Brevet FR2494732A1 — publié le 19820528

La présente invention concerne un mécanisme moteur et de transmission pour entraîner en rotation le tambour d'une machine à laver fonctionnant avec au moins une vites- se de lavage et une vitesse d'essorage, comportant un mo- teur électrique, un dispositif d'embrayage par induction incorporé à la chaîne cinématique entre le moteur électri- que et le tambour et une commande à programme du cycle de lavage et du cycle d'essorage. Dans les machines à laver à tambour traditionnelles, le tambour est entraîné en rotation à une vitesse qui, pen- dant le cycle de lavage, est de l'ordre de 50 t/m, tandis que pendant le cycle d'essorage elle atteint environ 1000 tours/minute. Ce rapport de 1/10 entre les vitesses de ro- tation respectives de lavage et d'essorage ne peut, lorsqu' il n'est prévu qu'un seul moteur électrique pour l'entral- nement du tambour, être obtenu exclusivement par une permu- tation du nombre de pôles du moteur. C'est pourquoi ces mo- teurs à permutation de pôles entraînent le tambour par l' intermédiaire d'un mécanisme de transmission dont l'inter- vention est commandée par la force centrifuge, en fonction de la vitesse de rotation du moteur. Les groupes moto-ré- ducteurs de ce type ne peuvent toutefois entraîner le tam- bour qu'à deux vitesses différentes, fixées par le cons- tructeur. Pour que la machine à laver fonctionne avec plus d' une vitesse de lavage et plus d'une vitesse d'essorage, il est connu d'utiliser pour l'entraînement du tambour des moteurs à collecteur; réglables électroniquement. De tels mécanismes moteurs consomment toutefois beaucoup de courant pendant les cycles de lavage et, du fait de la présence d' un collecteur, ils sont excessivement bruyants pendant I' essorage. On connaît aussi par la description qui en est faite dans le modèle d'utilité allemand 66 03 904 une machine à laver dont le tambour est, pendant le cycle de lavage, en- traîné par un premier moteur, conçu pour tourner au régi- me propre à ce cycle, tandis que pendant le cycle d'esso- rage, il est entrainé par un second moteur électrique, di- mensionné pour tourner à la vitesse d'essorage. Pour évi- ter des pertes inutiles de puissance motrice, chacun de ces deux moteurs est accouplé au tambour par l'intermé- diaire d'un dispositif d'embrayage à commande électrique. L'embrayage du moteur de lavage est un dispositif d'embray- age traditionnel, actionnable magnétiquement, qui est, soit totalement embrayé, soit totalement débrayé. Celui du mo- teur d'essorage est un dispositif d'embrayage par induction et il est amené à l'état embrayé conformément à un program- me donné lors du démarrage du tambour en cycle d'essorage, de sorte que le linge à essorer peut se répartir régulière- ment sur la paroi du tambour. Le brevet britannique 910 884 et le brevet allemand 1 488 483 contiennent des indications sur des mécanismes moteurs électriques sont la vitesse de sortie peut être mo- difiée au moyen d'un dispositif d'embrayage par induction. La vitesse de sortie de celui-ci est détectée au moyen d' une dynamo tachymétrique. Un circuit de régulation commande l'excitation du dispositif d'embrayage de façon que sa vi- tesse de sortie reste sensiblement constante, quelle que soit la charge du moteur. L'invention a pour objet de réaliser pour une machi- ne à laver un mécanisme moteur qui, avec un seul moteur é- lectrique, permet d'entraîner le tambour à une vitesse qui peut être choisie pratiquement à volonté dans les limites d'une plage de vitesse très étendue. Par ailleurs, les per- tes électriques doivent être aussi réduites que possible, notamment pendant le cycle de lavage, et, pendant le cycle d'essorage, le bruit de fonctionnement doit être réduit. Enfin, la construction doit rester relativement simple. A cet effet, dans le mécanisme moteur et de trans- mission selon l'invention, le moteur électrique est à_ courant alternatif à inversion de pôles que la commande a programme met en marche avec un premier