Moteur électrique
La présente invention a pour objet un moteur électrique dont les enroulements sont connectées en étoile, le moteur étant destiné a assurer un meilleur usage des enroulements et présentant une construction plus simple que les moteurs connus. Dans un tel moteur les enroulements connectées en étoile peuvent faire partie du rotor et tourner dans un entrefer d'air entre un aimant permanent et un trajet de retour magnétique.
Dans les moteurs à courants continus décrits dans le brevet
USA No 2 513 410, un rotor léger sans matériau magnétique, mais comprenant un groupe d'enroulements connectés bout à bout, tourne de façon que les enroulements passent à travers un entrefer d'air entre un aimant permanent fixe et une enveloppe d'acier doux qui constitue le trajet de retour magnétique. L'aimant est concentrique avec les enroulements et polarisé de façon à présenter des pôles nord et sud diamétralement opposés, et les enroulements sont divisés en sept segments occupant chacun 1/7 de l'espace périphérique total autour du rotor. Chaque jonction commune entre les enroulements adjacents est connectée à une lame de collecteur et une seule paire de balais envoie le courant en des points diamétralement opposés sur le collecteur.
A tout instant, le courant se divise dans les enroulements de façon que trois des enroulements portent environ la moitié du courant et trois autres enroulements approximativement l'autre moitié du courant. Le septième enroulement est court-circuité et ne conduit par conséquent aucun courant utile. Quand le rotor tourne, les sept enroulements sont commutés successivement de manière que sur un tour complet du rotor chaque enroulement soit court-circuité pendant 1/, de tour, ce qui revient à dire que 1/7 du fil total est perdu, ce qui ne signifie pas que le fil perdu peut être éliminé puisque l'enroulement particulier qui est court-circuité change à chaque instant. Le court-circuitage d'un des enroulements qui conduisait précédemment le courant crée une mauvaise condition pour la commutation. Un arc se produit normalement et la surface de contact des balais est quelque peu réduite.
Avec sept enroulements, I'arc peut être maintenu dans des limites admissibles, plus favorables que celles qui seraient obtenues avec seulement trois ou cinq enroulements, et la perte effective du matériau constituant les enroulements est inférieure pour sept enroulements que pour trois ou cinq. Ces deux facteurs peuvent être réduits encore en utilisant un plus grand nombre d'enroulements, mais le désavantage de l'augmentation du nombre des enroulements a plus d'influence que toute augmentation de l'efficacité puisqu'il faut alors plus de lames au collecteur et que chaque enroulement doit être connecté à deux de ces lames.
Le but de l'invention est de fournir un moteur ne comportant que trois enroulements connectés en étoile. Il en résulte qu'on ne peut jamais rencontrer une condition dans laquelle un des enroulements est court-circuité et que l'impédance totale du moteur n'est jamais inférieure à une fois et demie l'impédance de chacun des enroulements. Un peut le comparer avec le moteur du brevet mentionné qui, avec trois enroulements, présenterait une impédance qui, la plupart du temps, serait la moitié de l'impédance de chacun des enroulements.
La plus forte impédance permise par les enroulements en étoile du moteur envisagé maintenant réduit le courant et améliore la commutation pour cette seule raison. En outre, avec trois enroulements seulement et par conséquent trois lames de collecteur seulement, il y a moins de connexions à faire à ces lames, ce qui signifie que le moteur est plus sûr par suite de la simplicité de sa construction.
De plus, comme chaque enroulement porte soit la moitié soit la totalité du courant à presque tous les instants, il est pratiquement toujours utilisé et il n'y a aucune perte de fil en ce qui concerne l'utilisation. Chaque borne est aussi presque toujours parcourue par un courant et ainsi presque toujours utilisée. Cela signifie, par comparaison avec le moteur à sept enroulements du brevet cité, qu'avec le moteur à trois enroulements en étoile, la quantité de cuivre utilisée est accrue de 14% environ. Quatre connexions seulement doivent être faites aux extrémités des enroulements contre quatorze connexions dans le cas du moteur à sept enroulements, et la machine à enrouler doit fonctionner deux fois seulement pour chaque rotor contre six fois pour le rotor connu.
Le moteur selon l'invention peut être muni de balais qui ont non seulement un angle de contact plus grand avec le collecteur, mais qui présentent aussi une plus grande surface de contact. Cela réduit la résistance des balais et leur densité de courant et augmente par conséquent la vie des balais qui constituent les parties du moteur les plus sujettes à l'usure.
