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MOTEUR A VITESSE CONSTANTE.
La présente invention est relative à un système perfectionné de fonctionnement de moteurs électriques à vitesse sensiblement constante,, avec une alimentation en courant alternatif ou continuo Il convient par- ticulièrement bien pour satisfaire à la demande d'un système d'entraîne- ment simple et ramassé pour machines à enregistrer et reproduire le son et spécialement., pour machines à dicter utilisées dans des bureaux.,
Pour que les machines à dicter aient le plus grand champ d'ap- plication possible, il est bon qu'elles soient faites de manière à fonction- ner sur les sources de puissance les plus courantes,, Ainsi, les machines à dicter ont été., en général,, équipées avec un moteur séries, un régulateur mécanique et une résistance variables, en série avec le moteurs,
de manière à pouvoir faire les réglages de vitesses nécessaires pour fonctionner sur de l'alternatif ou du continu. En outredans ces systèmesil est parfois nécessaire de changer la position des balais du moteur lorsque l'on passe d'une source de puissance à une autres Cette disposition ne donne pas com- plète satisfaction car les -réglages nécessaires doivent généralement être faits par un monteur exercé., en particulier lorsqu'il est nécessaire de régler la position des balaie.
On s'est également efforcé de remédier aux changements de vi- tesse résultant de changements dans la nature de l'alimentation en utilisant un régulateur électrique du type à contacts, mais cette position n'a pas donné satisfaction car il en résulte,, par interférence 'électrique., du bruit dans les amplificateurs sensibles à tubes électroniques utilisés dans les machines à dicter actuelles.
De plus, avec ces systèmes antérieurs, il était essentiel que l'opérateur connaisse avec certitude la nature de la tension d'alimentation avant de brancher l'appareil,, Ceci est particulièrement gênant pour des vendeurs ou autres personnes qui désirent utiliser des machines à dicter
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portatives en beaucoup d'endroits différents.
Selon l'invention, on remédie à ces inconvénients au moyen d'un moteur shunt d'un type non courant, dont l'alimentation se fait à l'aide de circuits spéciaux de redresseur, de filtre et de compensation.
Avec ces systèmes de circuits, le moteur fonctionne à vitesse sensible- ment constante que l'alimentation soit faite en courant continu ou en alternatif ayant les fréquences que l'on rencontre généralement dans les réseaux et il n'est pas nécessaire de régler le moteur ou les circuits d'excitation lorsqu'on passe d'une alimentation à une autre. De plus, les systèmes de circuits donnent une compensation automatique réduisant au minimum le changement de vitesse pendant que le moteur s'échauffe.
Ce nouveau système de moteur indique immédiatement si une machine à dic- ter munie d'un amplificateur alternatif continu est branchée avec la pola- rité convenable sur une ligne d'alimentation en continu. De plus, ce sys- tème de moteur de commande est si simple de fabrication qu'il se prête fa- cilement à une fabrication en série et il est de faible encombrement de telle sorte qu'il occupe peu de place, ce qui est en général un avantage dans les machines à dicter modernes qui sont petites et légères.
En conséquence, l'invention est relative à un système de mo- teur universel de commande de machines à enregistrer et reproduire le son et machines analogues, à vitesse constante, à partir des sources d'alimen- tation courantes en alternatif et continu, sans avoir à être réglé pour passer d'un type d'alimentation à un autre.
L'invention porte aussi sur un système d'excitation du moteur réduisant au minimum les changements de vitesse pendant la période d'échauf- fement.
Ce système de moteur comporte un bon réglage de la vitesse quelle que soit la nature de l'alimentation et il indique automatiquement si la machine est branchée avec la polarité voulue sur une alimentation en continu sans qu'il faille attendre que les tubes électroniques de sa partie amplificateur soient chauffés aux conditions de fonctionnement.
D'autres avantages et particularités de l'invention ressorti- ront de la description ci-dessous faite en se référant au dessin annexé dans lequel :
La figure 1 est un schéma d'une machine à dicter équipée selon l'invention;
La figure 2 est un schéma d'une variante,
Comme le montre la figure 1, un moteur shunt à courant continu désigné dans son ensemble par 2, actionne le mandrin 4 d'une machine à dic- ter, par exemple du type représenté dans le brevet des Etats-Unis n 2.318.828 dans lequel des signaux sonores sont enregistrés sur une courroie d'enregis- trement 6 en matière plastique et ce moteur est relié à un nouveau circuit de redresseur et de filtre selon l'invention,
de telle sorte qu'il fonction- ne à vitesse sensiblement constante à partir d'une alimentation en alterna- tif ou en continu,sans avoir à faire aucun réglage.
Pour empêcher que la vitesse du moteur 2 change lors de varia- tions de la charge, tout en pouvant alimenter le moteur en alternatif ou en continu. Le circuit de redresseur et de filtre doit être bien réglé, Par exemple, toute ondulation de la tension alternative dans le circuit d'induit. dont la grandeur de pointe est supérieure à la chute de tension provoquée par la résistance de l'induit, donne un freinage dynamique du moteur pendant une partie de chaque cycle du courant d'alimentation.
