<B>Dispositif d'entraînement d'une machine.</B> La présente invention vise un dispositif d'entraînement d'une machine avec réglage de vitesse continu.
Un sait. déjà qu'il est possible d'entraîner une machine en intercalant entre lui moteur, source d'énergie mécanique, et ladite machine au moins tin différentiel et deux machines électriques, mais les solutions connues ne per mettent pas un réglage de la vitesse du mo teur suffisamment indépendant de celle de la machine entraînée.
Le dispositif d'entraînement d'une ma chine avec réglage de vitesse continu faisant l'objet de la présente invention comporte une machine électrique principale accouplée, comme seule machine principale, à l'un des arbres d'un jeu d'engrenages différentiel, une.
source d'énergie mécanique, au moins, étant accouplée à un deuxième arbre, et la machine à entraîner étant accouplée à un troisième arbre de ce même différentiel, une deuxième machine électrique principale, connectée élec triquement à la première, étant accouplée à un arbre de ce différentiel non solidaire de la première machine électrique principale, le dispositif étant. caractérisé par le fait.
qu'une des machines électriques au moins est disposée pour être excitée au moins partiellement par un courant asservi à un moyen de réglage automatique rendant ce courant principale ment fonction de la vitesse d'un des arbres du différentiel autre que celui auquel la machine considérée est aecounlée, de telle sorte crue le- dit courant d'excitation n'est pas proportion nel à la vitesse de la machine à exciter.
Le dispositif pourrait en outre compren- dre un changement de vitesse mécanique.
Les dessins annexés montrent plusieurs formes d'exéeutioii de l'objet de l'invention, données à titre de simples exemples.
Les tig. 1 à 11 montrent chacune ni-. schéma d'une forme d'exécution.
Dans l'exemple selon la fig. 1, -Lui moteur 1. quelconque, dont la vitesse est insuffisam ment réglable, entraîne par l'arbre \_' une ma chine électrique principale 3, et en même temps un des arbres 4 d'un différentiel 5. 6 est une machine électrique principale con nectée par la ligne 7 à la machine 3 et accou plée à un second arbre 8 du différentiel 5,, dont un troisième arbre 9 entraîne la machine à propulser 10. 11 est une excitatrice entraî née par l'arbre 4 de la machine 1, excitatrice qui sert, aussi de dynamo d'éclairage et four nit seule le courant d'excitation aux machines 3 et 6.
L'excitation de la machine 6 peut être obtenue par simple alimentation des bobines d'excitation 12 à la tension donnée par la. ma chine 11 et dépendant au moins partielle ment de la vitesse du moteur 1, excitation ajustable par le rhéostat 13. Le rhéo état 13 peut. aussi être remplacé soit par un potentio mètre, soit par un régulateur automatique complet. Une batterie-tampon 14 peut par contre alimenter l'excitation quand la vitesse du moteur 1 est insuffisante. Un potentio mètre 16, alimenté par la machine auxiliaire 11, est. destiné à fournir au moins une partie de l'excitation de la machine 3 à l'aide du bo binage 15.
Un régulateur automatique de vi- tesse 17, destiné à maintenir la vitesse du mo- leur 1 constante au moins temporairement, par exemple pour une alimentation donnée, ou encore destiné à. rendre cette vitesse au surplus fonction de celle de la machine 10, agira ici par le potentiomètre 16 sur l'excita tion<B>15</B> de la machine 3.
Soit 18 un levier de commande de la puis sance du moteur 1, 19 des résistances série et parallèle éventuelles destinées au démarra e ou au freinage, l'excitation des machines élee- triques peut être complétée par des enroule ments auxiliaires 4-0 série ou par un enroule ment shunt 41 (voir fig. <B>2</B>).
Une vitesse constante du moteur 1 s'obtien dra par exemple de la manière suivante: Si l'on donne à ce moteur, en ast)@issaiit sui, son alimentation 18, une puissance plusraiide que celle momentanément nécessaire à l'en traînement du véhicule (machine 10), le mo teur 1 augmentera tout. d'abord. de vitesse et il en sera de même pour les machines 3 et 6.
Comme le régulateur 17 a. pour mission, au moins momentanée. de maintenir la vitesse du moteur 1 constante, il -agira sur le potentio mètre 16, de façon à augmenter la puissance transmise à la machine 10. L'augmentation de la puissance transmise sera obtenue par une modification de l'excitation de la machine 3 en fonction de la vitesse des machines 1 et 3 clans l'arbre c9, le couple moteur augmentera et surpassera le couple résistant du véhicule, provoquant une différence ayant pour résul tat simultanément l'accélération du véhicule et. la limitation de la vitesse du moteur 1., car le couple de réaction, dans l'arbre ?, augmente aussi vivement.
L'accélération du véhicule ferait. varier les vitesses des machines 1, 3 et 6, si le régula teur 17 ne maintenait. pas la vitesse du mo teur 1 constante. Or, pour pouvoir maintenir cette vitesse constante, il faut que la varia tion de la. vitesse de la machine 10 (soit celle du véhicule) soit entièrement supportée par la machine 6, dont la vitesse dépend précisé- ment de l'excitation de la. machine 3.
Il en ré sulte que le régulateur 17 doit régler l'exci tation de la, machine 3 en fonction de la vi tesse des machines 6 et 10, ce qu'il ne peut faire qu'en agissant sur la position du poten tiomètre 16 réglant l'excitation de la machine 3, de façon à. faire varier la vitesse de la ma chine 6 de -7z à. + n, pendant que la vitesse de la. machine 10 varie de 0 à.<I>+</I> N.
Il va de soi que l'on peut rendre simulta nément la vitesse du moteur 1., d'une part, fonction de sa puissance (fonctionnement à rendement. optimum, par exemple\ en asser vissant le régulateur 17 au réglage de la puis sance, par exemple au levier des gaz 7.8, et, d'autre part, indépendante ou aussi fonction quelconque de la vitesse de la machine 10, en <B>,</B> a, sservissant aussi, ou non, le ré- 'u lateur 17 à cette dernière vitesse.
Le même potentiomètre 16 peut être asservi de telle façon que ].'excitation de la machine 3 soit simultanément fonction de sa propre vitesse et de celle de la machine 11>, sa propre vitesse ayant peu d'influence, tandis aue la vitesse de la machine 10 influence beaucoup cette excitation.
La fig. 1 est un exemple de dispositif com plet appliqué à, un électrobus, le moteur 1 étant un moteur Diesel, dont la vitesse maxi mum ni est. admise de 2000 tours par minute. Ce moteur est. pourvu d'uri régulateur auto matique 17, destiné à régler la vitesse chi mo- leur au ralenti, d'une part, et à en limiter la vitesse d'emballement à. 2000 tours par minute, d'autre part.
Dans ce but, le régulateur 17 agira par les leviers 28 sur l'organe d'alimen tation 37 du moteur (injecteur ou carbura teur). Pour l'entraînement du véhicule, le mo teur Diesel 1 est normalement commandé par le conducteur, à. l'aide de la pédale des âaz 18; il est susceptible d'agir comme frein moteur.
Pour adapter le .moteur 1 au dispositif différentiel électromécanique décrit, son régu lateur mécanique 17 est pourvu, par exemple, de deux paires de contacts pour courant d'asservissement, soit 23 deux contacts d'accé lération fermés au-dessus de<B>19715</B> tours, par exemple, et ''4, deux contacts de ralentisse- ment du véhicule, fermés pour des vitesses inférieures à n.i"f. = 1925 tours/minute, par exemple, la vitesse supérieure de fonctionne ment du moteur étant n,1,,
<I>=</I> 1975 tours/mi- nute. (fin pourra encore, pour ménager le mo teur 1, asservir les contacts 23 et 24 au levier des gaz 18, et obtenir ainsi une vitesse réduite du moteur 1 à puissance réduite: cet asservisse , ment est. dessiné en pointillé sur la fi-.<B>1</B> et comprend le balancier 32.
Sans ce dernier asservissement, le dispo sitif variateur de vitesse fonctionne comme suit: Le moteur 1 est lancé, par exemple, à l'aide de l'excitatrice 11., alimentée par la batterie 7-l, en fermant les interrupteurs 20 et 21. Le moteur 1. tourne alors ait ralenti, ré glé mécaniquement par le régulateur 17.
