Brevet FR2422281A1 — publié le 19791102

La présente invention porte sur un groupe moteur électro- dynamique comportant un moteur d'entraînement dont l'arbre de sortie, tournant à vitesse constante, est lié à un accouplement réglable. Dans de nombreuses branches de l'industrie, il est souhaitable ou même nécessaire de disposer d'un groupe moteur qui d'une part puisse être entrainé par une machine tournant à vitesse constante et d'autre part ait un arbre de sortie dont la vitesse puisse être modifiée. Un point important d'un tel groupe moteur est son rendement. Les pertes, en particulier dans l'accouplement ou le réducteur, doivent être aussi réduites que possible afin qu'on dispose à la sortie du groupe d'une partie aussi grande que possible de la puissance introduite. Un groupe moteur dont la vitesse de sortie puisse être modifiée de façon progressive présente un intérêt tout particulier. Une solution connue, représentée sur la figure 1, consiste à entrainer par exemple au moyen d'un moteur diesel 2, par l'intermédiaire d'un arbre 3 un accouplement à huile ou un convertis seur hydraulique de couple 1. On peut alors agir sur la vitesse de l'arbre de sortie 4 par réglage du convertisseur 1. Une autre solution connue, représentée sur la figure 2, prévoit un moteur diesel 2 dont l'arbre de sortie 3 entraine un accouplement à courants de Foucault 5. On peut là encore agir sur la vitesse de 1'arbre de sortie 4 par réglage de l'accouplement 5.Ces solutions connues fonctionnent toutefois avec un mauvais rendement, car les pertes dans le convertisseur de couple i ou dans l'accouplement à courants de Foucault 5 sont très élevées. En outre, ces solutions ne permettent pas un changement du sens de rotation. Un rendement meilleur peut être obtenu avec un dispositif connu, représenté sur la figure 3, dans lequel un moteur diesel 2 entraîne, par l'intermédiaire d'un arbre 3, un accouplement mécanique ou électromagnétique 6 qui est couplé à un mécanisme de transmission à plusieurs vitesses 7. Cette solution a toutefois l'inconvénient de ne pas permettre-un réglage progressif de la vitesse de arbre de sortie 4. Dans le cas d'un système Ward Leonard, représenté à la figure 4, l'arbre 3 du moteur diesel 2 entraîne une génératrice 8 qui est réglable au moyen d'un organe de réglage 9 et alimente un moteur 10 dont la vitesse de l'arbre de sortie 4 est réglable.Un principe semblable est esquissé à la figure 5, sur laquelle un moteur diesel 2 entraîne une pompe il qui alimente un moteur hydraulique 12o On peut faire varier la vitesse de l'arbre de sortie 4 en agissant sur le débit de la pompe il. Sur la figure 6 enfin, est représentée une solution connue dans laquelle un moteur triphasé 13 est alimenté par I'intermédiaire d'un convertisseur de fréquence réglable i4, de sorte qu'on peut régler la vitesse de l'arbre de sortie 4 du moteur 13 en agissant sur ce convertisseur de fréquence. Bien que le rendement des systèmes connus représentés sur les figures 4 à 6 soit meilleur que celui des solutions représentées avant, il n'est pas aussi élevé qu'on le voudrait. Il faut mentionner comme autres inconvénients la construtotion com pliquée et coûteuse de ces solutions connues et le fait qu'elles nécessitent la dépense d'une énergie de réglage importante. La présente invention a pour but de proposer un groupe moteur qui ne présente pas ces inconvénients et permette de réaliser une conversion de vitesse ou de couple réglable de façon progressive, demande une très faible énergie de réglage, soit compact et simple et ait un très bon rendement. L'invention atteint ce but avec un groupe moteur de type indiqué au début gracie au fait que l'accouplement comporte un alternateur triphasé dont l'enrou- lement shunt est relié à un appareil de commande à tension et fréquence variables et qulil est prévu un moteur à cage d'écureuil couplé à l'alternateur triphasé et sur la vitesse et le sens de rotation de l'arbre de sortie duquel on peut agir en modifiant la tension et/ou la fréquence de l'appareil de commande. Des exemples de réalisation de l'objet de l'invention sont expliqués en détail ci-après à l'aide des dessins annexes. Les figures i à 6 représentent des solutions connues, La figure 7 est un schéma de principe de la solution proposée par l'invention, La figure 8 est un schéma d'une forme de réalisation du groupe moteur de l'invention, La figure 9 est une coupe schématique d'un autre exemple