Toutefois, une ondulation un peu plus élevée est admissible sur l'enroule- ment de champ du moteur, désigné de façon, générale par 8 et qui est repré- senté comme composé de deux enroulements 8A et 8B. Ceci tient, en partie, à une charge de flux élevée du circuit de champ, comme on le verra plus loin, de sorte que la variation de flux totale est, proportionnellement, infé- rieure au changement dans le courant produisant le flux, et, . en partie, à ce que l'on utilise l'impédance inductive de l' enroulement de champ 8 pour
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aider à régulariser le courant de champ.
En conséquence., dans le système de la figure 1, il est prévu un filtre spécial à deux étages pour régler le courant' de commande du moteur 2. Ainsi, une extrémité de l'enroulement de champ 8B est reliée, par un fil 12, à une borne d'une prise de courant d'alimentation à broches 14 qui peut être branchée sur une prise à douilles'ordinaires d'arrivée de courant continu ou alternatif.
L'autre borne de la prise 14 est reliée, par un fil 16, un interrupteur 18, un redresseur au sélénium du type sec, à demi-onde, et une résistance filtrante en série 24, à l'extrémité opposée de l'enroulement de champ 8A. Un condensateur filtrant 'électro- lytique 26 shunte l'enroulement de champ 80
La combinaison de la ¯résistance 24 et du condensateur électro- lytique 26 est utilisée pour le filtrage car la place disponible dans les machines à dicter ne permet pas d'utiliser des condensateurs à huile ou du type à papier ou de remplacer la résistance 24 par un élément inductif approprié. De plus.\) dans les appareils à dicter, les considérations de poids sont importantes et, par suiteil faut éviter les selfs filtrantes lourdes,
,
Pour alimenter l'induit 28 du moteur 2,il est prévu une résis- tance filtrante supplémentaire 32 et un condensateur électrolytique 24.
Un côté de l'enroulement d'induit 28 est relié, par un commutateur et un balai à position fixe, directement au fil d'alimentation 12 et son autre côte est relié, par le commtateur et son 'balai et par une résistance fil- trante 32, à une extrémité de la première résistance filtrante 24, le con- densateur 34 shuntant l'enroulement d'induit.
Cette disposition permet un fonctionnement efficace car il n' est- prévu que le filtrage nécessaire pour l'excitation adéquate de l'en- roulement de champ 8, tandis que le filtrage supplémentaire à souhaiter pour le circuit d'induit est donné par un deuxième étage filtrant consti- tué par la résistance 32 et la capacité 34.
Par suite., le courant qui ex- cite le champ 8 est filtré par la résistance 24 et le condensateur 26, tan- dis que le courant de l'induit 28 est filtré par les résistances 24 et 32 et les condensateurs 26 et 34
Il est bon que les résistances 24 et 32 soient aussi petites que possible et quelles soient disposées de façon qu'il n'y passe de cou- rant qui ne serve au rôle principal du circuit filtrante c'est-à-dire que dans des résistances 24 et 32,il ne passe de courant tant soit peu impor- tant que pendant la période où les condensateurs 26 et 34 fournissent du courant au champ 8 et à l'induit 28, respectivement.
On obtient ce résultat en choisissant les valeurs des éléments filtrants de telle sorte que le rapport des valeurs des condensateurs 26 et 34 soit égal au rapport du courant passant dans 1-'enroulement de champ 8 au courant passant dans l'induit 28. Des valeurs choisies de cette façon réduisent ou suppriment les courante ciroulants, donnant lieu à des pertes supplémentaires, ce qui donne un réglage remarquable de la tension.
Les fils 12 et 16 sont reliés aussi par des fils 36 et 38 à un amplificateur oourant alternatif-courant continu, qu'il excite amplifica- teur représenté par un rectangle 42,faisant partie de l'appareil à dicter.
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Lorsque l'on utilisait une source de courant continu avec les systèmes antérieurs dans lesquels un moteur universel série permet- tait de fonctionner avec de l'alternatif ou du continu, il était nécessaire d'attendre jusqu'à ce que les cathodes des tubes à vide du circuit de l'amplificateur soient chauffées avant de pouvoir déterminer si la polari- té de la tension d'alimentation était correcte.
Cette période d'incer- titude est gênante pour l'usagero Dams le présent système)\ on remarquera que le circuit du moteur ne fonctionne que si le courant continu d'alimenta- tion a la polarité correcte,, Etant donné que l'on utilise dans ce circuit un redresseur au. sélénium, il n'est pas nécessaire de chauffer au préalable le redresseur et on peut déterminer immédiatement si l'appareil est convena-
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blement branché sur la source de courant continu, car le moteur lui-même sert d'indicateur audibleo Cette caractéristique est particulièrement intéressante lorsque l'appareil va souvent d'un endroit à un autre ou doit être débranché souvent de la source de courant continu.
Lorsque l'on utilise un moteur non synchrone pour actionner l'appareil, tel aucune machine à dicter.,la.vitesse du moteur peut varier beaucoup pendant la période de chauffage. Cette tendance au changement de vitesse pendant la période de chauffage est spécialement prononcée lors- qu'un moteur shunt à courant continu est actionné par un circuit de redres- sage.
Plusieurs facteurs contribuent à cette variation de vitesse, L'un d'eux est le changement de résistance des enroulements de champ SA et 8B avec l'augmentation de température résultant du fonctionnement du moteur. Dans des cas typiquesla résistance de l'enroulement de champ peut varier jusqu'à. 20 % pendant cette période de chauffage.
