Machine électrique multipolaire agencée de manière à pouvoir tourner pas à pas La présente invention concerne une machine électrique tournante du même genre que celles qui sont décrites au brevet No 353071. Elle a pour objet une machine électrique multipolaire agencée de ma nière à pouvoir tourner pas à pas et comprenant deux groupes de bornes destinés à être reliés alterna tivement à une source d'alimentation.
Cette machine, dont le rotor au moins comprend un bobinage constitué par des conducteurs plats adhérant intimement aux deux faces isolantes oppo sées d'un support annulaire sur lesquelles ils sont répartis en deux jeux de demi-spires ayant leurs ex trémités en regard interconnectées de l'une à l'autre face, et dont le stator comprend une ou plusieurs paires de pôles inducteurs disposés selon une cou ronne en regard d'une partie au moins de la surface annulaire du bobinage, est caractérisée en ce qu'elle comporte deux jeux d'éléments de commutation cons titués respectivement par des segments conducteurs et par des balais portant sur ces segments, lesdits segments étant disposés selon deux couronnes, les segments d'une couronne étant décalés d'un demi pas polaire par rapport aux segments de l'autre cou ronne,
chaque segment présentant une longueur indi viduelle légèrement supérieure à un demi-pas polaire et les distances entre les axes des segments consécu tifs de chaque couronne étant égales à un pas polaire, lesdits balais formant au moins deux paires espacées d'un pas polaire entre elles, les éléments de l'un de ces deux jeux étant reliés en alternance à des prises équidistantes du bobinage du rotor et les éléments de l'autre jeu étant reliés auxdites bornes d'alimen tation.
Pour simplifier l'exposé du principe d'avance pas à pas des machines qui vont être décrites, et pour en faciliter la compréhension, on se référera dès maintenant à la fig. 1 des dessins joints. Ce schéma se rapporte à un moteur bipolaire dont le pas élec trique de 900 est confondu ici avec le pas d'avance angulaire, le moteur tournant d'un tour complet en quatre pas. Pour quatre pôles, il ferait une rotation en huit pas, pour six pôles en douze pas, pour huit pôles en seize pas, et ainsi de suite au fur et à me sure qu'on augmentera le nombre de paires de pôles de la machine.
Sur le schéma de la fig. 1, on a donc représenté en 1 un rotor dont le bobinage est supposé recou vrir uniformément ce rotor et sur la périphérie du quel on a établi quatre prises, en deux paires, 4-5 et 6-7. Ce rotor se déplace dans le champ d'une paire de pièces polaires 2 et 3, Nord et Sud par exemple. Deux paires de bagues conductrices 8-9 et 10-11 sont reliées d'une part aux paires de prises 4-5 et 6-7 du bobinage du rotor et, d'autre part, à des paires de contacts 12 et 13 dont les armatures mobiles sont branchées aux bornes d'une batterie (ou autre source de courant continu) 15.
Les arma tures des contacts 12 et 13 sont commandées par un électro-aimant ou relais 14, par exemple. On doit naturellement comprendre qu'à ce double-inverseur mécanique peut être substitué, quand de besoin pour l'exploitation pratique, un commutateur magnétique ou électronique selon toute disposition connue en elle-même.
L'un des ensembles de connexions sur les bagues 9 à 11 est constitué de frotteurs, l'autre de prises fixes. Si, par exemple, les bagues sont mécanique ment solidaires du rotor, ce sont les connexions de liaison aux inverseurs 12 et 13 qui sont constituées par des frotteurs, et inversement si les bagues sont fixes.
On considère la position représentée comme posi tion de départ. Alors, si les contacts inverseurs 12 et 13 sont amenés en position basse, les prises 4 et 5 sont alimentées et le rotor tourne d'un pas de 900 électriques dans le sens de la flèche. Les prises 4 et 5 viennent prendre les places des prises 6 et 7 qui, elles, sont amenées aux anciennes positions des prises 5 et 4. La position atteinte est stable tant que les contacts 12, 13 restent inchangés. Quand les arma tures de ces contacts changent de position, les prises 6 et 7 sont alimentées, les prises 4 et 5 ne le sont plus et la machine avance d'un pas dans le même sens ; et ainsi de suite à chaque actionnement des contacts de commutation de l'alimentation.
Le dis positif de commande du relais ou de l'électro-aimant 14 ne fait pas partie de la machine proprement dite, étant donné qu'il peut être subordonné à tout pro gramme d'actionnement du relais défini par l'équipe ment dans lequel sera utilisée la machine.
Il est évi dent que le relais peut ou non être périodiquement excité ou peut l'être de façon irrégulière dans le temps sans que cela modifie le processus d'avance qui vient d'être exposé: le moteur avancera d'un demi-pas polaire à chaque inversion des contacts de ce relais, et il est évident qu'une commutation des polarités de l'alimentation pourrait de plus être assu rée par l'insertion de contacts inverseurs additionnels entre les armatures des contacts 12 et 13 et les pôles de la batterie, si on désirait pouvoir commander des pas de sens différents pour la machine.
