Moteur électrique. La présente invention a trait aux moteurs électriques et concerne plus particulièrement le type -de moteur électrique ayant un élé ment inducteur multipolaire excité par un courant alternatif.
Dans les moteurs à inducteurs multipo laires actuellement en usage, les pièces po laires successives -du circuit magnétique pri maire sont habituellement disposées à. une distance considérable les unes -des autres, et le rotor est généralement disposé très près des pièces polaires, de sorte que la plus grande partie du flux magnétique engendré entre les pôles passe nécessairement à travers le rotor.
Le flux qui passe directement entre les pièces polaires sans traverser aucune par tie du rotor est appelé "flux de dispersion" et puisqu'il ne produit aucun effet sur le ro tor, il a. été considéré jusqu'à présent comme parasitaire et indésirable. On .construit donc habituellement des moteurs de ce genre, de manière telle que le flux de -dispersion soit réduit au minimum.
Contrairement à la technique acceptée, le moteur selon l'invention est caractérisée par le fait que les pièces polaires de plusieurs paires sont à proximité immédiate l'une -de l'autre, de façon à offrir un circuit de faible réluctance au flux -de .dispersion. Pratique ment, il y a avantage à ce que les pièces po laires de chaque paire soient à proximité im médiate l'une de l'autre.
Cette disposition augmente la proportion de flux de -dispersion et procure des avan tages jusqu'à présent inconnus.
La faible distance entre les pièces po laires du primaire diminue considérablement la réluctance magnétique -du circuit inducteur d'où il résulte une augmentation -de l'impé- ,dance de l'enroulement inducteur et la pro .duction d'un effet qui limite le courant ab sorbé -du réseau par le circuit primaire. De cette façon, il est possible de limiter le cou rant absorbé du réseau sans utiliser un cir cuit primaire de forte résistance.
On peut ap pliquer cette caractéristique à tous les types de moteurs multipolaires à inducteurs excités par un courant alternatif, indépendamment -du genre -de rotor utilisé ou,des autres carac téristiques électriques particulières du mo teur.
Pratiquement, on peut disposer les pièces polaires voisines si près les unes -des autres qu'elles sont contiguës. D'ans ces conditions, le flux de dispersion est considérablement augmenté, d'où il résulte une limitation cor respondante -du courant absorbé du réseau. La disposition contiguë des pièces polaires peut aussi présenter un avantage considéra ble pour la fabrication en série, du fait qu'elle supprime la nécessité de maintenir des distances déterminées entre les pièces po laires, ce qui simplifie la fabrication et pro cure une plus grande uniformité du produit.
De plus, la construction contiguë permet d'obtenir une construction de stator qui est mécaniquement rigide.
En plus,des avantages énumérés ci-dessus, la -disposition -des pièces polaires à proximité immédiate les unes des autres produit un autre effet magnétique qui est avantageux dans certains types .de moteurs, en par ticulier, une distribution de flux variant pro gressivement dans l'entrefer compris entre le rotor et les pièces polaires.
Dans un moteur .de construction ordinaire ayant une distance considérable entre les pôles, on a trouvé qu'il se produit une distribution très irrégulière -de flux dans lequel il y a des variations brusques :depuis -des points de forte densité aux extrémités des pôles jusqu'à des points de faible intensité au centre des pièces po laires. Une telle distribution -de flux est désavantageuse dans bien -des types de mo teurs.
Par exemple dans les moteurs à hysté- résis, on a trouvé que ces variations brusques <B> & </B> densité magnétique produisent dans le ro tor des courants de Foucault exagérés qui gê nent le fonctionnement normal du moteur. On a trouvé que cet inconvénient est supprimé par la, disposition des pièces polaires adoptée pour le moteur selon l'invention. Grâce à cette disposition, les champs de .dispersion se trou vant aux extrémités des pôles à proximité im- médiate, passent directement entre ceux-ci sans traverser le rotor.
