Brevet FR2514584A1 — publié le 19830415

La présente invention est relative à une commande électrique et, plus spécialement elle concerne une commande électrique d'organes de machine, qui ne sont pas reliés mécanique ment l'un à l'autre, pour leur déplacement en synchronisme suivant des trajectoires parallèles. On entend par '!organes de machine qui ne sont pas reliés mecaniquement l'un à l'autre" les parties mobiles d'une machine dont la liaison mécanique peut être négligée par suite de sa rigidité insuffisante. En tant que commande électrique, l'invention peut titre employée pour le déplacement en synchronisme, suivant des trajectoires parallèles, d'au moins deux appuis mobiles par exemple servant à soutenir les extrémités d'un portique faisant partie d'une machine à souder à l'arc ou à couper à chaud, ou bien pour le déplacement des poteaux des dispositifs de manutention. L'invention peut également être utilisée avantageusement dans des transbordeurs dont sont équipés normalement les terminaux maritimes longs et dans d'autres mécanismes qui, de par leur conception, sont dépourvus pratiquement de toute liaison mécanique entre leurs appuis. Parmi les normes auxquelles doit satisfaire une commande électrique du type considéré, une grande importance est attribuée à celle qui est relative au synchronisme de déplace ment des appuis en mouvement suivant des trajectoires parallèles. Plusieurs solutions visant â satisfaire cette condition sont déjà connues. Par exemple, on connaît des commandes électriques pour la rotation en synchronisme d'arbres qui ne sont pas reliés mécaniquement l'un à l'autre (c.f. "Teoria avtomatizirovannogo elektroprivoda" par CHilikin at al., M., Energia, 1979, p.p. 538-557). Dans ces commandes électriques, chacun des arbres est relié à son propre moteur électrique du type synchrone ou asynchrone. Les enroulements des rotors de ces moteurs sont reliés électriquement entre eux. Lorsque l'un de ces arbres est en retard sur l'autre, ce qui pourrait désaligner les appuis, le moteur respectif produit un couple supplémentaire contribuant à supprimer le défaut de synchronisme, ainsi à prévenir, dans une certaine mesure, le désalignement des appuis. L'une des commandes électriques citées, paraît être la plus caractéristique, et notamment celle qui comprend deux moteurs à courant continu reliés électriquement l'un à l'autre (voir "Osnovy elektroprivoda" par V.P. Andreev et Ju.A. Sabinin, M-L, Gosenergizdat, 1963, pp. 674-675). Chacun de ces moteurs comprend un générateur de champ magnétique fixe, une partie mobile disposée dans ce champ magnétique, un enroulement d'excitation, un enroulement d'induit divisé en sections et un collecteur avec balais destiné à commuter les sections de l'enroulement d'armature. En vue de synchroniser la rotation des moteurs à courant continu, ceux-ci sont munis de bagues de contact auxquelles; sont connectés trois points symétriques de ltenroulement dftinduit, décalés de 120 degrés l'un par rapport à l'au- tre. Les bagues de ces moteurs sont reliées électriquement l'une à l'autre. Du coté des bagues de contact les machines électriques fonctionnent comme génerateurslsynchrones branchés en parallèle. Lorsqu'on est en présence d'une désadaptation, les enroulements induit sont traversés par un courant égalisateur qui engendre des couples de synchronisation maintenant les machines au régime de rotation synchronisée.Cependant, les couples en question diminuent avec la diminution de la vitesse de rotation des armatures de sorte que, lorsque la vitesse de rotation des induits est telle que la force électromotrice induite dans leurs enroulements devient pratiquement égale à zéro, ces couples moteurs de synchronisation disparaissent aussi. L'utilisation d'une telle commande électrique est donc peu appropriée pour déplacer des portiques longs, par exemple, des machines à couper à chaud dans lesquelles les régimes de fonctionnement principaux correspondent à de faibles vitesses de déplacement, de l'ordre de quelques dizaines de millimètres par minute. L'invention vise donc à mettre au point une commande électrique pour le déplacement en synchronisme d'organes de machine, qui ne sont pas reliés mécaniquement l'un à l'autre, suivant des trajectoires parallèles, cette commande permettant, grâce à une nouvelle conception de son moteur électrique, d'améliorer le synchronisme de déplacement des organes drune machine, qui ne sont pas reliés mécaniquement l'un à l'autre, et, par la' même, cl'empêcher leur gauchissement lors du mouvement. L'invention a donc pour objet une commande électrique pour le déplacement en synchronisme d'organes de machine, qui ne sont pas reliés mécaniquement l'un à 1' autre, suivant des trajectoires parallèles, du type comportant au moins deux moteurs électriques à courant continu reliés électriquement l'un à l'autre et dont chacun comprend un générateur de champ magnétique fixe, une partie mobile disposée dans