Brevet FR2638301A1 — publié le 19900427

L'invention a pour objet un moteur à induction électrique du type asynchrone et vise plus particulièrement un dispositif de commande de vitesse pour un tel moteur. Les moteurs à induction asynchrones sont les moteurs classiques les plus utilisés dans l'industrie, ils sont moins chers et plus robustes que les autres moteurs utilisant des balais. Le principal inconvénient des moteurs à induction est que leur vitesse peut difficilement être modifiée et le rotor tourne pratiquement à la vitesse du champ tournant engendré par le stator lequel est défini par la fréquence et le nombre de paires de pôles. Pour modifier la vitesse de rotation il est nécessaire, soit de modifier la fréquence en utilisant des générateurs électroniques très onéreux soit de changer le nombre de pôles du moteur. La présente invention propose un moteur asynchrone à induction ayant un rotor tournant dans un stator qui engendre un champ magnétique tournant au moyen d'un enroulement polyphasé localisé dans des encoches dudit stator, lequel est caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour commander la vitesse du moteur en agissant sur la réluctance du circuit magnétique dudit stator, lesdits moyens comprenant des connexions magnétiques disposées dans lesdites encoches, lesdites connexions étant soumises à un champ magnétique engendré par des enroulements à courant continu de façon à être plus ou moins saturées lorsque le courant continu est appliqué avec une intensite variable. Avec une telle disposition, on parvient à emprisonner le champ magnétique à l'intérieur du stator et il est possible de le libérer pour qu'il gagne le rotor à travers l'entrefer en agissant sur une unité de commande engendrant le courant continu. Etant donné que le couple engendré par le moteur est proportionnel au flux et étant donné que la vitesse du moteur peut varier par commande du couple engendré, en conséquence, le fait de contrôler le flux signifie le contrôle de la vitesse. En d'autres termes si le moteur tourne en équilibre à une certaine vitesse et pour un certain couple et que l'on désire augmenter la vitesse, alors il est nécessaire d'augmenter le flux dans l'entrefer ce qui a pour effet d'augmenter le couple engendré. Le moteur va accélérer pour atteindre une nouvelle position d'équilibre et ainsi la vitesse se trouvera augmentée. Inversement, si la vitesse du moteur doit être réduite, alors le flux dans l'entrefer doit être diminué ce qui a pour effet de diminuer le couple engendré, le moteur va réduire sa vitesse pour atteindre une nouvelle position d'équilibre et ainsi la vitesse va se trouver réduite. L'invention sera maintenant décrite en détail en se référant aux dessins annexés dans lesquels la Figure 1 est une vue générale d'un moteur asynchrone et de son dispositif de commande de vitesse selon l'invention ; la Figure 2 est une vue schematique d'un moteur asynchrone comprenant les caractéristiques de l'invention ; la Figure 3 montre une partie d'une pôle de stator selon l'invention en même temps qu'un élément formant pont susceptible de coopérer avec celle-ci. A la Figure 1, on a montré une vue générale d'un moteur M qui est alimenté par une source d'énergie S triphasée à 50 Hz et qui est commandé par une unité de commande à courant continu C. Dans La vue schématique de la Figure 2 est représenté un dessin analogique d'un moteur asynchrone triphasé ayant un rotor 12 qui tourne dans un stator 14 avec interposition d'un entrefer 16. Dans le rotor 12 se trouve un bobinage en court-circuit ou un bobinage en rotor à cage 18. Le stator 14 comporte trois enroulements 20, 22, 24 alimentés par une source de courant alternatif triphasé à 50 Hz. Selon l'invention sont également prévus des enroulements 26, 28, 30 connectes à une source de courant continu à puissance variable (non représentée) qui peut être une batterie avec une resistance de réglage ou un convertisseur électronique fournissant une puissance variable en courant continu. Entre les parties magnétiques adjacentes du stator portant respectivement les bobinages 20 et 26 ; 22 et 28 et 24 et 30 sont disposées des connexions magnétiques telles que les éléments formant pont 32 et 34 respectivement. Dans la Figure 2, les deux rectangles dcf montrés en trait fin montrent le chemin pris par le champ magnétique à courant continu à travers l'armature du stator et les connexions magnétiques 32 et 34 ; le carre acf de la Figure 2 montre le chemin pris par le champ magnétique tournant à travers le rotor 12, l'entrefer 16 et le stator 14. Ce chemin est celui normalement pris dans un moteur classique ne comprenant pas les connexions magnétiques 32 et 34. Selon l'invention, lorsque lesdites connexions ne sont pas saturées par le champ magnétique continu, le champ acf ne traverse pas l'entrefer 16 et suit le chemin passant à travers 32 et 34. La Figure 3 montre comment sont disposées les dents 36 et 38 d'une partie d'une tôle du stator 14, les dents 36 et 38 sont attachées par leurs racines à une armature 40. Dans les encoches definies par les dents, comme l'encoche 41, sont disposés les enroulements définis ci-dessus en courant alternatif et en courant continu. Les chiffres de réference 42 désignent les enroulements à courant alternatif et 44 les enroulements à courant continu. Les dents comportent des prolongements (46, 48 pour la dent 36 et 50, 52 pour la dent 38) qui sont disposés dans le plan de la tôle d'armature 40. Rabattues à angle droit par rapport au plan de la tôle sont prévues