Brevet FR2042713A1 — publié le 19710212

l'invention est relative à un moteur électrique monophasé dans lequel à un stator, comportant deux enroulements décalés l'un par rapport à l'autre dont le premier (enroulement auxiliaire) est di-mensionné autrement que le second (enroulement principal), sont as-5 sociés deux rotors tournant en sens inverses, dont le second n'atteint sa vitesse de rotation maximale de fonctionnement qu'après que le premier ait essentiellement atteint sa vitesse maximale de régime, en particulier pour des "brûleurs à huile, le premier rotor entraînant une soufflante et le second entraînant, avec une certai-10 ne temporisation, une pompe à huile. Dans un tel moteur monophasé, les deux rotors commencent par subir un couple d'entraînement dirigé, dans le même sens. Si le second rotor tourne plus lentement que le premier, ou, à plus forte raison, s'il est retenu immobilisé, le second rotor subit alors 15 dans certains cas, au bout d'un certain temps, un couple d'entraînement dirigé en sens contraire. Du côté du stator, le moteur est construit à la manière d'un moteur monophasé usuel} il comporte un enroulement principal et un enroulement auxiliaire, qui une fois la vitesse de régime des deux rotors atteinte est mis hors circuit. 20 En principe, le second rotor est dimensionné de telle manière qu'il ne peut fournir de travail effectif que lorsqu'il tourne en sens contraire du second rotor. Ceci vaut en particulier pour une solution antérieurement proposéef dans laquelle le premier rotor entraîne une soufflante d'un ensemble de brûleurs et le second ro-25 tor la pompe à huile correspondante qui n'agit que dans un seul sens de rotation. Si le second rotor ne tourne pas en sens contraire, à sa vitesse de régime, l'installation ne peut fonctionner. Lorsque, dans un tel moteur monophasé, il se produit une brève interruption dans la tension d ' alimentation, il peut arriver que le 30 premier rotor, accouplé à la soufflante, à la réapparition du courant, tourne encore et reprend par conséquent sa vitesse de rotation normale, tandis que le second rotor est déjà arrêté et, du fait que l'enroulement auxiliaire est hors circuit, ne peut tourner que rigrrg l& même sens que le premier rotor ou même ne peut démarrer. 35 D'autre part, l'expérience a montré que l'effet de la rotation de régime, en sens contraire, mais temporisée, du second rotor dépend fortement de la tension appliquée. En particulier, il suffisait souvent que la tension augmente à l'intérieur de la gamme de tolérance usuellement admise pour empêcher le démarrage du second rotor 40 dans le sens désiré. 70 17681 2 2042713 l'invention a pour "but de réaliser un moteur électrique monophasé, à deux rotors destinés à tourner en sens contraires, qui ne sodentpas sensibles aux phénomènes précités, 3esqt£iLs posent de s problèmes en cas de coupure de courant de courte durée et en cas de fluctua-5 tion de tension. Pour résoudre ee problème, conformément à l'invention, les deux enroulements peuvent être mis en ou hors circuit simultanément et la différence de phase des courants dans les deux enroulements est, au moment du démarrage, inférieure à 20°, mais à la tension de ser-10 vice maximale admissible, Jusqu'au moment où le second rotor commence à prendre sa vitesse de régime dans son sens normal de rotation, n'est pas descendue en dessous de 0°. Du fait que l'enroulement auxiliaire, au cours de la rotation du moteur, demeure continuellement enclenché, il agit encore, après 15 une interruption de courant, de la manière habituelle, de sorte que le second rotor peut démarrer dans son sens normal de rotation, en sens contraire du premier rotor. Mais pour que l'action permanente de l'enroulement auxiliaire ne présente aucun inconvénient au cours du fonctionnement, cet enroulement est dimensionné de manière que 20 la différence de phase des courants dans les enroulements soit plus faible que d'habitude-, D'une manière intéressante, l'expérience a montré que dans les moteurs monophasés à deux rotors, malgré la réduction de la différence de phase, on obtenait des conditions de démarrage impeccables. Au début, on n'a besoin de disposer essentiel-25 lement que du couple de démarrage pour le premier rotor et pour le dispositif qu'il entraîne. Une fois atteinte la vitesse de régias