, a common phenomenon in engines and generators.
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nerators of different types.
The multiplier shown in FIG. 2 can be considered as a flat model in which the part representing the circuit lies in a plane, which is flat in the example considered (without taking into account the thickness).
It is obvious that the elements of the windings normally meander in the plane forwards and backwards thereof.
Referring now to Figure 3, there is seen a variant comprising cylinders 50 and 51 spaced in the longitudinal direction and comprising a plurality of longitudinal bars 52 which connect these cylinders. As can be seen clearly in the drawing, the cylinders 50 and 51 have inner recessed portions 54, the bars 52 extend circumferentially, around the assembly region of the cylinders 50 and 51. These bars 52 are separated by windows 55. The number of bars 52 is double an odd number, which ensures an odd number of double poles. Each bar 52 is surrounded by a secondary winding element 56.
The adjacent elements 56 are connected so as to alternate the polarity of the successive elements. Conductors 57 and 58 are provided for the beginning of the first winding element and the end of the last winding element, which constitutes a connection for the secondary winding taken as a whole. thus obtains an even number of winding elements Thus, if the winding element 1 has a determined polarity, all the odd elements have the same polarity and the elements of even rank are of opposite polarity * Given since the number of winding elements is equal to twice an odd number, it follows that the diametrically opposed winding elements have the opposite polarity.
The potential induced in diamond winding elements
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The opposite is favorable, since the change of flux in one unit is the opposite of the change of flux in the opposite unit.
In order to induce potentials in the rolling elements, it suffices for the lines of force to pass along the bars from one cylinder to another. To this end, the cylinder 50 may include field windings 60 to 63 included, distributed at uniform angular intervals over the circumference of the cylinder 50. Likewise, the cylinder 51 has field windings 64. to 67 included. The windings 60 and 64 are preferably aligned in the longitudinal direction along the two rolls. The same is true of the windings 61 and 65; and 66, 63 and 67. Windings 60, 64, 62 and 66 are all simultaneously energized by one phase. The polarity of these windings is such that the windings 60 and 62 are of opposite polarity.
Windings 60 and 64 are also of opposite polarity, as are windings 64 and 66. Thus, if at any time winding 60 produces a north pole in bar 52 adjacent to winding, winding 64 generates a south pole, and the flux passes along the bars to go from cylinder 50 to cylinder 51. At the same time, the flux leaving coil 66 passes through bars 52 to reach coil 62.
The other field windings are connected in a similar way and they are excited by the second phase.
The result of the above is that a rotating field is generated in cylinder 50 into another in cylinder 51. These two fields are out of phase by 1800. By maintaining the power of the field at a sufficient value and thanks to the state -
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correct circuit, all bars, except two diametrically opposed, are kept saturated. The two diametrically opposed bars go through the condition of non-saturation at a given instant. As the magnetic field rotates, successive pairs of teeth provide the transforming action.
It is clear that the whole system can have a diameter large enough to generate more than two active poles in each cylinder. This makes it possible to produce a proportionately slower rotation of the field. The number of active winding units in which the transforming action occurs is in direct proportion to the number of excitation poles. If we consider the field to be rotating at one-third of the maximum speed due to the formation of three pairs of active poles in the structure of the field, the transforming action occurs in three pairs of winding units. The part constituting the circuit then has three lengths of 360 electrical degrees each.
The representation of the field windings is purely schematic. In practical application, the coils may be arranged in slots made in the cylinders 50 and 51 and have an angular extent sufficient to obtain an actual rotating or moving field.
It is also possible to arrange all the windings in a cylinder. The goal is to generate a magnetic field extending from one cylinder to another, passing through the part that defines the circuit, to then return through this same circuit, passing through another region and, finally, towards the first cylinder.
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The arrangement shown in block 3 is of the cylindrical type in which the part defining the circuit is located on a cylinder (without taking into account the thickness) and in which the winding elements undulate on either side of the cylinder. circuit surface.
The bars 52 preferably have a cross section proportional to the air gaps between them and also in proportion to the cylinders 50 and 51, so that multiplying inaction occurs as described above under: a general form.