Il en résulte une distribu tion de champ plus uniforme dont les varia tions de .densité magnétique sont progres sives. Il est possible d'appliquer cet avan tage à divers types de moteurs dont le fonc tionnement est gêné par une mauvaise distri- bution,de .champ.
Sur le -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 et ,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 avec certaines parties arrachées pour laisser voir des détails de construction; La fi-,. 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 clé 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'é lément représenté sur la fig. $; La fi-. 1.0 est une élévation d'une autr#@ forme d'exécution -du moteur, certains organe étant arrachés pour laisser voir -des détails -de construction;
La fi-. 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 re présentée sur les fig. 10 et 11; La fil. 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 représentée sur les fig. 10 et 11; La fi-. 15 est une coupe verticale de l'en veloppe 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 tions d'enveloppe et de l'enroulement du mo teur des fig. 16 et 17; La fi-. 19 est une élévation de l'une des sections de l'enveloppe de la fig. 18; La fig. 20 est une coupe verticale .d'une ;mitre forme d'exécution du moteur selon l'in vention; La fig. 21 est une élévation du moteur re présenté sur la fig. 20, 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, certains organes étant arrachés pour laisser voir des détails .de la construction; La fil,. 2 0 est une élévation de l'une des sections d'enveloppe d'inducteur de la fig. 22; La fig. 24 est une coupe verticale de la section d'enveloppe représentée sur la fig. 23; La fi-. 25 est une élévation de l'autre sec tiori de l'enveloppe représentée sur la fi-. 22; La fig. 26 est une coupe verticale de la se-ction d'enveloppe représentée sur la fig. 25; La fig. 2 7 est un diagramme représentant 'e..; caractéristiques couple-vitesse du moteur selon l'invention.
On a représenté sur les fig. 1 à 3 un mo teur électrique conforme à l'invention suscep tible de commander un mécanisme -d'horloge rie. L'horloge comprend un cadran 1, une ai (Mille .des heures \?, une aiguille des minutes 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 engre nages supplémentaires 13, 14, 15 et 16 et l'ai guille des heures 2 est commandée par d'autres engrenages 17, 18 et 19.
Les aiguilles -des minutes et -des heures sont portées par -des ouilles .distinctes mon tées sur l'arbre 20 qui porte l'aiguille,des se condes 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'une pièce ajourée supportant une armature continue 24 en forme d'anneau. Le rotor, ou tout au moins la 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 à offrir une résistance consi- d6rable à toute variation du magnétisme de l'armature.
L'armature 24 -du rotor est montée @à proximité immédiate de deux jeux de pôles d'inducteur 25 et 26. @Cesdeux jeux de pièces polaires 25 et 26 (représentées plus particu lièrement sur les fig. 4 à 9) sont supportés par des sections d'enveloppe d'inducteur dis tinctes 27 et 28 respectivement. La section d'enveloppe 27, en forme de coupe (fig. 6 et 7) eomprend un disque muni d'un rebord périphérique taillé -de façon à former -des saillies latérales dont les extrémités consti tuent les pièces polaires 25.
Un noyau ma- gn6tique 27a est centré dans cette coupe et s'étend vers son extrémité ouverte. La sec tion d'enveloppe 28 comprend un disque monté sur l'extrémité libre de ce noyau et pourvu de saillies radiales formant les pièces polaires 26.
En -d'autres 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 27 (fig. 4 et 5). Les faces extérieures des dents 2'6 se trouvent sur un cylindre de diamètre égal à -celui -du rebord de la coupe 27. On re marquera 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 -du rotor.
Si l'on s'en rapporte au fig. 4 et 5, on notera que ces parties extérieures ,des pièces polaires sont disposées -de façon que leurs parties adjacen tes soient .sensiblement en contact les unes avec les autres, ces parties adjacentes cons tituant les extrémités polaires.