de réalisation de la solution proposée par l'invention. On a déjà parlé des figures i à 6, de sorte qu'elles n'ont pas besoin d'autres explications. La figure 7 montre le système proposé par l'invention. Une machine motrice 15, par exemple un moteur thermique tournant à vitesse constante, entraine par l'in- termédiaire d'un arbre 16 un alternateur triphasé 17. L' enroulement shunt i8 de cet alternateur est relié à un appareil de commande 19 dont la tension et la fréquence de sortie sont réglables. L'alternateur 17 alimente un moteur à cage d'écureuil 36 dont l'arbre de sortie 37 a une vitesse réglable par action appropriée sur l'appareil--de commande 19.La fréquence d'alimentation fournie au moteur 36 dépend de la vitesse du rotor de l'alternateur 17, de son nombre de paires de poules et de la fréquence de son champ et peut s'écrire : F + F F = f- r m p F étant la fréquence fournie au moteur m Ff la fréquence du champ de l'alternateur Fr la fréquence du rotor et p le nombre de paires de poles. Une possibilité de réalisation pratique est représentée schématiquement sur la figure 8. Un moteur thermique 15 entraîne par l'intermédiaire de l'arbre i6, le rotor 20 de la partie alter nature Ce rotor 20 est entouré sur une petite partie par une bobine d'excitation-21 qui est reliée à l'appareil de commande 22, et sur une grande partie par le rotor à cage 23 de la partie moteur, les éléments 20, 21 et 23 étant placés coaxialement de façon qu'il y ait un petit entrefer1 d'une part entre le rotor 20 et la bobine d'excitation 21, de l'autre entre le rotor 20 et le rotor à cage 23. Au rotor à.cage 23 est accouplé rigidement l'arbre de sortie 24 du groupe. On a ainsi un convertisseur compact dont la vitesse de l'arbre de sortie est variable par réglage de l'appareil de commande. Quand le rotor 20 est entraîné à vitesse constante par la machine 15, il produit-un champ tournant de fréquence Fr. Dans l'enroulement d'excitation 21 est, d'autre part, envoyé un courant de fréquence régulée, de sorte qu'il stétablit un champ tournant de fréquence Ff. Le champ tournant résultant de fréquence Fm = Ff + Fr est'couplé magnétiquement au rotor 23, lequel suit ce champ avec un retard minime et entraîne l'arbre 24. On voit facilement qu'on peut agir sur la vitesse de rotation de 1'arbre 24 du fait que la fréquence envoyée à la bobine d'excitation 21 par l'appareil de commande 22 est variable. Des essais ont montré qu'environ 2 % seulement-de lténergie totale était dépensée pour la régulation. Le couple produit sur l'arbre 24 est déterminé par le courant d'excitation dans la bobine 21. Si la bobine d'excitation 21 est alimentée en courant continu seul est déterminant le champ tournant produit par le rotor 20. Comme le rotor 20 est couplé magnôtiquement par l'inter- médiaire d'un entrefer au rotor à cage 23, ce dernier suivra ce champ tournant avec un faible retard, de sorte que le rapport de transmission entre l'arbre d'entraînement 16 et l'arbre de sortie 23 sera approximativement égal à 1. Si la bobine d'excitation 21 est alimentée en courant triphasé, on peut, suivant le sens de rotation des champs et la fréquence, obtenir une vitesse plus grande ou plus faible ou un changement du sens de rotation de 1'arbre de sortie 24. Il est apparu que quel que soit le rapport de transmission réglé, on pouvait obtenir un rendement allant jusqutà 95 %. Une réalisation compacte intéressante du groupe moteur est représentée schématiquement sur la figure 9. Ce groupe, monté dans une enveloppe connue, comprend, disposés coaxialement, de 1'extérieur vers l'intérieur, un enroulement statorique triphasé 25 alimenté par le réseau, un rotor à cage 26 comprenant un enroulement extérieur 27 et un enroulement intérieur 28 et, placés côte à côte à l'intérieur de ce rotor 26, une bobine régulatrice d'excitation 29 fixe et un rotor 30 pourvu d'un enroulement 31. A côté est monté sur le même axe un train d'engrenages planétaire comprenant une roue planétaire 32, un chassis porte-satellite 33 et une roue solaire 34. L'arbre de sortie 35 est monté dans l'enveloppe et est solidaire du chassis 33. La roue planétaire 32 est solidaire du rotor à cage 26 tandis que la roue solaire 34 est entraînée par le rotor 30. Entre l'enroulement statorique 25 et ltenroulement exté- rieur 27 du rotor 26 se trouve un entrefer, de sorte que ces deux enroulements sont couplés magnétiquement. De meme, il y a un entrefer entre