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Transducteur sans balais pour la détection d'un sens et d'une vitesse de rotation.
La présente invention concerne les systèmes de trac- tion électrique et plus précisèrent un synchronisateur sans ba- lais détectant un sens et une vitesse de rotation par couplage inductif d'une excitation à haute fréquence, ledit synchronisa- teur étant solidaire de l'arbre d'un moteur primaire entraînant chacune des roues d'un véhicule de manière à indiquer avec précision le sens et la vitesse de rotation dudit arbre et donc eles roues du véhicule. Bien que l'invention soit décrite ici
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dans le cas d'un véhicule à traction à courant alternatif, il va de soi que le principe de l'invention est également appli- cable à tout autre appareil, tel qu'une génératrice tachyné- trique, servant à mesurer le sens et la vitesse de rotation d'un organe quelconque.
Les systèmes de traction à courant alternatif pour véhicules utilisent une liaison alternative entre une source de courant triphasé constituée par un acteur et un alternateur, et un ensemble convertisseur-moteur entraînant chaque roue. Le convertisseur sert de changeur de fréquence convertissant la sortie du groupe moteur-alternateur en un courant alternatif
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à fréquence variable servant à 1-lentralnement des note-ars de roues du véhicule.
Un tachymètre, par exemple un synchro-
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transmetteur, est gênéraleaert couplé à chaque roue actrice du véhicule pour mesurer continuellement les conditions de fonc- tionnement de celle-ci, la sortie de chaque synchro-transnetteor étant comparée à une fréquence différentielle donnée dans un réseau d'addition de fréquence dont la sortie sert à commander
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le fonctionnement des moteurs d-lentrainement de chaque roue.
Dans ce type de système de propulsion à courant alternatif., le synchronisateu.r mesurant les conditions de fonc- tionnement des moteurs doit être extrPaee:t précis sur toute la plage de vitesse de ceux-ci, c'2st-à-3ire de zéro à leur vitesse maximale. Les syncnronis=te7rs classiques à balais sont peu fiables, particuliere-aent aux vitesses élevées., du Fait de l'usure, de la tatigue, des vibrations des collecteurs à zes et de l'usure des paliers qui sont nomraie=en# rssociés à tels appareils.
La présente invention a pour objet un appareil
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élîinînant les inconvénients mentionnés ci-dessus et ("onr.:r3l::,-,t
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avec précision la vitesse et la position d'un moteur primaire tout moment et pour toutes les vitesses, ledit synchronisa- teur étant à excitation inductive ce qui réduit l'entretien et accroît la fiabilité de l'ensemble.
La présente invention apporte donc un synchro-trans- metteur sans balais ni palier détectant avec précision la ,,vitesse et le sens de rotation du moteur primaire sur toute la plage de vitesse de ce dernier. Elle a également pour objet un synchro-transmetteur sans balais dont le carter et le rotor sont respectivement montés directement sur le carter et l'arbre du moteur primaire associé, évitant l'eaploi de paliers supplémentaires. La vitesse de rotation du synchroni- sa leur n'est donc limitée que par les caractéristiques méca- niques du moteur primaire dont la vitesse est à contrôler.
Le synchronisateur sans balais de l'invention n'est pas affecté par les tolérances des paliers du moteur primaire qui permet- tent généralement un certain déplacement axial du rotor de ce dernier. Le ynchronisateur peut servir d'émetteur dans un système classique du type "selsyn" pour assurer le déplace:lent angulaire ou le positionnement inductif de synchro-récepteurs dont les caractéristiques électriques sont analogues à celles du synchro-transmetteur décrit plus haut.
L'invention concerne également un synchro-transmetteur sans balais ni palier dans lequel la séquence de phase de la sortie démodulée de l'enroulement triphasé est représentative du sens de rotation du acteur primaire. Le synchro-transmetteur fournit une indication précise de la vitesse réelle de rotation de n'importe quel type de moteur primaire par la fréquence de sa sortie modulée lorsqu'il est utilisé en configuration bi-polaire.
L'enroulement triphasé de sortie du synchronisa, leur fournit une
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sortie modulée représentant avec précision la fréquence de passage du rotor et pouvant être directement comparée et utilisée dans un circuit d'addition pour contrôler la. vitesse
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de rotation du moteur pri-aaire. Le synclam-transnetteur est de plus extrêmement sensible aux déplacements angulaires d'un arbre permettant son montage à un bout ou à l'autre de l'arbre d'un moteur primaire et de sa charge pour obtenir une indication continue du couple du moteur primaire.
