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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé àl'appui d'une demande de brevet d'invention formée par François DESTINE, domicilié Avenue J. Pastur, 11 à UccleBruxelles, pour: UN MOTEUR ELECTRIQUE A COURANT ALTERNATIF. Les moteurs électriques à courant monophasé, connus de l'art antérieur, présentent pour beaucoup d'applications, des inconvénients importants:
Ceux du type asynchrone ont un couple au démarrage nul, et si on les munit d'un enroulement auxiliaire de lancement, leur couple au démarrage reste faible.
Les moteurs monophasés à collecteur, c'est-à-dire à commutation électrique, présentent un couple de démarrage important, mais outre que la commutation y est souvent la cause de sérieux ennuis, ces moteurs ont le grave inconvénient de ne pouvoir fonctionner qu'à une fréquence égale ou inférieure à 25 périodes par seconde.
Ceci entraine, dans le cas des chemins de fer électriques à courant monophasé, l'obligation de créer des centrales ne desservant que ces chemins de fer ou, à procéder à de couteuses conversions de fréquence, si l'énergie nécessaire est fournie par les centrales alimentant également les réseaux de force motrice et d'éclairageo
L'objet de l'invention est un moteur à courant monopha-
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sé, dans la construction duquel on a évité les inconvénients cités ci-dessus, et présentant simultanément les avantages suivants:
1 ) couple de démarrage élevé
2 ) pas de commutation électrique
3 ) excellent fonctionnement aux fréquences habituelles de 50 et 60 p:
s
4 ) facteur de puissance élevé
5 ) construction simple et robuste
6 ) réglage économique de la vitesse en fonction du couple
7 ) renversement aisé du sens de marche
8 ) les enroulements connectés à la source d'énergie électrique étant fixes et électriquement isolés de ceux mobiles, ces enroulements peuvent etre prévus pour être alimentés en haute tension :15.000 par exemple.
Une forme de réalisation du moteur est donnée schematiquement à la figure 1 des dessins accompagnant la présente description.
Le moteur comporte toujours un certain nombre pair d'éléments identiques montés tous sur un arbre commun.
Dans la figure 1 des dessins ci-annexés, C représente le commutateur électromagnétique d'un élément de moteur et M le moteur-couple de cet élément.
Le commutateur C est d'une construction analogue à celle d'un moteur d'induction monophasé, connu de l'art antérieur, mais dont l'induit au lieu d'être pourvu d'un enroulement en court circuit ou d'une cage est pourvu d'une bobine B à spires parallèleso
Cette bobine est soumise au flux magnétique alternatif des poles inducteurs R et S, dont les enroulements sont alimentés par une source de tension monophasée U
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Le moteur-couple M comporte un inducteur à quatre poles J,K,L,N, et un induit également à quatre poles A,G,H,Po
L'induit du commutateur C est monté sur le même arbre que le moteur-couple M, mais de telle sorte que, lorsque l'axe X XI de la bobine B de C coincide avec l'axe des poles S et R,
les axes YY' et ZZ' des enroulements de l'induit de M sont à 45 par rapport aux axes des poles inducteurs. Ils coïncident donc avec les bissectrices des angles droits formés par l'inter- section des axes de ces poles inducteurs.
Par l'intermédiaire de la bague D et du balais T de C, ainsi que de la bague Q et du balais W de M, la bobine B est connectée en série avec les enroulements des poles inducteurs J,K,L,N, et les enroulements des poles induits A,G,H,P, ainsi qu'avec le condensateur F.
Les raccordements et les sens relatifs d'enroulement sont tels, que les poles inducteurs situés sur un même axe, c'est-à-dire K et N d'une part et J et L d'autre part, sont de même nom ; P et G sont également de même nom.
Les polarités relatives de tous ces enroulements sont d'ailleurs renseignées sur la figure 1 par les lettres a et b.
Pour obtenir à vitesse nulle ou presque, un couple maximum, le condensateur F est de capacité telle que il y a résonnance chaque fois que l'axe XX' de la bobine B coïncide avec celui des poles inducteurs R et S; c'est-à-dire chaque fois que le flux embrassé par cette bobine est maximum.
Dans cette position, le couple fourni par le moteurcouple M est le plus grand possible pour un courant donné, car les poles de l'induit se trouvent exactement à mi-distance entre les poles de l'inducteur.
