Moteur électrique synchrone, notamment pour horloges. On utilise actuellement. -deux types géné raux d'horloges électriques à moteur syn chrone: Les horloges équipées avec un moteur à autodémarrage et celles équipées avec un moteur sans autodémarrage.
Ces horloges dépendent, en ce qui con cerne leur précision, de la régulation cons tante de la. fréquence du courant -d'alimen tation et., par conséquent, toute interruption de courant détermine une inexactitude dans l'heure indiquée par l'horloge et, par suite, des moyens doivent être prévus pour indiquer qu'il s'est produit une interruption dans le courant d'alimentation. car sinon l'horloge serait cause -d'erreurs.
Dans les horloges ,à autodémarrage ac tuellement en usage, l'interruption de courant est dévoilée par un indicateur qui tombe en position, après toute interruption et qui mon tre que l'horloge n'est plus exacte. Cette -dis position présente, cependant, un grand nom bre d'inconvénients: 10 les frais supplémen taires de fabrication du dispositif indicateur; 20 ce dispositif provoque du bruit dans l'hor loge, et 30 il doit être replacé à. la main après chaque interruption.
Pour éliminer ces difficultés, on peut avoir recours à un moteur sans autodémar- rage. Les horloges -comportant de tels mo teurs s'arrêtent lors de toute interruption et indiquent, par cela même, leur inexactitude du fait quelles sont arrêtées. Actuellement cepeu- dant, les moteurs sans auto-démarrage utilisés. s'arrêtent lors des interruptions de courant les plus courtes ainsi qu'il en arrive fréquem ment durant les orages.
Ces interruptions de courant sont très courtes, excédant rarement une seconde et, évidemment, n'auraient au cune répercussion pratique sur l'exactitude de l'horloge; malgré cela l'horloge s'arrête et reste arrêtée jusqu'à ce qu'elle soit remise en marche à la main. La seule -chose qu'on puisse faire aven une telle horloge durant un orage est d'attendre que celui-ci soit passé et ,de remettre ensuite l'horloge en marche. Ainsi, au point de vue, -de l'indication du temps, l'interruption peut être considérée comme ayant duré pendant tout l'orage.
Dans les conditions actuelles de distribu tion -du courant électrique, de longues inter ruptions de courant sont très rares, tandis que les -courtes interruptions durant les éclairs sont inévitables.
On comprendra, par suite, facilement que l'horloge idéale serait, celle qui ne tiendrait pas compte des interrup tions de courte durée, qui n'affectent pas sen siblement l'exactitude. de l'horloge, mais qui s'arrêteraient lors -des interruptions plus longues .et qui détermineraient l'inexactitude de l'horloge si elle repartait lorsque le cou rant reparaît.
L'invention. permet d'obtenir .ce résultat. Elle a pour objet un moteur électrique, no tamment pour horloges, caractérisé par de moyens déterminant dans les pièces polaires -d'un inducteur, dont la polarité alterne -de l'une à la suivante,. un champ alternatif d'axe fixe, cet inducteur entraînant l'armature d'un rotor, en matière magnétique de coeffi cient d'hystérésis suffisamment élevé pour que le .signe -d'un pôle induit dans l'armature ne change pas immédiatement avec le change ment .de signe de son pôle inducteur, dans le but d'engendrer ainsi un couple moteur.
Grâce à ce couple moteur d'hystérésis, qui subsiste même quand le rotor tourne à une vitesse inférieure à la vitesse de synchro nisme, mais ne descendant pas au-dessous d'une vitesse minimum déterminée, le moteur selon l'invention est susceptible de reprendre -de la vitesse depuis,des vitesses inférieures < i, la vitesse de synchronisme, comme on le com prendra bien dans la.
suite, en sorte qu'après une interruption de courant de faible durée, il continuera à tourner, sa vitesse -décroissant graduellement jusqu'à .ce que le courant re vienne, le moteur reprenant alors de la, vi tesse pour arriver à sa vitesse -de synchro- nisme comme précédemment. Ce moteur est, de préférence, muni -d'un rotor de grand dia mètre, ce qui augmente sensiblement son inertie et lui permet de continuer à tourner durant les interruptions -de courte durée.
Un autre inconvénient des horloges équi pées avec des moteurs sans autodémarrage du type connu, réside dans le fait qu'il e,t (l.ll\I#1- eile -de les faire repartir après leur arrêt, ii moins qu'elles soient munies d'un dispositif spécial facilitant leur démarrage.
Cet irneon- vénient est dû au fait que ces hôrloges com portent en général des moteurs dont les ro tors ont un profil dentelé ou comportent des pôles .géométriques, et ne sont., par .conséquent, susceptibles de délivrer .de la puissance qu'à, la vitesse -de synchronisme;
lors du -démar rage, on doit, non seulement les faire tourner exactement à la. vitesse de synchronisme, mais on doit également atteindre la. relation .de phase convenable entre le rotor et l'inducteur, avant qu'ils tournent.
En d'autres termes, les saillies polaires du. rotor doivent se trou ver -clans une position anulaire relative<B>U-</B> t, terminée par rapport aux pôles d'inducteur au moment où l'intensité magnétique maximum (lu champ est: atteinte et elles -doivent tourner en synchronisme rigoureux avec les pulsations du champ avant que le rotor soit accroché avec ces dernières et tourne continuellement.
Pour le démarrage de ces moteurs, -des moyens sont prévus pour faire tourner le rotor à. la main .a une vitesse supérieure à. la vitesse de synchronisme pour lui permettre ensuite de revenir à cette vitesse. Cependant, et à moins que le rotor, en ,diminuant -de vitesse, arrive en relation de phase avec l'inducteur au mo ment où il atteint la. vitesse de synchronisme, il ne tournera. pas, mais franchira brusque ment cette vitesse de synchronisme et s'arrê tera.
Le fait que le rotor en diminuant -de vitesse se Louvera en relation de phase conve nable et se trouvera accroché avec la pulsa tion du champ n'est. qu'une question de chance et il y a environ quatre chances contre une que le moteur ne démarre pas. Ainsi, il est par conséquent souvent nécessaire de lancer le moteur plusieurs fois avant qu'il continue à. tourner.
Pour éliminer ces difficultés, plusieurs types de dispositifs à, inertie ont été propo sés pour permettre au rotor de venir en rela tion -de phase correcte avec le champ et main- tenir la vitesse de synchronisme suffisam ment: longtemps pour que le rotor -'accroche avec la pulsation du champ.
Il est possible d'éliminer ces difficultés. Il suffit, par exemple, d'établir le moteur avec rotor sensiblement sans pôles géométriques, de façon que les pôles magnétiques du rotor soient susceptibles de se :déplacer le long de son armature et, par suite, d'atteindre la re lation de phase convenable avec l'inducteur, quelle que soit la relation géométrique entre le rotor et l'inducteur, lorsque le rotor est. des eendu à la vitesse de synchronisme après qu'on l'a mis en rotation par des moyens exté rieures.
L'aptitude du moteur .à. reprendre de la vitesse depuis .des vitesses inférieures de la vitesse<B>de</B> synchronisme facilite, en outre, le démarrage, car on peut faire tourner le mo teur à une vitesse inférieure ou supérieure. à la. vitesse de synchronisme, et il reprendra de lui-même la vitesse de synchronisme.
En utilisant un nombre comparativement élevé de pôles d'inducteur, le rotor peut tour ner à faible vitesse, ce qui est nettement avantageux lorsque le moteur est utilisé con jointement avec un mécanisme d'horlogerie puisque cela permet l'utilisation :d'un rapport de démultiplication relativement bas et ré duit le bruit,des engrenages et l'usure due au frottement.
