Brevet FR2219565A1 — publié le 19740920

On sait que, pour les alternateurs de petite puissance destinés à l'alimentation électrique des véhicules automobiles, il est nécessaire d'obtenir, pour de faibles vitesses de rotation correspondant au régime de ralenti du moteur, un débit suffisant Dour assurer, même art rnlenti du moteur, une charge convenable de la batterie du véhicule. On snit étalement aue cette sujétion oblige à disposer dans l'alternateur d'un enroulement d'induit possédant un nombre de spires élevé.Or, si le nombre de spires de l'enroulement d'induit est élevé, il en résulte, lorsque la vitesse de rotation de l'alternateur devient importante au cours de la marche normale du moteur, une réactance d'induit importante qui limite le débit de l'alternateur à haut régime et qui entratne la dissipation d'une puissance importante sous forme de ehaleur dans l'enroulement d'induit ; en d'autres termes, à forte vitesse de rotation, l'alternateur a des caractéristiques limitées et devient inutilement un consommateur de puissance. On a déJà proposé pour éviter les inconvénients préci- tés, de diminuer le nombre de spires d'un induit d'alternateur lorsque la vitesse de rotation dudit alternateur augmente. En particulier, dans le brevet française 1 530 154, on a proposé de réaliser l'enroulement d'induit en plusieurs bobinages que l'on peut coupler au cours du fonctionnement soit en série, soit en parallèle suivant la vitesse de rotation de l'alternateur. Dans le cas d'un alternateur monophasé, on a proposé d'utiliser deux bobinages identiques que l'on couple soit en série soit en parallèle : à la vitesse de rotation maximale de l'alternateur on obtient avec le couplage en parallèle une puissance maximale qui est sensiblement le double de la puissance fournie avec le couplage série à la meome vitesse.Dans le castres alternateurs polyphasés et en particulier des alternateurs triphasés, le brevet français 1 530 154 indique que ltéquivalence du passage du couplage série au couplage para- lèle pour l'alternateur monophasé, consiste à commuter les enroulements d'induit de l'alternateur triphasé de façon à passer d'un couplage en étoile à un couplage en triangle. La modification des liaisons électriques entre les trois enroulements en cause s' ef- fectue avant l'entrée dans le pont redresseur à diode qui permet de transformer le courant alternatif, obtenu à partir de l'alternateur, en courant continu utilisable sur le véhicule.Cette modification de couplage ne permet malheureusement que l'obtention d'un rapport sensiblement égal à 1,752 entre les puissances maxima que l'on peut titrer de l'alternateur utilisé en couplage étoile et de l'alternateur utilisé en couplage triangle pour les fortes vitesses de rotation. La présente invention a pour but de décrire un alternateur polyphasé pour lequel, sans augmenter le nombre total de spires à utiliser, on peut faire varier le couplage réalisé entre deux fractions d'enroulement de façon à obtenir avec un premier couplage, pour une faible vitesse de rotation, le seuil de débit minimum que l'on désire et, pour une forte vitesse de rotation, avec un deuxième couplage, une puissance maximum sensiblement égale au double de la puissance maximum que l'on peut obtenir à la mEme vitesse avec le premier couplage. On voit que, par rapport à l'état de la technique ci-dessus indiquée, on bénéficie, sans augmenter la quantité de cuivre à utiliser, d'un rapport de puissance plus important entre les puissances maxima que l'on peut obtenir avec les deux couplages envisagés. La présente invention a donc pour objet le produit industriel nouveau que constitue un alternateur polyphasé de petite puissance destiné en particulier aux véhicules automobiles, caractérisé par le fait que l'enroulement d'induit se compose de deux enroulements identiques polyphasés, ces deux enroulements étant reliés chacun, par autant de connexions qutil y a déphases, aux entrées d'un pont de diodes redresseur, les sorties des deux ponts précités étant reliées, soit en série, soit en parallèle, selon que l'on est au-dessous ou au-dessus d'une vitesse de rotation prédéterminée du rotor de l'alternateur. Il convient de remarquer que dans l'alternateur selon l'invention, on utilise deux bobinages strictement identiques comportant chacun moitié moins de spires qu'un bobinage d'alternateurs à enroulement d'induit unique permettant d'obtenir, à la vitesse de rotation minima, le même seuil de débit désiré. En d'autres termes, on utilise une quantité de cuivre identique pour l'alternateur selon l'invention et pour un alternateur de type classique, mais on peut obtenir au moyen du couplage parallèle des deux bobinages partiels, une caractéristique à forte vitesse correspondant à une puissance débitée sensiblement double de celle obtenue avec l'alternateur classique précité. Dans un mode préféré de réalisation, les deux enroulements identiques de l'alternateur sont réalisés par un bobinage du type "deux