Brevet FR2742944A1 — publié le 19970627

DISPOSITIF POUR AUGMENTER LA VITESSE INITIALEMENT PRÉVUE D'UN MOTEUR A COURANT CONTINU. L'invention se rattache au domaine technique des machines autonomes alimentées par batteries pour le lavage et/ou l'aspiration des sols. Plus précisément elle vise un perfectionnement des circuits électriques de tels machines permettant des vitesses de rotation supérieures. De manière générale, une machine de lavage des sols comporte un chassis sur lequel sont montés des équipements de traction, des brosses rotatives et un ou des groupes moto-ventilateurs d'aspiration dont l'alimentation est assurée par une batterie d'accumulateurs. De même on peut citer également les aspirateurs dont l'énergie est fournie par un ensemble de batteries. De manière très répandue, les batteries utilisées sont des assemblages en série ou parallèle de batteries élémentaires d'une tension de 6, 12, 24, 36 ou 48 volts par exemple. Par ailleurs, les moteurs équipant les engins en question sont très fréquemment des moteurs à courant continu, notamment pour le groupe moto-ventilateurs d'aspiration, des moteurs à collecteur, dont la tension nominale de fonctionnement correspond à celle de la batterie d'alimentation. Pour permettre un fonctionnement plus performant des moto -ventilateurs, et aux machines de lavage de fonctionner plus rapidement, il peut être recherché d'augmenter la vitesse de rotation des moteurs les équipant. Cette augmentation de vitesse est particulièrement importante pour les groupes moto-ventilateurs d'aspiration, d'eau ou de poussière alimentés par batterie, et qui consomment une énergie importante. Par construction, ce type de moteurs, dont la puissance d'aspiration est toujours insuffisante, tourne à des vitesses élevées, de l'ordre de 15000 tours/mn environ, lorsqu'ils entrainent directement la turbine et à d'autres vitesses inférieures, lorsqu'on utilise un système de multiplication. Or, comme on le sait, la vitesse de rotation d'un moteur à courant continu est directement fonction de la tension appliquée à ses bornes. De la sorte, si l'on souhaite augmenter la vitesse du moteur ou sa puissance, il convient d'utiliser un système électrique (batterie et moteur) de tension plus élevé ce qui nécessite d'embarquer plus d'énergie. II en résulte une augmentation de poids et de prix. Dans ces conditions, les surcoûts occasionnés par le changement de moteur et les nécessaires modifications de la machine sont fortement pénalisants et enlèvent tout intérêt économique à l'augmentation de vitesse recherchée. Cette solution est donc difficilement envisageable. L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients, de manière simple, sûre, efficace et rationnelle en ayant pour objectif de ne pas modifier ou remplacer le moteur, notamment le groupe moto-ventilateur d'aspiration que présente d'origine la machine. Le double problème que se propose de résoudre l'invention est celui de l'augmentation de la vitesse de rotation des moteurs qui équipent d'origine la machine, à une vitesse supérieure à celle prévue initialement sans détérioration possible et sans pour autant augmenter, d'une manière importante, le prix de revient de la machine ainsi modifiée. Pour résoudre ce problème, il a été conçu et mis au point un dispositif destiné à augmenter la vitesse d'au moins un moteur à courant continu, du type notamment destiné à assurer la rotation des organes de lavage et/ou de séchage d'une machine autonome à laver les sols, ou les moteurs d'aspirateurs dont l'énergie est fournie par un ensemble de batteries, lesdits moteurs ayant une tension nominale d'alimentation (VM) et étant alimentés par une batterie d'accumulateurs. Ce dispositif se caractérise: - en ce que la batterie d'accumulateurs présente une tension normalisée (VB) supérieure à la tension nominale (VM) du moteur; - et en ce qu'il comporte également un convertisseur statique abaisseur de tension connecté entre la batterie d'accumulateurs et le moteur, et destiné à alimenter le moteur sous une tension moyenne (VH) intermédiaire entre les tensions (VM) et (VB). En d'autres termes, le dispositif conforme à l'invention utilise une batterie d'usage courant et commercialement répandue, de tension plus élevée que celle avec laquelle le moteur est destiné à fonctionner classiquement, et à brancher le moteur en sortie d'un convertisseur luimême associé à la batterie. Ce convertisseur délivre une tension moyenne inférieure à celle de la batterie, pour éviter