Les machines électriques 3 et 6 tournent l'une dans le sens titi moteur 1, l'autre en sens con traire, niais à la même vitesse: le potentio mètre 16, à. sa position 0, contre une butée 39, alimentera la bobine d'excitation 15 de la machine 3 avec un courant -i,., tandis que l'enroulement d'excitation 12 de la machine 6 recevra un courant -'-7.,.: les tenions aux bornes des machines 3 et 6 sont égales, et le courant dans la ligne 7:I7 = 0. Poui# faire démarrer le véhicule, le conducteur appuie maintenant. sur la pédale des gaz 18:
la vitesse des niacliines 1. :;, 6 et 11 augmente jusqu'à n,"",, tours par minute: les tensions deviennent normales; les contacts d'accélération 23 se ferment et alimentent le petit moteur '?2, le quel entraîne le potentiomètre 16 dans le sens d'accélération du véhicule:
la vitesse du nio- teur 22 est elle-même réglée par les résistances '?6, 27, lesquelles peuvent être ajustées, par exemple. de telle faeon due l'accélération du véhicule soit a a inaxiiiiiini. de 0,:) mètre par se- < -onde, quand la pédale des gaz est dans la moitié inférieure de sa course, et de 1 mètre par seconde au maximum, quand on donne plus de la moitié des gaz;
ceci peut être obtenu grâce à un contact. de sliuntar;,e 25 au moins, actionné par la pédale des gaz 18.
De même, la pédale du frein mécanique, ou livdi-aulique, 31, pourra as_i,,ir sur tin contact de shuntage 12, pontant simultanément les ré sistances 26 et 27, pour donner au frein mo teur son maximum d'efficacité lorsqu'on fait usage du frein mécanique, et obtenir ainsi un ralentissement rapide et régulier du véhiculé 10, sans usure trop grande des freins mécani ques. Plusieurs contacts de shuntage 12, dont un seul est dessiné, pourraient assurer une efficacité progressive du frein moteur, en éli minant progressivement. les résistances 26 et 27.
Si l'on ne fait, pas usage du frein .mécani que, mais qu'on lâche seulement la pédale des gaz, le frein moteur produira, dans cet, exem ple, une décélération de 0,5 mètre par .seconde correspondant à la vitesse minimum du poten tiomètre 16.
La vitesse maximum du potentiomètre 16 est déterminée par l'accélération maximum désirée et la course correspondante.
Entraîné par le servomoteur 22, le nnteii- tioniètre 16 crée progressivement une diffé rence de potentiel entre les machines 6 et à, par suite de la diminution de l'excitation de la machine 3; un courant 17 s'établit dans la ligne 7, et la machine 6 fournit un couple 11i, croissant comme le courant 17, l'excitation de la machine 6 étant constante. Pour équilibrer mécaniquement le différentiel 5, les machines 1 et 3 fournissent aussi ensemble un couple 176, ce qui détermine l'effort de traction à la jante des roues motrices.
5i le véhicule roule à une vitesse quelcon- que et que le conducteur lâche la pédale des gaz 18, le moteur 1 veut ralentir vivement, se lon sa caractéristique de freinage, mais sa. vi tesse est soutenue par l'interconnexion élec trique des machines 3 et 6 entre lesquelles s'établit dans la ligne 7 un courant de frei nage qui a pour effet de diminuer la vitesse du véhicule: la vitesse du moteur 1 tombe de son côté au-dessous de la vitesse ni"f., ce qui provoque la fermeture des contacts auxiliaires de décélération 21; cette fermeture provoque la rotation du moteur 22 dans le sens négatif.
On pourrait admettre, par exemple, une vi tesse négative maximum du potentiomètre 16 correspondant à un ralentissement du véhicule de 2 mètres par seconde, exigeant des roues arrière du véhicule un effort de freinage de 30 % de leur poids, si ces roues supportent le deux tiers du poids du véhicule.
Le frein mo teur agira, dans l'exemple décrit, presque jus qu'à l'arrêt complet du véhicule, car le poten tiomètre 16 revient à sa. position 0 sous l'in fluence du sexy: o-moteur 22 qui est alimenté dans le sens décélération aussi longtemps que le moteur Diesel a tendance à ralentir au- dessous de sa vitesse 7a;"f.. Grâce au dispositif électromécanique, le véhicule pourra être presque arrêté par le seul effet du frein mo teur. L'arrêt complet du véhicule pourrait. même être atteint à l'aide de moyens complé mentaires tels qu'un shuntage de l'excitation (le. la machine 6.
D'autre part, un relais de surintensité 29 pourrait aussi limiter le couple de freinage, en particulier aux très faibles vitesses du véhicule. Ce relais 29 pourrait aussi limiter le couple de démarrage, en particulier dans un dispositif sans le servomoteur 22, disposi tif dans lequel le régulateur 17 serait mécani quement combiné avec le potentiomètre 16; la fig. 2 montre un tel exemple, dont le fonction nement est analogue à l'exemple de la fig. 1.
Dans l'exemple selon la fig. 2, le moteur 1 est directement accouplé à la machine 3 et à l'excitatrice 14 par les arbres 2 et 4 et en traîne aussi, indirectement, par un renvoi de poulies et courroie, le régulateur à boules 17; l'arbre 4 accouple aussi le moteur 1 à l'une des parties du différentiel 5, dont l'arbre 8 est accouplé à la seule machine électrique principale 6, et l'arbre 9 à la machine à en traîner 10, soit, dans cet exemple, un véhicule.
.L\-oiis admettons, dans cet exemple, que la machine électrique principale 6, accouplée seule à l'un des arbres (8) du différentiel est à excitation constante, le courant d'excitation Ie.,.6 étant fourni par la batterie 26; la ten sion induite dans cette machine est alors fonc tion de sa vitesse: E6<I>= k6 . n6,</I> et son couple est fonction du courant principal circulant clans la ligne d'interconnexion <I>7 : C6 = le; . I7,</I> k6 et k, étant des constantes caractéristiques de la machine 6.
Nous admettons par ailleurs que pour une puissance constante P donnée par la machine ; 1, la vitesse de ce moteur doit rester pratique ment constante et ne petit au phis varier que dans les limites du statisme du système régu lateur 16/17, admises par exemple de - 1 11/o.
D'autre part, la vitesse de la machine 10 ; est:
EMI0004.0033
Comme pour une puissance constante P du moteur 1, le régulateur 17 a pour consigne de maintenir la vitesse u., du moteur 1 cons tante, dans la limite de son statisme, la vitesse V du véhicule, proportionnelle à celle des roues motrices: nlo, est. donc principalement fonction de<B>14</B> 11.13 étant. la vitesse de la ma chine 6.
Comme la puissance fournie par le mo teur 1: P couvre la puissance de traction P'T, et les pertes mécaniques, d'excitation et ohmi ques dans le dispositif de transmission, on a la relation: P = PT -(- pm . -I- pExc.' IL <B>PC..</B>
Et en admettant<I>P,</I> p.é@. et comme constantes, P#.éd. =<B>Pr</B> -i <B>PC.</B>
c'est-à-dire que la puissance réduite du mo teur couvre les pertes ohmiques et la puis sance fournie à la jante.
Mais PT <I>=</I> kT <I>. I7 .</I> V et pc" <I>= R7 . I7</I> z <B>d'où</B>
EMI0004.0054
17 est le courant dans le circuit 7, et R7 la ré sistance de ce circuit.
Comme dans la dernière équation,<B>17</B><I>et</I> n;; sont seules variables, il s'ensuit que:<B>17</B><I>= f</I> ()'6) . Et l'équation des tensions dans le circuit prin cipal 7 est: E3+E6=I;.R7=0. mais E3 k3 .
n,. # IExc.3 et <I>Es -</I> k6 # n6 <I>.</I> IEXC. <I>6</I> d'où
EMI0004.0067
comme seuls varient 116 et<B>17</B><I>= f</I> (.i1.6), l'eXei- tation de la machine 3 est bien fonction de la vitesse de l'arbre de la machine 6: n.6.
IExc.s <I>=</I> h' ('116) n6 varie dans de larges limites entre -N et + N, tandis que 11<B>1</B> est. constant, ou presque. En outre, pour chaque valeur clé la puis sance du moteur 1 et de la @-itesse de la ma- eliine 6, il existe un courant I; bien déter miné: il faut aussi mi courant. (l'excitation IE,,.;; bien déterminé, et par conséquent une.
position du potentiomètre et une vitesse du moteur 1 bien déterminées, d'oii ni<I>- f</I> (n.6). également.
Mais tandis que iii ne variera due dans une très faible mesure, par exemple de 1- lo/o <B><I>Ni,</I></B> Ni étant. la vitesse nominale du moteur 1, le courant. d'excitation devra varier dans clé très fortes proportions, d'une ia@on semblable et en fonction de la vitesse nb de la machine électrique 6, les vitesses 7c,;
et ii,() (vitesse de la machine entraînée) étant elles-mêmes dépendantes l'une de l'autre.
En effet, en marche à vide, c'est-à-dire polir une puissance PTM. , fournie par le mo teur 1, pratiquement nulle, le courant d'exei-- tation IE".. ; devra varier de -I3 à +I3 pen dant que la vitesse (le la machine électrique 6 varie de -N6 à + 1'6, I; et Ni; étant. (les valeurs nominales.
