Installation comprenant un moteur asynchrone à commutation électronique
L'invention a pour objet une installation comprenant un moteur asynchrone à commutation électronique pourvu d'au moins un enroulement de phase et un dispositif pour engendrer les impulsions nécessaires à la commande de la commutation en fonction de la vitesse du moteur, ce dispositif comprenant au moins un capteur disposé en regard d'une source d'énergie et un écran discontinu disposé entre le capteur et la source et entraîné en rotation de manière à intercepter périodiquement l'énergie fournie par la source.
Il est connu que dans un moteur à commutation électronique de type ci-dessus, il faut user d'un artifice pour introduire le glissement nécessaire à la production d'un couple.
Dans un moteur comprenant un disque fixé sur l'arbre du moteur et muni de 12 trous interceptant un faisceau de lumière frappant un capteur photo-électrique de manière à produire une impulsion par 300 de rotation du rotor, on a proposé d'introduire 12 x 5 impulsions supplémentaires par minute pour obtenir une fréquence de glissement de 5 Hz. On ne peut toutefois introduire ces impulsions qu'au hasard ce qui conduit à des à-coups audibles dans le moteur.
Une autre solution consiste à utiliser un disque à treize trous délivrant treize impulsions par tour de rotor, ce qui donne un glissement constant, indépendant de la vitesse du rotor, égale à 1/13e. Or ce que l'on désire ce n'est pas un glissement constant, mais un glissement variable avec une fréquence de glissement fixe.
On a également proposé d'introduire une fréquence de glissement par voie électronique au moyen d'un générateur de fréquence asservi et contrôlable.
Une solution élégante dans sa simplicité consiste à entraîner le capteur en rotation à vitesse constante et en sens inverse du disque à douze trous au moyen d'un moteur auxiliaire qui peut être de dimensions très réduites puisqu'il n'a aucune puissance à fournir.
L'inconvénient de cette solution réside dans l'alimentation de la source lumineuse et du capteur qui doit s'effectuer par l'intermédiaire de balais frottant sur des bagues tournant par exemple à 300 tours/min.
L'invention a précisément pour but de supprimer ces bagues en laissant le capteur et la source d'énergie fixes tout en conservant le déplacement relatif entre rotor et capteur, obtenu par la solution mentionnée au paragraphe précédent.
L'installation selon l'invention est caractérisée par le fait que le capteur est fixe et que l'écran est solidaire en rotation de l'un des éléments d'un différentiel dont les deux autres éléments sont entraînés respectivement par ledit moteur asynchrone et par un moteur auxiliaire.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'invention.
L'unique figure du dessin représente schématiquement l'arbre 1 du moteur principal, un moteur auxiliaire 2 et un écran 3 en forme de couronne muni de trous 4 et tournant entre une source lumineuse 5 et un capteur photoélectrique 6, par exemple un phototransistor inséré dans le circuit du dispositif de commutation électronique non représenté.
L'arbre 1, le moteur auxiliaire 2 et l'écran 3 sont respectivement chacun solidaires de l'un des éléments planétaires d'un différentiel. L'arbre 1 entraîne un pignon denté central 7 autour duquel tournent un certain nombre de satellites 8 et 9 montés sur un portesatellites 10 entraîné en rotation par le moteur auxiliaire 2, tandis que la couronne extérieure 11 est solidaire de l'écran 3.
On obtient le glissement désiré, variable avec fréquence de glissement fixe, en entraînant le porte-satellites 10 dans un mouvement de rotation inverse de celui de l'arbre 1, le moteur auxiliaire 2 tournant à une vitesse inférieure à 300 tours/min. pour une fréquence de glissement de 5 Hz comme ceci peut être aisément démontré par le calcul.
Soit:
ni = vitesse de l'arbre 1
fl2 vitesse du moteur auxiliaire
m = vitesse de la couronne 11
Di = diamètre du pignon 7
Di = diamètre intérieur de la couronne 11
En appliquant les formules connues, on obtient les vitesses suivantes pour l'écran 3:
EMI2.1
Le rapport Di
D3 étant inférieur à 1, la vitesse de l'écran 3 sera inférieure à la vitesse du moteur principal à moins d'entraîner le moteur auxiliaire à une vitesse élevée. I1 est aisé de remédier à cet inconvénient en augmentant le nombre de trous de l'écran 3 dans un rapport
D3 Di ce rapport devant être un nombre entier.
Partant de pas de commutation de 600, c'est-à-dire d'un nombre de base de six trous, on obtiendra donc un nombre de trous égal à
D3
6X
D1
Inversément le rapport des diamètres D3 et D5 est donné par cette relation.
Il est alors sans autre possible de calculer le nombre f3 d'impulsions recueillies par seconde par le capteur, f3/6 représentant la fréquence du champ tournant fs et des deux relations suivantes:
EMI2.2
fs = fn + fr dans lesquelles f11 représente le nombre de tours du moteur principal par seconde et fr la fréquence de glissement précisément égale à
EMI2.3
On tire:
EMI2.4
La vitesse de rotation du moteur auxiliaire est donc bien inférieure à 300 tours/min. pour une fréquence de glissement de 5Hz.
Si le moteur auxiliaire est utilisé pour entraîner un ventilateur, une aussi faible vitesse de rotation n'engendrera qu'une ventilation médiocre. Dans ce cas il est alors possible d'entraîner le pignon 7 par le moteur auxiliaire 2, la couronne extérieure 11 par le moteur principal et de rendre l'écran 3 solidaire des satellites.
En choisissant alors le rapport D3
Di assez grand, il est possible de faire tourner le moteur auxiliaire à une vitesse suffisante pour actionner un ventilateur comme ceci ressort de la relation suivante qu'il est aisé d'établir:
EMI2.5
Dans ce cas le nombre de trous à prévoir à l'écran est égal à
EMI2.6
Les faibles résistances entrant en jeu dans le différentiel permettent de remplacer le différentiel habituel à engrenage par un simple roulement à billes dans lequel les billes sont montées dans une cage et tournent entre une bague intérieure et une bague extérieure, les billes jouant le rôle de satellites et la cage celui de porte-satellite.
D'une manière générale, il est possible d'utiliser tout différentiel connu, soit hypocycloidal ou épycycloïdal.
L'utilisation d'un moteur auxiliaire de la manière décrite ci-dessus présente les avantages suivants:
- le moteur ne peut dépasser sa vitesse synchrone et travailler alors en générateur, ce qui peut se produire dans d'autres solutions si l'on abaisse brusquement la fréquence, ce qui nécessite des moyens électroniques de limitation qui ne sont pas nécessaires avec la nouvelle solution.
- il n'y a aucune puissance élevée à dissiper
- Le démarrage du moteur s'effectue en enclenchant le moteur auxiliaire de sorte que le moteur principal démarre à couple maximum.
I1 est bien entendu possible d'utiliser toute forme de capteur, par exemple photoélectrique, magnétique ou à courant de Foucault.