Outre la fig. 1 déjà décrite, la description sui vante se refère aux autres figures jointes, qui mon trent diverses formes d'exécution de la machine selon l'invention, données à titre d'exemple.
Les fig. 2 et 3 sont des vues de l'une et l'autre face du rotor d'une première forme d'exécution.
Les fig. 4 à 7 montrent différentes coupes de variantes d'exécution pratique d'un tel rotor.
La fig. 8 est une vue d'une face d'un rotor sui vant une variante de celui des fig. 2 et 3.
Les fig. 9 et 10, d'une part, les fig. 11 et 12, d'autre part, sont des vues schématisées en demi-face et de dessus, de machines tournantes comprenant des rotors conformes aux fig. 2 et 3 et à la fig. 8, respec tivement.
Les fig. 13 et 14 montrent, en demi-vues de face et en coupe, le rotor d'une autre forme d'exécution et la fig. 15 montre, en demi-vues de face, et les fig. 16 et 17, en coupe suivant deux variantes, le rotor d'une autre forme d'exécution.
Pour l'exécution de ces machines, le bobinage rotorique à réaliser peut être de différents types. Dans une machine tournante du type rappelé ci-des sus et ayant un bobinage rotorique de distribution régulière sur son disque , on peut utiliser une forme de bobinage du type ondulé-série, ou une forme de bobinage du type imbriqué, comme décrit dans le brevet No<B>353071.</B>
Un bobinage du type imbriqué sera ici avanta geux au point de vue suivant : en prenant un nom bre de spires, donc de conducteurs de bobinage, égal à un multiple entier du nombre de paires de pôles de la machine, il sera possible de définir un nombre de positions d'arrêt d'avance pas à pas régulièrement distribuées sur 3600. En contrepartie, il sera préfé rable d'établir autant de paires de balais, pour les positions d'arrêt, qu'il y a de pôles magnétiques dans la machine.
Un bobinage du type ondulé-série sera moins avantageux à ce point de vue car le nombre de con ducteurs sera obligatoirement différent d'un tel mul tiple, d'une unité au moins par face de demi-bobi- nage. Une position d'arrêt au moins présentera donc une discontinuité de symétrie vis-à-vis des autres. Ceci toutefois sera d'importance d'autant plus réduite que le nombre de spires du bobinage sera plus élevé. En contrepartie, l'utilisation d'un bobinage ondulé- série sera avantageuse en ce qu'alors il suffira de deux paires de balais pour la commutation.
En outre, on pourra alors réduire également le nombre de pai res de pôles magnétiques effectivement matérialisés sur l'inducteur et ceci jusqu'à n'en conserver qu'une seule paire si désiré.
L'exemple choisi pour l'exposé qui va suivre est une machine à huit pôles. Dans les schémas des fig. 2 et 3, le bobinage du rotor est à soixante-quatre spires, il y a donc soixante-quatre conducteurs de demi-spires par face du bobinage. Ces conducteurs sont imprimés , c'est-à-dire constitués par des conducteurs plats adhérant à une surface diélectrique de support. Les technologies de formation de tels ensembles de conducteurs sont trop connues en elles- mêmes pour qu'il soit utile de les rappeler ici.
En considérant plus particulièrement la fig. 2, on voit que chaque conducteur de bobinage comporte une partie 21 sensiblement radiale, prolongée de part et d'autre par des parties inclinées ou incurvées, 22 à l'extérieur et 23 à l'intérieur. Chaque partie 22 aboutit à un plot périphérique 24, chaque partie 23, à un plot périphérique intérieur 25. Les plots 24 sont décalés d'une demi-largeur de conducteur vis- à-vis des parties radiales 21 des conducteurs, les plots 25 concordent au contraire avec ces conducteurs. Pour soixante-quatre spires, le pas polaire est de huit spires.
L'autre face du bobinage, voir fig. 3, est iden tique à la première mais les conducteurs 22 et 23 sont d'inclinaisons inverses par rapport à celles des mêmes conducteurs sur la première face ; ces demi- bobinages sont montés en concordance de conduc teurs radiaux et de plots d'extrémité. Les plots en regard sont réunis par des ponts conducteurs d'inter connexion, tels qu'indiqués en 26 et 27 sur les cou pes des fig. 4 à 7.