De même, à. pleine charge, et. si l'on admet que dans l'exemple considéré les pertes de enivre dans le circuit. 7 (machines électriques 3 et 6) sont alors de 1% clé la puissance Prs,. pour n,;
= -- 1/3 N6 et nlo = + 1/3 N 1o, c'est-à-dire quand la machine entraînée est au tiers de sa vitesse nominale, le courant d'exci tation de la machine 3: 11,e.3 variera (le -0,685<B>13</B> à + 1,037 13, compte tenu (les chutes de tension ohmiques dans le circuit 7. en Fonction de la vitesse de la machine 6, qui varie de -N6 à +N6.
Ainsi donc, dans L'exemple de la fi°. 2, co1nine aussi dans celui de la fi-. 1, le régula teur agit sur l'excitation de la @ machine élec trique principale antérieure 3 en fonction principalement. clé la vitesse de la machine électrique postérieure 6, la vitesse de cette deuxième machine électrique variant du reste seule, comme le courant d'excitation, entre des limites éloignées.
Dans d'autres exemples, en particulier quand la machine antérieure n'est pas accou plée à l'arbre moteur, l'excitation de la ma chine postérieure pourra, au lieu d'être cons tante, être asservie par un régulateur <B>à</B> la vi tesse de la machine antérieure.
Dans d'autres exemples encore, il pourrait même être judicieux d'asservir simultanément l'excitation de chacune des macbiiïes électri ques à la. vitesse d'un arbre du dispositif, arbre différent de celui auquel la machine considérée est accouplée.
En faisant usage de régulateurs de vitesse connus depuis fort longtemps, et dont le sta tisme est très important, la vitesse clé la source d'énergie mécanique sera fortement fonction (le la vitesse de la machine entraînée (la vi tesse de la source pourra par exemple varier de 1.>1 ii, à ni, tandis que la, vitesse de la. ma chine entraînée varie de 0 à l'1() :
Le régula teur réglera alors la vitesse de la machine source d'énergie mécanique 1 de faeon cons tante temporairement, c'est-à-dire tant. que les conditions d'entraînement restent station naires, et, dans ce cas, pour chaque puissance à. transmettre et chaque vitesse de la machine 10, il i aura une vitesse bien déterminée (le la. source d'énergie mécanique 1.
Dans la forme de réalisation selon l'exem ple de la fig. 3, complété par un dispositif mécanique de changement de rapports de ré duction, un moteur 21 entraîne à l'aide d'un arbre ??, une machine électrique principale 23, ainsi qu'une partie 2-1 d'un différentiel \'5. Une deuxième partie 26 du différentiel '?5 en traîne les premières roues dentées fixes *27 d'une boîte de changement de vitesses dont les roues mobiles 28 sont. accouplées par l'en tremise des roues dentées 29 avec une autre machine électrique principale 30.
La troisième partie 31 du différentiel est accouplée par l'ar bre 32 à la machine à entraîner 33. En modi fiant l'excitation 34 de la machine ?3 à l'aide clu potentiomètre 35, le régulateur 36 peut faire varier la vitesse de la machine 30 et ainsi régler celle de la machine à entraîner 33. Pour limiter le couple de la machine 30, ainsi que son courant, la boîte de vitesses est com mandée lors du changement de sens de rota tion au moyen de l'accouplement à glissement. 39 qui agit par l'entremise de la tringlerie 3 7 sur la boîte de vitesses 27 à. 29.
Les butoirs 3 limitent la course du levier commandant la tringle-rie<B>37.</B> Un. frein éventuel pourrait uti lement bloquer les roues 27 pendant. le dépla- eement. latéral des roues 28.
La boîte de vitesses pourrait. aussi être coneue sous forme d'un deuxième différentiel, pourvu de freins permettant de freiner alter nativement deux de ces parties, ce qui permet aussi d'obtenir des rapports d'engrenages dif férents.
Le fonctionnement du régulateur n'est indiqué ici que d'une manière symbolique. La liaison régulateur-potentiomètre pourrait être établie selon fig. 1 ou selon fig. \_', ou en core par n'importe quel autre moyen:
en effet, de très nombreux moyens automatiques sont connus, combinant des éléments mécaniques et électriques montés souvent ensemble dans un même appareil, ces appareils étant alors désignés par le nom de régulateur, ces régu lateurs pouvant avoir chacun leurs earaetéris- tiques propres, fixes ou ajustables.
Dans l'exemple selon la fig. 4, le disposi tif permettra l'entraînement de trolleybus avec moteur principal 1 synchrone, à. 50 ou E0 pér./see. et à. tension relativement élevée (6 li:V par exemple), facilitant de beaucoup l'exploitation de longues lignes de campagne ou de montagne, lignes pouvant être alimen tées par les réseaux force et lumière existants à. leur fréquence normale.
Si le moteur 1 était asynchrone, le réglage des fig. 1. et ? serait directement appliquable. Mais si le moteur 1 est synchrone, le régula teur 17 sera utilement entraîné par l'arbre 8 de la machine postérieure 6, et soumettra di rectement. le potentiomètre 16 et l'excitation 15 de la machine antérieure 3 à. la vitesse de l'arbre 8 de la machine 6. L'asservissement du potentiomètre 16 au régulateur 17 et par l'in- termédiaire de ce dernier à la vitesse de la machine 6 peut être ainsi eoneu:
Quand la pédale de marche 18 est. à demi-course, le le vier 23 étant horizontal, l'excitation de la ma chine 3 correspond exactement à celle néces saire pour que les tensions des machines 3 et 6 soient équivalentes, quelle que soit la vitesse de la machine 6;
en appuyant sur la pédale 18 à fond, on déterminera un cotcple d'accélé ration maximum et en lîeehant la pédale 1S complètement, le ressort '-1 provoquera un couple de freinage maximum. Pour éviter cer taines complications dues au changement. de sens de rotation de la machine 6, on pourra entraîner le régulateur 7.7 à l'aide de l'arbre 9, dont la vitesse n'est, pas non plus propor tionnelle à celle de la machine 3.
Dans l'exemple selon la fig. 5, une va riante du dispositif est appliquée à un eéhi- eule dans lequel le moteur 1. entraîne une machine électrique antérieure 3, une exeita- trice 11, en même temps que l'arbre -1 d'en traînement du corps du différentiel normal 5 du véhicule;
un des planétaires du différen tiel 5 entraîne par l'arbre 9 une des roues mo trices 10, tandis que l'autre planétaire en traîne par l'arbre 8 une des parties d'une ma chine électrique secondaire 6, dont l'induit. et l'inducteur sont tous deux tournants, l'autre partie de la machine 6 entraînant par l'arbre 19 la deuxième roue motrice 20.
Dans cette variante, les machines antérieure 3 et posté rieure 6 doivent Atre prévues pour la demi- puissance de celle du moteur du véhicule; le couple normal des machines 3 et 6 doit aussi être le même, de même que leurs vitesses maxima, si le différentiel 5 est attaqué par engrenages dans le rapport 1/1, et si la ma chine 3 est. surmultipliée dans le rapport 2i1 par les engrenages 25.
L'excitation de la machine 6 pourra être constante, tandis que le régulateur 17 réduira progressivement l'excitation de la machine t. de 1 à 0, en fonction de la vitesse de l'arbre S du rotor de la machine 6, dont la vitesse variera de Yr, maximum à Va/2, la vitesse n.1 du xcco- teur 1 étant admise constante, et le régulateur 17 agissant au moyen du rhéostat 16, pendant que la vitesse de la machine entraînée varie de 0 à S10 maximum.
Dans l'exemple selon la rig. 6, le moteur 1 entraîne la machine électrique 3 et l'exci- tatrice 11, directement accouplées à l'arbre moteur 2, 4, ainsi que le corps du différentiel 5, un des planétaires entraînant par l'arbre creux h la machine électrique postérieure 6, la machine à entraîner 10 étant accouplée par l'arbre 9 au deuxième planétaire;
dans cette variante, la machine électrique 6 est normale ment génératrice et la machine électrique 3 est normalement moteur. _1 vitesse du moteur 1 constante, la vitesse de la machine à entraî ner 10 variera inversement à celle de la ma chine électrique 6, entre une vitesse nulle et une vitesse proportionnelle au double de celle du moteur. Le régulateur 1"r agira utilement, à l'aide du rhéostat ou potentiomètre 16, sur l'excitation de la machine antérieure 3, dont. la vitesse, constante éventuellement, n'attein dra sûrement pas zéro an cours du réglage, en fonction de la vitesse de la machine posté rieure 6.
L'énergie cpnétique de la machine 6 con tribuera à l'accélération de la machine en traînée 10.
Dans une variante de l'exemple de la fig. 6, le régulateur est entraîné par l'arbre creux de la machine électrique principale accouplée seule à un des éléments du différentiel (pla nétaire), un réglage clé ladite machine à vi tesse pratiquement constante a alors pour ré sultat de faire varier la vitesse du moteur, source d'énergie mécanique, de 1,:,, n1 à n.1, tandis que la vitesse de la machine entraînée @ arie de 0 à Nlo maximum. Cette disposition permet donc d'économiser l'usure du moteur, source d'énergie mécanique, dont. la vitesse sera réduite quand celle (le la machine en traînée est faible.
