Moteur électrique. La présente invention se rapporte à un moteur électrique pouvant marcher soit avec du courant continu, soit avec du courant al ternatif et qui peut être appliqué avec suc cès aux machines à calculer, aux machines à coudre, à d'autres usages domestiques, à des ventilateurs et à des dispositifs analo gues, partout où pour la commande on n'a besoin que d'un petit moteur, sans toutefois exclure la réalisation de l'invention dans des moteurs plus grands, si l'on désire.
Pour l'emploi aux usages domestiques, il convient d'avoir un moteur qui fonctionne simplement en le branchant sur une fiche or dinaire indifféremment que ce soit du cou rant continu ou du courant alternatif. Un moteur à courant continu ne fonctionnera pas de manière satisfaisante lorsqu'il est branché sur du courant alternatif. Il se pro duit souvent des étincelles aux balais et s'il est enroulé en dérivation ou en compound, il aura un enroulement contenant beaucoup de spires de fil fin qui brûleront nécessaire ment par suite de surcharges, de variations de tensions trop grandes, ou lorsque le mo teur est connecté au courant alternatif. Un moteur à courant continu en dérivation ou en compound ne peut par conséquent pas être utilisé.
D'autre part, un moteur à induction à courant alternatif comporte d'habitude un enroulement de démarrage avec un grand nombre de spires de fil fin et celui-ci peut facilement être brûlé lorsque le moteur est branché sur un circuit à courant continu. Pour surmonter ces difficultés, on a employé un moteur du type de collecteur avec enrou lement en série qui marche avec du courant continu aussi bien que du courant alternatif. Il développe un couple de démarrage élevé avec une petite intensité de courant et ne comporte pas d'enroulement qui puisse faci lement être brûlé lorsqu'on le branche sur un courant anormal.
Une des difficultés des moteurs à collec teur usuels enroulés en série est que le cou ple est en général plusieurs fois plus grand avec du courant continu qu'avec du courant alternatif. Ceci rend le moteur inutilisable pour bien des emplois, comme par exemple là où l'on exige le même couple de démar rage et de régime de service indifféremment du genre de courant employé.
La différence dans le couple développé est en grande par tie due au fait que, lorsque le moteur marche avec du courant continu, il n'a que la résis tance de l'enroulement et la force contre- électromotrice de l'induit qui s'opposent au courant dans l'induit, tandis que lorsque le moteur marche avec du courant alternatif, ce n'est pas seulement la résistance des enrou lements et la force contre-électromotrice de l'induit qui s'opposent au courant, mais aussi l'effet inductif de l'induit ou sa réac tance. Ceci réduit considérablement l'inten sité de courant et comme le couple est une fonction de l'intensité de courant, le couple sera réduit.
De plus, il résulte de l'effet in ductif de l'induit un faible facteur de puis sance qui réduit davantage le couple et pro voque une mauvaise commutation. Il en ré sulte qu'un moteur construit pour une bonne marche avec du courant continu ne fournira qu'une fraction du couple désiré lorsqu'il doit marcher avec du courant alternatif.
On a fait bien des propositions pour com penser l'effet inductif de l'induit, mais la plupart n'étaient applicables qu'aux grands moteurs de traction. Ces propositions portent sur l'emploi d'enroulements de compensation extérieurement à l'induit, en général asso ciés au champ magnétique, puis sur l'emploi de pôles intermédiaires ou de compensation, et sur l'emploi d'un second enroulement ou enroulement spécial sur l'induit.
Les enroulements de compensation pré sentent, en plus de leur prix élevé et de la complication, la difficulté que le champ doit être établi pour courant alternatif, c'est-à- dire il faut que le stator soit cylindrique avec des rainures uniformément réparties sur son pourtour. Les enroulements de champ sont placés dans ces rainures de façon que les pôles sont répartis sur le stator et l'enrou lement de compensation est alors placé au tour de la périphérie intérieure de l'enrou- lement de champ ordinaire. Ceci encombre les bobines de champ espacées, affecte défavora blement la ventilation, rend le repérage des bobines de champ difficile et coûteux et de mande pour le moteur une construction plus grande et plus lourde qu'il ne serait autre ment nécessaire.
La grandeur du moteur est un facteur particulièrement important puis que la grandeur et le poids du moteur doi vent être un minimum. Par exemple, des mo teurs servant à actionner des machines à coudre, des aspirateurs de poussière, etc., ne peuvent occuper qu'un espace limité, et il faut qu'ils soient très légers afin de ne pas augmenter le poids des appareils avec les quels ils sont employés.
Une autre difficulté des moteurs du type à courant alternatif avec enroulements de compensation est celle qu'il faut employer un entrefer très petit pour obtenir l'avantage des enroulements de compensation. Cela veut dire que sitôt que les paliers de l'induit s'u sent un peu, l'induit commence à frotter au stator et le moteur est bientôt en panne.
Une autre caractéristique très désirable des petits moteurs est celle d'être silencieux. La plupart d'entre eux produisent un bour donnement sensible en marchant avec du cou rant alternatif. Il y a une tendance très pro noncée des moteurs du type à courant alter natif à faire du bruit par suite du grand nombre de dents dans le stator et du petit entrefer employé. Lorsque les dents de l'in duit passent près des dents du stator, elles provoquent une variation de la réluctance du circuit, ce qui produit une vibration et un bourdonnement.
Des pôles intermédiaires peuvent être employés pour compenser l'effet inductif de l'induit de grands moteurs, mais cela n'est pas faisable dans des petits moteurs. La dé pense et la complication dans les petits mo teurs sont onéreuses et, de plus, la perte en tre les pôles intermédiaires et les pôles prin cipaux est tellement grande que l'effet des pôles intermédiaires est annulé. Afin de réa liser un petit moteur -de ce type qui puisse fonctionner au point de vue pratique, il fau drait qu'il soit beaucoup plus grand que cela n'est admissible dans le type des petits mo teurs en question.
Des enroulements de compensation sépa rés et spéciaux sur l'induit demandent un plus grand induit et augmentent par consé quent la grandeur du moteur. Ces enroule ments entraînent également une augmenta tion du prix de revient et le risque de pe@ turbations.
A ces obstacles, de construire un petit mo teur qui marche de manière aussi efficace avec du courant continu qu'avec du courant alternatif, vient se joindre le fait que sa cons truction doit pouvoir se faire facilement et de manière économique. Il faut que le moteur soit robuste, protégé contre tout traitement imprudent et d'un prix de revient pas trop élevé. Ces désidérata doivent être réalisés par la présente invention.
