EP0765955B1 - Dispositif mécanique oscillant perfectionné, notamment peigne battant de machine textile, dont les oscillations sont entretenues au moyen d'un moteur à induction monophasé - Google Patents

Dispositif mécanique oscillant perfectionné, notamment peigne battant de machine textile, dont les oscillations sont entretenues au moyen d'un moteur à induction monophasé Download PDF

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EP0765955B1
EP0765955B1 EP96490036A EP96490036A EP0765955B1 EP 0765955 B1 EP0765955 B1 EP 0765955B1 EP 96490036 A EP96490036 A EP 96490036A EP 96490036 A EP96490036 A EP 96490036A EP 0765955 B1 EP0765955 B1 EP 0765955B1
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EP
European Patent Office
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frequency
stator
induction motor
phase induction
oscillation
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Expired - Lifetime
Application number
EP96490036A
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German (de)
English (en)
Other versions
EP0765955A1 (fr
Inventor
Marc Brabant
Xavier Catry
Didier Deldique
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Thibeau SA
Original Assignee
Thibeau SA
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Publication date
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G15/00—Carding machines or accessories; Card clothing; Burr-crushing or removing arrangements associated with carding or other preliminary-treatment machines
    • D01G15/02—Carding machines
    • D01G15/12—Details
    • D01G15/46—Doffing or like arrangements for removing fibres from carding elements; Web-dividing apparatus; Condensers
    • D01G15/48—Stripping-combs

Definitions

  • the present invention relates to an oscillating mechanical device, the Oscillations are maintained by means of a single-phase induction motor. She particularly finds its application in the textile field to the realization of improved swing combs, which are self-starting and whose amplitude of oscillations can be easily adjusted to large values, without risk overheating of the single-phase induction motor.
  • This natural frequency depends so known only from the torsional characteristics of the return means elastic and moment of inertia of the rotated masses, that is to say in particular of the inertia of the shaft, of the member carried by the shaft, and of the rotor. Once the device oscillates at its natural frequency, the single-phase induction motor is used only to provide sufficient energy to compensate for the depreciation of the friction, so as to maintain the oscillations.
  • Such an oscillating device is more particularly used in the field textile, to easily make swing combs used to detach the sails coming out of card and to date having a maximum rate lower than 4000 strokes / minute, which corresponds to a natural frequency of oscillations of on the order of 66.7 Hz.
  • the frequency of the alternating signal supplying the stator of the motor to single-phase induction is set between 53 Hz and 63 Hz. Indeed, it is known that in this frequency range, the amplitude of the oscillations of the comb is stable and reaches a maximum for a frequency of 54 Hz.
  • the oscillation frequency of the comb is fixed and equal to the frequency clean of the comb.
  • the oscillations of the comb are therefore completely asynchronous by relative to the stator supply frequency of the single-phase induction motor.
  • a single phase induction motor is a motor which is of design simple and reliable. Its use for making swing combs therefore advantageously reduces maintenance costs, compared to the use of more sophisticated engines, such as for example brushless motors.
  • the first drawback is related to the fact that the induction motor single phase consumes a large current, because its rotor undergoes inversions frequent in its direction of rotation, under the effect of the elastic return of the shaft to which is coupled this rotor.
  • This drawback leads to the use of an induction motor which is oversized in power, compared to the mechanical energy it is necessary to provide the comb to maintain the oscillations.
  • the second drawback is linked to the start of the beating comb using a single-phase induction motor.
  • the motor When starting, when the motor rotor single-phase induction is static, and when its stator is energized, the motor develops a motor torque which is zero, and it is necessary to communicate to the rotor a preferential direction of rotation to start it.
  • the engine When the engine is stopped single-phase induction behaves like a single-phase transformer, the primary and secondary are crossed by very intense currents. The rotor and by the same the torsion bar then begin to vibrate under the effect of currents of intense eddy which are induced in the magnetic masses of the engine.
  • the aim of the present invention is to propose a mechanical device oscillating whose oscillations are maintained by means of an induction motor single-phase, but which overcomes the two aforementioned drawbacks, which were until day related to the use of this particular type of asynchronous motor.
  • the stator of the single-phase induction motor is supplied by an alternating signal whose frequency is adjusted in the vicinity of the frequency clean oscillation of the mechanical device.
  • the frequency of the signal power supply will be set to the natural oscillation frequency of the mechanical device, with a tolerance of plus or minus one tenth of a hertz.
  • the natural frequency of oscillation of the oscillating mechanical device depends of the inertia of the rotated masses and the torsional characteristics of the elastic return means. This natural oscillation frequency varies from device to another. To implement the invention, it is therefore necessary to qualify each device by precisely determining its own frequency oscillation.
  • the device of the invention will preferably be equipped with an electronic system for control of the single-phase induction motor, which provides output for the stator from the single-phase induction motor an alternating supply signal whose frequency is adjustable to a determined value;
  • the electrical control system manages a sensor at the input effective intensity of the induction motor stator supply current single-phase and is designed for, before starting the device, perform a frequency sweep over a predetermined frequency range which is chosen wide enough to contain the natural frequency of the device oscillating mechanics, acquire and memorize the value of the effective intensity of the current consumed by the stator of the single-phase induction motor as a function of the supply frequency of this stator, and at the end of the frequency sweep, set the frequency of the stator supply signal to the frequency corresponding to the minimum effective intensity measured during scanning in frequencies.
  • the electronic system manages a sensor measuring the input the amplitude of the oscillations of the device shaft, and at the end of the scanning in frequency, sets the frequency of the stator power signal to the frequency corresponding to the maximum oscillation amplitude measured during scanning in frequency.
  • the swinging comb represented in FIG. 1 comprises a comb 1 proper, which is mounted on a tubular shaft 2 and secured by one of its ends of the rotor of a single-phase induction motor 3.