L'inclinaison des parties 22 est telle qu'un pas polaire soit franchi de tout conduc teur d'une face au conducteur de la face opposée au quel il est relié et l'inclinaison des parties 23 est telle que, de ce conducteur de face opposée, le bobinage soit ramené au conducteur de la première face qui suit celui de départ ; en d'autres termes, on peut dire que dans ce bobinage, le passage d'une face à l'autre par l'extérieur s'effectue de huit en huit con ducteurs, le retour s'effectuant de sept en sept con ducteurs, d'où l'obtention de l'imbrication désirée des spires du bobinage ;
en d'autres termes encore, en numérotant 1, 3, 5, ... les conducteurs d'une face, et 2, 4, 6, etc., les conducteurs de l'autre face (le conducteur 2 se trouvant en regard du conducteur 3, et ainsi de suite), on passe du conducteur 1 au con ducteur 16, on revient au conducteur 3 et ainsi de suite.
Sur l'une des faces du bobinage et en même temps que les conducteurs et plots d'extrémité de ce bobinage, ont été formées deux séries de segments conducteurs, 28 et 29, selon deux circonférences dis tinctes. Chaque segment couvre un peu plus d'un demi-pas polaire, pour tenir compte de l'épaisseur radiale des balais qui coopèrent avec ces segments et, naturellement, les deux rangées de segments 28 et 29 sont décalées l'une sur l'autre d'un demi-pas polaire dans leurs connexions radiales à des plots du bobinage (de huit en huit plots en chaque rangée de segments), connexions assurées par des extensions radiales de ces plots. Dans l'exemple montré, les segments sont disposés sur le pourtour extérieur du bobinage, mais on pourrait les prévoir sur le pour tour intérieur si désiré.
Huit paires de balais 30-31 coopèrent avec ces segments. Ces paires de balais sont espacées d'un pas polaire et sont disposées sur les bissectrices des axes radiaux de symétrie des pôles inducteurs, ce qui est évident d'après le schéma de la fig. 1. On voit clairement cette disposition sur la vue en demi-face de la fig. 9 et, dans cette figure, de plus, on a indi qué les interconnexions entre les balais de ces paires et les contacts des inverseurs 12 et 13. Sur la fig. 9, la partie du rotor qui est visible et porte le bobinage, non représenté en détail, est désignée par la réfé rence 20.
Sur la vue en plan de dessus de la machine de la fig. 10, le rotor complet est désigné par la réfé rence 50, et les aimants permanents (pastilles) for mant la couronne de pôles magnétiques dont la moi tié est visible sur la fig. 9, sont supportés par une plaque de montage supportant aussi les balais et désignée par la référence numérique 51. Bien en tendu, le montage du stator est purement illustratif et on pourrait aussi bien utiliser une forme d'aimant autre que circulaire, ou bien des pôles inducteurs comprenant des électro-aimants alimentés par un courant constant.
Le fonctionnement d'une machine telle que celles de la fig. 9 ou de la fig. 11 peut s'exposer comme suit: l'électro-aimant 14 n'étant pas alimenté en courant, on suppose l'établissement de ce courant d'excitation ; alors les contacts viennent dans leurs positions de droite sur le schéma et les balais 31 sont alimentés par le circuit de batterie 15 ; en supposant ces balais dans la position montrée sur la fig. 2 par rapport au rotor, ce rotor va tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre jusqu'à ce que les balais 31 se trouvent au-dessus de parties isolantes de la couronne extérieure de segments 29.
L'ampli tude de la rotation est donc d'un demi-pas polaire et le rotor n'étant plus alimenté la rotation s'arrête. Le moteur demeure dans cette position tant que l'élec tro-aimant 14 demeure excité. Lorsque cet électro aimant 14 est désexcité, les contacts 12 et 13 retom bent sur leur position de gauche sur le dessin, et ce sont les balais 30 qui sont alimentés par la batterie 15. Le moteur se remet à tourner, dans le même sens, d'un demi-pas polaire puis s'arrête lorsque les balais 30 arrivent sur des parties isolantes de la cou ronne intérieure ; et ainsi de suite. Bien entendu, la commande de l'électro-aimant 14 est indépendante de la disposition du moteur qui ne fait qu'y réagir, comme décrit, à chaque changement de condition, excité ou désexcité, du relais 14.
Cependant, il sera avantageux d'assurer un amortissement du déplace ment du rotor au voisinage de chaque position d'ar rêt. Pour cela, on a indiqué, sur la vue de la fig. 3, un disque conducteur 32, en cuivre ou aluminium, plaqué (avec interposition d'isolant bien entendu) contre la face arrière du bobinage. Ce disque est découpé de seize fenêtres rectorales, d'axes radiaux décalés entre eux d'un demi-pas polaire.
Chaque fenêtre a une ouverture angulaire un peu supérieure, par exemple, au quart du pas polaire et son axe radial est centré sur un axe de position d'arrêt de balais (sur la face opposée du rotor). Ainsi, lorsque la machine tourne d'un pas, les courants de Fou cault circulant autour des fenêtres assurent l'amor tissement du mouvement du rotor, tant au départ qu'à l'arrivée, d'une position stable à la suivante.