Un enroulement unique de fil isolé 29 est enfermé entre les deux sections 2 7 et 28 de l'enveloppe d'inducteur. Du courant alter natif monophasé peut .être fourni à cet en roulement par toute source appropriée, par l'intermédiaire des conducteurs 30. Les par ties radiales des sections d'enveloppe sont placées sur les côtés opposés de l'enroulement et, par conséquent, à tout moment, ces deux sections sont magnétisées -de manière telles qu'elles sont de polarité opposée. En consé quence, des pièces polaires alternées sont à tout moment de polarité opposée et du fait que le courant fourni à l'enroulement 29 est un courant alternatif, la polarité de chaque pièce polaire alternera en synchronisme avec le courant.
Il apparaît ainsi qu'un champ al ternatif est engendré et non un champ tour nant 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 -des pôles "sud" correspondant dans les parties adja centes de l'armature 24. Si l'on fait alors tourner le rotor ià la main ou par d'autres moyens extérieurs, les pôles "sud" induits dans l'armature de rotor se déplaceront vers les 'pôles ,;sud" des pièces polaires 26.
Si le rotor tourne à une vitesse inférieure à la vi tesse de synchronisme, les pièces polaires 26 deviendront des pôles "nord" avant que les pôles "sud" induits -dans l'armature -de ro tor viennent en regard des pièces polaires 26 et, en même temps, les pièces polaires 25 se transformeront en pôles "sud" et repousse ront les pôles "sud" de l'armature de rotor pendant qu'ils sont attirés par les pôles "nord" des pièces polaires 26.
Ce-ci détermine 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 matière à coefficient d'hystérésis élevé grâce auquel l'armature résiste à 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 coeffi cient d'hystérésis élevé de l'armature @t le résultat est l'obtention d'un champ dans l'ar mature en retard sur le champ primaire ,clans 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 e'-- ne comporte pas de pôles géométriques.
La gran deur -de ce couple dépend également, dans une grande mesure, de la disposition relative -des deux jeux de pièces polaires 25 et 26 et on a trouvé que le meilleur effet est obtenu lors que ces pièces polaires sont sensiblement en contact les unes avec les autres, détermiiant ainsi un champ primaire d'intensité variant graduellement autour de la périphérie entière de l'inducteur primaire.
L'importance, dans un moteur de ce type, d'un champ -dont l'intensité varie pro gressivement est indiquée par les courbes couple-vitesse de la fig. 27. La courbe H re- présente le couple d'hystérésis à des vitesses comprises entre zéro et la vitesse de syn chronisme, la courbe E représente le couple de courants parasites et la courbe R le couple résultant agissant sur le rotor.
Ces courbes sont celles d'un moteur bien étudié, et cepen dant il est évident qu'aux vitesses inférieures à la demi-vitesse de synchronisme, le couple résultant est négatif et le moteur ne peut donc pas arriver à la vitesse de synchronisme.
Pour cette raison, il est nécessaire, pour faire démarrer un tel moteur, de -donner au rotor une impulsion initiale suffisante pour le faire tourner au moins à la demi-vitesse de syn chronisme, et de le remettre en marche cha- que foi; que la vitesse devient inférieure à la demi-vitesse de synchronisme par suite -d'un manque de courant momentané ou pour d'au tres raisons.
Il est évident que si le moteur < ,si. construit avec les pièces polaires large- me!3t: espacées les unes des autres, de manière qu'il n p se produise -des courants parasites excessifs, la gamme de vitesses sur laquelle le couple résultant est positif diminue et le couple synchrone résultant diminue égale ment, de sorte que l'utilité du moteur se trouve grandement diminuée. A titre d'exem ple, on a représenté différentes variantes :du moteur, selon l'invention, sur les fig. 10 à 26.
Le moteur représenté sur les fig. 10 à 15 est similaire à celui précédemment décrit sauf en ce qui concerne la réalisation des deux sec tions d'enveloppe d'inducteur, une autre dif- fé%ence résidant dans le fait que les pièces polaires d'inducteur sont tournées vers l'axe dut 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 32.