Pour empêcher le changement de vitesse résultant du changement de la résistance du circuit de champ., une résistance 44 est montée en série avec les enroulements de champ 8A et 8B. Cette résistance 44 est choisie de fagon à avoir un coefficient négatif de résistance avec la température la valeur de résistance de la résistance 44 diminuant lorsque la température augmente.
Cette résistance 44 est, de préférence,, noyée dans le système d'enroulement de champ de sorte que la température de cette résistance com- pensatrice correspond toujours à la température de l'enroulement de champ et sa caractéristique température-résistance est choisie de façon qu'elle soit le complément de la caractéristique de température de 1-'enroulement de champ., de sorte que la résistance totale du circuit du champ reste sensi- blement constante.
Dans certains casil peut être bon de modifier les caractéris- tiques de compensation de la résistance 44, par exemple en branchant une ré- sistance fixe 46 en parallèle avec la résistance 44. Cette résistance 46 peut être du type fixe ordinaire.. ayant un faible coefficient de température positif ou sensiblement indépendant de la température et ayant une valeur choisie de manière à donner la caractéristique temps-résistance désirée.
Dans certains casil peut être bon de choisir une résistance 44 à coefficient de température négatif., de valeur et de caractéristique de température telles qu'elle fasse plus que compenser le changement de vi- tesse produit par la variation de résistance de l'enroulement de champ afin de compenser en totalité ou en partie les changements de vitesse résultant de l'augmentation de température dans d'autres éléments du système.
Un autre facteur qui contribue à la variation de la vitesse pen- dant la période de chauffage est que le circuit filtrant tend à donner une tension plus élevée lorsque la température augmente. Ceci est .dû, en partie à ce que la résistance avant du redresseur au sélénium 22 diminue lorsque la température augmentele sélénium ayant une caractéristique de température négative et à ce que l'inverse de sa résistance augmente,, ce qui réduit les pertes dans le circuit du redresseur et augmente la ten- sion de sortie.
De plus, le facteur de puissance des condensateurs élec- trolytiques augmente lorsque la température augmente dans la gamme ambian- te, ce qui diminue les pertes dans ces condensateurs., Ces deux changements produits dans le circuit filtrant tendent à donner une plus grande tension de sortie.
On remédie très facilement à cet effet en prenant une résistance filtrante 24 à coefficient de température positif. De ce fait., lorsque l'on monte la résistance 24 à coefficient de température positif;, dont la valeur est choisie de manière à juste compenser l'augmentation de la tension de sortie lors du chauffage, de telle sorte que sa température soit la même que celle du redresseur au sélénium 22 et des condensateurs électrolytiques 26 et 34, l'augmentation de la résistance en série dans le circuit filtrant compense l'augmentation de tension qui autrement serait fournie par la sour- ce de puissance.
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Un autre facteur provoquant une modification de la charge du moteur pendant la période de chauffage et, par suite., tendant à donner un changement de vitesse., est la réduction de viscosité du lubrifiant dans les paliers de la machine lorsque la température augmente. Cette augmen- tation de la charge du moteur lorsque la machine est froide fait que l'in- duit 28 prend plus de courant. Toutefois, cet induit 28 reçoit du cou- rant par les deux résistances filtrantes 24 et 32 de sorte que la chute de tension sur ces résistances varie avec la charge appliquée au moteur 2.
Cet effet ne serait pas sérieux si l'on pouvait utiliser de grandes selfs ou d'autres filtres.,mais du fait des limitations de place et de poids in- diquées ci-dessus, on ne peut en utiliser dans les machines à dicter.
Cet effet est compensé au mieux par une résistance 48 à coef- ficient de température négatif., placée dans un circuit shuntant l'induit 28. La résistance 48 peut être montée, par exemple, au voisinage d'un des paliers du moteur 2 de telle sorte que sa température corresponde, à tout moment, à la température de ces paliers. Une résistance fixe 52, sta- ble par rapport à la température, est montée en série avec la résistance 48 à coefficient de température négatif et une résistance fixe 64 est mon- tée en parallèle avec cette résistance 48, tout ce réseau étant en shunt sur l'enroulement d'induit 28. Dans l'exemple représenté, cette disposition particulière est utilisée pour donner la caractéristique temps-résistance désirée.
Dans une forme de réalisation particulière, les résistances 52 et 54, stables à la température.. avaient des valeurs de résistance de 1500 et 3200 obmsy respectivement., et la résistance à coefficient de température négatif 48 avait une résistance de 8000 ohms à 38 , cette résistance tombant à 2500 ohms à 85 et 1500 ohms à 155 , Avec cette disposition, la valeur de la résistance shunt 54, avec la machine à l'arrêt est sensiblement moindre que celle de la résistance compensatrice 48, de sorte que la plus grande partie du courant passe par la résistance 54 et la température de la résistance compensatrice 48 est déterminée surtout par le chauffage exté- rieur, c'est-à-dire par la température des paliers du moteur 2.
De ce faite les valeurs de résistance sont choisies de façon que les caractéristiques de résistance de la résistance 48 varient dans la proportion nécessaire pour effectuer la compensation désirée.
Dans certains cas, il peut suffire de n'utiliser que la résis- tance 48 à coefficient de température négatif, montée directement entre les bornes de l'enroulement d'induit 28 ou bien, dans certains cas, il peut être bon de n'utiliser que la résistance shunt 54 ou la résistance en série 52.
