Brevet FR2244286A1 — publié le 19750411

On sait que l'alimentation électrique des véhicules automobiles est souvent assurée par une batterie dont la charge est maintenue grâce à un alternateur de petite puissance, monophasé ou triphasé, dont la sortie est redressée par un pont de diodes. Un régulateur règle le courant dSexcitation de ltalternateur afin que la tension de sortie de ce dernier soit sensiblement égale à la tension nominale de la batterie.On a constaté qutil pouvait être intéressant de disposer sur un véhicule automobile d'une source de tension continue ayant un potentiel différent de celui de la source correspondant à la batterie, ce potentiel pouvant avantageusement être variable en fonction de la vitesse de rotation du moteur. la présente invention a pour but de décrire un alternateur permettant d'obtenir une telle source de tension complémentaire. La présente invention a pour objet un alternateur de petite puissance, monophasé ou polyphasé, destiné en particulier à être utilisé pour ltalimentation électrique d'un véhicule automobile en étant branché, par 11 intermédiaire d'au moins un pont redresseur, aux bornes de la batterie dudit véhivule, ledit alternateur comportant d'une part un bobinage de rotor, et d'autre part au moins un bobinage principal de stator connecté au pont redresseur branché aux bornes de la batterie, caractérisé par le fait qutil comporte un enroulement de stator complémentaire bobiné dans au moins deux encqches du stator, un deuxième pont redresseur étant associé à cet enroulement complémentaire et étant connecté à une utilisation ne demandant qutun courant faible par rapport au courant produit dans le bobinage principal de stator. Dans un mode préféré de réalisation, l'alternateur selon l'invention comporte un bobinage principal de stator polyphasé, de préférence triphasé, et ltenroulement de stator complémentaire est bobiné dans les mimes encoches que l'une des phases du bobinage principal de stator. Une caractéristique importante de ltenroulement de stator complémentaire de l'alternateur selon l'invention est de ne débiter qu un courant relativement faible par rapport au courant produit dans le bobinage principal de stator. On sait qu'au cours du fonctionnement de ltalternateur, il se produit une réaction- d'induit provoquée par le courant qui traverse le bobinage de stator, lteffet de cette réaction d'induit étant surtout sensible à à haute vitesse et à fort débit.La réaction d'induit affecte egalement 11 enroulement de stator complémentaire, mais de façon beaucoup plus faible que le bobinage principal de stator en raisondu faible courant qui le traverse , ledit enroulement complémentai re est donc peu affecté par la chute de tension due à sa résistance interne et sa self de fuite. En conséquence, la tension aux bornes de l'enroulement de stator complémentaire a tendance à augmenter avec la vitesse et la présente invention a également pour but d'utiliser cette caractéristique du courant de l'enroulement complémentaire de stator de l'alternateur pour certaines applications sur les véhicules automobiles. La présente invention a donc également pour objet un véhicule automobile comportant un alternateur tel que ci-dessus dé fil ni, caractérisé par le fait que le pont redresseur associé à l'enroulement de stator complémentaire est branché en série avec la batterie du véhicule pour alimenter l'enroulement d2excita-tion de 1 alternateur. On conçoit que, sur un véhicule tel que ci-dessus indiqué, on puisse améliorer de façon sensible le débit de l'alterna- teur à grande vitesse. En effet, pour un alternateur de type classique, le débit est limité à vitesse élevée par la réaction d'induit, celle-ci ne pouvant plus castre compensée par les ampèrestours d'excitation. Lorsque la vitesse de rotation de l'alterna- teur augmente, la tension produit aux bornes du pont redresseur associé à ltenroulement du stator complémentaire augmente égale- ment et, étant donné que ledit enroulement est disposé en série avec la batterie, la tension d'excitation de l'alternateur augmente ce qui permet de compenser au moins