  • the shaft 2 contains a coaxial torsion bar allowing elastic return of said shaft and of comb 1 in a median angular position of equilibrium.
  • the stator of the induction motor single-phase 3 is supplied by an alternating signal 7, delivered by a system control electronics 4.
  • the electronic control system 4 delivers a signal AC 7 whose frequency is adjustable, and is set in the vicinity of the natural frequency of oscillation of the comb.
  • the motivation for this particular choice of frequency will be better understood by reading the experimental curves of the figures 2 to 4 which will now be detailed and which have been obtained with a comb 1 designed to oscillate at around 3890 strokes / minute.
  • the curve of Figure 2 represents the amplitude of the oscillations of this comb, as a function of the frequency of the power supply signal 7 of the motor 3, and this for a given value of the RMS voltage of this signal. This curve allows to highlight that for frequencies higher than 70Hz, the amplitude of oscillations of comb 1 is almost constant, and is of the order of 30mm.
  • the stator of the single-phase induction motor of such a comb clapper has always been supplied in the aforementioned frequency range, since it is known that in this particular range on the one hand the amplitude of the oscillations is stable and varies very little as a function of the stator supply frequency, and on the other hand that the comb oscillates at a fixed frequency, which is independent of the stator supply frequency and which is equal to what is called the natural frequency of the comb.
  • FIG. 3 represents the effective intensity of the current consumed by the motor 3 as a function of the frequency of the power signal 7. This curve shows that in the vicinity of the particular frequency of 64.7 Hz, this intensity suddenly drops to around 4.4 A, while it was close 8A in the frequency range usually recommended, that is to say for frequency above 70Hz.
  • FIG. 4 represents the frequency of oscillation of the shaft 2 of the comb as a function of the frequency of the supply signal 7. This curve shows that for frequencies above 65.9Hz, the comb oscillates with a frequency clean of 64.7Hz, which corresponds to a comb oscillating very exactly at 3882 strokes / minute.
  • the particular frequency of the power signal 7 for which the effective intensity of the current consumed by the single-phase induction motor is minimum ( Figure 3) and the amplitude of oscillations is maximum ( Figure 2) therefore corresponds to the natural frequency of oscillation of the beating comb.
  • FIG. 4 also makes it possible to highlight that in a way unexpected, for frequencies between 62.6Hz and 64.9Hz, the oscillation of the comb is not asynchronous as one might have thought, but is on the contrary synchronous with the frequency of the power signal 7 of the stator of the motor at single-phase induction.
  • the comb is systematically self-starting. For supply signal frequencies 7 between 64.9Hz and 65.9Hz, it is not possible to oscillate the comb. For frequencies above 65.9Hz, it is necessary to force the comb to start, for example by manually communicating a torque to the shaft of the comb.
  • the comb has the advantage of being a self-starter, and of consuming a more intense current low.
  • the concept of natural frequency neighborhood will be defined by the frequency range of the signal power supply 7 of the stator of the single-phase induction motor in which the effective intensity of the current consumed by the motor is less than the intensity effective current consumption in the frequency range so far recommended.
  • the vicinity of the natural frequency of the comb (64.7 Hz) will be constituted by the frequency range from 63.9 Hz to 64.8 Hz, i.e. in the range frequencies [f-O, 8Hz; f + O, 1Hz], where f represents the natural frequency of oscillation of the comb.
  • This frequency range is not, however, limiting of the invention. It is in fact for the skilled person to determine for a comb given the exact frequency range around the natural oscillation frequency of the comb in which the intensity of the current consumed by the induction motor single phase fall.
  • the frequency of the power signal will be more particularly adjusted to the natural frequency of the comb with a tolerance of +/- 0.1Hz.
  • the amplitude of the oscillations is greater than that of the oscillations of the comb in its operating range usual asynchronous (frequencies above 70Hz) and the current consumed is weaker. It is therefore possible to obtain more amplitude oscillations important with a single-phase electric power induction motor lesser.
  • Adjusting this amplitude allows advantageously to adapt the beating comb to any type of existing fibrous web, from the card on which the comb is mounted. Being a fibrous veil exhibiting a significant resistive torque, the amplitude of the oscillations of so as to obtain sufficient engine torque, to minimize the number of comb stuffing, during operation.
  • the drop in intensity of the current consumed by the induction motor single phase in the narrow frequency range of the invention allows to consider the realization of swinging combs having natural frequencies of oscillation more and thereby increase the rate of work of the cards they equip.
  • the intensity of the current consumed by the motor increases with the natural frequency of oscillation of the comb, regardless of the frequency stator supply.
  • the stator supply frequency range according to the invention it becomes possible to construct combs oscillating at frequencies over 4000 strokes / minute, without risk of engine overheating single-phase induction.
  • the electronic control system 4 comprises an electronic circuit 8, a microprocessor 9 and a speed controller 10 which delivers the power signal 7 from the stator of the single-phase induction motor.
  • the microprocessor 9 manages in known manner a ROM 12 of EPROM type in which the program operating the microprocessor is stored, a random access memory 11, a keyboard 13 and a display 14.
  • the frequency of the AC power signal 7 delivered by the variator 10 is fixed by the microprocessor 9 via the control signal 9 a .
  • the swinging comb is further equipped with a sensor 5,6 which measures the amplitude of the oscillation of the shaft 2, and delivers to the electronic circuit 8 a variable voltage U whose instantaneous value is a function of the shaft rotation angle 2.
  • this sensor was a hall effect magnetic sensor. It could also be a strain gauge mounted directly on the surface of the shaft 2, or any other sensor known to those skilled in the art and fulfilling the same function.