La disposition des fig. 2 et 3 correspond en fait à la vue en coupe du rotor montrée sur la fig. 4. Dans cette fig. 4, on voit un empilage comprenant un élément 20-33 correspondant à un demi-bobinage et aux jeux de segments de commutation de la fig. 2, les parties conductrices étant formées sur une feuille isolante mince 34 sur l'autre face de laquelle est formé l'autre demi-bobinage 35 ; ce demi-bobi- nage 35 est revêtu d'une feuille mince isolante 36 sur l'autre face de laquelle est appliqué le disque mince d'amortissement 32.
On a de plus indiqué en 37 une plaque (disque) d'un matériau assurant la rigidité de l'ensemble et qui est, de préférence, ma gnétique, et non conductrice. Une colle thermodur cissable 38 est moulée en 38 pour consolider l'assem blage et servir d'appui pour les segments 33 sur les quels portent les balais.
En variante, selon la coupe de la fig. 5, le disque d'amortissement 32 peut être mis en sandwich entre les deux demi-bobinages, si désiré.
Les deux rangées de segments de commutation 33 peuvent aussi, fig. 6 et 7, être établis sur le demi- bobinage arrière du rotor. Les fig. 6 et 7 correspondent, en un tel cas, aux dispositions des fi-. 4 et 5. D'autres variantes encore pourraient être établies, quant au montage du rotor tel que défini par les schémas qui précèdent (balais sur des segments dont les surfaces libres sont orientées vers l'arrière par rapport à l'in ducteur, demi-bobinages sur un support rigide ma gnétique intercalaire faisant office du disque 37, et ainsi de suite).
Pour les besoins de la commutation, il est évi demment avantageux de pouvoir réduire à deux le nombre de paires de balais. Ceci peut effectivement être réalisé en prenant un bobinage ondulé-série, mais alors, comme dit, il est nécessaire d'accepter une légère asymétrie d'au moins une position d'arrêt vis-à-vis des autres, puisque le nombre de conduc teurs par face d'un bobinage ondulé-série, en d'au tres termes, le nombre de spires d'un tel bobinage est forcément impair. C'est ce que montre, en un exem ple illustratif directement dérivé du précédent, la vue du demi-bobinage et des segments de commutation de la fig. 8. Il s'agit d'un bobinage à soixante-cinq spires pour huit pôles.
La disposition de la fig. 2 demeure inchangée à part le fait qu'à l'emplacement indiqué en 39 il y a quatre plots 24 au lieu de trois, intervalle normal, entre les connexions aux segments 28 et 29 adjacents à cet intervalle. Egalement, il n'y a plus que deux paires de balais 30-31 en deux em placements distants d'un pas polaire et, à cet effet, on peut aussi se référer aux vues des fig. 11 et 12.
Les parties inclinées intérieures 23 des conducteurs ont, naturellement, une même direction d'inclinaison que les parties extérieures inclinées 22 et les plots intérieurs 25 sont en coïncidence angulaire avec les plots extérieurs 24 et non plus avec les parties radia les 21 des conducteurs.
En reprenant la notation sus dite des conducteurs sur l'une et l'autre face du rotor (cette autre face porte un bobinage identique mais topologiquement retourné bien entendu, les parties radiales des conducteurs et les plots étant en coïnci dence d'une face à l'autre du bobinage), d'un con ducteur quelconque numéroté 1 sur une face, on passera au conducteur 18 de l'autre face et on re viendra au conducteur 33 de la première face, et ainsi de suite.
Outre que l'acceptation d'une asymétrie d'au moins une position d'arrêt vis-à-vis des autres, de moins en moins importante au fur et à mesure que croît le nombre de conducteurs effectif du bobinage, permet une réduction à deux paires du nombre des balais nécessaires à l'avance pas à pas, l'emploi d'un bobinage du type ondulé-série permet également, quand on le trouve avantageux, de réduire le nombre de paires de pôles magnétiques du stator. Sur les schémas des fig. 11 et 12, on a montré une telle machine dans laquelle il n'a été conservé qu'une paire de pôles magnétiques. Le fonctionnement de cette machine est indiquée à celui de la machine de la fig. 9.
En effet, il est bien connu que, dans une machine dont le rotor est du type ondulé-série, on peut supprimer des paires de pôles à volonté puis que chaque conducteur atteint par un balai assure l'alimentation d'une spirale complète jusqu'à l'autre balai tout autour du rotor. Ceci demeure vrai pour une machine à entrefer annulaire plat. On doit noter d'ailleurs qu'il n'est pas nécessaire, dans ce cas, d'établir les paires de balais à des emplacements liés à ceux des pôles magnétiques réels puisque les posi tions polaires sont en fait déterminées par le bobinage, puisque devant tout pôle réel il existe à tout instant une spire alimentée dans la spirale formée par le bobinage ondulé-série sur le rotor.