nombre de pôles en cycle d'essorage et avec un second nombre de pÈles, supé- rieur au premier, en cycle de lavage, et le dispositif d' embrayage par induction est relié a un circuit de régula- tion de vitesse qui, en régulant le courant d'excitation du dispositif d'embrayage, maintient la vitesse de sortie de celui-ci aux valeurs programmées, tant pour le cycle d' essorage que pour celui de lavage. Grâce à cet agencement, on peut utiliser un moteur d'induction silencieux, robuste et qui ne nécessite pas d' entretien, dont la consommation de courant est faible, tant à l'essorage qu'au lavage. Ce moteur est avantageuse- ment un moteur a courant alternatif monophasé. Contraire- ment aux mécanismes moteurs traditionnels à vitesse régu- lée utilisés dans les machines a laver, la diminution de la vitesse de sortie du moteur n'est pas obtenue au prig de son échauffement, car, tant en régime de lavage qu'en régime d'essorage, le moteur tourne à la vitesse nominale fixée par le nombre de pôles. Le refroidissement du moteur est donc assuré. Le courant de commande du dispositif d'em- brayage par induction est très faible, de sorte qu'on peut utiliser des circuits de régulation peu coûteux. Il suffit d'une permutation du moteur électrique eni- tre deux nombres de pôles pour obtenir les vitesses néces- saires du tambour, tant au lavage qu'à l'essorage. Le nom- bre de pôles le plus faible est tel qu'il permet d'obtenir la vitesse d'essorage la plus élevée qu'on désire. L'écart entre les vitesses du moteur électrique et dont le rapport entre les nombres de pôles sont avantageusement compris entre 6/1 et 10/1. Pour que le nombre de pôles supérieur qui intervient en cycle de lavage reste dans des limites o il est, techniquement, réalisable de façon simple, le premier nombre de pôles, qui détermine le régime d'essora- ge, doit être le plus bas possible. Il est avantageux que le nombre de pôles inférieur soit 2, le nombre supérieur étant 12. Comme avec un nombre de pôles égal à 2 la vites- se de sortie du moteur est supérieure à la vitesse du tam- bour qui est nécessaire en cycle d'essorage, le moteur é- lectrique est relié au tambour par l'intermédiaire d'un mé- canisme réducteur, de préférence un mécanisme à courroie de transmission. Le rapport de démultiplication de ce mé- canisme réducteur est avantageusement compris entre 2,5/1 et 3,5/1. Le circuit de régulation de vitesse commande le glissement du dispositif d'embrayage par induction entre des valeurs comprises entre 0,85 environ et presque zéro. Lorsque le tambour tourne à la vitesse d'essorage la plus élevée, l'excitation du dispositif d'embrayage par induc- tion est totale, de sorte que le glissement avoisine zéro. Pendant le cycle de lavage, le glissement est compris en- tre 0,5 et 0,85, environ. L'enroulement d'excitation du dispositif d'embraya- ge par induction est de préférence alimenté par un montage du circuit de régulation de vitesse en impulsions de cou- rant continu, montage qui émet ces impulsions avec un taux ou une largeur d'impulsion qui est fonction de la vitesse de sortie du dispositif d'embrayage. Comme le courant d' excitation de ce dernier est relativement faible, on peut utiliser comme montage déclencheur d'impulsions d'excita- tion un montage avec un étage de sortie à transistor. Com- paré aux commandes à retard de phase à thyristors relati- vement complexes, la complexité de la construction d'un tel montage est réduite. Dans une forme d'exécution préférée, le moteur à courant alternatif est relié, d'une part, par le disposi- tif d'embrayage par induction au tambour et, d'autre part, par au moins un dispositif d'embrayage supplémentaire à aimant permanent à au moins un appareil auxiliaire de la machine à laver, comme la pompe de vidange ou un ventila- teur. On utilise donc un seul et même moteur pour l'entrai- nement du tambour et celui des appareils auxiliaires. Ces derniers peuvent, suivant l'excitation du dispositif d'em- brayage par induction, fonctionner en même