En outre., lorsque d'autres paliers de l'appareil,, par exemple le palier qui porte le mandrin 4, ont un effet important sur la charge du moteur 2 et lorsque ces paliers sont placés de façon que leur température soit nettement différente de celle des paliers du moteur 2,il peut être bon de brancher aux bornes de l'induit 28 plusieurs circuits de résistances à coefficient de température négatif.
Ces circuits peuvent être branchés de la même façon que les , circuits contenant la résistance 48 à coefficient de température négatif avec cette différence que chaque résistance compen- satrice est montée au voisinage d'un des paliers de la machine de sorte que la résistance et le palier ont des cycles de température correspondants et l'effet cumulatif de ces circuits donne la compensation nécessaire pour maintenir une vitesse uniforme pendant la' période de chauffage,,
Alors qu'antérieurement, les systèmes de eommande des enregis- treurs de la plupart des machines à dicter étaient mis en marche et arrêtés au moyen d'un embrayage mécanique., car il est nécessaire d'avoir une mise en marche et un arrêt sensiblement instantanés, selon la présente invention.,
on peut supprimer cet embrayage mécanique en utilisant les caractéristiques du système filtrant décrit ieiy dans un circuit spécial de démarrage et d'arrêt au moyen duquel on peut mettre en route et arrêter le moteur très rapidement,,
Comme on le voit sur la figure l, un commataeur unipolaire à deux directions désigné de façon générale par 56 sert à mettre en marche et
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arrêter rapidement le moteur 2. Ce commutateur peut être actionné, par exemple, au moyen d'un mécanisme à relais (non représenté) commandé par un bouton-poussoir 58 monté sur un microphone à main 62, relié à l'amplifica- teur 42.
Comme on le voit sur le dessin, le commutateur 56 n'a pas d'ef- fet sur le circuit de champ 8, de sorte que ce circuit reste excité tant que l'interrupteur principal 18 est fermé, que le moteur marche ou non.
En outre,pendant que le moteur està l'arrêt, le condensateur filtrant 34 se charge presque jusqu'à la tension de pointe de l'alimentation, de sorte que, lorsque l'induit 28 est rebranché sur l'alimentation, sensible- ment toute la tension de la ligne qui s'est établie sur le condensateur 34, est appliquée sur l'induit 28 en provoquant un démarrage presque im- médiate après quoi la tension aux bornes de l'induit 28 diminue du fait de la chute de tension sur les résistances filtrantes en série 24 et 32.
Le moteur démarre donc rapidement lorsque le bras 64 de l'interrupteur 56 est déplacé pour venir sur le contact 68, ce qui fait que la tension d'alimentation est appliquée sur les bornes de l'induit 28 du moteur du fait de la tension élevée appliquée sur l'induit 28 par le condensateur 34 et du fait que le champ est déjà excité de sorte qu'il n'y a pas de retard nécessaire pour que le flux magnétique s'établisse dans le cir- cuit de champ.
Cette disposition est particulièrement avantageuse lorsque l'on utilise un système de filtre-redresseur, selon l'invention, car la diminu- tion du courant dans le redresseur 22, lorsque l'induit 28 est débranché, provoque une augmentation de la tension de sortie de l'alimentation, par exemple du fait des plus faibles chutes de tension sur le redresseur au sélénium 22 et sur la résistance en série 24, de sorte que le courant passant dans le circuit de champ augmente. La plus grande densité de flux dans le champ 8 dans ces conditions et l'augmentation de la tension de démarrage aux bornes de l'induit 28 agissent tous deux pour réduire encore le temps de démarrage du moteur 2.
On peut régler ce temps de démarrage à l'aide de valves appro- priées pour la résistance filtrante 32 de l'induit et le condensateur 34.
Lorsqu'il faut arrêter le moteur on amène le bras 64 de l'in- terrupteur sur le contact 68, de sorte que la tension d'alimentation est débranchée de l'induit 28 et qu'une résistance fixe 72 est mise en shunt sur l'induit 28. Le moteur alors agit en fait comme génératrice et le circuit shunt constitué par le commutateur 56 et la résistance 72 donne un freinage dynamique faisant arrêter immédiatement le moteur. Ce temps d'arrêt est déterminé dans une large mesure par la résistance de l'enroulement d'in- duit 28 et la valeur de la résistance shunt 72.
On peut régler la valeur de cette résistance de manière à donner le temps d'arrêt désiré et dans certains cas, on constate que l'on peut complètement supprimer la résis- tance 72 et disposer le commutateur 56 de manière à provoquer directement le court-circuit sur les bornes de l'induit.
Comme on l'a dit plus'haut, il est bon que des courants passent dans les résistances 24 et 32 pendant la partie du cycle pendant laquelle du courant est appliqué sur l'enroulement de champ 8 et l'induit 28 à par- tir des condensateurs électrolytiques 26 et 34 respectivement. On a repré- senté schématiquement un circuit simplifié, représentant une autre dispo- sition permettant d'obtenir ce résultat, sur la figure 2 dans laquelle les éléments correspondants aux éléments analogues de la figure 1 portent les mêmes numéros de rérérence suivis de la lettre C.
