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" Dispositifs d'asservissement, ±* amplification de couple et de télécommande à courant alterna- tif monophasé ".
La présente invention concerne des moteurs électriques alternatifs monophasés à collecteur, particulièrement des moteurs à répulsion ou analogues, dont le stator est mobile et dont les deux balais en court-circuit sont montés sur un support mobile, associés à des trains d'engrenages solidarisant le mouvement du rotor et l'un des précédents dans le sens convenable pour obtenir un asservissement.
Elle concerne également ces mêmes moteurs dans lesquels la rotation du champ inducteur est obtenue, non par la mobilité du stator, mais par des procédés électriques, le
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train d'engrenages solidarisant le mouvement du rotor et celui du support des balais comme précédemment.
L'invention vise en outre l'application desdits moteurs à des dispositifs d'asservissement, d'amplification de couple et de télécommande dans lesquels ils entrent en combinaison et ces dispositifs eux-mêmes. Lesdits dispositifs peuvent être associés à d'autres mécanismes ne faisant pas partie de l'invention, les modalités d'accouplement, par contre faisant partie intégrante de l'invention.
Selon un mode de réalisation et une application de l'invention, le moteur asservi qui en fait l'objet élémentaire constitue le récepteur d'une télécommande synchrone, le stator étant fixe et tripolaire à enroulements répartis et donnant un champ tournant parallèle au champ du transmetteur, le train d'engrenages susvisé solidarisant axe du rotor et axe des balais, le mouvement du rotor du transmetteur étant recopié par l'axe des balais.
S'appliquant à des télécommandes à fortes puissances, le moteur asservi de puissance du type de l'invention est alimenté directement en courant alternatif monophasé au travers de selfs à noyau magnétique à haute perméabilité, chaque self correspondant à un bobinage inducteur comportant un bobinage supplémentaire parcouru par le courant circulant dans le bobinage homologue du transmetteur.
Dans une variante du dispositif précédent, les bobina- ges supplémentaires des selfs d'alimentation du moteur récepte@@ synchrone comprennent deux demi-bobines dont une extrémité est reliée à chacun des deux pales d'une batterie ou d'une source continue, l'extrémité commune desdites demi-bobines étant alimentée par le courant circulant dans chacune des
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trois sections identiques décalées de 120 degrés d'un @ potentiomètre alimenté lui-même par deux curseurs diamétralement opposés et reliés chacun à l'un des pôles de la batterie ou de la source.
S'agissant de télécommande de grande puissance d'un moteur distinct du moteur asservi faisant l'objet de l'invention, l'axe du rotor de ce dernier moteur manoeuvre la commande de vitesse du moteur de puissance et le rotor de celui-ci commande l'arbre des balais du moteur de télécommande directe
Dans un mode de réalisation de l'invention concernant des mécanismes automatiques transformant un mouvement entrant en un mouvement sortant fonction déterminée du premier et ayant une valeur imposée, le mouvement imposé est introduit à l'entrée du moteur asservi sur le stator mobile (ou sur le champ inducteur électriquement mobile) ou sur l'arbre des balais, l'arbre du rotor fournit le mouvement entrant du mécanisme transformateur et le mouvement sortant de ce mécanisme est appliqué à l'arbre des balais ou au stator mobile;
le rotor tourne jusqu'à ce que mouvement sortant et mouvement imposé soient identiques.
L'invention sera décrite --ci-dessous en détails dans différents exemples de réalisation et d'application, en relation avec les dessins annexés dans lesquels :
La figure I représente un schéma électrique du moteur à répulsion du type connu et la figure 2 la courbe figurative du couple de ce moteur en fonction de l'angle de décalage de la ligne des balais par rapport à l'axe du champ inducteur;
La figure 3 et la figure 4 représentent des moteurs asservis du type de l'invention;
La figure 5 représente un moteur à répulsion dont le stator et l'axe des balais sont tous deux mobiles;
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Les figures 6 et 7 représentent des amplificateurs de couple du type de l'invention;
La figure 8 représente schématiquement un moteur à répulsion du type de l'invention à stator tripolaire à enroulements répartis;
La.figure 9 représente une télécommande dont le transmetteur est du type connu et le récepteur est un moteur asservi conforme à l'invention et du type de la figure 8.