La caractéristique de la transmission pourrait. du reste encore être assouplie par une excitation compound d'une des machines électriques au moins et. par le statisme du régulateur.
[)ans l'exemple selon la fig. 7, la machine électrique 3 est accouplée à un des arbres 19 de la machine à entraîner 10, au lieu d'être accouplée à l'arbre moteur 2, 4; une variante du dispositif est obtenue, variante susceptible de produire une rapide accélération de la ma chine entraînée 10, sans que le couple du mo teur 1 ne soit obligé de croître proportionnel lement à cette accélération;
en effet, pendant l'accélération de la machine 10 d'une vitesse 0 à sa vitesse N, la vitesse de la machine 6 de vra diminuer de 2n à n, si le moteur 1 entraîne le corps du différentiel 5 (ou de n. à 0, si le moteur entraîne un planétaire), et la machine 6 fournira att moins une partie de son éner- -Je cinétique pour l'accélération de la ma chine 10.
Le régulateur 17 augmentera l'excitation de la machine 6, à l'aide du rhéostat 16, en fonction de la. vitesse de la machine 3, celle-ci variant de 0 à. n., tandis que la vitesse de la machine 6 diminue de 2n. <I>à</I> n; il est, indiffé rent pour le réglage que la machine 3 soit accouplée à l'arbre 19 ou à l'arbre 9, ces der niers ayant la même vitesse; on pourra ainsi avantageusement entraîner au moins deux essieux moteurs différents.
Dans l'exemple selon la. fig. 8, une troi sième machine électrique 26 est accouplée à l'arbre 9 de la machine à entraîner 10, les ma chines électriques 3 et. 6 étant accouplées aux deux autres arbres du différentiel 5, la. ma chine 26 étant connectée en série avec les ma chines 3 et 6, ou connectée temporairement à l'une ou à l'autre de ces dernières seulement;
cette variante présentera. un couple de démar rage fortement augmenté; la machine supplé mentaire 26 peut travailler en permanence ou être mise hors service dès que, par exemple, le régime de la machine à entraîner dépasse une certaine valeur; il est possible de faire fonctionner cette troisième machine toujours en moteur; elle pourra. avoir utilement une caractéristique série.
Pour une puissance du moteur 1 donnée, le régulateur 17 a pour consigne de maintenir la vitesse du moteur 1 à. une certaine valeur, en aoïssant à l'aide du potentiomètre 16 sur l'excitation de la. machine 3; les vitesses des machines 6 et 26 sont dépendantes l'une de l'autre selon l'équation du différentiel, et pour une puissance donnée par le moteur 1 et une vitesse de la machine 10, la somme des tensions des machines 6 et 26 est bien déter minée; si seule la vitesse de la machine en traînée varie, le régulateur 17 doit encore, pour maintenir la vitesse du moteur 1 cons tante, faire varier l'excitation de la machine 3 en fonction de la vitesse de la machine 6;
cette fonction n'est toutefois pas la. même avec ou sans la machine additionnelle 26.
L'exemple esquissé dans la fig. 9 permet d'obtenir une très grande variation de vitesses et un couple au départ très important. (ca mions, locomotives de manoeuvre), deux dispo sitifs de transmission différentiels électro mécaniques avec régulateur étant montés en cascade.
Dans cet exemple, l'arbre 9 d'un pre mier différentiel 5 (accouplé encore, d'une part, par l'arbre ?, -1 à un moteur 1 et à une machine électrique antérieure 3 et, d'autre part, par l'arbre 8, à une machine électrique postérieure 6), est. accouplé par exemple à un planétaire d'un deuxième différentiel 45, et une machine électrique tertiaire 46 est accou plée au deuxième planétaire du différentiel .15, la machine à entraîner 10 étant accouplée au corps du différentiel -1:5 par l'arbre 19.
Le dispositif pourra fonctionner comme suit: L'arbre 48 de la machine 16 étant bloqué par le frein .17, le premier dispositif fonctionne seul jusqu'au moment où la vitesse de la ma chine 6 atteint celle de la machine 3, le régu lateur 17 agissant sur l'excitation 15 de # la machine 3 en fonction de la vitesse de la ma chine 6. Le différentiel 5 est alors bloqué, par un moyen ad hoc, et la machine 16 débloquée.
La machine 3 (ou les machines 3 et 6 ensem- ble) alimente alors la machine -16, et le régu lateur 17, à l'aide du potentiomètre 16, règle l'excitation 15 de la machine 3 (ou les excita tions des machines 3 et 6) en tonet.ion de la vitesse de la machine 46 et, par conséquent, ainsi la vitesse, le couple ou la puissance transmise à. la machine à entraîner 10.
L'exemple selon la fig. 10 est une variante clans laquelle un dispositif différentiel électro mécanique, reliant < :astre elles deux machines synchrones connectées à. deux réseaux de frê- quences différentes, permet. de faire passer à volonté, ou automatiquement selon un pro gramme, et indépendamment des fréquences, de l'énergie d'un des réseaux à l'autre et in versement.
Le moteur 1 est ici une machine synchrone connectée à un réseau 1 et accou plée mécaniquement. au premier arbre plané taire ?, 1, d'un différentiel 5, et à mie ma- eliine électrique antérieure 3, par exemple une machine à courant eonthiu- la machine à entraîner 10 est, elle aussi, une machine srn- elirone connectée à. un deuxième réseau électrique II; Bette deiixièine machine r;
Vi!- elirone 10 est. accouplée mécaniquement par l'arbre creux 8 au deuxième planétaire < las différentiel 5. Dans le cas normal, où les va riations de vitesses sont relativement, faibles, on accouplera une machine électrique posté rieure 6, par l'arbre 9, et une démulti plication 25, aux satellites<B>du</B> différentiel a. lia puissance des machines 3 et 6, servant an réglage clé la puissance transmise entre les réseaux, pourra alors être propor tionnelle au glissement maximum à pré voir entre les alternateurs 1 et 10.
Ainsi, si les deux machines synelirones sont. prévues pour 10 000 kW de puissance à transmettre. les machines 3 et 6 ne devront être dinen- sionnées que pour ?00 k@V chacune, si la dif férence de vitesse électrique de rotation entre les deux réseaux (réduite par le nombre re,#- pectif de pôles)
ne dépasse pas 5%.
La vitesse de la machine 3 sera presque constante, et un régulateur 17, agissant sur le potentiomètre 16, devra régler principalement. l'excitation 15 (le la machine 3, en fonction de la vitesse de la machine 6 qu'il mesure direc tement, étant entraîné lui-même par l'arbre 9 (le la machine 6.
Une commande à main 18, agissant sur le levier \??, pernicttra (le déter miner la puissance transmise. Dans le cas où la -vitesse clé la machine 6 s'inverse au cours du réglage, la commande autonia.tique doit être construite en conséquence.
Au lieu de faire régler l'excitation 15 de la machine 3 par le régulateur 17, principa lement en fonction de la vitesse de la machine 6, on pourra charger le régulateur 57 de cette tâche;
ce régulateur, entraîné par l'arbre 2 du moteur synchrone 1, agira par l'entremise du rhéostat 56 sur le servomoteur 58, tandis que le courant principal 7, dans le circuit des machines 3 et 6, agit sur le servomoteur 59, les servomoteurs 58 et 59, accouplés ensemble, agissent sur le potentiomètre 16, et ainsi sur l'excitation 15 de la machine 3, principale ment en fonction de la vitesse de la machine 6, dont dépend fortement le courant 7, la vi tesse de la machine 3 étant. beaucoup plus stable. Par des rhéostats ou des shunts ajus- tables, on pourra fixez un programme de transmission d'énergie, dépendant ou non des vitesses relatives des machines 1 et 10.
Si dans l'exemple précédent., la machine synchrone 1 est encore accouplée à une tur bine, le fonction nenient du dispositif ne sera pas modifié; l'énergie mécanique absorbée par la machine 10 pourra être fournie soit par la turbine, soit par la machine synchrone 1. Le réglage de la puissance transmise peut se faire indépendamment du glissement ou de la puis sance fournie par. la turbine. Son sens est ré versible, de sorte que la turbine et la machine synchrone 10 peuvent aussi entraîner simulta- nément. la machine synchrone 1.
Dans l'exemple de la fig. 10, la machine électrique 3 pourrait aussi être accouplée soit à l'arbre 8 de la machine 10, soit. au corps du différentiel 5.
L'exemple selon la fig. 11 se rapporte -à l'entraînement d'une machine complexe et ayant plusieurs mouvements différents (ma- chine à papier, machine d'imprimerie, lami noirs, ete.). Le moteur 1 entraîne par un arbre 2 une machine électrique antérieure 3, et par l'arbre 4 trois différentiels différents, chacun par un de ses arbres, une machine électrique postérieure étant accouplée au deuxième arbre 8, '?8, 38 de chaque différen tiel 5, 25, 35.