Referring now to Figure 4, we see a modified form of the device in which the secondary winding is in the form of a single coil while the magnetic field passes alternately forward and backward through the secondary winding, as it changes its orientation. This construction comprises, in a simple form, a hub 100 of suitable ferromagnetic material. This hub may be constituted by a solid rod if the magnetic conditions so require.
At each end of the hub 100 are flanges 101 and 102. These flanges are preferably similar, and consist of a central ring 102 and an outer ring 104 joined by spokes 105. Each flange has an odd number of spokes which is the same for both flanges. The relative proportions between the radii and the intervals between adjacent radii or between the radii and the central and peripheral part of the magnetic system, as a whole, are not shown.
The flanges 101 and 102 are arranged on the hub 100 so that one is offset with respect to the other.
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The offset is symmetrical so that a radius of one of the flanges is substantially in the middle of the opposite radii of the other *
A crown 107 is placed between the opposite faces of the peripheral part of the two flanges. The whole is assembled by means of bolts 108 passing through the peripheral part 104 the crown 107 and the peripheral part 105. It is understood that all the elements described so far are made of ferro-magnetic material. The wheels 101 and 102 can be made of a material such as the so-called "metal Mu" or of another rapidly saturating material, however, these flanges and the other parts of the device described can be of ferro-magnetic material usually used in construction, transformers.
If desired, the flanges 101 and 102 can be made of rolled sheets, each of which constitutes a complete flange. In the event that the hub 100 is to be made of rolled sheets, it is understood that the sheets will be constituted by concentric cylinders or, alternatively, the hub 100 can be formed using a thin and endless strip, made of ferro-magnetic metal, wound to form a spiral. This also applies to crown 107. Considering that the magnetic flux which passes through hub 100 and crown 1a? generally extends from one flange to another, the reason for this arrangement of the sheets is obvious. In the case of the wheels 101 and 102, the flow passes between the hub and the peripheral part.
A secondary winding 110 can be disposed around the hub 100 between the flanges 101 and 102. This secondary winding can take the form of a single barrel which can be slid over the hub 100 before to place
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the second flange on the hub.
The excitement of the whole can be ensured in different ways. For simplicity, a winding 112 of the Gramme type has been shown here. This winding is generally similar to the exciter bearing shown in Fig. 2, and it may include spaced outlets to ensure connection with an excitation circuit. It is understood that other types of winding capable of generating a rotating field may be used instead of the Gramme winding indicated. Thus, windings used in polyphase motor stators can be used.
It is also possible to use a modified type of drum winding such as is commonly found in direct current motors and generators. schematically FIG. 6 a simplified form of such drum winding.
Referring now to Figure 5, we see a variant in which the physical structure of the multiplier is quite similar to that of Figure 3 while being modified to allow the re-use of a normal winding for the secondary.
The cylinders 115 and 11b of ferro-magnetic material are interconnected by two concentric series of ferro-magnetic teeth 11? and 118. Each set has an odd number of teeth, the same for each. One series is angularly offset from the other. As noted, the teeth there? constitute the outer series and teeth 118 the inner series. The relative cross sections of the teeth and the intervals between them can be very variable. It is desirable to establish the series in-
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terior so that the cross section of a tooth is substantially equal to the cross section of a tooth of the outer series.
However, this rule can be modified within fairly extended limits. Between the two series of teeth there is a circular space 119 inside which the secondary winding 120 can be housed in the form of a single coil.
The excitation of this type of device can be effected in the same way as that of FIG. 3. Both sets of teeth can be. cut along a plane perpendicular to the axis of the device to allow the introduction of a previously formed coil.
Referring now to Fig. 6, there is seen, in schematic form, an arrangement comprising drum windings, simplified, as the excitation means, and secondary winding elements forming a complete secondary winding In In this arrangement, the interior part 125 is surrounded by a part 127 delimiting the annular circuit., A material embodiment of this system would include a dimension normal to the drawing plane and, in the event that the structure is formed by an assembly of sheets, each of these would be in a plane parallel to the drawing
Part 126 delimiting the circuit consists of notches 127 and teeth 128 alternately *.
The number of teeth is equal to twice an odd number. In this particular example, the multiplication factor is nine, so that there are 18 teeth.
The excitation windings are shown with a view to two-phase operation. It is understood, of course, that there can be as many phases as there are.