Le moteur électrique objet de l'inven tion est du type comportant un enroulement d'induit relié à un collecteur et il est carac térisé en ce que les conducteurs de cet enrou lement sont disposés de façon que quelques- uns d'entre eux neutralisent l'effet magné tique d'autres conducteurs pour réduire la réactance dudit enroulement lors de l'emploi de courant alternatif et réduire le flux en gendré lorsque ledit moteur travaille avec du courant continu.
Des formes d'exécution de l'objet de l'in vention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel: La fig. 1 montre une élévation en bout quelque peu schématique d'une partie d'un moteur électrique bipolaire pourvu d'un bo binage à boucles sur son induit; La fig. 2 montre un développement du bobinage représenté à la fig. 1; La fig. 3 représente le développement d'un bobinage à boucles, analogue à celui de la fig. 2, avec cette différence que le pas de bobinage est plus grand, ce qui empêche d'obtenir les avantages de la présente in vention; La fig. 4 est une vue schématique, en élévation par bout d'un moteur électrique à quatre pôles avec enroulement d'induit en série, établi conformément à la présente in vention;
La fig. 5 qui représente le développement de l'enroulement d'induit du moteur de la fig. 4 montre l'effet de compensation du cou rant d'induit qui circule dans les conducteurs logés dans certaines encoches du rotor; La fig. 6 représente, en perspective, une partie du moteur représentée sur les fig. 4 et 5, et montre une application partielle à l'une des pièces polaires, de l'enroulement à écheveau préféré; La fig. 7 est une vue en élévation du champ magnétique du stator après l'applica tion des enroulements à écheveaux sur les pièces polaires;
La fig. 8 montre la direction suivie par le courant dans les conducteurs de l'induit de la fig. 1 quand l'induit, en tournant légè rement à partir de la position représentée sur la fig. 1, est venu occuper une position cor respondant au contact de chacun des balais avec seulement deux lames du collecteur au lieu de trois. La forme d'exécution représentée sur les fig. 1 et 2 comprend un moteur bipolaire excité en série sur les deux pôles duquel sont montées les bobines de champ; le bobinage de l'induit de ce moteur est en forme de bou cle. Sur les deux pièces polaires P sont en roulées des bobines de champ W qui sont en roulées d'une manière lâche et formées en cor dant autour des pièces polaires des écheveaux lâches de fils, de la manière qui sera décrite plus loin à propos des fig. 6 et 7 et de la deuxième forme d'exécution.
Bien qu'on monte, de préférence, une bobine à écheveau lâche, sur les pièces polaires, on peut utiliser les habituelles bobines de champ à enroule ment serré faites d'avance, en combinaison àvec l'enroulement d'induit qui sera décrit plus loin. Les enroulements à écheveaux lâches pré sentent l'avantage de réduire la réactance du circuit. La distance plus grande des fils de l'enroulement de champ dans une bobine lâche réduit leur induction mutuelle et ré duit par conséquent la réactance du circuit de champ. Puisque les enroulements sont re liés en série avec l'enroulement d'induit, il y a tendance à une réduction de la réactance du circuit d'induit.
Les pôles P, dont la pola rité est à un moment donné indiquée par les lettres N et S, sont situés sur des côtés op posés du rotor ou induit A qui comporte un noyau aimantable ou champ F pourvu d'une pluralité de rainures G, chaque rainure étant agencée pour recevoir une pluralité de con ducteurs d'induit. Le champ magnétique du stator contenant les pièces polaires P, et le noyau aimantable F de l'induit sont de pré férence établis en feuilles assujetties ensem ble de toute manière appropriée, et les rai nures G de l'induit sont de préférence incli nées longitudinalement sur l'induit par rap port aux plans contenant l'axe de rotation de l'induit, de façon que les lignes de force magnétiques sont intersectées graduellement par les conducteurs, le couple du moteur étant ainsi réalisé et le bourdonnement réduit.
Dans la construction représentée à la fig. 1, l'en roulement d'induit comprend quarante-huit conducteurs formant vingt-quatre spires d'in duit complètes. Il y a quatre conducteurs logés dans chaque rainure d'induit G et les extrémités des spires ou bobines d'induit sont reliées aux segments supérieurs d'un col lecteur C ayant vingt-quatre segments en contact avec les balais B disposés en sens opposé, et dont la polarité, à un moment donné, est indiquée par les signes plus et moins.
La réduction de la réactance de l'enrou lement d'induit lors du fonctionnement avec du courant alternatif, ou, comme on peut l'exprimer autrement, la compensation de l'effet inductif de l'induit, est effectuée en disposant l'enroulement d'induit de façon que l'action du courant dans une moitié des conducteurs dans une ou plusieurs rainure d'induit, dans la section de l'induit qui est soumise à la commutation, soit opposée l'action du courant dans quelques-uns ou tous les autres conducteurs logés dans cha cune desdites rainures, de façon que les ef fets magnétique et inductif des conducteurs logés dans la même rainure se neutralisent l'une l'autre dans la région de commutation.
Cet emplacement désirable des conducteurs est obtenu par l'emploi d'un pas d'enroule ment, ou pas de rainures, qui varie de la moi tié aux trois-quarts de la distance angulaire entre les axes des pièces polaires de polarité opposée, et de préférence la moitié de cette distance. Exprimé en terme de degrés élec triques, s'il est entendu qu'il y a 180 degrés électriques entre les axes de pôles de polarité opposée, le pas de l'enroulement indiqué varie de 90 degrés électriques, et est de pré férence de 90 degrés environ.
En conjonction avec cet enroulement, les parties du moteur sont de préférence cons truites de façon que le pas d'enroulement ne dépasse pas l'arc polaire, c'est-à-dire n'est de préférence pas plus grand que la distance linéaire entre les bords d'une face polaire simple.
En plaçant les conducteurs sur l'induit de façon que leurs effets se neutralisent l'un l'autre magnétiquement et compensent et ré duisent ainsi l'effet inductif de l'induit, il y passera un plus grand courant alternatif qu'il ne serait autrement le cas. Le couple de dé marrage, ainsi que celui de service pour le courant alternatif seront ainsi réduits de façon correspondante. Lorsque le moteur est utilisé avec du courant continu, les effets des con ducteurs adjacents se neutraliseront magné- tiquement l'un l'autre, de façon à réduire le flux d'induit et à diminuer le couple.
Ce même effet est obtenu avec le courant alter natif, mais l'augmentation du courant alter natif à. travers tous les conducteurs d'induit a un effet tellement plus grand que l'accrois sement,du flux dû à l'action de compensation d'une partie des conducteurs est négligeable. Le résultat net est que le couple est aug menté avec du courant alternatif et réduit avec du courant continu, de façon que les va leurs des deux se rapprochent l'une de l'au tre et sont pratiquement égales. Ce réultat est assuré sans l'emploi d'enroulements spé ciaux additionnels quelconques, soit sur le champ, soit sur l'induit, et sans l'emploi de pôles intermédiaires.