Dans une ma chine à grand nombre de pôles cependant, il sera plus avantageux d'en conserver plus d'une paire et, à simple titre illustratif, dans une machine à dix- huit pôles le réalisateur en a conservé trois paires.
Au lieu d'établir les rangées de segments conduc teurs sur une seule face du bobinage, il est bien en tendu possible, comme montré aux fig. 13 et 14, de réaliser une rangée de segments sur chaque face du bobinage. On est en effet libre de monter des balais des deux côtés du rotor ce qui, d'un certain point de vue, est même avantageux en ce que ces balais en regard, équilibrent leur pression réciproque, de sorte que-la rigidité du rotor est moins impérative. En un tel cas, bien entendu, le rotor peut ne comporter aucune plaque de culasse magnétique, laquelle peut être disposée, avec un entrefer, du côté du rotor opposé à l'inducteur, si de besoin.
Pour éviter d'avoir à accroître le diamètre exté rieur du rotor, ce qui serait le cas même si les ran gées de segments étaient disposées au centre du bobi nage et non plus sur sa périphérie, on peut établir les rangées de segments sous la forme de deux couron nes imprimées sur un diélectrique mince et dispo sées par-dessus les couronnes de plots des demi-bo- binages. Les connexions aux conducteurs requis du bobinage s'effectuent soit à travers ce diélectrique soit par-dessus son bord, comme connu dans la technique d'assemblage des circuits du genre imprimé et similaires.
Cette disposition est montrée sur les figures 15 et 16 et, à la fig. 17, on a montré une variante de cette disposition consistant à préformer deux disques ajourés d'amortissement 321 et 322 sur les mêmes supports diélectriques minces 361 et 36<B>2</B> que les rangées de segments de commutation 28 et 29. Cette dernière disposition permet, au point de vue pratique, d'établir d'abord normalement le bobi nage du rotor et de monter ensuite, de part et d'au tre du bobinage, les deux rangées de segments et les deux disques d'amortissement aux positions d'arrêt.
En particulier, on doit noter qu'il a été dit en relation avec la fig. 1, que les bagues pouvaient être fixes et les prises des bobinages être reliées aux ba gues par des frotteurs, à l'inverse de la disposition considérée dans les exemples qui précèdent dans les quels les bagues , c'est-à-dire les rangées de seg ments conducteurs, étaient portées par le rotor et connectées directement aux conducteurs du bobinage. On peut établir ces rangées de segments sur le stator de la machine et des frotteurs peuvent être montés sur le rotor pour se déplacer sur ces rangées de seg ments. La plaque rigide du rotor dans les fig. 4 à 7, lorsqu'elle est prévue, peut servir de support à ces frotteurs ou balais.
Lorsque le rotor ne comprend que le bobinage et les disques d'amortissement, ces frot- teurs peuvent être supportés par son moyeu, les ran gées de segments se situant alors en regard, sur des couronnes de plus faibles diamètres.
The present invention relates to a rotary electric machine of the same type as those described in patent No. 353071. It relates to a multipolar electric machine arranged so as to be able to rotate step by step. pitch and comprising two groups of terminals intended to be connected alternately to a power source.
This machine, the rotor of which at least comprises a winding consisting of flat conductors closely adhering to the two opposing insulating faces of an annular support on which they are distributed in two sets of half-turns having their opposite ends interconnected with the 'one to the other face, and whose stator comprises one or more pairs of inductor poles arranged in a crown facing at least part of the annular surface of the coil, is characterized in that it comprises two sets switching elements constituted respectively by conductive segments and by brushes bearing on these segments, said segments being arranged in two rings, the segments of a ring being offset by half a pole pitch relative to the segments of the other neck,
each segment having an individual length slightly greater than half a pole pitch and the distances between the axes of the consecutive segments of each ring being equal to a pole pitch, said brushes forming at least two pairs spaced apart by a pole pitch between them , the elements of one of these two sets being connected alternately to equidistant sockets of the rotor winding and the elements of the other set being connected to said supply terminals.
To simplify the explanation of the principle of the step-by-step advance of the machines which will be described, and to facilitate understanding thereof, reference will now be made to FIG. 1 of the attached drawings. This diagram relates to a bipolar motor whose electric pitch of 900 is confused here with the angular advance pitch, the motor turning one full turn in four steps. For four poles, it would rotate in eight steps, for six poles in twelve steps, for eight poles in sixteen steps, and so on as we ascertain that the number of pairs of poles of the machine is increased.
In the diagram of fig. 1, there is therefore shown at 1 a rotor whose winding is supposed to cover this rotor uniformly and on the periphery of which four taps have been established, in two pairs, 4-5 and 6-7. This rotor moves in the field of a pair of pole pieces 2 and 3, North and South for example. Two pairs of conductive rings 8-9 and 10-11 are connected on the one hand to the pairs of taps 4-5 and 6-7 of the rotor winding and, on the other hand, to pairs of contacts 12 and 13 whose movable armatures are connected to the terminals of a battery (or other direct current source) 15.