Les figures 10 et 11 représentent des télécommandes à forte puissance dont les transmetteurs sont des types connus et dont les récepteurs conformes à l'invention sont alimentés par du courant alternatif monophasé à travers un système de selfs, l'ensemble des récepteurs et des systèmes d'alimenta- tion constituant des dispositifs spécifiques de l'invention;
La figure 12 représente un dispositif de télécommande le moteur asservi, objet de l'invention, asservissant un moteur plus puissant d'un type quelconque et étranger à l'invention, le mode d'accouplement étant spécifique de l'invention.
La figure 13 représente un dispositif de dégrossissage du moteur d'un circuit de précision comportant le moteur et les accouplements de l'invention;
La figure 14 et la figure 15 représentent l'insertion du dispositif objet de l'invention, moteurs et accouplement, dans des mécanismes automatiques complexes de transformation de mouvement.
La description qui suit est faite en considérant des moteurs électriques monophasés à collecteur du type connu à répulsion; mais il demeure entendu que l'invention s'étend aux montages et applications ou. ce type de moteur est remplacé par un autre type de moteur électrique alternatif à collecteur.
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La figure I représente un moteur électrique à répulsion qui comporte un stator bipolaire I et 2, à enroulements répartis ou non, et un induit bobiné 3 avec collecteur 4.
Sur ce collecteur frottent deux balais 5 en court-circuit, diamétralement opposés. Le stator est alimenté en courant alternatif monophasé et le couple moteur dépend de l'amgle de calage des balais par rapport au champ inducteur. Le couple est nul si la ligne des balais est parallèle au champ inducteur et, au voisinage de cette position, le couple varie à peu près proportionnellement à l'angle. On a représenté sur la figure 2 la courbe figurative du couple en fonction de cet angle.
La figure 3 montre un premier montage électromécanique d'asservissement conforme à l'invention.
Les balais sont montés sur un support mobile 6 pouvant tourner autour de l'axe du collecteur 7 et le support 6 est entraîné par le mouvement du rotor au moyen d'un train d'engrenages démultiplicateur de telle sorte que, quand le rotor tourne dans un sens, le support tourne en sens inverse.
Sur la figure 3, ce train d'engrenages comprend deux pignons 8 et 9, deux pignons coniques 10 et 11 et la vis sans fin 12 qui engrène sur une couronne circulaire portée par le support 6, dans ce cas, la transmission du mouvement de l'axe 7 au support 6 est irréversible ce qui peut être à rechercher dans certains cas ; pourrait évidemment prendre tout système d'engrenages réversible ou non, pour reporter dans le sens convenable le mouvement de l'axe 7 au* le support 6. Si la ligne des balais est parallèle au champ inducteur, aucun couple ne s'exerce sur le rotor et le moteur ne tourne pas.
Si la ligne des balais est un peu décalée à droite, le rotor
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@ va se mettre à tourner à droite et va ramener, par l'inter- médiaire du train d'engrenages, la ligne des balais vers la gauche jusqu'à ce qu'elle soit parallèle à la direction du champ inducteur. Si la ligne des balais est un peu décalée à gauche, le même processus se répète en sens inverse et la ligne des balais est encore ramenée dans la direction du champ. Le moteur associé au train d'engrenages réalise un dispositif d'asservissement qui ramène la ligne des balais dans la direction du champ inducteur, avec un couple proportionnel à l'angle que fait la ligne des balais avec la direction du champ.
La figure 4 représente un autre dispositif d'asservis- sement constitué des mêmes éléments, moteur et train d'engrenages différemment associés. Les balais sont fixes et le stator 3 est mobile autour de l'axe du rotor 14 grâce, par exemple, au cadre 13. Le stator est entraîné par le mouvement du rotor au moyen d'un train d'engrenages démulti- plicateur de telle sorte que, quand le rotor tourne dans un sens, le stator tourne dans le même sens. Ce train d'engrenages comprend, sur la figure 4, les deux pignons 15 et 16, les deux pignons coniques 17 et 18 et la vis 19 filetée dans le sens convenable ; train d'engrenages pourrait être diffé- rent, réversible ou non, à la condition d'être démultipli- cateur et de respecter les sens qui viennent d'être indiqués.
