Brevet FR2011379A1 — publié le 19700227

i 2011379 de protection. L'invention est relative à un dispositif/de moteur électrique. Différents agencements connus pour assurer la protection, de moteurs sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N° 3.246.183 et N° 3.183.383. On a aussi proposé d'autres agence-5ments utilisant des thermistors au lieu de contacts thermostatiques représentés dans ces brevets, mais aucun de ces agencements n'est aussi éfficace que ceux décrits ci-après. Parmi les différents avantages de 1' invention, on citera : - la possibilité d'obtenir une très courte constante de temps de 10réponse thermique du thermistor pour réduire au minimum un dépassement du chauffage du moteur après qu'un signal a été reçu, de façon à débrancher le moteur j - la réduction de la dispersion de la constante de temps dans différentes applications ; 15 - des agencements de structure permettant une fabrication bon marché. On décrira ci-après l'invention en se référant aux dessins annexés, dans lesqaels : la Fig. 1 est une vue en plan d'un dispositif réalisé confor-20 mément à l'invention à une échelle beaucoup plus grande que nature la Pig. 2 est une vue en coupe longitudinale suivant la ligne 2-2 de la Pig. 1 ; la Fig. 3 est une courbe représentant graphiquement une variation typique de la résistance du thermistor employé en fonction de 25 la température ; les Pig. 4 et 5 sont d'autres vues en coupe suivant les (Lignes 4-4 et 5-5 respectivement de la Pig. 1, à des échelles plus grandes que celle de la Fig. 1 ; la Fig. 6 est une vue en coupe schématique illustrant la com-30 modité d'installation du dispositif de protection selon l'invention entre de^s couches typiques d'enroulement de moteur ; les Fig. 7 à 9 sont des schémas illustrant les caractéristiques d'installation de certains dispositifs de protection connus de moteurs ; 35 la Pig. 10 représente des graphiques relatifs aux masses de thermistors en fonction de leur vitesse ou constante de temps d'accroissement de température ; la Fig. 11 est un graphique qui montre comment la constante de temps de réponse est réduite grâce l'utilisation du dispositif se-40 Ion l'invention ; 69 20487 2 2011379 la Fig. 12 est une vue en plan d'une paire dépliée de couches isolantes extérieures jointes l'une à l'autre, qui représente des feuilles de cuivre séparées déposées à partir de vapeur sur les couches isolantes ; 5 la Fig. 13 est une vue en plan d'une couche intérieure isolan te perforée avant qu'elle soit interposée entre des feuilles extérieures pliées. Sur les différentes Fig., des références correspondantes désignent des éléments correspondants. 10 On va se référer maintenant plus particulièrement aux Fig. 1 à 5 : la référence 1 désigne un thermistor comprenant une petite pastille de matière semi-conductrice présentant un coefficient de température de résistance choisi positif ou négatif. De préférence, par exemple dans une partie limitée de sa gamme de températures T, 15 la résistance R du thermistor varie plus rapidement qu1ailletr s dams la gamme de températures. Ceci est illustré par la Fig. 3. Des matières appropriées pour réaliser le thermistor sont, par exemple, du titanate de baryum (BaTiO™) dopé par un lanthanide, du titanate J) de baryum et de strontium (BaSrTiO„) et du titanate de baryum et z » lu rn ✓ 20 de plomb (BaPbTiO^J, ou des matières analogues. Le thérmsitor doit avoir de petites dimensions de façon à présenter une faible inertie thermique, mais ses dimensions varient un peu en fonction des paramètres électriques du système de commande de moteur dans lequel il fonctionne en détecteur de température. Un exemple est constitué 25 par une pastille d'une longueur de 1,27mm et un diamètre de 1,78mm. Des gammes de dimensions appropriées vont approximativement de 1mm à. 1,5mm pour la longueur et de 1,27mm à 2mm pour le diamètre; Le thermistor 1 est maintenu dans une petite ouverture 3 ménagée dans une couche mince 5 en une matière isolante. Cette, matière 