Moteur électrique<B>à</B> induction. La présente invention se rapporte<B>à</B> un moteur électrique<B>à</B> induction du type<B>à</B> ven tilation par circulation d'air extérieur<B>à</B> tra vers lui, et son but principal est de réaliser un meilleur rapport entre sa puissance et son poids.
Depuis de longues années, le désir des constructeurs de moteurs électriques a été d'augmenter la puissance des moteurs pour un poids -donné et on a fait de nombreux ef forts pour atteindre ce but, parce que, -en plus d'autres avantages, le matériel est dans bien des cas le facteur principal en détermi nant le prix de revient #d'un moteur.
Le rapport de la puissance au poids de moteurs électriques a, été perfectionné gra duellement; en employant des matières. avec de meilleures propriétés électriques et méca niques, en adoptant de meilleures méthodes de refroidissement<B>à</B> air et spécialement, plus ré cemment, en utilisant des parties de bâti sou- dées et des paliers<B>à</B> billes ou<B>à</B> galut,- Cui-11- dant la courbe représentant le rapport (Iii poids<B>à</B> l'unité de temps pour un moteur de puissance donnée est -devenue de plus en plus plate.
En effet, il semble qu'une limite supé rieure du rapport de la puissance au poids a, presque été atteinte, celle-ci variant de très peu de chiffres normaux se rapportant<B>à</B><I>des</I> moteurs de différents constructeurs dans di vers pays.
La condition qui limit(, le rapport d(# la puissance au poids pour tous li-s constructeurs est l'accroissement admissible des tempéraiu- res sous charge dans le stator (,t le rotor<B>de,</B> moteurs, qui est fixé en Graiide-Breta±#iie sui- -vant la valeur normale géncralemfni arImis## <B>à</B> 40<B>' C</B> au-dessus de la température almos- phérique lorsqu'on emploie des matières iso lantes fibreuses,
la température étant rne-su- rée par un thermomètre inséré dans l'entrufer. Dans la plupart des autres pays de l'Europ##. l'accroissement de température admissible est approximativement limité comme en Alle magne.
Suivant l'invention, les conduits<B>à</B> air pré vus au moins dans le stator du moteur sont si nombreux et si étroits et la vitesse de eirculation de l'air de refroidissement si ,(),rand-e que le produit de la surface totale des conduits de ventilation en mètres carrés et de la vitesse de l'air en mètres par seconde est de l'ordre de grandeur d'au moins M (cons tante dedissipation), et la conductivité ther mique de l'isolation des rainures et la dispo sition des conducteurs dans les rainures sont choisies de telle façon que la transmission<B>de</B> la chaleur des conducteurs de rainure, desti nés<B>à</B> recevoir un courant<B>à</B> densité élevée,
au fer ait lieu sans provoquer un -dépassement de l'élévation de ehaleur admissible, en ayant soin que cette transmission dechaleur corres ponde<B>le</B> plus exactement possible<B>à</B> ladissipa- tion de chaleur du fer produite par l'air de refroidissement. Il résulte de ce qui précède qu'on peut augmenter sensiblement la densité de courant, sans porter préjudice<B>à</B> la -capa- .cité de surcharge et sans dépasser la tempéra- turc admissible du cuivre, ce qui permet un agrandissement sensible du rapport de la puissance au poids d'au moins<B>25%.</B>
Tandis qu'antérieurement l'emploi de conduits axiaux dans des moteurs<B>à,</B> induction du type<B>à</B> ventilation par circulatioii extérieur<B>à</B> travers eux avaient<B>été</B> considéré comme n'étant pas un moyen pour augmenter le rapport de la puissance au poids, parce qu'il semblait que malgré qu'une meilleure méthode,de refroidissement fût appliquée, un accroissement beaucoup plus grand en dia mètre et, par eonséquent, en poids aurait lieu, l'invention révéla d'une manière surprenante qu'au contraire la disposition de pareils con duits dans le stator, et préférablement aussi dans le rotor,
augmentait sensiblement le ra-p- port de la puissance au poids sans diminuer les qualités de moteurs pareils, telles que le rendement, la capacité de surcharge, le fac teur de puissance, -etc. <B>A</B> part cet avantage, une réduction sensible -du prix de matériel est réalisée, tette réduction représentant la moi- lié ou plus.du prix de revient ordinaire du moteur.
On a également trouvé<B>à</B> l'aide -de mesures pratiques que, bien que la température de l'air augmente continuellement<B>à</B> mesure qu'il passe par le moteur, la température des dif- f6rentes parties du moteur dans la direction -de l'écoulement d'air n'augmente pas façon correspondante avec l'accroissement de la température de l'air et ceci doit être at tribué<B>à</B> l'effet de refroidissement relative ment beaucoup plus grand<B>dû à</B> la grande vi- tess#e de Fair. Ou applique donc avec un effet favorable le phénomène qu'on peut appeler l'action de balayage de l'air<B>à</B> grande vi:tes#î;
e ïï l'extraction de la #chaleur hors des surfaces solides par dessus ou contre lesquelles Fair est dirigé.
Ainsi, -dans des moteurs -construits sui vant La présente invention, on admet des den- sit6s de couranteonsidérablement plus élevées dans les conducteurs de rainure du stator et du rotor.
On peut, par exemple, employer dans les enroulements du stator d'un moteur <B>à,</B> induction<B>à</B> baggues collectrices de<B>50</B> HP et tournant<B>à</B> une vitesse de<B>720</B> révolutions -par minute, des densités de courant d'au moins <B>550</B> ou<B>650</B> ampères par em2 de section de cuivre, tandis que les constructeurs ont admis jusqu'à présent un## limite de 400<B>à</B> 450 ampè res par cm' dans les enroulements de stator de pareils moteurs. Il faut que dans chaque cas la densité de courant varie, entre autres. avec la grandeur de la machine et ses proprié tés de refroidissement inhérentes.
Afin 4#obtenir l'échange de chaleur aug- ment6 -depuis les conducteurs de rainure au noyau dans le cas. de moteurs ayant des bobi nes multiples, c'est-à-dire des bobines compre- ilant une pluralité de fils ou conducteurs d'une section transversale circulaire compara tivement petite, on emploiera une isolat-ion pour les rainures ayant une conductivité ther mique élevée combinée, avec un haut pouvoir isolant électrique.<B>A</B> cet effet, on prendra des précautions pour expulser sensiblement tout l'air contenu dans le revêtement de coton et les garnitures isolantes de papier ou carton pressé des rainures,
qu'on -mploie <B>à</B> présent dans la construction de moteurs, et des ma tières isolantes fibreuses et des espaces entre les conducteurs. #Ces matières isolantes seront soigneusement imprégnées et les espaces entre 1(#.s conducteur.- remplis d'huile, de vernis, de laque,<B>de</B> gomme, de matière bitumin-euse, de ciment, etc., de préférence clans un vide élevé.
On a trouvé que, grâce<B>à</B> l'emploi de ces mé thodes, on peut augmenter la conductivité thermique de l'isolation entre les faces des conducteurs et la paroi des rainures d'envi ron 0,0004<B>à</B> -environ 0,002 watts ou même davantage par cm' par degré centigrade de différence de température entre les Ta-ces.
Dans des moteurs électriques, dans les quels on peut économiquement employer des conducteursde section transversale rectangu laire, la transmission de chaleur<B>de</B> conduc teurs de rainure au noyau peut encore être augmentée davantage au moyen d'une dispo sition suivant laquelle on fait passer sensible ment toute la chaleur -engendrée tdanschaque conducteur d'une rainure directement<B>à</B> tra vers l'isolation dans le fer du noyau,<B>à</B> par tir duquel elle est éliminée par l'air -passant par les conduits du noyau.
Les conducteurs de rainure sont donc disposés de préférence dans la rainure, de telle sorte que chaque conduc teur de -celle-ci soit<B>à</B> même de rendre #sa cha- Icur dans la mesure la plus grande possible directement<B>à</B> la paroi de la rainure sans la faire passer<B>à</B> travers des -conducteurs adja cents et -de la faire passer aussi<B>à</B> travers une épaisseur<B>de</B> matière isolante minimum.
De cet-te manière, il est pratiquement possible d'éviter qu'un ou plusieurs des conducteurs clans chaque rainure soient considérablement plus chauds que les autres dans celle-ci et d'obtenir ainsi un échange de chaleur consi dérablement augmenté de, tous les conduc teurs -d'une rainure vers la paroi de celle-ci. <B>A</B> cet effet, les conducteurs -de section trans versale rectangulaire sont de préférence pla- c6s dans chaque rainure, de façon qu'il n'y ait pas plus de deux conducteurs disposés côte à,côte <B>à</B> la même profondeur radiale de la rai nure.
D'autre part, le débit d'air de refroidissf- ment par rapport<B>à</B> l'énergie électrique dissi- p6e en chaleur joue également un certain rôle.