Le troisième arbre 9, 29, 39 de chaque différentiel entraînera une partie de la machine complexe 10, 20, 30.
On obtiendra ainsi une allure générale de la machine 10, 20, 30, en réglant, à l'aide d'un régulateur 17 agissant à l'aide du potentio mètre 16, l'excitation 15 de la machine élec- trique 3 principalement en fonction de la vi tesse de la machine 6, par exemple. On pourra obtenir une allure particulière de chacune des parties de la machine complexe en agis sant séparément sur l'excitation 12, 22, 32 (le chacune des machines électriques posté rieures, par exemple, en ce qui concerne la partie 10, à l'aide du régulateur 37 agissant sur l'excitation 12 de la machine 6, par l'in termédiaire d'un rhéostat 13, en fonction de la vitesse de la partie de la. machine com plexe 10.
Dans les dispositifs d'entraînement pro posés, un régulateur automatique agissant à l'aide de rhéostats ou de potentiomètres sui une partie au moins de l'excitation d'urne ma chine électrique principale au moins déter mine donc la quantité d'énergie transmise entre les machines électriques principales, et par conséquent la quantité d'énergie trans mise de la source à la machine entraînée.
Le réglage de la puissance transmise peul, aussi être obtenu en combinant la commande, automatique, des rhéostats ou potentiomètre: avec la commande du moteur, source d'énergie mécanique, dépendant, par exemple pour un moteur à explosion, de la pédale des gaz.
Les rapports des engrenages du différen tiel peuvent être choisis indépendamment du système de réglage qui est simplement, à adapter aux différents rapports.
Le réglage des machines électriques à exci tation séparée ou compound petit aussi être obtenu à l'aide d'une source étrangère ou auxiliaire (batterie, groupe moteur-dynamo autonome, réseau auxiliaire, par exemple d'éclairage). Le réglage partiellement ou to talement automatique pourra être obtenu à.
l'aide de régulateurs de vitesse agissant sur rhéostats ou potentiomètres, ou encore à l'aide de tout dispositif asservissant des rhéostats ou potentiomètres de réglage de l'excitation à la vitesse de la machine entraî née, à la vitesse du moteur, source d'énergie, ou à la vitesse d'un quelconque des éléments de la transmission (roues solaires, planétaires, satellites, corps du différentiel) oui encore à la tension ou à la fréquence d'une machine tachpmétrique entrainée par -Lin des éléments précités.
On pourra. choisir la tension nominale des machines électriques d\ttn dispositif d'entrai- nement prévu pour un moteur Diesel par exemple, de telle fanon que les mêmes ma chines électriques puissent aussi être alimen tées par le courant d'un réseau électrique au moins.
De cette façon, un Diesel -électrobus pourra aussi être utilisé en trolleybus sans que ee véhicule ne transporte, ni dans un cas ni dans l'autre, de machines électriques princi pales inutilisées. Cette solution sera aussi pos sible pour tout autre véhicule: locomotive, zjutomohile, remorqueur, bateau fluvial.
Le régulateur agissant sur l'excitation d'une machine électrique principale au moins peut maintenir la vitesse du moteur, source d'énergie mécanique, constante, soit tempo rairement, c'est-à-dire pendant que les condi tions d'entraînement (par exemple puissance, vitesse de la machine entraînée) restent cons tantes, soit en permanence.
Les avantages de l'introduction d'un ré gulateur automatique dans le dispositif de transmission électromécanique pour régler an moins une partie des excitations sont les sui vants: possibilité d'utiliser un moteur synchrone; possibilité d'utiliser constamment la. puis sance maximum d'un moteur mécanique ou thermique; possibilité de faire marcher ee moteur avec son rendement optimum, quelle que soit la puissance demandée; possibilité d'obtenir une caractéristique de transmission exactement adaptée au moteur et indépendante de la température des machines électriques;
possibilité d'utiliser les machines électri- ques beaucoup plus petites que celles néces saires à la transmission de la totalité de l'énergie.
Et en complétant le dispositif.'. dont une partie des excitations sont assujetties à Lin ré -rrlateur, par un changement de vitesses mé canique: possibilité d'utiliser de très petites machi nes électriques, même si le couple d'entraine- ment doit être très élevé Dour les faibles vi tesses de la machine à entrainer.
Le régulateur automatique permet d'obte nir encore un freinage naturel (le la machine entraînée par le moteur mécanique ou ther- rnique sitôt que ce dernier a tendance à ralen tir, comme par exemple un moteur Diesel quand on diminue son alimentation. On peul rendre naturellement la caractéristique de freinage plus ou moins souple ou rigide à l'aide par exemple d'enroulement d'excitation compound, on encore la modifier à volonté, par exemple à L'aide d'une commande auxi liaire.
<B> Device for driving a machine. </B> The present invention relates to a device for driving a machine with continuous speed control.
One knows. already it is possible to drive a machine by interposing between it motor, source of mechanical energy, and said machine at least one differential and two electric machines, but the known solutions do not allow adjustment of the speed of the mo sufficiently independent of that of the driven machine.
The drive device of a machine with continuous speed control which is the subject of the present invention comprises a main electric machine coupled, as the only main machine, to one of the shafts of a differential gear set, a.
source of mechanical energy, at least, being coupled to a second shaft, and the machine to be driven being coupled to a third shaft of this same differential, a second main electrical machine, electrically connected to the first, being coupled to a shaft of this differential not integral with the first main electrical machine, the device being. characterized by the fact.
that at least one of the electric machines is arranged to be at least partially excited by a current slaved to an automatic adjustment means making this current mainly a function of the speed of one of the shafts of the differential other than that at which the machine considered is aecounlée, so that said excitation current is not proportional to the speed of the machine to be excited.
The device could further include a mechanical speed change.
The accompanying drawings show several embodiments of the object of the invention, given by way of simple examples.
The tig. 1 to 11 each show ni-. diagram of an embodiment.
In the example according to fig. 1, - Any motor 1. of which the speed is insufficiently adjustable, drives by the shaft \ _ 'a main electric machine 3, and at the same time one of the shafts 4 of a differential 5. 6 is a machine main electric connected by line 7 to the machine 3 and coupled to a second shaft 8 of the differential 5 ,, a third shaft 9 of which drives the propelling machine 10. 11 is an exciter driven by the shaft 4 of the machine 1, exciter which also serves as a lighting dynamo and alone supplies the excitation current to machines 3 and 6.
The excitation of the machine 6 can be obtained by simply supplying the excitation coils 12 at the voltage given by the. ma chine 11 and depending at least partially on the speed of the motor 1, excitation adjustable by the rheostat 13. The rheo state 13 can. also be replaced either by a potentiometer, or by a complete automatic regulator. On the other hand, a buffer battery 14 can supply the excitation when the speed of the motor 1 is insufficient. A potentio meter 16, supplied by the auxiliary machine 11, is. intended to provide at least part of the excitation of the machine 3 using the winding 15.
An automatic speed regulator 17, intended to keep the speed of mode 1 constant at least temporarily, for example for a given power supply, or even intended for. making this speed in addition a function of that of machine 10, will act here by potentiometer 16 on the excitation <B> 15 </B> of machine 3.
Either 18 a control lever for the power of motor 1, 19 any series and parallel resistors intended for starting or braking, the excitation of the electric machines can be supplemented by auxiliary windings 4-0 series or by a shunt winding 41 (see fig. <B> 2 </B>).
A constant speed of motor 1 will be obtained, for example, as follows: If we give this motor, in ast) @issaiit sui, its power supply 18, a more righteous power than that momentarily necessary for the training of the vehicle (machine 10), engine 1 will increase everything. first. speed and it will be the same for machines 3 and 6.
Like regulator 17 a. for mission, at least momentary. to keep the speed of motor 1 constant, it will act on potentiometer 16, so as to increase the power transmitted to machine 10. The increase in the power transmitted will be obtained by modifying the excitation of machine 3 depending on the speed of machines 1 and 3 in the c9 shaft, the engine torque will increase and exceed the resistive torque of the vehicle, causing a difference resulting in simultaneously acceleration of the vehicle and. limiting the speed of the motor 1., because the reaction torque in the shaft? also increases sharply.
The acceleration of the vehicle would do. vary the speeds of machines 1, 3 and 6, if regulator 17 does not maintain. not the speed of motor 1 constant. However, in order to be able to maintain this constant speed, it is necessary that the variation of the. speed of the machine 10 (or that of the vehicle) is fully supported by the machine 6, the speed of which depends precisely on the excitation of the. machine 3.
The result is that the regulator 17 must adjust the output of the machine 3 as a function of the speed of the machines 6 and 10, which it can only do by acting on the position of the potentiometer 16 regulating the excitation of the machine 3, so as to. vary the speed of machine 6 from -7z to. + n, while the speed of the. machine 10 varies from 0 to. <I> + </I> N.