Bien que le moteur à hystérésis selon l'invention soit particulièrement appro prié pour être appliqué à un mécanisme d'horlogerie, il est bien entendu que l'inven tion n'est pas limitée à, cette application et qu'au contraire, le moteur peut avantageuse- nient en recevoir beaucoup d'autres.
Au dessin annexé sont représentées, à titre d'exemples seulement, diverses formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fi--. 1 est une vue en élévation d'une horloge électrique portant l'application de l'invention, certains organes étant arrachés pour laisser voir des détails de construction; La fig. 2 est une vue de -côté du moteur el :du mécanisme d'horlogerie représentés sur la fig. 1; La fig. 3 est une coupe verticale à. plus grande échelle du moteur d'horlogerie et -du train d'engrenages représentés sur les fig. 1 et 2; La fig. 4 est une élévation du moteur de l'horloge selon la fig. 1 avec certaines parties arrachées pour laisser voir :des détails de cons truction; La fig. 5 est une élévation de l'organe primaire du moteur, certains organes étant arrachés pour laisser voir des détails de cons truction;
La fig. 6 est une élévation d'une section de l'enveloppe d'inducteur; La fig. 7 est une coupe verticale de l'or gane représenté sur la fig. 6; La fig. 8 est une élévation .d'une autre section de l'enveloppe d'inducteur représentée sur la fig. 5; La fig. 9 est une coupe verticale -de l'élé ment représentée sur la. fig. 8; La fig. 10 est une élévation d'une autre forme d'exécution :du moteur, certains organes étant arrachés- pour laisser voir des détails < le construction; La fig. 11 est une coupe verticale du mo teur représenté sur la fig. 10;
La. fig. 12 est une élévation partielle d'une section de l'enveloppe :d'inducteur représentée sur les fig. 101 et 11; La fi-. 13 est une coupe verticale de l'en veloppe représentée sur la fig. 12; La fig. 14 est une élévation partielle d'une autre section de l'enveloppe d'inducteur repré sentée sur les fig. 10 et 11; ' La fig. 15 est une coupe verticale de l'enveloppe d'inducteur représentée sur la fig. 14;
La, fig. 16 est une coupe verticale d'une autre forme d'exécution du moteur selon l'in vention La, fig. 17 est une élévation -du moteur re présenté sur la fig. 16, certains organes étant arrachés pour laisser voir :des détails de cons truction; La. fi-. 18 est une coupe verticale des sec- Lions d'enveloppe et de l'enroulement :du mo teur des fig. 16 et 17; La fig. 19 est une élévation de l'une des sections. :de l'enveloppe de la fig. 1.8; La fig. 20- est une coupe verticale d'une autre forme d'exécution :du moteur selon l'in vention;
La fig. 21 est une élévation du moteur re présenté sur la fig. 201, certains organes étant arrachés pour laisser voir :des :détails de cons truction; La fig. 22 est une élévation de l'inducteur du moteur représenté .sur les fig. 20 et 21, cer tains organes étant arrachés pour laisser voir -des, détails de la -construction; La fig. 23 est une élévation de l'une des sections d'enveloppe d'inducteur de la fi,-, . 22; La fig. 24 est une :coupe verticale de la section d'enveloppe représentée sur la fig. 23; La fig. 25 est une élévation de l'autre sec tion de l'enveloppe représentée sur la fig. 22; La fig. 2,6 est une coupe verticale de la section d'enveloppe représentée sur la fig. 25;
La fig. 27 est un :diagramme représentant les caractéristiques couple-vitesse du moteur selon l'invention.
On a représenté sur les fig. 1 à 9 un mo teur électrique conforme à l'invention sus- -ceptible de commander un mécanisme d'hor logerie. Comme représenté sur les fig. 1 à 3, l'horloge en question comprend un cadran 1, une aiguille :des: heures 2, une aiguille des mi nutes 3 et une aiguille des secondes 4. Les aiguilles: de l'horloge sont commandées par un moteur 5 et, si l'on examine la fig. 3, on remarquera que l'arbre moteur 6 commande l'aiguille des secondes 4 par l'intermédiaire -d'un train d'engrenages 7, 8, 9, 10, 11 et 12.
L'aiguille ,des minutes 3 est .commandée par :des engrenages supplémentaires 13, 14, 15 et 10 -et l'aiguille des heures 2 est commandée à l'aide d'autres engrenages 17, 18 et 19. Les aiguilles :des minutes et des heures sont por tées par des -douilles distinctes montées sur l'arbre 20 qui porte l'aiguille des secondes 4. L'arbre 20 est supporté par des consoles 21 et 22, :cette dernière supportant également le moteur 5.
Le moteur représenté sur les fig. 1, 2 et 3, comprend un rotor 23 monté sur l'arbre 6. Ce rotor peut affecter la forme d'un < pièce ajourée supportant une armature continue )-1 en forme d'anneau. Le rotor, ou tout au Moins là partie du rotor comprenant l'armature est, de préférence, en acier trempé ou en une au tre matière ayant un coefficient d'hystérésis élevé, de façon ù. offrir une résistance consi dérable !à toute variation du magnétisme de l'armature L'armature 24 du rotor est montée à proximité immédiate de déux jeux de pâles d'inducteur 25 et 26.
Ces deux jeux de pièces polaires 25 et 26 (représentés plus particuliè rement sur les fig. 4 à, 9) sont supportés par de, sections d'enveloppe d'inducteur dis tinctes 27 et 28 respectivement. La section d'enveloppe 27, en forme de coup (fig. 6 et 7) comprend un disque muni d'un rebord pé riphérique taillé de façon à former des saillies latérales dont les extrémités constituent les pièces polaires 25. Un noyau magnétique <I>27a</I> est centré dans cette coupe et s'étend vers son extrémité ouverte.
La section d'enveloppe 28 comprend un disque monté sur l'extrémité libre de ce noyau et pourvu de saillies ra diales formant les pièces polaires 26. En d'autre termes, le bord -du disque 28 est entaillé (fig. 8) pour déterminer une sé rie de saillies constituant les pièces polaires 26, les espaces ménagés entre ces saillies étant juste assez larges pour recevoir les pièces po laires 25 de l'autre section d'enveloppe 2 7 (fig. 4 et 5).
Les faces extérieures des dents 26 se trouvent sur un cylindre de diamUre égal à celui @du rebord de la coupe<B>27.</B> On remarquera que l'armature 24 du rotor en toure les pièces polaires et on comprendra que les parties les plus actives .des pièces Po laires sont formées par leurs parties directe ment opposées .à l'armature de rotor. Si l'on s'en rapporte aux fig. 4 et 5, en notera que ces parties extérieures des pièces polaires sont disposées de façon que leurs parties adja centes soient sensiblement en contact les unes avec les autres, ces parties adjacentes consti tuant les extrémités polaires.
Un enroulement unique de fil isolé 29 est enfermé entre les deux sections ?7 et 28 de l'enveloppe d'induc teur et entoure le noyau supporté entre ces sections. Du courant alternatif monophasé peut être fourni à cet enroulement par toute source appropriée, par l'intermédiaire des conducteurs 30. Les parties radiales des sec tions d'enveloppe sont placées sur les côtés opposés de l'enroulement et, par conséquent, à tout moment, ces deux sections sont ma gnétisées, de manière telle qu'elles sont de polarité opposée.