la zone d'action de ce champ magnétique, un enroulement d'excitation et des conducteurs actifs des sections d'un enroulement d'induit ainsi qu'un dispositif de commutation connecté à l'enroulement d'induit, caractérisée en ce que chacun des -générateurs de champ magnétique est une bande ferromagnétique présentant des saillies formant pôles disposées en deux rangées dans le sens du déplacement, les saillies formant pôles d'une rangée étant décalées par rapport à celles de l'autre rangée, en ce que la partie mobile de chacun des moteurs est un module ferromagnétique portant l'enroulement d'excitation et les conducteurs actifs de l'enroulement d'induit dont les sections sont réparties en nombres égaux entre les moteurs et en ce que les conducteurs de l'enroulement d'induit constituent la liaison électrique entre les moteurs tandis que les sorties de ses sections se trouvent du côté d'un des moteurs et sont reliées au dispositif de commutation en vue d'une commutation forcée de ces sections en fonction de la position relative des modules ferromagnétiques et des saillies formant pôles des généra teurs de champ magnétique respectifs. En utilisant, dans cette commande électrique, un moteur électrique à courant continu ayant la conception décrite, on peut régler par construction, le degré de synchronisme du déplacement des organes de machine, qui ne sont pas reliés mécaniquement l'un à l'autre, suivant des trajectoires paral- le les. En pratique, le synchronisme préréglé est obtenu grâce à une commutation forcée des courants dans les conducteurs actifs d'un module ferromagnétique en fonction des signaux fournis par un détecteur de la position ou de l'emplacement d'un collecteur électromagnétique présent sur l'autre module ferromagnétique.Dans la présente description on entend par le terme "module ferromagnétique" un corps en matériau ferromagnétique, présentant des encoches dans lesquelles est-dispo- sé l'enroulement d'excitation et d'autres encoches dans lesquelles sont placés les conducteurs actifs de l'enroulement d'induit. La forme de ce corps est adaptée aussi bien à son déplacement suivant une trajectoire prédéterminée, le long des saillies formant pôles de la bande ferromagnétiques sous l'effet des forces électromagnétiques, qu'a' la fixation, sur ce corps, d'un organe de machine à animer dtun mouvement. Pour obtenir un meilleur effet de synchronisation, il est avantageux que chacun des moteurs électrique à courant continu de la' commande comporte un module ferromagnétique supplémentaire analogue au module ferromagnétique principal et relié mécaniquement à celui-ci, les conducteurs de lten- roulement d'induit de tous les modules ferromagnétiques supplémentaires étant connectés à un dispositif de commutation supplémentaire en vue d'obtenir une commutation permettant, lors du synchronisme, la coincidence des axes et des directions des flux magnétiques d'excitation et de réaction d'induit et, lors d'une désadaptation, la production d'une force électromagnétique faisant retourner l'induit vers la position de départ. En conformité avec ce mode de réalisation, les modules ferromagnétiques principaux produisent un effort moteur et un effort de synchronisation pendant que les modules supplémentaires sont commutés de manière à ne développer aucun effort lors du synchronisme. Une fois le synchronisme altéré, un effort électromagnétique de synchronisation est engendré grâce à la commutation particulière des sections de l'enroulement d'armature, qui est commun pour les modules supplémentaires, permettant la coincidence des axes et des directions des flux magnétiques principaux d'excitation et de réaction d'induit. Pour augmenter encore l'effet de synchronisation, notamment dans des conditions où des variations de la résistance mécanique opposées au déplacement de ltun ou l'autre des deux organes de machine peuvent se produire, il est avantageux que le module ferromagnétique principal d'un moteur et le module ferromagnétique supplémentaire de l'autre moteur soient connectés respectivement aux dispositifs de commutation principal et supplémentaire en vue d'une commutation croisée des moteurs. Invention sera mieux comprise et d'autres buts, dé- tails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement a' titre d'exemples non limitatifs avec référence aux dessins non limitatifs annexés sur lesquels - la Fig. 1 représente un schéma d'une commande électrique pour le déplacement en synchronisme d'organes de machine qui ne sont pas reliés mécaniquement l'un à l'autre, suivant des trajectoires parallèles selon l'invention - la Fig. 2 représente la disposition réciproque, dans l'espace, du générateur de champ magnétique et du module ferromagnétique qui font partie de la commande électrique - la Fig. 3 représente un schéma des connexions de l'enroulement d'armature, selon l'invention - la Fig. 4 représente un schéma constructif d'un autre mode de réalisation de la commande