Pour des positions symétriques de XX' de part et d'au- tre de l'axe des poles R et S, le courant induit diminue dans le même rapport et devient nul lorsque XX' est perpendiculaire à l'axe des poles R et S.
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Cette position de courant induit nul correspond à celle du moteur-couple M dans laquelle celui-ci serait susceptible de développer le couple maximum inverseo
En effet, dans la position où l'axe XX' coïncide avec celui des poles R et S le couple est maximum dans le sens indiqué par la flèche, les poles b de l'induit sont repoussés par les poles b de l'inducteur et attirés par les poles a de celuici. De même les poles a de l'induit sont repoussés par les poles a de l'inducteur et attirés par les poles b de celui-ci.
Lorsque l'axe XX' est perpendiculaire à l'axe des poles R et S, ces actions entre poles subsistent, mais comme les POles a et b de l'induit ont permuté de place, il y aurait production d'un couple en sens inverse, c'est-à-dire d'une couple négatif, si le courant induit n'était pas nul dans cette position. Grace à l'alimentation du moteur-couple par l'intermédiaire du commutateur c, il ne subsiste pratiquement que le couple positif.
Les réactions électrodynamiques entre la bobine B et les poles R et S produisent également un couple variant quatre fois de sens par tour. Mais comme le moteur comporte toujours un ou plusieurs groupes de deux éléments identiques, ces réactions se compensent mutuellement.
Les induits de chaque groupe de deux éléments sont calés sur l'arbre commun de telle sorte que les axes de leurs bobines B soient situés dans des plans axiaux perpendiculaires l'un à l'autre.
Il en résulte que les couples de réaction qui s'excercent en sens contraire sur les bobines B de chacun de ces groupes de deux éléments s'équilibrent.
Pour laclarté du dessin l'élément de moteur représenté schématiquement à la figure 1, comporte un commutateur C bient distinct du moteur-couple M.
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En fait, ces deux parties d'un même élément peuvent être exécutées sur un même et unique circuit magnétique.
Les enroulements des poles S et R sont alors superposés à ceux des poles K et N.
D'autre part, la bobine B est montée sur l'induit du moteur'-couple dans une position telle que son axe XX' se confondent avec la bissectrice de l'angle droit formé par les axes des bobines A et H d'une part et G et P d'autre parto
Etant donné les sens relatifs de ces divers enroulements, il nfen résulte pas d'effets d'induction mutuelle nuisible.
Sans sortir du cadre de l'invention on peut également augmenter le nombre des poles inducteurs et induits dans la même proportion pour C et M.
Le couple au démarrage est évidemment d'autant plus uniforme que le moteur comporte un grand nombre d'élémentso
Le moteur est pourvu sur son axe d'autant de bagues qu'il y a d'éléments, plus une bague communeo
Pour limiter l'appel de courant au démarrage et uniformiser le couple à cet/ instant, on peut intercaler des résis- tances appropriées dans le circuit de chacun des éléments de moteurso
Le réglage de la vitesse du moteur en marche peut être obtenu simplement en faisant varier la capacité des condensateur F. Ce moyen permet également de limiter le courant au démarrage et convient pour lancer le moteur si un couple à peu près uniforme au démarrage n'est pas exigé.
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DESCRIPTIVE MEMORY filed in support of an invention patent application filed by François DESTINE, domiciled at Avenue J. Pastur, 11 in UccleBruxelles, for: AN ALTERNATIVE CURRENT ELECTRIC MOTOR. Single-phase current electric motors, known from the prior art, have for many applications, significant drawbacks:
Those of the asynchronous type have zero starting torque, and if they are fitted with an auxiliary starting winding, their starting torque remains low.
Single-phase commutator motors, that is to say electric commutator, have a large starting torque, but in addition to the commutation there often the cause of serious problems, these motors have the serious drawback of only being able to operate. at a frequency equal to or less than 25 periods per second.
This entails, in the case of single-phase electric railways, the obligation to create power stations serving only these railways or, to carry out expensive frequency conversions, if the necessary energy is supplied by the power stations. also feeding the motive power and lighting networks
The object of the invention is a single-phase current motor.
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sé, in the construction of which the drawbacks mentioned above have been avoided, and simultaneously having the following advantages:
1) high starting torque
2) no electrical switching
3) excellent operation at the usual frequencies of 50 and 60 p:
s
4) high power factor
5) simple and sturdy construction
6) Economical speed adjustment according to torque
7) easy reversal of direction of travel
8) the windings connected to the source of electrical energy being fixed and electrically isolated from the mobile ones, these windings can be designed to be supplied with high voltage: 15,000 for example.