des ailes (54, 56 sur la dent 36 et 58, 60 sur la dent 38). Ces ailes sont prévues pour recevoir des éléments formant pont tels que désignés en 62 (disposés entre les ailes des dents 36 et 38). Les éléments formant pont 62 comportent des ailes 64 et 66 qui ont sensiblement ta même forme que les ailes 56 et 58 des dents 36 et 38 sur lesquelles elles viennent s'appliquer pour constituer un circuit magnétique entourant les enroulements 42 (courant alternatif) et 44 (courant continu).Les éléments formant pont 62 sont prévus avec un orifice central 68, de forme carrée dans le présent mode de réalisation, à travers lequel passe une tige (non représentée) s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du moteur pour porter l'ensemble de l'empilage d'éléments formant pont. La tige est réalisée en un matériau non magnétique et non conducteur de l'électricité. Comme indiqué ci-dessus, La théorie du moteur selon l'invention réside dans le fait que l'on enferme le champ tournant à l'intérieur du stator et qu'on le libère pour qu'il gagne le rotor à travers l'entrefer en contrôlant la puissance en courant continu fournie aux enroulements de commande qui sont disposés dans les mêmes encoches que les enroulements à courant alternatif. En appliquant la tension alternative triphasée aux enroulements principaux du stator, on établit un champ magnétique tournant. Compte tenu de la présence des connexions magnétiques 32, 34 de la Figure 2 et en raison du fait que le champ magnétique a tendance à suivre la route de réluctance minimale alors Le champ tournant va suivre une route passant par les connexions magnétiques 32, 34 lorsque la puissance de commande en courant continu est minimale. Si la puissance de commande en courant continu augmente au point de provoquer la saturation des connexions magnétiques, une partie croissante du champ magnétique tournant passe à travers l'entrefer 16 et circule dans le rotor 12. Si le moteur tourne avec un certain équilibre pour un certain couple et une certaine vitesse et qu'on utilise une puissance de commande donnée, si l'on désire augmenter la vitesse il suffit alors d'utiliser une puissance de commande supérieure et inversement pour diminuer la vitesse du moteur d'utiliser une puissance de commande plus faible. Les avantages techniques de la présente invention sont les suivants Si l'on compare avec une commande de vitesse utilisant des variations de fréquence l'invention presente l'avantage de permettre le contrôle du courant de démarrage étant donné que le courant de demarrage dépend du flux. Il en résulte un démarrage souple sans appel de courant éleve. Un avantage essentiel de l'invention est que la puissance de commande nécessaire pour la totalité de la gamme de vitesses atteint de 5 X à 10 X de la puissance nominale du moteur. Le principal avantage économique réside dans le fait qu'en comparaison avec un système équivalent de commande de vitesse donnant des variations de vitesse souple qui utilise une machine à courant alternatif et deux machines à courant continu, on obtient une économie en matériel atteignant environt 30 X. Cette nouvelle conception de moteurs à vitesse variable nécessite une augmentation des dimensions d'un facteur 2 par rapport aux plus petites dimensions des moteurs standards mais heureusement ce facteur diminue pour des puissances nominales plus élevées. REVENDICATIONS 1. Moteur à induction du type asynchrone ayant un rotor (12) tournant dans un stator (14) qui engendre un champ magnétique tournant (acf) au moyen d'enroulements polyphasés (20, 22, 24) disposés dans les encoches dudit stator caract-érisé en ce que des moyens sont prévus pour commander la vitesse du moteur en contrôlant la réluctance du circuit magnétique dudit stator, tesdits moyens comprenant des connexions magnétiques (32, 34) dans lesdites encoches, lesdites connexions étant soumises à un champ magnétique (dcf) engendré par des enroulements à courant continu (26, 28, 30) de façon à ce qu'elles soient plus ou moins saturées lorsque le courant continu est appliqué avec une puissance variable. 2. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledites connexions magnétiques (32, 34) consistent en des éléments formant pont (62) realisés en matériau magnétique localisés entre les dents adjacentes (36, 38) du stator qui définissent lesdites encoches (41). 3. Moteur selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que les enroulements à courant continu (44) sont disposés dans les encoches (41) du stator en même temps que lesdits enroulements à courant alternatif (42). 4. Moteur selon la revendication 2 ou la revendication 3 caractérisé en ce que lesdites dents (36, 38) sont prévues avec des prolongements en direction circonférentielle (46, 48 ; 50, 52) sur lesquels reposent lesdits éléments formant pont (62). 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 caractérisé en ce que lesdites dents (36, 38) comportent des prolongements (54, 56 ; 58, 60) disposés à angle droit par rapport à leur plan de façon à venir coopérer avec les extrémités (64, 66) desdits éléments formant pont (62) qui sont en forme de U. 6. Moteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que les éléments en U (62) comportent un orifice central (68) à travers lequel passe une tige s'étendant parallèlement à l'axe du rotor dans chacune des encoches (41) pour définir avec les éléments formant pont des empilages s'étendant longitudinalement, ladite tige étant réalisée en un matériau non magnétique et non conducteur de l'électricité.