En compensant l'effet inductif de l'in duit dans l'induit même, on évite la nécessité d'employer le stator du type à courant alter natif et on peut employer le type à courant continu pour le champ avec des pièces polaires individuelles. Cela simplifie la cons truction et réduit les frais, tout en contri buant à réduire la réactance de l'induit. La réactance d'une bobine s'accroît avec la quantité de fer dans le circuit magnétique. Dans le type de construction à courant alter natif, le stator entoure l'induit sur toute sa périphérie. Dans le moteur décrit il y a un entrefer très considérable à l'extérieur de l'in duit entre les pièces polaires, de façon que le circuit magnétique n'est pas entièrement en fer. Autrement dit, il y a une réduction de la quantité de fer dans le circuit d'induit et par suite une diminution de la réactance.
Cette diminution de la réactance est rendue possible par le fait que l'effet de compensa tion se produit dans l'induit même, de façon à permettre l'emploi d'une construction qui assure une réduction de la réactance de l'in duit. La présence des pièces polaires séparées permet également l'emploi d'enroulements à écheveaux lâches pour réduire davantage la réactance du circuit contenant le champ et l'induit.
La construction à pièces polaires indivi duelles permet d'éliminer les dents en face des pièces polaires, contrairement au type de stator à courant alternatif où il y a des dents sur toute sa face. Les pièces polaires ont des faces lisses sans interruption. Ceci réduit le bruit ou bourdonnement qui se pro duit lorsque les dents de l'induit passent près des dents des pôles. D'autre part, grâce au fait que la compensation se produit dans l'induit, il n'est pas nécessaire de rendre les saillies polaires très effilées près de l'induit. On peut employer à leur place des saillies polaires arrondis et fuyantes, comme repré senté à la fig. 1, cette construction réduisant le bruit et la tendance au bourdonnement.
Comme la compensation se produit dans l'induit, on peut également employer un plus grand entrefer. Ceci réduit le bruit en rédui sant l'acuité des changements de réluctance du circuit magnétique de l'induit lorsqu'il tourne au-dessous des pièces polaires et la durée du moteur est prolongée parce que la possibilité que le rotor vienne effleurer le stator par suite d'une légère usure des paliers, est éliminée. Cet entrefer plus grand réduit également la réaction d'induit au delà de celle qui se produirait s'il était nécessaire d'employer un entrefer étroit, comme dans le cas où l'on em ploie des enroulements de compensation ex térieurement à l'induit. Ceci améliore la com mutation lors de variations de charge.
La commutation est également améliorée par le fait qu'il résulte une petite division ou pas d'enroulement par suite de l'emplacement dé crit des conducteurs pour assurer l'effet de neutralisation. Les bobines individuelles em brassent moins de flux et l'intensité du cou rant devant être interrompu lors de la com mutation est plus faible. Ces bobines plus courtes réduisent également les pertes de cui vre. Elles ont généralement une moindre réac tance parce qu'elles enferment moins de fer que si elles avaient une division normale.
On obtient ainsi un grand nombre d'a vantages par l'emploi des moyens pour la compensation de l'effet inductif de l'induit. Grâce à ces résultats, en combinaison avec la compensation, on dispose -d'un moteur ef ficace pour l'emploi avec du courant alter natif et avec du courant continu. Il a été constaté qu'en prenant un moteur ordinaire à collecteur avec enroulement série et en substituant à son induit un in duit enroulé comme sus-décrit, le moteur dé veloppe un couple de 50 % plus grand avec du courant alternatif et un couple de 25 moins grand avec du courant continu. Ceci est réalisé sans changer aucune autre partie du moteur.
Puisqu'un pareil moteur déve loppe d'habitude un couple environ trois fois plus grand avec du courant continu qu'avec du courant alternatif, l'avantage du moteur décrit, en tendant à égaliser les couples entre eux est apparent. Lorsque le moteur est en tièrement construit comme sus-décrit, l'avan tage est plus marqué. Le présent moteur dé marrera également avec la moitié jusqu'à un sixième du courant requis par d'autres types normaux de moteurs de la même grandeur. Son facteur de puissance varie entre 0,7 au démarrage jusqu'à 0,9 au régime de service en comparaison de 0,45 à 0,6 aux construc tions actuelles.
Dans l'enroulement à boucles représenté aux fig. 1 et 2 du dessin, où les connexions sont représentées schématiquement, toutes les connexions de la bobine ne sont pas visibles sur la fig. 1; mais le procédé d'établissement des connexions autour de l'induit est plus apparent sur la fig. 2 qui représente le dé veloppement de la bobine complète. Les quarante-huit conducteurs de la bobine d'in duit, dont chacun peut être constitué par plu sieurs torons ou fils séparés, sont reliés deux par deux aux lames ou barres du collecteur C numérotées de 1 à 24, les conducteurs d'induit reliés à une lame collectrice portant le même numéro que cette lame.
L'une des séries de conducteurs comprend les deux con ducteurs placés le plus en dedans, dans les encoches d'induit G; l'autre série de conduc teurs comprend les deux conducteurs exté rieurs de chaque encoche, l'un des conduc teurs intérieurs de chaque encoche étant relié, derrière l'induit, à l'un des conduc teurs extérieurs d'une autre encoche, de ma nière à former une spire de l'induit. Dans le dispositif représenté sur les fig. 1 et 2, le pas du bobinage ou pas des encoches peut être désigné par l'ensemble des chiffres 1 et 5, c'est-à-dire que la première et la cinquième encoche de l'induit contiennent des conduc teurs réunis derrière l'induit pour former une spire d'induit.
Ainsi le conducteur nu méro 1, situé à droite de la fig. 1, qui est l'un des conducteurs placés le plus en dedans dans l'une des encoches, est relié, derrière l'induit, au conducteur numéro 2 de la série extérieure, lequel est l'un des conducteurs placés le plus en dehors dans la cinquième encoche de l'induit à partir de celle qui con tient le conducteur numéro 1. Ce conducteur numéro 2 est relié, en avant de l'induit, à la lame numéro 2 du collecteur complétant ainsi une spire d'induit ayant comme bornes les lames numéros 1 et 2 du collecteur.
La barre numéro 2 du collecteur est, à son tour, reliée au conducteur numéro 2, qui est situé à droite de la fig. 1 et qui est placé dans la même en coche de l'induit que le conducteur numéro 1 dont il a été question tout à l'heure; ce con ducteur numéro 2 est relié, derrière l'induit, au conducteur numéro 3 de la série extérieure, placé dans la cinquième encoche, c'est-à-dire clans la même encoche que le conducteur nu méro 2 de la série extérieure.