du premier rotor, son champ tournant agit de telle manière sur le second rotor que celui-ci produit à sa vitesse de régime un couple de renversement. Plus faible est.lè couple d'entraînement du dispo-30 sitif accouplé au premier rotorr plus faible peut être la différence de phase choisie? une fois atteinte la vitesse de régime du premier rotor, on dispose pour le second rotor d'un couple suffisant» Indépendamment de cela, il fallait considérer une limite inférieure de la différence de phase. Sette différence de phase dépend 35 aussi bien de la tension d'alimentation que des conditions de vitesses des rotors à leur régime normal de rotation. Afin d'être assuré que, quelles que soient les conditions de fonctionnement, le second rotor tourne dans le sens correct, à sa vitesse de régime, la différence de phase, pour la tension maximale admissible, lors-40 que le second rotor commence à prendre sa vitesse de régime dans 70 17681 3 2042713 son sens normal de rotation ne devait pas être descendue en dessous de 0°. En pratique, une différence de phase de 5-8° à l'instant du démarrage, avec la tension nominale d'alimentation, s'est révélée très 5 avantageuse» Avec une telle différence de phase on pouvait entraîner, dans les conditions normales de sécurité, dans une .gamme de tension d'alimentation de 160 à 240 V, aussi bien la soufflante que la pompe à huile, celle-ci avec une certaine temporisation, d'un ensemble de brûleurs. 10 La faible différence de phase recherchée s'obtient, même avec une résistance ohmique relativement élevée de la phase auxiliaire, d'une manière simple en donnant à l'enroulement auxiliaire un plus grand nombre de spires qu'à l'enroulement principal. Le nombre de spires de l'enroulement auxiliaire est d'une ma-15 nière avantageuse au moins le double du nombre de spires de l'enroulement principal. Dans un mode de réalisation pratique, on a obtenu de bons résultats avec le facteur 2,7. Afin que, malgré ces conditions de nombre de spires, la place disponible à l'intérieur du stator puisse être bien utilisée, il 20 est recommandé de réaliser l'enroulement principal en un matériau, par exemple en aluminium, de résietivité supérieure à celle du matériau, par exemple du cuivre, constituant l'enroulement auxiliaire. Il est avantageux en outre que le courant traversant l'enroulement auxiliaire soit en avance sur celui traversant l'enroulement 25 principal. En effet, le risque de voir la différence de phase descendre en dessous de 0°, en cas d'augmentation de tension, est plus faible; Dans un perfectionnement de l'invention, le produit de la longueur par la résistance du premier rotor devrait être supérieur à 30 celui relatif au:second rotor. En particulier, les longueurs de rotor peuvent être approximativement égales et la résistance du premier rotor être supérieure à celle du second rotor. On peut obtenir ce résultat par exemple en constituant les anneaux de court-circuit et éventuellement les barreaux du premier rotor en aluminium et 35 ceux du second rotor en cuivre. Dans ces conditions,- on est assuré que le couple de démarrage du premier rotor est. suffisamment grand pour que ce rotor démarre le premier. Le fait que le second rotor a un couple de démarrage inférieur est sans .importance par suite de son changement de sens de rotation» Mais, pour cette raison, le se-40 cond rotor, par suite de sa moindre résistance, rotorique., a un 70 17681 4 2042713 couple de renversement supérieur, comme il convient d'ailleurs à une pompe. A longueur de rotor égale,1 la pratique a montré qu'un rapport de résistance de 1/1,3 se révélait avantageux. Ce principe s'applique avantageusement aussi à des moteurs de ce genre à phase 5 auxiliaire pouvant être mise hors circuit. Il est d'autre part avantageux d'empêcher la pompe de fonctionner jusqu'à ce que le rotor qui lui est associé ait démarré dans le sens convenable. On peut obtenir ce résultat en prévoyant sur la pompe une dérivation munie d'une soupape de retenue, par l'intermé-10 diaire de laquelle l'huile est amenée à circuler en circuit fermé, lorsque la pompe est entraînée en sens contraire de son sens normal de rotation. Il est également très avantageux d'associer au second rotor un dispositif qui ne permet sa rotation que dans son sens normal de rotation. Dans ce dernier cas, on