Cet organe, en forme de coupe, est :susceptible -de re.,!evoir la seconde section 33 .de l'enveloppe d'inducteur, cette section comportant une douille 34 se logeant dans une ouverture pra tiquée dans la section d'enveloppe 31. La sec tion 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 dirigées perpendiculairement par rapport aux pièces polaires 32, ou, en d'autres termes, radiale- ment, puis latéralement par rapport au corps de la section 33, .ces pièces polaires étant dis posées entre les pièces polaires 32. L'enrou lement 29 est interposé entre les deux sections d'enveloppe et en est isolé par une feuille 36 -de matière isolante. Le rotor 37 comprend un disque dont la périphérie extérieure est placée à proximité immédiate -des pièces po laires 32 et 35.
Ce moteur est particulièrement avantageux dans les applications où les con sidérations d'encombrement sont importantes, car -on remarquera que le rotor est d'un dia mètre plus faible que dans le premier exem ple. Un autre avantage réside dans le fait que le rotor est protégé par les pôles .d'induc teur qui agissent à la façon d'une garde.
Le moteur représenté sur les fig. 16 à 19 est similaire 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 fil-. 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'a juster entre les pièces polaires 43 .de la sec tion 40 et, comme précédemment décrit, il est préférable que les pièces polaires .soient sensi blement en contact les unes avec les autres, ou tout au moins séparées d'une distance infé rieure 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, 1 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. 20 et 21 est semblable à celui représenté sur les fig. 1 à 3 en ce sens qu'il comprend une pièce ajourée supportant un anneau 45 constituant une armature coopérant avec les pièces polaires tournées radialement vers l'ex térieur. La section d'enveloppe d'inducteur 46 est munie de saillies fendues latérales 47 constituant les pièces polaires. La section d'enveloppe 48 est munie de saillies en forme de crochets constituant tes pièces polaires radiales 49.
On remarquera que les parties correspondantes de chacune des saillies 49 sont découpées, en sorte qu'il existe une grande distance entre ces extrémi tés polaires et les pièces polaires adjacentes 47, comme représenté en 50. Les autres ex trémités, polaires 51 sont cependant à proxi mité immédiate des pièces polaires 47.
On a remarqué que, même avec ce mode de cons- truction, les pièces polaires sont suffisam ment voisines pour déterminer un flux d'in tensité variante graduellement autour de l'in ducteur -et qu'il y a une fuite suffisante en tre les extrémités polaires pour déterminer l'action do réactance désirée limitant le cou rant -de ligne.
On comprendra, cependant, que cette action est plus prononcée lorsque toutes les extrémités polaires sont à proximité im médiate l'une -de l'autre ou en contact réel les unes avec les autres.
Ires polaires fendues 47 peuvent être faites en une seule pièce au lieu d'être divi- sées, mais dans certains cas, il est avantageux qu'elles soient séparées de façon que des en roulements auxiliaires puissent être placés sur une section de chaque pièce, ce qui permet d'obtenir un champ primaire tournant. On obtient ainsi un moteur à autodémarrage.
On voit d'après ce qui précède que l'in vention peut être appliquée aussi bien aux moteurs à autodémarrage qu'aux moteurs. à hystérésis sans autodémarrage. Toutefois, l'invention n'est pas limitée aux moteurs à hystérésis ou aux moteurs synchrones.
Sur fig. 20 à 26, on a représenté un stator pouvant être pourvu d'enroulements suscepti bles de produire un champ tournant. Avec un tel champ, on peut prévoir un rotor en matière conductrice telle que le cuivre au lieu d'une matière magnétique, et .on peut ainsi produire un moteur -du type à induction.
Quoiqu'on ait représenté et décrit un moteur ayant un rotor en forme d'anneau, de réluc tance uniforme, il est évident que l'invention peut également .être appliquée à un moteur .du type à réaction ayant un rotor de réluc tance non uniforme. Il est donc évident que l'invention est indépendante de la matière ou de la forme particulière du rotor.
D'ailleurs, l'invention n'est pas limitées aux formes de réalisation particulières ci ,dessus -décrites.