fils en main" ; le changement de couplage entre les deux enroulements partiels identiques s'effectue en disposant entre deux bornes de sortie de même signe des deux ponts redresseurs une diode et entre les deux autres bornes de sortie du precedente oppose au une autre diode, deux bornes de signes opposés prises l'une dans un pont et l'autre dans I'a+re pont, étant reliées entre elles par un organe interrupteur pouvant entre conducteur ou non, les deux diodes reliant les deux ponts étant disposées dans un sens convenable pour que le couplage des ponts soit assuré en série ou en parallèle suivant- la position ouverte ou fermée de l'organe interrupteur ; ltorgane interrupteur est un contacteur mécanique ; le contacteur mécanique est commandé par une bobine électromagnétique alimentée par un circuit de détection de la vitesse de rotation de l'alternateur et/ou de l'intensité débitée par l'alternateur ; le contacteur mécanique est commandé par un dispositif oen- trifuge placé sur un organe lié pour son mouvement au rotor de l'alternateur ; la détection de la vitesse de rotation de l'alternateur s'effectue en mesurant la tension induite dans un enroulement auxiliaire excité par une ferrite, tel que celui que l'on trouve dans un capteur magnétique d'allumeur magnétique de véhicule automobile ; organe interrupteur est un thyristor dont l'état conducteur ou bloqué est déterminé par un courant produit par un circuit de détection de la vitesse de rotation du rotor de l'alternateur et/ou de l'intensité débitée par l'alternateur ; la détection de la vitesse de rotation de l'alternateur s'effectue par la détection de la fréquence du signal électrique pris aux bornes de l'une des diodes d'un des ponts redresseurs ; le circuit de détection de vitesse utilisable comporte un prélèvement de tension sur une des diodes de l'un des ponts redresseurs de l'alternateur, une mise en'f orme de la tension crénelée prélevée, l'injection du signal mis en forme dans un multivibrateur dont la- ten- sion de sortie est proportionnelle à la fréquence du signal injecté et enfin l'introduction de ladite tension de sortie du multivibrateur dans un circuit amplificateur à seuil, la sortie dudit circuit amplificateur seuil étant reliée à l'alimentation de organe interrupteur associé au circuit de détection. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur le-dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente un schéma de connexion entre les deux enroulements frantionnaires identiques d'un alternateur selon l'invention, la connexion étant réAlisée au moyen d'un circuit de détection électronioue commandant un contacteur électro magnétique ; - la figure 2 représente les courbes de débit que l'on obtient au moyen de l'aRternateur selon l'invention, lorsaue les deux bobinages partiels identiaues sont couplés en série ou en parallèle. En se référant au dessin, on voit que l'on a réalisé un alternateur triphasé en bobinant l'enroulement d'induit deux fils en main, les deux enroulements partiels identiques ainsi obtenus étant schématisés sur la figure 1 et repérés pnr les références la, lb. Chacun de ces deux enroulements triphasée de l'induit comnorte 72 spires de fil par phase Le fil utilisé est un fil de cuivre verni de o,9 mm de diamètre.Le rotor inducteur est du type bobiné s bagues et permet d'obtenir, à travers un entrefer de 0 > 3 mm, un flux de 0,2 mWbO Chaoue phase des enroulements la. lb est reliée par des conducteurs 2a. 3a. 4a d'une part et 2b. Xbv 4 b d'autre nart. respectivement, à un pont redresseur constitué de six diodes E disnosées de facon classiaue- Les deux ponts redresseurs ont chacun deux bornes de sortie du courant continu désignées respectivement pour le pont associé à l'enroulement la par 6a, 7a et pour le pont associé à l'enroulement lb nar 6b, 7b. les bornes Sa. 6b d'une part et 7a. 7b d'autre Part étant de mme polarité. On a relié les bornes 6a, 6b nar une diode 8 et- les bornes 7a, 7b nar une diode 9. Tes bornes 6b et 7a sont reliées par l'intermédiaire d'un contact teur mécanique désigné par 10 dans son ensemble. Le contacteur ln comporte un contact mobile 11 commandé par une bobine électromagné- tique 12, le contact 11 pouvant établir la liaison électrique entre les bornes 7a et eb. Entre les bornes de la bobine 12, on a disno une dinde 13. Tes bornes 6a et 7b sont lieds aux bornes de la batterie 14 du véhicule, la borne 7b étant mise a la masse du véhicule, de meme que la borne correspondante de la batterie 14.On a désigné par 15 le circuit de charge destiné à consommer le débit produit par l'alternateur selon l'invention. Te circuit de détection de la vitesse de rotation de l'alternateur est commandé par la tension en créneau que l'on ptend par le conducteur 1 sur l'une des diodes Sdont l'anode est reliée à la masse. Le circuit de détection comporte, en premier -- lieu un circuit de mise en forme désigné par 17 dans son ensemble, en deuxième lieu un multivibrateur désigné par 18 dans son