dispose d'un couple 15 plus élevé pour l'entraînement du premier rotor, le moteur monophasé qui vient d'être décrit convient aussi à d'autres cas d'utilisation, par exemple pour l'entraînement de la soufflante d'une installation de chauffage au gaz, où le second rotor-, avec une certaine temporisation, ouvre une soupape de gaz, ce 20 qui, par exemple, peut être effectué grâce à un ressort de torsion associé qui, à l'arrêt du moteur, referme la soupape de gaz. L'invention, est décrite plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple, illustratif mais nullement limitatif, dé réalisation, en se référant aux dessins annexés dans lesquels : 25 - la fig. 1 représente schématiquement un moteur monophasé conforme à l'invention, - la fig. 2 est un schéma de principe de ce moteur monophasé, et - la fig. 3 est un diagramme vectoriel courant/tension relatif 30 aux courants traversant les deux enroulements de stator. Un moteur monophasé 1 comporte un. stator 2, un premier rotor 3 et un second rotor 4. le stator comporte un enroulement principal 5 et un enroulement auxiliaire 6, le rotor 3 une cage d'écureuil à anneaux de court-circuit 7 et le rotor 4 "une cage d'écureuil à an-35 neairs de court-circuit 8. le rotor 3 entraîne au moyen d'un arbre 10 monté dans le palier 9 une roue de soufflante 11. Le rotor 4 entraîne au moyen d'un arbre 13 monté dans un palier 12 une pompe à huile 14 qui, par l'intermédiaire d'une canalisation 15, aspire de l'huile et l'envoie par une canalisation 16 à une buse pulvérisa-40 trice. 70 17681 5 2042713 A l'arbre 13 est associé un cliquet 17 qui empêche la rotation du rotor 4 dans le sens de la flèche I (sens de rotation normal du rotor 3) et ne permet sa rotation que dans le sens de la flèche II. Au lieu de ce dispositif, on peut prévoir aussi un dispositif d'ac-5 couplement qui n'entraîne la pompe 14 que lorsque le rotor 4 tourne dans le sens de la flèche II. Une autre possibilité consiste à associer à la pompe un conduit de court-circuit 18 muni d'une soupape de retenue 19 qui s'ouvre lorsque la pompe 14 est entraînée par le rotor 4 d'une manière telle qu'elle fait circuler l'huile dans le 10 sens contraire du sens normal de son f onctionnement. Le montage des enroulements statoriques est très simple. Gomme on le voit sur la fig. 2, l'enroulement principal 5 et l'enroulement auxiliaire 6 sont branchés en parallèle et raccordés aux bornes du réseau 21 par l'intermédiaire d'un interrupteur commun 20. 15 Sur la fig. 3» on a représenté vectoriellement le courant 1^ traversant 1* enroulement principal 5 et le courant Ig traversant l'enroulement auxiliaire 6, dans leur position de phase par rapport à la tension U. Entre les courants 1^ et Ig, il existe une différence de phase y qui, dans le cas présent, à l' enclenchement du mo-20 teur doit être inférieure à 20°, qui en pratique peut être compris© entre 6 et 7° environ et qui aussi, pour la tension d'alimentation maximale U, au moment où le second rotor commence à prendre sa vitesse de régime dans son sens normal de rotation II n'est pas descendue en dessous de 0°. 25 Dans tua. exemple de réalisation, l'enroulement principal 5 oc cupait deux tiers du pas polaire et l'enroulement auxiliaire 6 un tiers du pas polaire, l'enroulement auxiliaire 6 était en cuivre et avait 2,7 fois plus de spires que l'enroulement principal 5 qui était en aluminium. Les deux rotors 3 et 4 avaient la même longueur 30 d'empilement de tôles. Mais la résistance de la cage d'écureuil à anneaux de court-circuit 7 était supérieure de 30 à celle de la cage 8. le mode de fonctionnement du moteur, lorsqu'on utilise un cliquet 17, est le suivant. lorsqu'on enclenche l'interrupteur 20, le 35 premier rotor 3 commence à démarrer et à monter en vitesse dans le sens de la flèche I, tandis que le second rotor 4, sur lequel s'exerce un couple de même sens, est retenu par le cliquet 17. Après - que le premier rotor 3 a essentiellement atteint sa vitesse de régime, le champ tournant produit par lui s'exerce aussi sur le seeond 40 rotor 4 et celui-ci commence à tourner et prendre de la vitesse 70 17681 6 2042713 dans le sens de la flèche 2. On dispose alors d'un couple suffisamment fort pour entraîner la pompe 14® Su fait que la pompe 14 est temporisée par rapport à la soufflante 11, on est assuré qu'à