En plaçant un ventilateur sur l'arbre moteur -dans l'enveloppe du moteur, on a trouvé qu'il est désirable d'assurer un écoule ment d'air clans les conduits du noyau d'ait moins<B>50</B> litres par seconde et par kilowait (l'énergie électrique dissipée en chaleur. Le diamètre des conduits<B>à</B> air ne sera de préfé rence pas inférieur<B>à 1,25</B> ou<B>1</B> cm, afin<B>d'é-</B> viter qu'ils s'obstruent par de la poussière ou ,de la saleté.
Dans de ,rands moteurs, dans lesquels on emploie ordinairement -des croisillons pour le rotor, il 'est préférable d'empêcber Fair de .refroidissement<B>de</B> passer<B>à</B> travers les croi sillons de façon que le passage de l'air<B>à</B> tra vers les croisillons ne puisse pas priver 1(,#i conduits dans les paquets feuilletés du plein effet de refroidissement du courant d'air dis ponible.
Les enroulements de bout du moteur soat de préférence déployés ou légèrement plus dA- ployés que d'habitude, et %conductivité th-r- mique de leur isolement peut être améliorée de la manière susindiquée. En outre, eps en roulements -de bout déployés sont de préfé rence disposés (le façon<B>à</B> ce que l'air quit tant les conduits -du noyau ou s'y rendaid, passe entre les enroulements de bout<B>à</B> vitesse élevée, afin d'utiliser de façon avantageus,
.# l'effet de balayage de l'air<B>à</B> grande vitesse.
Des formes dexécution -de l'objet de, l'in vention sont représentées.<B>à</B> titre d'exemples. au dessin annexé, dans lequel: La fig. <B>1</B> montre, en coupe, la partie sup,#_ rieure d'un moteur<B>à</B> induction<B>à</B> bagues col lectrices établi suivant l'invention; La fig. 2 montre, en coupe, un moteur<B>à</B> induction avec rotor<B>à</B> cage d'écureuil, éta bli suivant l'invention; La fig. <B>3</B> est une vue fragmentaire d'nue feuille de stator pour les moteurs représentés aux fig. <B>1</B> -et 2;
La fig. 4 est une vue fragmentaire d'une feuille de rot-or pour les moteurs représentés aux fig. <B>1</B> -et 2; La fig. <B>5</B> montre schématiquement une section transversale de rainure<B>à</B> conducteurs de stator, qui peut être utilisée dans les mo teurs représentés aux fig. <B>1</B> et 2;<B>-</B> La ïig. <B>6</B> montre schématiquement une section transversale de rainure<B>à</B> conducteurs de stator, qui peut être utilisée dans le moteur représenté<B>à</B> la fig. <B>1;
</B> La fig. <B>7</B> montre schématiquement une section transversale de rainure d'une bobine multiple, qui peut être utilisée dans un mo teur ayant des conducteurs de section trans- versalecirculaire;
La fig. <B>8</B> est un diagramme indiquant au moyen de courbes les rapports -entre la puis sance et le poids qui peuvent être obtemis dans, des moteurs -construits suivant linven- tion -et ceux dans les moteurs vendus en 1928_z La fig. <B>9</B> est un diagramme indiquant au moyen<B>de</B> courbes les densités de courant du stator qui peuvent être utilisées dans les mç)-- teurs suivant la présente invention, et celles ordinairement utilisAesdans les moteurs ven dus en<B>1928;
</B> La fig. <B>10</B> est un diagramme indiquant au moyen de courbes les, pressions d'air de ven tilation qui sont utilisées dans des moteurs construits suivant l'invention et celles utili sées dans des moteurs vendus en<B>1928.</B>
Le,q moteurs représentés aux fig. <B>1</B> et 2 comportent la culasse ou enveloppe<B>1</B> du sta tor, des flasques de bout 2 et<B>3,</B> rigidement fixés<B>à</B> l'enveloppe<B>1,</B> lesdifs flasques portant des boîtes<B>à</B> palier 4 et descouvercles <B>5,</B> dans lesquels sont placés les eoussinets <B>6</B> et<B>7,</B> le coussinet<B>6</B> étant représenté,comme roulement <B>à</B> billes et le coussinet<B>7</B> comme roulement, à rouleaux;<B>8</B> est l'arbre moteur. Lecorps feuil leté du stator et ses enroulements sont dési gnés collectivement par<B>9;
</B> le corps feuilleté et les conducteurs du rotor sont désignés col lectivement par<B>10,</B> tandis que<B>11</B> désigne l'entrefer.
L'enveloppe<B>1</B> du -stator comporte une par tie cylindrique dont la surface intérieure est en contact avec les feuilles ducorps de stator 12, de façon que la chaleur de ces feuilles puisse être transmise directement<B>à</B> l'enve loppe<B>1,</B> qui peut, -de cette manière, être eni- ployée utilement comme radiateur de eha- leur. Les feuilles ducorps de stator sont en serrées entre des anneaux de bout<B>13</B> ayant des perforations 14, dont la grandeur et la, position correspondent<B>à</B> celles des conduits dans les feuilles du corps de stator.
Les an neaux de serrage<B>13</B> sont ri clement fixé, t, gi dans Penveloppe de stator d'une manière bien connue. Par exemple, aux fig. <B>1</B> et<B>92,</B> ils sont fixés<B>à</B> Paide d'un épaulement annu laire<B>15</B> prévu<B>à</B> l'intérieur de l'enveloppe de stator et d'une bague de retenue extensible <B>16. A</B> la fig. <B>1,</B> on a représenté une pièce d'entretoisement<B>17</B> entre l'anneau de<U>serrage</U> <B>13</B> situé du côté droit de la figure et la bao-11(l de retenue extensible<B>16.</B>
Les enroulements du stator sont représen tés<B>à</B> la fig. <B>1</B> en<B>1.8</B> et<B>19, 18</B> étant une bo bine située dans une rainure du stator -et,<B>19</B> désignant l'extrémité ou tête d'enroulement de cette bobine. Il va de soi que ces têtes d'en roulement ont, dans l'exécution pratique, une forme beaucoup plus compliquée que celle re présentée, par suite des connexions et des en trelacements nécessaires, et que ces têtes d'en roulement sont -en réalité relevées vers le liant, quelques-unes d'entre elles s'étendant jusqu% proximité des extrémités des conduits 20 du stator.
Les feuilles 21 du corps de rotor sont fixées sur l'arbre<B>8</B> au moyen de bagues de serrage 22. Les têtes d#enroulement 24 du ro tor auront, dans l'exécution pratique, une forme plus -compliquée et plus recourbée que celle représentée, comme dans le cas des têtes (Venroulement <B>19</B> du stator comme susmen tionné.
<B>A</B> la fig. <B>1</B> du dessin,<B>25</B> désigne une bo bine dans une rainure du rotor, tandis qu'à, la fig. 2 du dessin,<B>26</B> désigne les barres<B>-de</B> l'in duit en cage d'écureuil, qui sont fixées dans des bagues de bout en cuivre<B>-97</B> et qui, de la manière bien connue, ne sont pas enfermées clans une matière isolante.
Dans le cas d'un moteur avec induit<B>à</B> ba gues collectrices tel que représenté<B>à</B> la fi-.<B>1,</B> certaines prises de courant non représentées de l'enroulement du rotor sont menées. au d-ehors <B>à</B> travers l'arbre aux bagues collectri ces, et<B>à</B> cet effet, l'arbre comporte un forage axial 28,_indiqué en pointillé, qui se termine en trois trous radiaux<B>29,</B> également indiqués en pointillé et par lesquels peuvent entrer les conducteurs & pliases. Les bornes des enrou lements du stator peuvent passer<B>à</B> l'extérieur de la manière bien connue pax des. ouvertures prévues dans l'enveloppe du stator.
Une cla vette<B>30</B> de construction usuelle, représentée <B>à</B> la, fig. <B>1,</B> sert<B>à</B> empêcher la rotation des feuilles de rotor<B>221</B> par rapport<B>à</B> l'arbre<B>8.</B>
<B>31</B> désigne un ventilateur monté sur un cône 32, fixé<B>à</B> l'extrémité droite ouTextré- mité de poulie de l'arbre<B>8,</B> ce ventilateur comportant un nombre -d'aubes radiales pro fondes<B>33</B> fixées entre des flasques 34 et<B>35,</B> le flasque<B>35</B> ayant la forme d'un disque<B>à</B> partie centrale rentrante formant- une paroi d'admission cintrée<B>36.</B> Un petit interstice, est prévu entre la -circonférence des flasques du ventilateur et le flasque de bout<B>3,</B> u dernier étant muni d'ouvertures de refoulement 37 ré parties circonférentiellement,
autour du flas que de bout et recouvertes# de préférence pax -des treillis métalliques. Le flasque de bout 2 <B>à</B> l'autre extrémité du moteur -est muni d'oli- vertures d'admission correspondantes<B>38,</B> et le ventilateur<B>31</B> est disposé pour aspirer de l'air extérieur par les ouvertures<B>38</B> et<B>à</B> tra vers les conduits 20 du stator et les conduits 23 du rotor<B>à</B> une grande vitesse, et aussi dans une faible mesure<B>à</B> travers l'entrefer 11,
et le refouler au dehors<B>à</B> travers les ou vertures<B>37.</B> Une plaque de guidage annulaire 39est prévue dans la position représentée pour effectuer une distribution plus. avantageuse de l'air au point de vue du refroidissement des têtes d'enroulement<B>19</B> et 24, du côté de l'extrémité de poulie du moteur, et aussi pour renforcer l'action du ventilateur.