An embodiment of the motor is given schematically in FIG. 1 of the drawings accompanying the present description.
The engine always has an even number of identical elements all mounted on a common shaft.
In figure 1 of the accompanying drawings, C represents the electromagnetic switch of a motor element and M the motor-torque of this element.
Switch C is of a construction similar to that of a single-phase induction motor, known from the prior art, but the armature of which instead of being provided with a short-circuit winding or a cage. is fitted with a coil B with parallel turns
This coil is subjected to the alternating magnetic flux of the inductor poles R and S, the windings of which are supplied by a single-phase voltage source U
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The torque motor M has a four-pole J, K, L, N inductor, and also a four-pole A, G, H, Po armature
The switch armature C is mounted on the same shaft as the torque motor M, but in such a way that, when the axis X XI of the coil B of C coincides with the axis of the poles S and R,
the axes YY 'and ZZ' of the windings of the armature of M are at 45 with respect to the axes of the inductor poles. They therefore coincide with the bisectors of the right angles formed by the intersection of the axes of these inductor poles.
Through the D-ring and T-brush of C, as well as the Q-ring and W-brush of M, coil B is connected in series with the windings of the field poles J, K, L, N, and the windings of the induced poles A, G, H, P, as well as with the capacitor F.
The connections and the relative winding directions are such that the inductor poles located on the same axis, that is to say K and N on the one hand and J and L on the other hand, have the same name; P and G are also of the same name.
The relative polarities of all these windings are moreover indicated in FIG. 1 by the letters a and b.
To obtain a maximum torque at zero or almost zero speed, the capacitor F has a capacity such that there is resonance each time the axis XX 'of the coil B coincides with that of the inductor poles R and S; that is to say each time that the flux embraced by this coil is maximum.
In this position, the torque supplied by the torque motor M is the greatest possible for a given current, because the poles of the armature are located exactly halfway between the poles of the inductor.
For symmetrical positions of XX 'on either side of the axis of the R and S poles, the induced current decreases in the same ratio and becomes zero when XX' is perpendicular to the axis of the R and S poles. .
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This position of zero induced current corresponds to that of the motor-torque M in which the latter would be capable of developing the maximum reverse torque.
Indeed, in the position where the axis XX 'coincides with that of the poles R and S the torque is maximum in the direction indicated by the arrow, the poles b of the armature are pushed back by the poles b of the inductor and attracted by the poles of it. Likewise, the a poles of the armature are repelled by the a poles of the inductor and attracted by the b poles of the latter.
When the axis XX 'is perpendicular to the axis of the poles R and S, these actions between poles remain, but as the poles a and b of the armature have swapped places, there would be production of a torque in the direction inverse, that is to say of a negative torque, if the induced current was not zero in this position. Thanks to the supply of the motor-torque via the switch c, practically only the positive torque remains.
The electrodynamic reactions between the coil B and the poles R and S also produce a torque varying four times in direction per revolution. But since the engine always has one or more groups of two identical elements, these reactions compensate each other.
The armatures of each group of two elements are wedged on the common shaft such that the axes of their coils B are located in axial planes perpendicular to one another.
The result is that the reaction torques which are exerted in the opposite direction on the coils B of each of these groups of two elements are balanced.
For clarity of the drawing, the motor element shown schematically in FIG. 1, comprises a switch C which is quite distinct from the motor-torque M.
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In fact, these two parts of the same element can be executed on the same and unique magnetic circuit.
The windings of the S and R poles are then superimposed on those of the K and N poles.
On the other hand, the coil B is mounted on the armature of the motor '-torque in a position such that its axis XX' merge with the bisector of the right angle formed by the axes of the coils A and H of a part and G and P on the other parto
Due to the relative directions of these various windings, no harmful mutual induction effects result.
Without departing from the scope of the invention, it is also possible to increase the number of inducing and induced poles in the same proportion for C and M.
The starting torque is obviously all the more uniform as the engine has a large number of elements.
The motor is provided on its axis with as many rings as there are elements, plus a common ring.
To limit the inrush of current at start-up and to equalize the torque at this time, suitable resistances can be inserted in the circuit of each of the motor elements.
The adjustment of the running speed of the motor can be obtained simply by varying the capacitance of the capacitor F. This means also makes it possible to limit the starting current and is suitable for cranking the motor if a roughly uniform starting torque is not not required.