Brevet FR2002303A1 — publié le 19691017

La présenté invention est relative à un appareil électrique comportant en combinaison un générateur et un moteur. On connaît déjà des appareils de ce type comportant par exemple un moteur à induction diphasé à quatre pôles, couplé totalement à un 5 générateur à une seule phase. Une phase du moteur comprend une prise centrale et il peut servir comme amplificateur push-pull à partir d'un circuit à transistors, l'autre phase consiste en un enroulement séparé qui peut être connecté soit en série soit en parallèle, la partie générateur de l'appareil fournit un signal de sortie monophasé 10 proportionnel à la vitesse de rotation commune des rotors des deux composants. la présente invention concerne un appareil de ce type présentant divers perfectionnements sur les appareils actuellement existants. 15 Suivant l'invention l'appareil qui est une combinaison d'un générateur de signal et d'un moteur à induction logés tous deux à l'intérieur d'un même boîtier creux, les rotors du générateur et du moteur étant calés sur un même axe et le générateur étant du type comportant un enroulement secondaire, est remarquable en ce que le 20 moteur à induction comprend: un stator solidaire du boîtier, ce stator incorporant un noyau fendu; sur ce noyau un enroulement de phase fixe et un enroulement de phase de commande; un amplificateur reliant l'enroulement de phase de commande à l'enroulement secondaire et des conducteurs reliant l'enroulement de phase fixe à une source de ten-25 sion en courant alternatif. Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, le stator du moteur à induction comprend un noyau extérieur sectoriel sous-tendant un angle inférieur à 360°« En outre l'invention concerne un générateur de signaux électri-50 ques synchrones de construction nouvelle associé à un servo-moteur à induction de construction originale, l'ensemble permettant de convertir d'une manière synchrone des signaux électriques en une énergie d'un couple mécanique. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui va 35 suivre et qui n'est donnée qu'à titre d'exemple. A cet effet on se reportera aux dessins joints dans lesquels les mêmes références numériques désignent les même éléments, et: «• la figure 1 représente une vue en section à une échelle agrandie d'un mode de réalisation de l'appareil suivant l'invention, la 40 section étant prise suivant un plan de trace î-1 sur les figures 2 et 6; 69 03449 2 2002303 - la figure 2 est une représentation prise de bout en élévation de l'appareil de la figure 1 vu de droite à gauche, avec arrachement partiel pour représenter une section suivant un plan de trace 2-2 sur la figure 1 ; 5 - la figure 3 est une représentation isométrique détaillée du synchro-rotor représenté à la figure 1 avec les autres parties de l'appareil suggérées plus succinctement; - la figure 4 est une représentation détaillée prise de bout en élévation du noyau statorique bordant le moteur sur une partie de sa 10 périphérie comme on le voit de la droite de la figure 1, accompagnée d'une représentation schématique des enroulements supportés; - la figure 5 est une représentation du schéma de cablage du circuit électrique incorporé dans l'appareil de la figure 1, et - la figure 6 est une représentation à l'échelle d'une vue en 15 plan de l'appareil de la figure 1. L'exemple de réalisation illustré au dessin prend à titre d'exemple la forme d'un transformateur de commande à rotation variable de construction nouvelle combiné d'une manière nouvelle avec un servomoteur à induction de construction nouvelle. La combinaison comprend 20 un boîtier creux 10 de forme générale cylindrique ayant une paroi 11 à une extrémité et partiellement fermé à sa seconde extrémité par un couvercle 12. Pour supporter sensiblement sans frottement le rotor du synchro et du moteur, une butée sans frottement 14 est placée dans la paroi terminale 11 et une butée semblable 15 est portée d'une ma-25 nière nouvelle par le couvercle 12 en vue d'un ajustement axial. Gomme on le voit sur la figure 1, la butée 15 est disposée dans un évidenient ménagé à l'extrémité intérieure d'un support cylindrique 16 ajusté par glissement avec faible tolérance dans un alésage axial 17 ménagé dans le couvercle 12. L'extrémité extérieure du sup-30 port 16 s'étend dans un suralésage 18 de plus grand diamètre réalisé dans le couvercle 12 et elle est entourée d'un manchon de verrouillage 19 (figure 2). Le manchon a un diamètre extérieur inférieur à celui du suralésage et il est maintenu en place dans celui-ci au mqyen d'une clavette