  • the function of the electronic circuit 8 is to transform the variable voltage U delivered by the amplitude sensor 5,6 into a first analog signal 8 a characterizing the oscillation frequency of the shaft 2 and into a second digital signal 8 b of which the value is a function of the amplitude of the oscillations of the shaft 2.
  • the electronic circuit 8 comprises at input a voltage / current converter constituted by the resistor R , and a first RC filter formed by the resistor R1 and the capacitor C1.
  • a first operational amplifier A1 mounted as a comparator receives as input a reference voltage Vref and the output signal of the above-mentioned first filter RC, and delivers for the microprocessor 9 the analog signal 8 a .
  • the signal 8 a When the swinging comb oscillates, the signal 8 a consists of a train of pulses whose frequency is directly a function of the actual oscillation frequency of the shaft 2.
  • the output signal of the first RC filter is also amplified by means of a second operational amplifier A2 is filtered by a second RC filter constituted by the resistor R2 and the capacitor C2.
  • the voltage across C2 corresponds to the average value of the variable voltage U delivered by the sensor 5,6, and is therefore proportional to the amplitude of the oscillations of the shaft 2.
  • This voltage is converted by means of a converter analog / digital converter 15 which delivers the digital signal 8b aforementioned to the microprocessor 9.
  • the microprocessor 9 is able, from the two signals 8 a and 8 b, to acquire at a given instant the value of the frequency and the amplitude of the oscillations of the shaft 2 of the beating comb.
  • the operation of the microprocessor will now be detailed from the flow diagram of FIG. 6.
  • the microprocessor 9 performs a scan loop of its keyboard 13 while waiting for input (step 16) by an operator with a minimum frequency (Fmin) and a maximum frequency (Fmax ). These two frequencies correspond to the lower and upper limits of a frequency range which is chosen to be wide enough to contain with certainty the natural frequency of oscillation of the comb. With regard to the comb, the operating curves of which have been given in FIGS. 2 to 4, for example, Fmin at 60 Hz and Fmax at 70 Hz will be fixed.
  • the microprocessor 9 iteratively controls the variator 10 by the intermediary of the control signal 9 a such that this variator 10 delivers a supply signal 7 whose frequency will vary discontinuously, according to a predetermined frequency increment (dF) over the entire frequency range (Fmin, Fmax).
  • This frequency increment (dF) can be set once and for all, or can possibly be entered at the same time as the limits of the frequency range (Fmin, Fmax).
  • the microprocessor acquires and stores in random access memory 11 the frequency and the amplitude of the oscillations of the comb by means of signals 8 a and 8 b respectively . This operation of the microprocessor is illustrated by steps 17 to 22 of the flow diagram of FIG. 6.
  • the RAM 11 contains a table of all the pairs of values (amplitude, frequency) acquired. From this table, the microprocessor determines the frequency F 0 corresponding to the maximum amplitude acquired (step 23), controls the variator 10 so that the latter delivers a supply signal 7 whose frequency is F 0 ( step 24), and displays this frequency on the display 14 for the operator (step 25).
  • the frequency value F 0 which is calculated by the microprocessor corresponds to the natural frequency of the comb, with a tolerance which depends on the value of the frequency increment dF. More precisely, in the worst case, the value F 0 found will differ as much as possible from the real natural frequency of the comb by a value equal to 50% of dF. Consequently, to obtain a frequency F 0 which is equal to the natural frequency of the comb with a tolerance of +/- 0.1 Hz, the frequency increment dF will have to be at most 0.2 Hz.
  • this is designed to automatically determine the natural oscillation frequency of the beating comb, no longer from a measurement of the oscillation amplitude of the comb, but from a measurement of the effective intensity of the current consumed by the single-phase induction motor 3.
  • This variant embodiment will not be described in detail because it is easily deduced for those skilled in the art from the variant which has been described with reference to FIGS. 5 and 6. It suffices to replace the sensor 5,6 which measures the amplitude of the oscillations with a sensor measuring the effective intensity of the supply signal 7, and to modify step 23 of l 'flow diagram of Figure 6, calculating the frequency F 0 corresponding to the minimum intensity acquired, and no longer to the maximum oscillation amplitude.
  • step 21 systematic storage of pairs of values acquired by the microprocessor at step 20, i.e. a frequency associated either with an amplitude or with a intensity according to the variant of the electronic control system.
  • this step 21 will be replaced by a step of storing the amplitude (respectively of the intensity) acquired at a given instant, provided that this amplitude (respectively intensity) is greater (respectively lower) than a previously acquired amplitude (respectively intensity) and memorized.
  • the invention is also not limited to the production of swing combs for textile machines, but can be more generally applied to any device oscillating mechanics whose oscillations are maintained by means of a motor single-phase induction.

Landscapes

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Description

La présente invention a pour objet un dispositif mécanique oscillant, dont les oscillations sont entretenues au moyen d'un moteur à induction monophasé. Elle trouve particulièrement son application dans le domaine textile à la réalisation de peignes battants perfectionnés,qui sont auto-démarreurs et dont l'amplitude des oscillations peut-être aisément réglée jusqu'à des valeurs importantes, sans risque de surchauffe du moteur à induction monophasé.
La demanderesse a déjà proposé dans son brevet français N° 1.351.572 un dispositif mécanique oscillant comportant un arbre, qui est rappelé élastiquement vers une position angulaire d'équilibre, au moyen notamment d'une barre de torsion logée à l'intérieur dudit arbre, et sur lequel est monté un organe oscillant. Cet arbre est couplé au rotor d'un moteur d'induction monophasé. En théorie, une fois le dispositif oscillant lancé, l'arbre oscille avec une amplitude d'oscillations donnée, et à une fréquence fixe qui est égale à la fréquence propre du dispositif mécanique, et qui est indépendante de la fréquence du signal alternatif alimentant le stator du moteur. Cette fréquence propre dépend de manière connue uniquement des caractéristiques de torsion des moyens de rappel élastique et du moment d'inertie des masses entraínés en rotation, c'est à dire notamment de l'inertie de l'arbre, de l'organe porté par l'arbre, et du rotor. Une fois que le dispositif oscille à sa fréquence propre, le moteur d'induction monophasé sert uniquement à fournir l'énergie suffisante pour compenser l'amortissement du aux frottements, de manière à entretenir les oscillations.