Ce conducteur numéro 3 de la série extérieure est relié sur l'avant de l'induit à la lame numéro 3 du collecteur, et celle-ci est également reliée sur l'avant de l'induit au conducteur numéro 3 de la spire suivante, ledit conducteur étant placé dans l'encoche de l'induit qui suit im médiatement celle dans laquelle sont logés, les conducteurs numéros 1 et 2 de la série in térieure. Ce conducteur numéro 3 de la série intérieure est relié, derrière l'induit, au con ducteur numéro 4 de la série extérieure, le quel est logé dans la. cinquième encoche de l'induit à partir de celle dans laquelle est logé le conducteur intérieur numéro 3.
De cette manière, les connexions des conducteurs de l'induit sont établies sur tout l'induit, de manière à former un enroulement analogue à l'enroulement à boucles ordinaires avec cette différence que le pas est plus petit que celui qui est habituellement adopté. Ce pas, dans l'ensemble considéré est égal aux deux tiers environ de la distance qui sépare les axes de noms contraires et inférieur à 135 degrés électriques. La polarité des pièces po laires P à un moment donné est indiquée par les lettres N et S ainsi qu'on l'a indiqué pré cédemment et, en supposant due la polarité momentanée des balais B soit celle qui est indiquée par les signes plus et moins de la fig. 2, le sens des courants circulant dans les divers conducteurs de l'enroulement de l'induit à cet instant sera indiqué par les pointes de flèches V du dessin.
Comme on le voit sur la fig. l, une flèche dirigée vers l'extérieur en s'éloignant de l'axe de l'induit indique que le courant circule dans le con ducteur en s'éloignant de l'observateur; au contraire, une flèche dirigée vers l'intérieur, c'est-à-dire vers l'axe de l'induit, indique que le courant circule vers l'observateur. L'effet de cette disposition de l'enroulement de l'induit, effet ayant pour résultat une neutralisation partielle ou complète des ef fets produits par le courant circulant dans les conducteurs logés dans une encoche de l'induit, peut être compris parfaitement au moyen de la fig. 2.
Comme on le voit sur cette figure, les courants circulent dans le même sens dans tous les conducteurs logés dans chacune des encoches de l'induit situées au-dessous des surfaces polaires; au contraire, cans les encoches de l'induit situées dans la région où se fait la zone de commutation, le sens des courants qui passent dans deux des conducteurs de chaque encoche est in verse de celui des courants qui passent dans un ou plusieurs des conducteurs logés dans la même encoche de l'induit. Dans deux des en coches de l'induit, les courants qui passent dans deux conducteurs sont opposés à celui des courants qui circulent dans les deux au tres conducteurs dans la même rainure de façon qu'une neutralisation complète est ef fectuée.
Dans deux des autres rainures d'in duit adjacentes, le courant passe seulement par deux des conducteurs, point de courant né passant par les autres deux à cet instant. La réactance est moindre dans ces rainures, bien qu'elle ne soit pas complètement neutralisée. Avec l'enroulement représenté, il n'y a que deux rainures dans lesquelles il se produit une neutralisation, mais ce nombre peut être augmenté en réduisant la division de l'en roulement et en arrangeant les conducteurs en correspondance. De cette façon, l'effet in ductif du courant alternatif passant par l'enroulement d'induit est réduit et les effets indésirables de la réactance d'induit sont évités.
L'effet obtenu par l'enroulement repré senté aux fig. 1 et 2 sera mieux compris par Lune comparaison de celui-ci avec l'enroule ment à boucles représenté en développement à la fig. 3. Cet enroulement comprend qua rante-huit conducteurs dont les bornes sont reliées à vingt-quatre segments de collecteur, comme dans l'enroulement sus-décrit et le moteur est pourvu de façon similaire de deux pôles, mais dans la construction suivant la fig. 3, le pas d'enroulement ou de rainures est pris en ,1 et 6", c'est-à-dire un conduc teur placé dans la rainure d'induit 1 est relié à un conducteur de retour logé dans la rainure d'induit 6.
Dans ce cas, la division est plus grande que trois quarts de la distance angu laire entre les axes des pôles ou plus de 135 degrés électriques et l'on se rend compte par suite d'un examen de l'enroulement d'induit en supposant que les balais aient la polarité indiquée par moins et plus, le plus et le moins indiquent que la direction des courants dans les différents conducteurs qui forment l'enroulement de l'induit ne permet pas d'ob tenir l'effet voulu. Dans l'exemple en ques tion, les courants circulent dans le même sens dans tous les conducteurs -de chacune des -en coches de l'induit et il en est ainsi sur tout le pourtour de l'induit.
Dans la zone de commutation il y a dans certaines des encoches de -l'induit des conduc teurs que ne parcourt aucun courant, mais dans aucun des conducteurs il n'existe de courant tendant à neutraliser l'effet des cou rants circulant dans les autres conducteurs de la même encoche.
Les fig. 4, 5, 6 et 7 montrent un moteur à quatre pôles muni d'un induit à bobinage ondulé. Dans cet appareil, le stator comprend un noyau circulaire ou carcasse E muni de pôles P dont la polarité est indiquée par les lettres N et S. Comme on le voit sur les fig. 6 et 7, la carcasse est pourvue d'enroulements montés sur les pièces polaires et qui peuvent être reliés en série avec l'induit. Les enrou lements en question affectent, de préférence, la forme d'écheveaux.
Les bobines w qui sont montées sur les pièces polaires p sont constituées par des écheveaux k dont chacun est formé au moyen de plusieurs conducteurs électriques suffisamment flexibles pour per mettre d'enrouler les écheveaux (qu'on a re présentés appliqués en partie à une section de la carcasse de la fig. 6) autour des pièces polaires, de manière que le dispositif présente finalement l'aspect représenté sur la fig. 7; les bobines w sont relativement lâches sur les pièces polaires afin de réduire sensiblement la réactance des bobines de champ par rap port à celle que l'on aurait avec l'habituelle bobine de champ à enroulement serré faite d'avance.
Bien que les bobines à écheveaux enroulés d'une manière lâche améliorent le fonctionnement du moteur, on peut, si on le désire, combiner les bobines à enroulement serré faites d'avance avec la bobine d'induit décrite. Le moteur représenté sur les fig. 4, 5, 6 et 7 comporte un induit a formé d'un noyau présentant un certain nombre d'encoches s, de préférence inclinées par rapport à l'axe longitudinal de l'induit et adaptées pour re cevoir les conducteurs qui constituent la bo bine de l'induit. Le noyau de l'induit, ainsi que les pièces polaires et la carcasse de l'in ducteur sont, de préférence, formés au moyen de fer feuilleté. Dans l'exemple considéré, la bobine de l'induit comprend cent quatorze conducteurs qui forment cinquante-sept spi res; il y a dix-neuf encoches d'induit s, dont chacune contient six conducteurs.