l'enroulement intérieur 28 du rotor 26 d'une part et la bobine régulatrice d'excitation 29 et l'enroulement rotorique 31 de l'autre, ce qui produit un couplage magnétique de ces enroulements. En cas d'alimentation de l'enroulement 25 en courant triphasé, il se forme un champ tournant que le rotor a cage 26 suit sous l'influence de son enroulement extérieur 27, de sorte que le rotor 26 entraîne la roue planétaire 32 à vitesse constante. Sur l'enroule- ment 31 du rotor 30 agissent deux champs tournants, le champ de fréquence Fr produit par l'enroulement intérieur 28 du rotor tournant à vitesse constante 26 et le champ de fréquence Ff produit par l'enroulement 29 de la bobine régulatrice d'excitation. Ce dernier champ est de fréquence et de sens de rotation variables, car La bobine 29 est reliée à un appareil de commande réglable de la manière indiquée précédemment. Suivant la fréquence et le sens du champ tournant produit par la bobine 29, le rotor 30 tournera plus ou moins vite et entraînera en conséquence la roue solaire 34. De la vitesse angulaire relative de la roue planétaire 32 et de la roue solaire 34 résulte une rotation du chassis porte-satellite 33 et ainsi de l'arbre de sortie 35. Avec cette réalisation, on a un dispositif moteur shunt dans lequel un moteur à cage d'écureuil, un-accouplement réglable et à un réducteur mécanique sont réunis en un bloc très compact et simple qui permet un réglage presque sans pertes et en outre progressif de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie. Ce bloc moteur présentez en outres toujours un couplage de l'arbre d'entraînement et de l'arbre de sortie, de sorte qu'en cas de marche glissante, on a l'effet de freinage désiré dans la plupart des cas pour des raisons de sécurité, REVENDICATIONS 1. Groupe moteur électrodynamique comportant un moteur d'entraînement dont l'arbre de sortie, tournant a vitesse constante, est lié à un accouplement réglable, caractérisé par le fait que l'accouplement comporte un alternateur triphasé dont l'enrou- lement shunt est relié a un appareil de commande à tension et fréquence variables et qutil est prévu un moteur à cage d'écureuil couplé à l'alternateur triphasé et sur la vitesse et le sens de rotation de l'arbre de sortie duquel on peut agir en modifiant la tension et/ou la fréquence de l'appareil de commande. 2. Groupe moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'alternateur et le moteur à cage d'écureuil sont réunis en un bloc. 3. Groupe moteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le rotor de l'alternateur est entouré sur une petite partie par la bobine d'excitation et sur une grande partie par le rotor à cage du moteur. 4. Groupe moteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la bobine d'excitation est couplée magnétiquement par l'intermédiaire d'un entrefer au rotor de l'alternateur et celui-ci est couplé magnétiquement par l'intermédiaire d'un entrefer au rotor à cage du moteur. 5. Groupe moteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que son arbre de sortie est couple directement au rotor à cage. 6. Groupe moteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moteur d'entraînement et l'accouplement réglable sont réunis en un bloc moteur. 7. Groupe moteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le bloc moteur comprend, disposés coaxialement, de I'extérieur vers l'intérieur, un stator appartenant au moteur d'entralnement, un rotor à cage et, placés côte à catie, une bobine d'excitation fixe et un rotor. 8 Groupe moteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le rotor à cage est pour de deux enroulements placés l'un au-dessus de autre 9. Groupe moteur selon la revendization 8, caractérisé par le fait que leroulement sstérea^ du rotor à cage est couple magnétiquement par l'intermédiaire d'un entrefer au stator du moteur d'entraînemçnto 10. Groupe moteur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'enroulement intérieur du rotor à cage est couplé magnétiquement par l'intermédiaire d'un entrefer à la fois au rotor et à la bobine d'excitation fixe. 11. Groupe moteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'à la sortie du bloc moteur est monté un train d'engrenages planétaires. 12. Groupe moteur selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le rotor est couplé à la roue solaire, le rotor à cage à la roue planétaire et l'arbre de sortie du bloc moteur au châssis porte-satellite.