d'endommager le moteur, mais supérieure à la tension nominale du moteur pour augmenter sa vitesse de rotation. Autrement dit, I'invention consiste à utiliser un convertisseur qui permet d'utiliser un moteur classique, tel qu'existant sur de nombreuses autolaveuses ou sur des aspirateurs alimentés par un ensemble de batteries et dimensionné typiquement pour fonctionner sous 24 volts par exemple, en l'alimentant sous une tension de l'ordre de 29 à 30 volts à partir d'une batterie de 36 volts par exemple, d'un emploi également courant. Dans une forme pratique de réalisation, le convertisseur statique est un montage du type hacheur de courant abaisseur, comportant: - un interrupteur statique connecté d'une part à la borne positive de la batterie d'accumulateurs, et d'autre part à une borne du moteur, dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par un circuit électronique de commande; - une diode de roue-libre connectée entre les bornes du moteur. Ainsi, lorsque l'interrupteur est fermé ou passant, la pleine tension de la batterie est appliquée au moteur. En revanche, lorsque cet interrupteur est ouvert ou bloqué, le moteur est court-circuité par la diode de roue-libre. La vitesse du moteur, image de la tension moyenne appliquée au moteur, est fonction de la proportion des temps d'ouverture et de fermeture de l'interrupteur. Dans une forme de réalisation permettant de régler la vitesse de rotation du moteur, le circuit de commande comprend des moyens destinés à faire varier le rapport du temps d'ouverture sur temps de fermeture de l'interrupteur statique. L'invention est exposée, ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma électrique simplifié montrant la connexion entre la batterie d'accumulateur et le moteur. - la figure 2 est un synoptique simplifié du circuit de commande de l'interrupteur statique. - la figure 3 est un graphique montrant l'évolution des signaux de commande au cours du temps. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative dans son application à une machine autonome à laver les sols ou à un aspirateur alimenté par un ensemble de batteries ou par un courant continu. Comme indiqué l'invention concerne un dispositif destiné à faire varier la vitesse d'un moteur notamment d'un groupe moto-ventilateur d'aspiration monté sur des machines du type auto-laveuses à batteries ou du type aspirateurs à batteries. Les moteurs équipant classiquement ces engins sont des moteurs à courant continu notamment du type acollecteurs, de tension nominale (VM) de 24 volts par exemple. Pour simplifier l'explication et les dessins, la figure 1 ne montre qu'un seul moteur (1), mais il va de soi que l'invention se généralise immédiatement à plusieurs moteurs en parallèle. Conformément à l'invention, la source d'énergie électrique est constituée par une batterie d'accumulateurs (2) constituée par exemple de trois éléments (2a) (2b) (2c) de 12 volts connectés en série, pour obtenir une tension d'alimentation de 36 volts. En allant des batteries (2) au moteur (1), le schéma électrique est le suivant. Les batteries sont (2) reliées via des fils d'amenée (3a) à un fusible (3b) du type accompagnement-moteur, de 40 ampères de calibre par exemple. Ce fusible (3b) est équipé d'une diode anti-retour (3c) montée en parallèle. Un condensateur électrochimique (4) de découplage de forte capacité est relié au fusible (3b). Ce condensateur (4) permet l'annulation de l'impédance des fils d'amenée du courant, et évite la remontée vers la batterie (2) des courants harmoniques générés par le moteur (1). Ensuite est branché le convertisseur statique désigné dans son ensemble par (5), et constitué principalement d'un interrupteur statique (5a), d'une diode de roue-libre (5b) et d'un circuit de commande (5c). L'interrupteur statique (5a) est avantageusement un transistor de puissance à effet de champ (EXFET). Dans l'exemple de réalisation, celuici est d'un calibre supportant 250 volts et 150 ampères maximum. II est équipé de manière classique d'une diode de protection (5d) montée en antiparallèle et d'un réseau RC (5a) pour supprimer les parasites issus du moteur. La diode de roue-libre (5b) permet le passage du courant moteur lors des phases de blocage de l'interrupteur statique (5a). Concernant le circuit de commande (5c) (figure 2) de l'interrupteur (5a), celui-ci fonctionne sur le principe de la variation de largeur d'impulsion. Ainsi, grâce à un potentiomètre (5c1) et au moyen d'un premier circuit intégré (5c2), on génère