En conséquence, des pièces polaires alternées sont à tout moment -de po larité opposée et, du fait que le courant fourni à l'enroulement 29 est un courant al ternatif, la polarité de chaque pièce polaire alternera en synchronisme avec le courant. On voit ainsi qu'un champ alternatif est en gendré et non un champ tournant ou, en d'autres termes, que le champ est un champ d'axe fixe.
Le fonctionnement du moteur peut être compris en supposant qu'à un moment donné le courant circulant dans l'enroulement 29 est dans une direction telle qu'il oblige les pièces polaires 25 à prendre la polarité "nord" et les pièces polaires 26 à prendre la polarité "sud". Les pôles "nord" induiront les pôles ,,.sud" correspondant dans les parties ad ja- centes de l'armature 24.
Si l'on fait alors tourner le rotor à la main ou par d'autres moyen, extérieurs, le, pôles "sud" induits dans l'armature de rotor se déplaceront vers les pôles "sud" des pièces polaires 2.6. Si le rotor tourne à une vitesse inférieure à la vi tesse (le synchronisme, les pièces polaires 26 deviendront .des pôles "nord" avant que les pôles "sud" induits dans l'armature de rotor viennent en regard des pièces polaires 26 et, en même temps, les pièces polaires 2,
> se transformeront en pôle "sud" et repousseront les pôles "sud" de l'armature de rotor pen dant qu'ils sont attirés par les pôles "nord" cl-es pièces polaires 26. Ceci détermina: un couple tendant à accélérer le mouvement de rotation de l'armature et ce couple existe en raison du fait que l'armature est en une ma tière à coefficient d'hystérésis élevé grâce auquel l'armature résiste<B>à</B> la tendance des pôles d'inducteur ,d'inverser brusquement la polarité .de celles des parties d'armature ac tuellement considérées.
En d'autres termes, le magnétisme résiduel de l'armature tend à conserver la polarité de cette armature et de ce fait un couple est déterminé qui tend à, accélérer la rotation de cette armature. Si l'armature tourne à une vitesse relativement basse, la polarité d'une section donnée quel conque de l'armature sera changée, mais ceci se produit à faible vitesse du fait du coef ficient d'hystérésis élevé de l'armature et le résultat est l'obtention .d'un champ dans l'ar mature en retard sur le champ primaire dans une mesure telle que la réaction des deux champs engendre un couple positif.
Cet effet est plus prononcé dans une armature telle que celle représentée sur les fig. 1 à 4, c'est-à-dire dans une armature qui est continue et ne comporte pas de pôles géométriques.
La gran deur de ce couple dépend également, dans une grande meure, de la disposition relative des deux jeux de pièces polaires 25 et 26 et on a trouvé que le meilleur effet est obtenu lorsque ces pièces polaires sont sensiblement en con tact les unes avec les autres, déterminant ainsi un champ-primaire d'intensité variant graduellement autour de la périphérie en tière de l'inducteur primaire.
Après que la vitesse de synchronisme est atteinte, chaque partie de l'armature -du rotor possède une polarité fixe. Le moteur fonctionne alors comme moteur synchrone et la vitesse de rotation .est celle déterminée par la fréquence du courant alternatif et le nom bre de pièces polaires, et on comprendra que la vitesse de synchronisme diminue avec l'augmentation du nombre de pôles. Il est avantageux .d'avoir deux ou plus de -deux paires de pôles et il est possible d'avoir vingt-quatre pôles ou même un plus grand nombre.
Avec un inducteur donné, les cou rants parasites ou de Foucault induits dans le rotor peuvent être réduits par l'augmen tation du nombre de pôles et ceci est avanta geux, car les courants parasites déterminent un couple négatif dans le moteur, lequel s'op pose au couple d'hystérésis normal. Le fonctionnement du moteur est repré senté par les courbes couple-vitesse de la fig. 27. La courbe H représente le couple d'hystérésis à -des vitesses comprises entre zéro .et la vitesse de synchronisme.
Ceci est le couple -ci-dessus décrit comme étant dû à l'interaction .des flux primaire et secon daire, le flux secondaire étant déphasé par rapport au flux primaire du fait du coeffi cient d'hystérésis élevé de l'armature de ro tor. Sur la fig. 9-7, le couple de courants pa rasites est représenté en E; ce couple est né gatif pour toutes les vitesses et -sa grandeur augmente avec la vitesse. Ceci est dû au fait qu'il n'y a pas de flux primaire tournant réagissant avec. le flux -de courant parasite pour produire un couple positif. La courbe R de la fig. 97 représente le couple résultant.; on remarquera que ce -couple est positif aux vitesses supérieures à la demi-vitesse de syn chronisme approximativement.
En d'autres termes, le couple d'hystérésis est de grandeur plus élevée que le -couple .de courants para sites dans cette partie de la période de dé marrage du moteur. Aux vitesses inférieures à la demi-vitesse de synchronisme le couple de courants parasites excède. le petit couple d'hystérésis positif;
de là, la nécessité de don ner au rotor une impulsion initiale suffi sante pour le faire tourner à une vitesse sen siblement comprise, par exemple, entre la demi-vitesse de synchronisme et les deux tiers de cette vitesse. Une fois ceci fait, le moteur arrive en synchronisme et .continue ù tourner à la vitesse de synchronisme. A des vitesses supérieures à la vitesse de synchro nisme, le couple d'hystérésis est négatif et sa grandeur diminue pour être égale à zéro pour une vitesse double de la vitesse de syn chronisme. Ceci est représenté en H' sur la, fig. 27.
Le couple résultant dû à l'action d'hystérésis et de courants parasites, entre la vitesse de -synchronisme et une vitesse double, est représenté en P' et on remarquera qu'il s'agit d'un couple négatif élevé. Les caracté ristiques du moteur sont telles que lorsque la vitesse de synchronisme est franchie, le couple développé par le moteur change brusquement d'une valeur positive maximum à une valeur négative maximum et un @@- son de cette caractéristique il peut être uti lisé pour d'autres applications que son appli cation à un moteur synchrone.
Il peut, pis r exemple, être utilisé comme dispositif régula teur .de vitesse susceptible de maintenir la i- tesse d'un moteur à vitesse normalement .--le- vée, à une valeur .déterminée correspondant à la vitesse de synchronisme du dispositif régu lateur.
La surface :de la boucle d'hystérésis pour la matière constituant l'armature représente une quantité déterminée d'énergie dépensée pour la réalisation du cycle magnétique et le coefficient d'hystérésis mesure cette énergie. Lorsque 1a vitesse du moteur augmente, une partie plus grande de cette énergie est trans formée en puissance motrice alimentant le couple pour la commande du moteur.
La description qui précède du cycle ma gnétique qui est produit pour chaque cycle du courant alternatif lorsque le rotor est arrêté, montre que la magnétisation -du rotor en acier est, au point de vue intensité, en re tard par rapport à la force magnétisante et que ce retard se maintient pendant tout le cycle.
Cette relation de phase déterminée peut être approximativement maintenue de deux façons. On peut .changer la magnétisation dans l'acier, comme. décrit précédemment, grâce à quoi une partie -de l'énergie du -champ magnétique est utilisée pour vaincre l'hysté- résis de l'acier et est dissipée sous forme #d( <B>-</B> chaleur, la surface -de la boucle d'hystérésis mesurant cette énergie dissipée;
on peut éga lement permettre au rotor de se déplacer dans le champ magnétique à une vitesse angulaire égale aux variations cycliques de la force magnétisante ou champ magnétique, grâce a quoi un couple magnétique est engendré entre le champ magnétique et la magnétisation dans l'acier, et l'énergie qui a été précéde:n- ment dissipée sous forme de chaleur peut être maintenant obtenue sous forme d'énergie mécanique ou couple moteur.