It goes without saying that the speed of engine 1 can be made simultaneously., On the one hand, a function of its power (operation at optimum efficiency, for example \ by screwing the regulator 17 to the power setting. , for example to the throttle lever 7.8, and, on the other hand, independent or also any function of the speed of the machine 10, in <B>, </B> a, also serving, or not, the reserve ' u lator 17 at this last speed.
The same potentiometer 16 can be slaved in such a way that the excitation of the machine 3 is simultaneously a function of its own speed and that of the machine 11>, its own speed having little influence, while the speed of the machine. machine 10 greatly influences this excitation.
Fig. 1 is an example of a complete device applied to an electric bus, the engine 1 being a diesel engine, the maximum speed of which is mum. allowed of 2000 revolutions per minute. This engine is. provided with an automatic regulator 17, intended to adjust the engine speed at idle, on the one hand, and to limit the runaway speed to. 2000 revolutions per minute, on the other hand.
For this purpose, the regulator 17 will act by the levers 28 on the feed member 37 of the engine (injector or carburetor). For driving the vehicle, the diesel engine 1 is normally controlled by the driver, at. using the az 18 pedal; it is likely to act as an engine brake.
To adapt the .motor 1 to the electromechanical differential device described, its mechanical regulator 17 is provided, for example, with two pairs of contacts for servo current, that is to say 23 two accelerator contacts closed above <B> 19715 </B> revolutions, for example, and '' 4, two vehicle deceleration contacts, closed for speeds below ni "f. = 1925 revolutions / minute, for example, the upper operating speed of the vehicle. motor being n, 1 ,,
<I> = </I> 1975 revolutions / minute. (end may still, to spare the engine 1, slaving contacts 23 and 24 to the throttle lever 18, and thus obtain a reduced speed of engine 1 at reduced power: this slaving is drawn in dotted lines on the fi . <B> 1 </B> and includes balance 32.
Without this last servo-control, the variable speed drive device operates as follows: Motor 1 is started, for example, using the exciter 11., powered by battery 7-l, by closing switches 20 and 21 The engine 1. is running at slow speed, mechanically adjusted by regulator 17.
The electric machines 3 and 6 turn one in the titi motor 1 direction, the other in the opposite direction, but at the same speed: the potentiometer 16, to. its position 0, against a stop 39, will supply the excitation coil 15 of the machine 3 with a current -i,., while the excitation winding 12 of the machine 6 will receive a current -'- 7., .: the tenions at the terminals of machines 3 and 6 are equal, and the current in line 7: I7 = 0. To # start the vehicle, the driver now presses. on the gas pedal 18:
the speed of niacliins 1.:;, 6 and 11 increases to n, "" ,, revolutions per minute: the tensions become normal; the acceleration contacts 23 close and supply the small motor '? 2, which drives the potentiometer 16 in the direction of acceleration of the vehicle:
the speed of the cutter 22 is itself regulated by the resistors 6, 27, which can be adjusted, for example. in such a way due to the acceleration of the vehicle is to a inaxiiiiiini. of 0, :) meter per second, when the gas pedal is in the lower half of its stroke, and at most 1 meter per second, when more than half of the throttle is given;
this can be achieved through a contact. sliuntar;, e 25 at least, operated by the gas pedal 18.
Likewise, the pedal of the mechanical brake, or livdi-aulique, 31, may as_i ,, ir on a shunt contact 12, simultaneously bridging the resistors 26 and 27, to give the engine brake its maximum efficiency when use is made of the mechanical brake, and thus obtain a rapid and regular slowing down of the vehicle 10, without excessive wear of the mechanical brakes. Several shunt contacts 12, only one of which is drawn, could ensure progressive efficiency of the engine brake, gradually eliminating it. resistors 26 and 27.
If we do not use the mechanical brake, but only release the gas pedal, the engine brake will produce, in this example, a deceleration of 0.5 meters per .second corresponding to the minimum speed of potentiometer 16.
The maximum speed of potentiometer 16 is determined by the desired maximum acceleration and the corresponding stroke.
Driven by the servomotor 22, the nnteiiter 16 gradually creates a potential difference between the machines 6 and to, as a result of the decrease in the excitation of the machine 3; a current 17 is established in the line 7, and the machine 6 supplies a torque 11i, increasing like the current 17, the excitation of the machine 6 being constant. To mechanically balance the differential 5, machines 1 and 3 also together provide torque 176, which determines the tractive force at the rim of the driving wheels.
5i the vehicle is moving at any speed and the driver releases the gas pedal 18, the engine 1 wants to slow down sharply, depending on its braking characteristic, but its. speed is supported by the electrical interconnection of machines 3 and 6 between which a braking current is established in line 7 which has the effect of reducing the speed of the vehicle: the speed of motor 1 falls on its side to below the speed ni "f., which causes the closing of the auxiliary deceleration contacts 21; this closing causes the rotation of the motor 22 in the negative direction.
One could admit, for example, a maximum negative speed of the potentiometer 16 corresponding to a slowing down of the vehicle of 2 meters per second, requiring from the rear wheels of the vehicle a braking force of 30% of their weight, if these wheels support both. third of the vehicle's weight.
The motor brake will act, in the example described, almost until the vehicle comes to a complete stop, because the potentiometer 16 returns to its. position 0 under the influence of sexy: o-motor 22 which is supplied in the deceleration direction as long as the Diesel engine tends to slow down below its speed 7a; "f .. Thanks to the electromechanical device, the vehicle could be almost stopped by the sole effect of the engine brake Complete stop of the vehicle could even be achieved with the aid of additional means such as bypassing the excitation (machine 6.
On the other hand, an overcurrent relay 29 could also limit the braking torque, in particular at very low vehicle speeds. This relay 29 could also limit the starting torque, in particular in a device without the booster 22, a device in which the regulator 17 would be mechanically combined with the potentiometer 16; fig. 2 shows such an example, the operation of which is analogous to the example of FIG. 1.
In the example according to fig. 2, the motor 1 is directly coupled to the machine 3 and to the exciter 14 by the shafts 2 and 4 and also indirectly, by a return of pulleys and belt, the ball regulator 17; the shaft 4 also couples the motor 1 to one of the parts of the differential 5, the shaft 8 of which is coupled to the single main electric machine 6, and the shaft 9 to the dragging machine 10, i.e., in this example, a vehicle.
.L \ -oiis assume, in this example, that the main electric machine 6, coupled alone to one of the shafts (8) of the differential is at constant excitation, the excitation current Ie.,. 6 being supplied by the battery 26; the voltage induced in this machine is then a function of its speed: E6 <I> = k6. n6, </I> and its torque is a function of the main current flowing in the interconnection line <I> 7: C6 = le; . I7, </I> k6 and k, being constant characteristic of the machine 6.
We also admit that for a constant power P given by the machine; 1, the speed of this motor must remain practically constant and at least vary little within the limits of the droop of the regulating system 16/17, admitted for example of - 1 11 / o.
On the other hand, the speed of the machine 10; is:
EMI0004.0033
As for a constant power P of motor 1, the regulator 17 has the setpoint of keeping the speed u. Of motor 1 constant, within the limit of its droop, the speed V of the vehicle, proportional to that of the driving wheels: nlo , is. therefore mainly a function of <B> 14 </B> 11.13 being. ma chine speed 6.
As the power supplied by the motor 1: P covers the traction power P'T, and the mechanical, excitation and ohmic losses in the transmission device, we have the relation: P = PT - (- pm. -I- pExc. 'IL <B> PC .. </B>
And admitting <I> P, </I> p.é @. and as constants, P # .ed. = <B> Pr </B> -i <B> PC. </B>
that is, the reduced engine power covers the ohmic losses and the power supplied to the rim.
But PT <I> = </I> kT <I>. I7. </I> V and pc "<I> = R7. I7 </I> z <B> hence </B>
EMI0004.0054
17 is the current in circuit 7, and R7 is the resistance of this circuit.
As in the last equation, <B> 17 </B> <I> and </I> n ;; are only variables, it follows that: <B> 17 </B> <I> = f </I> () '6). And the equation of the voltages in the main circuit 7 is: E3 + E6 = I;. R7 = 0. but E3 k3.
not,. # IExc.3 and <I> Es - </I> k6 # n6 <I>. </I> IEXC. <I> 6 </I> hence
EMI0004.0067
as only 116 and <B> 17 </B> <I> = f </I> (.i1.6) vary, the output of machine 3 is indeed a function of the speed of the shaft of the machine 6: n.6.
IExc.s <I> = </I> h '(' 116) n6 varies widely between -N and + N, while 11 <B> 1 </B> is. constant, or almost. In addition, for each key value, the power of motor 1 and the speed of machine 6, there is a current I; well determined: it is also necessary to mid current. (the excitation IE ,,. ;; well determined, and therefore a.
position of the potentiometer and a well determined motor 1 speed, hence <I> - f </I> (n.6). also.