30 doit pouvoir supporter les températures assez élevées auxquelles elle pourrait être portée par un moteur en surchauffe. Une matière préférée est une résine polyamide telle que celle vendue dans le commerce sous la marque déposée"Kapton!! D'autres matières utiles dans certains cas sont le téréphtalate de polyéthylène vendu sous 35 la marque déposée "Mylar", on un hydrocarbure aliphatique fluoré, tel que le polytétrafluoroéthylène, vendu sous la marque déposée "Téflon". Une épaisseur appropriée de la couche 5 est comprise dans la gamme allant de 50 microns à ^n a désigné par la référence 7 (Fig. 1 à 5) deux couches/constituées par la même ma-40 tière ou par des matières analogues et ayant des épaisseurs dans 69 20487 3 2011379 la même gamme. Celles-ci sont constituées par des lobes 7' symétriques d'une feuille isolante (Pig. 12) qui est ensuite repliée suivant la droite 9 de telle sorte que les lobes 7' deviennent les couches extérieures 7 (Fig. 1 à 5). 5 Chaque couche 7 comporte une queue étroite 11 et une tête 13. Ces parties sont désignées respectivement par les références 11' et 12* sur la Fig. 12 qui les représente dans la position avant pliage Avant de plier la feuille isolante S (Fig. 12),on dépose sur celle-ci, à partir d'une vapeur, deux feuilles conductrices minces sépa~ 10 rées 15, constituées par une matière conductrice de l'élctricité et de la chaleur, cette matière étant de préférence du cuivre. Une épaisseur appropriée pour chaque feuille 15 est comprise dans la gamme allant de 10 microns à 19 microns. Le dépôt à partir d'une vapeur peut être exécuté commodément à travers un masque approprié 15 ainsi qu'il est connu des spécialistes. La couche 5 représentée sur la Fig. 13 présenté le même contour général qu'une moitié du contour de la feuille S représentée sur la Fig. 12. Elle comporte une tête élargie 14 et une queue é-troite 16. La couche 5 est serrée entre les couches 7 et ses bords 20 sont en coïncidence avec ceux des couches 7 quand ces dernières sont repliées suivant la droite 9. L^élément 5 devient une couche isolante intérieure entre les feuilles 15, les couches isolantes extérieures 7 portant ces feuilles (Fig. 1, 2 et 12). Les couches 5 et 7 sont collées l'une à l'autre autour des 25 feuilles 15. Comme liant approprié on peut utiliser un hydrocarbure aliphatique fluoré tel que le "Téflon", susceptible de former un joint par chauffage. Chaque couche ou feuille 15 déposée à partir d'une vapeur a en partie la forme d'une queue 17 qui est serrée entre la queue 16 30 de la couche centrale 5 et la queue 11 d'une couche J. Une extrémité de chaq^ queue 17 de feuille conductrice est terminée par une tête élargie/ qui est soudée à une extrémité du thermistor 1. Un diamètre de 1,3cm pour chaque tête est approprié. Comme soudure convenable on peut utiliser un mélange eutectique d'or et d'étain 35 contenant 80# d'or et 20# d'étain. Les références 21 désignent deux bornes formées par des fils métalliques isolés 23 d'un circuit de commande adapté pour recevoir une tension à partir du thermistor 1 quand le moteur approche d'une température dangereuse. En réponse à un tel signal, le circuit de 40 commande débranche le moteur de sa source d'alimentation en énergie 69 20487 4 2011379 par l'intermédiaire de relais appropriés. Des détails plus complets sur l'ensemble de circuit nécessaire ne sont par représentés, car il sont bien Gonnus des spécialistes. Des cosses conductrices 25, qui sont plus robustes que les 5 feuilles métalliques 15 sont préalablement connectées aux queues 17 de ces feuilles par des techniques de soudage en usine appro^r priées pour empêcher une détériotation des feuilles minces 15. Les cosses 25 constituent des moyens pour réaliser des connexions conductrices soudées avec les bouts de fils ronds constituant les 10 bornes 21 des fils 23. La référence 27 indique un fourreau protecteur isolant rétréci par chauffage qui recouvre les connexions entre les queues 17 des feuilles