l'entrée de l'huile dans la chambre de combustion on dispose d'air frais 5 avec un débit suffisant pour la combustion. A la coupure de l'alimentation, le rotor 4, par suite de la charge constituée par la pompe 14, s'arrête rapidement, tandis que le rotor 3 et la roue de soufflante 11 tournent encore pendant un temps suffisamment long, ce qui est avantageux afin de purger d'air la chambre de combustion, 10 Lorsque, après une interruption de courant, la tension revient, le moteur 1 se remet automatiquement en marche- car l'enroulement auxiliaire est resté enclenché en permanence. Il est dans Ge cas indifférent qu'un rotor ou les deux rotors se soient déjà arrêtés. Dans le cas de variation de la tension d'alimentation aux bor-15 nés 21 du réseau, du fait de la non-linéarité des impédances, la position de phase- des courants 1^ et Ig varie par rapport à la tension U. Lorsque la tension croît, la différence de phase y décroît. Mais cette diminution n'a aucun inconvénient pour le démarrage du moteur, car la tension, et avec elle les courants, ont augmenté; 20 mais au moment où le second rotor commence à prendre sa vitesse de régime, la différence de phase ne doit pas être descendue en dessous de la valeur 0°. Si la tension d1 alimentation baisse, cette différence de phase devient aussi plus grande, de sorte que, bien que. .la tension ait diminué, on dispose d'un couple de démarrage suffisant. 25 Gomme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux des modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 70 17681 7 2042713 REVENDICATIONS 1 - Moteur électrique monophasé dans lequel à .un stator, comportant deux enroulements décalés l'un par rapport à l'autre dont le premier (enroulement auxiliaire) est dimensionné autrement que 5 le second (enroulement principal), sont associés deux rotors tournant en sens inverses, dont le second n'atteint sa vitesse de rotation maximale de fonctionnement qu'après que le premier ait essentiellement atteint sa vitesse maximale de régime, en particulier pour des brûleurs à huile, le premier rotor entraînant une soufflan- 10 te et le second entraînant, avec une certaine temporisation, une pompe à huile, lequel moteur est caractérisé en ce que les deux enroulements (5, 6) peuvent être mis en ou hors service simultanément et que la différence de phase (^jr) des courants dans les deux enroulements est, au moment du démarrage, inférieure à 20°, mais à la 15 tension de service maximale admissible, jusqu'au moment où le second rotor (4) commence à prendre sa vitesse de régime dans son sens normal de rotation, n'est pas descendue en dessous de 0°. 2 - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence de phase (y) au moment du démarrage, à la tension nomi- 20 nale d'alimentation, est de 5 à 8°. 3 - Moteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'enroulement auxiliaire (6) a un plus grand nombre de spires que l'enroulement principal (5). 4 - Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le 25 nombre de spires de l'enroulement auxiliaire (6) est au moins le double de celui de l'enroulement principal (5). 5 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que 1'enroulement principal (5) est réalisé en un matériau, par exemple l'aluminium, de résistivité supérieure à cel- 30 le du matériau, par exemple du cuivre, constituant l'enroulement auxiliaire (6). 6 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le courant traversant l'enroulement auxiliaire (6) est en avance sur celui traversant l'enroulement principal 35 (5). 7 - Moteur, en particulier selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le produit de la longueur par la résistance du premier rotor (3) est supérieur à celui relatif au second rotor (4). 40 8 - Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les 70 17681 8 2042713 longueurs des rotors sont approximativement égales et la résistance du premier rotor (3) est supérieure à celle du second rotor (4). 9 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pompe (14) est empêchée de fonctionner 5 jusqu'à ce que le rotor (4) qui lui est associé ait démarré dans le sens convenable. 10 - Moteur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'au second rotor (4) est associé un dispositif (17) qui ne permet de rotation que dans son sens normal de rotation.