Brevet FR2294578A1 — publié le 19760709

La présente invention concerne un générateur de courant alternatif, notamment un alternateur pour véhicules automobiles comportant un ensemble d'enroulements de phase décalés électriquement entre eux de 1200 et faisant partie du,stator, un ensemble redresseur branché en série avec l'ensemble d'enroulements de phase et comportant des diodes de charge positive, des diodes de charge negative et des diodes d'excitation ainsi qu'un ensemble d'enroulement d'excitation placé de préférence dans le rotor. Des alternateurs servant à l'alimentation d'un chargeur de batterie et d'autres appareils de consommation installés dans des véhicules automobiles sont entratnés dans une très large plage de vitesses de rotation. A cet égard, il est à noter que la tension de sortie de l'alternateur doit cependant rester constante, ce qui est résolu d'une façon générale à l'aide d'un régulateur de tension. Comme le montre la courbe caractéristique d'vun générateur de courant alternatif de type connu, pour une tension de sortie constante, le courant de sortie du générateur augmente d'abord fortement en produisant une courbe ayant A peu près la forme d'une parabole horizontale. Dans le domaine des vitesses supérieures, le courant de sortie n' augmente cependant encore que faiblement et il est par conséquent limité. Si on augmente le nombre de spires par phase de l'enroulement de stator du générateur, le courant de sortie se stabilise déjà à une vitesse assez faible du rotor et on ne peut obtenir que de faibles courants de sortie dans la plage supérieure de vitesses. On a par conséquent été obligé de chercher un compromis permettant à un générateur de fournir un courant de sortie suffisant dans la plage des basses vitesses et de fournir un courant aussi grand que possible dans la plage des vitesses supérieures.L'expérience a montré que des générateurs qui satisfont aux conditions imposées de puissance dans la plage des basses vitesses fonctionnent cependant dans la plage des vitesses supérieures en-dessous des températures de service atteintes dans la plage des basses vitesses. Cela constitue une indication que ces générateurs ne sont pas complètement utilisés dans la plage des hautes vitesses. On connais des dispositifs dans lesquels l'enroulement de stator est commuté èn fonction de la vitesse de rotation du rotor d'un mode de branchement en triangle dans un mode de branchement en étoile. On connaît également des dispositifs dans lesquels 63 fférentes spires du stator sont commutées d'un mode de branchement en étoile dans un mode de branchement en série. Ces dispositifs nécessitent une dépense relativement grande en moyens de commande. En outre, il se Produit, lors de la commutation, de fortes sautes de tension. Ces sautes de tension atteignent des valeurs qui sont égales à un multiple de la tension nominale du générateur. En conséquence, des incidents connus tels qu'un court-circuitage des spires, une connexion à la masse, peuvent produire, dans le cas d'une commutation répétée, une destruction des diodes redresseuses. L'invention a en conséquence pour but d'améliorer la puissance et le rendement d'alternateurs dans la plage des vitesses supérieures à l'aide d'une technique de commande d'un type nouveau - notamment pendant la marche de l'alternateur. En conséquence, l'invention concerne un générateur de courant alternatif, notamment un alternateur pour véhicules automobiles comportant un ensemble d'enroulements de phase décalés électriquement entre eux de 1200 et faisant partie du stator, un ensemble redresseur branché en série avec l'ensemble d'enroulements de phase et comportant des diodes de charge positive, des diodes de charge négative et des diodes d'excitation ainsi qu'un ensemble d'enroulements d'excitation placé de préférence dans le rotor, le générateur étant caractérisé en ce que l'ensemble d'enroulements de phase comporte pour chaque phase un enroulement partiel comportant des extrémités sortant séparément et en ce que chacun des enroulements partiels est branché en série avec un pont redresseur à deux voies qui comporte des diodes de charge positive, des diodes de charge négative et un jeu propre de diodes d'excitation. L'invention permet une meilleure alimentation en énergie ds véhicules. Le générateur selon l'invention présente un rendement supérieur à