Les feuilles du corps de rotor et du corps de stator, telles que représentées aux fig. <B>3</B> et 4,<I>-sont celles</I> utilisées dans les moteurs repr6- sentés aux fig. <B>1</B> et 2.
Il est<B>à</B> noter que les feuilles 12 du corps de stator sont munies d'une seule couronne circulaire de conduits <B>20,</B> tandis que les feuilles 21 du corps<B>de</B> ro- tor,sont pourvues de trois couronnés circulai res clé conduits<B>9-3.</B> Les feuilles du corps de stator présentent des rainures 40 dans les quelles sont logées les bobines telles que eellu.s représentées<B>à</B> la fig. <B>5,
</B> tandis que les 1'(-uilles du corps de rotor sont munies de rainures -1-1 dans lesquelles se logent les bobines telles quo celles représentées<B>à</B> la fig. <B>6.</B> oit de rainures plus petites 42, pour<B>y</B> placer les barres 2i'# clé l'induit <B>à</B> cage d'écureuil.
Quant aux conducteurs de rainure, on a représenté<B>à</B> la fig. <B>5</B> une section d'une rai nure dans le corps de stator contenant bobines ayant chacune six conducteurs 43 tic section rectangulaire, les six conducteurs étant arrangés l'un au-dessus de l'autre sui vant deux rangées.. Chaque conducteur est en touré d'un double revêtement en coton.<B>qui</B> est indiqué<B>à</B> la figurc par les espaces autour des conducteurs. L'ensemble des six condue- teurs formant une bobine est<B>à</B> leur tour en veloppé par une enveloppe de toile vernie 44.
Les deux bobines sont séparées par une bandc de carton pressé 45 et la rainure comporte sui ses parois une garniture de carton pressé 4C). Une -cale de fibre usuelle 47 est en,,-a,,ée dan- la rainure.
Dans la section d'une rainure de rotor 1-t- présentée <B>à</B> la fig. <B>6, il y</B> a quatre conclu(-- teurs 48 de section transversale rectangulaill(l laquelle section diffère de la section des con ducteurs représentés<B>à</B> la fig. <B>5.</B> L'isolement clés conducteurs 48 (fig. <B>6)</B> peut être le même que celui des conducteurs 43 (fil-.<B>5)</B> P,#s bandes de carton pressé additionnell-us 4!)
sont disposées au sommet et a-Li fond<B>du</B> '.#i rainure.
La section de rainure représentée îi <B>la</B> fig. <B>7</B> est celle d'une bobine multiple eonsi.- tant en un nombre,de fils ou eondueterirs <B>50,</B> de section circulaire chat-Lin, et isolé,, par la double gaine de coton usuelle. La bobiiio constituée par les fils<B>50</B> est entourée d'un ru- vêtement -de toile vernie<B>51,</B> et dans la rai nure, on a prévu une garniture intérieure<B>52</B> et une -cale 47.
Des bobines multiples de (.u Ceure sont utilisées dansles moteurs de faible puissance, dans lesquels l'emploi de -condue- teurs de grande section transversale reetangu- laire devient difficile, par suite de la petite section des rainures.
Aux fig. <B>5, 6</B> et<B>7,</B> on a exagéré l'épais seur de l'isolation, afin de pouvoir la repre- senter plus clairement.
En ce qui -concerne les conducteurs -de sec tion transversale rectangulaire (fig. <B>5</B> et<B>6),</B> ceux-ci sont arrangés -comme susmentionné, de façon que chacun (Peux puisse faire passer sa chaleur dans la plus grande mesure possi ble<B>à</B> la paroide la rainure sans la faire pas ser<B>à</B> travers des conducteurs adjacents, et en la faisant passer<B>à</B> traver une épaisseur mi- nimurn de matière isolante. De cette façon, il n'y aura que deux -conducteurs situés côte<B>à</B> côte<B>à</B> la même profondeur radiale dans la rainure.
La forme de la -section transversale des -conducteurs est choisie de façon que pour une profondeur raisonnable de la rainure, la surface de chaque -conducteur situé contre la paroi de la rainure soit aussi près que possible la même que la surface correspondante de chacun des autres -conducteurs dans la rai nure, et soit aussi grande que possible.
Il va de soi qu'on peut employer d'autres dispositions de eonducteurs de rainure de sec tion rectangulaire que celles représentées aux fig. <B>à</B> et<B>6.</B> Par exemple, les conducteurs peu vent être disposés l'un au-dessus de l'autre, dans une seule rangée, si cela est<B>jugé</B> cou- venable.
Dans -le cas de bobines multiples (fig. <B>7).</B> les espaces entre les conducteurs de section circulaire sont remplis autant que possible d'une matière isolante de bonne conductivité thermique.
Grâce au meilleur échange de chaleur des ,conducteurs de rainure, qui peut être obtenu par l'emploi de conducteurs -de section rectan gulaire, comme susmentionné, on préfère em ployer de pareils conducteurs -de section rec tangulaire dans des moteurs de plus faible grandeur que cela n'a été g6néralement fait en pratique jusqu'à présent.
En ce qui concerne la matière isolante ac- tuelle pour les conducteurs de cuivre dans le.# rainures, il est<B>à</B> présent d'usage général dans la pratique, d'employer dans des moteurs in dustriels du genre<B>un</B> question, des matières fibreuses constituées ordinairement de gaines de -coton et de garnitures de rainure en carton pressé.
Un pareil isolement est fréquemment qualifié comme étant imprégné, mais l'impr6- Un n ation <B>9,</B> été effectuée jusqu'à présent sim- plenient par voie d'immersion avec ou sans emploi d'un vide modéré, et depuis, des re cherches et aussi des essais ont montré que, la profondeur de pénétration de la matière d'im prégnation dans la matière isolante est très petite et qu#cn fait des quantités considéra bles d'air emprisonné restent encore dans la matière, la conductivité thermique ayant approximativement la, faible valeur de<B>0,000t)</B> watts par oni;
# par degré centigrade entre les faces de cuivre et<B>de</B> fer en prenant l'isole ment en entier,<B>à</B> savoir les gaines de coton, les espaces d'air et les garnitures des rainu- tD res en carton pressé.
On a trouvé qu5en effectuant l'imprégna tion aussi soigneusement que possible pour expulser l'air, comme par exemple par Fern- ploi d'u#n vid(# comparativement élevé, la con ductivité thermique de l'isolement en entier peut être augmeiiîblli_â jusqu'à 0,0004<B>à</B> 0,002 watts ou même davantage par cm3 par<B>l'<I>C</I></B> de, différence<B>de</B> température entre lesdites faces.
Il va de soi que l'isolement décrit en re gard des fig. <B>5, 6</B> et<B>7,</B> et imprégné comme sus,décrit, n'est donné -qu'à titre, d'exemple de matières et arrangements convenables qui peuvent être Pour (les conducteurs (le section rectangulaire, on a, par exemple, employé avec succès<B>le</B> mica et du papier im- pré(r <B>'</B> ,Me. Il n'y aura 6vidf-,mi-nent point de carton pressé autour des têtes d'enroulements, qui sont ordinairement entourées d'c#nvt-,Ioppes (l,# bandes de coton imprégnées et dont la surface peut être émaillée.
En con-idérant le moteur avec induit<B>â</B> cace d'écureuil représenté<B>à</B> la fig. 2, et coD.- tru. it -comme susdécrit, un moteur de<B>100</B> HP, <B>à 50</B> périodes par seconde, avec 4 pâles et clé- vant marcher<B>à</B> une vitesse de 1440 tours par minute, pourra avoir les dimensions suivan tes:
Les- feuilles 12 du corps,de stator (fig. <B>3)</B> auront un diamètre extérieur de 49 cm et un diamètre intérieur de<B>30,67</B> cm,,chaque feuille ayant -en tout quarante-huit rainures ou en coches 40, uniformément réparties et dont chacune a une profondeur de<B>3,05</B> cm, et une largeur de 1,2 cm. Il<B>y</B> aura soixante con duits<B>à</B> air -de section circulaire 20 -d'un dia mètre -de <B>1,59</B> cm et uniformèmeint répartis avec leurs -centres situés sur un cercle d'un diamètre de 43,5 cm.
Les feuilles du corps-de rotor (fig. 4) seront munies de cinquante-sept rainures ou encoches 42, un<B>"</B> iformément répar- liés, et chacune -d'une profondeur -de 0,84 cm et d'une largeur -de 0,84 -cm.
Le,diamètredes conduits<B>à</B> air de section circulaire<B>23</B> sera de <B>1,59</B> cm et leur nombre sera de<B>19,</B> aces con duits étant uniforméments répartis dans chai- cune des trois couronnes de conduits, avec leurscentres situés sur des cercles ayant des diamètres de<B>15,22</B> cm, de<B>19</B> -cm et de 22,4 cm, respectivement.