Ainsi la: sur face -de la boucle d'hystérésis obtenue lorsque le rotor est arrêté peut être utilisée comme mesure comparative du travail qu'un tel mo teur est susceptible de fournir lorsqu'il tourne à la vitesse de synchronisme.
A des vitesses intermédiaires, la relation de phase mentionnée précédemment est main tenue en partie par le déplacement angulaire du rotor et en partie par la variation de la magnétisation de l'acier, ce qui fait que l'é nergie représentée par la boucle d'hystéré- sis totale apparaît partiellement comme cha leur et partiellement comme énergie méca nique et la quantité d'énergie mécanique fournie augmente avec la vitesse .du moteur jusqu'au synchronisme, suivant approximati vement la courbe H de la fig. 2'l qui est la courbe du cycle du moteur due seulement à l'hystérésis.
Un des points principaux qui distingue ce moteur sans autodémarrage des moteurs similaires du type à, autodémarrage réside dans le fait que dans un moteur à autodé- marrage, les courants de Foucault engendrés clans le rotor par le champ tournant ajoutent leur influence au couple déterminé par l'hys- térésis de l'acier et contribuent à la rotation du rotor.
Dans un moteur sans autodémarrage, au contraire, les pôles magnétiques de l'induc teur ne tournent pas mais s'inversent sim plement et par conséquent l'effet des cou rants parasites développés dans le rotor n'aide pas, mais s'oppose à la rotation du ro tor.
Il est de pratique courante, dans la cons truction des moteurs, de fabriquer le rotor au moyen de lamelles minces, ce qui déter mine des interruptions dans le chemin qui, sana cela, serait offert aux courants para sites à travers l'acier Pour la même raison le rotor du moteur conforme à l'invention est très mince, étant réalisé -dans la forme pré férée au moyen de tôles d'acier de j1, .de mm :
l'épaisseur. Le support de rotor est, de pré férence, conformé de façon qu'il soit tout à fait hors .(le l'influence -du champ magnétique et il peut être réalisé en aluminium en vue d'une réduction de poids, ce qui entraîne une diminution du frottement -à l'endroit -des coussinets.
Comme on l'a déjà remarqué, le moteur comporte un grand nombre de pôles dans l'in ducteur, ce qui donne une faible vitesse de rotation. Etant donné que le freinage du aux courants parasites augmente avec 'La vi tesse, cette basse vitesse -de rotation aide sen siblement à la réduction des courants para sites.
Des variations brusques du flux magné tique traversant le rotor provoquent -des cau- rants parasites @à l'intérieur de ce dernier. C'est pourquoi on préfère réaliser l'induc teur, de façon que les pôles soient en rela tion continue l'un par rapport à l'autre, ce qui fait que les champs vagabonds ne peu vent traverser le rotor puisque l'espace entre les pôles .d'inducteur est inférieur à l'entrefer du moteur.
En conséquence, le champ mag;ié- tique à travers lequel passe le rotor est sen siblement exempt de variations brusques des densités magnétiques et la tendance à la création de courants parasites est, par cela même, grandement réduite.
Avec les extré mités polaires disposées près les unes des au tres, la distribution du flux :dans l'entrefer est modifiée du fait qu'une partie considé rable du flux passe directement -de chaque extrémité polaire à l'extrémité polaire voisine sans traverser une partie quelconque du ro tor, et le flux restant traversant l'entrefer entre les pièces polaires et le rotor est de la plus grande intensité dans le voisinage du centre de chaque pièce polaire et d'une in tensité moindre près -des extrémités polaires; il s'agit là d'une variation graduelle de l'in tensité.
L'effet de cette construction des pôles d'inducteur peut être démontré par une sim ple augmentation .de l'espace entre les pôles d'inducteur jusqu'à ce qu'il soit deux ou -trois fois plus grand que l'entrefer du moteur. Dans -ce cas, on trouvera que le couple -du moteur a diminué considérablement et que c'est avec difficulté que le moteur peut être mis en marche même à la vitesse de synchro nisme. Lorsque la force du champ magnétique, c'est-à-dire la densité du flux augmente, la magnétisation 4e l'acier du rotor augmente seulement jusqu'à ce que le point de satura tion soit atteint.
A ce moment, la magnétisa tion atteint sa valeur maximum et toute aug mentation ultérieure de la force magnéti sante n'a aucun effet sur la magnétisation de l'acier du rotor. Il -est par suite avantageux que l'enroulement d'inducteur, l'enveloppe d'inducteur et le rotor soient proportionnés, compte tenu de la fréquence et du voltage du courant d'alimentation, de façon que l'inten sité dit champ magnétique produit par l'in ducieur n'excède pas, de façon appréciable, une valeur suffisante pour amener la condi tion de saturation magnétique dans l'acier du rotor.
Comme on l'a remarqué précédemment, oit applique, pour l'armature, une matière ayant- un coefficient d'hystérésis élevé. Plu sieurs types :d'acier sont maintenant d'un usage courant pour les aimants permanents.
Certains de ces aciers pour aimants sont connus sous le nom d'aciers pour aimants au carbone, tungstène, chrome, nickel ou cobalt: Ces matières sont satisfaisantes pour le but poursuivi et l'on s'y réfère en tant que ma tières magnétiques. En augmentant la lon gueur d'un aimant en acier, il est possible d'augmenter sa résistance contre la démagné tisation ou, en d'autres termes, il est possible d'augmenter la quantité de magnétisme rési duel.
Conformément -à cela, en .donnant au rotor un diamètre aussi grand que possible, la longueur des pièces polaires peut être grand et on augmente ainsi la longueur des pôle induits dans le rotor. Ceci se traduit par une augmentation du couple moteur. Le grand diamètre du rotor augmente également le bras de levier des forces agissant sur le rotor, grâce à quoi le couple est augmenté.
Il est avantageux -de donner au rotor une section transversale faible, afin que le champ magné tique du moteur soit comparativement faible et afin d'obtenir également un flux suffisant à travers l'armature, ce flux étant concentré dans cette petite surface de la section trans- versale.
Cette petite surface de section trans versale augmente également le rapport _nti^ la longueur et la. section transversale (h. pô:es induits dans l'armature et ceci se ti,a- duit par une diminution .de l'effet d'auto- démagnétisation qui, sans cela, diminuerait la quantité de magnétisme résiduel.
Dans ev but, il est avantageux que la plus grande .di mension de ladite section transversale du rotor soit inférieure à la distance de pôles adjacents de champs opposés de l'induc teur.
La description qui précède concernant le fonctionnement dit moteur selon l'invention, s'applique à toutes les formes d'exécution re présentées sur les ,dessins annexés. On com prendra que les détails -de construction peu vent varier sais qu'on s'écarte, pour cela, de l'idée de l'invention.
A titre d'exemple, on a représenté différentes variantes du moteur selon l'invention, sur les fig. 10 à<B>26.</B> Le moteur représenté sur les fig. 10 à 15 est analogue à celui précédemment décrit sauf en ce qui concerne la réalisation des deux sec tions d'enveloppe d'inducteur, une autre .dif férence résidant -dans le fait que les pièces polaires d'inducteur sont tournées vers l'axe du moteur au lieu d'être dirigées radialement vers l'extérieur.