Le collec teur c comprend cinquante-sept lames collec trices sur lesquelles frottent les deux balais b de polarité opposée, comme l'indiquent les signes plus et moins. Dans cet exemple, les conducteurs de la bobine d'induit ont été nu mérotés en deux séries de cinquante-sept conducteurs chacune, l'une des séries de con ducteurs comprenant les trois conducteurs in térieurs de chaque encoche de l'induit, tandis que l'autre série comprend les trois conduc teurs extérieurs logés dans la même encoche. Les conducteurs qui sont reliés à une même lame collectrice sont désignés par le même nombre que cette lame elle-même.
Ainsi le conducteur numéro 52 de la série intérieure, situé au haut de la partie gauche de la fig. 4, est relié, sur l'avant de l'induit, à la lame collectrice numéro 52 et sur l'arrière de l'in duit, au conducteur numéro 23 de la série extérieure. Ce conducteur est logé dans la quatrième encoche à partir de celle dans la quelle le conducteur intérieur numéro 52 est lui-méme logé en donnant le numéro 1 à, cette dernière. Dans ce cas, le pas de bobi nage ou des encoches va de 1 à 4. A son tour le conducteur numéro 23 est relié, sur l'avant de l'induit, à la lame collectrice nu méro 23, et cette lame collectrice est égale ment reliée au conducteur numéro 23 de la série intérieure.
Le conducteur numéro 2 3 de la série intérieure est relié, sur l'arrière de l'induit, au conducteur numéro 51 de la série extérieure logée dans la quatrième en coche de l'induit, et le conducteur numéro 51 de la série extérieure est réuni, sur l'avant de l'induit, à la lame collectrice numéro 51, complétant autour de l'induit le circuit des deux spires de l'induit.
Dans ce cas, le pas de l'induit ou des encoches a été pris plus grand que la demi-distance angulaire qui sé pare les axes de pôles de polarité opposée, ou plus grand que 90 degrés électriques, mais ce pas est sensiblement inférieur à 135 degrés. En supposant que la polarité momentanée des balais b soit celle qui est indiquée sur le dessin, les courants qui circulent dans les conducteurs de l'induit suivront à un mo ment donné la direction indiquée par les flè ches v.
La direction des pointes de flèches vers l'extérieur, en partant de l'axe de l'in duit, indique un courant s'éloignant de l'ob turateur, comme le montre la fig. 4; au con traire les flèches dirigées vers l'intérieur, c'est-à-dire vers l'axe de l'induit, donnent la direction du courant venant vers l'observa teur. Les directions du courant, dans les di vers conducteurs, peuvent être clairement comprises au moyen de la fig. 5. D'après ceett figure, en effet, on voit que dans les en coches de l'induit situées dans la zone de com mutation, les courants qui passent dans cer tains des conducteurs logés dans les encoches en question circulent en sens contraire de ce lui des courants qui circulent dans les autres conducteurs des mêmes encoches, neutralisant ainsi l'effet inducteur et diminuant la réac tion de l'induit.
Dans d'autres encoches de l'induit, situées entre les points dont il vient d'être question à l'instant, le courant circule dans la même direction dans tous les conducteurs d'une même encoche. Dans le cas d'un bobinage ondulé, on constatera également que, si le pas de l'induit dépassait 135 degrés électriques, conformément à la pratique ad mise jusqu'à ce jour, on n'obtiendrait aucun effet neutralisant par les courants de tous les conducteurs de chaque encoche, lesquels circulent dans la même direction, comme c'est le cas pour l'enroulement à boucles à grand pas représenté sur la fig. 3.
On peut, d'une manière analogue à celle qui a été décrite plus haut, obtenir divers autres enroulements d'induit avec des pas sensiblement égaux à la demi-distance angu laire comprise entre les axes des pôles de po larité contraire ou à environ 90 degrés élec triques et pas plus que pratiquement 135 de grés électriques, en produisant de cette sorte un effet de neutralisation dans certaines rainures d'induit avec le résultat que la réac tance de l'induit est pratiquement réduite, a de façon que le moteur fonctionne de manière plus efficace avec du courant alternatif sans nécessité de décaler les balais ou d'ajouter des pôles de compensation ou analogue à la construction du moteur.
Les moteurs décrits présentent un avantage particulier comme partie de l'équipement permanent des ma chines à additionner et machines analogues, de façon que ces machines peuvent être utili sées sans modifications en connexion avec des réseaux à courant alternatif ou à courant continu.
Electric motor. The present invention relates to an electric motor which can operate either with direct current or with alternating current and which can be successfully applied to calculating machines, sewing machines, other household uses, fans and similar devices, wherever for the control only a small motor is needed, without however excluding the realization of the invention in larger motors, if desired.
For domestic use, it is advisable to have a motor which operates simply by plugging it into an ordinary plug regardless of whether it is direct current or alternating current. A DC motor will not perform satisfactorily when plugged into AC current. Sparks are often produced at the brushes and if it is wound as a shunt or as a compound, it will have a winding containing many turns of fine wire which will necessarily burn out as a result of overloads, of excessive voltage variations, or when the motor is connected to alternating current. A direct current motor in shunt or in compound cannot therefore be used.
On the other hand, an AC induction motor usually has a starting winding with a large number of turns of fine wire and this can easily be burnt when the motor is plugged into a DC circuit. To overcome these difficulties, a collector type motor with series winding has been employed which operates with direct current as well as alternating current. It develops high starting torque with small current and does not have a winding which can easily be burnt when plugged into abnormal current.
One of the difficulties with conventional series-wound collector motors is that the torque is generally several times greater with direct current than with alternating current. This makes the motor unusable for many purposes, such as where the same starting torque and operating speed are required regardless of the type of current used.
The difference in the torque developed is largely due to the fact that when the motor is running with direct current it only has the resistance of the winding and the back electromotive force of the armature which s' oppose the current in the armature, while when the motor is running with alternating current, it is not only the resistance of the windings and the back-electromotive force of the armature that oppose the current, but also the inductive effect of the armature or its reactance. This greatly reduces the current intensity and since the torque is a function of the current intensity, the torque will be reduced.
In addition, the inductive effect of the armature results in a low power factor which further reduces the torque and causes poor switching. As a result, a motor built for good operation with direct current will only provide a fraction of the desired torque when it is to be operated with alternating current.