Un tel dispositif oscillant est plus particulièrement utilisé dans le domaine textile, pour réaliser de façon simple des peignes battants servant à détacher les voiles en sortie de carde et ayant à ce jour une cadence maximum inférieure à 4000 coups/minute, ce qui correspond à une fréquence propre d'oscillations de l'ordre de 66,7Hz. En pratique, s'agissant par exemple de peignes battant à 2817 coups/minutes, c'est à dire des peignes dont la fréquence propre d'oscillation est de 46,95 Hz, la fréquence du signal alternatif alimentant le stator du moteur à induction monophasé est réglée entre 53 Hz et 63 Hz. En effet, il est connu que dans cette plage de fréquences, l'amplitude des oscillations du peigne est stable et atteint un maximum pour une fréquence de 54 Hz. En outre, conformément à la théorie de fonctionnement du peigne battant qui a été précédemment rappelée, dans cette plage de fréquences, quelle que soit la fréquence du signal d'alimentation du stator, la fréquence d'oscillation du peigne est fixe et est égale à la fréquence propre du peigne. Les oscillations du peigne sont donc totalement asynchrones par rapport à la fréquence d'alimentation du stator du moteur à induction monophasé.
Un moteur à induction monophasé est un moteur qui est de conception simple et qui est fiable. Son utilisation pour la réalisation de peignes battants permet donc avantageusement de réduire les coûts de maintenance, comparativement à l'utilisation de moteurs plus sophistiqués, tels que par exemple les moteurs brushless.
En revanche, jusqu'à ce jour l'utilisation d'un moteur à induction monophasé pour entretenir les oscillations d'un dispositif oscillant, du type peigne battant, présente principalement deux types d'inconvénients.
Le premier inconvénient est lié au fait que le moteur à induction monophasé consomme un courant important, car son rotor subit des inversions fréquentes de son sens de rotation, sous l'effet du rappel élastique de l'arbre auquel est couplé ce rotor. Cet inconvénient conduit à utiliser un moteur d'induction qui est sur-dimensionné en puissance, comparativement à l'énergie mécanique qu'il est nécessaire de fournir au peigne pour entretenir les oscillations.
Le second inconvénient est lié au démarrage du peigne battant utilisant un moteur d'induction monophasé. Au démarrage, lorsque le rotor du moteur à induction monophasé est statique, et que son stator est mis sous tension, le moteur développe un couple moteur qui est nul, et il est nécessaire de communiquer au rotor un sens préférentiel de rotation pour le faire démarrer. A l'arrêt, le moteur d'induction monophasé se comporte comme un transformateur monophasé, dont le primaire et le secondaire sont traversés par des courants très intenses. Le rotor et par la-même la barre de torsion se mettent alors à vibrer sous l'effet des courants de Foucault intenses qui sont induits dans les masses magnétiques du moteur. En théorie ces vibrations permettent de faire démarrer automatiquement les oscillations de l'arbre à la fréquence propre d'oscillation du dispositif mécanique, tandis que l'amplitude angulaire des oscillations tend à croítre rapidement jusqu'à une valeur maximum stable. En pratique, le démarrage des oscillations n'est pas systématique. Pour amorcer les oscillations, il est donc nécessaire soit de démarrer manuellement le peigne en communiquant un couple à la barre de torsion, soit d'équiper le moteur d'induction monophasé avec un dispositif de démarrage extérieur.
Dans le but de pallier les problèmes précités, on a cherché à remplacer le moteur d'induction monophasé par des moteurs plus sophistiqués, du type moteurs à courant continu ou moteurs brushless. C'est la solution préconisée dans le brevet européen EP.519.878 , qui d'une manière générale enseigne d'une part de remplacer le moteur à induction monophasé par un moteur qui délivre un couple constant quelle que soit la vitesse de rotation du rotor, et dont on peut commander électriquement l'inversion du sens de rotation, et d'autre part d'asservir la commande de l'inversion du sens de rotation en fonction de l'amplitude d'oscillation du peigne, en sorte de réaliser un système oscillant. C'est également la solution qui est adoptée dans la demande de brevet russe SU.1.227.726.
Le but de la présente invention est de proposer un dispositif mécanique oscillant dont les oscillations sont entretenues au moyen d'un moteur à induction monophasé, mais qui pallie les deux inconvénients susvisés, qui étaient jusqu'à ce jour liés à l'utilisation de ce type particulier de moteur asynchrone.
Selon l'invention, le stator du moteur à induction monophasé est alimenté par un signal alternatif dont la fréquence est réglée au voisinage de la fréquence propre d'oscillation du dispositif mécanique. De préférence, la fréquence du signal d'alimentation du stator sera réglée sur la fréquence propre d'oscillation du dispositif mécanique, avec une tolérance de plus ou moins un dixième de hertz.
C'est le mérite de la demanderesse d'avoir mis en évidence qu'en alimentant le stator du moteur d'induction monophasé dans une plage de fréquences étroites au voisinage de la fréquence propre d'oscillation du dispositif mécanique, c'est-à-dire dans une plage de fréquences qui n'est pas celle jusqu'à présent considérée comme optimale, d'une part on obtenait une chute de l'intensité consommée par le moteur d'induction monophasé, et d'autre part le dispositif mécanique oscillant était systématiquement auto-démarreur.