flexible 20. Lorsque le support 16 a été placé axia-35 lement de façon appropriée dans l'alésage 17, une vis d'arrêt radiale 16' est vissée contre le manchon 19 pour appliquer une force radiale au sapport 16 et empêcher par friction tout mouvement radial de ce derniertfensl'alésage Î7. Le transformateur de commande comprend un stator disposé de fa— 40 çon à pouvoir tourner et régler sa position angulaire dans le boîtier 69 03449 3 2002303 10 et ou rotor porté par les "butées 14 et 15. Suivant la représentation le stator comprend un carter cylindrique 21 tourillonnant sur des nervures espacées 22 et 23 dans le bcÊtler et maintenu d'une manière souple au contact de la paroi terminale 11 au moyen d'une ron-5 delle ondulée formant ressort 24 interposée entre un épaulement externe sur le carter et un anneau fendu de retenue 25 disposé dans une saignée interne ménagée dans le boîtier. A l'anneau 25 peut être adjoint un anneau rigide 26 de diamètre intérieur plus faible. Un empilement 27 de lamelles en anneau de substance magnétique 10 est cimenté ou fixé rigidement de toute autre manière appropriée dans le carter 21 et présente des fentes radiales d'une manière bien connue du technicien pour fournir une multitude de pôles s'étendant radialement à l'intérieur. Un enroulement 28 consistant en trois bobines connectées en Y est bobiné sur ces pôles d'une manière bien 15 connue du technicien en vue de sa connexion à un enroulement statorique similaire d'un synchro émetteur de signal éloigné. Une bobine 29 qui fonctionne comme enroulement secondaire du transformateur est montée sur un noyau tubulaire 30 en substance magnétique. Ce noyau 30 s'étend au travers de l'anneau statorique 27 20 et est supporté concentriquement à ce dernier par une collerette 31 montée sur et guidée par l'extrémité du carter 21. Le noyau 30, 31 est retenu axialement dans le carter 21 contre un épaulement 32 par un anneau 33 de retenue fendu et incurvé en substance flexible. Si on le désire, le noyau 30 peut être monté de manière connue pour permet-25 tre son réglage radial, par exemple en réalisant une collerette 31 légèrement plus petite et en faisant supporter cette dernière dans le carter 21 au moyen de vis disposées radialement à 90° les unes des autres. Pour effectuer le réglage angulaire de l'ensemble statorique 30 dans le boîtier 10, une roue annulaire d'engrenage 34 est fixée extérieurement sur le carter 21 et le boîtier 10 est muni d'une énhan-crure 21' dans sa paroi (figure 6) pour permettre l'engagement de cet anneau d'engrenage 34 avec un pignon prévu pour être entraîné de l'extérieur du boîtier. Un tel réglage angulaire du stator du synchro 35 par rapport au boîtier 10 peut être limité au moyen d'arrêts 35 placés sur la circonférence extérieure du carter 21 et contre lesquels viennent buter les faces terminales d'une ouverture 36 ménagée dans le boîtier 10. Les conducteurs provenant des enroulements 28 et 29 sortent aussi par cette ouverture 36 entre les arrêts 35. 40 Suivant la représentation le rotor du synchro comporte une spire 69 03449 4 2002303 unique court-circuitée 37 d'un métal électriquement conducteur entourant le noyau 30 à 45° par rapport à l'axe de ce dernier et située à l'intérieur des semelles polaires de l'empilement annulaire statorique 27 (figures 1 et 3). la spire conductrice 37 possède un 5 moyeu plein 38 par l'intermédiaire duquel elle est supportée par un arbre 39 pour être entraînée en rotation par ce dernier. L'arbre est supporté sans frottement à ses extrémités par les butées 14 et 15 dans le boîtier 10. On verra que le noyau 30 fonctionne comme un chemin transversal par rapport à l'axe du rotor pour l'acheminement 10 du flux magnétique entre les faces des semelles polaires de l'empilement annulaire 27 pour coupler par induction l'enroulement 28 avec la spire en court-circuit 37 du rotor. D'une manière analogue cette spire en court-circuit et la bobine 29 sont couplées inductivement par un chemin d'écoulement du flux magnétique comprenant le noyau 15 30, 31» le carter 21 et l'empilement 27. Suivant la représentation le rotor du moteur qui a la forme d'une cuvette de freinage 40 est monté sur le même arbre 39 que le rotor du synchro 37, 38, ce qui fournit une liaison directe entre les deux rotors. La collerette cylindrique du rotor 40 entoure un 20 noyau central comprenant un empilement annulaire 41 de lamelles de substance magnétique montées sur un moyeu 42 s'étendant radialement à l'intérieur du boîtier à partir du couvercle 12 coaxialement à l'arbre 39. La construction nouvelle du stator du