Many proposals have been made to compensate for the inductive effect of the armature, but most of them were only applicable to large traction motors. These proposals relate to the use of compensation windings external to the armature, generally associated with the magnetic field, then to the use of intermediate or compensation poles, and to the use of a second winding or winding. special on the armature.
Compensation windings present, in addition to their high price and complication, the difficulty that the field must be established for alternating current, i.e. the stator must be cylindrical with grooves evenly distributed over it. its periphery. The field windings are placed in these grooves so that the poles are distributed over the stator and the compensation winding is then placed around the inner periphery of the ordinary field winding. This clutters the spaced field coils, adversely affects ventilation, makes it difficult and expensive to locate the field coils, and requires a larger and heavier construction for the motor than would otherwise be necessary.
The size of the motor is a particularly important factor since the size and weight of the motor must be a minimum. For example, motors used to operate sewing machines, vacuum cleaners, etc., can only take up a limited space, and they must be very light so as not to increase the weight of the devices with which they are used.
Another difficulty with AC type motors with compensating windings is that a very small air gap must be employed to obtain the advantage of the compensating windings. This means that as soon as the armature bearings feel a little bit, the armature begins to rub against the stator and the motor soon breaks down.
Another very desirable characteristic of small engines is that of being quiet. Most of them produce a sensitive buzz when walking with alternating current. There is a very pronounced tendency for AC type motors to make noise due to the large number of teeth in the stator and the small air gap employed. When the teeth of the lead pass near the teeth of the stator, they cause the reluctance of the circuit to vary, which produces vibration and hum.
Intermediate poles can be used to compensate for the inductive effect of the armature of large motors, but this is not feasible in small motors. Thought and complication in small engines are expensive and, moreover, the loss between the intermediate poles and the main poles is so great that the effect of the intermediate poles is canceled. In order to make a small engine of this type which can operate from a practical point of view, it would have to be much larger than is permissible in the type of small engines in question.
Separate and special compensating windings on the armature require a larger armature and therefore increase the size of the motor. These windings also lead to an increase in the cost price and the risk of damage.
To these obstacles, to build a small motor which works as efficiently with direct current as with alternating current, comes the fact that its construction must be able to be done easily and economically. The engine must be robust, protected against any imprudent treatment and not too high a cost price. These desiderata are to be realized by the present invention.
The electric motor which is the subject of the invention is of the type comprising an armature winding connected to a collector and it is charac terized in that the conductors of this winding are arranged so that some of them neutralize the The magnetic effect of other conductors to reduce the reactance of said winding when using alternating current and to reduce the flow to be generated when said motor is working with direct current.
Embodiments of the object of the invention are shown, by way of example, in the accompanying drawing, in which: FIG. 1 shows a somewhat schematic end elevation of part of a bipolar electric motor provided with a coil winding on its armature; Fig. 2 shows a development of the coil shown in FIG. 1; Fig. 3 shows the development of a coil winding, similar to that of FIG. 2, with this difference that the winding pitch is larger, which prevents obtaining the advantages of the present invention; Fig. 4 is a schematic end elevational view of a four-pole electric motor with armature winding in series, constructed in accordance with the present invention;
Fig. 5 which shows the development of the armature winding of the motor of FIG. 4 shows the compensating effect of the armature current which circulates in the conductors housed in certain notches of the rotor; Fig. 6 shows, in perspective, part of the engine shown in FIGS. 4 and 5, and shows a partial application to one of the pole pieces, of the preferred skein winding; Fig. 7 is an elevational view of the magnetic field of the stator after the application of the hank windings to the pole pieces;
Fig. 8 shows the direction followed by the current in the conductors of the armature of FIG. 1 when the armature, rotating slightly from the position shown in fig. 1, has come to occupy a position corresponding to the contact of each of the brushes with only two blades of the collector instead of three. The embodiment shown in FIGS. 1 and 2 comprises a bipolar motor excited in series on the two poles of which the field coils are mounted; the winding of the armature of this motor is in the shape of a loop. On the two pole pieces P are rolled up field coils W which are loosely rolled and cored around the pole pieces loose skeins of threads, as will be described later in connection with figs. . 6 and 7 and of the second embodiment.
Although a loose skein coil is preferably mounted on the pole pieces, the usual tightly wound field coils made in advance can be used in combination with the armature winding which will be described in more detail. far. Loose-hank windings have the advantage of reducing circuit reactance. The greater distance of the wires from the field winding in a loose coil reduces their mutual induction and consequently reduces the reactance of the field circuit. Since the windings are connected in series with the armature winding, there is a tendency for a reduction in the reactance of the armature circuit.
The poles P, the polarity of which is at a given time indicated by the letters N and S, are located on opposite sides of the rotor or armature A which has a magnetizable core or field F provided with a plurality of grooves G, each groove being arranged to receive a plurality of armature conductors. The magnetic field of the stator containing the pole pieces P, and the magnetizable core F of the armature are preferably established in sheets secured together in any suitable manner, and the grooves G of the armature are preferably inclined longitudinally. on the armature relative to the planes containing the axis of rotation of the armature, so that the magnetic lines of force are gradually intersected by the conductors, the torque of the motor being thus achieved and the hum reduced.
In the construction shown in FIG. 1, the armature bearing comprises forty-eight conductors forming twenty-four complete coils of induction. There are four conductors housed in each armature groove G and the ends of the turns or armature coils are connected to the upper segments of a drive neck C having twenty-four segments in contact with the brushes B arranged in opposite directions, and whose polarity, at any given time, is indicated by the plus and minus signs.
The reduction of the reactance of the armature winding when operating with alternating current, or, as it can be expressed otherwise, the compensation of the inductive effect of the armature, is effected by arranging the winding armature so that the action of the current in one half of the conductors in one or more armature grooves, in the section of the armature which is subjected to the commutation, is opposed to the action of the current in some or all other conductors housed in each of said grooves, so that the magnetic and inductive effects of the conductors housed in the same groove neutralize each other in the switching region.
This desirable location of the conductors is obtained by the use of a winding pitch, or no grooves, which varies from half to three-quarters of the angular distance between the axes of the pole pieces of opposite polarity, and preferably half that distance. Expressed in terms of electrical degrees, if it is understood that there are 180 electrical degrees between the axes of poles of opposite polarity, the pitch of the winding indicated varies by 90 electrical degrees, and is preferably 90 degrees approximately.
In conjunction with this winding, the motor parts are preferably constructed so that the winding pitch does not exceed the polar arc, i.e. is preferably not greater than the linear distance. between the edges of a single polar face.