Le -diamètre extérieur<B>de</B> chaque feuille -de rotor (fig. 4) sera de<B>30,67</B> cm brut, étant réduit. par usinage7 <B>à</B> environ <B>30,56</B> cm pour le moteur fini, de façon quion obtienne un entrefer d'environ<B>0,5</B> mm. Le diamètre intérieur des feuilles -de rotor sera de<B>10,17</B> üm. Lalongueur du noyau du mo teur sera de 14,6 cm.
E està noter qu'il<B>y</B> a trois conduitsdere- froidissement en moins dans le rotor que dans le stator, de sorte que le rotor a une surface refroidissante légèrement plus petiteet on no tera que le refroidissement du eator et du rotor est proportionné approximativement en dépendance ide la chaleurqui doit être élimi née de,ces parties respectivement.
Les dimensions principales du ventilateur <B>31</B> (fig. 2) sont les suivantes: Ses aubes oDt une largeur de<B>6,67</B> cm et sont montées de fa çon que le diamètre extérieur -du ventilateur est de 45,7 cm. L'anneau d'assemblage 34 a un diamètre intérieur de<B>38,25</B> -cm. Le rayon ,de courbure du disque cintré<B>35</B> est dans sa partie centrale de<B>8,56</B> cm, la partie exté- rieure se trouvant -dans un plan radial ou transversal<B>à</B> l'axe du ventilateur, tandis que la partie intérieure ou partie-moyeu est sen siblement tronconique avec un grand diamè tre de 14 -cm et un petit,diainètre de 11,2 cm.
Les bords<B>33</B> des aubes sont inclinés<B>à</B> un angle de<B>10 '</B> par rapport audit plan radial. <B>Il y</B> a<B>19</B> aubes également réparties.
Le poids idu moteur complet est de 422 <B>kg,</B> de façon que le rapport de la puissance au poids est de<B>0,236</B> HP par kilo de poids.
Dans un moteur de<B>100</B> HP, similaire<B>à</B> ceux vendus en<B>1928,</B> le diamètre extérieur ,dustator était de<B>56</B> cm, le diamètre<B>à</B> l'en trefer de 40,6 cm et lediamètre intérieur du rotor de 25,4 cm, la longueur du noyau étant ,de<B>19</B> cm. On pourra ainsi apprécier qu'en<B>dé-</B> pit de -l'introduction des conduits,de refroidis sement dans le noyau, les dimensions princi- pa,les de ce moteur ayant la même puissance se -trouvent considérablement réduites.
Une comparaison intéressante peut également être faite entre les diamètres extérieur et intérieur du noyau idéce moteur et d'un moteur simi laire<B>à</B> ceux vendus en<B>1928</B> et ayant<B>à</B> l'en- trefer le même diamètre de 30,48 cm, la puis- sanoe restant hors de considération. Dans le moteur antérieur, le diamètre extérieur du noyau était de 42 cm et le -diamètre intérieur du noyau de 20,3 -cm.
Une autre intéressante comparaison peut être faite avec un moteur ayant des dimen sions de bâti destator similaires et construit en<B>1928.</B> Le débit,de,ce moteur était de 45 HP et le poids de<B>363 kg,</B> le rapport entre la puissance et le poids étaht ainsi de 0,124 HP par kilo de poids. Ainsi, pour les mêmes<B>di-</B> mensions de bâti, la puissance du moteur dé.- crit est augmentée de 122 %, en comparaison d'une augmentation d'environ<B>16 % du</B> poids.
Dans le moteur décrit, il<B>y</B> a<B>500</B> ampères- tours par cm de la périphérie ide l'entrefer. tandis qu'il<B>y</B> en a<B>256</B> dans le moteur typu <B>1928,</B> qu'on vient de considérer. Dans le mo teur décrit,<B>0,67</B> watts -de chaleur sont trans mis<B>à</B> chaque cm' de surface de rainure pour un accroissement de température de 40<B>' C.</B> encomparaison de<B>0,85</B> watts dans le moteur type<B>1928</B> mentionné.
Comme autres résuiltats obtenus, on peut citer -que dans un moteur<B>à</B> induction<B>à 50</B> périodes par seconde, ayant des bobines mul tiples, construit avec les,données, ci-dessus, le débit mesuré est de<B>27</B> HP <B>à</B> 1440 révolutions par minute, le poids de<B>150 kg</B> -et, par consé quent, le rapport entre la puissante et le poids de<B>0,181</B> HP par kilo,de poids.
Dans un moteur avec un bâti similaire, vendu en<B>1928,</B> le débit était de<B>12,5</B> HP et le poids de <B>127 kg,</B> le rapport entre la puissance et le poids -étant ainsi de<B>0,098</B> HP par kilo<B>le</B> poids.
Il en résulte donc que pour les mêmes dimensions de bâti, la puissance est augmen tée<B>de 116%</B> en comparaison d'une augmen tation de poids de moins de<B>18%.</B> Dans le moteur décrit susmentionné, il<B><I>y</I> 9, 315</B> ampères-tours par cm de la périphérie d'en- trefer contre<B>230</B> dans le moteur mentionné du modèle<B>1928.</B> Dans le moteur décrit,<B>0,181</B> watts de chaleur sont transmis<B>à</B> chaque cen timètre carré de surface -de rainure pour un accroissement de température de 40<B>' C</B> contre <B>0,051</B> -watts dans le moteur modèle<B>1928.</B>
Les dimensions des parties principales d'un moteur avec induit<B>à</B> bagues collectri ces et quatre pôles, pour<B>100</B> TIP -et<B>50</B> pério des parseconde (fig. <B>1),</B> qui doit marcher<B>à</B> 1440 révolutions par minute, peuvent être en général les mêmes que celles indiquées ci- dessus pour le moteur avec induit<B>à</B> cage -dé- cureuil représenté<B>à</B> la fig. 2,<B>à</B> l'exception des rainures 41 dans le -corps de rotor, dont le nombre peut être, par exemple, de quarante-huit., uniformément réparties et ayant chacune une profondeur de 4,
57 cm et une largeurde <B>1,03</B> cm.
Comme autres résultats obtenus, on peut indiquer que, dans un moteur<B>à</B> induction avec & s bobines multiples, qui a été cons- iruitexpftimentalement, le débit mesuré est de<B>-à</B> 11P pour 1420 révolutions par minute, le poids de 41,2<B>kg,</B> et le rapport entre 'la. puissance et<B>le</B> poids, par conséquent, de 0,122 HP par kilo de poids. Dans un moteur avec bâti similaire, vendu en<B>1928,</B> le débit était de<B>3</B> HP et le poids de 40,8<B>kg,</B> d'où ré sulte un raPPortentre la puissance et le poids de<B>0,7,36</B> HP par kilo de poids.
Dans le mo teur idécrit de<B>à</B> HP susmentionné,<B>il y</B> a 25t) ampères-tours par cm contre<B>173</B> dans le mo teur modèle<B>1928.</B> Dans le moteur décrit, <B>0.127</B> watts de -chaleur sont transmis<B>à</B> eha- que cin' de surface -de rainure pour un ac croissement de température de 40<B>' C</B> -contre <B>0,068</B> watts dans le moteur modèle<B>1928.</B>
<B>A</B> la fig. <B>8,</B> on a représenté les courbes -des HP rapportées sur les poids dedifférents moteurs<B>à</B> énergies différentes. La, zone entre les courbes<B>A</B> et B montrent approximative ment les rapports entre la puissance et le poids de moteurs,de différentes marques veii- dus en<B>1928.</B> La zone entre les courbes C et <B>D</B> indique approximativement l'augmentation générale,
du rapport entre la puissance et le poids qui peut être obtenue par la présente invention sur les rapports entre la puissance et le poids des moteurs vendus en<B>1928,</B> comme indiqué par la zone entre les courbes <B>A</B> et B. La courbe<B>D</B> montre approximative ment les rapports entre<B>la</B> puissance et le poids -de moteurs<B>à</B> différentes puissances, qui ont actuellement été -construits suivant<B>la</B> présente invention, et qui ont été pleinement essayés. La courbe<B>D</B> indique une améliora tion de plus de<B>100%,</B> sauf pour les moteurs d'environ<B>10</B> HP et moins, sur les rapports moyens des moteurs modèles<B>1928</B> susmen tionnés.
Ces moteurs (courbe<B>D)</B> -ont des fae- teurs de sécurité élevés au point de vue méca,- nique, thermique, électrique et pneumatique. et il est<B>à</B> observer que lacourbe <B>D</B> ne repré sente point de limite supérieure pour les amé liorations qui peuvent être obtenues.
Ainsi, dans lestas particuliers de moteurs employés par exemple dans une atmosphère très pure ou dans des climats très froids, ou dans des installations de réfrigération, ou lorsqu'uii accroissement de température de plusde 40<B>'</B> <B>C</B> est admissible, ou lorsqu'on admet des fa-c- teurs de sécurité inférieurs, l'amélioration du rapport entre la puissance et le poids peut en core être -considérablement augmentée au.
dessus des valeurs indiquées par la courbe<B>D.</B> <B>A</B> la fig. <B>8,</B> la raideur des courbes #crois- sant avec la puissance -et le poids -est due -,tu fait que le rapport entre la puissance et le poids -de moteurs tombe pour des petites puis sances, malgré les densités de courant relati- veinent plus élevées, qui peuvent être utili sées dans des moteurs pareils.