servo-moteur à induction 25 disposé en bordure conserve espace et poids et dans la forme représentée (figures 1, 2 et 4) comprend un noyau 45 formé d'un empilement de lamelles et sous-tendant un angle de l'ordre de 120°. Ce stator disposé en bordure présente à sa périphérie interne trois fentes radiales b, o et d et ses extrémités sont découpées en forme 30 de fentes a et e de façon à réaliser quatre pôles radiaux 1, 2, 3, 4 avec les semelles incurvées de ces derniers adjacentes à la périphérie de la cuvette rotorique 40. Si on le désire, le noyau central 41 peut être limité à un arc de même dimension que le noyau en bordure 45 • 35 Les bobines des phases fixes et de commande sont bobinées d'une manière nouvelle sur leâ pôles du stator 45 de façon à provoquer la rotation du rotor 40 lorsqu'elles sont toutes deux excitées tout en évitant le phénomène connu sous le nom de phase unique du moteur et le prélèvement par induction par les synchro-enroulements à partir 40 des bobines du moteur. L'enroulement de phase fixe comprend deux 69 03449 5 2002303 ■bobines 46 et 47 enroulées en sens inverses et reliées en série au. travers d'une source d'énergie électrique alternative déphasée de 90° avec la source d'excitation de l'enroulement de phase de commande décrit ci-dessous (figure 4). La bobine 46 est enroulée dans les fen-5 tes a et ç autour des pôles 1 et 2. La bobine 47 ayant le même nombre de tours que la bobine 46 est enroulée dans les fentes c et e autour des pôles 3 et 4, ce qui distribue les enroulements également et symétriquement par rapport au centre du noyau du stator 45. Les flux magnétiques engendrés par les bobines 46 et 47 sont égaux et de 10 polarités opposées. Par conséquent la tendance de chacune de ces bobines à induire une tension et un écoulement de courant résultant dans les bobines du synchro voisines est annulée par une tendance égale et opposée de l'autre bobine. L'enroulement de phase de commande du moteur est excité par 15 l'enroulement secondaire du synchro 29 par l'intermédiaire d'un type connu et approprié d'amplificateur 48 (Fig. 5)» et suivant la représentation il comprend six bobines 49» 49a» 50, 50a, 51 et 5la(fig«4)l Oes bobines sont enroulées avec deux longueurs continues de fil et une prise centrale est réalisée en 52. Les bobines 49, 50 et 51 sont 20 par conséquent connectées en série entre les pôles 53 et 55 de l'amplificateur 48 et les bobines 49a, 50a et 51a sont connectées en série entre les pôles 53 et 54 de l'amplificateur. Les trois bobines de l'enroulement de la phase de commande peuvent évidemment être enroulées en série à partir d'un fil unique sans prise médiane et être 25 reliées à un amplificateur approprié ayant seulement deux bornes de sortie» Suivant la représentation de la figure 4, la bobine 49» 49a est enroulée dans les fentes a et b autour du pôle 1 ; la bobine 50, 50a est enroulée dans les fentes b et d autour des pôles 2 et 3 et la 30 bobine 51, 51a est enroulée dans les fentes d et e autour du pôle 4. Par conséquent la bobine centrale 50, 50a est placée au centre sur le noyau en bordure 45 et les bobines terminales 49, 49a et 51, 51a sont placées symétriquement sur ce noyau par rapport à son centre. Oes bobines terminales sont enroulées dans la même direction mais en 55 sens inverse de la bobine centrale. Pour éviter d'engendrer une tension et un écoulement de courant résultant dans les bobines 28 et 29 du synchro voisines par induction résultant des flux de fuite engendrés par les enroulements de la phase de commande du moteur, le flux de fuite d'une polarité est équilibré et annulé par celui de polari-40 té opposée. Par conséquent le flux magnétique reliant les bobines 49» 69 03449 6 2002303 49a et 51, 51a avec les bobines du synchro est équilibré par rapport au flux magnétique de polarité opposée reliant simultanément la bobine 50, 50a avec les bobines du synchro. Ge résultat est obtenu en égalisant approximativement la somme totale des longueurs des spires 5 terminales exposées de la bobine 50, 50a sur le côté du stator 45 voisin du synchro avec la somme totale des longueurs des spires terminales correspondantes des bobines 49, 49a_ât 51, 51a. Autrement dit les nombres de spires sur la bobine 50, 50a et sur les bobines 49, 49a et 51, 51a sont choisis proportionnellement et montés sur le 10 noyau statorique 45 de telle manière que l'effet du flux magnétique de la bobine 50, 50a sur les bobines du synchro soit sensiblement équilibré et décalé par les flux combiz:és d'opposition en provenance des bobines 49, 49a et 51, 51a. Dans un mode de réalisation