Brevet FR2480526A1 — publié le 19811016

Ensemble moteur électrique autonome apte à fournir un couple constant et application à un système réfrigérant a comPression La présente invention concerne un ensemble moteur électrique autonome agencé pour fournir un couple constant. On connait déjà des ensembles moteurs électriques aptes à fonctionner de façon autonome, c'est-à-dire à fonctionner à partir d'une source d'énergie inépuisable, telle que l'énergie solaire. De tels ensembles comprennent, d'une part, un générateur électrique à photopiles et, d'autre part, un moteur électrique à courant continu du type habituellement utilisé dans l'application envisagée et alimenté par le générateur à photopiles, éventuellement par l'intermédiaire d'un convertisseur électrique. La caractéristique de puissance maximale de sortie des photopiles est représentée par la courbe 1 de la figure 1 ci-annexée, figure qui montre les caractéristiques courant-tension, pour des puissances différentes, de photopiles (le courant étant porté en abscisse et la tension en ordonnée). Aucun moteur à courant continu habituellement utilisé ne possède une caractéristique de puissance d'entrée coincidant avec cette courbe de puissance maximale disponible en sortie des photopiles. Le faible rendement énergétique des photopiles et le défaut d'adaptation du moteur électrique à son alimentation électrique faisaient donc que le rendement des ensembles réalisés à ce jour était extremement médiocre et ne permettait pas d'aboutir à un produit intéressant sur le plan énergétique. Cette inadaptation du moteur à une alimentation à partir de photopiles était rendue encore plus manifeste lorsqu'on recherchait un couple constant en sortie du moteur en dépit des fluctuations d'alimentation, les ensembles actuellement réalisés étant inaptes à remplir une telle condition. Le but de l'invention est donc de réaliser un ensemble moteur électrique à fonctionnement autonome agencé pour fournir un couple constant avec le rendement maximal compatible avec la nature du générateur électrique utili sé. Conformément à l'invention, un tel ensemble se caractérise en ce qu'il comprend en combinaison : - d'une part, un générateur électrique autonome comprenant une pluralité de photopiles, - et, d'autre part, un moteur électrique à courant continu à excitation compound soustractive, alimenté par le sus dit générateur électrique, dont le taux de compoundage est compris dans une plage de 20 et 60 %, le taux de compoundage étant choisi dans cette plage de manière telle que la caractéristique de couple à peu près cons tante du moteur soit obtenue pour une caractéristique de puissance absorbée par le moteur qui coincide sensible ment avec la caractéristique de puissance maximale dis ponible en sortie de l'ensemble des photopiles. Les moteurs à courant continu à excitation compound soustractive sont certes déjà connus. On a réalisé des moteurs de petite puissance à excitation compound soustractive possédant un très faible taux de compoundage, de l'ordre de quelques pour-cent. Par contre, l'utilisation d'un taux de compoundage nettement plus élevé, de l'ordre de quelques dizaines de pour-cent, conduit à une augmentation très rapide de la vitesse de rotation lorsque le courant croit, et ce type de moteur est connu de l'homme de l'art comme susceptible de s'emballer très facilement. Aussi, l'homme de l'art a-t-il été toujours détourné de l'utilisation des moteurs à excitation compound soustractive à fort taux de compoundage. Ainsi, dans certains systèmes de réglage automatique de moteurs continus munis d'un enroulement d'excitation additionnel, on prévoit un agencement approprié (par exemple redresseur monté en série avec l'enroulement additionnel) pour empêcher toute possibilité d'un fonctionnement accidentel en mode d'excitation soustractive. L'alimentation, conformément à l'invention, d'un moteur à excitation compound soustractive ayant un fort taux de compoundage à partir de photopiles permet de résoudre ce problème : en effet, comme représenté à la figure 1 par les caractéristiques courant-tension (2) des photopiles, pour une puissance déterminée le courant fourni par les photopiles décroit légèrement lorsque la tension augmente, et ce jusqu'à la zone de coude 3 des courbes caractéristiques. De ce fait, pour ce qui concerne l'ensemble moteur de l'invention, le courant dans le moteur sera maximal au moment du démarrage, puis diminuera sensiblement jusqu'à l'obtention du régime nominal. De ce fait, l'ensemble moteur de l'invention est autoprotégé contre le risque d'emballement du moteur électrique. Comme en pratique on utilisera une pluralité de photopiles connectées en série et en parallèle pour obtenir la tension et le courant appropriés au fonctionnement du moteur, il faudra que le nombre des photopiles ou groupes de photopiles connectées en parallèle soit tel que le courant maximal de sortie à vide reste inférieur au courant correspondant à un