Brevet FR2011493A1 — publié le 19700306

la présente invention concerne les machines électriques pouvant être utiliséés comme moteurs pour produire de l'énergie mécanique et comme génératrices pour produire de l'électricité» Elle a pour but de permettre la réalisation d'ion groupe électri— 5 que réversible pouvant être utilisé comme un moteur pour faire démarrer un moteur à combustion interne, et pour produire de l'énergie électrique sous la forme d'un courant continu pendant le fonctionnement normal du moteur à combustion interne. Il est bien connu de réaliser, plus particulièrement 10 conjointement avec les moteurs à combustion interne destinés aux rtféhicules routiers tels que motocyclettes ou voitures, un ensemble combiné comprenant un démarreur et une génératrice, en prévoyant un moteur de démarrage de construction classique qui possède en plus de l'enroulement inducteur normal monté en série, 15 un second enroulement inducteur pouvant être excité par la tension du collecteur ou bien à partir d'une source de tension séparée, ce second enroulement inducteur possédant un nombre de spires beaucoup plus élevé que l'enroulement inducteur série du moteur de façon à permettre le maintien du champ de la généra-20 trice pour une faible consommation de courant. Dans cet agence— ment connu, un seul et unique collecteur est utilisé pour faire passer pendant le démarrage le courant important de démarrage dans l'enroulement d'induit et pour transmettre pendant le fonctionnement normal du moteur à combustion interne le courant de 25 sortie de la génératrice. Gela signifie qu'un système collecteur, qui doit être capable de supporter le courant important de démarrage et qui, par conséquent, doit avoir un diamètre et une longueur axiale beaucoup plus importants que les dimensions correspondantes du collecteur d'une génératrice électrique nor— 30 maie présentant des caractéristiques de sortie comparables, restera en service pendant toute la durée du fonctionnement du moteur à combustion interne, de sorte qu'il en résultera une usure excessive du collecteur et de ses balais. l'invention est matérialisée dans un groupe électrique 35 réversible caractérisé en ce qu'il comprend un induit muni de deux systèmes collecteurs séparés, l'un étant constitué par un collecteur conçu pour supporter le courant important de démarrage pendant l'utilisation du groupe pour faire démarrer vul 69 11771 " 2011493 moteur à combustion interne et combiné avec tin dispositif d'écar-tement automatique des balais, qui écarte les balais du collecteur lorsque le démarrage a été effectué, l,autre étant réservé pour fournir une sortie de génératrice pendant le fonctionnement 5 normal du moteur à combustion interne. Suivant une autre particularité de l'invention, le groupe électrique Réversible réalisé suivant l'invention est monté de façon à permettre une rotation coaxiale conjointe avec le rotor d'un alternateur électrique, le système collecteur 10 de sortie correspondant à son induit étant constitué par un ensemble redresseur participant à la rotation de l'induit et alimentant directement par la sortie en courant continu du groupe électrique réversible les enroulements inducteurs du rotor de 1* alternateur. 15 Si, de plus, il est nécessaire de fournir un courant continu autre que celui destiné à exciter les enroulements inducteurs de l'alternateur, ce résultat peut être obtenu, suivant une autre particularité de l'invention, en munissant le stator de l'alternateur de deux sorties dont l'une alimente un réseau 20 alternatif et dont la seconde s*effectuant par l'intermédiaire d'un système redresseur de sortie à diodes, alimente une charge extérieure en courant continu, ce système à diodes redresseuses de sortie étant logé d'une façon convenable dans le stator de l'alternateur, de sorte que ce que l'on dénomme un "alternateur" 25 constitue en fait un ensemble alternateur-génératrice. S'il est rabessaire que le courant continu présente une tension différente de celle du courant alternatif, l'utilisation d'un transformateur séparé peut être rendue inutile en munissant l'ensemble alterna-» teur-génératrice de deux enroulements statoriques, soit en prévajnt 30 deux enroulements séparés pour fournir respectivement la sortie en courant continu et la sortie en courant alternatif, soit en utilisant un seul enroulement à prise intermédiaire. Il est évident que l'invention permet la réalisation d'une machine pouvant être construite sous une forme extrêmement 35 compacte et constituant, par exemple dans un engin aérien, non seulement un système producteur d'énergie capable de satisfaire aux exigences de 1* engin aérien, à la fois en courant continu et en courant alternatif, mais en même temps un système de démarrage, le groupe possédant seulement deux rotors et un seul 69 11771 2011493 collecteur, ces éléments pouvant tous être montés sur un arbre commun ou sur des arbres accouplés coaxialement, de sorte que 1*ensemble du groupe peut être fixé sur un dispositif transmetteur d'énergie motrice associé jar exemple à un moteur d'avion» 5 Un mode de réalisation d'un groupe