Des essais complémentaires du comportement en fréquences d'un tel dispositif oscillant ont en outre permis de mettre en évidence qu'au voisinage de la fréquence propre les oscillations de l'arbre n'étaient pas asynchrones comme dans la plage de fréquences habituellement utilisées, mais étaient au contraire synchrones avec la fréquence du signal d'alimentation du stator du moteur à induction monophasé. Plus précisément, dans la plage de fréquences selon l'invention, la fréquence des oscillations de l'arbre et par la-même du rotor du moteur à induction monophasé est égale à la fréquence d'alimentation du stator du moteur d'induction monophasé. La demanderesse n'est pas en mesure à ce jour d'expliquer pourquoi dans la plage de fréquences selon l'invention l'oscillation de l'arbre et par là-même du rotor est synchrone avec la fréquence d'alimentation du stator du moteur d'induction monophasé, alors que dans la plage de fréquences habituelle cette oscillation est totalement asynchrone, ni pourquoi dans la plage de fréquences selon l'invention, le dispositif est systématiquement auto-démarreur.
La fréquence propre d'oscillation du dispositif mécanique oscillant dépend de l'inertie des masses entraínées en rotation et des caractéristiques de torsion des moyens de rappel élastique. Cette fréquence propre d'oscillation varie d'un dispositif à l'autre. Pour mettre en oeuvre l'invention, il est donc nécessaire de qualifier chaque dispositif en déterminant avec précision sa fréquence propre d'oscillation. Dans le but d'effectuer cette qualification automatiquement, le dispositif de l'invention sera de préférence équipé d'un système électronique de commande du moteur à induction monophasé, qui délivre en sortie pour le stator du moteur d'induction monophasé un signal d'alimentation alternatif dont la fréquence est réglable à une valeur déterminée ; dans une première variante de réalisation, le système électrique de commande gère en entrée un capteur mesurant l'intensité efficace du courant d'alimentation du stator du moteur à induction monophasé et est conçu pour, préalablement au démarrage du dispositif, effectuer un balayage en fréquences sur une plage de fréquences prédéterminée qui est choisie suffisamment large pour contenir la fréquence propre du dispositif mécanique oscillant, acquérir et mémoriser la valeur de l'intensité efficace du courant consommé par le stator du moteur à induction monophasé en fonction de la fréquence d'alimentation de ce stator, et à l'issue du balayage en fréquences, régler la fréquence du signal d'alimentation du stator sur la fréquence correspondant à l'intensité efficace minimale mesurée au cours du balayage en fréquences.
La demanderesse a en outre mis en évidence que pour une tension donnée du signal d'alimentation du stator du moteur d'induction monophasé, dans la plage de fréquences selon l'invention, l'amplitude des oscillations passait par un maximum. Par conséquent, sur la base de ce constat, dans une deuxième variante de réalisation, le système électronique gère en entrée un capteur mesurant l'amplitude des oscillations de l'arbre du dispositif, et à l'issue du balayage en fréquence, règle la fréquence du signal d'alimentation du stator sur la fréquence correspondant à l'amplitude d'oscillation maximale mesurée au cours du balayage en fréquence.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un mode particulier de réalisation d'un peigne battant selon l'invention, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1 représente schématiquement un peigne battant selon l'invention et son moteur à induction monophasé,
  • les figures 2 à 4 sont des courbes expérimentales illustrant les caractéristiques techniques du moteur à induction monophasé de la figure 1, pour différentes fréquences d'alimentation du stator.
  • la figure 5 est un synoptique général du système électronique de commande du moteur à induction monophasé de la figure 1,
  • et la figure 6 est un organigramme de fonctionnement du microprocesseur du système électronique de commande de la figure 5.
Le peigne battant représenté à la figure 1 comporte un peigne 1 proprement dit, qui est monté sur un arbre 2 tubulaire et solidaire par l'une de ses extrémités du rotor d'un moteur à induction monophasé 3. L'arbre 2 renferme une barre de torsion coaxiale permettant le rappel élastique dudit arbre et du peigne 1 dans une position angulaire médiane d'équilibre. Le stator du moteur à induction monophasé 3 est alimenté par un signal alternatif 7, délivré par un système électronique de commande 4.
Selon l'invention le système électronique de commande 4 délivre un signal alternatif 7 dont la fréquence est réglable, et est réglée au voisinage de la fréquence propre d'oscillation du peigne. La motivation de ce choix particulier de fréquence sera mieux compris à la lecture des courbes expérimentales des figures 2 à 4 qui vont à présent être détaillées et qui ont été obtenues avec un peigne 1 conçu pour osciller à environ 3890 coups/minute.
La courbe de la figure 2 représente l'amplitude des oscillations de ce peigne, en fonction de la fréquence du signal d'alimentation 7 du moteur 3, et ce pour une valeur donnée de la tension efficace de ce signal.Cette courbe permet de mettre en évidence que pour les fréquences supérieures à 70Hz, l'amplitude des oscillations du peigne 1 est quasiment constante, et est de l'ordre de 30mm.
Jusqu'à ce jour, le stator du moteur à induction monophasé d'un tel peigne battant a toujours été alimenté dans la plage de fréquences précitée, car il est connu que dans cette plage particulière d'une part l'amplitude des oscillations est stable et varie très peu en fonction de la fréquence d'alimentation du stator, et d'autre part que le peigne oscille à une fréquence fixe, qui est indépendante de la fréquence d'alimentation du stator et qui est égale à ce que l'on appelle la fréquence propre du peigne.