temps que le tambour ou lorsque celui-ci est arrêté. Un dispositif d'embrayage par induction doit pouvoir être fabriqué sans une grande dépense de moyens techniques, c'est-a-dire d'une manière économique, et il doit avoir par ailleurs un bon rendement. Un dispositif d'embrayage qui remplit ces conditions comporte une roue polaire munie d' un enroulement d'excitation qui produit un champ magnéti- que orienté axialement, ainsi qu'un inducteur disposé co- axialement à la roue et qui tourne relativement à elle. La roue polaire pomporte de son côté une culasse avec un disque à chacune des deux extrémités axiales de l'enroule- ment excitateur, les disques portant chacun une pluralité de pièces polaires réparties sur leur pourtour avec entre elles des intervalles, chaque pièce polaire étant dans chaque disque en regard d'un intervalle entre les pièces polaires de l'autre disque. L'enroulement excitateur pro- duit alors entre les pièces polaires des champs magnétiques orientés dans le sens périphérique et de polarités alter- nées. L'inducteur est conformé de préférence en rotor en court-circuit et il est formé d'une pièce de métal moulée sous pression, qui est munie de deux bagues de court-cir- cuit placées à une certaine distance l'une de l'autre dans le sens axial, coaxialement à la roue polaire, et d'une plu- ralité de barrettes de court-circuit, réparties sur sa pé- riphérie, qui s'étendent entre les deux bagues dans le sens axial et ne forment avec les bagues qu'une seule pièce. La distance angulaire entre les barrettes est de préférence é- gale à celle entre les pièces polaires voisines. Une des bagues de courtcircuit forme en même temps un moyeu pour un montage en porte-à-faux de l'inducteur sur l'arbre du moteur ou sur un arbre séparé, lié en rotation à celui du moteur. Un inducteur du type de celui qui vient d'être dé- crit peut être fabriqué à peu de frais. Ceci est particu- lièrement vrai lorsque la bague de court-circuit qui forme moyeu ne forme qu'une seule pièce avec la poulie de sortie du mouvement. Pour améliorer le rendement du dispositif d'embraya- ge par induction, les barrettes de court-circuit sont cou- lées dans des rainures axiales d'une carcasse faites de tô- les en fer doux isolées les unes par rapport aux autres et empilées dans le sens axial. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce mécanisme moteur: Fig. 1 est un schéma d'une machine à laver à tam- bour et du mécanisme moteur selon l'invention; Fig. 2 est une vue de côté et pour moitié en coupe longitudinale d'un dispositif d'embrayage par induction pour le mécanisme moteur-de fig. 1. On peut voir à la figure 1 une machine à laver à tambour 1, dont le tambour 1 monté en rotation sur un axe horizontal est entraîné, aussi bien pendant le cycle de la- vage que pendant celui d'essorage, par un moteur à courant alternatif monophasé 7' auquel il est relié par un système de transmission à courroie 5. Une commande à programme Il reliée au secteur (courant alternatif> en 9 déclenche et arrête les cycles de lavage et d'essorage de la machine à laver 1 et règle la vitesse de rotation du tambour 3 con- formément au programme de lavage et d'essorage choisi. La vitesse d'essorage est de l'ordre de 1000 tours à la minute, tandis que celle de lavage n'est que de 50 tours/minute environ. Il y a donc entre ces deux vitesses un écart qui correspond à un rapport de 20/1. Pour obtenir cet écart et pour pouvoir faire varier la vitesse d'essora- ge et celle de lavage en fonction du programme formé à la commande 11, le moteur a courant alternatif 7 est conformé en moteur d'induction a permutation de nombre de pôles et, entre son arbre de sortie 13 et le système de transmission par courroie 5 est interposé un dispositif d'embrayage par induction 15, dont le glissement et, par conséquent la vi- tesse de sortie, sont maintenus à la valeur de consigne donnée par la commande à programme Il au moyen d'un circuit de régulation 17. Le dispositif d'embrayage par induction