Dispositif moteur sans collecteur, notamment pour instruments de mesuu@ La présente invention a pour objet un dispositif moteur sans collecteur, notamment pour instruments de mesure; il est susceptible d'être utilisé pour entretenir le mouvement d'un balancier circulaire de montre, par exemple, mais il peut aussi être monté dans d'autres appareils tels 'que galvanomètres, instruments de mesure électriques, relais sen sibles, ete.
Ce dispositif moteur est caractérisé par le fait qu'il comprend un anneau fixe de haute perméabilité magnétique; d'hystérésis négli geable et à très faibles pertes, sur lequel est enroulé un certain nombre de spires de fil isolé, groupées en au moins deux bobines iden tiques diamétralement opposées, et un induc teur aimanté mobile, monté coaxialement à cet anneau.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quatre formes d'exécution de l'ob jet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en plan de la pre mière forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en plan de la seconde forme d'exécution.
La fig. 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la fig. 2.
Les fig. 4 et 5 sont des coupes axiales des deux dernières formes d'exécution.
Le dispositif moteur sans collecteur repré senté à la fig. 1 est à deux pôles. Il comprend deux bobines 1 branchées en opposition, enrou- lée,-, autour d'un anneau 2 fixé à une platine 3 en matière non magnétique: laiton, alumi- nium, matière plastique, etc. Lorsque les bo bines 1 sont parcourues simultanément par un.
même courant continu, elles fournissent deux demi-flux 4 dont le sens est donné par les flèches 5, et qui créent sur l'anneau 2 deux pôles N et S diamétralement opposés. L'an neau 2 est de préférence constitué de rondelles en tôle mince ou établi en poudre magnétique frittée. Un aimant droit permanent 6, soli daire par exemple<B>du</B> balancier (non repré senté) d'une pièce d'horlogerie ou d'un organe indicateur d'un instrument de mesure, pivote autour dé l'axe 7 passant parle centre de l'an neau 2.
Le second exemple représenté au dessin (fig. 2 et 3) est analogue au précédent, mais comprend quatre pôles. Quatre bobines 1 sont enroulées sur l'anneau 2 et alimentées de telle façon que les flux successifs 4 qu'elles créent le long de l'anneau 2 soient de sens inverses, comme l'indiquent les flèches 5. L'anneau 2 est ici constitué de rondelles en tôle mince, tenues ensemble au moyen de rivets 8, mais ces rondelles pourraient aussi être collées au ver nis.
L'aimant permanent 9 a la forme d'une croix et présente quatre pôles alternés, comme l'indique la fig. 2.
Dans les deux exemples précédents, l'an neau 2, fait par exemple en Anhyster , pré sente une haute perméabilité magnétique, une hystérésis négligeable et de très faibles pertes. La réluctance du circuit magnétique (non représenté) de l'aimant permanent est cons tante, c'est-à-dire indépendante de sa position par rapport à l'anneau portant le bobinage.
Si l'aimant mobile est astreint par un ressort à occuper une position déterminée lorsque le bobinage n'est parcouru par aucun courant, l'aimant reviendra toujours, par suite des pro priétés magnétiques de l'anneau, à sa position initiale, quelle que soit la. cause qui l'a dé placé.
Le bobinage enroulé directement sur l'an neau 2 peut être constitué d'un très grand nombre de spires d'un fil aussi fin qu'on le voudra, et cela sans difficulté pour l'opéra teur, puisque le support est rigide.
Ceci est particulièrement intéressant pour les très pe tites puissances requises dans les montres élec triques et pour les instruments de mesure (millivoltmètres et milliampèremètres en par ticulier) mettant en jeu des forces très petites avec des courants très faibles circulant dans des fils extrêmement fins.
Le bobinage peut comprendre autant de paires de bobines mises consécutivement en opposition les unes par rapport aux autres pour constituer autant de paires de pôles que l'on voudra.
L'inducteur, constitué par un aimant per manent de grande force coercitive, comme ceux que l'on trouve actuellement sur le mar ché, est placé à l'intérieur de l'anneau 2, de telle sorte que celui-ci embrasse pratiquement la totalité du flux émis par l'aimant. Etant parfaitement centré à l'intérieur de l'anneau, l'aimant n'aura aucune position préférentielle par rapport au bobinage quand celui-ci ne reçoit aucun courant.
L'anneau 2 constitue un écran magnétique contre l'action de tout champ extérieur, car il capte pratiquement la totalité du flux émis par l'aimant, de telle sorte que le champ dans l'entrefer ne peut pas être troublé.
Si l'aimant possède plus d'une paire de pôles, il devient astatique, donc complètement indifférent à tout champ magnétique exté rieur, en particulier au champ terrestre.