The armatures of the contacts 12 and 13 are controlled by an electromagnet or relay 14, for example. It should naturally be understood that this mechanical double-inverter can be substituted, when necessary for practical operation, a magnetic or electronic switch according to any arrangement known per se.
One of the sets of connections on the rings 9 to 11 consists of wipers, the other of fixed sockets. If, for example, the rings are mechanically integral with the rotor, it is the connection connections to the inverters 12 and 13 which are formed by wipers, and vice versa if the rings are fixed.
The position shown is considered to be the starting position. Then, if the changeover contacts 12 and 13 are brought to the down position, the taps 4 and 5 are supplied and the rotor rotates by a step of 900 electrics in the direction of the arrow. The sockets 4 and 5 take the places of the sockets 6 and 7 which, for their part, are brought to the old positions of the sockets 5 and 4. The position reached is stable as long as the contacts 12, 13 remain unchanged. When the armatures of these contacts change position, sockets 6 and 7 are supplied, sockets 4 and 5 are no longer supplied and the machine advances one step in the same direction; and so on on each actuation of the power supply switching contacts.
The control device of the relay or of the electromagnet 14 does not form part of the machine itself, given that it can be subordinated to any program for actuating the relay defined by the equipment in which the machine will be used.
It is obvious that the relay may or may not be periodically energized or may be energized irregularly in time without this modifying the advance process which has just been explained: the motor will advance by half a pole step. each time the contacts of this relay are inverted, and it is obvious that switching of the power supply polarities could also be ensured by inserting additional change-over contacts between the armatures of contacts 12 and 13 and the poles of the battery, if we wanted to be able to control the steps of different directions for the machine.
Besides fig. 1 already described, the following description refers to the other accompanying figures, which show various embodiments of the machine according to the invention, given by way of example.
Figs. 2 and 3 are views of both sides of the rotor of a first embodiment.
Figs. 4 to 7 show different cross-sections of practical variants of such a rotor.
Fig. 8 is a view of a face of a rotor following a variant of that of FIGS. 2 and 3.
Figs. 9 and 10, on the one hand, FIGS. 11 and 12, on the other hand, are schematic half-face and top views of rotating machines comprising rotors according to FIGS. 2 and 3 and in fig. 8, respectively.
Figs. 13 and 14 show, in front half-views and in section, the rotor of another embodiment and FIG. 15 shows, in half-front views, and FIGS. 16 and 17, in section according to two variants, the rotor of another embodiment.
For the execution of these machines, the rotor winding to be produced can be of different types. In a rotating machine of the type recalled above and having a rotor winding of regular distribution on its disc, it is possible to use a winding form of the corrugated-series type, or a winding form of the nested type, as described in the patent. No <B> 353071. </B>
A winding of the nested type will be advantageous here from the following point of view: by taking a number of turns, therefore of winding conductors, equal to an integer multiple of the number of pairs of poles of the machine, it will be possible to define a number of stop positions in advance step by step regularly distributed out of 3600. On the other hand, it will be preferable to establish as many pairs of brushes, for the stop positions, as there are magnetic poles in the machine.
A series corrugated type winding will be less advantageous from this point of view since the number of conductors will necessarily be different from such a multiple, at least by one unit per half-winding face. At least one stop position will therefore exhibit a discontinuity of symmetry with respect to the others. However, this will be all the more reduced in importance as the number of turns of the winding increases. On the other hand, the use of a corrugated series winding will be advantageous in that then two pairs of brushes will suffice for the switching.
In addition, we can then also reduce the number of pairs of magnetic poles effectively materialized on the inductor and this until only one pair is retained if desired.
The example chosen for the discussion which follows is an eight-pole machine. In the diagrams of fig. 2 and 3, the rotor winding has sixty-four turns, so there are sixty-four half-turn conductors per side of the winding. These conductors are printed, that is to say constituted by flat conductors adhering to a dielectric support surface. The technologies for forming such sets of conductors are too well known in themselves for it to be useful to recall them here.
Considering more particularly FIG. 2, it can be seen that each winding conductor comprises a substantially radial part 21, extended on either side by inclined or curved parts, 22 on the outside and 23 on the inside. Each part 22 ends in a peripheral pad 24, each part 23, in an inner peripheral pad 25. The pads 24 are offset by half the conductor width with respect to the radial portions 21 of the conductors, the pads 25 match. on the contrary with these drivers. For sixty-four turns, the pole pitch is eight turns.
The other side of the winding, see fig. 3, is identical to the first but the conductors 22 and 23 are of opposite inclinations with respect to those of the same conductors on the first face; these half-coils are mounted in correspondence of radial conductors and end pads. The facing studs are joined by conductive interconnection bridges, as indicated at 26 and 27 on the necks of FIGS. 4 to 7.