Deux bagues non représentées sur la figure amènent le courant au stator. Si la ligne des pôles est parallèle à la ligne des balais, aucun couple ne s'exerce sur le rotor et le moteur ne tourne pas. Si la ligne des pales est un peu décalée à droite, le rotor va se mettre à tourner à gauche et va ramener par l'intermédiaire du train d'engrenages la ligne
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des pôles vers la gauche jus qu'à ce qu'elle soit parallèle à la ligne des balais. Il y a lieu de noter qu'un tel mouvement n'est possible que grâce à la démultiplication du train d'engrenages. Si la ligne des pales est un peu décalée à gauche la même processus se répète en sens inverse et la ligne des pôles est encore ramenée sur la ligne des balais.
Le moteur associé au train d'engrenages réalise un dispositif d'asservissement qui ramène la ligne des pôles sur la ligne des balais avec un couple proportion- nel à l'angle que fait la ligne des pôles avec la ligne des balais
Les dispositifs d'asservissement ci-dessus décrits peuvent être transformés et utilisés en amplificateurs de couple. La partie principale, commune aux deux dispositifs d'amplification de couple qui vont être décrits est repré- sentée par la figure 5.
Sur le même axe 22 que le rotor d'un moteur à répulsion, se trouvent montés un support mobile de deux balais en court- circuit 21 et un stator mobile 23 alimenté par deux bagues non représentées. Il y a, dans ce moteur, 3 mouvements circulaires possibles : - rotation du rotor, - rotation du support des balais, - rotation du stator.
Ces mouvements peuvent être combinés de deux façons pour constituer un amplificateur de couple.
Le mouvement à amplifier en entraîne le stator, comme représenté sur la figure 6 et le rotor entraîne le support des balais au moyen d'un train d'engrenages démultiplicateur comme dans le premier montage d'asservissement décrit précédemment. Il est facile de voir que le rotor va tourner
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de façon que la ligne des balais soit en permanence parallèle à la ligne des pales du stator. Le mouvement du stator est donc recopié par le support des balais. Le couple de sortie disponible sur le support des balais est limité par la puis- sance du moteur et le rapport entre le couple de sortie et le couple à l'entrée sur le stator est égal au rapport de démultiplication du train d'engrenages.
Dans le second amplificateur de couple, le mouvement à amplifier en entraine le support des balais, comme repré- senté sur la figure 7, et le rotor entraîne le stator au moyen d'un train d'engrenages démultiplicateur comme dans le deuxième montage d'asservissement décrit précédemment. Il est facile de voir que le rotor va tourner de façon que la ligne des pôles du stator soit en permanence parallèle à la ligne des balais. Le mouvement du support des balais est donc reco- pié par le stator. Le couple de sortie disponible sur le stator est limité par la puissance du moteur et le couple à l'entrée sur la ligne des balais est égal au couple de frottement des balais sur le collecteur.
Le dispositif d'asservissement et d'amplification de couple de la figure 6, dans lequel le mouvement entrant est appliqué mécaniquement au stator mobile, peut être transformé de telle façon que la rotation du champ inducteur soit produite électriquement. Remplaçons le stator bipolaire par un stator tripolaire à enroulements répartis, comme représenté sur la figure 8. On sait qu'on peut obtenir un champ magnétique de direction variable en alimentant convena- blement les trois enroulements du stator, en les raccordant par exemple aux trois enroulements de l'appareil connu représenté sur la gauche de la figure 9 et comprenant un rotor Rt alimenté en courant alternatif monophasé et un
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stator tripolaire St1, St2, St3, les tensions induites dans ces trois enroulements étant fonction de la position du rotor Rt.
Ledit appareil connu est utilisé comme transmetteur et relié au moteur de la figure 8 par tois fils de ligne.
Les tensions induites dans le transmetteur vont produire, dans les trois enroulements Sr1, Sr2, Sr3 du stator du moteur, des courants engendrant un champ magnétique parallèle à la position du rotor du transmetteur, si les stators du trans- metteur et du moteur sont dans des positions homologues.
Le moteur asservie objet de l'invention, constitue ainsi un récepteur de télécommande.
Le fonctionnement est le suivant :
Si la ligne des balais est parallèle au champ inducteur, et par conséquent au rotor du transmetteur, aucun couple ne s'exerce sur le rotor du moteur et celui-ci ne tourne pas.