comprend une roue polaire 19 montée sur l'arbre de sor- tie du moteur et munie d'un enroulement excitateur, roue qui produit dans un inducteur coaxial 21, apte à tourner relativement à elle, des courants de Foucault qui communi- quent un mouvement de rotation à l'inducteur 21 lié au sys- tème de transmission par courroie 5 lorsque la roue polai- re 19 est entrainée par le moteur à courant alternatif 7. Dans la forme d'exécution représentée, la roue polaire 19 est calée sur l'arbre de sortie 13 du moteur. Un agence- ment inverse, dans lequel l'inducteur 21 est calé sur 1' arbre 13, est également convenable. La glissement du dispositif d'embrayage par induc- tion 15 est fonction de l'excitation de la roue polaire 19. Le courant d'excitation est envoyé par un montage déclen- cheur d'impulsions 23, qui est constitué par un générateur d'impulsions rectangulaires 25 et par un étage de sortie A transistor 27. Le générateur 25 produit des impulsions rec- tangulaires que l'étage de sortie 27 envoie sous forme d' impulsions de courant continu à l'enroulement excitateur de la roue polaire 19. La largeur ou durée des impulsions et le cas échéant aussi le taux d'impulsions sont comman- dés par un étage comparateur 29, qui compare le signal de valeur de consigne donné par la commande à programme Il a- vec un signal de valeur réelle, qui correspond à la vitesse de sortie réelle du dispositif d'embrayage 15 et envoie au générateur d'impulsions rectangulaires 25 un signal d'er- reur qui détermine la durée et le taux des impulsions. Le moteur à courant alternatif 7 est conçu de façon qu'on puisse permuter entre deux nombres de pôles: 2 et 12. Pour le cycle d'essorage, la commande à programme il envoie sur la ligne 33 un signal qui lance le moteur avec le nombre de pôles 2. Pour un courant alternatif de 50 Hz, cela donne une vitesse de l'arbre de sortie 13 d'environ 3000 tours/minute. Pour une vitesse d'essorage maximale, la commande Il envoie un signal de valeur de consigne qui provoque une excitation totale du dispositif d'embrayage 15. Dans ce cas, le glissement de ce dernier, c'est-à-dire le rapport de la différence entre la vitesse d'entrée et celle de sortie avec la vitesse d'entrée est proche de zé- ro, ce qui signifie que la vitesse de sortie est, elle aussi, de 3000 tours/minute environ. Le système de trans- mission par courroie 5 a un rapport de démultiplication d' environ 2,8/1, de sorte qu'il abaisse la vitesse de sortie du dispositif d'embrayage 15 et fait tourner le tambour a une vitesse d'environ 1000 t/m. En augmentant le glissement du dispositif d'embrayage, on peut réduire sans palier la vitesse d'essorage. Pour le cycle de lavage, la commande à programme 11 lance le moteur à courant alternatif 7 avec le nombre de pôles 12 en envoyant un signal sur la ligne 35. Pour une fréquence de secteur de 50 Hz, ceci, donne une vitesse de sortie d'environ 500 tours/minute lorsqu'il s'agit d'un moteur synchrone, et une vitesse réduite en fonction du glissement du moteur lorsque celui-ci est asynchrone. Pour une excitation totale du dispositif d'embrayage par induc- tion 15, le tambour 3 tournerait donc à une vitesse qui n' atteint pas tout à fait 180 tours/minute. Pour amener cet- te vitesse de rotation au régime de lavage désiré, d'envi- ron 50 t/m, la commande 11 augmente le glissement du dispo- sitif d'embrayage 15, l'amenant à 0,7 environ. On peut donc, en modifiant ce glissement, modifier dans une large mesure la vitesse de lavage. Le même moteur 7 peut, par l'intermédiaire d'un au- tre système de transmission par courroie 37, entraîner une pompe de vidange 39 ou un autre appareil auxiliaire de la machine à laver 1. La pompe de vidange 39 est avantageuse- ment montée par bride sur le côté du moteur électrique 7 opposé à celui o se trouve le dispositif d'embrayage.. En- tre le moteur 7 et la roue de la pompe 39 est interposé un dispositif d'embrayage à aimant permanent 41. Ce dernier sert à limiter le couple transmis à la pompe, pour le cas o la roue de celle-ci serait bloquée par un corps étran- ger, présent par exemple dans l'eau de lessive à évacuer.