Brevet FR2160346A1 — publié le 19730629

La présente invention porte sur un moteur à induction monophasé avec enroulements de stator comportant un enroulement prFv cipal et un enroulement auxiliaire et condensateur de déphasage déterminant le décalage de phases entre enroulement principal et enroulement auxiliaire. Un tel moteur est utilisé de préférence dans une machine à laver, notamment dans une machine à laver domestique. Dans les machines à laver qui fonctionnent à deux régimes différents, un régime bas pour le lavage et un régime élevé pour l'essorage, on utilise d'habitude pour entraîner l'arbre du tambour de lavage de la machine des moteurs qui possèdent dans le mEme stator deux groupes d'enroulements de stator agissant sur le même rotor. Un des groupes d'enroulements du stator possède un nombre de paires de piles relativement élevé, de six à douze paires de pssles,pour obtenir un régime de rotation suffisamment baZ pour le lavage. L'autre groupe d'enroulements du stator ne possède qu'unie seule paire de piles pour obtenir la vitesse de rotation élevée nécessaire pour l'essorage du linge lavé. Les deux groupes d'enroulements du stator comprennent chacun un enroulement principal et un enroulement auxiliaire entre lesquels est intercalé un condensateur de déphasage pour engendrer les flux magnétiques de l'enroulement principal et l'enroulement auxiliaire un angle de déphasage électrique approprié. En ce qui concerne la partie du moteur adaptée à engendrer la vitesse de rotation élevée qui ne possède en général qu'une paire de piles et qui est soumise à de fortes accélérations, on sait que le choix de la capacité du condensateur de déphasge doit tenir compte de deux conditions contradictoires. D'une part il est nécessaire d'avoir une capacité élevée pour produire un coupIe de rotation d'accélération élevé. D'autre part, pour limiter le courant circulant en service nominal et par conséquent pour limiter l'émission de chaleur correspondante par les enroulements, il faut que la capacité soit faible. ne solution habituellement utilisée consiste à prévoir un condensateur électrochimique supplémentaire qui est mis en circuit lorsque le moteur démarre pour augmenter la capacité. Lorsque la vitesse de rotation a atteint une valeur élevée,le condensateur électrochimiquesupplémentaireest mis hors circuit, par exemple au moyen d'un interrupteur centrifuge, lorsque le régime nominal est atteint. Il existe pour celà deux éléments de commutation qui sont la source de différents in convénients en matière de sûreté de fonctionnement. De part sa nature même le condensateur électrochimique est un condensateur de faible qualité qui ne peut normalement rester enclenché longtemps, pour une durée exédant par exemple 15 à 20 secondes. Or-le temps de démarrages des machines à laver est important de sorte que de telles durées sont souvent atteintes. De plus l'interrupteur centrifuge prévu pour mettre hors circuit le condensateur électrochimique doit couper le courant de forte intensité qui correspond presque au courant circulant lorsque le couple de rotation du moteur est maximal. En raison de ces dures conditions de travail la durée de vie de l'interrupteur centrifuge est réduite, de sorte que B sûreté de fonctionnement du moteur reste faible. Pour des raisons d'économie il est également souhaitable d'utiliser pour la partie du moteur destinée aux vitesses de rotation élevées le même condensateur de déphasage que pour la partie du moteur destinée aux faibles vitesses de rotation. Ceci représente une grave limitation pour le dimensionnement du moteur et entrasse entre autres inconvénients celui d'obliger à utiliser pour la partie du moteur correspondant aux faibles vitesses de rotation un condensateur dont la tension nominale ou de régime est sensiblement supérieure à celle qui serait nécessaire au fonctionnement. Pour un moteur de machine à laver usuel déterminé à deux vitesses de rotation qui est alimenté en 220 V, la tension au condensateur de la partie du moteur destinée aux vitesses de rotation élevées atteint 470 V tandis qu'au condensateur utilisé pour la partie du moteur correspondant aux faibles vitesses de rotation onn'a qu'une tension de 270 V. Si on considère que la durée de fonctionnement du moteur se répartit entre 80 % pour la petite vitesse de rotation et 20 ffi pour la vitesse de rotation élevée il est évident que l'utilisation du condensateur qui est obligatoirement