Si la ligne des balais est un peu décalée, le rotor du moteur va se mettre à tourner dans un sens tel qu'il ramène la ligne des balais en parallélisme avec le champ inducteur, donc avec le rotor du transmetteur. Si on imprime un mouvement au rotor du transmetteur, le moteur va tourner de telle sorte que la ligne des balais se maintienne en permanence parallèle à ce rotor. Le mouvement du transmetteur est donc transmis au support des balais du moteur réalisant ainsi une télécommande, l'énergie nécessaire étant empruntée au réseau électrique par l'intermédiaire du transmetteur.
La puissance de la télécommande qui vient d'être décrite est limitée par les dimensions du transmetteur et des câbles de liaison.
Pour des puissances plus grandes, on peut utiliser les dispositifs récepteurs de télécommande des figures 10 et 11 qui comprennent associés au récepteur de la figure 9
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@ des systèmes d'alimentation de ce récepteur par selfs à deux bobinages parcourus l'un par le secteur local, l'autre par le courant de ligne tenant du transmetteur, l'association desdite récepteurs et des systèmes d'alimentation constituant des récepteurs de télécommande à forte puissance expressément visés par la présente invention.
Dans la figure 10, les trois enroulements Sr1, Sr2, Sr3 du stator du moteur sont alimentés directement par le secteur au travers de selfs à noyau magnétique à haute perméabilité bl - b'1, b2 - b'2, b3 - b. Ces selfs comportent un bobinage supplémentaire BI - B'1, B2 - B2, B3 - B3 par- couru par le courant provenant du transmetteur. Le champ magnétique créé par ce courant s'ajoute ou se retranche suivant la phase au (ou du) champ magnétique dû au courant alimentant le moteur. Ce phénomène modifie l'impédance de la self et règle ainsi le courant alimentant chaque enroule- ment du moteur à une valeur proportionnelle à celle du courant correspondant du transmetteur et de même phase.
Le champ résultant du stator du moteur est ainsi parallèle à la position du rotor du transmetteur et le mouvement du trans- metteur va être recopié par le support des balais du moteur.
Le transmetteur et les câbles de liaison ne transmettent plus qu'une énergie très réduite par rapport à la puissance du moteur.
La figure 11 représente un dispositif récepteur de télécommande à alimentation locale analogue au précédent.
On remplace le transmetteur par un potentiomètre spécial alimenté en courant continu. Ce potentiomètre comprend trois sections identiques Pt1, Pt2, Pt3 décalées de 120 degrés et est alimenté en courant continu par deux curseurs diamétra- lement opposés. Les trois sections du potentiomètre sont
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reliées chacune au point commun des bobinages supplémentaires B1 - B'1, B2 - B'2, B3 - B'3 composés chacun de deux selfs intercalées dans le circuit de chacun des trois enroulements du stator du moteur. Les bobines Bl, B2, B3 sont reliées au pôle positif par exemple de la source continue; les bobines B'1, B'2, B'3 au pôle négatif.
La position des curseurs Cl C2 du potentiomètre détermine l'intensité du courant continu qui traverse chaque bobinage supplémentaire et, par suite de la modification de l'impédance de la self, l'intensité et la phase du courant alternatif alimentant chaque enroulement du moteur. Le champ résultant du stator du moteur est ainsi parallèle à la position des curseurs du potentiomètre et le mouvement de ces curseurs va être recopié par le support des balais du moteur.
Il y a lieu de noter que les selfs utilisées dans les deux montages des figures 10 et 11 peuvent être munies d'un troisième enroulement dit de réaction suivant un - schéma connu, cet enroulement étant branché aux bornes du circuit d'utilisation de la self par l'intermédiaire ou non de redresseurs.
Le récepteur de télécommande de la figure 8 peut en entrer dans un montage de télécommande de grande puissance comprenant un moteur puissant, absolument quelconque, élec- trique ou hydraulique par exemple, dont la vitesse puisse être réglée par le déplacement d'un organe de commande, rhéostat ou vanne par exemple. Le moteur de puissance ne fait pas partie de l'invention, son accouplement au récepteur de télécommande de l'invention rentrant dans le cadre de celle-ci.
Le montage de l'ensemble est représenté sur la figure 12. L'organe de commande Cv du moteur de puissance
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Mp est relié mécaniquement au rotor R du moteur de télécom- mande directe. L'arbre de sortie du moteur Mp entraîne les balais mobiles. Si la ligne des balais n'est pas en coïnci- dence avec le champ du stator du moteur direct, le rotor tourne et met en marche le moteur de puissance. Ce dernier va ramener la ligne des balais à coïncider avec le champ du stator du moteur direct et par suite à être parallèle à la position du rotor du transmetteur dont le mouvement est ainsi recopié.