Le dessin annexé représente un moteur connu et, à titre d'exemple, une forme d'exécution du moteur selon l'invention.
La fig. 1 est une coupe de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est le schéma du moteur de la fig. 1.
La fig. 3 est le schéma du moteur connu avec des enroulements connectés en série.
La fig. 4 montre les connexions des enroulements du moteur de la fig. 1
La fig. 5 montre une partie du périmètre des enroulements de la fig. 4, et
la fig. 6 montre la disposition des balais du moteur de la fig. 1.
Le moteur électrique représenté à la fig. 1 comprend un rotor 11 comprenant un enroulement 12 qui tourne autour d'un aimant permanent fixe 13. L'aimant 13 est supporté par un plateau 14 au moyen d'un noyau d'assemblage comprenant un tube 16 comportant une extrémité filetée 17 et portant une bride annulaire 18 à son autre extrémité. L'extrémité filetée engage un second tube 19. En vissant le tube 16 dans le tube 19, le bord 21 d'une ouverture ménagée dans le plateau est recouvert. Le tube intérieur 16 comporte deux paliers de bronze poreux 22, 23. Une mèche d'amenée d'huile 24 est disposée entre les paliers 22, 23 ainsi qu'un tube 26 qui supporte et sépare les paliers.
Les paliers 22, 23 portent un arbre de rotor 27 portant un pignon 28 à l'une de ses extrémités qui permet de coupler à rotation l'arbre 27 à un autre appareil. L'arbre 27 constitue une partie du rotor 1 1 et supporte des enroulements 12 au moyen d'une cage creuse 29 dont une partie 31 est cylindrique et coaxiale avec l'aimant 13. La cage 29 présente une ouverture centrale dont le bord est maintenu entre une pièce 32 en matière plastique et une rondelle 33, ces deux éléments étant montés rigidement sur un moyeu 34 de façon que le moyeu, la cage 29 et les enroulements 12 tournent d'une seule pièce. Le moyeu, à son tour, est fixé rigidement à l'arbre 27 afin de le faire tourner.
Le moteur comprend un collecteur 36 qui comporte un support central isolant 37 et trois lames de commutation conductrices 38, 39 et 40 (seule la lame 38 étant visible à la fig. 1). Chaque lame porte des bornes, celle fixée à la lame 38 étant désignée par la référence 42.
Les connexions électriques du moteur sont représentées schématiquement à la fig. 2. L'enroulement 12 est divisé en trois enroulements égaux 12a, 12b, 12c. Chaque enroulement comporte une extrémité connectée à une lame du collecteur, l'enroulement 12a à la lame 38,1'enroulement 12b à la lame 39 et l'enroulement 12c à la lame 40. L'autre extrémité de chacun des trois enroulements est connectée à une jonction commune 43.
Deux balais 44 et 46 sont en contact avec les lames 38 à 40 et sont connectés à une batterie 47. Les enroulements 12a à 12c tournent et les balais 44, 46 restent fixes. Le balai 44 est représenté à l'instant où il est en contact avec les lames 38 et 39, mais il entre successivement en contact avec la lame 39, les lames 39 et 40, la lame 40, les lames 40 et 38, la lame 38 et à nouveau les lames 38 et 39. De même, le balai 46, qui est représenté en contact avec la lame 40, engage tour à tour chaque lame et chaque paire de lames.
Dans la position relative des balais et des lames du collecteur représentée à la fig. 2, le courant de la batterie 47 s'écoule dans un sens à travers les enroulements 12a et 12b et la jonction commune 43, et en sens opposé dans l'enroulement 12c.
La moitié du courant s'écoule à travers chacun des enroulements 12a, 12b, alors que le courant total s'écoule dans l'enroulement 12c. Les lames du collecteur 38 à 40 s'étendent chacune sur un angle légèrement inférieur à 1200. De préférence, l'angle de contact des balais 44 et 46 est d'environ 600C.