By placing the conductors on the armature so that their effects magnetically neutralize each other and thus compensate and reduce the inductive effect of the armature, a greater alternating current will flow through it than there would be. otherwise the case. The starting torque as well as the operating torque for the alternating current will thus be correspondingly reduced. When the motor is operated with direct current, the effects of adjacent conductors will magnetically neutralize each other, reducing armature flux and decreasing torque.
This same effect is obtained with the native alternating current, but increasing the native alternating current to. through all the armature conductors has such a greater effect that the increase in flux due to the compensating action of part of the conductors is negligible. The net result is that the torque is increased with alternating current and reduced with direct current, so that the values of the two approach each other and are nearly equal. This result is ensured without the use of any additional special windings, either on the field or on the armature, and without the use of intermediate poles.
By compensating for the inductive effect of the induction in the armature itself, the need to employ the stator of the native alternating current type is avoided and the direct current type can be employed for the field with individual pole pieces. This simplifies construction and reduces costs, while helping to reduce armature reactance. The reactance of a coil increases with the amount of iron in the magnetic circuit. In the AC type of construction, the stator surrounds the armature around its entire periphery. In the motor described there is a very considerable air gap on the outside of the induction between the pole pieces, so that the magnetic circuit is not entirely made of iron. In other words, there is a reduction in the quantity of iron in the armature circuit and consequently a decrease in the reactance.
This reduction in reactance is made possible by the fact that the compensating effect occurs in the armature itself, so as to allow the use of a construction which ensures a reduction in the reactance of the induction. The presence of the separate pole pieces also allows the use of loose skein windings to further reduce the reactance of the circuit containing the field and the armature.
The individual pole piece construction eliminates the teeth in front of the pole pieces, unlike the AC type of stator where there are teeth all over its face. The pole pieces have smooth faces without interruption. This reduces the noise or buzz that occurs when the armature teeth pass near the pole teeth. On the other hand, due to the fact that the compensation occurs in the armature, it is not necessary to make the pole protrusions very tapered near the armature. Rounded and receding pole projections can be used instead, as shown in fig. 1, This construction reducing noise and the tendency to buzz.
As the compensation occurs in the armature, a larger air gap can also be used. This reduces noise by reducing the sharpness of the reluctance changes of the armature magnetic circuit as it rotates below the pole pieces and motor life is prolonged because the possibility of the rotor brushing against the stator. due to slight wear of the bearings, is eliminated. This larger air gap also reduces the armature reaction beyond that which would occur if it were necessary to employ a narrow air gap, such as when compensating windings are used outside the armature. . This improves the switching during load variations.
Switching is also improved by resulting in little splitting or no winding due to the described location of the conductors to provide the neutralizing effect. The individual coils circulate less flux and the intensity of the current which has to be interrupted when switching is lower. These shorter coils also reduce heat loss. They usually have less reactivity because they trap less iron than if they had a normal division.
A large number of advantages are thus obtained by the use of means for compensating for the inductive effect of the armature. Thanks to these results, in combination with the compensation, an efficient motor is available for use with native alternating current and with direct current. It has been found that by taking an ordinary collector motor with series winding and substituting for its armature a wound product as described above, the motor develops a torque of 50% greater with alternating current and a torque of 25 smaller with direct current. This is done without changing any other part of the engine.
Since such a motor usually develops a torque about three times greater with direct current than with alternating current, the advantage of the motor described in tending to equalize the torques between them is apparent. When the engine is completely constructed as described above, the advantage is more marked. This motor will also start with half to one-sixth of the current required by other normal types of motors of the same size. Its power factor varies between 0.7 at start-up to 0.9 at operating speed compared to 0.45 to 0.6 in current constructions.
In the loop winding shown in fig. 1 and 2 of the drawing, where the connections are shown schematically, not all of the coil connections are visible in fig. 1; but the method of establishing the connections around the armature is more apparent in FIG. 2 which represents the development of the complete coil. The forty-eight conductors of the induction coil, each of which can be made up of several strands or separate wires, are connected two by two to the blades or bars of the collector C numbered from 1 to 24, the armature conductors connected to a collecting blade bearing the same number as this blade.
One of the series of conductors comprises the two conductors placed furthest inside, in the armature slots G; the other series of conductors comprises the two external conductors of each notch, one of the internal conductors of each notch being connected, behind the armature, to one of the external conductors of another notch, of how to form a coil of the armature. In the device shown in FIGS. 1 and 2, the pitch of the winding or not of the notches can be designated by all the numbers 1 and 5, that is to say that the first and the fifth notch of the armature contain conductors united behind the 'armature to form an armature coil.
Thus the conductor number 1, located to the right of FIG. 1, which is one of the conductors placed furthest in one of the notches, is connected, behind the armature, to conductor number 2 of the outer series, which is one of the conductors placed furthest outside in the fifth notch of the armature from that which contains the number 1 conductor. This number 2 conductor is connected, in front of the armature, to the number 2 blade of the collector thus completing an armature turn having as terminals number 1 and 2 blades of the manifold.
The number 2 bar of the collector is, in turn, connected to the number 2 conductor, which is located to the right of fig. 1 and which is placed in the same check mark of the armature as the number 1 conductor which was mentioned earlier; this number 2 conductor is connected, behind the armature, to the number 3 conductor of the external series, placed in the fifth notch, that is to say in the same notch as the number 2 conductor of the external series.
This conductor number 3 of the outer series is connected on the front of the armature to the number 3 blade of the collector, and this one is also connected on the front of the armature to the conductor number 3 of the following turn, said conductor being placed in the notch of the armature which immediately follows that in which the conductors numbers 1 and 2 of the inner series are housed. This conductor number 3 of the inner series is connected, behind the armature, to the number 4 conductor of the outer series, which is housed in the. fifth notch in the armature from that in which the number 3 inner conductor is housed.
In this way the connections of the conductors of the armature are made all over the armature, so as to form a winding similar to the ordinary loop winding with this difference that the pitch is smaller than that which is usually adopted. This pitch, on the whole considered is equal to approximately two thirds of the distance which separates the axes of opposite names and less than 135 electrical degrees. The polarity of the polarity parts P at a given moment is indicated by the letters N and S as indicated previously and, assuming due the momentary polarity of the brushes B is that indicated by the plus signs and less than fig. 2, the direction of the currents flowing in the various conductors of the armature winding at this time will be indicated by the arrowheads V in the drawing.
As seen in fig. 1, an arrow directed outwards away from the axis of the armature indicates that the current flows in the conductor away from the observer; on the contrary, an arrow directed inwards, that is to say towards the axis of the armature, indicates that the current flows towards the observer. The effect of this arrangement of the armature winding, effect resulting in partial or complete neutralization of the ef fects produced by the current flowing in the conductors housed in a notch of the armature, can be fully understood by means of of fig. 2.