conductrices et les bornes 21. Ce fourreau s'étend de façon à entourer les parties terminales des isolations des fils 23 15 ainsi que les parties terminales des queues isolantes 11 et 16. La matière préférée pour réaliser ce fourreau est le téréphfcalate de polyéthylène réticulé préalablement expansé, vendu sous la marque déposée "Mylar". Avant de réaliser les connexions entre les fils métalliques et les queues 17 de ces feuilles, on fait glisser le 20 fourreau 27 par-dessus l'isolation 23. Puis les connexions électriques entre les bornes*"21 et les cosses 25 sont réalisées. On amène ensuite le fourreau 27» en le faisant glisser, dans la position finale qu'il doit occuper, puis on le chauffe. Ceci provoque sa contraction de façon à former une enveloppe de fermeture hermé-25 tique étroitement adhérente autour des connexions entre les bornes 21 et le eosses 25. D'autres matières utilisables peuvent être des résines du genre gol^amide réticulées, expansées puis rétrécies, telles celles qui/vendues sous la marque déposée "Nylon" ou "Téflon". 30 Le détecteur de protection décrit précédemment présente des avantages variés, ainsi qu'il est indiqué par la coupe schématique de la Fig. 6. Il s'intercale à plat et d'une manière flexible entre des couches d'enroulements isolées 29 d'un moteur. Ainsi, on peut obtenir des rapports d'échange thermique efficacesavec des 25 enroulements de différents types de moteurs, indépendamment de la masse relativement petite du thermistor 1. En général, un accroissement du rapport de la surface collectrice de chaleur présentée par les têtes 13, 14 et 19 à la masse thermique du thermistor à chauffer est souhaitable. Si les zones collectrices de chaleur sont 4o trop petites, le thermistor ne reçoit pas suffisamment de chaleur 69 20487 5 2011379 pour que sa température croisse aussi rapidement que cela est nécessaire pour suivre de f>rès la température rapidement croissante des enroulements de façon à empêcher un dépassement de température. Par exemple, on obtient de bons résultats en utilisant un thermis-5 tor ayant un diamètre de l'ordre de 1,78mm et une longueur de 1,27mm, quand il est utilisé entre des têtes 19 de feuilles conductrices d'un diamètre de l'ordre de 12,7mm serrées ou interposées entre des têtes de feuille isolante 13 et 14 qui ont un diamètre de l'ordre de 28,6mm. 10 Les Pig. 7 à 9 montrent schématiquementpourquoi certains efforts dépensés par le passé pour réduire les dimensions de thermistors cylindriques étaient peu satisfaisants. Comme ces Pig. le montrent, des thermistors de différents diamètres A, B, et C établissent un contact thermique irrégulier et défectueux avec des enroulements 15 29 d'un moteur. On remarquera en particulier que les vides ou interstices 31 entre les thermistors et enrouièments ont des dimensions et des formes irrégulières. Ce contact irrégulier ou incompatible entre les thermistors ou enroulements provoque une variation importante, dite "dispersion", de l'aptitude des thermistors 20 à suivre line vitesse particulière d'accroissement de la température des enroulements du moteur. Alors qu'une réduction de la masse des thermistors connus des types de réalisation représentés aux Fig. 7 à 9 augmentait généralement l'aptitude des thermistors à suivre de plus grandesvitesses de croissance de la température des enroulements 25 du moteur, ""la réduction de la masse de ces types de thermistors a aussi augmenté la dispersion des inerties thermiques de thermistors; Par exemple, quand un thermistor d'un des types connus représentés sur les Pig. 7 à 9 a' une masse réduite, ce thermistor manifeste généralement une aptitude à suivre une plus grande vitesse d'accrois-30 sement de température d'un enroulement d'un moteur ainsi qu'il est illustré par la courbe M sur la Fig. 10. Toutefois, quand des thermistors de ce type sont installés dans d'autres moteurs ayant la même structure et les mêmes spécificatior^^oji^yieyLes, ces thermistors peuvent manifester des aptitudes