dimensionné pour les conditions de travail les plus défavorables ne a'effectue que d'une façon peu rationnelle. D'autres inconvénients des solutions connues résultent du fait que le condensateur de déphasage servant à la partie du moteur destinée aux viteses de rotation élevées possède une capacité dont le choix est uniquement le résultat d'un compromis. En raison de celà, lorsque le moteur tourne à son régime de service, il ne fonctionne pas dans les conditions optimales de sorte que les enroulements de stator doivent entre sur-dimensionnés pour compenser les pertes calorifiques élevées résultant des conditions de fonctionement défavorables. D'autre part cet état de choses augmente également la puissance nécessaire du moteur. L'invention a pour objet d'éviter avec un moteur du type décrit ci-dessus les inconvénients qui ont été exposés et propose dans ce but un moteur, notamment un moteur à deux vitesses de rotation pour machine à laver qui, tout en pouvant être utilisé de façon aussi satisfaisante que les moteurs connus, permet de diminuer les dépenses de construction d'améliorer la sbreté de fonctionnement et d'augmenter le rendement, un interrupteur actkn- nd après la mise en marche du moteur et le condensateur de déphasage n'ayant plus à supporter que des efforts inférieurs à ceux qu'il supporte jusqu'à maintenant. Ce résultat est obtenu par l'invention avec un moteur du type décrit ci-dessus grâce au fait que l'enroulement auxiliaire se compose de deux enroulements partiels montés en série et grå- ce au fait que, aux faibles vitesses de rotation, le condensateur de déphasage est branché en série avec le montage en série des enroulements partiels tandis que lorsque la vitesse de rotatio4iépasse une valeur de seuil pré-déterminée de vitesse de rotation, il est branché en série avec l'un des deux enroulements partiels tandis que l'autre enroulement partiel est mis hors ctr- cait. Dans le moteur selon 1 1invention une partie de 1' enroulement auxiliaire est donc hors circuit lorsque la vitesse de rotation dépasse une valeur de seuil pré-déterminée. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé dans lequel la figure 1 représente schématiquement les couplages d'un moteur de machine à laver à deux vitesses de rotation selon l'invention, et la figure 2 représente les diagrammes de fonctionnement du moteur selon la figure 1. Le moteur à induction monophasé de machine à laver représenté à la figure 1, à deux vitesses de rotation, comporte un bAti de moteur 10 dans lequel sont -disposés un groupe d'enroulements de stator 12 pour une faible vitesse de rotation du moteur, pour une opération de lavage ou opération analogue, ainsi qu'un groupe d'enroulements de stator 14 pour le fonctionnement du moteur à vitesse de rotation élevée. Les vitesses de rotation éle vées sont utilisées en essorage pour faire sécher le linge après le lavage. Lès deux groupes d'enroulements de stator 12 et 14 agissent sur le mdme rotor à cage qui n'est pas représenté. Les enroulements de stator 12 pour faibles vitesses de rotation comprennent trois enroulements 16, 18, 20 montés en étoile qui sont répartis de façon connue en soi de façon à former un nombre de paires de pôles relativement grand qui est compris entre 6 et 12 paires de pâles. Les enroulements 16, 18, 20 sont alimentés par des conducteurs ou cibles 22, 24, 26 qui leur correspondent et les deux premiers de ces câbles 22, 24 sont reliés aux bornes 28, 30 d'un commutateur 32 dont la borne centrale 34 est elle-même reliée à une borne d'alimentation assurant l'alimentation en courant alternatif monophasé. Le troisième cible 26 est directement relié à une autre borne d'alimentation 38 de la ligne d'alimentation monophasée. De plus les cibles 22, 24 sont reliés par l'intermédiaire de cibles 40, 42 qui leur sont respectivement raccordés, aux bornes 44, 46 de deux commutateurs 48, 50 qui sont reliés aux deux bornes d'un condensateur de déphasage 52. Le groupe des enroulements de stator 14 pour vitesses de rotation élevées comprend un enroulement principal 54 et un enroulement auxiliaire qui se compose de deux enroulements partiels 56 et 58 montés en série. L'enroulement principal 54 et l'enrou- lement auxiliaire 56, 58 aboutissent à une borne commune 60 tandis que la borne ou extrémité libre 62 de l'enroulement auxiliaire est alimenté par un cible 64 et que le point de jonction 66 des enroulements partiels 56, 58 est alimenté