Dans le dispositif de la figure 2, un deuxième redresseur 74 du type sec, à demi-onde, a été placé entre les résistances filtrantes 24 C et 320 de sorte que le courant qui passe dans l'induit 28 C passe succes- sivement dans les redresseurs 220 et 74. Le redresseur 74 empêche ainsi le courant provenant du condensateur électrolytique 340 de revenir par la résistance 320 dans le circuit de champ 8C, ce qui fait que le con- densateur 340 ne donne de courant pour l'enroulement d'induit 280 que pen- dant la période pendant laquelle le condensateur 340 n'est pas chargé par @
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la tension d'alimentation qui arrive.
Les expressions "résistance à coefficient négatif" et "résis- tance à coefficient positif" utilisées ici ont trait à des éléments de ré- sistance qui ont, dans le dispositif utilisée un coefficient de températu- re sensible. Ainsi, par exemple, la résistance 32 peut avoir en fait un léger coefficient de température positif si l'on utilise une résistance courante du commerce mais ce coefficient de température n'a pas d'effet important sur le fonctionnement du circuit et cette résistance ne doit pas être comprise dans le groupe donné ici comme ayant dès coefficients de température positifs.
Dans l'appareil enregistreur et dans différentes autres machi- nes, le moteur doit être tranquille, de faible dimension et il ne doit pas donner lieu à interférence électrique dans les amplificateurs à gain élevé utilisés dans l'appareil enregistreur. La meilleure façon d'obtenir la . tranquillité du moteur est de le faire fonctionner à faible vitesse afin de réduire le bruit des balais. Toutefoisune faible vitesse et une fai- ble dimension du moteur nécessitent, en général, un plus grand nombre de spires dans l'induit avec une résistance d'induit élevée de façon corres- pondante. Cette résistance d'induit élevée fait, en général.que le moteur est plus sensible à dès changements dans la charge et il en résulte un mauvais réglage de la vitesse.
Conformément à la présente invention, on peut remédier à cet inconvénient de la résistance élevée de l'induite de préférence en utilisant un moteur spécial dans lequel on utilise un très faible courant d'induite Dans un moteur de ce genre., une chute de tension sur l'induiteinférieure à 5-volts.. se produit pour une tension d'alimen- tation de 115 volts c'est-à-dire que l'enroulement d'induit donne une for- ce motrice contre-électromotrice de 110 volts. Cette caractéristique in- téressante s'obtient en conformant les couches de l'induit de manière à obtenir un encombrement de bobinage beaucoup plus faible et un parcours dans le fer beaucoup plus grand que cela n'est courant dans des moteurs de faible dimension et en prévoyant un flux de champ extrêmement fort.
Par exemple., dans un moteur de 3 watts, le courant d'induit, dans les conditions de fonctionnement, est de 15 milliampères., tandis que le cou- rant de champ est de 60 milliampères. Par suite., même avec une résistance d'induit s'élevant à 300 ohms., il n'y a qu'une chute de 4,5 volts provo- qués par la résistance de l'induit. La force de champ élevée et le fai- ble courant d'induit aident à empêcher une interférence électrique dans l'amplificateur à rendement élevé. Le courant d'induit est si faible que la commutation de ce courant ne donne pas lieu à étincelles sur les ba- lais du moteur.
Cette résistance d'induit relativement élevée aide éga- lement à amortir'les courants oscillants qui peuvent se produire dans les spires qui sont mises en court-circuit pendant la commutation. Bien que les caractéristiques de la présente invention soient applicables aux mo- teurs faits à la façon habituelle., on obtient des avantages supplémentai- res si le moteur est fait de façon que le ecrarant de champ soit au moins deux fois plus grand que le courant passant dans 1-'induit.
D'après ce qui précède., on voit que le système de commande du moteur selon.l'invention convient bien pour obtenir les résultats in- diqués plus haut et permettre sa construction économique étant donné que les éléments séparés sont., pour la plus grande partid., déjà dans le com- merce.
REVENDICATIONS.
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CONSTANT SPEED MOTOR.
The present invention relates to an improved system for operating electric motors at substantially constant speed, with an alternating or direct current supply. It is particularly well suited to meet the demand for a simple and efficient drive system. collected for recording and sound reproducing machines and especially., for dictation machines used in offices.,
In order for dictation machines to have the widest possible field of application, it is good that they are made in such a way as to operate on the most common power sources., Thus, dictation machines have been ., in general ,, equipped with a series motor, a mechanical regulator and a variable resistance, in series with the motors,
so as to be able to make the necessary speed adjustments to operate on AC or DC. In addition, in these systems it is sometimes necessary to change the position of the motor brushes when switching from one power source to another. This arrangement is not entirely satisfactory since the necessary adjustments must generally be made by a fitter. exercised., especially when it is necessary to adjust the position of the brushes.
Attempts have also been made to remedy the changes in speed resulting from changes in the nature of the power supply by using an electrical regulator of the contact type, but this position has not been satisfactory as it results. electrical interference, noise in sensitive electron tube amplifiers used in current dictation machines.
In addition, with these prior systems, it was essential that the operator know with certainty the nature of the supply voltage before plugging in the appliance. This is particularly troublesome for salespeople or others who wish to use machines to to dictate
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portable in many different places.
According to the invention, these drawbacks are remedied by means of a shunt motor of a non-current type, the supply of which is effected by means of special rectifier, filter and compensation circuits.
With these circuit systems, the motor operates at a substantially constant speed whether the power supply is made in direct current or in alternating current having the frequencies generally found in networks and it is not necessary to adjust the motor. or the excitation circuits when switching from one power supply to another. In addition, the circuit systems give automatic compensation that minimizes shifting as the engine warms up.