Le montage qui vient d'Être décrit présente l'avantage de ne comporter aucune erreur systématique dans le cas ou le mouvement à recopier s'effectue à vitesse constante, quelle que soit cette vitesse, mais il nécessite une étude spéciale du dispositif de commande de vitesse du moteur de puissance pour éviter toute instabilité de l'ensemble.
La stabilisation peut se faire au moyen des procédés classiques connus des spécialistes des télécommandes par correction de la vitesse du moteur de puissance en fonction de la vitesse de déplacement de l'organe de commande et de son accélération.
Si les télécommandes précédemment décrites sont susceptibles de faire plus d'un demi-tour, on peut leur adjoindre un dispositif de dégrossissage pour éviter un décalage d'un nombre entier de demi-tours à la mise sous tension.
Ce dispositif de dégrossissage peut être réalisé selon un montage analogue à celui utilisé pour la commande d'un moteur de puissance. Comme dans ce dernier cas, les organes respectivement reliés au rotor et à l'arbre des balais du moteur récepteur direct de la télécommande restent en dehors du cadre de l'invention, les modalités d'accouple-
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@ ment en faisant par contre partie.
Le circuit de dégrossissage est constitué par un transmetteur qui tourne suffisamment lentement pour ne jamais faire plus d'un demi-tour. Il est relié à un moteur récepteur comme dans le cas d'une télécommande directe. Mais les balais de ce moteur sont entraînés par le moteur du circuit de précision Mp (figure 13) avec la démultiplica- tion convenable grâce aux pignons E et E@. S'il y a un décalage du circuit de précision d'un demi-tour ou plus, la position des balais du moteur de dégrossissage ne correspond pas à celle du transmetteur qui lui est associé et le rotor se met à tourner. Le rotor entraîne alors un dispositif convenable Or qui commande le recalage à moins d'un demi- tour du moteur du circuit de précision..
Dans le cas d'une télécommande de grande puissance, la commande de recalage s'effectue simplement en éliminant les commandes de vitesses du circuit de précision et en s'y substituant. Dans le cas d'une télécommande directe, avec ou sans amplification, on peut utiliser un moteur auxiliaire mis en route par la commande de recalage, celle-ci coupant en même temps le circuit de précision. On peut également utiliser le moteur de précision comme moteur auxiliaire, la commande de recalage modifiant les connexions de ce moteur de façon à le faire fonctionner comme un moteur à répulsion ordinaire alimenté par le secteur.
Les amplificateurs de couple et récepteurs de télé- commande qui viennent d'être décrits peuvent être utilisés pour réaliser des mécanismes automatiques plus ou moins complexes. Ces mécanismes sont généralement constitués par des appareils mécaniques qui transforment un mouvement
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entrant en un autre mouvement qui est une fonction détermi- née du premier mouvement;le mouvement d'entrée provient d'un moteur asservi de telle manière que le mouvement sortant du mécanisme ait une valeur imposée qui peut d'ailleurs varier avec le temps.
Pour réaliser un tel montage, il suffit d'intercaler le mécanisme transformateur Mt entre le rotor d'un moteur du type de l'invention et la commande des balais mobiles dudit moteur conformément au schéma de la figure 14 ou entre le rotor du moteur et le stator s'il s'agit de l'ampli- ficateur de couple à stator mobile conformément au schéma de la figure 15.
Dans la figure 14 par exemple, le mouvement imposé que l'on désire voir prendre par l'arbre de sortie du mécanisme transformateur est introduit à l'entrée de l'amplificateur de couple ou de la télécommande en tenant compte du rapport des engrenages qui commande la rotation des balais. Si le mouvement sortant du mécanisme est différent du mouvement imposé, les balais mobiles ne sont pas parallèles à la direction du champ du stator et le rotor du moteur va se mettre à tourner jusqu'à ce que le mouvement sortant du mécanisme soit identique au mouvement imposé.
Le fonctionnement dans le cas de la figure 15 est analogue, le mouvement imposé Mi étant cette fois communiqué aux balais et le mouvement sortant Ms du mécanisme transfor- mateur Mt entraîne le stator mobile.