Electric motor. The present invention relates to electric motors and relates more particularly to the type of electric motor having a multipolar inductor element excited by an alternating current.
In multipolar inductor motors currently in use, the successive polar parts of the primary magnetic circuit are usually arranged at. a considerable distance from each other, and the rotor is generally arranged very close to the pole pieces, so that most of the magnetic flux generated between the poles necessarily passes through the rotor.
The flux which passes directly between the pole pieces without passing through any part of the rotor is called "scatter flux" and since it has no effect on the rotor it has. been considered until now as parasitic and undesirable. Engines of this type are therefore usually constructed in such a way that the flow of dispersion is reduced to a minimum.
Contrary to the accepted technique, the motor according to the invention is characterized by the fact that the pole pieces of several pairs are in close proximity to one another, so as to offer a circuit of low reluctance to the flux. .dispersion. In practice, it is advantageous if the polar parts of each pair are in immediate proximity to each other.
This arrangement increases the proportion of dispersion flux and provides hitherto unknown advantages.
The small distance between the polar parts of the primary considerably decreases the magnetic reluctance of the inductor circuit, resulting in an increase in the impedance of the inductor winding and the production of an effect which limits the current absorbed from the network by the primary circuit. In this way, it is possible to limit the current absorbed from the network without using a high resistance primary circuit.
This characteristic can be applied to all types of multipolar inductor motors excited by an alternating current, regardless of the type of rotor used or of the other particular electrical characteristics of the motor.
In practice, the neighboring pole pieces can be arranged so close to each other that they are contiguous. Under these conditions, the dispersion flux is considerably increased, resulting in a corresponding limitation of the current absorbed from the network. The contiguous arrangement of the pole pieces can also present a considerable advantage for mass production, since it eliminates the need to maintain fixed distances between the pole pieces, which simplifies the manufacture and provides greater uniformity. of the product.
In addition, the contiguous construction results in a stator construction which is mechanically rigid.
In addition to the advantages listed above, the arrangement of the pole pieces in close proximity to each other produces a further magnetic effect which is advantageous in certain types of motors, in particular a progressively varying flux distribution. in the air gap between the rotor and the pole pieces.
In a motor of ordinary construction having a considerable distance between the poles, it has been found that a very irregular distribution of flux occurs in which there are abrupt variations: from points of high density at the ends of the poles to weak points in the center of the polar parts. Such a flow distribution is disadvantageous in many types of engines.
For example, in hysteresis motors, it has been found that these abrupt variations in magnetic density produce exaggerated eddy currents in the rotor which interfere with the normal operation of the motor. It has been found that this drawback is eliminated by the arrangement of the pole pieces adopted for the engine according to the invention. By virtue of this arrangement, the dispersion fields located at the ends of the poles in immediate proximity pass directly between them without passing through the rotor.
This results in a more uniform field distribution, the magnetic density variations of which are progressive. It is possible to apply this advantage to various types of engines, the operation of which is hampered by poor distribution of the field.
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 motor and of the clockwork mechanism shown in FIG. 1; Fig. 3 is a vertical section on a larger scale of the clock motor and of the gear train shown in FIGS. 1 and 2; Fig. 4 is an elevation of the clock motor with some parts broken away to show construction details; The fi- ,. 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 through the key or gane shown in FIG. 6; Fig. 8 is an elevation of another section of the inductor casing shown in FIG. 5; Fig. 9 is a vertical section of the element shown in FIG. $; The fi-. 1.0 is an elevation of another # @ embodiment of the engine, with some parts pulled out to show -construction-details;
The fi-. 11 is a vertical section of the motor shown in FIG. 10; Fig. 12 is a partial elevation of a section of the inductor shell shown in FIGS. 10 and 11; The thread. 13 is a vertical section of the envelope shown in FIG. 12; Fig. 14 is a partial elevation of another section of the inductor shell shown in FIGS. 10 and 11; The fi-. 15 is a vertical section of the inductor casing shown in FIG. 14; Fig. 16 is a vertical section of another embodiment of the engine according to the invention;
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 motor winding of FIGS. 16 and 17; The fi-. 19 is an elevation of one of the sections of the envelope of FIG. 18; Fig. 20 is a vertical section .d'une; miter embodiment of the engine according to the invention; Fig. 21 is an elevation of the engine shown in FIG. 20, some parts being torn off to show details of construction;
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; The thread,. 20 is an elevation of one of the inductor shell sections of FIG. 22; Fig. 24 is a vertical section of the envelope section shown in FIG. 23; The fi-. 25 is an elevation of the other sec tiori of the envelope shown in fig. 22; Fig. 26 is a vertical section of the casing section shown in FIG. 25; Fig. 27 is a diagram showing e ..; torque-speed characteristics of the engine according to the invention.