This new motor system immediately indicates whether a dictation machine with a DC amplifier is plugged in with the correct polarity to a DC power line. In addition, this drive motor system is so simple to manufacture that it lends itself easily to mass production and it has a small footprint so that it takes up little space. generally an advantage in modern dictation machines which are small and light.
Consequently, the invention relates to a universal motor system for controlling sound recording and reproducing machines and similar machines, at constant speed, from current AC and DC power sources, without have to be set to switch from one type of feed to another.
Also disclosed is an engine excitation system that minimizes speed changes during the warm-up period.
This motor system has a good speed adjustment whatever the nature of the power supply and it automatically indicates whether the machine is connected with the desired polarity to a continuous power supply without having to wait for the electronic tubes of its power supply. amplifier part are heated to operating conditions.
Other advantages and features of the invention will emerge from the description given below with reference to the appended drawing in which:
FIG. 1 is a diagram of a dictation machine equipped according to the invention;
Figure 2 is a diagram of a variant,
As shown in Figure 1, a direct current shunt motor denoted as a whole by 2 drives the chuck 4 of a dictation machine, for example of the type shown in United States Patent No. 2,318,828 in which sound signals are recorded on a recording belt 6 made of plastic material and this motor is connected to a new rectifier and filter circuit according to the invention,
so that it operates at a substantially constant speed from an AC or DC power supply without having to make any adjustments.
To prevent the speed of motor 2 from changing when the load changes, while still being able to supply the motor either AC or DC. The rectifier and filter circuit must be properly adjusted, For example, any ripple of the AC voltage in the armature circuit. whose peak magnitude is greater than the voltage drop caused by the armature resistance, provides dynamic braking of the motor during part of each cycle of the supply current.
However, a somewhat higher ripple is permissible on the motor field winding, generally designated 8 and which is shown as composed of two windings 8A and 8B. This is in part due to a high flux load of the field circuit, as will be seen later, so that the total flux change is, proportionally, less than the change in the current producing the flux, and, . in part, that the inductive impedance of the field winding 8 is used for
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help to regulate the field current.
Accordingly, in the system of Fig. 1 there is provided a special two-stage filter for adjusting the driving current of the motor 2. Thus, one end of the field winding 8B is connected, by a wire 12. , to a terminal of a pin power socket 14 which can be plugged into an ordinary socket outlet for direct or alternating current.
The other terminal of the socket 14 is connected, by a wire 16, a switch 18, a selenium rectifier of the dry type, half-wave, and a filter resistor in series 24, at the opposite end of the winding of field 8A. An electrolytic filter capacitor 26 bypasses the field winding 80
The combination of ¯ resistor 24 and electrolytic capacitor 26 is used for filtering because the space available in dictation machines does not allow the use of oil or paper-type capacitors or to replace resistor 24 with a suitable inductive element. In addition. \) In dictation devices, weight considerations are important and therefore heavy filtering chokes must be avoided,
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To power the armature 28 of the motor 2, an additional filter resistor 32 and an electrolytic capacitor 24 are provided.
One side of the armature winding 28 is connected, by a switch and a fixed position brush, directly to the power wire 12 and its other side is connected, by the switch and its brush and by a wire resistor. trante 32, at one end of the first filter resistor 24, the capacitor 34 bypassing the armature winding.
This arrangement allows efficient operation because only the filtering necessary for the adequate excitation of the field coil 8 is provided, while the additional filtering to be desired for the armature circuit is provided by a second. filtering stage made up of resistor 32 and capacitor 34.
Consequently, the current which excites the field 8 is filtered by the resistor 24 and the capacitor 26, while the current of the armature 28 is filtered by the resistors 24 and 32 and the capacitors 26 and 34.
It is good that the resistors 24 and 32 are as small as possible and that they are arranged so that there is no current which does not serve the main role of the filtering circuit, that is to say only in resistors 24 and 32, no current flows at all except during the period when capacitors 26 and 34 are supplying current to field 8 and armature 28, respectively.
This result is obtained by choosing the values of the filtering elements such that the ratio of the values of the capacitors 26 and 34 is equal to the ratio of the current flowing in the field winding 8 to the current flowing in the armature 28. Values chosen in this way reduce or eliminate the circulating currents, giving rise to additional losses, which gives a remarkable adjustment of the tension.
The wires 12 and 16 are also connected by wires 36 and 38 to an AC-DC current amplifier, which it energizes, amplifier represented by a rectangle 42, forming part of the dictation device.
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When a direct current source was used with previous systems in which a series universal motor allowed operation with either AC or DC, it was necessary to wait until the cathodes of the tubes to vacuum in the amplifier circuit are heated before it can be determined whether the polarity of the supply voltage is correct.
This period of uncertainty is inconvenient for the user (in the present system) \ it will be noted that the motor circuit only works if the direct current of the supply has the correct polarity, uses a rectifier in this circuit. selenium, it is not necessary to preheat the rectifier and it can be immediately determined whether the device is suitable.
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wired to the DC source because the motor itself serves as an audible indicator This feature is particularly useful when the device often goes from one place to another or needs to be disconnected often from the DC source.