- La pompe 39 peut fonctionner soit simultanément avec le tambour, soit indépendamment de celui-ci, lorsque, dans ce dernier cas, le dispositif d'embrayage 15 n'est pas ex- cité. La figure 2 montre en détail la construction d'un dispositif d'embrayage par induction apte à être utilisé dans la machine à laver décrite en référence à la figure 1, les mêmes pièces étant désignées par les mêmes référen- ces. Sur l'arbre de sortie 13 du moteur à courant alterna- tif et permutation de pôles 7 est calé un arbre creux 44, sur lequel est montée solidaire en rotation une roue polai- re 19. Cette roue 19 comporte une bobine 45 disposée coa- xialement à l'arbre 1, qui entoure un noyau de fer doux 47 en forme de manchon. A chaque extrémité axiale de ce noyau 47 est raccordé un disque de culasse, respectivement 49, 51, qui porte une pluralité de pièces polaires, respec- tivement 53 et 55, réparties sur sa périphérie. Chaque piè- ce polaire de chaque disque s'étend jusque dans l'interval- le correspondant entre deux pièces polaires voisines de l' autre disque. Lorsque la bobine 45 est alimentée en courant, il se forme entre les pièces polaires 53, 55 des champs magnétiques orientés dans le sens périphérique de la roue polaire 19, dont les polarités alternent. L'inducteur 21 est fait d'une seule pièce de métal moulé sous pression. Il entoure la roue polaire 19 et il est monté coaxialement à cette dernière, en porte-à-faux sur l'arbre creux 44, par l'intermédiaire de roulements à billes 57. Cet inducteur 21 comporte une pluralité de bar- rettes de court-circuit 59, qui sont disposées à interval- les sur sa périphérie et forment une seule pièce, sur le côté tourné vers le moteur 7, avec une bague de court-cir- cuit 61 et, sur le côté opposé, avec un moyeu 63, qui sert aussi de bague de court circuit. Le moyeu 63 maintient I' inducteur sur l'arbre creux 44 par l'intermédiaire des roulements à billes 57 et il est muni d'une gorge trapézo!- dale 65 pour la courroie du système de transmission 5. Les barreteé de court-circuit 59 sont montées dans des rainures axiales 67 d'une carcasse annulaire 69 constituée par un empilage axial de tôles de fer doux 71 isolées électrique- ment les unes par rapport aux autres. Sur la roue polaire 19 sont montées deux bagues de contact concentriques 73, 75, reliées aux bornes de la bo- bine 45 et isolées électriquement l'une de l'autre, contre lesquelles frottent des balais 77 et 79, respectivement. Ces balais 77, 79 sont montés sur un support isolant 81 solidaire de la bride voisine du carter de moteur. En service, des impulsions de courant d'excitation sont envoyées à la bobine 45 par l'intermédiaire des balais 77, 79 et des bagues de contact 73, 75 et ces impulsions produisent entre les pièces polaires 53, 55 un champ magné- tique qui tourne avec la roue polaire 19. Ce champ magnéti- que induit dans les barrettes de court-circuit 59 des cou- rants de Foucault et font ainsi tourner l'inducteur 21. 11. - REVENDICATIONS - 1.- Mécanisme moteur et de transmission pour entrai- ner en rotation le tambour d'une machine à laver fonction- nant avec au moins une vitesse de lavage et une vitesse d' essorage, comportant un moteur électrique, un dispositif d' embrayage par induction incorporé à la chaine cinématique entre le moteur électrique et le tambour et une commande àX programme du cycle de lavage et du cycle d'essorage, carac- térisée en ce que le moteur électrique (7) est un.moteur a courant alternatif et permutation de nombre de pôles, que la commande à programme (11) met en marche avec un premier nombre de pôles pour le cycle d'essorage et avec un second nombre de pôles, supérieur au premier, pour le cycle de la- vage, et en ce que le dispositif d'embrayage par induction (15) est relié à un circuit de régulation de vitesse (17) qui, en régulant le courant d'excitation du dispositif d' embrayage (15), maintient la vitesse de sortie de celui-ci aux valeurs programmées, tant pour le cycle d'essorage que pour celui de lavage. 