The inclination of the parts 22 is such that a pole pitch is crossed by any conductor on one side of the conductor on the opposite side to which it is connected and the inclination of the parts 23 is such that, from this front conductor opposite, the coil is returned to the conductor of the first face which follows the starting one; in other words, we can say that in this winding, the passage from one face to the other from the outside is carried out by eight in eight conductors, the return being effected from seven in seven conductors, hence obtaining the desired nesting of the turns of the winding;
in other words again, by numbering 1, 3, 5, ... the conductors on one side, and 2, 4, 6, etc., the conductors on the other side (conductor 2 located opposite conductor 3, and so on), we go from conductor 1 to conductor 16, we return to conductor 3 and so on.
On one of the faces of the coil and at the same time as the conductors and end pads of this coil, two series of conductor segments, 28 and 29, have been formed in two distinct circumferences. Each segment covers a little more than half a pole pitch, to take account of the radial thickness of the brushes which cooperate with these segments and, naturally, the two rows of segments 28 and 29 are offset one on the other. of a polar half-pitch in their radial connections to the pads of the winding (from eight to eight pads in each row of segments), connections provided by radial extensions of these pads. In the example shown, the segments are arranged on the outer periphery of the coil, but they could be provided on the inner turn if desired.
Eight pairs of brushes 30-31 cooperate with these segments. These pairs of brushes are spaced at a pole pitch and are arranged on the bisectors of the radial axes of symmetry of the inductor poles, which is evident from the diagram of FIG. 1. This arrangement can be clearly seen in the half-face view of FIG. 9 and, in this figure, moreover, the interconnections between the brushes of these pairs and the contacts of the inverters 12 and 13 have been indicated. In FIG. 9, the part of the rotor which is visible and carries the winding, not shown in detail, is designated by the reference 20.
In the top plan view of the machine of FIG. 10, the complete rotor is designated by the reference 50, and the permanent magnets (pellets) forming the ring of magnetic poles, the half of which is visible in fig. 9, are supported by a mounting plate also supporting the brushes and designated by the reference numeral 51. While stretched, the mounting of the stator is purely illustrative and one could as well use a form of magnet other than circular, or else inductor poles comprising electromagnets supplied by a constant current.
The operation of a machine such as those of FIG. 9 or of FIG. 11 can be exposed as follows: the electromagnet 14 not being supplied with current, it is assumed that this excitation current has been established; then the contacts come to their right-hand positions on the diagram and the brushes 31 are supplied by the battery circuit 15; assuming these brushes in the position shown in fig. 2 relative to the rotor, this rotor will rotate counterclockwise until the brushes 31 are above insulating parts of the outer ring of segments 29.
The amplitude of the rotation is therefore half a pole pitch and the rotor no longer being supplied, the rotation stops. The motor remains in this position as long as the electro-magnet 14 remains energized. When this electromagnet 14 is de-energized, the contacts 12 and 13 fall back to their left-hand position in the drawing, and it is the brushes 30 which are supplied by the battery 15. The motor starts rotating again, in the same direction, half a pole step then stops when the brushes 30 arrive on the insulating parts of the inner crown; And so on. Of course, the control of the electromagnet 14 is independent of the arrangement of the motor which only reacts to it, as described, at each change of condition, energized or de-energized, of the relay 14.
However, it will be advantageous to ensure damping of the movement of the rotor in the vicinity of each stop position. For this, it has been indicated, in the view of FIG. 3, a conductive disc 32, made of copper or aluminum, plated (with interposition of insulation of course) against the rear face of the winding. This disc is cut out of sixteen rectory windows, of radial axes offset between them by a half pole pitch.
Each window has a slightly larger angular opening, for example, at a quarter of the pole pitch, and its radial axis is centered on a brush stop position axis (on the opposite side of the rotor). Thus, when the machine turns by one step, the Crazy currents circulating around the windows ensure the damping of the movement of the rotor, both at the start and at the finish, from one stable position to the next.
The arrangement of fig. 2 and 3 in fact corresponds to the sectional view of the rotor shown in FIG. 4. In this fig. 4 shows a stack comprising an element 20-33 corresponding to a half-coil and to the sets of switching segments of FIG. 2, the conductive parts being formed on a thin insulating sheet 34 on the other side of which the other half-coil 35 is formed; this half-winding 35 is coated with a thin insulating sheet 36 on the other face of which the thin damping disc 32 is applied.
There is also indicated at 37 a plate (disc) of a material ensuring the rigidity of the assembly and which is, preferably, magnetic, and not conductive. A thermosetting adhesive 38 is molded at 38 to consolidate the assembly and serve as a support for the segments 33 on which the brushes bear.
As a variant, according to the section of FIG. 5, the damping disc 32 can be sandwiched between the two half coils, if desired.