When a non-synchronous motor is used to drive the apparatus, such as any dictation machine, the speed of the motor may vary greatly during the heating period. This tendency to change speed during the heating period is especially pronounced when a direct current shunt motor is operated by a rectifier circuit.
Several factors contribute to this speed variation, one of them is the change in resistance of the field windings SA and 8B with the increase in temperature resulting from the operation of the motor. In typical cases the resistance of the field winding can vary up to. 20% during this heating period.
To prevent the speed change resulting from the change in resistance of the field circuit, a resistor 44 is connected in series with the field windings 8A and 8B. This resistor 44 is chosen so as to have a negative coefficient of resistance with temperature, the resistance value of resistor 44 decreasing as the temperature increases.
This resistor 44 is preferably embedded in the field winding system so that the temperature of this compensating resistor always corresponds to the temperature of the field winding and its temperature-resistance characteristic is chosen in such a way. that it is the complement of the temperature characteristic of the field winding, so that the total resistance of the field circuit remains substantially constant.
In some cases it may be good to modify the compensation characteristics of resistor 44, for example by connecting a fixed resistor 46 in parallel with resistor 44. This resistor 46 may be of the ordinary fixed type. temperature coefficient positive or substantially independent of temperature and having a value chosen so as to give the desired time-resistance characteristic.
In some cases it may be good to choose a resistor 44 with a negative temperature coefficient., Of a temperature value and characteristic such that it more than compensates for the change in speed produced by the change in resistance of the winding of the coil. field to compensate in whole or in part for changes in speed resulting from temperature rise in other parts of the system.
Another factor which contributes to the variation of the speed during the heating period is that the filter circuit tends to give a higher voltage as the temperature increases. This is due in part to the fact that the forward resistance of the selenium 22 rectifier decreases with increasing temperature of selenium having a negative temperature characteristic and the reciprocal of its resistance increases, which reduces losses in the selenium. rectifier circuit and increases the output voltage.
In addition, the power factor of electrolytic capacitors increases as the temperature increases in the ambient range, which decreases the losses in these capacitors. These two changes produced in the filter circuit tend to give a higher voltage of exit.
This effect is very easily remedied by taking a filter resistor 24 with a positive temperature coefficient. Therefore, when the resistor 24 with a positive temperature coefficient is mounted ;, the value of which is chosen so as to just compensate for the increase in the output voltage during heating, so that its temperature is the same as that of the selenium rectifier 22 and electrolytic capacitors 26 and 34, the increase in series resistance in the filter circuit compensates for the increase in voltage that would otherwise be supplied by the power source.
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Another factor causing a change in engine load during the warm-up period and hence tending to change speed is the reduction in lubricant viscosity in the machine bearings as the temperature increases. This increase in motor load when the machine is cold causes inlet 28 to draw more current. However, this armature 28 receives current through the two filter resistors 24 and 32 so that the voltage drop across these resistors varies with the load applied to the motor 2.
This effect would not be serious if large inductors or other filters could be used, but due to the space and weight limitations indicated above, they cannot be used in dictation machines.
This effect is best compensated by a resistor 48 with a negative temperature coefficient., Placed in a circuit shunting the armature 28. Resistor 48 can be mounted, for example, in the vicinity of one of the bearings of the motor 2 of so that its temperature corresponds at all times to the temperature of these bearings. A fixed resistor 52, stable with respect to the temperature, is connected in series with the resistor 48 having a negative temperature coefficient and a fixed resistor 64 is connected in parallel with this resistor 48, this whole network being shunted on armature winding 28. In the example shown, this particular arrangement is used to give the desired time-resistance characteristic.
In a particular embodiment, the temperature stable resistors 52 and 54 had resistance values of 1500 and 3200 obmsy respectively, and the negative temperature coefficient resistor 48 had a resistance of 8000 ohms at 38, this resistance falling to 2500 ohms at 85 and 1500 ohms at 155, With this arrangement, the value of the shunt resistor 54, with the machine stopped is appreciably less than that of the compensating resistor 48, so that the greater part of the current passes through resistor 54 and the temperature of compensating resistor 48 is determined above all by the external heating, that is to say by the temperature of the bearings of the motor 2.
Therefore the resistance values are chosen such that the resistance characteristics of the resistor 48 vary in the proportion necessary to effect the desired compensation.
In some cases it may be sufficient to use only the resistor 48 with a negative temperature coefficient, mounted directly between the terminals of the armature winding 28, or in some cases it may be appropriate to not use only shunt resistor 54 or series resistor 52.
In addition., When other bearings of the apparatus, for example the bearing which carries the mandrel 4, have a significant effect on the load of the motor 2 and when these bearings are placed so that their temperature is clearly different from that of the bearings of the motor 2, it may be good to connect several circuits of resistors with negative temperature coefficient to the terminals of the armature 28.
These circuits can be connected in the same way as the circuits containing the resistor 48 with negative temperature coefficient with the difference that each compensating resistor is mounted in the vicinity of one of the bearings of the machine so that the resistance and the bearing have corresponding temperature cycles and the cumulative effect of these circuits gives the compensation necessary to maintain a uniform speed during the heating period ,,
Whereas previously the recorder control systems of most dictation machines were switched on and off by means of a mechanical clutch., Since it is necessary to have a substantial switching on and off. snapshots, according to the present invention.
this mechanical clutch can be eliminated by using the characteristics of the filtering system described ieiy in a special starting and stopping circuit by means of which the engine can be started and stopped very quickly,
As seen in Figure 1, a two-way unipolar switch generally designated 56 is used to turn on and off.