En pratique, l'angle inclus minimal des balais est d'environ 45 et l'angle normal de 55 à 600. L'angle maximal des balais doit être choisi à une valeur telle qu'elle ne permet pas à deux balais de toucher deux lames à la fois. Cette limitation restreint la dimension angulaire maximale des balais 44 et 46 à la valeur de 60 mentionnée. Avec ces angles des lames du collecteur et des balais, il n'existe qu'un très court intervalle de temps au cours du fonctionnement du moteur pour lequel le courant ne s'écoule pas dans les trois enroulements 12a à 12c. Il n'existe aucun instant où les balais sont connectés directement les uns aux autres par une seule lame du collecteur, ce qui constituerait un court-circuit direct entre les bornes de la batterie 47.
Le schéma de la fig. 2 peut être comparé avec celui de la fig. 3 pour illustrer la différence entre le moteur décrit et celui faisant l'objet du brevet cité. Ce dernier moteur comprend sept enroulements 48 à 54. Ces enroulements sont tous connectés en série en un circuit fermé, ce qui donne sept jonctions communes 56 à 62 entre les paires adjacentes d'enroulements. Ces jonctions communes sont connectées respectivement à sept lames de collecteur 64 à 70 dont chacune forme un angle quelque peu inférieur à 51o. Dans la pratique, l'angle de chaque lame est d'environ 450. Deux balais 72, 73 sont connectés à une batterie 74 qui fournit le courant au moteur.
On peut voir qu'à certains instants, un des balais peut enjamber l'entrefer entre deux lames adjacentes du collecteur, comme représenté pour les lames 66 et 67, ce qui court-circuite l'enroulement 51. Comme chaque enroulement contient '/7 de la quantité de fil totale, le court-circuitage d'un enroulement retire à cette partie du fil tout fonctionnement utile pendant tout le temps que dure le court-circuit. En outre, l'établissement et la rupture d'un court-circuit total pour chacun des sept enroulements successivement produit un arc important au niveau des balais, cet arc étant une des causes majeures de l'usure des balais et du collecteur. Il existe d'autres causes d'usure du collecteur, notamment l'impact mécanique de chaque balai, chaque fois qu'il heurte une nouvelle lame du collecteur après avoir passé en travers de l'entrefer entre deux lames.
Pour minimiser la perte d'enroulement effectif, l'angle de contact ou largeur angulaire effective de chaque balai 72, 73 ne doit pas dépasser 51o et est de préférence de 450. Cet angle est notablement inférieur à la largeur angulaire de 55 à 600 des balais du moteur de la fig. 2, ce qui signifie que les balais de ce moteur présentent une surface de contact notablement supérieure et supportent par conséquent une densité de courant très inférieure comparativement aux balais du moteur connu de la fig. 3. L'usure des balais et des lames du collecteur est ainsi plus faible et, ce qui est peut-être plus important, une réduction de l'usure est due aussi au fait que les enroulements du moteur de la fig. 2 ne sont à aucun instant complètement court-circuités tandis que ceux du moteur de la fig. 3 le sont.
Le fait que les balais du moteur de la fig. 2 rencontrent seulement trois entrefers entre les lames du collecteur au lieu de sept à chaque tour du rotor limite encore l'usure.
Dans les enroulements 12a à 12c du moteur décrit, une connexion est établie d'abord à la borne 42 (fig. 4). L'enroulement progresse alors le long d'une section 76 et diagonalement à travers la partie cylindrique 31 de la cage 29 (fig. 1).
Le trajet diagonal 77 est visible aussi à la fig. 5 qui représente une vue développée d'une section de la partie cylindrique 31 de la cage creuse 29. A l'autre extrémité de la section cylindrique, le fil suit un trajet 78 autour d'une section tubulaire 79 de la cage (fig. 1) et un trajet 81 conduisant à une autre section cylindrique 82 pratiquement diamétralement opposée à la section 77. Ensuite, le fil snit un trajet 83, passe au-delà de la borne 42 et le long de la section initiale 76, mais légèrement déplacé dans le sens lévogyre. On voit à la fig. 5 qu'il se forme une succession de segments de fil disposés diagonalement en partant avec le segment le long du trajet 77 de la partie cylindrique 31 de la cage, en enroulant le fil autour de la cage et en déplaçant chaque spire successive suffisamment pour qu'elle se place le long de la spire précédente.
La longueur finale du fil dans le premier enroulement suit le trajet 84 (fig. 4 et 5) et est déplacé d'environ 120 du trajet 77. La dernière section du premier enroulement est indiquée par la référence 85 et est laissée libre pour la connexion qui doit être faite aux sections correspondantes des autres enroulements pour former la jonction commune 43 représentée à la fig. 2.