un signal en dent de scie (S1), de période variable en fonction de la position du potentiomètre (5c1) qui est préréglé dans la position maximum au dela de laquelle se produit un échauffement. Grâce à un second circuit (5c3), on transforme le signal en dent de scie (S1) en signal créneau (S2), dont le rapport cyclique (t) est fonction de la période du signal en dent de scie (S1). Ce signal créneau (S2) attaque ensuite un étage de mise en forme et d'amplification (5c4) pour commander l'interrupteur statique (5a). Cette alimentation en dents de scie permet d'augmenter la tension d'alimentation du moteur prévue à l'origine, sans pour autant le détériorer. Bien entendu, I'invention couvre également toute les variantes de commande variable pouvant se substituer à la forme avantageuse décrite ciavant. Le fonctionnement du dispositif est donc le suivant. Lorsque le signal créneau (S2) met l'interrupteur statique (5a) dans l'état passant, la tension de la batterie (VB) est appliquée au moteur. Quelques fractions de secondes après, le signal créneau (S2) ordonne la fermeture de l'interrupteur (5a). Le courant moteur qui ne peut s'annuler à cause du caractère inductif du moteur prolonge sa course dans la diode de roue-libre (5b). La tension aux bornes du moteur est donc quasi nulle. La valeur de la tension moyenne (VH) appliquée au moteur est égale à la valeur de la tension batterie (VB) multipliée par le rapport cyclique du signal créneau, c'est-à-dire du rapport: x= temps d'ouverture (S2.a) temps de fermeture (S2.a) + temps de fermeture (S2.b) Le flux engendré par cette tension moyenne (VH) est plus élevé que celui correspondant aux valeurs nominales, de sorte que la vitesse du moteur (1) est superieure à la vitesse nominale. II convient de régler précisément ce rapport cyclique (x) à une valeur suffisante pour obtenir le gain de vitesse escompté, tout en le maintenant en deçà d'une valeur pour laquelle la vitesse excessive provoquerait la détérioration des collecteurs et/ou l'échauffement du moteur. Par ailleurs, ce rapport cyclique (T) est limité par construction du hacheur en minimum et en maximum, typiquement dans l'exemple présent, entre 30% (S2c) et 80% (S2d). Par conséquent, si l'on utilise une batterie d'alimentation de 36 volts, la valeur moyennne de tension (VH) appliquée au moteur n'excède pas 0,8 x 36volts = 28,8 volts. II ressort de ce qui précède que le dispositif conforme à l'invention permet d'obtenir une machine autonome de lavage des sols etlou d'aspiration présentant des organes tournants plus rapides, sans nécessiter leur changement. II y a donc, pour les moto-ventilateurs d'aspiration, un gain notoire de puissance. On note également l'intérêt de pouvoir utiliser des batteries d'alimentation couramment commercialisées. REVENDICATIONS -1 - Dispositif pour augmenter la vitesse d'un moteur (1) à courant continu, du type notamment destiné à assurer la rotation des organes de lavage etlou de séchage d'une machine autonome à laver les sols, ou des moteurs d'aspirateurs dont l'énergie est fournie par un ensemble de batteries, lesdits moteurs ayant une tension nominale d'alimentation (VM) et étant alimentés par une batterie d'accumulateurs, caractérisé en ce qu'il comprend - une batterie d'accumulateurs (2) présentant une tension normalisée (VB) supérieure à la tension nominale (VM) du moteur (1); - un convertisseur statique (5) abaisseur de tension, connecté entre la batterie d'accumulateurs (2) et le moteur (1), et destiné à alimenter ledit moteur sous une tension moyenne (VH), intermédiaire entre les tensions (VM) et (VB). - 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur statique (5) est un montage du type hacheur de courant abaisseur, comportant: - un interrupteur statique (5a) connecté d'une part à la borne positive de la batterie d'accumulateurs (2), et d'autre part à une borne du moteur (1), dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par un circuit électronique de commande (5c); - une diode de roue-libre (5b) connectée entre les bornes du moteur (1). - 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de commande (5) comprend des moyens (5cul) (5c2) (5c3) destinés à faire varier le rapport du temps d'ouverture sur temps de fermeture de l'interrupteur. - 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la tension nominale (VM) du moteur est de 24 volts, la tension (VB) de la batterie d'accumulateurs et de 36 volts et en ce que la tension (VH) d'alimentation du moteur est de 28,8 volts.