partiellement la réaction d1 induit. La présente invention a enfin pour objet un véhicule automobile comportant un alternateur tel que ci-dessus défini, caractérisé par le fait que le pont redresseur associé à 11 enroulement de stator complémentaire est disposé en série avec la batterie pour alimenter le bobinage primaire d'au moins une bobine d'allumage du véhicule. I1 est clair qu'un véhicule tel que ci-dessus défini permet de pallier l'un des inconvénients des dispositifs d'allumage à décharge de self. En effet, lorsque l'on ferme le rupteur qui permet l'alimentation électrique du bobinage primaire de la bobine d'allumage, le courant ne s'établit pas instantanément dans ledit bobinage primaire en raison de la constante de temps de ce bobinage. Ce phénomène n1 est pas sensible pour des vitesses de rotation faibles du moteur, mais à forte vitesse il provoque une chute de la tension secondaire et, par conséquent, un allumage peu satisfaisant. Ce phénomène peut être évité, selon l'invention, en augmentant la tension d'alimentation du bobinage primaire au fur et à mesure de l'augmentation de la-vitesse de rotation du moteur. Cette augmentation de la tension d'alimentation du bobinage primaire de la bobine d'allumage est obtenue en mettant en série l'enroulement de stator complémentaire et la batterie pour l'alimentation dudit bobinage primaire. Une telle disposition permet d'améliorer l'allumage des bougies du moteur du véhicule automobile équipé selon l'invention. Pour mieux faire comprendre lt objet de l'inventiony on va en décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, deux modes de mise en oeuvre représentés sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente schématiquement le câblage électrique d'un alternateurselon l'invention dont l'enroulement de stator complémentaire est disposé en série avec la batterie pour ltali- mentation du bobinage de rotor de l'alternateur ; - la figure 2 représente-la courbe de débit de l'alternateur de la figure 1 comparée à la courbe correspondante du mamie alternateur non-équipé d'enroulement de stator complémentaire ; - la figure 3 représente schématiquement le câblage électrique d'un alternateur selon l'invention dont l'enroulement de stator complémentaire est mis en série avec la batterie pour alimenter le bobinage primaire d'une bobine d'allumage ; ; - la figure 4 représente les courbes de tension d'allumage obtenues avec la bobine d'allumage du dispositif de la figure 3 com parées à la courbe obtenue en 5 ltabsence dSenroulement de stator complémentaire. En se référant aux figures 1 et 2, on voit que l'on a désigné par 1 dans son ensemble un alternateur selon l'invention. L'alternateur 1 comporte un bobinage d'exeitation 2 disposé dans le rotor et un bobinage principal de stator 3 comportant trois phases en étoile. L'alternateur 1 1 comporte un stator à trente-six encoches et chaque phase du bobinage 3 est constituée de 12 bobines de Il spires de fil de cuivre de 1,25 mm de diamètre. L'alternateur 1 comporte, en outre, un enroulement de stator complémentaire 4 bobiné dans les mêmes encoches que l'une des trois phases du bobinage 3 ; l'enroulement 4 est constitue de 12 bobines de sept spires de fil de cuivre de o,63 mm de diamètre. Les trois phases du bobinage 3 reliées en étoile débitent sur un pont redresseur désigné par 5 dans son ensemble. Le pont 5 comporte six diodes 6 et ses sorties sont branchées aux bornes de la batterie 7 du véhicule. Aux bornes de ladite batterie sont également branchés les différents appareils qui constituent les éléments utilisateurs de courant du véhicule, l'ensemble de ces appareils ayant été schématisé en 8 sur le dessin. Entre le pont redresseur 5 et la batterie 7 est interposé un régulateur électromécanique 9 de type classique comportant une bobine électromagnétique dont le noyau 10 est entouré par deux bobinages 11 et 12 et attire une lame vibrante 13 se déplaçant entre deux contacts 14 et 15.Le régulateur 9 étant de type classique ne sera pas-décrit plus en détail dans la présente description mais tous ses élé- ments sont représentés sur