The two rows of switching segments 33 can also, FIG. 6 and 7, be established on the rear half winding of the rotor. Figs. 6 and 7 correspond, in such a case, to the provisions of fi-. 4 and 5. Still other variants could be established, as regards the assembly of the rotor as defined by the preceding diagrams (brushes on segments whose free surfaces are oriented towards the rear with respect to the inductor, half -windings on a rigid magnetic interlayer support acting as the disc 37, and so on).
For the purposes of switching, it is obviously advantageous to be able to reduce the number of pairs of brushes to two. This can effectively be achieved by taking a corrugated-series winding, but then, as said, it is necessary to accept a slight asymmetry of at least one stop position vis-à-vis the others, since the number of conduc teurs per face of a series corrugated winding, in other words, the number of turns of such a winding is necessarily odd. This is shown in an illustrative example directly derived from the previous one, the view of the half-winding and of the switching segments of FIG. 8. It is a winding with sixty-five turns for eight poles.
The arrangement of FIG. 2 remains unchanged except for the fact that at the location indicated at 39 there are four pads 24 instead of three, normal interval, between the connections to segments 28 and 29 adjacent to this interval. Also, there are only two pairs of brushes 30-31 left in two positions spaced apart by a pole pitch and, for this purpose, reference can also be made to the views of FIGS. 11 and 12.
The inclined inner parts 23 of the conductors have, naturally, the same direction of inclination as the inclined outer parts 22 and the inner pads 25 are in angular coincidence with the outer pads 24 and no longer with the radial parts 21 of the conductors.
By taking the aforementioned notation of the conductors on one and the other face of the rotor (this other face carries an identical winding but topologically turned over of course, the radial parts of the conductors and the pads being in coincidence from one face to the other. the other of the winding), of any conductor numbered 1 on one side, we will go to conductor 18 on the other side and we will come back to conductor 33 on the first side, and so on.
Besides the acceptance of an asymmetry of at least one stop position vis-à-vis the others, less and less important as the effective number of conductors of the winding increases, allows a reduction to two pairs of the number of brushes necessary in advance step by step, the use of a winding of the corrugated-series type also makes it possible, when it is found advantageous, to reduce the number of pairs of magnetic poles of the stator. On the diagrams of fig. 11 and 12, we have shown such a machine in which only a pair of magnetic poles has been kept. The operation of this machine is indicated by that of the machine in fig. 9.
Indeed, it is well known that, in a machine whose rotor is of the corrugated-series type, pairs of poles can be removed at will and then each conductor reached by a brush ensures the supply of a complete spiral until to the other brush all around the rotor. This remains true for a machine with a flat annular air gap. It should also be noted that it is not necessary, in this case, to establish the pairs of brushes at locations linked to those of the real magnetic poles since the pole positions are in fact determined by the winding, since in front of any real pole there is at all times a turn supplied in the spiral formed by the corrugated-series winding on the rotor.
In a machine with a large number of poles, however, it will be more advantageous to keep more than one pair and, for illustration purposes, in a machine with eighteen poles the producer has kept three pairs.
Instead of establishing the rows of conductor segments on a single face of the winding, it is indeed possible to tension, as shown in fig. 13 and 14, to make a row of segments on each side of the coil. We are in fact free to mount brushes on both sides of the rotor which, from a certain point of view, is even advantageous in that these facing brushes balance their reciprocal pressure, so that the rigidity of the rotor is less imperative. In such a case, of course, the rotor may not include any magnetic yoke plate, which may be arranged, with an air gap, on the side of the rotor opposite to the inductor, if necessary.
To avoid having to increase the external diameter of the rotor, which would be the case even if the rows of segments were arranged in the center of the bobbin and no longer on its periphery, the rows of segments can be established in the form of two crowns printed on a thin dielectric and arranged over the crowns of studs of the half-windings. Connections to the required conductors of the coil are made either through this dielectric or over its edge, as is known in the art of assembling printed circuits and the like.
This arrangement is shown in figures 15 and 16 and, in fig. 17, we have shown a variant of this arrangement consisting in preforming two perforated damping discs 321 and 322 on the same thin dielectric supports 361 and 36 <B> 2 </B> as the rows of switching segments 28 and 29. This last arrangement makes it possible, from a practical point of view, to first establish the winding of the rotor normally and then to mount, on either side of the winding, the two rows of segments and the two damping discs. to stop positions.
In particular, it should be noted that it has been said in relation to FIG. 1, that the rings could be fixed and the windings sockets be connected to the strips by wipers, unlike the arrangement considered in the preceding examples in which the rings, that is to say the rows of conductive segments, were carried by the rotor and connected directly to the conductors of the winding. These rows of segments can be established on the stator of the machine and wipers can be mounted on the rotor to move over these rows of segments. The rigid rotor plate in fig. 4 to 7, when provided, can serve as a support for these rubbers or brushes.
When the rotor comprises only the winding and the damping discs, these rubbers can be supported by its hub, the rows of segments then being located opposite, on rings of smaller diameters.