But while iii will vary due to a very small extent eg 1- lo / o <B><I>Ni,</I> </B> Ni being. the rated speed of motor 1, the current. of excitation will have to vary in key very strong proportions, of a similar ia @ on and according to the speed nb of the electric machine 6, the speeds 7c;
and ii, () (speed of the driven machine) being themselves dependent on each other.
Indeed, in idle operation, that is to say polishing a PTM power. , supplied by motor 1, practically zero, the operating current IE "..; must vary from -I3 to + I3 during the speed (the electric machine 6 varies from -N6 to + 1 '6, I; and Ni; being. (Nominal.
Likewise, at. full load, and. if we admit that in the example considered the losses of intoxication in the circuit. 7 (electrical machines 3 and 6) are then 1% key to the power Prs ,. for n ,;
= - 1/3 N6 and nlo = + 1/3 N 1o, i.e. when the driven machine is at one-third of its nominal speed, the excitation current of the machine 3: 11, e .3 will vary (the -0.685 <B> 13 </B> to + 1.037 13, taking into account (the ohmic voltage drops in circuit 7.Depending on the speed of the machine 6, which varies from -N6 to + N6.
Thus, in the example of fi °. 2, co1nine also in that of the fi-. 1, the regulator acts on the excitation of the front main electric machine 3 mainly in function. key to the speed of the posterior electric machine 6, the speed of this second electric machine varying moreover alone, like the excitation current, between distant limits.
In other examples, in particular when the anterior machine is not coupled to the motor shaft, the excitation of the posterior machine could, instead of being constant, be controlled by a regulator <B> at </B> the speed of the previous machine.
In still other examples, it might even be judicious to simultaneously control the excitation of each of the electric macbiiïes. speed of a shaft of the device, shaft different from that to which the machine considered is coupled.
By making use of speed regulators known for a very long time, and of which the sta tism is very important, the key speed the source of mechanical energy will be strongly dependent (the speed of the driven machine (the speed of the source may for example example vary from 1.> 1 ii, to ni, while the speed of the driven machine varies from 0 to 1 ():
The governor will then regulate the speed of the mechanical energy source machine 1 temporarily constant, that is to say so much. that the drive conditions remain stationary, and, in this case, for each power at. transmit and each speed of the machine 10, it will have a well determined speed (the the. source of mechanical energy 1.
In the embodiment according to the example of FIG. 3, supplemented by a mechanical device for changing reduction ratios, a motor 21 drives, using a shaft ??, a main electrical machine 23, as well as a part 2-1 of a differential \ ' 5. A second part 26 of the differential '? 5 drags the first fixed toothed wheels * 27 of a gearbox of which the movable wheels 28 are. coupled by means of the toothed wheels 29 with another main electric machine 30.
The third part 31 of the differential is coupled by the shaft 32 to the machine to be driven 33. By modifying the excitation 34 of the machine 3 using the potentiometer 35, the regulator 36 can vary the speed of machine 30 and thus adjust that of the machine to be driven 33. In order to limit the torque of the machine 30, as well as its current, the gearbox is controlled when changing the direction of rotation by means of the coupling to slip. 39 which acts through the linkage 3 7 on the gearbox 27 to. 29.
The stops 3 limit the stroke of the lever controlling the rod <B> 37. </B> A possible brake could usefully block the wheels 27 during. displacement. side of the wheels 28.
The gearbox could. also be conceived in the form of a second differential, provided with brakes making it possible to brake alternately two of these parts, which also makes it possible to obtain different gear ratios.
The operation of the controller is only shown here in a symbolic way. The regulator-potentiometer link could be established according to fig. 1 or according to fig. \ _ ', or again by any other means:
in fact, very many automatic means are known, combining mechanical and electrical elements often mounted together in the same device, these devices then being designated by the name of regulator, these regulators each having their own, fixed or adjustable.
In the example according to fig. 4, the device will allow the drive of trolleybuses with synchronous main motor 1, to. 50 or E0 per. / See. and to. relatively high voltage (6 li: V for example), greatly facilitating the operation of long lines in the countryside or in the mountains, lines which can be supplied by the existing power and light networks at. their normal frequency.
If motor 1 was asynchronous, the adjustment in fig. 1. and? would be directly applicable. But if the motor 1 is synchronous, the regulator 17 will usefully be driven by the shaft 8 of the posterior machine 6, and will submit directly. the potentiometer 16 and the excitation 15 of the previous machine 3 to. the speed of the shaft 8 of the machine 6. The slaving of the potentiometer 16 to the regulator 17 and via the latter to the speed of the machine 6 can thus be obtained:
When the treadle 18 is. half-stroke, the lever 23 being horizontal, the excitation of machine 3 corresponds exactly to that necessary for the voltages of machines 3 and 6 to be equivalent, whatever the speed of machine 6;
pressing pedal 18 fully will determine a maximum acceleration rate and releasing pedal 1S completely, spring '-1 will cause maximum braking torque. To avoid certain complications due to the change. direction of rotation of the machine 6, the regulator 7.7 can be driven by means of the shaft 9, the speed of which is also not proportional to that of the machine 3.
In the example according to fig. 5, a variant of the device is applied to a wheel in which the motor 1. drives a previous electric machine 3, an exeiter 11, at the same time as the shaft -1 for driving the differential body. normal 5 of the vehicle;
one of the planetary gear of the differential 5 drives one of the drive wheels 10 through the shaft 9, while the other planetary drives through the shaft 8 one of the parts of a secondary electric machine 6, including the armature. and the inductor are both rotating, the other part of the machine 6 driving the second drive wheel 20 through the shaft 19.
In this variant, the anterior 3 and posterior 6 machines must be designed for half the power of the engine of the vehicle; the normal torque of machines 3 and 6 must also be the same, as well as their maximum speeds, if the differential 5 is geared in the 1/1 ratio, and if the machine 3 is. overdrive in the ratio 2i1 by the gears 25.
The excitation of the machine 6 may be constant, while the regulator 17 will gradually reduce the excitation of the machine t. from 1 to 0, depending on the speed of the shaft S of the rotor of the machine 6, the speed of which will vary from Yr, maximum to Va / 2, the speed n.1 of the motor 1 being admitted constant, and the regulator 17 acting by means of the rheostat 16, while the speed of the driven machine varies from 0 to S10 maximum.
In the example according to the rig. 6, the motor 1 drives the electric machine 3 and the exciter 11, directly coupled to the motor shaft 2, 4, as well as the differential body 5, one of the planetary gear driving the electric machine through the hollow shaft h rear 6, the drive machine 10 being coupled by the shaft 9 to the second sun gear;
in this variant, the electric machine 6 is normally a generator and the electric machine 3 is normally a motor. _1 motor speed 1 constant, the speed of the machine to be driven 10 will vary inversely with that of the electric machine 6, between zero speed and a speed proportional to twice that of the motor. The regulator 1 "will act usefully, using the rheostat or potentiometer 16, on the excitation of the previous machine 3, the speed of which, possibly constant, will certainly not reach zero during the adjustment, depending on the speed of the rear machine 6.
The cpnetic energy of the machine 6 will contribute to the acceleration of the trailing machine 10.
In a variant of the example of FIG. 6, the governor is driven by the hollow shaft of the main electric machine coupled alone to one of the elements of the differential (planetary), a key adjustment said machine at practically constant speed then has the result of varying the speed of the motor, source of mechanical energy, from 1,: ,, n1 to n.1, while the speed of the driven machine @ varies from 0 to Nlo maximum. This arrangement therefore makes it possible to save wear on the engine, a source of mechanical energy, including. The speed will be reduced when that (the dragging machine is low.
The characteristic of the transmission could. moreover still be softened by a compound excitation of at least one of the electric machines and. by the droop of the regulator.
[) in the example according to fig. 7, the electric machine 3 is coupled to one of the shafts 19 of the drive machine 10, instead of being coupled to the motor shaft 2, 4; a variant of the device is obtained, a variant capable of producing rapid acceleration of the driven ma chine 10, without the torque of the motor 1 being obliged to increase in proportion to this acceleration;
in fact, during the acceleration of the machine 10 from a speed 0 to its speed N, the speed of the machine 6 is reduced from 2n to n, if the motor 1 drives the body of the differential 5 (or from n. to 0, if the motor drives a planetary), and the machine 6 will provide att minus a part of its kinetic energy for the acceleration of the machine 10.
The regulator 17 will increase the excitation of the machine 6, using the rheostat 16, as a function of the. speed of machine 3, this varying from 0 to. n., while the speed of machine 6 decreases by 2n. <I> to </I> n; it is irrelevant for the adjustment whether the machine 3 is coupled to the shaft 19 or to the shaft 9, the latter having the same speed; it is thus advantageously possible to drive at least two different driving axles.