Comme il a été susmentionné, la densité de courant employée est ici considérablement plus élevée que celle ordinairement en vogue pour des moteurs vendus en<B>1928.</B> La fig. <B>9</B> du,dessin indique approximativement dans la zone entre les courbes<B>A</B> et B, les densités<B>de</B> courant employées dans les enroulements de stator de moteurs vendus par diff6rentes, à- briques, en<B>1928.</B> La densité de couralit ad missible varie évidemment avec la grandeur et la, puissance du moteur,,comme susindiqu6. Ainsi.
la densité de courant est plus élevée pour de petits moteurs que pour de plus grands moteurs, par suite de la, plus grande capacité -de radiation ou de dissipation de chaleur naturelle,de petits moteurs, bien que le rendement électrique, mécanique et pneu- inatique de petits moteurs doive forcément tomber avec le poids.<B>A</B> la fig. <B>9,</B> la zone en tre les courbes C et<B>D</B> indique approximative ment l'augmentation de la densité,de courant (hi stator, qui peut être employée dans des moteurs construits suivant la présente inven tion,
sur les densités de courant en vogue clans les moteurs vendus en<B>1928,</B> comme in- cliqué par la courbe B. La courbe<B>D</B> indique les densités de courant du stator, employées dans ces moteurs de différentes puissances, qui ont été, construits actuellement suivant la présente invention -et qui ont été essayés en tièrement. Les moteurs suivant l'invention (courbe<B>D)</B> ont, comme susmentionné, des fac teurs de sécurité, élevés, et il va de soi que la courbe<B>D</B> ne représente pas une limite supé rieure, de l'augmentation -de<B>la</B> densité de cou rant qu'on peut employer.
Comme, mentionné ci-dessus, l'écoulement, d'air & refroidissement<B>à</B> travers les moteurs suivant l'invention est considérablement plus importa-nt que jusqu'à présent, et il peut être instructif d'indiquer l'augmentation -de<B>Pé-</B> coulementd'air au sens dela présente inven tion.
Ainsi, en se référant<B>à</B> la, fig. <B>10,</B> dont les courbes correspondent<B>à</B> celles des fig. <B>8</B> et<B>9,</B> la zone entre les courbes -4 et B indi que les pressions d'air représentées en centî- mètres,de colonne d'eau s'établissant dans- c1e## moteurs de -différentes puissances, vendus (-ii <B>1928,</B> tandis que la zone entre les courbes<B>C</B> et<B>D</B> indique approximativement l'augmenta tion de pression qui est réalisée,dans les ino- teurs suivant la présente invention.
La courbe <B>D</B> indique les pressions d'air employées dan, une série de moteurs qui ont été construits actuellement avec un facteur de sécurittl élevé.
Il est<B>à</B> mentionner qu'en employant des ventilateurs -construits scientifiquement avuo des aubes proprement courbées et établies, de, diffuseurs de refoulement et des moyens an-11- logues ou en employant plus d'un ventilin- teurdans un moteur, ou même en employant un appareil de refoulement d'air séparé a:
,so- cié au moteur, les pressions représentées par la courbe<B>D, à</B> la fig. <B>10,</B> peuvent encore être augmentées davantage, sans grandes diffieul- t6s, de façon<B>à</B> obtenir une amélioration con sidérable du rapport entre la puissance et<B>le</B> poids du moteur malgré l'augmentation de la friction mécanique du ventilateur, pourvu que les moyens susdécrits soient employ' pour éliminer la chaleur dans une mesure oor- respondante des conducteurs de cuivre.
Tout ce qui précède revient<B>à</B> dire que<B>le.,</B> conduits<B>à</B> air prévu au moins dans le sfiitor du moteur devront être si nombreux et si étroits et la vitesse de circulation de l'air<B>de</B> ventilation si grande quc le produit de la surface totale des conduits<B>à</B> air en mUrus carrés et de la vitesse de l'air en mètres par seconde est de l'ordre de grandeur<B>d'au</B> moins 1,4 de la constante de dissipation, et que ]#i -conductivité thermique de l'isolation des rai nures et la disposition d-es conducteurs claw- ce#ll,
es-ci devront être choisies -de telle façon que la transmission de la chaleur des condue- teurs de rainure, destinés<B>à</B> recevoir un coii- rant; <B>à</B> densite élevée, au fer ait lieu sans pro voquer un dépassement de l'élévation de c1i- <B>1</B> leur admissible, en ayant toujours soin que cette transmission de chaleur corresponde le plus exactement possible<B>à</B> la dissipation de chaleur produite par l'air de refroidissement
<B> Induction </B> electric motor. The present invention relates <B> to </B> an electric motor <B> with </B> induction of the type <B> with </B> ventilation by circulation of outside air <B> to </ B > tra towards him, and his main goal is to achieve a better ratio between his power and his weight.
For many years, the desire of electric motor manufacturers has been to increase the power of motors for a given weight and many efforts have been made to achieve this goal, because, in addition to other advantages, hardware is in many cases the main factor in determining the cost price of an engine.
The power to weight ratio of electric motors has been improved gradually; by using materials. with better electrical and mechanical properties, adopting better <B> air </B> cooling methods and especially, more recently, using welded frame parts and <B> to </ B> balls or <B> to </B> galut, - Cui-11- dant the curve representing the ratio (Iii weight <B> to </B> the unit of time for an engine of given power has become more and more flat.
Indeed, it seems that an upper limit of the power-to-weight ratio has almost been reached, varying from very few normal figures relating to <B> to </B> <I> of </ I> engines from different manufacturers in various countries.
The condition which limits (, the ratio d (# the power to weight for all manufacturers is the permissible increase in the temperatures under load in the stator (, t the rotor <B> of, </B> motors , which is fixed in Graiide-Breta ± # iie following the normal value gencralemfni arImis ## <B> at </B> 40 <B> 'C </B> above the almospheric temperature when '' fibrous insulating materials are used,
the temperature being checked by a thermometer inserted in the entufer. In most other European countries ##. the permissible temperature increase is approximately limited as in Germany.
According to the invention, the <B> to </B> air ducts provided at least in the stator of the motor are so numerous and so narrow and the speed of the cooling air is so, (), rand-e that the product of the total area of the ventilation ducts in square meters and the air speed in meters per second is of the order of magnitude of at least M (dissipation constant), and the thermal conductivity of the insulation of the grooves and the arrangement of the conductors in the grooves are chosen such that the transmission <B> of </B> heat from the groove conductors, intended <B> to </B> receive a current <B> at </B> high density,
iron takes place without causing an excess of the admissible heat rise, taking care that this heat transmission corresponds <B> the </B> as exactly as possible <B> to </B> the heat dissipation iron produced by the cooling air. It follows from the foregoing that the current density can be increased appreciably, without prejudicing <B> to </B> the overload capacity and without exceeding the admissible temperature of the copper, which allows a significant increase in the power-to-weight ratio of at least <B> 25%. </B>
While previously the use of axial ducts in <B> to, </B> induction motors of the <B> to </B> type ventilation by external circulation <B> to </B> through them had <B > been </B> considered not to be a means of increasing the ratio of power to weight, because it seemed that although a better method of cooling was applied, a much greater increase in diameter and, therefore, by weight would occur, the invention surprisingly revealed that, on the contrary, the arrangement of such conduits in the stator, and preferably also in the rotor,
significantly increased the ratio of power to weight without diminishing the qualities of such engines, such as efficiency, overload capacity, power factor, -etc. <B> A </B> Apart from this advantage, a significant reduction in the price of material is realized, such reduction being half or more of the ordinary cost of the engine.
It has also been found <B> to </B> using practical measurements that, although the temperature of the air continuously increases <B> to </B> as it passes through the engine, the temperature different parts of the motor in the direction of the air flow does not increase correspondingly with the increase in air temperature and this must be attributed <B> to </B> l The relatively much greater cooling effect <B> due to </B> Fair's high speed. Or therefore apply with a favorable effect the phenomenon which can be called the action of sweeping the air <B> at </B> high speed: tes # î;
e ïï the extraction of heat from solid surfaces over or against which the heat is directed.
Thus, in motors constructed according to the present invention, considerably higher current densities are allowed in the groove conductors of the stator and rotor.
It is possible, for example, to use in the windings of the stator of a motor <B> to, </B> induction <B> to </B> collector rings of <B> 50 </B> HP and rotating <B > at </B> a speed of <B> 720 </B> revolutions-per minute, current densities of at least <B> 550 </B> or <B> 650 </B> amps per em2 copper section, while manufacturers have so far allowed a limit of 400 <B> to </B> 450 amps per cm 'in the stator windings of such motors. In each case, the current density must vary, among other things. with the size of the machine and its inherent cooling properties.