la figure 1. L5enroulement de stator complémentaire 4 est relié à un pont redresseur 16 comportant 4 diodes 17. L'une des sorties du pont redresseur est connectée au bobinage d'excitation 2 et 1taux tre sortie est connectée à la lame vibrante 13 du régulateur 9. On constate donc que la tension continue obtenue aux bornes du pont redresseur 16 se trouve placée en série avec la batterie 7 pour l'alimentation du bobinage d'excitation 2. Quand la vitesse de rotation du rotor de 11 alternateur 1 augmente, ledit alternateur commence à débiter dès que la tension aux bornes du pont redresseur 5 devient légèrement supérieure à la tension nominale de la batterie 7 ; si la batterie 7 a une tension nominale de 12 volts, l'alternateur commence à débiter à environ 14 volts et la tension, qui apparatt alors aux bornes du pont 16, est d'environ 2 volts, de sorte que la tension d'excitation du bobinage 2 est alors d'environ 16 volts. Si la vitesse de ltalte- nateur 1 augmente, la tension aux bornes du pont redresseur 16 augmente progressivement de 2 volts à 1200 tours/mn jusqutà environ 10 volts à 8000 tours/mn.Il en résulte que la tension aux bornes du bobinage d'excitation 2 augmente de 16 volts à 1200 tours/mn jusqu a environ 24 volts à 8000 tours/mn. Cette augmentation de la tension d'excitation permet de compenser en partie la réaction d'induit dont l'effet se fait sentir à haute vitesse et cette compensation se traduit sur les courbes de la figure 2. La courbe 18 correspond à l'alternateur représenté sur la figure 1 alors que la courbe 19 correspond au même alternateur sans l'en- roulement complémentaire 4 de stator et, bien entendu, sans pont redresseur 16.On constate que le démarrage du débit de l'alternateur se fait dans les deux cas à la mebme vitesse et que le débit obtenu avec ltalternateur selon l'invention est toujours supérieur, quelle que soit la vitesse, à celui obtenu avac la configuration de type classique. Le gain en courant à environ 8000 tours/mn est de l'ordre de 28%. I1 convient de noter que le dispositif selon l'invention permet de compenser la chute du courant d'excitation due à ltaug- mentation de la résistance de la bobine d'excitation provoquée par ltéchauffement de la machine en cours de fonctionnement. Il est elair que, pour un véhicule équipé selon le schéma de la figure 1, on peut util-iser n importe quel type de régulateur, qu'il s'agisse d'un régulateur électromécanique comme cidessus indiqué ou d'un régulateur électronique. En se référant-maintenant à la figure 3, on voit que l'on a désigné par 21 dans son ensemble un alternateur selon l'invention comportant un bobinage d'excitation 22 disposé dans le rotor et un bobinage triphasé 23 de stator, les trois phases étant montées en étoile et étant connectées à un pont redresseur désigné par 25 dans son ensemble. Le pont redresseur 25 est constitué de six diodes 26 et ses sorties sont reliées aux bornes de la batterie 27 du véhicule. On a schématisé en 28 les différents appareils utilisateurs de courant du véhicule, cette charge 28 étant branchée aux bornes de la batterie 27. Entre le pont redresseur 25 et la batterie 27, on a disposé un régulateur 29 identique au régulateur 9 décrit en détail pour le dispositif de la figure 1. L'alternateur 21 comporte un stator à trente six encoches, chaque phase du bobinage 23 étant constituée de 12 bobines de îl spires de fil de cuivre de 1,25 mm-de diamètre. Le stator comporte également en enroulement complémentaire 24 bobiné dans les memes encoches que l'une des trois phases du bobinage 23 ; cet enroulement-complémentaire comporte douze bobines de 7 spires de cuivre de 0,63 mm de diamètre. Le bobinage 24 est connecté à un pont redresseur 36 constitué de quatre diodes 37. Les sorties du pont redresseur 36 sont reliées~l'une à la borne de la batterie 27 qui ntest pas connectée à la masse et l'autre, par l'intermédiaire d'une résistance 20 de 1,1 ohms, à la borne d'alimentation du bobinage primaire 40 d'une bobine d'al lumage 41 dont le bobinage secondaire a été désigné par 42. L'extrémité du bobinage primaire qui n'est pas relié au