Le premier enroulement, dont les parties efficaces se trouvent entre les trajets 77 et 84 et les trajets diamétralement opposés des fig. 4 et 5, est l'enroulement 12a de la fig. 2. Les deux autres enroulements, équivalents aux enroulements 12b et 12c de la fig. 2, sont formés de façon similaire en fixant leur extrémité, respectivement, aux bornes 86 et 87 et en les enroulant de la même manière sur la cage 29.
La fig. 6 montre la disposition des porte-balais et des balais du moteur. Ces éléments sont montés sur un plateau isolant 88 fixé par des boulons 89 à un écran ferromagnétique doux cylindrique 90 qui forme une partie du trajet de retour magnétique pour le champ de l'aimant 13 (fig. 1). Le plateau 88 présente deux rainures 91 et 92 dans lesquelles des conducteurs extrêmes 93 et 94 sont placés. Le conducteur 93 est fixé à une borne 95 et le conducteur 94 est fixé à une borne semblable 96. La borne 95 est fixée par une vis à un plateau arqué 97, et la borne 96 est vissée de même à un plateau arqué 98.
Le plateau 97 est fixé au plateau isolant 88 par une vis 99 et le plateau 98 est fixé au plateau 88 par une vis 100.
L'ensemble des balais lui-même comprend un ressort conducteur 101 soudé à une extrémité du plateau 97 et qui porte à son autre extrémité un balai 102 serré dans un portebalai 103 en forme d'U de manière à maintenir le balai fermement contre la surface des lames 38 à 40 du collecteur. Un balai semblable 104 est maintenu dans un porte-balai 105 en forme d'U porté par un ressort conducteur 106 soudé au plateau 98. Les balais 102 et 104 ont une largeur supérieure à la largeur normale, faisant un angle de contact avec la surface des lames du collecteur d'environ 55 à 600.
Comme pour tous les moteurs à collecteurs, le fonctionnement du moteur décrit dépend de l'action réciproque des champs magnétiques du rotor et du stator. Le champ magnétique du stator est indiqué à la fig. 4 par les lettres N et S qui montrent que la partie supérieure des enroulements est dans un champ nord et la partie inférieure dans un champ sud.
Comme dans le moteur décrit dans le brevet cité, le champ magnétique du stator est dirigé radialement vers l'extérieur et passe à travers les sections diagonales des enroulements enroulés en travers de la partie cylindrique 31 de la cage 29 (fig. 1). Les lames de collecteur 38 à 40 sont disposées par rapport aux enroulements de manière que dans toute position relative du rotor et du stator, le courant provenant de la batterie 47 (fig. 2) produise toujours un couple qui tend à faire tourner le rotor dans le sens imposé par le sens du courant.
La commutation du moteur décrit est telle que l'enroulement du courant dans les enroulements 12a à 12c (fig. 2) change de façon répétée en quatre stades. Dans la position représentée à la fig. 2, par exemple, l'enroulement 12c porte un courant dans un sens et les enroulements 12a et 12b portent chacun la moitié du courant dans le sens inverse. A un instant plus tard, les enroulements 12c et 12b portent chacun la moitié du courant dans un sens et l'enroulement 12a porte tout le courant dans le sens opposé. Un instant plus tard encore, l'enroulement 12b porte tout le courant dans un sens et les enroulements 12a et 12c portent chacun la moitié du courant dans le sens opposé. Dans la condition finale, qui se produit un instant plus tard encore, les enroulements 12a et 12b portent ensemble tout le courant dans un sens et l'enroulement 12c tout le courant dans le sens opposé.
Ainsi, la variation du courant à travers chaque enroulement quand ce dernier passe dans les quatre conditions indiquées ci-dessus se fait du courant total à la moitié du courant dans un sens, de la moitié du courant dans le sens opposé au courant total dans le sens opposé, puis revient à l'état initial par les mêmes stades en ordre inverse. Dans cette succession d'opération, et particulièrement si la largeur angulaire des balais 44 et 46 est de 60" et la largeur angulaire de chacune des lames 38 à 40 du collecteur est aussi proche que possible de 1200, il n'existe pratiquement aucun instant pendant lequel l'un quelconque des enroulements 12a à 12c ne porte pas de courant, sauf pour les brefs intervalles où les petits espaces entre les lames sont disposés juste sur le bord des balais.