celui des générateurs classiques. Pour une même puissance de sortie, on a affaire à un générateur d'un plus petit volume et d'un poids plus faible que ceux des générateurs classiques et, en outre, on obtient une meilleure possibilité de montage, notamment dans des véhicules automobiles. Le fait que les différentes solutions connues n'aient pas pu être mises en pratique est imputable à des raisons économiques et techniques. Les solutions connues font intervenir un grand nombre d'éléments de commande qui doivent être dimensionnés en partie ou intégralement en fonction du courant maximal à produire. Pendant le processus de commutation, les enroulements de phase du générateur sont séparés l'un de l'autre, ce qui équivaut à une décharge complète du générateur; l'énergie magnétique accumulée dans le rotor ne peut cependant pas être momentanément dissipée et, en conséquence, il peut se produire dans les enroulements du stator des tensions élevées pouvant conduire à la destruction précitée des éléments semiconducteurs. L'invention permet de remédier à tous ces inconvénients. Le générateur selon l'invention comporte un stator pourvu d'un enroulement triphasé. Du fait que les bornes d'enroulement sont reliées au pont redresseur, le générateur selon l'invention constitue un système à trois phases. Une caractéristique de ce circuit est que, dans le cas d'un générateur fortement sollicité et qui fonctionne dans une large gamme de vitesses, on obtient dans la plage des vitesses supérieures une meilleure caractéristique qu'avec un générateur classique qui comporte des enroulements de stator branchés en triangle. La raison en est que la troisième harmonique de tension se produisant aux vitesses élevées et aux charges élevées engendre un courant de troisième harmonique pour lequel le branchement en triangle représente un enroulement de courtcircuit. Ce courant produit dans les générateurs classiques des pertes supplémentaires dans le cuivre qui se manifestent par un échauffement de l'enroulement de phase, par une augmentation de la résistance de l'enroulement et qui engendrent une réduction de puissance. Dans le cas du générateur selon l'invention, il ne peut pas se produire de courant de troisième harmonique car les enroulements de phase sont séparés l'un de l'autre, en ce qui concerne les courants de la troisième harmonique, par le dispositif redresseur. Suivant un autre mode avantageux de la réalisation du générateur selon l'invention, le circuit à trois phases peut être converti en un circuit en étoile pur. Dans la plage des basses vitesses, l'enroulement du stator est branché en étoile et, après ouverture des ponts de commande de dispositif de commutation, le générateur fonctionne encore suivant un mode à trois phases. La commutation entre le branchement en étoile et le branchement à trois phases et inversement peut être réalisée par différents moyens, par exemple en fonction du courant de charge, en fonction de la vitesse de rotation, en fonction de la fréquence ou bien de la température ou bien également manuellement. Suivant un autre exemple de réalisation de l'invention, la commutation entre le mode de fonctionnement en étoile et le mode de fonctionnement en trois phases peut s'effectuer également graduellement et on obtient alors une transition continue entre la courbe caractéristique correspondant au branchement en étoile et la courbe caractéristique correspondant au branchement en trois phases. Les moyens de commutation peuvent être constitués par des ponts de contacts mécaniques et également par des semi-conducteurs commandés, des transducteurs, des selfs, des circuits oscillants ou des résistances à coefficient de température positif. Tous ces exemples de réalisation sont utilisables dans des générateurs à bagues collectrices, dans des générateurs sans bagues collectrices ou bien dans des générateurs à aimants permanents. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après et aux dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - La figure 1 représente un premier et un second exemple de réalisation du générateur selon l'invention; - La figure 2 représente un troisième exemple de réalisation du générateur selon l'invention; - La figure 3a montre comment les ponts de commande peuvent être constitués par un ensemble de redresseurs commandés; - La figure 3b montre un autre mode de réalisation des ponts de commande; - Les figures 4a, 4b et 4c montrent des circuits qui ne nécessitent aucune commande exterieure, la figure 4a montrant un circuit à selfs, la figure 4b montrant un dispositif de commutation, la figure 4c montrant un autre exemple de réalisation du dispositif de commutation. La figure 1 représente un premier exemple de la réalisation du générateur selon l'invention. Un dispositif redresseur comporte trois diodes de charge positive 1 et trois diodes de charge négative a qui sont branchées d'une manière classique et qui sont reliées respectivement à la borne de sortie positive et à la borne de sortie négative du générateur. En outre, le dispositif redresseur comporte trois diodes d'excitation 3. Un ensemble d'enroulements de phase 4 est divisé en trois enroulements partiels 4a, 4b, 4c, qui sont décalés électriquement de 1200 les uns par rapport aux autres. L'une des extrémités de chaque enroulement partiel 4a, 4b, 4c est reliée à l'anode d'une diode de charge positive 1, à la cathode d'une diode de charge négative 2 et à l'anode d'une diode d'excitation 3. En parallèle au dispositif redresseur décrit ci-dessus, il est prévu un second dispositif redresseur qui comporte également trois diodes de charge positive 1', trois diodes de charge négative 2' et trois diodes d'excitation 3'.Les secondes extrémités d'enroulements partiels 4a, 4b, 4c sont respectivement reliées à l'anode d'une de ces diodes de charge positive supplémentaires 1', à la cathode d'une diode de charge négative supplémentaire 2' et à l'anode d'une diode d'excitation supplémentaire 3'. Le générateur selon l'invention comporte dans l'exemple considéré encore un enroulement d'excitation 5 qui est relié d'une part à la borne de sortie négative du générateur et d'autre part, par l'intermédiaire d'un régulateur de tension 6, aux cathodes des diodes d'excitation 3, 3'. Les cathodes des diodes d'excitation 3, 3' sont en outre reliées par l'intermédiaire d'une combinaison en série d'un contacteur d'allumage 7et d'une lampe de contrôle de charge 8 à la borne de sortie positive du générateur. Une combinaison en série d'une charge 9 et d'un commutateur de charge 11 ainsi que d'une batterie 10 est reliée aux deux bornes de sortie du générateur. Le générateur décrit ci-dessus est prdt à fonctionner et présente tous les avantages essentiels de l'invention. On a représente également sur la figure 1 un autre exemple de réalisation de l'invention. Les secondes extrémités des parties 4a, 4b, 4c de l'enroulement de phase 4 sont respectivement reliées à un pont de contact 12a, 12b, 12c d'un dispositif de commutation 12. Les autres contacts des ponts 12a, 12b, 12c sont reliés entre eux. Lorsque les ponts de contacts 12a, 12b, 12c du dispositif de commutation 12 sont fermés, le branchement à trois phases du premier exemple de la réalisation est converti en un branchement en étoile. La commutation du dispositif la peut s'effectuer de différentes manières. Sur la figure 1, cette commutation est assurée à l'aide d'un dispositif à relais sensible à un courant 13. Le dispositif 13 réagit au courant de sortie du générateur, c'est-à-dire au courant de charge. Lorsque le générateur branché en étoile fournit un courant de sortie, qu'il peut également fournir à cette vitesse dans le mode de branchement à trois phases, le dispositif 13 actionne le dispositif de commutation 12, les ponts de contacts 12a, 12b, 12c sont ouverts et le générateur fonctionne non pas dans le mode de branchement en étoile mais dans le mode de branchement à trois phases. Lorsque le courant de charge ou la vitesse continuent à augmenter, le générateur reste dans le mode de branchement à trois phases. Cependant, lorsque la vitesse et/ou le courant de charge diminuent, le générateur revient dans le mode de branchement en étoile. Sur la figure 2, on a représenté un troisième exemple de réalisation du générateur selon l'invention. On a désigné des parties identiques par les mêmes références numériques. Ce troisième exemple se différencie du second en ce que le dispositif de commutation 12 ne comporte que deux ponts de commande 12a, 12b, 12c. Le troisiéme pont de commande est 'remplacé par un simple conducteur. On voit que le mode de, fonctionnement de ce dispositif est le me me que dans le second exemple. Sur la figure 3a, on a indiqué-que les ponts de