électrique suivant l'invention, pouvant être adapté à un dispositif unique de transmission de l'énergie motrice d'un moteur d'engin aérien, de façon , d'une part, à servir au démarrage du moteur à combustion interne lorsque cela est nécessaire et, d'autre part, à fournir 10 pendant le fonctionnement normal de ce moteur à combustion interne une énergie électrique alternative destinée au système électrique principal de l'engin aérien, et simultanément une énergie électrique continue destinée aux appareils auxiliaires de l'engin aérien fonctionnant en courant continu, va maintenant être décrit 15 à titre d'exemple non limitatif en se référant au dessin annexé dont la figure unique représente de façon partiellement achémar* tique le groupe électrique réversible, en coupe axiale» Si l'on se réfère maintenant au dessin, le groupe comprend une carcasse présentant une forme généralement cylindrique et 20 constituée par deux éléments 1 et 2 assujettis l'un à l'autre suivant un alignement coaxial, L'élément 1 possède un flasque interne 3 et une collerette terminale 4 pouvant être fixée en assurant un centrage sur un dispositif transmetteur d'énergie motrice appartenant par exemple à une turbine à gaz d'engin 25 aérien, ce dispositif étant dénommé ci-après "dispositif moteur"» Le flasque 3 sert à supporter, grâce à un organe intermédiaire élastique 5 » un roulement à billes 6 qui porte l'une des extrémités d'un arbre creux 7 dont l'autre extrémité est portée, par l'intermédiaire d'un second roulement à billes 8 , par 30 l'autre élément 2 de la carcasse, qui forme lui-même le prolonr-gement de l'éafaent 1 mentionné en premier lieu» Un rotor 9 est fixé sur l'arbre creux 7 et est muni d'enroulements rotoriques 10 destinés à coopérer avec un stator 11 , ce dernier étant fixé à l'élément 1 de la carcasse et étant muni de deux 35 jeux d1enroulements statoriques 12 et 13 , à savoir un premier enroulement 12 qui est connecté à trois bornes 14 correspondant à une sortie d'alternateur et un second enroulement 13 qui est connecté, par l'intermédiaire d'un ensemble redresseur à diodes 15 » à une paire de bornes de sortie en courant continu 43 16 correspondant à la sortie d'une génératrice en courant continu 69 11771 2011493 et pouvant comprendre un dispositif de filtrage monté d'une façon bien connue des spécialistes» La tension apparaissant aux bornes de cette sortie en courant continu peut être choisie indépendamment de la tension de sortie en courant alternatif apparaissant aux 5 bornes 14 . L'arbre 7 porte également, au niveau de l'autre élément 2 de la carcasse, un induit 17 qui tourne à l'intérieur d'un ensemble inducteur fixe 18 logé dans cet autre élément 2. L*induit 17 porte un enroulement d'induit 19 qui 10 est connecté en série, par l'intermédiaire d'un collecteur 20 et de balais 21 (dont l'un seulement est représenté); avec un enroulement inducteur série 22 faisant partie de l'ensemble inducteur fixe 18 , de façon à former un moteur de démarrage dont le couple est transmis, par l'intermédiaire d'un court 15 arbre d'accouplement 23 , à 1*arbre de prise de force du moteur à combustion interne, faisant partie du dispositif moteur auquel la collerette 4 est fixée et, par l'intermédiaire de cet arbre de prise de force, au moteur à combustion interne lui-même* Lorsqu'après son démarrage, le moteur à combustion 20 interne a atteint un régime auto-entretenu, l'énergie qu'il fournit est transmise par l'arbre d'accouplement 23 à l'arbre creux 7 pour faire tourner à la fois le rotor 9 de l'alternateur et l'induit 17* En plus de sa connexion avec le collecteur 20, 1*enroulement d'induit 19 est également connecté, par l'inter— 25 médiaire de trois conducteurs 24, 25 et 26 et d'un système redresseur à diodes 36 , tous montés dans la cavité 27 de l'arbre 7 » à 1* enroulement rotorique 10 du rotor 9 de l'alternateur, de façon à fournir le champ permettant la production d'une tension de sertie aux bornes des enroulements statoriques 30 12 et 13 et, pour produire la tension nécessaire dans l'enroulement d'induit 19 lorsqu'aucune tension n'est appliquée aux balais 21, l'ensemble inducteur fixe 18 qui coopère avec l'induit 17 est muni d'un second enroulement à spires multiples 28 dont les bornes 29 reçoivent, dans ces conditions, une 35 tension continue convenable qui peut être la tension obtenue aux bornes à courant continu 16 ou n'importe quelle autre tension convenable disponible, par exemple celle provenant d'une batterie d'accumulateurs faisant partie du circuit d'utilisation du courant continu» 40 II est évident que, du fait que l'excitation de 10 15 69 11771 2011493 l'enroulement rotorique 10 de l'alternateur est indépendante à la fois du collecteur 20 et des balais 21, ces derniers peuvent être écartés du collecteur une fois que l'arbre 7 a atteint la vitesse correspondant à la vitesse auto—entretenue ^ du moteur à combustion interne et, à cet effet, le mode de réalisation illustré comprend Tin dispositif 30 d'écartement des balais, qui est commandé électriquement et qui est conçu pour écarter automatiquement les balais lorsque et aussi longtemps