D'autres objets et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée qui suit et des dessins sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe du synchro-trans- metteur de l'invention assemble à un moteur de traction à cou- rant alternatif ; la figure 2 est un schéma électrique du circuit du
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synchro-trans.:1etteur de la figure 1.
La figure 1 illustre un mode de réalisation du synchro-transsetteur 10 sans balais ni palier monté sur un moteur de traction à courant alternatif 12 selon la présente invention.
Le synchronisateur 10 est constitua par deux él:l(;I1ts principaux qui sont un logeant de sator 14 et un ensemble polaire de rotor 16. Le roter 16 est constitue par un noyau feuilleta 18
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sur lequel sont bobines des enroule-sents 20, ledit noy-M étant fixe a aexßr3w d'un arbre rapporté 22 en eatiere atétlque, de préférence en acier inoxydable. Un secondaire 24 servant au
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couplage inductif du synchronlsateur 10 est bobine à l'intérieur d'un support de couplage inductif 26 un for=-e de C cor--partant des brides radiales 25 dirigées vers l'extérieur. Le mppi 1 26 est 1 son tour sur un manchon a. .
W e 28 de préférence en acier inoxydable. Le manchon 28 est dispose et fixé sur le,
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prolongement 22 de l'arbre du moteur, par exemple au moyen d'une clavette 32 insérée dans une rainure de l'arbre 22 et dans une rainure correspondante du manchon 28- La clavette 32 pénètre également dans une encoche de la circonférence intérieure du noyau 18 ce qui le rend solidaire de l'arbre 22, du manchon 28 et de l'enroulement secondaire 24 pour constituer l'enseuble rotor 16 précédemment mentionné.
L'arbre 22 est fileté aux deux extrémités pour se visser dans un trou axial taraudé de l'arbre 34 du rotor du moteur de traction 12. Le manchon 28, l'élément de couplage inductif 26 et l'enroulement 24 sont fixés positivement à l'arbre 22 par une rondelle de serrage 36 et un écrou 38 vissé sur l'extrémité de l'arbre 22. Comme décrit plus en détail ci- après, les enroulements polaires 20 du rotor sont connectés électriquement à l'enroulement secondaire 24 par des conduc- teurs 40. Comme on le voit sur la figure 1, l'ensenble rotor 16 est entièrement supporté par l'arbre 34 du moteur de traction 12 et ne .nécessite donc aucun palier.
En considérant de plus près l'ensemble stator 14 mentionné précedemment, on remarque qu'il est constitué par un corps cylindrique 42 dont une extrémité 44 est alésée pour s'adapter sur une surface de portée usinée 46 du moteur 12.
Le corps 42 est en matière amagnétique, par exemple en aluminium, et maintenu en place sur la partie 46 par une ou plusieurs vis radiales de blocage 48.
L'enroulement triphasé 50 de sortie de synchronisation du stator et l'enroulement primaire 52 d'entrée du couplage Inductif, sont fixés à l'intérieur du corps 42 et sont donc maintenus immobiles. L'alinement radial et axial des éléments du synchro-transmetteur est donc réalisé sans l'emploi d'aucun
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palier et le procédé de montage permet d'obtenir les entrefers
54 et 56 voulus entre les éléments associas des ensembles rotor et stator, respectivement 16 et 14. L'emploi d'une salière amagnétique pour la réalisation du corps 42, du manchon 28 et l'arbre rapporté 22, réduit les fuites de flux magnétique de manière à concentrer suffisamment ce dernier dans le couplage inductif (enroulements 24, 52)
et le synchronisateur (enroule- ments 20, 50) pour un fonctionnement optimal de l'ensemble 10.
L'enroulement primaire 52 du couplage inductif est bobiné à l'intérieur d'un support 58 en fome de C dont les parties latérales 60 s'étendent radialeaent vers l'intérieur.
Le support 58 s'adapte dans un alésage 62 du corps 42 à l'opposé de l'alésage 44. L'élément 58 et 1'enroulement 52 sont fixés dans le corps 42 par exemple par une série de boulons périphériques 64. Les bords extérieurs 90 du support 58 sont disposés en face des bords extérieurs 91 du support 26 pour définir entre eux des entrefers annulaires 56. Des conducteurs 65 appliquent un signal d'excitation à l'enroulement primaire 52 et traversent le corps 42 par une ouverture.