emsemble, en troisième lieu un circuit de prélèvement désigné par 19 dans son ensemble, en quatrième lieu un amplificateur à seuil désigné par 20 dans son ensemble. Le circuit de mise en forme 17 comporte essentiellement un transistor 21 dont la base est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 22 et dont l'émetteur est également relié à la masse. Le collecteur du transistor 21 est relié au circuit multivibrateur 18 qui se compose essentiellement de deux transistors 23 et 24 dont le montage classique représenté sur la figure permet d'obtenir un multivibrateur monostable dont la tension de sortie est proportionnelle à la fréquence de la tension d'entrée. La tension de sortie est extraite du multivibrateur monostable 18 par un circuit de prélèvement 19 comportant, outre diverses résistances, deux diodes 25 et 26 et un condensateur 27.La tension de sortie du circuit de prélèvement 19 est appliquée par le conducteur 28 sur un amplificateur à seuil 20 constitué essentiellement d'une part d'une diode Zener 29 et d'autre part, de trois transistors 30, 31, 32 ; le csblage de l'amplificateur à seuil 20 est de type classique et ne sera donc pas plus détaillé dans la présente description. La sortie de ltamplifieateur à à seuil 20 est branchée sur les bornes de la bobine 12. Si la vitesse de rotation de l'alternateur selon l'invention n'est pas suffisamment élevée, la fréquence du signal appliqué sur le circuit 17 est insuffisante pour que le circuit multivibrateur 18 fournisse sur l'amplificateur à à seuil 20 une tension dépassant le seuil correspondant à la diode Zener 29. Tant que le seuil de la diode Zener n'est pas atteint, le transistor 30 est bloqué, les transistors 31 et 32 conduisent, la bobine 12 est excitée et le contacteur 10 établit le contact entre les bornes 7a et 6b ; il en résulte que les deux ponts redresseurs associés aux deux enroulements la, lb débitent en série ce qui correspond à la courbe de débit 33 de la figure 2. Au contraire, lorsque la diode Zener 29 reçoit par le conducteur 28 une tension supérieure à son seuil, le transistor 30 devient conducteur et les transistors 31 et 32 se bloquent ; la bobine 12 n'est plus alimentée et l'interrupteur 10 est en position de contact ouvert : en d'autre termes, le contact est rompu entre les bornes 7a et 6b des deux ponts redresseurs. On voit alors que les deux ponts redresseurs débitent en parallèle, ce qui correspond à la courbe de débit 34 de la figure 2. La figure 2 représente, en ordonnée, la valeur des intensités, exprimées en ampères, obtenues à partir de l'alternateur selon l'invention, les abcisses représentant le nombre de tours/ minute du rotor de l'alternateur. On voit que les deux courbes 33 et 34 se croisent en un point 35 dont l'abcisse correspond à la vitesse de rotation à laquelle on désire passer de la position ouverte à la position fermée de l'interrupteur 10. Sur la figure, on voit que pour la réalisation décrite ce passage s'effectue à environ 2.800 tours/minute. L'alternateur qui vient d'être décrit, permet, pour les vitesses de rotation du rotor inférieures à 2.800 tours/minute, de bénéficier d'une caractéristique série correspondant à la courbe 33 de la figure 2, c'est-à-dire d'obtenir un débit de charge dès que la vitesse rotation atteint 1.000 tours/minute. Au-delà de 2.800 tours/minute, la position de l'interrupteur 10 se modifie et il en résulte que lton change le couplage entre les deux enroulements partiels identiques la, lb ; le couplage alors établi est un couplage parallèle des sorties des deux ponts redresseurs, ce qui permet de bénéficier d'une caractéristique du type "parallèle" telle que celle qui correspond à la courbe 34 du graphique de la figure 2.Avec cette caractéristique, on voit que le débit maximum de l'alternateur pour les fortes vitesses de rotation, correspondant au régime du moteur en marche normale, représente sensiblement le double du débit que l'on pourrait obtenir avec le couplage série correspondant à la caractéristique 33 à la même vitesse. I1 est important de noter que l'obtention simultanée d'un débit à faible vitesse etc'un fort débit à grande vitesse est obtenue sans que llon ait été obligé d'augmenter la quantité de cuivre de 1'en- roulement d'induit total de l'alternateur. Dans une variante du mode de réalisation qui vient d'être décrit, le contacteur 11 est manoeuvré par l'utilisateur du véhicule sur-lequel est monté l'alternateur en cause . L'utilisateur établit le couplage en parallèle des deux enroulements de l'alternateur lorsqu'il lui est nécessaire de disposer d'une puissance électrique importante, et lorsque le régime du moteur est suffisant pour obtenir, avec un couplage en parallèle, une puissance supérieure à celle que l'on pourrait obtenir avec un couplage en série. On peut prévoir une lampe témoin, par exemple au tableau de oord, qui s'allume lorsque le couplage est établi en parallèle, ladite lampe étant montée en parallèle avec le contacteur 11.On