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quickly stop engine 2. This switch can be actuated, for example, by means of a relay mechanism (not shown) controlled by a push-button 58 mounted on a hand-held microphone 62, connected to the amplifier 42 .
As can be seen in the drawing, switch 56 has no effect on field circuit 8, so this circuit remains energized as long as main switch 18 is closed, whether the motor is running or not. .
Furthermore, while the motor is stopped, the filter capacitor 34 charges almost to the peak voltage of the supply, so that when the armature 28 is reconnected to the supply, substantially all the line voltage which has established itself on the capacitor 34, is applied to the armature 28 causing an almost immediate start after which the voltage across the armature 28 decreases due to the voltage drop. on the filter resistors in series 24 and 32.
The motor therefore starts rapidly when the arm 64 of the switch 56 is moved to come to the contact 68, which causes the supply voltage to be applied to the terminals of the armature 28 of the motor due to the high voltage. applied to the armature 28 by the capacitor 34 and the fact that the field is already excited so that there is no delay necessary for the magnetic flux to be established in the field circuit.
This arrangement is particularly advantageous when using a filter-rectifier system according to the invention, since the decrease in the current in the rectifier 22, when the armature 28 is disconnected, causes an increase in the output voltage. of the power supply, for example due to the smaller voltage drops on the selenium rectifier 22 and on the series resistor 24, so that the current flowing in the field circuit increases. The greater flux density in field 8 under these conditions and the increase in the starting voltage across armature 28 both act to further reduce the starting time of motor 2.
This start-up time can be adjusted using appropriate valves for armature filter resistor 32 and capacitor 34.
When the motor has to be stopped, the arm 64 of the switch is brought to the contact 68, so that the supply voltage is disconnected from the armature 28 and that a fixed resistor 72 is shunted on. armature 28. The motor then acts in fact as a generator and the shunt circuit formed by the switch 56 and the resistor 72 gives a dynamic braking causing the motor to stop immediately. This stopping time is determined to a large extent by the resistance of the induction winding 28 and the value of the shunt resistance 72.
The value of this resistor can be adjusted so as to give the desired stopping time and in some cases it is found that the resistor 72 can be completely eliminated and the switch 56 positioned so as to directly cause the short. circuit on the armature terminals.
As said above, it is good that currents flow through resistors 24 and 32 during the part of the cycle during which current is applied to field winding 8 and armature 28 from electrolytic capacitors 26 and 34 respectively. A simplified circuit has been shown schematically, representing another arrangement making it possible to obtain this result, in FIG. 2 in which the elements corresponding to analogous elements in FIG. 1 bear the same reference numbers followed by the letter C .
In the device of figure 2, a second rectifier 74 of the dry type, half-wave, was placed between the filter resistors 24 C and 320 so that the current which passes through the armature 28 C passes successively through rectifiers 220 and 74. Rectifier 74 thus prevents current from electrolytic capacitor 340 from flowing back through resistor 320 into field circuit 8C so that capacitor 340 does not provide current for the coil winding. induces 280 that during the period in which the capacitor 340 is not charged by @
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the incoming supply voltage.
The terms "negative coefficient resistor" and "positive coefficient resistor" used herein relate to elements of resistance which have, in the device used, a substantial temperature coefficient. Thus, for example, resistor 32 may in fact have a slight positive temperature coefficient if a common commercial resistor is used, but this temperature coefficient has no significant effect on the operation of the circuit and this resistance does not. should not be included in the group given here as having positive temperature coefficients.
In the recording apparatus and in various other machines, the motor should be quiet, small in size, and it should not give rise to electrical interference in the high gain amplifiers used in the recording apparatus. The best way to get the. The tranquility of the motor is to run it at low speed in order to reduce the noise of the brushes. However, a low speed and small size of the motor generally necessitates a greater number of turns in the armature with correspondingly high armature resistance. This high armature resistance generally makes the motor more sensitive to changes in load and poor speed control results.
According to the present invention, this disadvantage of the high resistance of the armature can be overcome preferably by using a special motor in which a very low armature current is used. In such a motor, a voltage drop on the armature below 5 volts. occurs for a supply voltage of 115 volts ie the armature winding gives a counter-electromotive force of 110 volts. This interesting characteristic is obtained by shaping the layers of the armature so as to obtain a much smaller winding size and a much greater path through the iron than is common in small motors and by providing for an extremely strong field flux.
For example, in a 3 watt motor, the armature current, under operating conditions, is 15 milliamps, while the field current is 60 milliamps. Therefore, even with an armature resistance of 300 ohms, there is only a 4.5 volts drop caused by the armature resistance. The high field strength and low armature current help prevent electrical interference in the high efficiency amplifier. The armature current is so low that switching this current does not cause sparks on the motor bays.
This relatively high armature resistance also helps to dampen the oscillating currents which may occur in the turns which are shorted during switching. Although the features of the present invention are applicable to motors made in the usual way, additional advantages are obtained if the motor is made so that the field screen is at least twice as large as the current. passing through 1-armature.
From the foregoing, it can be seen that the engine control system according to the invention is well suited to achieve the results indicated above and to permit its economical construction since the separate elements are, for the most part. great partid., already in the trade.
CLAIMS.
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