Il était par ailleurs déjà connu que pour des fréquences inférieures à 70 Hz, on obtenait des amplitudes d'oscillations très instables en fonction de la fréquence d'alimentation du stator. Pour cette raison, on a jusqu'à ce jour toujours cherché à éviter les fréquences inférieures à 70Hz, dans le cas d'un peigne conçu pour osciller à environ 3890 coups /minute, et à la connaissance de la demanderesse, on n'a jamais cherché à étudier le comportement du peigne battant dans cette plage de fréquences. Or la courbe de la figure 2 permet de mettre en évidence, pour les fréquences inférieures 70 Hz, une plage de fréquences très étroite entre 64,6 Hz et 64,8Hz, pour laquelle l'amplitude des oscillations est supérieure à 30mm et passe par un maximum d'environ 42 mm pour une fréquence particulière de 64,7Hz.
La figure 3 représente l'intensité efficace du courant consommé par le moteur 3 en fonction de la fréquence du signal d'alimentation 7. Cette courbe permet de constater qu'au voisinage de la fréquence particulière de 64,7Hz, cette intensité chute brusquement pour atteindre environ 4,4 A, alors qu'elle était proche de 8A dans la plage de fréquences habituellement préconisée, c'est-à-dire pour des fréquence supérieures à 70Hz.
La figure 4 représente la fréquence d'oscillation de l'arbre 2 du peigne en fonction de la fréquence du signal d'alimentation 7. Cette courbe montre que pour des fréquences supérieures à 65,9Hz, le peigne oscille avec une fréquence propre de 64,7Hz, ce qui correspond à un peigne oscillant très exactement à 3882 coups/minute. La fréquence particulière du signal d'alimentation 7 pour laquelle l'intensité efficace du courant consommé par le moteur à induction monophasé est minimale (figure 3) et l'amplitude d'oscillations est maximale (figure 2) correspond donc à la fréquence propre d'oscillation du peigne battant.
La figure 4 permet en outre de mettre en évidence que de manière inattendue, pour des fréquences comprises entre 62,6Hz et 64,9Hz, l'oscillation du peigne n'est pas asynchrone comme on aurait pu le croire, mais est au contraire synchrone avec la fréquence du signal d'alimentation 7 du stator du moteur à induction monophasé. En outre, dans cette plage de fréquences le peigne est systématiquement auto-démarreur. Pour des fréquences du signal d'alimentation 7 comprises entre 64,9Hz et 65,9Hz, il n'est pas possible de faire osciller le peigne. Pour des fréquence supérieures à 65,9Hz, il est nécessaire de forcer le peigne à démarrer, par exemple en communiquant manuellement un couple à l'arbre du peigne.
De l'analyse ci-dessus des courbes de figures 3 et 4, il ressort clairement que pour une fréquence du signal d'alimentation 7 réglée au voisinage de la fréquence propre du peigne, c'est à dire dans une plage de fréquences étroite située en dehors de la plage de fréquences jusqu'à présent préconisée, le peigne présente l'avantage d'être auto-démarreur, et de consommer un courant d'intensité plus faible. Conformément à l'invention, pour un peigne battant donné, la notion de voisinage de la fréquence propre sera définie par la plage de fréquences du signal d'alimentation 7 du stator du moteur à induction monophasé dans laquelle l'intensité efficace du courant consommé par le moteur est inférieure à l'intensité efficace du courant consommé dans la plage de fréquences jusqu'à présent préconisée. Dans l'exemple particulier qui a été donné, si l'on se réfère à la figure 3, le voisinage de la fréquence propre du peigne (64,7Hz) sera constitué par la plage de fréquences comprises entre 63,9 Hz et 64,8Hz, c'est-à-dire dans la plage de fréquences [f-O,8Hz ; f + O,1Hz], où f représente la fréquence propre d'oscillation du peigne. Cette plage de fréquences n'est cependant pas limitative de l'invention . Il revient en effet à l'homme du métier de déterminer pour un peigne donné la plage exacte de fréquences autour de la fréquence propre d'oscillation du peigne dans laquelle l'intensité du courant consommé par le moteur à induction monophasé chute.
De préférence, la fréquence du signal d'alimentation sera plus particulièrement réglée sur la fréquence propre du peigne avec une tolérance de +/- 0,1Hz. En effet si l'on se réfère à la figure 2, dans cette plage de fréquences, pour une tension donnée du signal d'alimentation 7, l'amplitude des oscillations est supérieure à celle des oscillations du peigne dans sa plage de fonctionnement asynchrone habituelle (fréquences supérieures à 70Hz) et le courant consommé est plus faible. Il est donc possible d'obtenir des oscillations d'amplitude plus importante avec un moteur d'induction monophasé de puissance électrique moindre. De plus, pour une puissance de moteur donné, il est également possible de régler l'amplitude des oscillations du peigne sur une plage plus importante, en contrôlant la tension d'alimentation du stator. Le réglage de cette amplitude permet avantageusement d'adapter le peigne battant à tout type de voile fibreux existant, issu de la carde sur laquelle est monté le peigne. S'agissant d'un voile fibreux présentant un couple résistant important, on réglera l'amplitude des oscillations de manière à obtenir un couple moteur suffisant, pour minimiser le nombre de bourrage du peigne, en cours de fonctionnement.