électrique de l'invention ; - la Fig. 5 représente le schéma constructif d'un troisième mode de réalisation de la commande électrique conforme à l'invention. Comme représenté dans la Fig. 1, le module ferromagnétique (partie mobile) 1, 2 de chacun des moteurs électriques porte un enroulement d'excitation 3, 4, respectivement, et des conducteurs actifs d'un enroulement d'induit 5. Au cours de la description ultérieure les conducteurs formant une partie de l'enroulement d'induit 5 (moteur gauche) portent les références 6 à 13, tandis que les conducteurs formant l'autre partie de cet enroulement 5 (moteur droit) portent les références 14 à 21. Ce générateur de champ magnétique (partie immobile) de chacun des moteurs électriques comporte une bande ferromagnétique 22 ou 23 (Fig.l) dont les saillies formant pâles sont disposées en deux rangées et en quinconce (voir aussi la Figr 2).Les sections de l'enroulement d'induit 5 sont réparties en nombres égaux entre les modules ferromagnétiques 1 et 2 et leurs conducteurs sont reliés électriquement les uns aux autres à l'aide d'un câble 24 (Fig.l). La Fig. 3 représente le schéma des connexions des conducteurs actifs de ltenroulement d'induit 5 disposés sur les deux modules ferromagnétiques. Ce schéma illustre les connexions conformes au mode de connexion connu d'un enroulement d'induit à couche unique d'un moteur linéaire à courant continu. La partie de l'enroulement se trouvant sur le module ferromagnétique 1 se présente sous la forme d'un bobinage non croisé, tandis que l'autre partie de l'enroulement d'armature se trouvant sur le module ferromagnétique 2, a la forme d'un bobinage croisé. On peut aussi utiliser un enroulement d'induit à deux couches spécial selon le certificat d'auteur de L'URUS n. 480 155. Lorsque le module ferromagnétique 1 est muni d'un collecteur électromécanique 25 du type linéaire ou à tambour, l'enroulement d'induit est conçu de la manière suivante. Les sections de l'enroulement d'induits qui sont formées par les conducteurs actifs 6 à 13 et qui se trouvent sur le module 1, sont branchées directement aux plaques collectrices 26 à 30. Les sections de l'enroulement 5 se trouvant sur le module ferromagnétique 2 et formées par les conducteurs actifs 14 à 21, sont connectées, par l'intermédiaire d'un connecteur à fiches 31 et d'un cible 24, aux plaques collectrices 26 à 34. La tension d'alimentation est appliquée à l'enroulement d'induit 5 à l'aide de balais 35. Le mode de réalisation décrit est surtout efficace lors de l'apparition ou de la disparition de forces mécaniques de résistance appliquées à l'organe mécanique auquel est relié à demeure le collecteur électromécanique 25. En effet, la vitesse de commutation des sections de l'enroulement 5 présentes sur le module 2 leur est imposée de la part du module 1 exposé aux pulsations de charge. Si ces pulsations agissent sur le module ferromagnétique 2, l'effet des sections de l'enroulement 5 présentes sur ce module, sur les sections du module 1, est inférieur à celui auquel on assiste dans le cas précédent par suite d'une fixation rigide du collecteur au module 1 qui n'est pas exposé aux pulsations de charge. Une meilleure synchronisation est obtenue à l'aide du mode de réalisation représenté sur la Fig.4. Les modules 1 et 2 sont respectivement reliés mécaniquement â demeure à des modules 36 et 37 à l'aide d'éléments de connexion 38 et 39. Les parties 40 et 41 de l'enroulement d'induit sont branchées à un collecteur électromécanique (non représenté). La synchronisation peut encore être améliorée à l'aide d'un autre mode de réalisation de la commande suivant l'invention, représenté sur la Fig. 5. Dans ce cas les collecteurs électromécaniques 25 et 42 sont reliés à demeure aux modules ferromagnétiques 1 et 37, respectivement, c'est-à-dire d'une manière croisée. La commande électrique décrite ci-dessus et conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante. Les enroulements d'excitation 3, 4 des modules 1, 2 étant mis en circuit, des flux magnétiques principaux 0 sont engendrés et fermés, l'un en passant par les circuits magnétiques inférieur et supérieur du module ferromagnétique 1 et par le générateur de champ magnétique 22 et l'autre, en passant par les circuits magnétiques inférieur et supérieur du module ferromagnétique 2 et par le générateur de champ magnétique 23. Lorsque les courants d'induit passent par les conducteurs 6 à 13 ainsi que par les conducteurs 14-a 21, dans les directions indiquées dans la Fig. 1,-les modules 1 et 2 engendrent des forces électromagnétiques F animant ces wo-- dules d'un mouvement dans le sens désiré.Le collecteur électromécanique 25 (Fig.3) ou bien un c-ommutateur semi-conducteur correspondant à celui-ci, opère la commutation des conducteurs actifs de l'enroulement d'induit d'une branche parallèle a' l'autre d'une maniere telle que les directions des deux forces électromagnétiques restent invariables. Les branches