There is shown in FIGS. 1 to 3 an electric motor in accordance with the invention capable of controlling a clock mechanism rie. The clock comprises a dial 1, an ai (Thousand hours \ ?, a minute hand 3 and a seconds hand 4. The hands of the clock are controlled by a motor 5, and if we examine the 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 minute hand 3 is controlled by additional gears 13, 14, 15 and 16 and the hour hand 2 is controlled by other gears 17, 18 and 19.
The -minute and -hour hands are carried by -distinct ears mounted on the shaft 20 which carries the hand, of the seconds 4. The shaft 20 is supported by -consoles 21 and 22, this last 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 24 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 as to offer considerable resistance to any variation in the temperature. magnetism of the armature.
The armature 24 of the rotor is mounted @ in the immediate vicinity of two sets of inductor poles 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 shape of a cup (fig. 6 and 7) includes 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 27a 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) to determine a .series of protrusions constituting the pole pieces 26, the spaces between these protrusions being just wide enough to receive the pieces. pans 25 of the other casing section 27 (Figs. 4 and 5). The outer faces of the teeth 2'6 are located on a cylinder of diameter equal to -that -of the edge of the cup 27. It will be noted that the armature 24 of the rotor turns the pole pieces and it will be understood that the most active polar parts are formed by their parts -directly opposite to the -frame of the rotor.
If we refer to fig. 4 and 5, it will be noted that these outer parts of the pole pieces are arranged so that their adjacent parts are substantially in contact with one another, these adjacent parts constituting the pole ends.
A single winding of insulated wire 29 is enclosed between the two sections 27 and 28 of the inductor shell. Single-phase, native alternating current can be supplied to this rolling stock from any suitable source, through the conductors 30. The radial parts of the casing sections are placed on opposite sides of the winding and therefore. at all times these two sections are magnetized -so that they are of opposite polarity. As a result, alternating 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.
It thus appears that an alternate field is generated 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 corresponding "south" poles in the adjacent parts of the frame 24. If the rotor i is then rotated by hand or by other external means, the induced "south" poles in the rotor frame will move towards the 'poles,; south' of the pole pieces 26.
If the rotor rotates at a speed lower than the speed of synchronism, the pole pieces 26 will become "north" poles before the "south" poles induced -in the rotor armature come opposite the pole pieces 26 and At the same time, the pole pieces 25 will turn into "south" poles and push back the "south" poles of the rotor frame as they are attracted by the "north" poles of the pole pieces 26.
This determines 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 the tendency of poles of the inductor abruptly reverse the polarity of those of the armature parts 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. the result is the obtaining of a field in the mature ar which is lagging behind the primary field, in such a way 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 an armature which is continuous e '- 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. with the others, thus determining a primary field of gradually varying intensity around the entire periphery of the primary inductor.
The importance, in a motor of this type, of a field whose intensity varies progressively is indicated by the torque-speed curves in fig. 27. Curve H represents the hysteresis torque at speeds between zero and the synchronic speed, curve E represents the torque of parasitic currents and curve R the resulting torque acting on the rotor.