L'aimant inducteur central pourrait avoir la forme d'un cylindre coaxial à l'anneau 2, et comporter autant de paires de pôles que l'on voudra; le nombre de ces paires sera, en généras, égal au nombre de paires de bobines induites 1.
L'emploi d'un dispositif à plusieurs paires de pôles sera particulièrement intéres sant lorsqu'on voudra obtenir de grands cou ples sur de faibles déplacements angulaires, dans les relais par exemple, ou dans les hor- loges ou montres électriques dans lesquelles on cherche à avoir de fortes impulsions de courte durée et à se soustraire au champ terrestre, ou dans les moteurs à faible vitesse angulaire (moteurs synchrones pour courant alternatif).
Lorsque le dispositif moteur est destiné à être monté dans un instrument de mesure électrique, à courant continu, on obtiendra. sans difficulté la proportionnalité des dévia tions avec le courant, par une répartition uni forme sur l'anneau des spires du bobinage. En revanche, si l'on désire un grand couple avec un faible déplacement angulaire - pour des relais par exemple - on pourra concentrer le bobinage en face des pôles de l'aima-nt. Dans les instruments de mesure électrique, on pourra obtenir telle échelle que l'on voudra, en agissant uniquement sur la répartition du bobinage (échelle dilatée au centre ou, au con traire, aux extrémités), sans toucher aux cotes du circuit magnétique (aimant et anneau).
Le dispositif décrit est extra-plat. Il per met d'obtenir au besoin un déplacement angu laire voisin de 180 .
L'entrefer peut être choisi relativement petit, d'où augmentation du champ et de la sensibilité, d'une part, et plus grande faci lité de fabrication, d'autre part.
Il est en outre possible de réaliser un amor tisseur efficace des oscillations de l'équipage mobile (aimant), dans les instruments de me sure électrique munis d'un ressort de rappel, par un bobinage auxiliaire fermé sur lui-même et formé, par exemple, d'un ruban de cuivre nu enroulé directement sur l'anneau fixe.
Pour que le fonctionnement du dispositif décrit soit intéressant, il convient a) d'employer des aimants à très grande force coercitive ou d'avoir un champ induc teur intense; b) d'utiliser pour l'anneau des tôles minces ou des fils fins de haute perméabilité magné tique et d'hystérésis négligeable, des poudres magnétiques frittées ou des composés d'oxydes de fer tels qu'on les emploie dans les trans formateurs à haute fréquence.
On pourra au besoin fractionner l'anneau magnétique en deux parties égales et semi- cylindriques pour faciliter le bobinage sur des montages simples, sans avoir à utiliser des machines spéciales pour le bobinage de tores, qui devient difficile quand le diamètre des tores est très petit. Ce cas est précisément illustré dans les fig. 1 et 2, où les lignes in terrompues 10 représentent la coupure de l'anneau.
Il est clair. que le dispositif décrit, s'il est alimenté en courant continu, ne peut fournir un couple utile que sur une fraction de tour (maximum 180 pour un dispositif bipolaire, 90 pour un dispositif tétrapolaire, etc.), car dès que l'axe magnétique de l'aimant coïncide avec celui des pôles de noms contraires créés par le passage du courant dans le bobinage, le couple devient nul et s'inverse si le mouve ment continue dans le même sens.
Alimenté en côurant alternatif, et lancé au préalable, le dispositif peut constituer un mo teur synchrone de construction très simple et qui peut être muni de dispositifs connus de démarrage automatique.
Par l'emploi des aimants modernes, de très grande puissance magnétique spécifique, on obtient un équipage mobile, constitué par l'ai mant lui-même, qui peut être très court et léger, tandis qu'on peut donner des dimensions beaucoup plus importantes au reste du circuit magnétique qui ferme le champ de l'aimant et sur lequel on dispose de toute la place que l'on désire pour placer le bobinages C'est de cette disposition que découlent les nombreux avantages énumérés ci-dessus.
Dans le cas où l'on n'est pas gêné par l'encombrement axial et où il n'est pas néces saire d'avoir un dispositif extra-plat, mais où l'on cherche le plus grand moment d'inertie possible, on peut disposer l'inducteur aimanté à l'extérieur de l'anneau, ce qui permet l'em- plo'i d'un aimant 11 de plus grandes dimen sions, donc de flux beaucoup plus important, comme le montre la fig. 4.
On peut aussi constituer l'anneau magné tique d'un -ruban de tôle de haute perméabilité, enroulé sur lui-même, et disposer en regard de chacune de ses faces latérales un aimant bi- ou multipolaire 12, comme le représente la fig. 5. Il va de soi que les deux aimants 12 sont solidaires l'un. de l'autre. Cette dispo sition aurait l'avantage de doubler l'utilisa tion du fil du bobinage, donc la puissance du dispositif.