La section d'enveloppe 31 comprend un disque comportant :des saillies latérales formant des pièces polaires 3-9. Cet organe, en forme -de coupe, est susceptible de recevoir la seconde section 33 de l'enveloppe d'inducteur, cette section comportant une douille 34 se logeant dans une ouverture pratiquée dans la section d'enveloppe 31. La section 33 est munie de saillies formant les pièces polaires 35 qui s'ajustent entre les pièces polaires. 32 de la section d'enveloppe 31.
Les pièces polaires 35 sont d'abord diri gées perpendiculairement par rapport aux pièces polaires 32, ou, en d'autres termes, radialement, puis latéralement par rapport au corps -de la section 33, .ces pièces polaires étant disposées entre les pièces polaires 32. Les extrémités des saillies 3,2 et 35 sont si tuées dans un plan d'un côté de l'enroule ment 29.
L'enroulement 29 est interposé entre les deux sections d'enveloppe et en est isolé par une feuille 36 de matière isolante. Le ro tor 37 est formé par un disque en matière magnétique de diamètre au moins aussi grand que celui de l'enroulement magnétisant 29 et dont le pourtour se trouve à proximité immédiate des pièces polaires 32 et 35. Ce moteur est particulièrement avantageux dans les applications où les considérations d'encom brement sont importantes, -car on remarquera due le rotor est d'un diamètre plus faible que dans le premier exemple. Un autre avan tage réside dans le fait que le rotor est protégé par les pôle-; d'inducteur qui agissent à la façon d'une garde.
Le moteur représenté sur les fig. 16 à 19 est analogue à celui qui vient d'être décrit, sauf que les pièces polaires sont disposées de façon que le rotor 38 soit de dimension plus faible, en comparaison du -diamètre -de l'in ducteur que dans le cas du moteur représenté sur les fig. 10 à 15. Sur les fig. 16 à. 19, les deux sections 39 et 40 de l'enveloppe d'induc teur sont identiques et interchangeables; cha cune comprend un évidement annulaire sus ceptible -de recevoir une partie de l'enroule ment 41 et la périphérie intérieure de cha que section comporte plusieurs saillies consti tuant les pièces polaires.
Les, pièces, polaires 42 de la section 39 sont susceptibles de s'ajuster entre les pièces polaires. 43 de la sec tion 40 et, comme précédemment décrit, il est préférable que les pièces polaires soient sen siblement en contact les unes avec les, autres, ou tout au moins séparées d'une distance in- férieure à la. distance existant entre le rotor et les pièces polaires. Ceci est vrai pour toutes les formes -de réalisation du moteur bien que, comme décrit ci-après, il soit possible, dans certains cas, d'avoir certaines des extrémités polaires éloignées pourvu que les extrémités polaires restantes soient voisines les unes, des autres.
Sur les fig. 20, à 26, on a représenté un moteur dans, lequel certaines des pièces po laires sont très. éloignées, les extrémités po laires restantes. étant voisines, si elles ne sont pas en contact réel. Le rotor 44 du moteur des fig. <B>20</B> et 21 est semblable à celui repré senté sur les. fig. 1 à 3 en -ce sens qu'il com prend une pièce ajourée supportant un an neau 45 constituant une armature coopérant avec les, pièces polaires tournées radialement vers l'extérieur.
La section d'enveloppe d'in ducteur 46 est munie de saillies latérales fen dues 47 constituant les pièces polaires. La section d'enveloppe 48 est munie de saillies en forme de crochets constituant -des pièces polaires radiales 49. On remarquera que les parties correspondantes & chacune des saillies 49, .sont découpées, en sorte qu'il existe une grande distance entre ces extrémités polaires et les pièces, polaires adjacentes 47, comme re présenté en 50. Les autres; extrémités polaires 51 .sont cependant à proximité immédiate Tes pièces polaires 47.
On a remarqué que, même avec ce mode de construction, les pièces po laires sont suffisamment voisines pour d6ter- miner un flux d'intensité variant graduelle ment autour de l'inducteur et qu'il y a une fuite suffisante entre les extrémités polaires pour déterminer l'action -de réactance désirée limitant le -courant de ligne.
On compren dra, cependant, que cette action est plus pro noncée lorsque toutes les: extrémités polaires sont à proximité immédiate l'une ,de l'autre ou en contact réel les unes avec les autres.
Les pièces polaires fendues 47 peuvent être faites. en une seule pièce au lieu d'être divisées.
Toutes les formes d'exécution décrites peu- vent être appliquées avec avantage à la com mande -d'un mécanisme d'horlogerie. Pour les raisons déjà signalées, ce moteur convient particulièrement à cette application, car il peut atteindre la vitesse de synchronisme après qu'on a donné au rotor une impulsion initiale suffisante pour l'amener à une vitesse un peu supérieure à la moitié de la vitesse,de synchronisme.
Dans les, horloges comportant une aiguille des secondes accessible, le mo teur peut .être mis en marche en tournant sim- plement,cette aiguille des secondes, bien que l'on comprendra que tous autres, moyens pour -donner au rotor l'impulsion initiale, peuvent être employés.
Le moteur selon l'invention, -dans toutes les formes d'exécution ci-dessus décrites, peut être appliqué comme dispositif régulateur de vitesse, du fait de sa caractéristique de con server la vitesse de synchronisme même lors que le dispositif ont la vitesse doit être ré glée à une forte tendance à tourner à une vi tesse supérieure à la vitesse de synchronisme.
L'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution particulières ci-dessus. décrites.
Synchronous electric motor, especially for clocks. We are currently using. -two general types of electric clocks with a synchronous motor: Clocks equipped with a self-starting motor and those equipped with a motor without self-starting.
These clocks depend, with regard to their precision, on the constant regulation of the. frequency of the supply current and, consequently, any interruption of the current determines an inaccuracy in the time indicated by the clock and, consequently, means must be provided to indicate that a fault has occurred. interruption in the supply current. otherwise the clock would be the cause of errors.
In self-starting clocks currently in use, the current interruption is revealed by an indicator which falls into position after any interruption and which shows that the clock is no longer exact. This position presents, however, a great number of drawbacks: the additional costs of manufacturing the indicating device; 20 this device causes noise in the clock, and 30 it must be replaced. hand after each interruption.
To eliminate these difficulties, an engine without self-starting can be used. The clocks comprising such motors stop during any interruption and thereby indicate their inaccuracy by virtue of the fact that they are stopped. Currently, however, motors without self-starting are used. stop during the shortest power interruptions as often happens during thunderstorms.
These current interruptions are very short, rarely exceeding a second, and obviously would not have any practical impact on the accuracy of the clock; despite this the clock stops and remains stopped until it is restarted by hand. The only thing one can do with such a clock during a thunderstorm is to wait until it has passed and then restart the clock. Thus, from the point of view of indicating the time, the interruption can be considered as having lasted throughout the storm.
Under the present conditions of electric current distribution, long interruptions of current are very rare, while short interruptions during lightning are inevitable.
It will be easily understood, therefore, that the ideal clock would be that which does not take into account short-term interruptions, which do not significantly affect accuracy. of the clock, but which would stop during longer interruptions. and which would determine the inaccuracy of the clock if it started again when the current reappears.
The invention. allows to obtain this result. Its object is an electric motor, in particular for clocks, characterized by determining means in the pole pieces - of an inductor, the polarity of which alternates from one to the next ,. an alternating field of fixed axis, this inductor driving the armature of a rotor, in magnetic material with a sufficiently high hysteresis coefficient so that the sign of an armature pole does not change immediately with the change ment .de sign of its inductor pole, with the aim of thus generating a motor torque.