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deems desirable. In the particular example considered, linkage 130 can be provided for one phase and winding 131 for the other phase. as can be seen, each notch has two conductors, the wire descending perpendicular to the plane of the design down the magnetic structure and then continuing along the dotted lines. In the practical embodiment, it may be necessary to modify the distribution of the conductors to ensure a uniform distribution of flux.
This is however well known in the art relating to windings for motors and generators.
Other kinds of drum unwinding can be used. Thus, the common technique used in the winding of DC motors and generators can be applied here except that the switch is omitted.
On the other hand, the general practice of establishing a closed coil disposed around a feed capable member can be used. In such a closed winding, taps distributed at appropriate points can be provided for the various connections, these points being derived in the same general way as for the Gramme annular windings.
A secondary element 133 is arranged around,. each solid portion 128. The adjacent elements 133 are of opposite polarity. In the drawing, the pitch or the actual winding direction is reversed. It is of course possible to arrange that all the winding elements are in the same direction and simply reverse the connections.
The secondary winding elements 133 are connected in series to form a secondary winding plot having output terminal terminals 134 and. 135.
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With proper energization of windings 130 and 131, a rotating field is produced. This field produces the saturation of all the arms 128, except two concurrent arms, for all the electric 360s in the circuit. As the resulting field rotates, the magnetic condition of unsaturation of the arms conjugates gradually move along the circuit thus transforming action is obtained in conjugate pairs of winding element and as seen here a nine-fold frequency multiplication occurs in the secondary winding
If we now refer to fig 7, we are there. sees a simple construction in which the magnetic circuit comprises a relatively small amount of ferro-magnetic material.
It is understood that several frequency multipliers, conforming to. the present invention, can be arranged in cascade so that the flow of one feeds the excitation of the next multiplier in the series considered. As the supply frequency increases, the amount of ferro-magnetic material necessary for the correct operation of the device, at the same power level, decreases. Thus, a relatively massive arrangement, such as that shown in Fig. 6, for example, can be energized by relatively low frequencies, such as 60 cycles per second.
This arrangement can provide a multiplying factor of nine, for example, and generate 540 cycles per second.
These 540 cycles per second can be applied to an apparatus generally similar to that of FIG. 6, but less massive, or alternatively they can be applied to a multiplier having a completely different material construction.
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In this way, another nine-fold increment applied to the 540 cycles would raise the frequency to 4,860 cycles per second. At this frequency and at higher frequencies, it is evident that less ferro-magnetic material is required.
In FIG. 7, the element 160, generally in the form of a disc, has a number of teeth 161 equal to twice an odd number. The disc and teeth may be integral together and be made of an easily saturated material, such as Mu metal. The teeth 161 are flexed alternately on one side and the other of the plane of the disc 160 to form a circular channel 163 all around the periphery of the disc 160. Appropriate excitation windings may be provided. Thus, as can be seen, a drum winding 164 has been provided. No strict indication of this winding is given, as it is well known in the art.
Examples of similar windings suitable for use in similar construction are shown in the Standard Handbook for Electrical Engineers ", McGraw-Hill Book Company, Seventh Edition, pages 771-773. The switches can be omitted. The same general winding technique is used in polyphase motors, especially in stators where rotating fields have to be generated.
The secondary winding 165 can be formed by a single coil housed in the groove 163. The circular ring 166 is arranged so as to connect the ends of the teeth. This ring is made of a ferro-magnetic material and it can be made of silicon steel or even of Mu metal. The mass of the ring 166 may be large enough for it to function satisfactorily, even though it consists of a material.
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re easily saturated.
It may be necessary to shape the teeth 161 so that the portions of the teeth located in the vicinity of the winding 165 can be easily saturated to ensure proper operation of the device. It is understood that metal sheets can be used,
As indicated before, it is possible to have polyphase flows. Therefore, in constructions where the secondary winding does not consist of a single coil but of several coils, each of which constitutes an element. secondary winding, the following arrangement can be used:
several adjacent winding elements can be considered to be the Individual elements serving for separate phases in the flow. If three-phase flow is desired, three adjacent winding elements can be regarded as the individual winding elements of three separate phases. The winding element of one phase can then continue in the next winding element of identical phase.