These curves are those of a well-designed motor, and yet it is obvious that at speeds below half the synchronous speed, the resulting torque is negative and the motor therefore cannot reach the synchronous speed.
For this reason, it is necessary, in order to start such a motor, to give the rotor an initial impulse sufficient to make it turn at least at half the synchronic speed, and to restart it each time; that the speed becomes lower than the half-speed of synchronism due to a momentary lack of current or for other reasons.
It is obvious that if the engine <, if. built with the pole pieces wide- me! 3t: spaced from each other, so that np occurs -excessive parasitic currents, the range of speeds over which the resulting torque is positive decreases and the resulting synchronous torque decreases equally ment, so that the usefulness of the engine is greatly reduced. By way of example, different variants have been shown: of the engine, according to the invention, in FIGS. 10 to 26.
The motor shown in fig. 10 to 15 is similar to that previously described except as regards the realization of the two inductor shell sections, another difference being that the inductor pole pieces are facing towards the end. axis of the motor instead of being directed radially outwards. The casing -section 31 comprises a disc having lateral projections forming pole pieces 32.
This cup-shaped member is: capable of re.,! Evoir the second section 33. Of the inductor casing, this section comprising a sleeve 34 being housed 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 perpendicularly with respect to the pole pieces 32, or, in other words, radially, then laterally with respect to the body of the section 33, these pole pieces being arranged between the pole pieces. pole pieces 32. The winding 29 is interposed between the two casing sections and is isolated therefrom by a sheet 36 of insulating material. The rotor 37 comprises a disc, the outer periphery of which is placed in the immediate vicinity of the polar parts 32 and 35.
This motor is particularly advantageous in applications where space considerations are important, since it will be noted that the rotor is of a smaller diameter than in the first example. Another advantage is that the rotor is protected by the inductor poles which act as 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 inductor than in the case. of the motor shown on the wires. 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 likely 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. others, or at least separated by a distance smaller than the distance existing 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, 1 In fig. 20 to 26, there is shown an engine in which some of the polar parts are very far apart, the remaining polar ends being adjacent, if they are not in real contact.
The rotor 44, of the motor of FIGS. 20 and 21 is similar to that shown in FIGS. 1 to 3 in the sense that it comprises a perforated part supporting a ring 45 constituting a frame cooperating with the pole pieces facing radially outwardly. The inductor shell section 46 is provided with side slit protrusions 47 constituting the pole pieces. The envelope section 48 is provided with hook-shaped projections constituting your radial pole pieces 49.
It will be noted that the corresponding parts of each of the projections 49 are cut out, so that there is a large distance between these pole ends and the adjacent pole pieces 47, as shown at 50. The other pole ends 51 are however at immediate proximity to pole pieces 47.
It has been noticed that, even with this mode of construction, the pole pieces are sufficiently close to determine a flux of gradually varying intensity around the inductor - and that there is sufficient leakage between them. pole ends to determine the desired reactance action limiting the line current.
It will be understood, however, that this action is most pronounced when all the pole ends are in immediate proximity to each other or in actual contact with each other.
The split poles 47 can be made in one piece instead of being split, but in some cases it is advantageous if they are separated so that auxiliary bearings can be placed on a section of each piece. which makes it possible to obtain a rotating primary field. A self-starting motor is thus obtained.
It can be seen from the foregoing that the invention can be applied both to self-starting engines and to engines. with hysteresis without auto-start. However, the invention is not limited to hysteresis motors or synchronous motors.
On fig. 20 to 26, there is shown a stator which can be provided with windings capable of producing a rotating field. With such a field, a rotor of conductive material such as copper can be provided instead of a magnetic material, and thus an induction-type motor can be produced.
Although an engine has been shown and described having a ring-shaped rotor of uniform reluctance, it is evident that the invention can also be applied to a jet-type engine having a non-reluctance rotor. uniform. It is therefore obvious that the invention is independent of the material or of the particular shape of the rotor.
Moreover, the invention is not limited to the particular embodiments described above.