Enfin, si l'on cherche à réduire l'entrefer, on peut denteler la surface de l'anneau située en regard de l'inducteur, à l'image des moteurs industriels, à induits à encoches dans les- quelles on place le bobinage. Dans ce cas, le pas dentaire de<B>là</B> dentelure sera une fraction de l'arc polaire de l'inducteur.
Le dispositif décrit peut être monté sans. difficultés dans des millivoltmètres sensibles, des pyromètres, fluxmètres ou photomètres, par exemple, à très faible résistance électrique, étant donné qu'on n'a pas à amener le cou rant à un bobinage mobile par l'intermédiaire de spiraux ayant une résistance relativement considérable par rapport à celle du bobinage, comme le cas se présente dans les instruments à cadre mobile,
ceux-ci étant par ailleurs de fabrication beaucoup plus délicate et plus coûteuse.
Dans toutes les formes d'exécution repré sentées comprenant un anneau bobiné fixe et un aimant mobile, on constate l'indépendance totale - par construction - de l'organe mo bile par rapport à l'organe fixe, de telle sorte que l'organe mobile peut accomplir dans un sens ou dans l'autre autant de révolutions qu'on le désire, contrairement à ce qui se passe dans un instrument à cadre mobile où le mouvement de celui-ci est limité à une fraction de tour par .la présence nécessaire du support du noyau central fixe d'une des masses po laires,
Motor device without a manifold, in particular for measuring instruments. The present invention relates to a motor device without a manifold, in particular for measuring instruments; it can be used to maintain the movement of a circular watch balance, for example, but it can also be mounted in other devices such as galvanometers, electrical measuring instruments, sensitive relays, ete.
This motor device is characterized by the fact that it comprises a fixed ring of high magnetic permeability; negligible hysteresis and very low losses, on which is wound a number of turns of insulated wire, grouped in at least two identical coils diametrically opposed, and a movable magnetic inductor mounted coaxially with this ring.
The appended drawing represents, by way of example, four embodiments of the object of the invention.
Fig. 1 is a plan view of the first embodiment.
Fig. 2 is a plan view of the second embodiment.
Fig. 3 is a section taken along line III-III of FIG. 2.
Figs. 4 and 5 are axial sections of the last two embodiments.
The motor device without collector shown in fig. 1 is two-pole. It comprises two coils 1 connected in opposition, wound, -, around a ring 2 fixed to a plate 3 in non-magnetic material: brass, aluminum, plastic, etc. When coils 1 are simultaneously traversed by a.
same direct current, they provide two half-flows 4, the direction of which is given by arrows 5, and which create on ring 2 two diametrically opposed N and S poles. Ring 2 is preferably made of thin sheet metal washers or made of sintered magnetic powder. A permanent right magnet 6, integral for example <B> of the </B> balance (not shown) of a timepiece or of an indicator member of a measuring instrument, pivots about the axis 7 passing through the center of ring 2.
The second example shown in the drawing (fig. 2 and 3) is similar to the previous one, but includes four poles. Four coils 1 are wound on the ring 2 and fed in such a way that the successive flows 4 that they create along the ring 2 are in opposite directions, as indicated by the arrows 5. The ring 2 is here consisting of thin sheet washers, held together by means of rivets 8, but these washers could also be glued to the screw.
The permanent magnet 9 has the shape of a cross and has four alternating poles, as shown in fig. 2.
In the two preceding examples, ring 2, made for example of Anhyster, exhibits high magnetic permeability, negligible hysteresis and very low losses. The reluctance of the magnetic circuit (not shown) of the permanent magnet is constant, that is to say independent of its position with respect to the ring carrying the coil.
If the moving magnet is forced by a spring to occupy a determined position when the winding is not carrying any current, the magnet will always return, due to the magnetic properties of the ring, to its initial position, whatever be there. cause that moved him.
The coil wound directly on the ring 2 can be made up of a very large number of turns of a wire as fine as desired, and this without difficulty for the operator, since the support is rigid.
This is particularly interesting for the very small powers required in electric watches and for measuring instruments (millivoltmeters and milli-ammeters in particular) involving very small forces with very weak currents flowing in extremely fine wires.
The coil can include as many pairs of coils placed consecutively in opposition to each other to form as many pairs of poles as desired.
The inductor, consisting of a permanent magnet of great coercive force, like those currently on the market, is placed inside the ring 2, so that the latter practically embraces the all of the flux emitted by the magnet. Being perfectly centered inside the ring, the magnet will have no preferential position with respect to the winding when the latter receives no current.
The ring 2 constitutes a magnetic screen against the action of any external field, because it captures practically all of the flux emitted by the magnet, so that the field in the air gap cannot be disturbed.