Electric motor
The present invention relates to an electric motor whose windings are connected in a star, the motor being intended to ensure better use of the windings and having a simpler construction than known motors. In such a motor the star-connected windings can be part of the rotor and rotate in an air gap between a permanent magnet and a magnetic return path.
In the DC motors described in the patent
USA No. 2,513,410, a lightweight rotor without magnetic material, but comprising a group of end-to-end connected windings, rotates so that the windings pass through an air gap between a fixed permanent magnet and a steel casing soft which constitutes the magnetic return path. The magnet is concentric with the windings and polarized to have diametrically opposed north and south poles, and the windings are divided into seven segments each occupying 1/7 of the total peripheral space around the rotor. Each common junction between adjacent windings is connected to a commutator blade and a single pair of brushes sends current to diametrically opposed points on the commutator.
At all times, the current splits in the windings so that three of the windings carry about half the current and three other windings carry approximately the other half of the current. The seventh winding is short-circuited and therefore conducts no useful current. When the rotor turns, the seven windings are switched successively so that on a complete revolution of the rotor each winding is short-circuited for 1 /, of a turn, which is to say that 1/7 of the total wire is lost, which does not mean that the lost wire can be eliminated since the particular winding which is shorted is changing every moment. Shorting one of the windings that previously carried current creates a bad condition for switching. An arc normally occurs and the brush contact area is somewhat reduced.
With seven windings, the arc can be maintained within allowable limits, more favorable than those which would be obtained with only three or five windings, and the effective loss of material constituting the windings is less for seven windings than for three or five. Both of these factors can be reduced further by using a larger number of windings, but the disadvantage of increasing the number of windings has more influence than any increase in efficiency since then more blades are required at the manifold. and that each winding must be connected to two of these blades.
The aim of the invention is to provide a motor comprising only three windings connected in a star. As a result, a condition can never be encountered in which one of the windings is short-circuited and the total motor impedance is never less than one and a half times the impedance of each of the windings. One can compare it with the motor of the mentioned patent which, with three windings, would present an impedance which, most of the time, would be half the impedance of each of the windings.
The higher impedance allowed by the star windings of the contemplated motor now reduces current and improves switching for this reason alone. Furthermore, with only three windings and therefore only three commutator blades, there are fewer connections to be made to these blades, which means that the motor is safer due to the simplicity of its construction.
In addition, since each winding carries either half or all of the current at almost all times, it is almost always in use and there is no loss of wire when it comes to use. Each terminal is also almost always traversed by a current and thus almost always used. This means, in comparison with the seven winding motor of the cited patent, that with the three winding star motor, the amount of copper used is increased by about 14%. Only four connections need to be made at the ends of the windings compared to fourteen connections in the case of the seven winding motor, and the winding machine needs to run only twice for each rotor compared to six times for the known rotor.
The motor according to the invention can be provided with brushes which not only have a larger contact angle with the collector, but which also have a larger contact surface. This reduces the resistance of the brushes and their current density and consequently increases the life of the brushes which are the parts of the motor that are most subject to wear.
The appended drawing shows a known engine and, by way of example, an embodiment of the engine according to the invention.
Fig. 1 is a section of this embodiment.
Fig. 2 is the diagram of the motor of FIG. 1.
Fig. 3 is the diagram of the known motor with windings connected in series.
Fig. 4 shows the connections of the motor windings of fig. 1
Fig. 5 shows part of the perimeter of the windings of FIG. 4, and
fig. 6 shows the arrangement of the brushes of the motor of FIG. 1.
The electric motor shown in fig. 1 comprises a rotor 11 comprising a winding 12 which rotates around a fixed permanent magnet 13. The magnet 13 is supported by a plate 14 by means of an assembly core comprising a tube 16 having a threaded end 17 and carrying an annular flange 18 at its other end. The threaded end engages a second tube 19. By screwing the tube 16 into the tube 19, the edge 21 of an opening in the plate is covered. The inner tube 16 comprises two porous bronze bearings 22, 23. An oil supply wick 24 is arranged between the bearings 22, 23 as well as a tube 26 which supports and separates the bearings.