In order to 4 # achieve the increase in heat exchange6 -from the groove conductors to the core in the case. of motors having multiple coils, i.e. coils comprising a plurality of wires or conductors of a comparatively small circular cross section, insulation will be employed for the grooves having thermal conductivity. high combined with a high electrical insulating power. <B> A </B> this effect, precautions will be taken to expel substantially all the air contained in the cotton covering and the insulating linings of paper or cardboard pressed from the grooves,
which are used <B> to </B> present in the construction of motors, and fibrous insulating materials and spaces between conductors. #These insulating materials will be carefully impregnated and the spaces between 1 (#. S conductor.- filled with oil, varnish, lacquer, <B> </B> gum, bituminous material, cement, etc. ., preferably in a high vacuum.
It has been found that by <B> to </B> the use of these methods, the thermal conductivity of the insulation between the faces of the conductors and the wall of the grooves can be increased by about 0.0004 < B> at </B> - about 0.002 watts or even more per cm 'per degree centigrade of temperature difference between the Ta-ces.
In electric motors, in which conductors of rectangular cross-section can be economically employed, the heat transfer of <B> </B> groove conductors to the core can be further increased by means of the following arrangement which is passed sensibly all the heat -generated tin each conductor from a groove directly <B> to </B> through the insulation in the core iron, <B> to </B> through which it is removed by air-passing through the core ducts.
The groove conductors are therefore preferably arranged in the groove, so that each conductor of the latter is <B> to </B> even to make # its heat as much as possible directly <B> to </B> the wall of the groove without passing it <B> through </B> through additional -conductors and -to pass it also <B> through </B> through a thickness < B> of </B> minimum insulating material.
In this way, it is practically possible to prevent one or more of the conductors in each groove from being considerably hotter than the others in it and thus to obtain a considerably increased heat exchange of all the times. conductors -from a groove to the wall thereof. <B> A </B> For this purpose, the conductors of rectangular cross-section are preferably placed in each groove, so that there are no more than two conductors arranged side by side <B > at </B> the same radial depth of the groove.
On the other hand, the flow of cooling air relative to the electrical energy dissipated as heat also plays a certain role.
By placing a fan on the motor shaft in the motor housing, it has been found desirable to provide air flow through the core ducts of less than 50 </ B > liters per second and per kilowait (the electrical energy dissipated as heat. The diameter of the <B> air </B> ducts should preferably not be less than <B> than 1.25 </B> or <B > 1 </B> cm, to <B> prevent them from becoming clogged with dust or dirt.
In large engines, where rotor crosspieces are ordinarily employed, it is preferable to prevent the cooling <B> from </B> passing <B> through </B> through the cross grooves. so that the passage of air <B> through </B> through the crosspieces cannot deprive 1 (, # i ducts in the laminated packages of the full cooling effect of the available air stream.
The end windings of the motor are preferably extended or slightly more extended than usual, and the thermal conductivity of their insulation can be improved as above. In addition, eps in deployed end bearings are preferably arranged (so that the air leaving both the core ducts or back into them, passes between the end windings. <B> at </B> high speed, in order to use advantageously,
. # high speed <B> </B> air sweeping effect.
Embodiments of the object of the invention are shown. <B> to </B> as examples. in the accompanying drawing, in which: FIG. <B> 1 </B> shows, in section, the upper part, # _ upper of a <B> </B> induction motor <B> with </B> collector rings established according to the invention; Fig. 2 shows, in section, a <B> </B> induction motor with a squirrel cage rotor <B> </B>, established according to the invention; Fig. <B> 3 </B> is a fragmentary view of a stator foil for the motors shown in fig. <B> 1 </B> -and 2;
Fig. 4 is a fragmentary view of a sheet of gold rot for the engines shown in FIGS. <B> 1 </B> -and 2; Fig. <B> 5 </B> shows schematically a cross section of stator conductor groove <B> </B>, which can be used in the motors shown in figs. <B> 1 </B> and 2; <B> - </B> The ïig. <B> 6 </B> shows schematically a cross section of stator conductor groove <B> </B>, which can be used in the motor shown <B> to </B> in fig. <B> 1;
</B> Fig. <B> 7 </B> shows schematically a groove cross section of a multiple coil, which can be used in a motor having conductors of circular cross section;
Fig. <B> 8 </B> is a diagram showing by means of curves the ratios -between the power and the weight which can be obtained in, of the engines -built according to the invention -and those in the engines sold in 1928_z The fig. <B> 9 </B> is a diagram indicating by means of <B> </B> curves the current densities of the stator which can be used in the motors according to the present invention, and those ordinarily used in them. engines sold in <B> 1928;
</B> Fig. <B> 10 </B> is a diagram showing by means of curves the ventilation air pressures which are used in engines constructed according to the invention and those used in engines sold in <B> 1928. </B>
The, q engines shown in FIGS. <B> 1 </B> and 2 comprise the cylinder head or casing <B> 1 </B> of the stator, end plates 2 and <B> 3, </B> rigidly fixed <B> to </ B> the casing <B> 1, </B> the flanged dives bearing boxes <B> at </B> bearing 4 and covers <B> 5, </B> in which the bearings <B> 6 are placed </B> and <B> 7, </B> the bearing <B> 6 </B> being shown as a <B> ball bearing </B> and the bearing <B> 7 </B> as bearing, roller; <B> 8 </B> is the motor shaft. The laminated body of the stator and its windings are collectively referred to as <B> 9;
</B> the laminated body and the rotor conductors are collectively designated by <B> 10, </B> while <B> 11 </B> designates the air gap.
The casing <B> 1 </B> of the -stator has a cylindrical part whose inner surface is in contact with the sheets of the stator body 12, so that the heat of these sheets can be transmitted directly <B> to </B> the envelope <B> 1, </B> which can, in this way, be used usefully as a heat radiator. The stator body sheets are clamped between end rings <B> 13 </B> having perforations 14, the size and position of which correspond <B> to </B> those of the conduits in the body sheets stator.
The clamping rings <B> 13 </B> are securely fixed, t, gi in the stator casing in a well known manner. For example, in Figs. <B> 1 </B> and <B> 92, </B> they are set <B> at </B> Paid of an annular shoulder <B> 15 </B> planned <B> at < / B> inside the stator casing and an expandable retaining ring <B> 16. A </B> fig. <B> 1, </B> there is shown a spacer <B> 17 </B> between the <U> clamping </U> <B> 13 </B> ring located on the right side of the figure and the bao-11 (extensible retainer l <B> 16. </B>
The stator windings are shown <B> to </B> in fig. <B> 1 </B> in <B> 1.8 </B> and <B> 19, 18 </B> being a coil located in a groove of the stator -et, <B> 19 </B> designating the end or winding head of this coil. It goes without saying that these rolling heads have, in practice, a much more complicated shape than that shown, owing to the necessary connections and tracings, and that these rolling heads are -en actually raised towards the binder, some of them extending to near the ends of the conduits 20 of the stator.
The sheets 21 of the rotor body are fixed to the shaft <B> 8 </B> by means of clamping rings 22. The winding heads 24 of the rotor will, in practical execution, have a more - complicated and more curved than that shown, as in the case of the heads (the <B> 19 </B> winding of the stator as mentioned above.
<B> A </B> in fig. <B> 1 </B> of the drawing, <B> 25 </B> designates a coil in a groove of the rotor, while in, fig. 2 of the drawing, <B> 26 </B> designates the <B> -de </B> squirrel cage rods, which are fixed in copper end rings <B> -97 < / B> and which, as is well known, are not enclosed in an insulating material.
In the case of a motor with an armature <B> to </B> collector baskets as shown <B> at </B> la fi. <B> 1, </B> certain outlets not shown of the rotor winding are carried out. outside <B> to </B> through the shaft to the collector rings, and <B> to </B> this effect, the shaft has an axial bore 28, _indicated in dotted lines, which ends in three radial holes <B> 29, </B> also indicated in dotted lines and through which the conductors & pliases can enter. The terminals of the stator windings can pass <B> to </B> the outside in the well-known way pax des. openings provided in the stator casing.
A key <B> 30 </B> of usual construction, shown <B> to </B> la, fig. <B> 1, </B> serves <B> to </B> prevent rotation of the rotor leaves <B> 221 </B> with respect to <B> </B> the shaft <B> 8 . </B>
<B> 31 </B> designates a fan mounted on a cone 32, fixed <B> at </B> the right end or the pulley end of the shaft <B> 8, </B> this fan comprising a number of deep radial blades <B> 33 </B> fixed between flanges 34 and <B> 35, </B> the flange <B> 35 </B> having the shape of a disc <B> to </B> re-entrant central part forming- a curved intake wall <B> 36. </B> A small gap is provided between the -circumference of the fan flanges and the end flange <B> 3, </B> u last being provided with discharge openings 37 re parts circumferentially,
around the flange only at the end and covered with # preferably pax -metal mesh. End flange 2 <B> at </B> the other end of the engine -is fitted with corresponding intake ports <B> 38, </B> and the fan <B> 31 </ B > is arranged to suck outside air through the openings <B> 38 </B> and <B> to </B> through the conduits 20 of the stator and the conduits 23 of the rotor <B> to </ B > a high speed, and also to a small extent <B> at </B> through the air gap 11,
and pushing it out <B> through </B> through the or vertures <B> 37. </B> An annular guide plate 39 is provided in the position shown to effect more distribution. advantageous from the point of view of cooling the winding heads <B> 19 </B> and 24, on the side of the pulley end of the motor, and also for enhancing the action of the fan.