que l'arbre 7 tourne à une vitesse dépassant une vitesse minimale prédéterminée. La construction creuse de l'arbre 7 ne fournit pas seulement l'espace nécessaire pour loger le dispositif redresseur à diode» 36, mais elle permet également de rendre cet arbre suffisamment rigide pour éviter la nécessité de prévoir un troisième roulement à billes monté entre l'ensemble rot«>-stator 9 , U , que l'on peut dénommer "ensemble alternateur-génératrice* et l'ensemble induit-inducteur 17 , 18 , que l'on peut dénommer d'une façon correspondante "ensemble démarreur*-excitatrice" ; il en résulte que, bien que la machine électrique décrite remplisse les fonctions d'un alternateur, d'une génératrice à 2Q courant continu, d'un moteur de démarrage et d'une excitatrice, sa longueur totale peut être maintenuerelativement faible et son diamètre total n'a pas besoin de dépasser nettement celui d'un alternateur classique destiné à être adapté au dispositif moteur d'une turbine d'engin aérien, de sorte qu'un, seul dispositif 25 moteur est suffisant non seulement pour fournir l'alimentation en énergie électrique alternative et continue, mais également pour assurer le démarrage du moteur à combustion interne» Pouf réaliser un refroidissement efficace de la machine, l'extrémité libre de l'élément 2 de la carcasse est adaptée j) en vue/$a fixation à l'ensemble des conduites d'air d'un engin aérien, tandis que des orifices d'évacuation de l'air 31 sont prévus dans l'élément 1 au niveau de la collerette 4 et, afin de favoriser l'écoulement de l'air provenant des conduites, l'arbre creux 7 est équipé, à proximité des orifices d'évacua-5 tion 31, d'un jeu d'ailettes d'aspiration centrifuge 32» la commande de la tension de sortie s'effectue normalement en faisant varier l'intensité du champ qui correspond à l'enroulement à spires multiples 28 faisant partie de l'ensemble inducteur fixe 18 et qui induit la tension appliquée aux enrou-# lements rotoriques de l'alternateur, cette commande s'effectuant 69 11771 " 2011493 normalement en fonction de la tension de sortie de l1 alternateur. En même temps, cela donne: généralement la certitude d'obtenir une tension de sortie continue raisonnablement constante, plus particulièrement lorsque le circuit en courant continu comprend une batterie d'accumulateur ou une batterie tampon» Si cela est nécessaire, on peut toutefois réaliser une commande supplémentaire de la sortie en courant continu en utilisant, dans trois des quatre branchés ou dans toutes les branches du pont redresseur de sortie en courant continu, des redresseurs susceptibles d'être •jq commandés, tels que ceux dénommés redresseurs commandés au silicium. De cette façon, la sortie en courant continu de la génératrice peut être réduite ou même interrompue lorsque la batterie d'accumulateurs est totalement chargée» Des modifications peuvent être apportées aa mode de .jtj réalisation décrit, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention» 69 11771 7 2011493 BEVEITDIGATI0N3 1. Groupe électrique réversible pouvant produire un couple permettant le démarrage d'un, moteur à combustion interne et pouvant fournir une énergie électrique sous la forme d*une sortie en courant continu lorsqu'il est entraîné par ce moteur à corn- 5 buation interne après son démarrage, caractérisé en ce qu'il comprend un induit muni de deux systèmes collecteurs séparés, l'un étant constitué par un collecteur conçu pour supporter le courant important de démarrage pendant l'utilisation du groupe pour le démarrage d'un moteur à combustion interne, l'autre étant réser-10 vé pour fournir une sortie de génératrice pendant le fonctionnement normal du moteur à combustion interne. 2. Groupe électrique réversible suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est monté de façon à pouvoir tourner conjointement et coaxialement avec le rotor d'un alternateur 15 électrique, le système collecteur de sortie correspondant à son induit étant constitué par un ensemble redresseur participant à la rotation de l'induit et alimentant directement, par une sortie en courant continu du groupe électrique, les enroulements inducteurs du rotor de l'alternateur* 20 3* Groupe électrique réversible suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'alternateur est muni de deux sorties, l'une alimentant un réseau alternatif et l'autre s*effectuant par l'intermédiaire d'un système redresseur de sortie à diodes alimentant une charge à courant continu* 25 4* Groupe électrique réversible suivant la revendication 3, caractérisé en.ce que le système redresseur de sortie est monté dans le stator de l'alternateur* 5* Groupe électrique réversible suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'alternateur est muni de deux enrou-30 lements statoriques de façon à fgarnir des tensions différentes à la sortie en courant alternatif et au système redresseur de sortie, 6* Groupe électrique réversible suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est combiné 35 avec un dispositif d'écartement automatique des balais, qui écarte les balais du collecteur lorsque le démarrage a été effectué*