par un calbe 68. La borne ou extrémité 60 de l'enroulement principal 54 est raccordé à un câble 70 et son extrémité libre 72 est raccordée à un cale 74. Les cibles 64 et 68 sont raccordés aux contacts 76 et 78 d'un relais 80. Le cible 70 aboutît en passant par la bobine 84 du relais 80 à une borne d'alimentation 82 en courant alternatif monophasé. Pour assurer l'alimentation en courant alternatif monophasé le cible 74 est relié directement à une borne d'alimentatkn86 Un commutateur 88 formant l'armature du relais 80 relie le contact 78 ou 76, par l'intermédiaire d'un cible 90, avec un deuxième contact 92 du commutateur 50 suivant que le relais 80 est au repos ou au travail. Un deuxième contact 94 du commutateur 48 est relié par un cible 96 au cible 74. Le schéma des couplages du groupe d'enroulements de stator 12 est connu en soi. il n'est montré dans le cas présent que pour faire comprendre les mesures de couplages communes avec le groupe des enroulements de stator 14, à savoir la possibilité de commuter le condensateur de déphasage 52 au moyen des commutateurs 48 et 50. Lorsque le moteur fonctionne en utilisant le groupe des enroulements de stator 12, les commutateurs 48 et 50 sont mis dans la position représentée en traits interrompus à la figure 1. De cette façon le condensateur de déphasage 52 est monté en série avec l'un des enroulements 16 ou 18 par l'intermédiaire d'un des deux cibles 22, 24. Le commutateur 32 est alors actionné pour inverser le sens de rotation du moteur à faible vitesse pour le lavage ou pour des opérations analogues. Pour faire fonctionner la partie du moteur comportant le groupe des enroulements de stator 14, destiné aux vitesses de rotations élevées, on met sous tension les branchements d'alimentation 82, 86 après avoir mis les commutateurs 48, 50 dans la position représentée en traits pleins à la figure 1. Un courant statorique passe alors par le cible 70 et l'enroulement principal 54 en revenant par le cible 74 ce qui donne naissance au flux magnéti- que principal. Etant donné que le courant de démarrage est élevé en raison de la résistance élevée du rotor, la bobine 84 du relais 80 est excitée suffisamment pour amener le commutateur 88 dans la position de travail représentée en traits interrompus à la figure 1. il en résulte un courant partant du câbles 70 passant par les deux enroulements partiels 56, 58 montés en série de l'enroulement auxiliaire, par le contact 76, le commutateur 88, le cible 90, le condensateur de déphasage 52, le cale 96, et enfin par le cible 74. Sous l'effet des flux magnétiques engendrés par l'enroulement principal 54 et de ceux engendrés par les enroulements partiels 56 et 58 il se produit un couple de rotation de lancement s'exer çant sur le rotor qui est de ce fait accéléré. Si on désigne par P la section transversale combinée de tous les cibles de l'enroulement principal 54 par A la section transversale combinée des cibles des enroulements auxiliaires constitués par les deux enroulements partiels 56 et 58, et par k et h les constantes d'efficacité des deux enroulements, on peut définir un rapport caractéristique Pk a = qui représente dans ce cas de fonctionnement le rapport entre la section transversale utile des cibles de l'enroulement principal et de celle des cibles de l'enroulement auxiliaire mis en ligne dans sa totalité. Ce rapport détermine une famille de courbes caractéristiques de travail du moteur dans le cas de fonctionnement considéré, qui sont représentées à la figure 2. La figure 2 montre différentes courbes caractéristiques du moteur représenté à la figure 1. La courbe 100, 102 représente en tours (ou révolutions)/seconde la vitesse de rotation n du no- teur en fonction du couple de rotation en kp. cm. Une courbe 104 106 montre la variation du courant principal I dans l'enroulement principal 54, en ampères, en fonction du couple de rotation. Le courant auxiliaire 1a dans l'enroulement auxiliaire est lui aussi figuré en fonction du couple de rotation par la courbe 108, 110. La courbe 112, 114 montre la variation du courant d'alimentation complexe I1 en ampères en fonction du couple de rotation. La courbe 116, 118 représente la puissance absorbée par le moteur P en watts. Enfin la courbe 120, 122 représente la variation de la tension Vc aux bornes du condensateur de déphasage 52 pour différentes vitesses de rotation du moteur. Le courant d'alimentation diminue dans la mesure où le