The sheets of the rotor body and of the stator body, as shown in fig. <B> 3 </B> and 4, <I> -are those </I> used in the engines shown in fig. <B> 1 </B> and 2.
It should be noted that the leaves 12 of the stator body are provided with a single circular ring of conduits <B> 20, </B> while the leaves 21 of the body <B> of < / B> rotor, are provided with three circular crowns key conduits <B> 9-3. </B> The leaves of the stator body have grooves 40 in which the coils are housed as shown. <B> to </B> in fig. <B> 5,
</B> while the 1 '(- uilles of the rotor body are provided with grooves -1-1 in which the coils are housed such as those shown <B> to </B> in fig. <B> 6. </B> oit of smaller grooves 42, to <B> y </B> place the bars 2i '# key the armature <B> to </B> squirrel cage.
As for the groove conductors, there is shown <B> to </B> in FIG. <B> 5 </B> a section of a groove in the stator body containing coils each having six conductors 43 tic rectangular section, the six conductors being arranged one above the other in two rows .. Each conductor is wrapped in a double cotton coating. <B> which </B> is indicated <B> to </B> the figure by the spaces around the conductors. The set of six conductors forming a coil is <B> to </B> in turn wrapped in a varnished canvas envelope 44.
The two reels are separated by a bandc of pressed cardboard 45 and the groove has on its walls a pressed cardboard lining 4C). A customary fiber wedge 47 is formed in the groove.
In the section of a rotor groove 1-t- shown <B> to </B> in fig. <B> 6, there are </B> four concluded (- 48 cores of rectangular cross section (l which section differs from the cross section of the conductors shown <B> to </B> in fig. <B> 5 . </B> The key conductor insulation 48 (fig. <B> 6) </B> can be the same as that of conductors 43 (wire-. <B> 5) </B> P, # s strips of additional pressed cardboard 4!)
are arranged at the top and a-Li bottom <B> du </B> '. # i groove.
The groove section shown in fig. <B> 7 </B> is that of a multiple coil eonsi.- both in a number, of threads or eondueterirs <B> 50, </B> of circular section cat-Lin, and isolated ,, by the double usual cotton sheath. The bobiiio made up of <B> 50 </B> yarns is surrounded by a ru- garment of varnished canvas <B> 51, </B> and in the groove, an interior trim is provided <B> 52 </B> and a -cale 47.
Multiple coils of (.u Ceure are used in low power motors, where the use of conductors of large rectangular cross section becomes difficult due to the small section of the grooves.
In fig. <B> 5, 6 </B> and <B> 7, </B> the thickness of the insulation has been exaggerated, in order to be able to represent it more clearly.
As regards the conductors -of rectangular cross-section (fig. <B> 5 </B> and <B> 6), </B> these are arranged -as above, so that each (Can can pass its heat to the greatest possible extent <B> to </B> the wall of the groove without making it squeeze <B> through </B> through adjacent conductors, and by passing it <B> to </B> pass a minimum thickness of insulating material. In this way, there will only be two -conductors located side <B> to </B> side <B> to </B> the same depth radial in the groove.
The shape of the cross-section of the -conductors is chosen so that for a reasonable depth of the groove, the area of each -conductor located against the wall of the groove is as close as possible to the same area as the corresponding area of each of the. other -conductors in the groove, and be as large as possible.
It goes without saying that other arrangements of eonductors with a rectangular section groove can be used than those shown in FIGS. <B> to </B> and <B> 6. </B> For example, the conductors can be arranged one above the other, in a single row, if this is <B> judged </B> covertable.
In the case of multiple coils (fig. <B> 7). </B> the spaces between the conductors of circular cross section are filled as much as possible with an insulating material of good thermal conductivity.
Thanks to the better heat exchange of the groove conductors, which can be obtained by the use of conductors of rectangular cross section, as mentioned above, it is preferable to employ such conductors of rec tangular cross section in motors of smaller size. that this has not generally been done in practice so far.
With regard to the current insulating material for the copper conductors in the. # Grooves, it is <B> to </B> in general use in practice, to be employed in industrial motors of the kind. <B> one </B> matter, fibrous materials ordinarily consisting of cotton sheaths and pressed cardboard groove linings.
Such isolation is frequently referred to as being impregnated, but the impregnation <B> 9, </B> has heretofore been carried out simply by immersion with or without the use of a moderate vacuum. , and since then, research and also tests have shown that, the depth of penetration of the impregnation material into the insulating material is very small and that considerable quantities of trapped air still remain in the insulation. material, the thermal conductivity having approximately the low value of <B> 0.000t) </B> watts per oni;
# by degree centigrade between the copper and <B> </B> iron faces, taking the entire insulation, <B> namely </B> the cotton sheaths, the air spaces and the gaskets pressed cardboard grooves.
It has been found that by carrying out the impregnation as carefully as possible to expel the air, for example by employing a comparatively high # n vid (#), the thermal conductivity of the entire insulation can be increased. up to 0.0004 <B> to </B> 0.002 watts or even more per cm3 per <B> the <I> C </I> </B> of, difference <B> of </B> temperature between said faces.
It goes without saying that the isolation described with reference to FIGS. <B> 5, 6 </B> and <B> 7, </B> and impregnated as above, described, are only given as examples of suitable materials and arrangements which may be For ( the conductors (the rectangular section, for example we have successfully used <B> the </B> mica and printed paper (r <B> '</B>, Me. There will be 6vidf -, half point of cardboard pressed around the winding heads, which are usually surrounded by c # nvt-, Ioppes (l, # strips of cotton impregnated and whose surface can be enameled.
Considering the motor with armature <B> â </B> squirrel face shown <B> in </B> in fig. 2, and coD.- tru. it -as described above, an engine of <B> 100 </B> HP, <B> at 50 </B> periods per second, with 4 blades and key- able to run <B> at </B> a speed of 1440 revolutions per minute, may have the following dimensions:
The stator body sheets 12 (fig. <B> 3) </B> will have an outside diameter of 49 cm and an inside diameter of <B> 30.67 </B> cm, each sheet having - in all forty-eight grooves or notches 40, evenly distributed, each of which is <B> 3.05 </B> cm deep and 1.2 cm wide. There will <B> there </B> will be sixty <B> air </B> ducts - of circular section 20 - of a diameter of <B> 1.59 </B> cm and uniformly distributed with their centers located on a circle with a diameter of 43.5 cm.
The rotor body sheets (fig. 4) will be provided with fifty-seven grooves or notches 42, one <B> "</B> if thoroughly repaired, and each -of a depth of 0.84 cm. and a width of 0.84 -cm.
The diameter of the <B> air </B> air ducts of circular section <B> 23 </B> will be <B> 1.59 </B> cm and their number will be <B> 19, </ B > aces conduits being uniformly distributed in each of the three crowns of conduits, with their centers situated on circles having diameters of <B> 15.22 </B> cm, <B> 19 </B> -cm and 22.4 cm, respectively.
The outer diameter <B> of </B> each rotor leaf (fig. 4) will be <B> 30.67 </B> cm gross, being reduced. by machining7 <B> to </B> approximately <B> 30.56 </B> cm for the finished engine, so that an air gap of approximately <B> 0.5 </B> mm is obtained. The inner diameter of the rotor sheets shall be <B> 10.17 </B> üm. The length of the motor core will be 14.6 cm.
Note that <B> y </B> has three less cooling ducts in the rotor than in the stator, so that the rotor has a slightly smaller cooling surface and we note that the cooling of the eator and of the rotor is proportioned approximately in dependence on the heat which must be removed from these parts respectively.
The main dimensions of the <B> 31 </B> fan (fig. 2) are as follows: Its blades have a width of <B> 6.67 </B> cm and are mounted so that the outer diameter - fan height is 18 inches. The assembly ring 34 has an inner diameter of <B> 38.25 </B> -cm. The radius of curvature of the curved disc <B> 35 </B> is in its central part of <B> 8.56 </B> cm, the outer part being in a radial or transverse plane <B > to </B> the axis of the fan, while the inner part or part-hub is substantially frustoconical with a large diameter of 14 -cm and a small diameter of 11.2 cm.
The edges <B> 33 </B> of the blades are inclined <B> at </B> an angle of <B> 10 '</B> with respect to said radial plane. <B> There are </B> <B> 19 </B> vanes equally distributed.
The weight of the complete engine is 422 <B> kg, </B> so that the power-to-weight ratio is <B> 0.236 </B> HP per kilogram of weight.