Thanks to this hysteresis motor torque, which remains even when the rotor rotates at a speed lower than the synchro nism speed, but does not drop below a determined minimum speed, the motor according to the invention is capable of resume speed from, lower speeds <i, the speed of synchronism, as will be understood in the.
so that after a short current interruption, it will continue to rotate, its speed gradually decreasing until the current returns, the motor then picking up speed to reach its speed. -synchronism as before. This motor is preferably provided with a large diameter rotor, which significantly increases its inertia and allows it to continue to rotate during short-term interruptions.
Another drawback of clocks fitted with motors without self-starting of the known type resides in the fact that it is necessary to restart them after they have stopped. are fitted with a special device to facilitate their starting.
This inconvenience is due to the fact that these clocks generally include motors the wheels of which have a serrated profile or comprise geometric poles, and are, therefore, capable of delivering power only. at, the speed of synchronism;
when starting up, we must not only run them exactly at the. synchronism speed, but we must also reach the. proper phase relationship between rotor and inductor, before they rotate.
In other words, the polar protrusions of the. rotor must be in a relative anular position <B> U- </B> t, terminated with respect to the poles of the inductor at the moment when the maximum magnetic intensity (the field is: reached and they must turn in strict synchronism with the pulses of the field before the rotor is hooked with them and rotates continuously.
For starting these motors, means are provided for turning the rotor at. the hand has a speed greater than. synchronization speed to then allow it to return to this speed. However, and unless the rotor, by decreasing in speed, comes into phase relation with the inductor at the time it reaches the. synchronism speed, it will not rotate. not, but will suddenly cross this speed of synchronism and stop.
The fact that the rotor in decreasing speed will move into a suitable phase relation and will be hooked with the pulsation of the field is not. only a matter of luck and there are about four chances to one that the engine will not start. Thus, it is therefore often necessary to crank the engine several times before it continues to. turn.
To eliminate these difficulties, several types of inertia devices have been proposed to allow the rotor to come into correct phase relation with the field and to maintain the speed of synchronism sufficiently: long so that the rotor - ' hangs with the pulsation of the field.
It is possible to eliminate these difficulties. It suffices, for example, to establish the motor with a rotor substantially without geometric poles, so that the magnetic poles of the rotor are liable to move along its armature and, consequently, to reach the phase relation suitable with the inductor, regardless of the geometric relationship between the rotor and the inductor, when the rotor is. extended to synchronous speed after it has been rotated by external means.
The suitability of the engine. To. picking up speed from lower speeds from the <B> synchronous </B> speed also makes starting easier, since the engine can be run at a lower or higher speed. to the. synchronism speed, and it will resume the synchronism speed by itself.
By using a comparatively high number of inductor poles, the rotor can rotate at low speed, which is clearly advantageous when the motor is used in conjunction with a clockwork mechanism since this allows the use of: low gear ratio and reduces noise, gearing and friction wear.
Although the hysteresis motor according to the invention is particularly suitable for being applied to a clockwork mechanism, it is understood that the invention is not limited to this application and that, on the contrary, the motor may advantageously receive many others.
In the accompanying drawing are shown, by way of examples only, various embodiments of the object of the invention.
The fi--. 1 is a view in elevation of an electric clock carrying the application of the invention, certain parts being cut away to show construction details; Fig. 2 is a side view of the engine el: of the clockwork mechanism shown in FIG. 1; Fig. 3 is a vertical section through. larger scale of the clockwork motor and the gear train shown in FIGS. 1 and 2; Fig. 4 is an elevation of the clock motor according to FIG. 1 with some parts torn off to show: construction details; Fig. 5 is an elevation of the primary part of the engine, some parts being torn off to show construction details;
Fig. 6 is an elevation of a section of the inductor shell; Fig. 7 is a vertical section of the organ shown in FIG. 6; Fig. 8 is an elevation view of another section of the inductor shell shown in FIG. 5; Fig. 9 is a vertical section of the element shown in. fig. 8; Fig. 10 is an elevation of another embodiment: of the engine, certain parts being cut away to show details of the construction; Fig. 11 is a vertical section of the motor shown in FIG. 10;
Fig. 12 is a partial elevation of a section of the inductor casing shown in FIGS. 101 and 11; The fi-. 13 is a vertical section of the envelope shown in FIG. 12; Fig. 14 is a partial elevation of another section of the inductor casing shown in FIGS. 10 and 11; 'Fig. 15 is a vertical section of the inductor casing shown in FIG. 14;
The, fig. 16 is a vertical section of another embodiment of the engine according to the invention La, FIG. 17 is an elevation of the engine shown in FIG. 16, some parts being torn off to show: construction details; The. Fi-. 18 is a vertical section of the casing sections and of the winding: of the motor of FIGS. 16 and 17; Fig. 19 is an elevation of one of the sections. : of the casing of fig. 1.8; Fig. 20- is a vertical section of another embodiment: of the engine according to the invention;
Fig. 21 is an elevation of the engine shown in FIG. 201, some parts being torn off to show: construction details; Fig. 22 is an elevation of the inductor of the motor shown in FIGS. 20 and 21, some parts being torn off to show details of the construction; Fig. 23 is an elevation of one of the inductor shell sections of the fi, -,. 22; Fig. 24 is a vertical section of the envelope section shown in FIG. 23; Fig. 25 is an elevation of the other section of the envelope shown in FIG. 22; Fig. 2,6 is a vertical section of the envelope section shown in FIG. 25;
Fig. 27 is a diagram representing the torque-speed characteristics of the engine according to the invention.
There is shown in FIGS. 1 to 9 an electric motor according to the invention capable of controlling a clockwork mechanism. As shown in Figs. 1 to 3, the clock in question comprises a dial 1, a hand: hours 2, a minute hand 3 and a seconds hand 4. The hands: of the clock are controlled by a motor 5 and, if we examine fig. 3, it will be noted that the motor shaft 6 controls the seconds hand 4 by means of a train of gears 7, 8, 9, 10, 11 and 12.
The 3 minute hand is controlled by: additional gears 13, 14, 15 and 10 - and the 2 hour hand is controlled by other gears 17, 18 and 19. The hands: minutes and hours are carried by separate -douilles mounted on the shaft 20 which carries the seconds hand 4. The shaft 20 is supported by consoles 21 and 22, the latter also supporting the motor 5.
The motor shown in fig. 1, 2 and 3, comprises a rotor 23 mounted on the shaft 6. This rotor can take the form of a <perforated part supporting a continuous frame) -1 in the form of a ring. The rotor, or at least the part of the rotor comprising the armature, is preferably made of hardened steel or of another material having a high hysteresis coefficient, so. offer considerable resistance to any variation in magnetism of the armature The armature 24 of the rotor is mounted in close proximity to two sets of inductor blades 25 and 26.
These two sets of pole pieces 25 and 26 (shown more particularly in Figs. 4 to, 9) are supported by separate inductor shell sections 27 and 28 respectively. The casing section 27, in the form of a blow (fig. 6 and 7) comprises a disc provided with a peripheral rim cut so as to form lateral projections, the ends of which constitute the pole pieces 25. A magnetic core <I > 27a </I> is centered in this cut and extends towards its open end.
The casing section 28 comprises a disc mounted on the free end of this core and provided with radial projections forming the pole pieces 26. In other words, the edge of the disc 28 is notched (Fig. 8) for determine a series of protrusions constituting the pole pieces 26, the spaces between these protrusions being just wide enough to receive the pole pieces 25 of the other casing section 27 (fig. 4 and 5).