In the example according to. fig. 8, a third electric machine 26 is coupled to the shaft 9 of the drive machine 10, the electric machines 3 and. 6 being coupled to the other two shafts of the differential 5, the. my china 26 being connected in series with ma chines 3 and 6, or temporarily connected to one or the other of the latter only;
this variant will present. greatly increased starting torque; the additional machine 26 can work continuously or be put out of service as soon as, for example, the speed of the machine to be driven exceeds a certain value; it is possible to operate this third machine still as a motor; she will be able to. usefully have a serial feature.
For a given engine power 1, the regulator 17 is set to maintain the speed of engine 1 at. a certain value, by aoïssant using the potentiometer 16 on the excitation of the. machine 3; the speeds of machines 6 and 26 are dependent on each other according to the differential equation, and for a power given by motor 1 and a speed of machine 10, the sum of the voltages of machines 6 and 26 is well determined; if only the speed of the trailing machine varies, the regulator 17 must still, in order to keep the speed of the motor 1 constant, vary the excitation of the machine 3 as a function of the speed of the machine 6;
however, this function is not there. even with or without the additional machine 26.
The example sketched in fig. 9 makes it possible to obtain a very large variation in speed and a very high starting torque. (trucks, shunting locomotives), two electro-mechanical differential transmission devices with regulator being mounted in cascade.
In this example, the shaft 9 of a first differential 5 (still coupled, on the one hand, by the shaft?, -1 to a motor 1 and to a previous electric machine 3 and, on the other hand, by shaft 8, to a posterior electric machine 6), est. coupled for example to a sun gear of a second differential 45, and a tertiary electric machine 46 is coupled to the second sun gear of the differential .15, the driving machine 10 being coupled to the body of the differential -1: 5 by the shaft 19 .
The device can operate as follows: The shaft 48 of the machine 16 being blocked by the brake. 17, the first device operates on its own until the speed of the machine 6 reaches that of the machine 3, the regulator 17 acting on the excitation 15 of # machine 3 as a function of the speed of machine 6. The differential 5 is then locked, by ad hoc means, and the machine 16 is unlocked.
Machine 3 (or machines 3 and 6 together) then supplies machine -16, and regulator 17, using potentiometer 16, adjusts the excitation 15 of machine 3 (or the excitation of the machines 3 and 6) in tonet.ion of the speed of the machine 46 and, therefore, thus the speed, torque or power transmitted to. the machine to be driven 10.
The example according to fig. 10 is a variant in which an electro-mechanical differential device, connecting <: star them two synchronous machines connected to. two networks of different frequencies, allows. to transfer at will, or automatically according to a program, and independently of frequencies, energy from one network to another and vice versa.
The motor 1 is here a synchronous machine connected to a network 1 and coupled mechanically. to the first planar shaft?, 1, of a differential 5, and to an earlier electric machine 3, for example a current machine eonthiu- the driving machine 10 is also a srn-elirone machine connected to . a second electrical network II; Bette deiixièine machine r;
Vi! - elirone 10 est. mechanically coupled by the hollow shaft 8 to the second sun gear <las differential 5. In the normal case, where the speed variations are relatively, low, a posterior electric machine 6 will be coupled by the shaft 9, and a demulti plication 25, to the <B> differential </B> satellites a. The power of machines 3 and 6, serving as a key adjustment for the power transmitted between the networks, can then be proportional to the maximum slip to be foreseen between alternators 1 and 10.
Thus, if the two synelirones machines are. planned for 10,000 kW of power to be transmitted. machines 3 and 6 should only be sized for? 00 k @ V each, if the dif ference in electrical speed of rotation between the two networks (reduced by the number re, # - pectif of poles)
does not exceed 5%.
The speed of the machine 3 will be almost constant, and a regulator 17, acting on the potentiometer 16, will have to regulate mainly. the excitation 15 (the machine 3, depending on the speed of the machine 6 which it measures directly, being itself driven by the shaft 9 (the machine 6.
A hand control 18, acting on the lever \ ??, pernicttra (to determine the power transmitted. In the event that the key-speed of the machine 6 is reversed during adjustment, the automatic control must be constructed. Consequently.
Instead of having the excitation 15 of the machine 3 adjusted by the regulator 17, mainly as a function of the speed of the machine 6, the regulator 57 can be charged with this task;
this regulator, driven by the shaft 2 of the synchronous motor 1, will act through the rheostat 56 on the servomotor 58, while the main current 7, in the circuit of machines 3 and 6, acts on the servomotor 59, the servomotors 58 and 59, coupled together, act on the potentiometer 16, and thus on the excitation 15 of the machine 3, mainly as a function of the speed of the machine 6, on which the current 7 strongly depends, the speed of the machine 3 being. much more stable. Using rheostats or adjustable shunts, it is possible to set an energy transmission program, depending or not on the relative speeds of machines 1 and 10.
If in the preceding example, the synchronous machine 1 is still coupled to a turbine, the function of the device will not be modified; the mechanical energy absorbed by the machine 10 may be supplied either by the turbine or by the synchronous machine 1. The power transmitted can be adjusted independently of the slip or of the power supplied by. the turbine. Its direction is reversible, so that the turbine and the synchronous machine 10 can also drive simultaneously. the synchronous machine 1.
In the example of FIG. 10, the electric machine 3 could also be coupled either to the shaft 8 of the machine 10, or. to the differential body 5.
The example according to fig. 11 relates to the drive of a complex machine having several different movements (paper machine, printing machine, black lami, etc.). The motor 1 drives by a shaft 2 a previous electric machine 3, and by the shaft 4 three different differentials, each by one of its shafts, a posterior electric machine being coupled to the second shaft 8, '? 8, 38 of each different tiel 5, 25, 35.
The third shaft 9, 29, 39 of each differential will drive part of the complex machine 10, 20, 30.
A general appearance of the machine 10, 20, 30 will thus be obtained by adjusting, with the aid of a regulator 17 acting with the aid of the potentiometer 16, the excitation 15 of the electric machine 3 mainly by depending on the speed of the machine 6, for example. A particular appearance can be obtained for each of the parts of the complex machine by acting separately on the excitation 12, 22, 32 (each of the posterior electric machines, for example, with regard to part 10, to the aid of the regulator 37 acting on the excitation 12 of the machine 6, via a rheostat 13, as a function of the speed of the part of the complex machine 10.
In the proposed drive devices, an automatic regulator acting with the aid of rheostats or potentiometers on at least part of the urn excitation, at least my main electric machine therefore determines the quantity of energy transmitted between the main electrical machines, and consequently the amount of energy transmitted from the source to the driven machine.
The adjustment of the power transmitted can also be obtained by combining the automatic control of the rheostats or potentiometer: with the motor control, a source of mechanical energy, depending, for example for an internal combustion engine, on the gas pedal .
The gear ratios of the differential can be chosen independently of the adjustment system which is simply to be adapted to the different ratios.
The adjustment of electric machines with separate excitation or small compound can also be obtained using a foreign or auxiliary source (battery, autonomous motor-dynamo group, auxiliary network, for example lighting). Partially or fully automatic adjustment can be obtained at.
using speed regulators acting on rheostats or potentiometers, or even using any device slaving rheostats or potentiometers for adjusting the excitation to the speed of the driven machine, to the speed of the motor, source of 'energy, or at the speed of any of the elements of the transmission (sun wheels, planets, satellites, differential body) yes again at the voltage or at the frequency of a tachometric machine driven by -Lin of the aforementioned elements.
We will be able to. choose the nominal voltage of the electric machines of a drive device provided for a diesel engine for example, such that the same electric machines can also be supplied by the current from at least one electric network.
In this way, a diesel -electrobus can also be used as a trolleybus without the vehicle transporting, in either case, unused main electrical machines. This solution will also be possible for any other vehicle: locomotive, zjutomohile, tug, river boat.
The regulator acting on the excitation of at least one main electrical machine can maintain the speed of the motor, a source of mechanical energy, constant, either temporarily, that is to say while the driving conditions ( eg power, speed of the driven machine) remain constant, ie permanently.
The advantages of the introduction of an automatic regulator in the electromechanical transmission device to regulate at least part of the excitations are the following: possibility of using a synchronous motor; possibility of constantly using the. maximum power of a mechanical or thermal engine; possibility of running the engine at its optimum efficiency, whatever the power required; possibility of obtaining a transmission characteristic exactly adapted to the engine and independent of the temperature of the electric machines;
possibility of using electric machines much smaller than those necessary for the transmission of all the energy.
And by completing the device. '. some of the excitations of which are subjected to the re-shifter, by a mechanical gear change: possibility of using very small electric machines, even if the drive torque must be very high for low speeds of the training machine.
The automatic governor still makes it possible to obtain natural braking (the machine driven by the mechanical or thermal motor as soon as the latter tends to slow down, such as for example a diesel engine when its power is reduced. naturally, the more or less flexible or rigid braking characteristic using, for example, a compound excitation winding, it can also be modified at will, for example using an auxiliary control.