In a <B> 100 </B> HP engine, similar <B> to </B> those sold in <B> 1928, </B> the outer diameter, dustator was <B> 56 </B> cm, the diameter <B> to </B> the hell of 40.6 cm and the internal diameter of the rotor of 25.4 cm, the length of the core being, <B> 19 </B> cm. It will thus be possible to appreciate that in <B> de- </B> the introduction of the cooling ducts in the core, the main dimensions, the dimensions of this engine having the same power are found considerably. reduced.
An interesting comparison can also be made between the outside and inside diameters of the ideal motor core and of an engine similar <B> to </B> those sold in <B> 1928 </B> and having <B> to < / B> the hell the same diameter of 30.48 cm, the power remaining out of consideration. In the earlier engine, the outside diameter of the core was 42 cm and the inside diameter of the core was 20.3 -cm.
Another interesting comparison can be made with an engine with similar destator frame dimensions and built in <B> 1928. </B> The output of this engine was 45 HP and the weight <B> 363 kg , </B> the ratio between power and weight was thus 0.124 HP per kilogram of weight. Thus, for the same <B> dimensions of the frame, the power of the described motor is increased by 122%, compared to an increase of approximately <B> 16% of the </ B > weight.
In the motor described, there are <B> 500 </B> ampere-turns per cm from the periphery to the air gap. while <B> y </B> has <B> 256 </B> in the typu <B> 1928, </B> engine just considered. In the motor described, <B> 0.67 </B> watts of heat are transmitted <B> to </B> every cm 'of groove surface for a temperature increase of 40 <B>' C . </B> Comparison of <B> 0.85 </B> watts in the type <B> 1928 </B> engine mentioned.
As other results obtained, we can cite -that in a motor <B> with </B> induction <B> at 50 </B> periods per second, having multiple coils, built with the, given, above , the measured flow rate is <B> 27 </B> HP <B> at </B> 1440 revolutions per minute, the weight of <B> 150 kg </B> - and, consequently, the ratio between the powerful and the weight of <B> 0.181 </B> HP per kilo, of weight.
In an engine with a similar frame, sold in <B> 1928, </B> the flow was <B> 12.5 </B> HP and the weight <B> 127 kg, </B> the ratio between power and weight - thus being <B> 0.098 </B> HP per kilo <B> the </B> weight.
It follows therefore that for the same frame dimensions, the power is increased by <B> 116% </B> in comparison with a weight increase of less than <B> 18%. </B> In the motor described above, it <B> <I> y </I> 9, 315 </B> ampere-revolutions per cm from the periphery of the hell against <B> 230 </B> in the motor mentioned model <B> 1928. </B> In the motor described, <B> 0.181 </B> watts of heat are transmitted <B> to </B> each square meter of groove area for an increase in temperature of 40 <B> 'C </B> against <B> 0.051 </B> -watts in the engine model <B> 1928. </B>
The dimensions of the main parts of a motor with <B> to </B> collector ring armature and four poles, for <B> 100 </B> TIP -and <B> 50 </B> period of parseconds ( fig. <B> 1), </B> which should run <B> at </B> 1440 revolutions per minute, can be in general the same as those indicated above for the motor with armature <B> at < / B> squirrel cage shown <B> to </B> in fig. 2, <B> to </B> with the exception of the grooves 41 in the rotor body, the number of which may be, for example, forty-eight., Evenly distributed and each having a depth of 4,
57 cm and a width of <B> 1.03 </B> cm.
As other results obtained, it can be stated that, in an <B> to </B> induction motor with & s multiple coils, which has been constructed expftimentally, the measured flow rate is <B> -à </B> 11P for 1420 revolutions per minute, the weight of 41.2 <B> kg, </B> and the ratio between 'la. power and <B> the </B> weight, therefore, of 0.122 HP per kilogram of weight. In an engine with a similar frame, sold in <B> 1928, </B> the flow was <B> 3 </B> HP and the weight was 40.8 <B> kg, </B> hence The result is a ratio of power to weight of <B> 0.7.36 </B> HP per kilogram of weight.
In the aforementioned <B> to </B> HP engine, <B> there are </B> a 25t) ampere-turns per cm against <B> 173 </B> in the model <B engine > 1928. </B> In the motor described, <B> 0.127 </B> watts of -heat are transmitted <B> to </B> each of the groove surface for an increase in temperature of 40 <B> 'C </B> - against <B> 0.068 </B> watts in the engine model <B> 1928. </B>
<B> A </B> in fig. <B> 8, </B> we have shown the curves of the HP reported on the weights of different motors <B> at </B> different energies. The area between the curves <B> A </B> and B show approximately the relationships between the power and the weight of engines, of different brands, seen in <B> 1928. </B> The area between the curves C and <B> D </B> indicate approximately the general increase,
of the power-to-weight ratio that can be obtained by the present invention to the power-to-weight ratios of engines sold in <B> 1928, </B> as indicated by the area between the curves <B> A </B> and B. The curve <B> D </B> shows approximately the ratios between <B> the </B> power and the weight - of engines <B> at </B> different powers, which have presently been constructed according to <B> the </B> present invention, and which have been fully tested. The <B> D </B> curve indicates an improvement of more than <B> 100%, </B> except for engines of approximately <B> 10 </B> HP and less, on the average ratios of the aforementioned <B> 1928 </B> model engines.
These motors (curve <B> D) </B> -have high safety features from a mechanical, thermal, electrical and pneumatic point of view. and it is <B> to </B> observed that the <B> D </B> curve does not represent an upper limit for the improvements which can be obtained.
Thus, in the particular cases of engines used for example in a very pure atmosphere or in very cold climates, or in refrigeration installations, or when there is an increase in temperature of more than 40 <B> '</B> <B> C </B> is permissible, or when inferior safety factors are accepted, the improvement in the power-to-weight ratio can still be considerably increased.
above the values indicated by the curve <B> D. </B> <B> A </B> in fig. <B> 8, </B> the stiffness of the curves # increasing with the power - and the weight - is due -, you make that the ratio between the power and the weight -of motors falls for small powers, despite the relatively higher current densities, which can be used in such motors.
As mentioned above, the current density employed here is considerably higher than that ordinarily in vogue for motors sold in <B> 1928. </B> FIG. <B> 9 </B> of the, drawing indicates approximately in the area between curves <B> A </B> and B, the current <B> </B> densities employed in the stator windings of motors sold by different bricks, in <B> 1928. </B> The allowable density of core obviously varies with the size and power of the engine, as indicated above. So.
the current density is higher for small motors than for larger motors, due to the greater capacity - radiation or natural heat dissipation, of small motors, although the electrical, mechanical and tire efficiency - inatic condition of small motors must necessarily fall with the weight. <B> A </B> fig. <B> 9, </B> the area between curves C and <B> D </B> indicates approximately the increase in density, current (hi stator, which can be used in motors built according to the present invention,
on current densities in vogue in motors sold in <B> 1928, </B> as indicated by curve B. Curve <B> D </B> indicates stator current densities, used in these engines of different powers, which have been currently built according to the present invention -and which have been fully tested. The engines according to the invention (curve <B> D) </B> have, as mentioned above, high safety factors, and it goes without saying that the curve <B> D </B> does not represent a upper limit, of the increase in current density that can be used.
As mentioned above, the flow of air & cooling through the engines according to the invention is considerably more important than heretofore, and it may be instructive to indicate the increase -of <B> P- </B> air flow within the meaning of the present invention.
Thus, with reference to <B> to </B> la, fig. <B> 10, </B> whose curves correspond <B> to </B> those of fig. <B> 8 </B> and <B> 9, </B> the area between curves -4 and B indicates the air pressures represented in centimeters, of water column being established in- c1e ## motors of -different powers, sold (-ii <B> 1928, </B> while the area between the curves <B> C </B> and <B> D </B> indicates approximately the increase in pressure which is achieved in the initiators according to the present invention.
The <B> D </B> curve indicates the air pressures employed in a series of engines which have been built today with a high safety factor.
It is <B> to </B> to mention that by employing fans - scientifically constructed with properly curved and established vanes, discharge diffusers and similar means or by employing more than one ventilator - in an engine, or even by employing a separate air delivery device has:
, associated with the engine, the pressures represented by the curve <B> D, in </B> in fig. <B> 10, </B> can be further increased, without major difficulties, so as <B> </B> to obtain a considerable improvement in the ratio between power and <B> le </B> weight of the motor despite the increased mechanical friction of the fan, provided that the above-described means are employed to remove heat to an appropriate extent from the copper conductors.
All of the above amounts to <B> </B> saying that <B> the. </B> air ducts provided at least in the engine sfiitor must be so numerous and so narrow and the <B> ventilation </B> air velocity so high that the product of the total area of the <B> air </B> air ducts in square mUrus and the air speed in meters per second is of the order of magnitude <B> of </B> at least 1.4 of the dissipation constant, and that] #i -thermal conductivity of the channel insulation and the arrangement of es drivers claw- ce # ll,
these must be chosen in such a way that the heat transmission of the groove conductors, intended <B> to </B> receive a coiitor; <B> at </B> high density, with the iron takes place without causing an exceeding of the elevation of c1i- <B> 1 </B> their admissible, always taking care that this heat transmission corresponds most exactly possible <B> to </B> the heat dissipation produced by the cooling air