parallèles sont formées chacune, par les conducteurs des deux modules, grâce à quoi ceux-ci se déplacent en synchronisme. Les forces F agissent en faveur dtune synchronisation. L'inversion et le réglage de la vitesse sont opérés par des techniques adoptées pour les moteurs électriques a' courant continu. Si le module 1 relié à demeure au collecteur 25, ralentit ou accélère, il se produit une modification correspondante de la commutation des sections du module ferromagnétique 2 qui se trouve ainsi en synchronisme avec le module 1 par suite du fait qu'une disposition réciproque déterminée du module et du générateur de champ magnétique correspond toujours à un même ordre de commutation et vice versa. En conformité avec le mode de réalisation représenté sur la Fig. 4, les parties 40 et 41 de l'enroulement d'induit sont commutées å l'aide d'un commutateur semi-conducteur ou d'un collecteur électromagnétique d'une manière telle que les axes et les directions des flux magnétiques d'excitation et d'induit cotncident, c'est-à-dire que, lorsqu'on est en absence de désalignement, les enroulements dtinduit des modules 36 et 37 engendrent une réaction d'induit sensiblement longitudinale. I1 est connu, pour les machines électriques, que n'importe quel effet perturbateur, visant à retirer l'indult d'une machine électrique de cette position, a pour résultat l'apparition d'une force électromagnétique ramenant l'induit vers la position initiale des que l'effet perturbateur cesse. En d'autres termes, on est en présence d'un effet de synchronisation supplémentaire venant s'ajouter à l'effet principal dû aux modules 1 et 2 dont la commutation contribue à ce que les axes des flux magnétiques d'excitation et de réaction d'induit se trouvent en quadrature. Ainsi, la commande électrique conforme au mode de réa- lisation représenté sur la Fig. 4 permet une synchronisation de précision du mouvement, par exemple, des appuis d'un portique long Pour.le mode de réalisation représenté sur la Fig.5, l'effet de synchronisation se fait sentir indépendamment de l'endroit où apparaissent les pulsations de la résistance mé- canique au mouvement. Lorsque les pulsations de charge agis- sent sur le moteur gauche, le collecteur 25 opère la commutation forcée du module 2 faisant partie du moteur droit, et lorsque les pulsations analogues affectent le moteur droit, c'est le collecteur 42 qui opère la commutation forcée du module 36. REVENDICATIONS 1 - Commande électrique pour le déplacement en synchronisme d'organes de machine, qui ne sont pas reliés mécaniquement l'un à l'autre, suivant des trajectoires parallèles, du type comportant au moins deux moteurs électriques à courant continu reliés électriquement l'un à l'autre et dont chacun comprend un générateur de champ magnétique fixe, une partie mobile (1,2) disposée dans la zone d'action de ce champ magnétique, un enroulement d'excitation (3; 4) et des conducteurs des sections dcun enroulement d'induit (5) ainsi qu'un dispositif de commutation (25) connecté à l'enroulement d'induit (5), caractérisée en ce que chacun des générateurs de champ magnétique est une bande ferromagnétique (22, 23) présentant des saillies formant pales disposées en deux rangées dans le sens du déplacement, les saillies formant pales d'une rangée étant décalées, dans le sens du déplacement, par rapport à celles de l'autre rangée, en ce que la partie mobile (1, 2) de chacun des moteurs est un module ferromagnétique portant un enroulement d'excitation (3, 4) et les conducteurs actifs de l'enroulement d'induit (5) dont les sections sont réparties en nombres égaux entre les moteurs et en ce que les conducteurs de cet enroulement constituent la liaison électrique entre les moteurs tandis que les sorties de ses sections se trouvent du côté d'un des moteurs et sont reliées au dispositif de commutation (25) en vue d'une commutation forcée be ces sections en fonction de la position relative des modules ferromagnétiques et des saillies formant pôles faisant partie des générateurs de champ magnétique (22, 23) respectifs. 2 - Commande électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacun des moteurs électriques à courant continu comprend un module ferromagnétique supplémentaire (36, 37) relié mécaniquement au module ferromagnétique principal et en ce que les conducteurs de l'enroulement d'induit (5) de tous les modules ferromagnétiques supplémentaires (36, 37) sont connectés à un dispositif de commutation supplémentaire permettant lors du synchronisme la coincidence des axes'et des directions des flux magnétiques d'excitation et de réaction d'induit. 3 - Commande électrique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le module ferromagnétique principal (1) d'un des moteurs et le module ferromagnétique supplémentaire (37) de l'autre moteur sont connectés, respectivement, aux dispositifs de commutation principal et supplémentaire en vue d'une commutation croisée des moteurs.