emballement du moteur pour un taux de compoundage donné. L'ensemble moteur conforme à l'invention trouve une application dans l'entrainement en rotation, à couple constant, d'une charge à partir de l'énergie solaire disponible en permanence, au cours des périodes diurnes, dans grand nombre de régions du globe. Une application particulière, mais non exclusive, qui semble devoir présenter un grand intérêt concerne la réalisation d'un système réfrigérant à compression à donc tionnement autonome, représenté sous forme d'un schémabloc à la figure 2 ci-jointe. Le système réfrigérant en question comporte - un réfrigérateur à compression 4, - un compresseur 5 pour comprimer le fluide réfrigérant du réfrigérateur, - un ensemble moteur 6 à fonctionnement autonome pour en trainer le compresseur agencé conformément à l'inven tion, c'est-à-dire comprenant un moteur 7 à courant continu à excitation compound soustractive, et un géné rateur électrique 8 à photopiles pour alimenter le mo teur 7. Le compresseur 5, du type compresseur à piston, nécessite d'etre entraîné à couple constant, quelles que soient les fluctuations de la source d'énergie, en l'occurrence quel que soit l'ensoleillement. L'enroulement additionnel d'excitation du moteur à courant continu est donc déterminé, notamment pour ce qui concerne son nombre de spires, pour que le taux de compoundage obtenu, compris entre 20 et 60 X, mais de préférence entre 30 et 50 %, confère au moteur une caractéristique de couple à peu près constante quelle que soit la puissance d'entrée du moteur, autrement dit quelle que soit l'énergie solaire fournie aux photopiles, cette caractéristique de couple étant obtenue pour une caractéristique de puissance absorbée par le moteur coincidant sensiblement avec la caractéristique de puissance maximale disponible en sortie des photopiles. Grâce à cet agencement, le rendement de l'ensemble moteur d'un exemple concret de réalisation s'est révélé supérieur à 0,8, le système réfrigérant obtenu se rvé- lant ainsi nettement supérieur aux systèmes autonomes réalisés jusqu'à présent sans recherche d'une adaptation particulière du moteur à son alimentation autonome. Par ailleurs, on notera que, pour réaliser un système réfrigérant conforme à l'invention, il est souhaitable. d'alimenter le moteur sous tension continue relativement élevée (de l'ordre d'une centaine de volts par exemple) de manière que le courant soit relativement faible afin d'éviter les pertes inutiles par effet Joule. Outre l'éco- nomie d'énergie intéressante en raison du rendement énergétique médiocre des photopiles, une telle utilisation à courant faible va dans le sens d'un accroissement de la sécurité puisqu'on s'écarte alors de façon notable de l'intensité correspondant à l'emballement du moteur. Pour pallier le défaut d'entrainement du compresseur en l'absence d'excitation des photopiles (périodes nocturnes notamment), on prévoit que le réfrigerateur 4 comporte un accumulateur de frigories, d'un type en soi connu. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Ensemble moteur électrique autonome agencé pour fournir un couple constant, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison - d'une part, un générateur électrique autonome comprenant une pluralité de photopiles, - et, d'autre part, un moteur électrique à courant continu à excitation compound soustractive, alimenté par le sus dit générateur électrique, dont le taux de compoundage est compris dans une plage de 20 et 60 %, le taux de compoundage étant choisi dans cette plage de manière telle que la caractéristique de couple à peu près cons tante du moteur soit obtenue pour une caractéristique de puissance absorbée par le moteur qui coïncide sensible ment avec la caractéristique de puissance maximale dis ponible en sortie de l'ensemble des photopiles. 2 - Ensemble moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre des photopiles ou groupes de photopiles connectées en parallèles est tel que l'intensité de sortie du générateur électrique reste inférieure à une intensité correspondant à la vitesse d'emballement du moteur pour un taux de compoundage donné. 3 - Système réfrigérant à compression à fonctionnement autonome, comportant un ensemble moteur, un compresseur entrainé par l'ensemble moteur, et un réfrigérateur à compression dont le fluide réfrigérant est comprimé par le compresseur, caractérisé en ce que l'ensemble moteur est agencé selon la revendication 1 ou 2. 4 - Système réfrigérant autonome selon la revendication 3, caractérisé en ce que le compresseur est un compresseur à piston. 5 - Système réfrigérant autonome selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les photopiles sont connectées entre elles de manière à délivrer une tension continue relativement élevée et uri courant relativement faible. 6 - Système réfrigérant autonome selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le réfrigérateur comporte au moins un accumulateur de frigories.