commande 12a, 12b et le cas échéant 12c peuvent être constitués par un dispositif comportant des redresseurs commandes 14. La figure 3b montre que les ponts de commande 12a, 12b et le cas échéant 12c sont constitués par des amplificateurs magnétiques 15. L'impédance des amplificateurs magnétiques 15 est une fonction du courant de charge et de la vitesse de rotation du générateur. Les dispositifs de commande 12 des exemples de réalisation des figures 3a et 3b doivent être excités de ltextérieur. Sur les figures 4t à 4c, on a représenté des dispositifs de commande 12 qui ne nécessitent pas d'excitation extérieure. Ces dispositifs de commande 12 permettent d'obtenir une courbe caractéristique continue. Le dispositif de commande 12 de la figure 4a contient une self 16 dont l'impédance est fonction de la vitesse de rotation du générateur. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4b, il est prévu un dispositif de commutation la qui comporte des circuits oscillants pourvus de bobines 17 et de condensateurs 18; l'impédance des circuits oscillants 17, 18 est également une fonction de la vitesse de rotation du générateur. Sur la figure 4c, on a représenté un exemple de réalisation dans lequel le dispositif de commutation 12 comporte des résistances 19 à coefficient de température positif; la valeur ohmique de la résistance 19 est une fonction de la température, cette résistance 19 étant avantageusement placée à l'intérieur du générateur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Générateur de courant alternatif, notamment un alternateur pour véhicules automobiles comportant un ensemble d'enroulements de phase décalés électriquement entre eux de 1200 et faisant partie du stator, un ensemble redresseur branché en série avec l'ensemble d'enroulements de phase et comportant des diodes de charge positive, des diodes de charge négative et des diodes d'excitation, ainsi qu'un ensemble d'enroulement d'excitation placé de préférence dans le rotor, générateur caractérisé en ce que l'ensemble d'enroulements de phase (4) comporte pour chaque phase un enroulement partiel (4a, 4b, 4c) comportant des extrémités sortant séparément et en ce que chacun-des enroulements partiels est branché en série avec un pont redresseur à deux voies qui comporte des diodes de charge positive (1, 1'), des diodes de charge négative (2, 2') et un jeu propre de diodes d'excitation (3, 3'). 20) Générateur de courant alternatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enroulements partiels (4a, 4b, 4c) sont reliés entre eux par une de leurs extrémités à l'aide d'un dispositif de commutation (12). 30) Générateur de courant alternatif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de commutation (12) comporte à chaque extrémité d'enroulement un pont de commande (12a, 12b, 12c). 40) Générateur de courant alternatif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de commutation (12) comporte deux ponts de commande (12a, 12b) dont un contact est relié à une extrémité d'enroulement (4a, 4b) et dont les autres contacts sont reliés à la troisième extrémité d'enroulement (4c). 50) Générateur de courant alternatif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de commutation (12) peut être excité par le courant de sortie du générateur par l'intermédiaire d'un dispositif à relais (13). 60) Générateur de courant alternatif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les ponts de commande (12a, 12b, 12c) sont constitués par des thyristors (14) (figure 3a). 70) Générateur de courant alternatif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les ponts de commande (12a, 1Zb, 12c) sont constitués par des amplificateurs magnétiques (15) (figure 3b). 80) Générateur de courant alternatif selon l'une quelconque des revendications 2 à-5, caractérisé en ce que les ponts de commande (12a, lZbt 12c) sont constitués par des résistances inductives, de préférence par des selfs (16) (figure 4a). 90) Générateur de courant alternatif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les ponts de commande (12a, 12b, 12c) sont constitués par des circuits oscillants (17, 18) (figure 4b). 100) Générateur de courant alternatif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les ponts de commande (laya, 12b, lac) sont constitués par des résistances (19) dont la valeur ohmique est fonction de la température.