Enfin, la chute d'intensité du courant consommé par le moteur à induction monophasé dans la plage étroite de fréquences de l'invention permet d'envisager la réalisation de peignes battants ayant des fréquences propres d'oscillation plus élevées, et par là-même d'augmenter la cadence de travail des cardes qu'ils équipent. En effet, l'intensité du courant consommé par le moteur augmente avec la fréquence propre d'oscillation du peigne, et ce quelle que soit la fréquence d'alimentation du stator. Dans la plage de fréquences qui était jusqu'à ce jour préconisée, on était limité, du fait de la consommation trop élevée de courant, à la réalisation de peignes ayant une fréquence d'oscillation propre inférieure à 4000 coups /minute. A présent dans la plage de fréquences d'alimentation du stator selon l'invention, il devient possible de construire des peignes oscillant à des fréquences supérieures à 4000 coups /minute, sans risque d'échauffement du moteur d'induction monophasé. De plus, étant donné que grâce à l'invention la puissance électrique consommée par le moteur est plus faible, il devient possible d'utiliser des moteurs à induction monophasé de plus faible puissance, c'est à dire des moteurs à induction de plus faible dimension dont le rotor présente une inertie plus faible, ce qui permet d'envisager la réalisation de peignes ayant une fréquence propre d'oscillation plus importante
Une variante préférée de réalisation du système électronique de commande 4 selon l'invention est représentée à la figure 5 et va à présent être décrite. Dans cette variante, le système électronique de commande 4 comprend un circuit électronique 8, un microprocesseur 9 et un variateur de vitesse 10 qui délivre le signal d'alimentation 7 du stator du moteur à induction monophasé. Le microprocesseur 9 gère de manière connue une mémoire morte 12 de type EPROM dans laquelle est stockée le programme faisant fonctionner le microprocesseur, une mémoire vive 11, un clavier 13 et un afficheur 14. La fréquence du signal d'alimentation alternatif 7 délivré par le variateur 10 est fixée par le microprocesseur 9 par l'intermédiaire du signal de commande 9a. Le peigne battant est en outre équipé d'un capteur 5,6 qui mesure l'amplitude de l'oscillation de l'arbre 2, et délivre à destination du circuit électronique 8 une tension variable U dont la valeur instantanée est fonction de l'angle de rotation de l'arbre 2. Dans un exemple précis de réalisation, ce capteur était un capteur magnétique à effet de hall. Il pourrait également s'agir d'une jauge de contrainte montée directement sur la surface de l'arbre 2, ou de tout autre capteur connu de l'homme du métier et remplissant la même fonction.
La fonction du circuit électronique 8 est de transformer la tension U variable délivrée par le capteur d'amplitude 5,6 en un premier signal analogique 8a caractérisant la fréquence d'oscillation de l'arbre 2 et en un second signal 8b numérique dont la valeur est fonction de l'amplitude des oscillations de l'arbre 2. A cet effet, dans l'exemple particulier de réalisation illustré à la figure 5, le circuit électronique 8 comporte en entrée un convertisseur tension / courant constitué par la résistance R, et un premier filtre RC formé par la résistance R1 et la capacité C1. Un premier amplificateur opérationnel A1 monté en comparateur reçoit en entrée une tension de référence Vref et le signal de sortie du premier filtre RC précité, et délivre pour le microprocesseur 9 le signal analogique 8a. Lorsque le peigne battant oscille, le signal 8a consiste en un train d'impulsions dont la fréquence est directement fonction de la fréquence d'oscillation réelle de l'arbre 2. Le signal de sortie du premier filtre RC est également amplifié au moyen d'un second amplificateur opérationnel A2 , est filtré par un second filtre RC constitué par la résistance R2 et la capacité C2. la tension aux bornes de C2 correspond à la valeur moyenne de la tension variable U délivrée par le capteur 5,6, et est donc proportionnelle à l'amplitude des oscillations de l'arbre 2. Cette tension est convertie au moyen d'un convertisseur Analogique/Numérique 15, qui délivre le signal numérique 8b susvisé à destination du microprocesseur 9.
Le microprocesseur 9 est en mesure à partir des deux signaux 8a et 8b d'acquérir a un instant donné la valeur de la fréquence et de l'amplitude des oscillations de l'arbre 2 du peigne battant. Le fonctionnement du microprocesseur va à présent être détaillé à partir de l'organigramme de la figure 6.
Une fois que le microprocesseur 9 a été initialisé, il effectue un boucle de scrutation de son clavier 13 dans l'attente de la saisie (étape 16) par un opérateur d'une fréquence minimale (Fmin) et d'une fréquence maximale (Fmax). Ces deux fréquences correspondent aux bornes inférieure et supérieure d'une plage de fréquences qui est choisie suffisamment large pour contenir de manière certaine la fréquence propre d'oscillation du peigne. S'agissant du peigne dont les courbes de fonctionnement ont été données aux figures 2 à 4, on fixera par exemple Fmin à 60 Hz et Fmax à 70 Hz. Une fois cette saisie effectuée, le microprocesseur 9 commande de manière itérative le variateur 10 par l'intermédiaire du signal de commande 9a de telle sorte que ce variateur 10 délivre un signal d'alimentation 7 dont la fréquence va varier de manière discontinue, selon un incrément de fréquence prédéterminé (dF) sur toute la plage de fréquences (Fmin, Fmax). Cet incrément de fréquence (dF) pourra être fixé une fois pour toute, ou pourra éventuellement être saisi en même temps que les bornes de la plage de fréquences (Fmin,Fmax). Pour chaque valeur de fréquence du signal d'alimentation, le microprocesseur acquiert et stocke en mémoire vive 11 la fréquence et l'amplitude des oscillations du peigne par l'intermédiaire respectivement des signaux 8a et 8b. Ce fonctionnement du microprocesseur est illustré par les étapes 17 à 22 de l'organigramme de la figure 6. Une fois ce premier cycle d'acquisition achevé, c'est-à-dire une fois que le microprocesseur à balayé toute la plage de fréquences (Fmin, Fmax), la mémoire vive 11 contient une table de tous les couples de valeurs (amplitude, fréquence) acquis. A partir de cette table, le microprocesseur détermine la fréquence F0 correspondant à l'amplitude maximale acquise (étape 23), commande le variateur 10 de telle sorte que celui-ci délivre un signal d'alimentation 7 dont la fréquence est F0 (étape 24), et affiche cette fréquence sur l'afficheur 14 pour l'opérateur (étape 25).