All the winding elements corresponding to a phase will be in number equal to the double of an odd number for each of the 360 electrical degrees of the circuit. The excitation of the primary can be adjusted to ensure similar polyphase operation.
Referring to fig. 8, a variant of the device of FIG. 6. In this variant, the excitation windings 170 can be the same as those of pin 6.
However, two sets of teeth 1? 1 and 172 are provided here. Teeth 171 alternate with teeth 1? 2, and each set has twice an odd number of teeth. The teeth 171 have secondary winding elements 173, all connected in series, the successive winding elements being of opposite polarity. Likewise, the teeth 171 have winding elements 174
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also connected in series, the following elements being of reverse polarity.
The construction of each tooth and the relative proportions of the gaps between teeth 11 and 172 can be varied to provide the desired operating conditions.
In the case of arrangements where the secondary winding is constituted by a single coil, polyphase operation can be obtained by placing a plurality of multipliers close to one another but having a suitable angular phase advance. . The same excitation windings can be used so that the excitation field of each multiplier is always in phase. if one refers to fig. 9, we see a two-phase system based on the arrangement of FIG. 4. In this particular case, a hub 180 can serve for two multiplier structures. Spoke elements 181 to 184 inclusive can be arranged on the hub.
Each spoke element has an odd number of radius.?, One of the numbers of spokes provided in one element being the same as that of another element. The radii of elements 181 and 182 cooperate in a manner analogous to those of FIG. 4. Thus, the rays of Isolation 182 are angularly offset with respect to the element 181, to ensure the multiplication action.
Spoke elements 183 and 184 also cooperate, in a way. analogous to the construction of FIG. 4. The spoke elements 183 and 184, as a whole, however, are angularly offset from the spoke elements 181 and 182. Thus, if the axial projection of the spoke elements 183 and 184 is carried out, we see that these are placed halfway between the radii of elements 181 and 182.,
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Secondary flow windings 185 and 186 are provided for each pair of spoke elements. The outer rings 187 and 188 serve to complete the magnetic circuit between the rims of the cooperating spoke elements.
A single exciter winding 190 is provided, in the case shown, and it consists of a simple device of the Gramme type.
Referring now to Fig. 10, there is seen a schematic diagram of a system in which any of the previously described frequency multipliers can be used. Thus, the frequency multiplier 192 can be energized either by two-phase current or by three-phase current. Single phase alternating current can be used with a phase transformer 193 to provide two phase alternating current * Phase transformer 193 can be of any well known current type Multiplier 192 has its secondary flow winding connected to any suitable load by through a capacitor 195.
The latter can be variable or standardized to a predetermined dimension. In the event that the multiplier provides more than one flow phase, it is understood that each flow circuit is connected in an analogous manner.
The addition of a capacitor generally improves the operation of the device *
It is also understood that by the ferro-magnetic element is meant a plurality of materially separate ferro-magnetic elements, functioning as a whole and coupled to a winding element. Such uniformly distributed windings are well known.
It is obvious that the different embodiments which the invention can take make it possible to obtain a relatively simple frequency multiplier which has very appreciable operating characteristics.
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Operation of the entire system depends on the saturation properties of the ferro-magnetic materials used. The multiplied flow has waves that are substantially symmetrical with respect to the central axis. While the various embodiments of the invention shown here are of the type having a closed circular circuit for the field, it is evident that the invention can be modified so that the circuit of the field is sensitive. linearly.
As a simple example, the electric 360 degrees could be extended along a geometrically straight path.
. The invention provides two general forms exhibiting some different operating characteristics. Thus, in one embodiment, the path along which the magnetic field travels may be in a plane or in parallel planes, generally. In this case, it is necessary for the whole of the secondary winding to undulate alternately forward and backward through the plane (s). The other embodiment provides a secondary winding, the winding elements of which are all comprised within one or more parallel planes while their magnetic travel path waves forward and backward through it. the planes delimited by the winding elements.
Each of these different embodiments may receive a number of different constructive modifications. Thus, each embodiment can be executed in the so-called “radial” type or else in the so-called “cylindrical” type. In addition, a variant of the cylindrical shape can be obtained by deformation of the section of the cylinder.