notablement/à suivre des vi-35 tesses d'accroissement de température des enroulements, ainsi qu'il est illustré par les courbes L et N sur la Fig. 10. Ces différences sont dues aux différences entre les degrés de contact thermique entre le thermistor et l'enroulement du moteur dans les installations respectives. Ainsi, des thermistors du même type ayant une masse de 4q l'ordre de 40 milligrammes peuvent, quand ils sont réellement ins 69 20487 6 2011379 tallés dans des enroulements de moteurs, manifester une aptitude à suivre des vitesses d'accroissement de température d'enroulement de 12° C par seconde à 19° C par seconde environ, ce qui correspond à u.ne dispersion de J°C par seconde. Quand on réduit la masse de 5 thermistors de ce même type à environ 10 milligrammes et qu'on les installe dans les mêmes enroulements de moteurs, les thermistors peuvent suivre des vitesses d'accroissement deJtempérature des enroulements de 22°C par seconde à 35°C par seconde environ, ainsi qu'il est illustré par la Fig. 10, ce qui correspond à une disper-JO sion de l'ordre de 13°C par seconde. Au moyen de la construction plate et flexible du détecteur de protection de moteur selon l'invention oit obtient m contact ther-alque^plus intime et plus compatible entre le détecteur à thermistor et/enroulement du moteur, ainsi qu'il est illustré par la Fig. 15 6. Dans la aonfiguration selon l'invention, des variations de la corsas Qt des dimens|ons des interstices aux surfaces de séparation antre le détecteur/ex; l'enroulement du moteur sont minimales et A , sîaaetteafc - «n -coiitae t- -ther»i^ae entre -le -détee-teur e& 1-1 -enroulement ■ "•lus uniforme d'une installation à une autre. En conséquence, le "hei-Ekistor selon 1 'invention, présente une dispersion d'inerties oq th.ermiq.ues beaucoup plus, petite e.t peut être adapté plus facilement. 7 à un enroulement de moteur pour assurer que le détecteur à thermistor. nuaaid il egjL^__lnstAlM_^dans. 1 'e-nrnul emenft âf j ï'flOîteur, présente une aptitude à suivre une vitesse d'accroissement le température de 1'enroulement suffisamment grande pour assurer miie protection de 11 enroulement du moteur. 25 La Fig. II représente le temps de réponse à un signal (appelé constante de temps) en fonction du rapport de la surface collectrice du thermistor à la masse du thermistor. Le point F représente Le résultat auquel on peut s'attendre pour un rapport d'un thermistor connu à savoir une constante de temps de l'ordre de 2,2 secon-30 des, mis à part le problème de la dispersion des inerties thermiques. Le point G indique le résultat obtenu avec le dispositif selon l'invention, c'ést-à-dire une "constante de temps de l'ordre de 1,2 seconde. Ce résultat est obtenu avec une dispersion des inerties thermiques faible ou nulle. Dans les deux cas, la protection 35 à assurer est celle d'enroulements de moteurs pour lesquels une vitesse d'accroissement de température atteignant 35°C par seconde au maximum est permise. La Fig. 11 indique aussi que la constante de temps plus petite correspondant à G est obtenue avec un thermistor ayant une masse 40 qui n'est pas trop petite, ce qui est avantageux. Plus un thermis- 69 20487 7 2011379 tor est petit, plus la section conductrice de chaleur à la connexion soudée de celui-ci est petite et si celle-ci est trop petite, il devient difficile d'effectuer un soudage approprié ou une autre connexion conductrice de la chaleur et du courant électrique avec 5 celui-ci. La résistance résultante opposée au passage de la chaleur contribue à la plus grande constante de temps en P. Ainsi, il existe une valeur minimum que l'on peut donner à la caractéristique d'inertie thermique faible du thermistor. Le dispositif selon l'invention présente non seulement les a-10 vantages énumérés précédemment, mais encore des avantages de fabrication. Il est simple de découper à l'emporte-pièce la couche centrale 5 perforée suivant la forme illustrée par la Pig. 13. Les couches 7, avant tout pliage