Brevet FR2498840A1 — publié le 19820730

COUPLEUR ELECTRIQUE ASYNCHRONE-SYNCHRONISE La présente invention se rapporte aux coupleurs électriques asynchroncsynchronisés à courants de Foucault, ayant pour fonction de transmettre la vitesse de rotation de l'arbre d'un moteur à une charge. De tels coupleurs sont particulièrement utilisés chaque fois que l'on a besoin d'une régulation de vitesse, ou bien lorsque l'on a besoin de démarrer des machines caractérisées par une forte inertie, ou bien lorsque l'on a besoin de limiteur de couple pour une charge donnée. Ce type de coupleur asynchrone-synchronisé existe déjà. Ils sont réalisés à l'aide de deux coupleurs, dont l'un est un coupleur synchrone, et l'autre, un coupleur asynchrone.Les deux coupleurs sont solidaires Pun de l'autre. Le moteur est couplé sur l'axe de transmission du coupleur synchrone. La charge est couplée sur l'axe de transmission du coupleur asynchrone. On peut ainsi travailler soit sous un régime de synchronisme, soit sous un régime d'asynchronisme. La différence entre ces deux régimes est procurée par la différence de structure des coupleurs. De façon générale, un coupleur asynchrone comporte une bobine d'excitation, un stator en acier magnétique contenant la bobine* deux rotors, dont un rotor menant, et un rotor mené, tous deux en acier magnétique. L'un des deux rotors est lisse tandis que l'autre comporte des dents et des encoches. Le coupleur synchrone est constitué par les mêmes éléments que le coupleur asynchrone, à la différence près, que les deux rotors possédent des dents et des encoches sur les surfaces qui sont en vis-à-vis. La différence de fonctionnement entre le coupleur asynchrone et le coupleur synchrone vient du fait que le coupleur asynchrone transmet un couple, dont la valeur dépend de la différence des vitesses (encore appelée glissement) entre le rotor inducteur ou rotor mené, et le rotor induit ou rotor menant et le coupleur synchrone transmet un couple qui dépend du courant d'excitation, et de la position angulaire entre le rotor menant et le rotor mené. Au démarrage, le moteur tourne à vitesse constante soit à 1500 tr/mn par exemple. Le coupleur asynchrone permet d'entra'mer la charge de 0 à 1300 tr/mn. Lorsqu'il arrive à la vitesse de 1300 trlmn, le coupleur synchrone s'accroche. Les coupleurs asynchrones-synchronisés présentent Pavantage d'avoir les caractéristiques des coupleurs synchrones, et celles de coupleurs asynchrones. L'un des inconvénients de ces coupleurs est d'être très encombrant, car ils comportent deux coupleurs. L'autre inconvénient est de présenter des pertes dues au glissement lors du fonctionnement en asynchronisme. Elles sont de l'ordre de 15 à 30 %, et elles engendrent automatiquement une dissipation de chaleur dans le coupleur qu'il faut évacuer. En géneral on utilise pour cela un ventilateur, ou bien une circulation d'eau. La présente invention permet de diminuer ces pertes d'énergie. D'autre part le coupleur selon l'invention est nettement moins encombrant, puisqu'il ne comporte qu'un seul coupleur. L'invention propose un coupleur électrique asynchrone-synchronisé comprenant une bobine d'excitation, un stator, un premier rotor solidaire du moteur, un deuxième rotor solidaire de la charge, principalement caractérisé en ce que l'un des deux rotors comporte une première partie, et une deuxième partie possédant toutes deux des dents et des encoches, en ce que l'autre rotor comporte une troisième partie possédant des dents et des encoches en face l'une ou l'autre des parties du rotor précédent, et une quatrième partie lisse en face de la partie restante du rotor précédent. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la descri tion suivante présentée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées. - la figure 1 représente une coupe transversale du coupleur asynchrone-synchronisé; - la figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de rinven- tion. Le coupleur asynchrone-synchronisé dont une coupe transversale est donnée sur la figure 1, et qui correspond au premier mode de réalisation, comporte : une bobine d'excitation I fixe logée dans un stator 2 en acier magnétique. Il comporte également deux rotors 3 et 4. Le rotor 3 a un diamètre extérieur D1. Il est solidaire de l'arbre d'un moteur synchrone par l'intermédiaire d'un axe de transmission 6. Le rotor 3 est muni de dents et d'encoches 5 sur sa surface cylindrique de diamètre Dl. Les dents 5 sont réparties de façon régulière sur la partie 3a et sur la partie 3b de la surface cylindrique. La partie 3a est située du côté du moteur, la partie 3b est située du côté de la charge. Ces dents sont disposées suivant la même direction que celle de l'axe 6, c'est-à-dire suivant leur longueur. Elles sont interrompues sur toute une partie de la surface cylindrique. Cette partie a pour largeur, la largeur de la bobine 1. Le rotor 4 a un diamètre intérieur D2 légèrement supérieur au diamètre Dl, il est séparé du stator par un entrefer 8.Une partie 4b de la surface intérieure de ce rotor 4 est lisse du côté de la charge, une partie 4a du côté du moteur est munie de dents et encoches 5 réparties de la même façon que les dents qui se trouvent sur le rotor 3. Elles ont la même longueur que ces dernières, et sont en même nombre. Le rotor 4 est solidaire de l'arbre de transmission 9 d'une charge ; cette charge étant entraînée à l'aide d'un moteur par l'intermédiaire du coupleur. Un entrefer 10 sépare les 2 rotors. D'autre part le coupleur comporte 2 paires de roulements à billes lIa, llb et 12a, l2b. Le roulement lia est placé sur l'axe 6 de rotation du moteur, du côté du moteur. Le roulement Il b est placé sur ce même axe, mais du côté de la charge.Le roulement 12a est placé sur l'axe 9 de rotation de la charge, du côté du moteur. Le roulement 12b est placé sur ce même axe, mais du côté de la charge. Les roulements I la et I lb facilitent la rotation du rotor 3. Les roulements i 2a et 12b facilitent la rotation du rotor 4. L'ensemble des pièces constituant le coupleur est solidaire d'un socle 13 muni de deux flasques l4a, 14b. Le flasque 14a est situé du côté du moteur, le flasque 14b est situé du côté de la charge. Le coupleur asynchrone-synchronisé, dont une coupe transversale est donnée sur la figure 2, et qui correspond au deuxième mode de réalisation, comporte exactement les mêmes éléments que le coupleur asynchrone-synchrone décrit suivant le premier mode de réalisation. La différence avec ce dernier réside dans la disposition différente des pièces qui le constituent. En effet dans cette deuxième réalisation le stator 20 se trouve à l'intérieur des deux rotors 23, 24. La bobine d'excitation 10 est logée à Antérieur du rotor 20. De même dans cette deuxième réalisation, l'axe de transmission 26 du moteur et celui de la charge 29 ont une même direction et sont dans le même plan. Le rotor 23 est solidaire de l'axe de transmission 26 par l'intermédiaire d'un flasque 30.Le rotor 24 est solidaire de l'axe de transmission 29 de la charge par l'intermédiaire d'un flasque 31. Ces deux flasques 30 et 31 se trouvent ainsi parallèles. Le rotor 23 peut tourner autour du rotor 24 et créer l'apparition d'un champ magnétique lorsque la bobine logée dans le stator est excitée. Comme dans la première réalisation, le rotor mené 24 posséde des dents et des encoches 25. Le rotor menant 23 posséde une partie lisse 23a du côté de la charge, et une partie 23b avec des dents et des encoches du côté du moteur. Le fonctionnement pour les 2 types de réalisation est le suivant. Lorsqu'on entraîne une charge on peut définir deux phases. Une phase de démarrage et une phase d'accrochage. Au démarrage la charge oppose un couple résistant CR et le moteur tourne à une vitesse constante YM. On veut communiquer à la charge qui a une vitesse initiale nulle, tout d'abord une vitesse VC légèrement inférieure à VM puis après accrochage la vitesse VM ellemême. Le moteur permet d'entraîner le rotor inducteur 3. Lorsque la bobine d'excitation 1 est parcourue par un courant continu (ou redressé), elle engendre un champ magnétique CM qui traverse les deux rotors 3 et 4 en passant par les entrefers 8 et 10, et se referme dans le stator 2 autour de la bobine 1. Ce champ magnétique traverse dans un sens, l'ensemble dents-dents, dans l'autre sens l'ensemble dents-partie lisse. Lorsque le rotor 3 tourne et que la bobine 1 est excitée il apparait un champ magnétique CM