satisfaisant chacune des bobines 15 49, 49a, 51, 51a a 162 spires bobinées sur une forme ayant un diamètre de 0,81cm et une largeur de 0,48cm et la bobine 50, 50a a 234 spires bobinées sur une forme ayant un diamètre de 1,32cm et une largeur de 0,30cm. Pour se garder en outre concre un prélèvement inductif préjudi-20 ciable par le synchro qui serait ensuite retransmis de l'enroulement 29 à l'enroulement de phase de commande du moteur, un écran métallique 61 est disposé entre les enroulements du moteur et le synchro. Get écran peut être fendu pour correspondre avec les lamelles du noyau et, de préférence, il contourne partiellement les spires ter-25 minales à nu des enroulements du moteur (figure 1). le stator 45 du moteur et l'écran décrits ci-dessus sont séparés par une entretoise 56 et sont rigidement fixés à l'aide de boulons 58 sur une collerette incurvée 57 s'étendant radialement à partir du boîtier 10(£igs 1 et 2)« 30 lorsque l'on désire transmettre le couple ou le mouvement du rotor du moteur 40 à un indicateur ou à tout appareil analogue, cela peut se faire en montant une roue 59 d'un métal léger, tel que de l'aluminium, sur l'arbre 39. La roue 59 peut engrener, figure 2, avec un petit pignon 62 fixé à un arbre traversant une ouverture 60 ména-35 gée dans le couvercle 12. Le dispositif fonctionne comme suit: Lorsque 1'enroulement 28 connecté en Y du synchro est excité à partir d'un émetteur synchro semblable d'une manière bien connue du technicien, le rotor du synchro récepteur prend une position angu-40 laire dans laquelle un courant négligeable si même il en existe un 69 03449 7 2002303 est induit dans la spire rotorique 37, position qui correspond à la position angulaire du rotor émetteur qui a un enroulement excité par une source en courant alternatif. Lors d'une rotation du rotor émetteur vers une nouvelle position le champ magnétique engendré par l'en-5 roulement 28/décalé d'une façon correspondante par rapport à la spire rotorique 37 et un courant est engendré dans cette dernière. Ce courant engendre un champ magnétique qui parvient à l'enroulement de la bobine 29 via le noyau 30, le carter 21 et le noyau 27, ce qui induit un courant électrique dans cet enroulement. Le courant engendré dans 10 l'enroulement 29 est amplifié par l'amplificateur 48 et amené à l'enroulement de commande de phase du moteur. La source à partir de laquelle l'enroulement de commande est par conséquent excité étant déphasée, ordinairement de 90°, par rapport à la source d'excitation de l'enroulement dit de phase fixe 46, 47, un champ magnétique est 15 engendré dans les noyaux statoriques 41 et 45 et les balaye d'une manière répétée dans une direction dépendant de la relation dé phase entre les courants d'entrée dans les enroulements de phase fixe et de phase de commande. D'une façon bien connue du technicien ce flux mouvant communique un couple au rotor 40. Ce couple est dirigé de 20 façon à faire tourner l'arbre 39 et par conséquent la spire rotorique 37 du synchro vers une nouvelle position de zéro correspondant à la nouvelle position du rotor de l'émetteur. Du fait du montage de l'arbre 39 sensiblement sans frottement et de la légèreté des rotors combinés du synchro et du moteur, il suf-25 fit d'un couple relativement faible pour faire tourner l'arbre 39 çpe le dispositif soit ou non excité électriquement. Ces dispositions contribuent également à réduire l«s frottements et l'inertie du moteur et par conséquent à accroître la stabilité opérationnelle de l'appareil en évitant les oscillations du rotor et le dépassement de 30 la position de zéro du synchro par le rotor. La disposition nouvelle des enroulements de phase fixe et de commande sur le noyau statorique sectoriel du moteur évite la génération d'une force de torsion et par conséquent la rotation du rotor en phase unique lorsque seulement l'un des enroulements est excité, 35 Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réar- lisation représenté et décrit qui ne l'a été qu'à titre d'exemple. Il appartiendrait au technicien d'y apporter de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. 69 03449 8 2002303 Revendications 1) Combinaison en un appareil unique d'un générateur de signal et d'un moteur à induction à l'intérieur d'un boîtier creux, le générateur et le moteur ayant un arbre rotorique commun et le généra- 5 teur étant du type comportant un enroulement secondaire, caractérisée en ce que: le moteur à induction comporte un stator solidaire du boîtier, ce stator comprenant notamment un noyau fendu qui supporte un enroulement de phase fixe et un enroulement de phase de commande. 