If the magnet has more than one pair of poles, it becomes astatic, therefore completely indifferent to any external magnetic field, in particular the earth's field.
The central inductor magnet could have the shape of a cylinder coaxial with the ring 2, and include as many pairs of poles as one wishes; the number of these pairs will be, in generas, equal to the number of pairs of induced coils 1.
The use of a device with several pairs of poles will be particularly interesting when it is desired to obtain large torque on small angular displacements, in relays for example, or in the clocks or electric watches in which one seeks to have strong pulses of short duration and to escape the earth's field, or in motors with low angular speed (synchronous motors for alternating current).
When the motor device is intended to be mounted in an electrical measuring instrument, direct current, it will be obtained. without difficulty the proportionality of the deviations with the current, by a uniform distribution on the ring of the turns of the winding. On the other hand, if you want a large torque with a low angular displacement - for relays for example - you can concentrate the winding opposite the poles of the magnet. In electrical measuring instruments, we can obtain such scale as we want, by acting only on the distribution of the winding (scale expanded in the center or, on the contrary, at the ends), without affecting the dimensions of the magnetic circuit (magnet and ring).
The device described is extra-flat. It makes it possible to obtain, if necessary, an angular displacement close to 180.
The air gap can be chosen to be relatively small, hence increasing the field and the sensitivity, on the one hand, and greater ease of manufacture, on the other hand.
It is also possible to achieve an effective shock absorber of the oscillations of the moving assembly (magnet), in electrical measuring instruments provided with a return spring, by an auxiliary winding closed on itself and formed, by example, a bare copper tape wound directly on the fixed ring.
In order for the operation of the device described to be interesting, it is advisable to a) use magnets with a very high coercive force or to have an intense inductive field; b) to use for the ring thin sheets or fine wires of high magnetic permeability and negligible hysteresis, sintered magnetic powders or compounds of iron oxides as used in transformers to high frequency.
If necessary, the magnetic ring can be divided into two equal and semi-cylindrical parts to facilitate winding on simple assemblies, without having to use special machines for winding toroids, which becomes difficult when the diameter of the toroids is very small. . This case is precisely illustrated in figs. 1 and 2, where the broken lines 10 represent the cut of the ring.
It's clear. that the device described, if it is supplied with direct current, can only provide a useful torque over a fraction of a turn (maximum 180 for a bipolar device, 90 for a tetrapolar device, etc.), because as soon as the axis magnetic field of the magnet coincides with that of the poles of opposite names created by the passage of the current in the winding, the torque becomes zero and is reversed if the movement continues in the same direction.
Supplied with alternative heat, and started beforehand, the device can constitute a synchronous motor of very simple construction and which can be provided with known automatic starting devices.
By the use of modern magnets, of very high specific magnetic power, we obtain a mobile assembly, formed by the mant itself, which can be very short and light, while we can give much larger dimensions. to the rest of the magnetic circuit which closes the field of the magnet and on which we have all the space we want to place the windings It is from this arrangement that the many advantages listed above arise.
In the case where one is not hampered by the axial bulk and where it is not necessary to have an extra-flat device, but where one seeks the greatest possible moment of inertia, the magnetic inductor can be placed outside the ring, which allows the use of a magnet 11 of larger dimensions, and therefore of much greater flux, as shown in FIG. 4.
It is also possible to constitute the magnetic ring of a strip of high permeability sheet metal, rolled up on itself, and to have a bi- or multipolar magnet 12 opposite each of its lateral faces, as shown in FIG. 5. It goes without saying that the two magnets 12 are integral with one another. the other. This arrangement would have the advantage of doubling the use of the wire from the winding, and therefore the power of the device.
Finally, if one seeks to reduce the air gap, one can indentate the surface of the ring located opposite the inductor, like industrial motors, with indentations with notches in which the winding is placed. . In this case, the tooth pitch of <B> there </B> serration will be a fraction of the pole arc of the inductor.
The device described can be mounted without. difficulties in sensitive millivoltmeters, pyrometers, fluxmeters or photometers, for example, with very low electrical resistance, since one does not have to bring the current to a moving winding by means of hairsprings having a relatively resistance considerable compared to that of the winding, as is the case in instruments with movable frame,
these being moreover much more delicate and more expensive to manufacture.
In all the embodiments shown comprising a fixed coiled ring and a moving magnet, there is total independence - by construction - of the moving organ with respect to the fixed organ, such that the organ mobile can accomplish in one direction or the other as many revolutions as desired, unlike what happens in an instrument with a movable frame where the movement of the latter is limited to a fraction of a turn by the presence. necessary for the support of the fixed central core of one of the weight masses,