La valeur de fréquence F0 qui est calculée par le microprocesseur correspond à la fréquence propre du peigne, avec une tolérance qui dépend de la valeur de l'incrément de fréquence dF. Plus précisément, dans le pire des cas, la valeur F0 trouvée différera au maximum de la fréquence propre réelle du peigne d'une valeur valant 50% de dF. Par conséquent, pour obtenir une fréquence F0 qui est égale à la fréquence propre du peigne avec une tolérance de +/- 0,1 Hz, l'incrément de fréquence dF devra au maximum valoir 0,2Hz.
Selon une autre variante de réalisation du système électronique de commande 4, celui-ci est conçu pour déterminer automatiquement la fréquence d'oscillation propre du peigne battant, non plus à partir d'une mesure de l'amplitude d'oscillation du peigne, mais à partir d'une mesure de l'intensité efficace du courant consommé par le moteur à induction monophasé 3. Cette variante de réalisation ne sera pas décrite en détail car elle se déduit aisément pour l'homme du métier de la variante qui a été décrite en référence aux figures 5 et 6. Il suffit en effet de remplacer le capteur 5,6 qui mesure l'amplitude des oscillations par un capteur mesurant l'intensité efficace du signal d'alimentation 7, et de modifier l'étape 23 de l'organigramme de la figure 6, en calculant la fréquence F0 correspondant à l'intensité minimale acquise, et non plus à l'amplitude d'oscillation maximale.
L'invention n'est pas limitée à l'organigramme particulier de fonctionnement de la figure 6. Il est par exemple possible de supprimer l'étape 21 de stockage systématique des couples de valeurs acquis par le microprocesseur à l'étape 20, c'est-à-dire une fréquence associée soit à une amplitude soit à une intensité selon la variante de réalisation du système électronique de commande. Dans ce cas , cette étape 21 sera remplacée par une étape de stockage de l'amplitude (respectivement de l'intensité ) acquise à un instant donné, à condition que cette amplitude (respectivement intensité) soit supérieure (respectivement inférieure) à une amplitude (respectivement intensité) précédemment acquise et mémorisée.
L'invention n'est en outre pas limitée à la réalisation de peignes battants pour machine textile , mais peut être plus généralement appliquée à tout dispositif mécanique oscillant dont les oscillations sont entretenues au moyen d'un moteur d'induction monophasé.

Claims (7)

  1. Dispositif mécanique oscillant, notamment peigne battant de machine textile, du type comportant un arbre (2), sur lequel est monté un organe oscillant (1), et qui est rappelé élastiquement vers une position angulaire médiane d'équilibre, et un moteur à induction monophasé (3) dont le rotor est couplé à l'arbre (2), de manière à permettre l'entretien des oscillations de l'arbre (2), caractérisé en ce que le stator du moteur à induction monophasé (3) est alimenté par un signal alternatif (7) dont la fréquence est réglée au voisinage de la fréquence propre d'oscillation du dispositif mécanique.
  2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la fréquence du signal d'alimentation (7) du stator est réglée dans la plage de fréquences [f - O,8Hz ; f+O,1Hz], f représentant la fréquence propre d'oscillation du dispositif mécanique.
  3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la fréquence du signal d'alimentation (7) du stator est réglée sur la fréquence propre d'oscillation du dispositif mécanique, avec une tolérance de plus ou moins un dixième de hertz.
  4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est équipé d'un système électronique de commande (4) du moteur à induction monophasé (3), qui gère en entrée un capteur mesurant l'intensité efficace du courant d'alimentation du stator du moteur à induction monophasé, et qui délivre en sortie pour le stator du moteur à induction monophasé un signal d'alimentation alternatif (7) dont la fréquence est réglable à une valeur déterminée, et en ce que le système électronique est conçu pour, préalablement au démarrage du dispositif, effectuer un balayage en fréquences sur une plage de fréquences (Fmin,Fmax) prédéterminée qui est choisie suffisamment large pour contenir la fréquence propre du dispositif mécanique oscillant, acquérir la valeur de l'intensité efficace du courant consommé par le stator du moteur à induction monophasé en fonction de la fréquence d'alimentation (7) de ce stator, et à l'issue du balayage en fréquences, régler la fréquence du signal d'alimentation du stator sur la fréquence correspondant à l'intensité efficace minimale acquise au cours du balayage.
  5. Dispositif selon les revendications 3 et 4 caractérisé en ce que le système électronique de commande (4) est conçu pour effectuer un balayage en fréquences discontinu avec un incrément de fréquences (dF) valant au maximum 0,2 Hz.
  6. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est équipé d'un système électronique de commande (4) du moteur à induction monophasé (3) , qui gère en entrée un capteur (5,6) mesurant l'amplitude des oscillations de l'arbre du dispositif, et qui délivre en sortie pour le stator du moteur à induction monophasé (3) un signal d'alimentation alternatif (7) dont la fréquence est réglable à une valeur déterminée, et en ce que le système électronique (4) est conçu pour, préalablement au démarrage du dispositif, effectuer un balayage en fréquences sur une plage de fréquences prédéterminée (Fmin,Fmax) qui est choisie suffisamment large pour contenir la fréquence propre du dispositif mécanique oscillant, acquérir la valeur de l'amplitude des oscillations en fonction de la fréquence d'alimentation du stator du moteur à induction monophasé, et à l'issue du balayage en fréquences, régler la fréquence du signal d'alimentation (7) du stator sur la fréquence correspondant à l'amplitude d'oscillation maximale acquise au cours du balayage.
  7. Dispositif selon les revendications 3 et 6 caractérisé en ce que le système électronique de commande est conçu pour effectuer un balayage en fréquences discontinu avec un incrément de fréquence (dF) valant au maximum 0,2 Hz.
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