peut également prévoir qu'une lampe témoin soit allumée lorsque l'on est en couplage série > ladite lampe étant alors montée en parallèle avec l'une des diodes 8 ou 9. Le dispositif selon la variante, qui vient d'être indiquée, est particulièrement intéressante iour assurer l'alimentation de servitude à forte consomlua- tion électrique et à branchement momentané monté sur le véhicule ce peut être le cas,- en premier lieu, pour assurer l'alimentation de proje-teurs "longue portée", auquel cas le changement de cou plage Peut êtricommandé en même temps que la mise sous tension des projecteurs en cause ; ce peut être le cas, en second lieu, pour assurer l'alimentation d'un poste émetteur sur un véhicule militaire, auquel cas, au moment de l'émission, l'opérateur éta Dlit un régime moteur accéléré et passe en couplage parallèle au moyen de l'interrupteur de oranchement de l'émetteur Il est Dien entendu que les modes de réalisation cidessus décrits pourront donner lieu à toutes modifications désiralles sans sortir pour cela du cadre de l'invention. RoVENDICATIONS 1 - Alternateur polyphasé de petite puissance destiné en particulier aux véhicules automobiles, caractérisé par le fait que ltenroulement d'induit se compose de deux enroulements identiques polyphasés, ces deux enroulements étant reliés chacun, par autant de connexions qu'il y a de phases, aux entrées d'un pont de diodes redresseur, les sorties des deux ponts précités étant reliées, soit en série, soit en parallèle, selon que l'on est audessous ou au-dessus d'une vitesse de rotation prédéterminée du rotor de l'alternateur. 2 - Alternateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux enroulements dont est constitué l'induit sont réalisés par un procédé de bobinage "deux fils en main". 3 - Alternateur selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé par le fait que le changement de couplage entre les deux enroulements partiels et identiques s'effectue en disposant entre deux bornes de sortie de même signe des deux ponts redresseurs une diode et entre les deux autres bornes de sortie de signe opposé une autre diode, deux bornes de signes opposés prises l'une dans un pont et l'autre dans l'autre pont, étant reliées entre elles par un organe interrupteur pouvant être conducteur ou non, les deux diodes reliant les deux ponts étant disposées dans un sens convenable pour que le couplage des ponts soit assuré en série ou en parallèle, suivant la position ouverte ou fermée de l'organe interrupteur. 4 - Alternateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'organe interrupteur est un contacteur mécanique. 5 - Alternateur slon la revendication 4, caractérisé par le fait que lecaitactur mécanique est commandé par une bobine électro-magnétique alimentée par un circuit de détection de la vitesse de rotation de l'alternateur et/ou de l'intensité débitée -par l'alternateur. 6 - Alternateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le contacteur mécanique est commandé par un dispositif centrifuge placé sur un organe lié pour son mouvement au rotor de l'alternateur. 7 - Alternateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la détection de la vitesse de rotation de l'alternateur s'effect-ue en mesurant la tension induite dans un enroulement auxiliaire excité par une ferrite, tel que celui que l'on trouve dans un capteur magnetique/de veffl icule sutomobíle. b - Alternateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'organe interrupteur est un thyristor dont l'état conducteur ou bloqué est déterminé par un courant produit par un circuit de détection de la vitesse de rotation du rotor de l'alternateur et/ou de l'intensité débitée par l'alternateur. 9 - Alternateur selon l'une des revendications 5 ou b, caractérisé par le fait que la détection de la vitesse de rotation de l'alternateur s'effectue par la détection de la fréquence du signal électrique pris aux bornes de l'une des diodes d'un des ponts redresseurs. 10 - Alternateur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le circuit de détection de vitesse utilisé comporte un prélèverent de tension sur une des diodes de l'un des ponts redresseurs de l'alternateur, une mise en forme de la tension crénelée prélevée, l'injection du signal mis en forme dans un multivibrateur dont la tension de sortie est proportionnelle à la fréquence du signal injecté,et et enfin l'introduction de ladite tension de sortie du multivibrateur dans un circuit amplificateur à seuil, la sortie dudit circuit amplificateur à seuil étant reliée à l'alimentation de l'organe interrupteur associé au circuit de détection. 11 - Alternateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le contacteur mécanique est-commandé manuellement par l'utilisateur du véhicule sur lequel est monté l'alternateur, le en couplagejparallèle des deux enroulements étant établi lorsqu'il est nécessaire d'obtenir une forte puissance, par exemple pour alimenter une servitude momentanément mise en oeuvre.