The bearings 22, 23 carry a rotor shaft 27 carrying a pinion 28 at one of its ends which allows the shaft 27 to be rotatably coupled to another device. The shaft 27 constitutes a part of the rotor 11 and supports the windings 12 by means of a hollow cage 29, a part 31 of which is cylindrical and coaxial with the magnet 13. The cage 29 has a central opening, the edge of which is held. between a piece 32 of plastic material and a washer 33, these two elements being mounted rigidly on a hub 34 so that the hub, the cage 29 and the windings 12 rotate in one piece. The hub, in turn, is rigidly attached to shaft 27 in order to rotate it.
The motor comprises a collector 36 which comprises an insulating central support 37 and three conductive switching blades 38, 39 and 40 (only the blade 38 being visible in FIG. 1). Each blade carries terminals, the one fixed to the blade 38 being designated by the reference 42.
The electrical connections of the motor are shown schematically in fig. 2. Winding 12 is divided into three equal windings 12a, 12b, 12c. Each winding has one end connected to a blade of the collector, winding 12a to blade 38, winding 12b to blade 39, and winding 12c to blade 40. The other end of each of the three windings is connected. at a common junction 43.
Two brushes 44 and 46 are in contact with the blades 38 to 40 and are connected to a battery 47. The windings 12a to 12c rotate and the brushes 44, 46 remain stationary. The brush 44 is shown at the instant when it is in contact with the blades 38 and 39, but it successively comes into contact with the blade 39, the blades 39 and 40, the blade 40, the blades 40 and 38, the blade 38 and again the blades 38 and 39. Likewise, the brush 46, which is shown in contact with the blade 40, engages each blade and each pair of blades in turn.
In the relative position of the brushes and the blades of the collector shown in fig. 2, current from battery 47 flows in one direction through windings 12a and 12b and common junction 43, and in the opposite direction through winding 12c.
Half of the current flows through each of the windings 12a, 12b, while the total current flows through the winding 12c. The blades of the manifold 38 to 40 each extend over an angle slightly less than 1200. Preferably, the contact angle of the brushes 44 and 46 is about 600C.
In practice, the minimum included angle of the brushes is about 45 and the normal angle from 55 to 600. The maximum angle of the brushes must be chosen at a value such that it does not allow two brushes to touch two. blades at a time. This limitation restricts the maximum angular dimension of brushes 44 and 46 to the mentioned value of 60. With these angles of the blades of the collector and of the brushes, there is only a very short time interval during the operation of the motor for which the current does not flow in the three windings 12a to 12c. There is no instant where the brushes are connected directly to each other by a single blade of the collector, which would constitute a direct short circuit between the terminals of the battery 47.
The diagram in fig. 2 can be compared with that of FIG. 3 to illustrate the difference between the motor described and that which is the subject of the cited patent. The latter motor comprises seven windings 48 to 54. These windings are all connected in series in a closed circuit, resulting in seven common junctions 56 to 62 between the adjacent pairs of windings. These common junctions are respectively connected to seven manifold blades 64 to 70, each of which forms an angle somewhat less than 51o. In practice, the angle of each blade is about 450. Two brushes 72, 73 are connected to a battery 74 which supplies current to the motor.
It can be seen that at certain times, one of the brushes can span the air gap between two adjacent blades of the collector, as shown for blades 66 and 67, which bypasses winding 51. As each winding contains' / 7 of the total amount of wire, the short-circuiting of a winding removes this part of the wire from any useful operation during the entire time that the short-circuit lasts. In addition, the establishment and rupture of a total short-circuit for each of the seven windings successively produces a significant arc at the brushes, this arc being one of the major causes of the wear of the brushes and of the collector. There are other causes of manifold wear, including the mechanical impact of each brush each time it hits a new header blade after passing through the air gap between two blades.
To minimize the effective winding loss, the contact angle or effective angular width of each brush 72, 73 should not exceed 51o and is preferably 450. This angle is significantly less than the angular width of 55 to 600 of the brushes. brushes of the motor of fig. 2, which means that the brushes of this motor have a significantly greater contact surface and consequently withstand a much lower current density compared to the brushes of the known motor of FIG. 3. The wear of the brushes and the commutator blades is thus lower and, perhaps more important, a reduction in wear is also due to the fact that the motor windings of fig. 2 are not at any time completely short-circuited while those of the motor of FIG. 3 are.
The fact that the motor brushes of FIG. 2 only encounter three air gaps between the manifold blades instead of seven at each revolution of the rotor further limits wear.
In the windings 12a to 12c of the described motor, a connection is made first to terminal 42 (fig. 4). The winding then progresses along a section 76 and diagonally through the cylindrical part 31 of the cage 29 (Fig. 1).