suivant la droite 9, peuvent aussi être découpées à l'emporte-pièce dans une feuille plane S, en une 15 matière isolante, ayant deux lobes 7' et deux queues 11' qui, après T pliage, deviennent les couches/ayant respectivement les queues 11. Les couches de cuivre' 15 sont déposées à partir de vapeur sur les feuilles 7' (avant pliage) suivant deux agencement disposés symétriquement, ainsi qu'il est représenté sur la Fig. 12. Les cosses 20 sont ensuite soudées aux queues 17. La feuille résultante peut ensuite recevoir une colle sur ses bords et être pliée suivant la droite 9 de façon à serrer entre ces deux parties la couche centrale 5 après que le thermistor a été disposé dans son ouverture 3. Un chauffage durcit la colle. 25 Le fourreau 29 rétréeissable à la chaleur, dans un état chimi que réticulé et dans un état physique expansé, est appliqué sur la surface externe de l'isolation 23 derrière les bornes 21 des fils métalliques avant que toute connexion soit faite entre ces bornes et les cosses 25. Ensuite, les connexions soudées appropriées sont 50 faites entre les bornes 21 et les cosses 25. On ramène ensuite le ■ fourreau 27, en le faisant glisser, dans la position représentée sur les Fig. 1 et 2, Ensuite, quand on chauffe, il est amené, en "rétrécissant, dans l'état de fermeture hermétique représenté, de façon à enfermer très efficacement de manière hermétique les con-35 nexions. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les minces queues allongées 11 et 17 séparent largement les têtes collectrices de chaleur 13 et 19 de la masse considérable de matière aux jonctions entre les cosses 25 et les bornes 21 des fils métalliques. 40 Cette jonction et le fil métallique connecté peuvent être situés 69 20487 8 2011379 à l'extérieur ou près de la surface extérieure des enroulements du moteur, la partie sensible de l'organe de protection étant disposée entre des couches de ces enrouièments. Par conséquent, la jonction et le fil métallique peuvent être soumis à une température ambian-5 te différente de celle des enroulements et avoir une tendance à extraire de la chaleur des têtes 1J> et 19 ou à fournir de la chaleur aux têtes 13 et 19, et à changer ainsi la constante de temps. La forme allongée et mince des queues réduit au minimum cet effet en réduisant la section et prolongeant la longueur du trajet de 10 conduction de la chaleur ce qui oppose une résistance au passage de chàleur suivant ce trajet. 69 20487 9 2011379 REVENDICATIONS 1) Détecteur de protection de moteur^, caractérisé en ce qu'il comprend line matière à thermistor ayant un coefficient de température de résistance choisi,une couche intérieure de matière isolante 5 flexible pourvue d'une ouverture contenant ledit thermistor et exposant des parties opposées de celui-ci sur les côtés opposés de la couche intérieure, des couches extérieures de matière isolante fixées à la couche intérieure, des feuilles flexibles de matière conductrice déposées à partir de sapeur sur les surfaces internes 10 des couches extérieures, ces feuilles étant reliées par des con* nexions conductrices respectivement auxdites parties exposées du thermistor, des bornes de conducteurs et des connexions conductrices entres les bornes de conducteurs et les feuilles respectivement,, 2) Détecteur de protection de moteur suivant la revendication 15 1* caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque feuille est comprise entre 10 et 19 microns. 5) Détecteur de protection de moteur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les épaisseurs des couches intérieures et extérieures sont comprisesentre 50 microns et 152 microns. 20 4) Détecteur de protection de moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites connexions conductrices entre les feuilles et le* thermistor sont constituées par une soudure formée par un mélange eutectique d'or et d'étain, et l'élément détecteur est constitué par du titanate de baryum sous forme d'une pastille 25 de longueur comprise entre 1 mm et 1,5 mm et 4ë diamètre compris entre 1,27mm et 2fam. 5) Détecteur de protection de moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un fourreau isolant rétréci autour desdites connexions et des parties adjacentes des bornes ot J>0 des couches extérieures. 