vitesse de rotation du moteur augmente et il tombe finalement en dessous d'une valeur-seuil pour laquelle le relais ampérémétrique 80 décolle de sorte que le commutateur 88 revient dans sa position de repos, position dans laquelle il met en liaison le cible 90 avec le contact 78 et par conséquent, par l'intermédiaire du câble 68, avec le point de jonction 88. A partir de ce moment un courant circule donc exclusivement par l'intermédiaire de l'enroulement partiel 56 tandis que l'enroulement partiel 58 est mis hors circuit. il en résulte pour la section transversale combinée des câbles actifs de l'enroulement partiel58etpsrconsé quent de l'enroulement auxiliaire une nouvelle valeur A'. On a ainsi un nouveau rapport caractéristique Pk A' = A'h qui donne naissance à une nouvelle famille de courbes caractéristiques. Les courbes correspondantes sont représentées à la figure 2; la variation de la vitesse de rotation en fonction du couple de rotation est représenté par la courbe 124, 126, celle du courant auxiliaire par la courbe 128, 130, celle du courant principal par la courbe 132, 134 celle du courant d'alimentation complexe par la courbe 136, 138, celle de la puissance absorbée par la courbe 140, 142 et enfin celle de la tension aux bornes du condensateur de déphasage 52 par la courbe 144, 146. Avant la mise au repos du relais 80 le point de travail du moteur sur les différentes courbes passe brusquement de la courbe originelle à la nouvelle courbe le long de segments de courbe pratiquement rectilignes. On obtient ainsi le segment 101 pour la viteste de rotation, le segment 109 pour le courant auxiliaire, le segment 105 pour le courant principal, le segment 113 pour le courant d'alimentation, le segment 117 pour la puissance absorbée et le segment 121 pour la tension aux bornes du condensateur. Dans l'ensemble le moteur en cours de fonctionnement se comporte selon les courbes représentées en traits pleins à la figure 2. Les deux rapports a et a' forment donc la valeur seuil du courant de maintien du relais 80 des paramètres pour le dimensionnement du moteur que le constructeur peut modifier avec une assez grande liberté, pour obtenir dans toutes les conditions de fonctionnement un comportement du moteur de travail optimal. En particulier le rapport a est choisi tel qu'on obtienne au moment du lancement du moteur un comportement de fonctionnement optimal, notamment un couple de rotation de mise en marche maximal tandis que le rapport a' est choisi tel que le moteur présente un comportement de travail optimal en fonctionnement stationnaire et à grande vitesse de rotation. Les principes de dimensionnement dont il faut tenir compte dans les deux cas sont coinus en soi. Ils ne font pas partie de l'invention et servent uniquement à déterminer les rapports a, a'. Le couple de rotation nominal du moteur peut entre par exemple de 10 kp. Cm. La figure 2 montre alors que par suite de la commutation au moyen du relais 80, il se produit une diminution de la puissance absorbée -P d'environ 29 ffi par rapport à un moteur qui n'est pas commutable suivant l'état de la technique. D'une façon correspondante on obtient une diminution du courant auxiliaire 1a dans l'enroulement auxiliaire d'environ 27 ffi et une dimintSion de la totalité du courant d'alimentation absorbé It d'environ 24 %. A celA vient s'ajouter une diminution de la tension aux 8Ut bornes du condensateur de déphasage 52 qui, d'une valeur d'environ 470 V pour un moteur suivant l'état de la technique, est rabaissé à environ 330 V pour le moteur selon l'invention. il est donc ainsi possible d'utiliser un condensateur de déphasa ge ayant une tension nominale plus faible ce qui diminue son prix de revient ; un autre avantage est que le condensateur de déphasage 52 qui est sous une tension de seulement environ 270 V ou quand il est utilisé pour la partie du moteur destinée aux faibles vitesses de rotation, est mieux utilisé que précédemment dans toutes les conditions de fonctionnement. Etant donné que comme le montre la figure 2, la manoeuvre du commutateur 88 pour faire passer le moteur de son régime de démarrage à son régime de service nominal n'entrain qu'une légère modification du courant les efforts subis par les surfaces de contact du commutateur sont notablement diminués par rapport à ceux qui subissaient les commutateurs centrifuges utilisés jusqu'8 maintenant dans lesquels la totalité du courant de mise en marche doit