L'enroulement triphasé de synchronisation 50 du stator est monté sur un noyau feuilleté 66 qui s' adapte dans un alésage 68 du corps 42. Le noyau 66, et par conséquent l'enroulement 50, sont maintenus dans l'alignement axial du noyau 18 et de l'en- roulement 20 par une bague entretroise 69 disposée entre le noyau 66 et le support 58. Les surfaces circonférentielles en regard des noyau 18 et 66 sontséparées par l'entrefer annu- 3.aire 54. Des conducteurs 70 traversant le corps 42 relient les enroulements 50 au dispositif externe de commande du système de traction à courant alternatif en lui appliguantun signal dont la modulation en amplitude est représentative de la vitesse du moteur 12.
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La figure 2 illustre sous une forme schématique le synchro-transmetteur 10 de la présente invention darxs lequel le couplage inductif d'excitation est enfermé dans le rectangle discontinu 72. Comme on l'a vu précédèrent le couplage inductif est formé du primaire 52 associé au support fixe 58 et du secon- daire 24 associe au support mobile 26, tous deux étant solidaires en rotation de l'arbre amagnétique 22 du moteur de traction 12.
Le primaire 52 est excite par le conducteur 65 au moyen d'une tension d'entrée, par exemple 8 à 10 kHz, fournie par l'oscil- lateur 74 de la figure 2.
Le noyau et les enroulements 18 et 20 du rotor sont représentés à titre d'exe:nple sous la forme d'un rotor bi-polaire monté sur l'arbre 22 et. tournant en synchronisme avec le secon- daire 24 de la figure 1, tous deux étant solidaires de l'arbre 34 du moteur de traction. L'enroulement de rotor 20 tourne à l'in- térieur des enroulements triphasés de stator 50 qui sont con- nectés de manière classique et maintenus fixes dans le corps 42 du synchronisateur. Les conducteurs 70 sont reliés au point de jonction des enroulements 50 pour appliquer le signal modulé en amplitude à. l'appareil externe de commande (non représenté)..
Le primaire fixe 52 est excité par la sortie de l'oscillateur 74 à une fréquence alternative relativement élevée comme représenté par la forme d'onde 76 et, par couplage inductif, provoque l'induction d'une tension dans le secondaire tournant 24 comme illustre par- la forme d'onde 78.
L'enroulement 24 est relié électriquement aux enroulenents polaires 20 du rotor par les conducteurs 40. L'ensemble rotor 16 étant au repos, une tension est induite dans les enroulements triphasés 50 de l'ensemble stator 14. La fréquence des tensions induites dans les enroulements du stator est égale à la fréquence porteuse;,
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qui, dant le cas présent, est de 10 kHz, et les amplitudes des tensions de phase sont fonction de l'orientation angulaire relative de l'ensemble rotor 16 et de l'ensemble stator 14.
Cette particularité rend le synchronisateur 10 applicable à la transmission de signaux de déplacement angulaires qui sont déterminés en comparant les amplitudes des tensions de phase produites.
Lorsque l'ensemble rotor 16 tourne en synchronisme avec l'arbre 34 du moteur de traction, la sortie des enroulements .de stator 50 est constituée par la fréquence porteuse à 10 kHz de l'oscillateur 74 modulé en un signal triphasé, comme le montre la forme d'onde 80. La fréquence de l'enveloppe de modu- lation 82 est représentative de la vitesse des arbres 34 et
22. Dans le cas du synchronisa leur bi-polaire représentée une période du signal de sortie correspond 4 une rotation complète de l'arbre 22. Pour un synchro-tétra-polaire-un tour de l'arbre correspond à deux périodes du signal modulé, et ainsi de suite.
La séquence de phase de la sortie des enroulements triphasés de stator 50 peut être détectée par un circuit classique de comparaison de phase (non représenté) pour indiquer le sens de rotation du moteur de traction 12 que le synchronisateur 10 soit à 2,4 ou 6 poses. Le synchroinsateur 10 a généralement le mené nombre de pôles que le rotor du acteur dont on désire mesurer la vitesse.
L'invention décrite est évidemment susceptible de nombreuses modifications ou appliqations sans sortir de son cadre.