As seen in this figure, the currents flow in the same direction in all the conductors housed in each of the notches of the armature located below the pole surfaces; on the contrary, in the notches of the armature located in the region where the switching zone is made, the direction of the currents which pass in two of the conductors of each notch is the opposite of that of the currents which pass in one or more of the conductors housed in the same notch of the armature. In two of the notches of the armature, the currents flowing through two conductors are opposed to that of the currents flowing through the two or three conductors in the same groove so that complete neutralization is effected.
In two of the other adjacent induction grooves, current flows only through two of the conductors, no current born passing through the other two at this time. The reactance is less in these grooves, although it is not completely neutralized. With the winding shown, there are only two grooves in which neutralization occurs, but this number can be increased by reducing the division of the winding and arranging the conductors in correspondence. In this way, the inductive effect of the alternating current passing through the armature winding is reduced and the unwanted effects of the armature reactance are avoided.
The effect obtained by the winding represented in figs. 1 and 2 will be better understood by comparison of the latter with the loop winding shown in development in FIG. 3. This winding comprises forty-eight conductors whose terminals are connected to twenty-four collector segments, as in the above-described winding and the motor is similarly provided with two poles, but in the construction according to fig. . 3, the pitch of winding or grooves is taken in, 1 and 6 ", that is to say a conductor placed in the armature groove 1 is connected to a return conductor housed in the groove of induced 6.
In this case, the division is greater than three-quarters of the angular distance between the axes of the poles or more than 135 electrical degrees and one realizes by examination of the armature winding assuming that the brushes have the polarity indicated by minus and plus, plus and minus indicate that the direction of the currents in the various conductors which form the winding of the armature does not make it possible to obtain the desired effect. In the example in question, the currents flow in the same direction in all the conductors - of each of the notches of the armature and this is the case all around the periphery of the armature.
In the switching zone there are in some of the notches of the armature conductors which no current flows through, but in none of the conductors is there any current tending to neutralize the effect of the currents circulating in the others. conductors from the same notch.
Figs. 4, 5, 6 and 7 show a four-pole motor provided with an armature with corrugated winding. In this device, the stator comprises a circular core or frame E provided with poles P, the polarity of which is indicated by the letters N and S. As can be seen in FIGS. 6 and 7, the carcass is provided with windings mounted on the pole pieces and which can be connected in series with the armature. The windings in question preferably affect the shape of skeins.
The coils w which are mounted on the pole pieces p are formed by skeins k each of which is formed by means of several electric conductors sufficiently flexible to allow the skeins to be wound up (which has been shown in part applied to a section of the frame of Fig. 6) around the pole pieces, so that the device finally has the appearance shown in Fig. 7; the coils w are relatively loose on the pole pieces in order to significantly reduce the reactance of the field coils compared to that which one would have with the usual tight wound field coil made in advance.
Although loosely wound skein coils improve motor operation, one can, if desired, combine the tight wound coils made in advance with the armature coil described. The motor shown in fig. 4, 5, 6 and 7 comprises an armature a formed of a core having a certain number of notches s, preferably inclined relative to the longitudinal axis of the armature and adapted to receive the conductors which constitute the bo armature bine. The core of the armature, as well as the pole pieces and the carcass of the inductor are preferably formed by means of laminated iron. In the example considered, the coil of the armature comprises one hundred and fourteen conductors which form fifty-seven turns; there are nineteen armature notches, each of which contains six conductors.
The collector c comprises fifty-seven collector blades on which rub the two brushes b of opposite polarity, as indicated by the plus and minus signs. In this example, the conductors of the armature coil have been stripped bare into two sets of fifty-seven conductors each, one of the sets of conductors comprising the three inner conductors of each notch in the armature, while the other series includes the three outer conductors housed in the same notch. The conductors which are connected to the same collector blade are designated by the same number as this blade itself.
Thus the conductor number 52 of the interior series, located at the top of the left part of FIG. 4, is connected, on the front of the armature, to the collecting blade number 52 and on the rear of the induction, to the conductor number 23 of the outer series. This conductor is housed in the fourth notch from that in which the inner conductor number 52 is itself housed by giving the number 1 to, the latter. In this case, the pitch of bobbing or of the notches goes from 1 to 4. In its turn the conductor number 23 is connected, on the front of the armature, to the collecting blade bare 23, and this collecting blade is also connected to conductor number 23 of the interior series.
The conductor number 2 3 of the inner series is connected, on the rear of the armature, to the conductor number 51 of the outer series housed in the fourth checkmark of the armature, and the conductor number 51 of the outer series is assembled, on the front of the armature, to the collecting plate number 51, completing the circuit of the two turns of the armature around the armature.
In this case, the pitch of the armature or of the notches has been taken greater than the angular half-distance which separates the axes of poles of opposite polarity, or greater than 90 electrical degrees, but this pitch is appreciably less than 135 degrees. Assuming that the momentary polarity of the brushes b is that shown in the drawing, the currents flowing through the armature conductors will at any given time follow the direction indicated by the arrows v.
The direction of the arrowheads outwards, starting from the axis of the induction, indicates a current away from the shutter, as shown in fig. 4; on the contrary, the arrows directed towards the interior, that is to say towards the axis of the armature, give the direction of the current coming towards the observer. The directions of the current, in the various conductors, can be clearly understood by means of fig. 5. According to this figure, in fact, we see that in the notches of the armature located in the switching zone, the currents which pass in certain of the conductors housed in the notches in question flow in the opposite direction of this is the currents which circulate in the other conductors of the same notches, thus neutralizing the inducing effect and reducing the reaction of the armature.
In other notches of the armature, located between the points just discussed, the current flows in the same direction in all the conductors of the same notch. In the case of a corrugated winding, it will also be noted that, if the pitch of the armature exceeded 135 electrical degrees, in accordance with the ad practice up to date, no neutralizing effect would be obtained by the currents of all the conductors of each notch, which run in the same direction, as is the case with the large pitch loop winding shown in fig. 3.
It is possible, in a manner analogous to that which has been described above, to obtain various other armature windings with pitches substantially equal to the angular half-distance between the axes of the poles of opposite po larity or at about 90 electrical degrees and not more than nearly 135 of electrical resistance, thereby producing a neutralizing effect in certain armature grooves with the result that the armature reactance is practically reduced, so that the motor runs more efficiently with alternating current without the need to shift the brushes or add compensation poles or the like to the motor construction.
The motors described present a particular advantage as part of the permanent equipment of adding machines and similar machines, so that these machines can be used without modifications in connection with alternating current or direct current networks.