être coupée. Pour que le commutateur 88 ne coupe pas d'abord la totalité du courant qui passe par lui et ne l'enclenche à nouveau ensuite, il est réalisé de préférence sous forme de contact glissant. La transition du courant d'alimentation complexe lors de la commutation, qui se déroule suivant la courbe 112, le segment de courbe 103 et la courbe 138 est marqué par les points de courbe M et N. REVEKDICATIONS 1 - Moteur à induction monophasé comportant des enroulements de stator qui comprennent un enroulement principal et un enroulement auxilaire et comportant également un condensateur de déphasage déterminant le déphasage entre l'enroulement principal et l'enroulement auxilaire, caractérisé en ce que l'enroulement au xilaire se compose de deux enroulements partiels montés en série, et en ce que le condensateur de déphasage, aux faibles vitesses de rotation, est branché en série avec le montage en série des enroulements partiels et, lorsque la vitesse de rotation dépasse une valeur de seuil déterminée, est branché en série avec l'un des enroulements partiels, l'autre enroulement partiel étant mis hors circuit. 2 - Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rapport entre la section transversale utile des conducteurs ou cibles de l'enroulement principal et la section transversale utile du montage en série des enroulements partiels est chosi tel que, pour une capacité pré-donnée du condensateur de déphasage, on obtienne en fonctionnement de lancement et en fonctionnement d'accélération un comportement de travail optimal et en ce que le rapport entre la section transversale utile des cibles de l'enroulement principal et celle des cibles de l'enroulement partiel qui est seul mis en service aux vitesse de rotation élevées est tel que, pour une même capacité du condensateur de déphasage, on obtienne en service nominal un comportement de travail optimal. 3 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que soit le point de jonction des enroulements partiels soit l'extrémité libre de l'enroulement partiel mis hors circuit pour le fonctionnement aux régimes de rotation élevés est relié en série avec le condensateur de déphasage, aux bornes d'alimentation, au moyen d'un commutateur actionné quand la vitesse de rotation atteint sa valeur de seuil. 4 - moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le condensateur de déphasage est monté entre le commutateur et une borne d'alimentation. 5 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 3, ou 4 caractérisé en ce que le commutateur est actionné en fonction de l'intensité du courant. 6 - Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le commutateur forme l'armature d'un relais électromagnétique. 7 - Moteur selon l'une quelconque des revendication 5, 6 caractérisé en ce que le commutateur est actionné en fonction de l'ensemble du courant d'alimentation du moteur. 8 - Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ltenroulement de stator auxiliaire un petit nombre de paires de pâles, de préférence une paire de polos. 9 - Moteur selon ltune quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est prévu, outre les enroulements de stator normaux, des enroulements de stator supplémentaires comprenant un enroulement principal et un enroulement auxiliaire, à nombre de paires de pôles différent, le déphasage entre l'enroulement principal et l'enroulement auxiliaire étant déterminé par un condensateur de déphasage, et en ce que les enroulements de stator normaux et supplémentaires peuvent & tre mis en service à volonté. 10 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 8, 9 caractérisé en ce que les enroulements de stator supplémentaires comportent au moins six paires de pôles. 11 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 9, 10 caractérisé en ce que le condensateur de déphasage peut être branché en série soit avec l'enroulement auxiliaire des enroulements de stator normaux soit avec l'enroulement auxiliaire des enroulements de stator supplémentaires. 12 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 9 à 11 destiné à une machine à laver avec vitesse de lavage et vitesse d'essorage, caractérisé en ce que les enroulements de stator normaux sont mis en service pour l'essorage et les enroulements de stator supplémentaires sont mis en service pour le lavage. 13 - Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le commutateur se présente sous la forme d'un contact glissant.