6) Détecteur de protection de moteur électrique, caractérisé en ce qu'il comprend un thermistor réalisé en une matière ayant un coefficient de température de résistance qui varie plus rapidement dans une partie limitée de sa gamme qu'ailleurs dans la gamme 35 de températures, une couche intérieure de matière iiolante flexible pourvue d'une ouverture contenant ledit thermistor et exposant /des parties / de cetii-ci sur les cotés opposés de la couche intérieure, des couches extérieures de matière isolante fixées à la couche intérieure, des feuilles flexibles séparées en cuivre qui sont déposées à par-40 tir de vapeur sur les surfaces internes des couches extérieures bad ORIGINAL 69 20487 10 2011379 et qui sont reliées par des connexions conductrices auxdites parties exposées respectives du thermistor, des Bornes de conducteurs, des connexions conductrices entre ces bornes de conducteurs et les feuilles de cuivre respectivement, chacune desdites feuilles * 5 ayant' une forme telle qu'elle comporte une queue allongée s'étendant .jusqu'à une première desdites connexions et terminée par une1" tête; élargie par-dessus une. extrémité du thermistor, chacune des couches isolantes flexibles extérieures et intérieure ayant une forme ïila qu'elle comporte une queue s étendant par-dessus une queue de feuille etterminée par une tête qui est notablement plus grande 10 qu'une tête élargie de la feuille^qui recouvre la feuille et qui forme une tête à peu près flexible pour l'organe de protection, capable d'assurer un échange thermique pratiquement constant avec des enroulements variés de différents moteurs. 7) Détecteur de protection de moteur suivant la revendication 15 6, caractérisé en ce que les couches isolantes extérieures sont constituées par une feuille repliée. 8) Détecteur de protection de moteur suivant la revendication 6 ou ?, caractérisé en ce qu'il comporte une matière isolante polymère réticulée rétrécie autour desdites connexions, autour des 20 parties adjacentes des bornes et aûtour des parties adjacentes des queues des couches extérieures. 9) Détecteur de protection de moteur suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les couches intérieure et extérieures sont en résine polyamide. 25 10) Détecteur de protection de moteur suivant la revendication 9, caractérisé en ce qus le fourreau est en téréphtalate de poly-éthylène. 11) Détecteur de protection de moteur suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'une eolle à base de résine polyester cons-30 titue le liant entre les couches intérieure et extérieures. 12) Détecteur de protection de motenir, caractérisé en ce qu'il comprend une zone pliée de matière isolante constituant des couches isolantes extérieures serrant entre elles une couche intérieure de mâfeière isolante, laquelle porte un thermistor dans une ou- 35 verture de cette couche, des feuilles conductrices séparéês déposées à partir de vapeur sur les surfaces internes des couches extérieures, chaque feuille conductrice étant en contact de conduction avec une extrémité du thermistor, les couches extérieur# étant t fixées à la couche intérieure autour desdites feuilles conductri-40 ces et des conducteurs du circuit de commande de moteur étant con- bad original 69 20487 11 2011379 nectés aux feuilles. 13) Détecteur de protection de moteur suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les feuilles conductrices et les feuilles de màtière isolante ont des formes telles qu'elles pré-5 sentent des parties de tête relativement larges s'étendant ra-dialement à partir du thermistor et autour du thermistor et des queues relativement étroites s'étendant à partir de ces parties de tête jusqu'auxconducteurs de connexion.