The diagonal path 77 is also visible in fig. 5 which shows a developed view of a section of the cylindrical part 31 of the hollow cage 29. At the other end of the cylindrical section, the wire follows a path 78 around a tubular section 79 of the cage (fig. 1) and a path 81 leading to another cylindrical section 82 substantially diametrically opposed to section 77. Then the wire takes a path 83, passes past terminal 42 and along the initial section 76, but moved slightly. in the levorotatory direction. We see in fig. 5 that a succession of wire segments arranged diagonally is formed starting with the segment along the path 77 of the cylindrical part 31 of the cage, winding the wire around the cage and moving each successive turn enough so that 'it is placed along the previous coil.
The final length of wire in the first winding follows path 84 (Figs. 4 and 5) and is moved about 120 from path 77. The last section of the first winding is indicated by the numeral 85 and is left free for connection. which must be made to the corresponding sections of the other windings to form the common junction 43 shown in fig. 2.
The first winding, the effective portions of which are located between the paths 77 and 84 and the diametrically opposed paths of FIGS. 4 and 5, is the winding 12a of FIG. 2. The other two windings, equivalent to the windings 12b and 12c of FIG. 2, are similarly formed by fixing their ends, respectively, to terminals 86 and 87 and winding them in the same way on the cage 29.
Fig. 6 shows the arrangement of the brush holders and the motor brushes. These elements are mounted on an insulating plate 88 secured by bolts 89 to a cylindrical soft ferromagnetic shield 90 which forms part of the magnetic return path for the field of magnet 13 (Fig. 1). The plate 88 has two grooves 91 and 92 in which end conductors 93 and 94 are placed. The conductor 93 is attached to a terminal 95 and the conductor 94 is attached to a similar terminal 96. The terminal 95 is attached by a screw to an arcuate plate 97, and the terminal 96 is similarly screwed to an arcuate plate 98.
The plate 97 is fixed to the insulating plate 88 by a screw 99 and the plate 98 is fixed to the plate 88 by a screw 100.
The brush assembly itself comprises a conductive spring 101 welded to one end of the plate 97 and which carries at its other end a brush 102 clamped in a U-shaped brush holder 103 so as to hold the brush firmly against the surface. blades 38 to 40 of the collector. A similar brush 104 is held in a U-shaped brush holder 105 carried by a conductive spring 106 welded to the plate 98. The brushes 102 and 104 have a width greater than the normal width, making an angle of contact with the surface. manifold blades from about 55 to 600.
As with all commutator motors, the operation of the described motor depends on the interaction of the magnetic fields of the rotor and the stator. The magnetic field of the stator is shown in fig. 4 by the letters N and S which show that the upper part of the windings is in a north field and the lower part in a south field.
As in the motor described in the cited patent, the magnetic field of the stator is directed radially outward and passes through the diagonal sections of the windings wound across the cylindrical part 31 of the cage 29 (Fig. 1). The collector blades 38-40 are arranged with respect to the windings so that in any relative position of the rotor and the stator, the current from the battery 47 (Fig. 2) always produces a torque which tends to rotate the rotor in the direction imposed by the direction of the current.
The switching of the motor described is such that the winding of the current in the windings 12a to 12c (Fig. 2) changes repeatedly in four stages. In the position shown in FIG. 2, for example, winding 12c carries current in one direction and windings 12a and 12b each carry half of the current in the reverse direction. At a later time, windings 12c and 12b each carry half of the current in one direction and winding 12a carries all of the current in the opposite direction. A moment later still, winding 12b carries all current in one direction and windings 12a and 12c each carry half of the current in the opposite direction. In the final condition, which occurs a moment later still, the windings 12a and 12b together carry all the current in one direction and the winding 12c all the current in the opposite direction.
Thus, the variation of the current through each winding when the latter passes under the four conditions indicated above is made from the total current to half the current in one direction, half the current in the opposite direction to the total current in the opposite direction, then returns to the initial state through the same stages in reverse order. In this succession of operations, and particularly if the angular width of the brushes 44 and 46 is 60 "and the angular width of each of the blades 38 to 40 of the manifold is as close as possible to 1200, there is practically no instant during which any of the windings 12a to 12c carry no current except for the brief intervals where the small spaces between the blades are arranged just on the edge of the brushes.