2) Combinaison suivant la revendication 1 , caractérisée en ce 10 que le noyau fendu du stator comprend un noyau extérieur sectoriel sous-tendant un angle de moins de 560°. 3) Combinaison suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le noyau extérieur sectoriel sous-tend un angle de l'ordre de 120°. 15 4) Combinaison suivant les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les enroulements de phase fixe et de phase de commande sorrfc disposés de façon à présenter des symétries de structure et électriques par rapport au centre du noyau sectoriel du stator. 5) Combinaison suivant la revendication 1, caractérisée en ce 20 que le rotor du moteur a la forme d'une coupe en substance non- magnétique conductrice de l'électricité ayant une paroi cylindrique adjacente à la périphérie intérieure du noyau du stator. 6) Combinaison suivant les revendications 1 et 5, caractérisée en ce que le stator du moteur comporte en outre un noyau cylindrique 25 interne en substance magnétique monté sur une face terminale du boîtier à l'intérieur de la partie cylindrique de la coupe rotorique. 7) Combinaison suivant les revendications 1 , 2 et 5, caractérisée en ce que le noyau extérieur du stator du moteur est fendu rsdia-lement et présente des pôles faisant face à la partie cylindrique de 30 la coupe rotorique, les enroulements de phase fixe et de phase de commande étant bobinés sur ce noyau extérieur. 8) Combinaison suivant la revendication 7, caractérisée en ce que l'enroulement de phase fixe est constitué par deux bobines reliées en série et bobinées en sens contraires ayant un même nombre 35 de spires et disposées symétriquement sur les noitiée incurvées du noyau extérieur. 9) Combinaison suivant la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que l'enroulement de phase de commande est constitué par une bobine centrale enroulée dans un sens déterminé et disposée à la partie 69 03449 9 2002303 centrale du noyau extérieur et par une paire de bobines ayant des nombres de spires égaux, bobinées dans le sens opposé à celui de la bobine centrale et disposées symétriquement l'une par rapport à l'autre sur les extrémités opposées du noyau extérieur, cette bobine 5 centrale et les bobines de cette paire étant connectées en série. 10) Combinaison suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la somme des longueurs des spires terminales de la paire de bobines exposées d'un côté du stator est approximativement égale à la somme des longueurs des spires terminales de la bobine centrale ex- 10 posées du même côté du stator, grâce à quoi le flux magnétique de fuite émanant des spires terminales de cette paire de bobines est approximativement égal et de polarité opposée à celui émanant des spires terminales de la bobine .centrale. 11) Combinaison suivant la revendication 1, caractérisée en ce 15 que le générateur de signal comprend à l'intérieur du boîtier creux un carter cylindrique en substance magnétique pouvant tourner en tourillonnant dans le boîtierj un stator dans le carter comprenant un noyau en anneau fendu portant des enroulements; un rotor comprenant un enroulement électriquement conducteur avec au moins une spi-20 re à l'intérieur du stator et un arbre supporté par les extrémités du boîtier de façon à pouvoir tourner; un noyau en substance magnétique entourant cet arbre à l'intérieur de cet enroulement rotorique et ayant une collerette support pilotée à l'intérieur dudit carter; et un enroulement secondaire formant bobine sur ce noyau en rela-25 tion de couplage inductif avec ledit enroulement rotorique. 12) Combinaison suivant la revendication 11, caractérisée en ce que les enroulements statoriques comportent trois bobines connectées en Y réparties sur la circonférence du noyau statorique. 13) Combinaison suivant la revendication 11, caractérisée en ce 30 qae 1'enroulement rotorique comprend une seule boucle électriquement conductrice dont l'axe coupe l'arbre sous un angle aigu. 14) Combinaison suivant la revendication 11, caractérisée en ce qu'un anneau incurvé en substance flexible est interposé entre un é-paulement annulaire dans ledit carter cylindrique et le noyau entou- 35 rant l'arbre pour maintenir ce dernier dans le carter. 15) Combinaison suivant la revendication 11, caractérisée en ce qu'un ressort annulaire ondulé permet de régler la position axiale du carter cylindrique dans le boîtier. 16)Combinaison suivant 3a revenâicaticn 15, caractérisée en œ qu'une roue d'en-40 grenage est monbée sur 2e carter pour permettre de le faire tourner.