The outer faces of the teeth 26 are located on a cylinder of diameter equal to that of the rim of the cup <B> 27. </B> It will be noted that the armature 24 of the rotor turns the pole pieces and it will be understood that the most active parts. of the polymer parts are formed by their parts directly opposite. to the rotor frame. If we refer to fig. 4 and 5, note that these outer parts of the pole pieces are arranged so that their adjacent parts are substantially in contact with each other, these adjacent parts constituting the pole ends.
A single winding of insulated wire 29 is enclosed between the two sections 7 and 28 of the inductor shell and surrounds the core supported between these sections. Single phase alternating current can be supplied to this winding from any suitable source, through the conductors 30. The radial portions of the casing sections are placed on opposite sides of the winding and therefore at all times. , these two sections are magnified, so that they are of opposite polarity.
As a result, alternate pole pieces are at all times of opposite polarity and, because the current supplied to winding 29 is alternating current, the polarity of each pole piece will alternate in synchronism with the current. We thus see that an alternating field is in gender and not a rotating field or, in other words, that the field is a field of fixed axis.
The operation of the motor can be understood by assuming that at some point the current flowing in the winding 29 is in a direction such as to cause the pole pieces 25 to take the "north" polarity and the pole pieces 26 to take. the "south" polarity. The "north" poles will induce the corresponding ". South" poles in the adjacent parts of the frame 24.
If the rotor is then rotated by hand or by other external means, the "south" poles induced in the rotor frame will move to the "south" poles of the pole pieces 2.6. If the rotor rotates at a speed lower than the speed (synchronism, the pole pieces 26 will become "north" poles before the "south" poles induced in the rotor frame come opposite the pole pieces 26 and, at the same time, the pole pieces 2,
> will transform into the "south" pole and push back the "south" poles of the rotor frame as they are attracted by the "north" poles of the pole pieces 26. This determined: a torque tending to accelerate the rotational movement of the armature and this torque exists due to the fact that the armature is made of a material with a high hysteresis coefficient thanks to which the armature resists <B> to </B> the tendency of the poles of inductor, to suddenly reverse the polarity .de those of the parts of reinforcement currently considered.
In other words, the residual magnetism of the armature tends to keep the polarity of this armature and therefore a torque is determined which tends to accelerate the rotation of this armature. If the armature rotates at a relatively low speed, the polarity of a given section regardless of the armature shell will be changed, but this occurs at low speed due to the high hysteresis coefficient of the armature and the result is the obtaining. of a field in the mature ar lagging behind the primary field to such an extent that the reaction of the two fields generates a positive torque.
This effect is more pronounced in a frame such as that shown in FIGS. 1 to 4, that is to say in a reinforcement which is continuous and does not include geometric poles.
The magnitude of this torque also depends, to a large extent, on the relative arrangement of the two sets of pole pieces 25 and 26 and it has been found that the best effect is obtained when these pole pieces are substantially in contact with each other. others, thus determining a primary field of intensity varying gradually around the periphery in third of the primary inductor.
After the synchronous speed is reached, each part of the rotor armature has a fixed polarity. The motor then operates as a synchronous motor and the speed of rotation is that determined by the frequency of the alternating current and the number of pole pieces, and it will be understood that the speed of synchronism decreases with the increase in the number of poles. It is advantageous to have two or more pairs of poles and it is possible to have twenty-four poles or even more.
With a given inductor, the parasitic or eddy currents induced in the rotor can be reduced by increasing the number of poles and this is advantageous, since the parasitic currents determine a negative torque in the motor, which operates. set at normal hysteresis torque. The operation of the motor is represented by the torque-speed curves in fig. 27. Curve H represents the hysteresis torque at speeds between zero and the speed of synchronism.
This is the torque described above as being due to the interaction of the primary and secondary fluxes, the secondary flux being out of phase with the primary flux due to the high hysteresis coefficient of the rotor armature. . In fig. 9-7, the pair of parasitic currents is represented at E; this torque is negative for all speeds and its magnitude increases with speed. This is because there is no rotating primary flow reacting with it. the parasitic current flow to produce a positive torque. The curve R in fig. 97 represents the resulting couple .; it will be noted that this torque is positive at speeds greater than the half-speed of synchronism approximately.
In other words, the hysteresis torque is greater than the torque of the parasitic currents in this part of the engine starting period. At speeds lower than half-speed of synchronism, the torque of parasitic currents exceeds. the small couple of positive hysteresis;
hence the need to give the rotor an initial impulse sufficient to make it turn at a speed approximately included, for example, between half-speed of synchronism and two-thirds of this speed. Once this is done, the motor arrives in synchronism and continues to run at the synchronous speed. At speeds greater than the synchro nism speed, the hysteresis torque is negative and its magnitude decreases to be equal to zero for a speed double the synchronic speed. This is shown at H 'in, fig. 27.
The resulting torque due to the action of hysteresis and parasitic currents, between the speed of -synchronism and a double speed, is represented at P 'and it will be noted that this is a high negative torque. The characteristics of the motor are such that when the synchronism speed is crossed, the torque developed by the motor changes suddenly from a maximum positive value to a maximum negative value and a @@ - sound of this characteristic it can be used for other applications than its application to a synchronous motor.
It can, for example, be used as a speed regulating device capable of maintaining the speed of a motor at normally - raised speed, at a determined value corresponding to the synchronous speed of the device. regulator.
The area: of the hysteresis loop for the material constituting the armature represents a determined quantity of energy expended for carrying out the magnetic cycle and the hysteresis coefficient measures this energy. As the engine speed increases, more of this energy is converted into motive power to supply torque for engine control.
The above description of the magnetic cycle which is produced for each cycle of the alternating current when the rotor is stopped, shows that the magnetization of the steel rotor is, from the point of view of intensity, late in relation to the magnetizing force and that this delay is maintained throughout the cycle.
This determined phase relationship can be maintained in approximately two ways. You can change the magnetization in steel, like. previously described, whereby part of the energy of the magnetic field is used to overcome the hysteresis of the steel and is dissipated as #d (<B> - </B> heat, the surface of the hysteresis loop measuring this dissipated energy;
the rotor can also be allowed to move in the magnetic field at an angular speed equal to the cyclic variations of the magnetizing force or magnetic field, whereby a magnetic torque is generated between the magnetic field and the magnetization in the steel, and the energy which was previously dissipated in the form of heat can now be obtained in the form of mechanical energy or motor torque.
Thus the: on the face of the hysteresis loop obtained when the rotor is stopped can be used as a comparative measure of the work that such a motor is capable of providing when it rotates at synchronous speed.
At intermediate speeds, the aforementioned phase relationship is held in part by the angular displacement of the rotor and in part by the variation of the magnetization of the steel, so that the energy represented by the loop of Total hysteresis appears partially as heat and partially as mechanical energy and the amount of mechanical energy supplied increases with motor speed up to synchronism, approximately following curve H in fig. 2'l which is the motor cycle curve due only to the hysteresis.
One of the main points which distinguishes this motor without self-starting from similar motors of the self-starting type is that in a self-starting motor, the eddy currents generated in the rotor by the rotating field add their influence to the torque determined by the motor. the hysteresis of the steel and contributes to the rotation of the rotor.
In a motor without self-start, on the contrary, the magnetic poles of the inductor do not turn but simply reverse and therefore the effect of the parasitic currents developed in the rotor does not help, but opposes to the rotation of the ro tor.
It is common practice in the construction of motors to fabricate the rotor using thin lamellas, which will cause interruptions in the path which would otherwise be offered to the parasitic currents through the steel. same reason the rotor of the motor according to the invention is very thin, being produced -in the preferred shape by means of steel sheets of j1, .de mm:
the thickness. The rotor support is preferably shaped so that it is completely outside (the influence of the magnetic field and it can be made of aluminum for weight reduction, resulting in a decrease in friction - at the location - of the bearings.