variable tournant à la vitesse du rotor menant 3 et donnant naissance aux courants de Foucault à la surface du rotor mené 4. La réaction entre le champ magnétique CM et ces courants induits provoque l'apparition d'un couple. Ce couple accélère le rotor 4 dans le même sens de rotation que le rotor 3. L'entrefer 10 qui se trouve entre les deux rotors situés du côté du moteur, est moins large que du côté de la charge. C'est la présence des dents sur les deux rotors 3 et 4 situées du côté du moteur qui diminue cet entrefer 10.De ce fait l'induction magnétique est plus forte de ce côté, et plus particulièrement lorsque les dents se trouvent presque face à face. A ce moment là, le coupleur synchrone s'accroche lorsque la différence des vitesses est suffisamment faible et que le courant d'induction est assez fort. Ainsi lorsque les dents des deux rotors se trouvent très près, c'est-àzdire pratiquement face à face, le flux magnétique est très élevé. Au fur et à mesure que les dents du rotor induit et du rotor inducteur se rapprochent donc, les lignes magnétiques raccourcissent. Le flux magnétique atteint alors sa valeur maximale. Le couple synchrone correspondant à cette position angulaire est nul. II croit pour des faibles déplacements angulaires et atteint un maximun jusqu'à une certaine déviation de Q degrés.Ce fonctionnement à la vitesse de synchronisme permet d'entraîner la charge à la même vitesse que celle du moteur. Pour quitter la vitesse de synchronisme sans perte on réduit la valeur du courant d'excitation. Ceci a pour effet de modifier le couple, et par conséquent de modifier la position angulaire des dents 5 des deux rotors 3 et 4. Au delà d'une position angulaire de 0 degrés, "le coupleur décroche" ce qui se traduit par un couple synchrone nul. A ce moment là, le coupleur va "glisser" pour atteindre la vitesse désirée, fonction du couple asynchrone (qui n'est pas nul) et inférieure à la vitesse nominale. Les avantages de ce coupleur asynchrone-synchronisé sont de permettre d'utiliser la puissance nominale de la charge. Le coupleur asynchrone conduirait à une perte de 15 à 30 96 de cette puissance à cause du glissement. Le coupleur selon l'invention procure un gain t'énergie. 1l permet une limitation du couple à une valeur déterminée en fonctionnement normal. Lorsqu'il fonctionne en vitesse synchrone, les pertes d0es au glissement sont négligeables d'ou' encore un gain d'énergie appréciable. Lorsqu'on désire quitter la vitesse de synchronisme il suffit de réduire le courant d'excitation de la bobine de façon que le couple devienne inférieur au couple nominal de la charge. Le coupleur décroche et peut atteindre la valeur désirée. De plus le coupleur, selon l'invention, est deux fois moins encombrant. 1l ne comporte qu'un seul coupleur possédant les caractéristique du synchronisme, et de l'asynchronisme, gracie à la présence de dents, sur les deux rotors du côté du moteur. REVENDICATIONS 1. Coupleur électrique asynchrone-synchronisé comprenant une bobine d'excitation (1), un stator (2), un premier rotor (3) solidaire du moteur, un deuxième rotor (4) solidaire de la charge et concentrique au deuxième rotor (3), caractérisé en ce que l'un des deux rotors comporte sur sa surface en regard de l'autre rotor une première et une deuxième parties se succédant axialement sur cette surface et possédant toutes deux des dents et des encoches, en ce que l'autre rotor comporte sur sa surface en regard du rotor précédant une troisième partie possédant des dents et des encoches situées en face de l'une des parties de ce rotor précédent, et une quatrième partie lisse située en face de l'autre partie dudit rotor précédent. 2. Ccupieur électrique asynchrone-synchronisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rotors (3,4) sont à l'intérieur du stator (2). 3. Coupleur électrique asynchrone-synchronisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (12) est à l'intérieur des rotors (23, 24). 4. Coupleur électrique asynchrone-synchronisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor comportant une première et une deuxième parties possédant toutes deux des dents et des encoches est solidaire du moteur ; l'autre rotor étant solidaire de la charge.