pont redresseur 36 est connectée au rupteur 43 d'un distributeur d'allumage associé à la bobine 41, un condensateur 44 étant placé en parallèle entre les bornes du rupteur 43. Le bobinage primaire 40 est constitué de 260 spires de fil de cuivre de 0,45 mm de diamètre. Le bobinage secondaire 42 est constituetl9.0oo spires de fil de cuivre de O,OSmm de diamètre. Lorsque la tension aux bornes du pont redresseur 25 atteint une tension légèrement supérieure à la tension nominale de la batterie 27, l'alternateur 21 commence à débiter ce qui correspond à une vitesse d'environ 1000 tours/mn pour le moteur. A 1200 tours/mn, on constate aux bornes du pont redresseur 36 l'exis- tence d'une tension de 2 volts : la tension appliquée aux bornes du bobinage primaire 40 de la bobine d'allumage 41 est la somme de la tension aux bornes de la batterie et de la tension aux bornes du pont redresseur 36, ctest-à-dire environ 16 volts pour une bat- terie de tension nominale égale à 12 volts. Lorsque la vitesse de rotation de l'alternateur 21 augmente, la tension aux bornes du pont redresseur 36 augmente également jusqu'à atteindre environ 10 volts pour une vitesse de rotation du moteur de 8000 tours/mn. La tension aux bornes du bobinage primaire 40 passe donc de 16 volts à 24 volts environ ce qui permet, malgré la constante de temps relative aux bobinages de la bobine 41, de disposer, aux fortes vitesses de rotation, d'une tension d'allumage supérieure à celle que l'on obtiendrait sans la présence de l'enroulement complémentaire 24. Cette amélioration due à la présence de l'enroulement de stator complémentaire 24 est illustrée sur la figure 4 où la courbe 38 donne la tension Vs aux bornes du bobinage secondaire 42 en fonction de la vitesse de rotation du distributeur d'allumage (qui est égale à la moitié de la vitesse de rotation du moteur). La courbe 39 représente l'évolution de la tension Vs pour un dispositif analogue ne comportant pas d'enroulement de stator complémentaire 24. On constate que l'utilisation d'un alternateur selon l'invention permet d'obtenir une augmentation d'environ 7 kV de la tension allumage quelle que soit la vitesse de rotation du moteur ce qui permet d'éviter les ratés- d'allumage aux grandes vitesses de rotation. I1 est bien entendu que les modes de réalisation ci-des sus ne sont aucunement limitatifs et pourront donner lieu à toute modification désirable, sans sortir pour cela du cadre de l'inven- tion. REVENDICATIONS 1 - Alternateur de petite puissance, monophasé ou polyphasé, destiné en particulier à être utilisé pour l'alimentation électrique d'un véhicule automobile en étant branché, par 11 intermédiaire d'au moins un pont redresseur, aux bornes de la batterie dudit véhicule, ledit alternateur comportant d'une part un bobinage de rotor, et d'autre part au moins un bobinage principal de stator connecté au pont redresseur branché aux bornes de la batterie, caractérisé par le fait qu'il comporte un enroulement de stator complémentaire bobiné dans au moins deux encoches du stator, un deuxième pont redresseur étant associé à cet enroulement complémentaire et dtant connecté à une utilisation ne demandant qu'un courant faible par rapport au courant produit dans le bobinage principal de stator. 2 - Alternateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bobinage principal de stator est polyphasé,de préférence triphasé, et que l'enroulement de stator complémentaire est bobiné dans les mêmes encoches que l'une des phases du bobinage principal de stator. 3 - Véhicule automobile comportant un alternateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le pont redresseur associé à ltenroulement de stator complémentaire est branché en série avec la batterie du véhicule pour alimenter 1' enroulement d'excitation de l'alternateur. 4 - Véhicule automobile comportant un alternateur selon l'une des revendications 1 ou 2,.caractérisé par le fait que le pont redresseur associé à l'enroulement de stator complémentaire est disposé en série avec la batterie pour alimenter un bobinage primaire d'au moins une bobine d'allumage du véhicule.