As has already been observed, the motor has a large number of poles in the inductor, which gives a low speed of rotation. Since the braking due to parasitic currents increases with increasing speed, this low rotational speed significantly helps in the reduction of parasitic currents.
Abrupt variations in the magnetic flux passing through the rotor cause parasitic currents @ inside the latter. This is why we prefer to make the inductor so that the poles are in continuous relation with each other, so that the stray fields cannot cross the rotor since the space between inductor poles is lower than the motor air gap.
As a result, the magnetic field through which the rotor passes is substantially free from abrupt changes in magnetic densities and the tendency to create stray currents is thereby greatly reduced.
With the polar ends arranged close to each other, the distribution of the flux: in the air gap is modified because a considerable part of the flux passes directly from each polar end to the neighboring polar end without crossing a any part of the rotor, and the remaining flux passing through the air gap between the pole pieces and the rotor is of greatest intensity in the vicinity of the center of each pole piece and of a lower intensity near the pole ends; this is a gradual variation in intensity.
The effect of this construction of the inductor poles can be demonstrated by a simple increase in the space between the inductor poles until it is two or three times as large as the air gap of the inductor. engine. In this case, it will be found that the torque of the motor has decreased considerably and that it is with difficulty that the motor can be started even at the synchronizing speed. As the strength of the magnetic field, i.e. the density of the flux increases, the magnetization of the rotor steel increases only until the saturation point is reached.
At this point, the magnetization reaches its maximum value and any subsequent increase in the magnetizing force has no effect on the magnetization of the rotor steel. It is therefore advantageous that the inductor winding, the inductor casing and the rotor are proportioned, taking into account the frequency and voltage of the supply current, so that the intensity said magnetic field produced by the interior does not appreciably exceed a value sufficient to bring about the condition of magnetic saturation in the steel of the rotor.
As noted above, a material having a high hysteresis coefficient is applied for the reinforcement. Several types of steel are now in common use for permanent magnets.
Some of these steels for magnets are known under the name of steels for carbon, tungsten, chromium, nickel or cobalt: These materials are satisfactory for the purpose pursued and are referred to as magnetic materials. By increasing the length of a steel magnet, it is possible to increase its resistance against demagnetization or, in other words, it is possible to increase the amount of residual magnetism.
Accordingly, by giving the rotor as large a diameter as possible, the length of the pole pieces can be large and thus the length of the poles induced in the rotor is increased. This results in an increase in engine torque. The large diameter of the rotor also increases the lever arm of the forces acting on the rotor, due to which the torque is increased.
It is advantageous to give the rotor a small cross section, so that the magnetic field of the motor is comparatively weak and also to obtain sufficient flux through the armature, this flux being concentrated in this small area of the cross section. transversal.
This small cross-sectional area also increases the ratio _nti ^ the length and the. transverse section (h. po: es induced in the reinforcement and this is reduced by a decrease in the self-demagnetization effect which, otherwise, would decrease the amount of residual magnetism.
For the purpose, it is advantageous that the largest dimension of said rotor cross section is less than the distance of adjacent poles of opposing fields of the inductor.
The foregoing description relating to the operation of said motor according to the invention applies to all the embodiments shown in the accompanying drawings. It will be understood that the details of construction may vary, knowing that this is a departure from the idea of the invention.
By way of example, different variants of the motor according to the invention have been shown, in FIGS. 10 to <B> 26. </B> The motor shown in fig. 10 to 15 is analogous to that previously described except as regards the realization of the two inductor casing sections, another difference residing in the fact that the pole pieces of inductor are turned towards the axis of the engine instead of being directed radially outwards.
The casing section 31 comprises a disc comprising: lateral projections forming pole pieces 3-9. This member, in the form of a cup, is capable of receiving the second section 33 of the inductor casing, this section comprising a sleeve 34 accommodating in an opening made in the casing section 31. The section 33 is provided with projections forming the pole pieces 35 which fit between the pole pieces. 32 of the casing section 31.
The pole pieces 35 are first directed perpendicular to the pole pieces 32, or, in other words, radially, then laterally with respect to the body of section 33, these pole pieces being arranged between the pole pieces 32. The ends of the protrusions 3,2 and 35 are so killed in a plane on one side of the winding 29.
The winding 29 is interposed between the two casing sections and is insulated therefrom by a sheet 36 of insulating material. The rotor 37 is formed by a disc of magnetic material with a diameter at least as large as that of the magnetizing winding 29 and the periphery of which is in the immediate vicinity of the pole pieces 32 and 35. This motor is particularly advantageous in applications. where space considerations are important, -because it will be noted that the rotor has a smaller diameter than in the first example. Another advantage lies in the fact that the rotor is protected by the poles; inductors that act like a guard.
The motor shown in fig. 16 to 19 is similar to that which has just been described, except that the pole pieces are arranged so that the rotor 38 is of smaller dimension, in comparison with the -diameter -of the driver than in the case of the motor shown in fig. 10 to 15. In figs. 16 to. 19, the two sections 39 and 40 of the inductor casing are identical and interchangeable; each comprises an annular recess ceptible -de receiving a part of the winding 41 and the inner periphery of each section has several protrusions constituting the pole pieces.
The pole pieces 42 of section 39 are able to fit between the pole pieces. 43 of section 40 and, as previously described, it is preferable that the pole pieces are substantially in contact with each other, or at least separated by a distance smaller than the. distance between the rotor and the pole pieces. This is true for all embodiments of the motor although, as described below, it is possible in some cases to have some of the pole ends far apart as long as the remaining pole ends are adjacent to each other. .
In fig. 20, to 26, there is shown an engine in which some of the poles are very. distant, the remaining po lar ends. being neighbors, if they are not in real contact. The rotor 44 of the motor of FIGS. <B> 20 </B> and 21 is similar to that shown on. fig. 1 to 3 in -this sense that it com takes a perforated part supporting a neau ring 45 constituting a frame cooperating with the pole pieces facing radially outwards.
The driver shell section 46 is provided with fen owed side projections 47 constituting the pole pieces. The casing section 48 is provided with projections in the form of hooks constituting the radial pole pieces 49. It will be noted that the corresponding parts & each of the projections 49 are cut so that there is a large distance between these ends. poles and the pieces, adjacent poles 47, as shown in 50. The others; pole ends 51. are however in the immediate vicinity Your pole pieces 47.
It has been noticed that, even with this mode of construction, the polar parts are sufficiently close together to determine a flow of intensity varying gradually around the inductor and that there is sufficient leakage between the pole ends to determine the desired reactance action limiting the line current.
It will be understood, however, that this action is more pronounced when all the polar ends are in close proximity to one another or in real contact with one another.
The split pole pieces 47 can be made. in one piece instead of being divided.
All the embodiments described can be applied with advantage to the control of a clockwork mechanism. For the reasons already pointed out, this motor is particularly suitable for this application, as it can reach the speed of synchronism after having given the rotor a sufficient initial impulse to bring it to a speed a little more than half the speed , of synchronism.
In clocks having an accessible seconds hand, the motor can be started by simply turning this second hand, although it will be understood that all other means of impelling the rotor. initial, can be used.
The motor according to the invention, -in all the embodiments described above, can be applied as a speed regulating device, due to its characteristic of maintaining the speed of synchronism even when the device has the speed must. be set to a strong tendency to rotate at a speed greater than the speed of synchronism.
The invention is not limited to the particular embodiments above. described.