2.- Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre le second et le premier nombre de pôles est choisi entre 6/1 et 10/1. 3.- Mécanisme selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que le premier nombre de pôles est 2 et en ce que le second nombre de pôles est 12. 4.- Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur électrique (7) est relié au tambour (3) par l'intermédiaire d'un système de transmission par cour- roie (5) qui a un rapport de réduction constant compris entre 2,5/1 et 3,5/1. 5.- Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de régulation de la vitesse (17) modi- fie le glissement du dispositif d'embrayage par induction (15) entre des valeurs de o,85 environ et presque zéro. 6.- Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'embrayage par induction (15) est relié électriquement à un montage déclencheur d'impulsions (23) du circuit de régulation (17), qui envoie au disposi- tif d'embrayage des impulsions de courant continu dont le taux et la durée sont fonction de la vitesse de sortie de ce dernier. - 7-.- Mécanisme selon la revendication 6, caractérisé en ce que le montage déclencheur d'impulsions (23) comporte un étage de sortie à transistor (27). 8.- Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur à courant continu (7) est relié au tam- bour (3) par le dispositif d'embrayage par induction (15) et à au moins un appareil auxiliaire (39) de la machine a laver, notamment une pompe de vidange ou un ventilateur, par l'intermédiaire d'au moins un embrayage supplémentaire (41) du type à aimants permanents. 9.- Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'embrayage par induction (15) com- porte une roue polaire (19) munie d'un enroulement d'excié- tation (45) qui produit un champ magnétique orienté axiale- ment, ainsi qu'un inducteur (21) disposé coaxialement à la roue polaire et qui tourne relativement à elle, en ce que la roue polaire (19) comporte une culasse (47,49,51) avec un disque (49,51) à chacune des deux extrémités axiales de l'enroulement excitateur (45), les disques portant cha- cull une pluralité de pièces polaires (53,55) disposées à intervalles sur leur pourtour, chaque pièce polaire étant, dans chaque disque, en regard d'un intervalle entre les pièces polaires voisines de l'autre disque, en ce que 1' inducteur (21) est formé d'une seule pièce de métal moulée sous pression, munie de deux bagues de court-circuit (61, 63) disposées à une certaine distance axiale l'une de l'au- tre, coaxialement à la roue polaire (19), et d'une plurali- té de barrettes de court-circuit (59), réparties sur sa périphérie, qui s'étendent entre les deux bagues de court- circuit dans le sens axial et ne forment avec celles-ci qu'une seule pièce, et en ce qu'une des bagues de court- circuit (63) forme en même temps un moyeu pour un montage o-n porte-s faux de l'inducteur (21). 10.- Mécanisme selon la revendication 9, caractérisé en ce que les barrettes de court-circuit (59) sont coulées dans des rainures axiales (67) d'une carcasse (69) formée de tôles annulaires de fer doux (71) isolées électriquement les unes par rapport aux autres et empilées dans le sens axial de l'inducteur. 11.- Mécanisme selon la revendication 9, caractérisé en ce que la bague de court-circuit (63) qui forme moyeu ne forme qu'une seule pièce avec une poulie de sortie du mouvement (65). 12.- Mécanisme selon la revendication 9, caractérisé en ce que la roue polaire (19) et l'inducteur (21) sont ca- lées sur un arbre commun (44) solidaire en rotation de l'arbre de sortie (13) du moteur à courant alternatif (7). 13.- Mécanisme selon la revendication 12, caractéri- sé en ce que l'arbre commun est un arbre creux enfilé sur l'arbre de sortie du moteur et solidaire en rotation de cet arbre. 14.- Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur à courant alternatif (7) est un moteur monophasé.