Brevet FR2374766A1 — publié le 19780713

la présente invention concerne les génératrices rotatives entralnées mécaniquement et plus précisément le dispositif d'excitation préalable d'une génératrice électrique à autoexcitation entrainée par un moteur à combustion interne ayant un circuit d'allumage du.type à magnéto. Les génératrices électriques à a-uto-excitation comportent normalement un enroulement rotatif dle citation alimenté par un enroulement de sortie par l'intermédiaire de redresseurs. Dans les alimentations de secoursou de réserve dténergie électrique, de telles génératrices sont habituellement entrainées par des moteurs à combustion interne ayant des circuits d'allumage du type à magnéto. -Jusqu'à présent, certaines de ces génératrices ont fonctionné par mise en oeuvre de l'aimantation résidUelle du noyau de la bobine d'excitation popr la transmission d'une tension suffisant à l'enroulement de sortie de la génératrice pour que la bobine d'excitation soit elle-même alimentée à la valeur nécessaire pour que la génératrice fonctionne à pleine puissance. l'un des problèmes-posés par ces génératrices est que, lorsqu'elles ont été au repos,l'aimantation résiduelle de la bobine d'excitation.peut ne pas suffire à l'excitation des enroulements de sortie et à la création d'une tension suffisamment élevée pour qu'elle dépasse la chute detension dans le sens direct des redresseurs et assure l'autô-excitation de la bobine d' excitation. La perte' d'aimantation résiduelle. peut aussi se présenter lorsque le moteur s'arrête, soit intentionnellement soit par manque de carburant, alors qu'une charge importante est alimentée par la génératrice. I1 apuaratt parfois un flux démagnétisant qui passe dans-le circuit magnétique et élimine ainsi l'aimantation résiduelle du circuit. lorsque la source d'énergie doit etre utilisée en cas de panne d'électricité ou à des emplacements éloignés qui ne disposent pas d'alimentation électrique, la génératrice ne peut pas donner le moindre signal même si elle est entralnée à sa vitesse normale.par le moteur à combustion interne. On a propose, de remédier à cet inconvénient par utilisation d'une batterie pour l'alimentation de la bobine d'excitation mais, lorsque l'opérateur de la source d'énergie ne dispose pas d'une bonne batterie, il ne peut obtenir le moindre signal de la génératrice. Ainsi, jusqu'à présent, on a formé de façon classique le noyau de la bobine d'excitation en acier qui possède la propriété de conserver une aimantation résiduelle importante pendant de longues périodes. les aciers utilisés habituellement contiennent des quantités importantes de chrome et ils sont très couteux par rapport aux aciers habituellement utilisés pour la formation des noyaux des génératrices électriques. Dans une variante, on utilise de l'acier électrique ordinaire pour le noyau de la bobine d'excitation, et on incorpore un petit aimant permanent au noyau. Cette disposition est coûteuse et n'est pas absolument fiable. L'utilisation d'acier à teneur élevée en chrome pour la réalisation du noyau de la bobine d'excitation qui est habituellement le rotor, provoque aussi un gaspillage de matière. Ainsi, lorsque les couches du noyau du stator qui sont habituellement formées d-'acier électrique de qualité inférieure, sont découpées par poinçonnage, la partie centrale ne peut pas être utilisée. l'invention concerne un arrangement permettant l'utilisation des aciers électriques ordinaires dans le noyau de la bobine d'excitation, un dispositif simple à action positive assurant l'alimentation de la bobine d'excitation de manière que le signal de sortie de la génératrice puisse assurer l'autoexcitation de la bobine d'excitation. L'invention concerne une génératrice électrique dont le noyau de la bobine d'excitation est formé d'une matière qui ne possède pas une aimantation résiduelle suffisante pour qu'elle crée dans les enroulements de sortie de la génératrice une tension qui suffit à l'auto-excitation de l'enroulement d'excitation, cette génératrice coopérant avec un moteur à combustion interne ayant un circuit d'allumage à magnéto à aimant mobile selon l'invention, une bobine à plusieurs spires est placée sur le noyau de la magnéto du moteur combustion interne relié à l'enroulement d'excitation par un redresseur, cette bobine ayant une tension de sortie suffisante, lorsque le moteur tourne à sa vitesse nominale, pour qu'elle dépasse la chute de tension dans le sens direct du redresseur et alimente la bobine d'excitation d'une manière suffisante pour que l'enroulement de sortie de la génératrice puisse assurer l'auto-excitation de la bobine d'excitation par l'intermédiaire d'un dispositif redresseur convenable. Un tel enroulement de la magnéto du moteur à combustion interne transmet habituellement de l'énergie sous forme de courtes impulsions et en outre, selon l'invention, des condensateurs montés en parallèle avec la bobine d'excitation accumulent l'énergie des impulsions jusqu'à ce que la. bobine d'excitation soit excitée à la valeur nécessaire, la génératrice pouvant alors devenir auto-excitée. L'invention concerne essentiellement un arrangement permettant l'excitation de la bobine d'excitation d'une genéra- trice à auto-excitation à une tension. suffisante pour que la génératrice soit effectivement auto-excitée. Elle concerne aussi un arrangement destiné à l'excitation initiale de la bobine d'excitation dune. génératrice à auto-excitation, la matière du noyau de la-bobine-d'excitation-pouvant etre formée-de couches d'acier électrique peu coûteux. Elle concerne aussi un arrangement destiné à l'alimen station de la bobine d'excitation d'une génératrice électrique à auto-excitation dont la matière du noyau de la bobine de champ n'est pas obligatoirement formée d'acier coûteux capable de conserver une aimantåtion résiduelle importante pendant de longues périodes de non-utilisation. D'autres -caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel la figure 1 est un Scnema électrique représentant un mode de réalisation avantageux d'arrangement selon-l'invention la figure 2 est une vue en plan d'une partie du circuit d'allumage à magnéto d'un moteur à combustion interne de type classique, -%ortant la bobine selon l'invention montée sur lui ; et. la figure 3 -estune élévation du circuit à magnéto de la figure après retrait de l'aimant d'excitation. Sur le dessin qui ne représente qu'un mode de réalisation avantageux de l'invention donné à titre purement illustratif, la figure 1 représente une génératrice électrique A et le circuit B d'allumage à magnéto d'un moteur à combustion interne classique comprenant une bobine C alimentée par intermittence et une diode D selon l'invention. La construction de la génératrice A est de type relativement classique et n'entre pas dans le cadre de l'invention. Ainsi, la génératrice A peut avoir un nombre quelconque d'en roulemen de sortie, un seul enroulement 10 étant représenté à titre illustratif. Cet enroulement 10 est normalement l'enroulement du stator de la génératrice A et il est formé sur un noyau feuilleté classique 11 de stator. Ses bornes sont reliées aux bornes d'entrée alternatives d'un redresseur 12 à deux alternances par des fils 8 èt 9.La génératrice comprend aussi une bobine classique 14 d'excitation reliée à des fils 15 et 16 par l'intermédiaire de bagues collectrices 17 et 18, Les fils 15 et 16 sont eux-mêmes reliés aux bornes continues du redresseur. '(a bobine 14 a un noyau 20 monté sur un arbre rotatif non representé. La caractéristique nouvelle principale est que la matière du noyau 20 peut hêtre formée de couches d'acier électrique, ces couches restant après poinçonnage -à la forme voulue des couches du stator destinées à former le noyau 11. Le circuit B d'allumage à magnéto représenté est aussi classique et comprend un noyau 30 formé d'un empilement de couches ayant en général une forme en E, en plan, avec des branches 31, 32, 33 tournées vers l'exterieur par rapport à l'axe de rotation, les extrémités des branches se trouvant sur un cercle dont le centre se trouve sur l'axe de rotation. Les bobines d'allumage comprennent un primaire coaxial 35 et des secondaires non représentés montés sur la branche 32. Un aimant permanent 37 ayant des pâles Nord et Sud, N, S distants de la largeur circonférielle mesurée entre les extrémités des branches adjacentes 31, 32, 33 peut tourner afin qu'il passe très près des extrémités'des branches. Ce mouvement provoque la création d'une tension dans le primaire 35. Des vis platinées 38 ou contacts de rupteur montés en parallèle avec un condensateur 39 assurent la rupture du courant dans le primaire 35 et la création d'une tension d'allumage élevée dans le secondaire du circuit à magnéto. Selon l'invention, la bobine C à fonctionnement intermittent est montée sur l'une quelconque des trois branches 31, 32 et 33 du noyau 30. L'une des bornes 42 de cette bobine est reliée au fil 15 et ainsi à l'enroulement 14 d'excitation par l'intermédiaire de la bague collectrice 18. l'autre borne 43 de la bobine C est reliée par la diode D au fil 16 et ainsi à la bobine 14 par l'intermédiaire de la bague collectrice 17. La branche 33 est préférable mais non indispensable, car une pointe de tension supplémentaire apparaît du fait de la disparition du champ lorsque les vis platinées. sont ouvertes. La disposition de la bobine sur la branche 31 nécessite un plus grand nombre de spires pour l'obtention d'une même tension et l'espace occupé pose un problème. La polarité de la diode D est telle que le fil 16 a la meme polarité que celle du courant reçu des redresseurs 12. Lors du fonctionnement, lorsque le moteur à combustion interne est mis en route, l'enroulement d'excitation et le noyau de la génératrice tournent. En l'absence d'aimantation résiduelle dans le noyau 20, aucune tension n'est créée dans l'enroulement 10 et l'enroulement d'excitation n'est pas alimenté. Cependant, lorsque l'aimant 37 passe au niveau des branches 31, 32 du noyau 30, le flux provenant d'un pôle de l'aimant passe dans le noyau vers l'autre pôle. Lorsque l'aimant se déplace et provoque le passage des branches 32, 33, ce flux s inverse. Lorsque le flux s inverse, les vis platinées 38 s'ouvrent et provoquent la création d'une tension élevée dans le secondaire de la magnéto. En outre, lorsque le flux s'inverse, une tension est créée dans la bobine C, avec une valeur qui dépasse la chute de tension dans le sens direct de la diode D et une impulsion de forte énergie est transmis-e à la bobine 14 d'excitation et au condensateur 39. A chaque tour du moteur à-combustion interne, une impulsion d'énergie est créée et l'énergie est conservée dans le condensateur 39 puis. transmise à la bobine 14 jusqu a ce qwe la tension créée aux bornes de cette bobine suffise à l'apparition dans l'enroulement 10 de sortie d'une tension qui dépasse la chute de tension dans le sens direct des redresseurs 12. Ensuite, l'enroulement 10 de sortie alimente la bobine 14 d'excitation et la génératrice devient auto-excitée.Lorsque la tension de sortie de la génératrice augmente, la tension aux bornes de la bobine 14 dépasse la tension créée dans l'enroulement C et la diode D se trouve polarisée en inverse. L'enroulement C est ainsi mis automatiquement hors circuit. La matière du noyau de la bobine d'excitation peut être perméable magnétiquement, Far exemple sous forme d'acier à teneur faible ou élevée en carbone, mais il s'agit de préférence d'acier électrique ordinaire formé de couches empilées. La caractéristique essentielle selon l'invention est qu'il n'est pas nécessaire que la matière ait une aimantation résiduelle suffisant à l'excitation des enroulements de sortie avec une tension qui suffit à la réalimentation de la bobine d'excitation. La définition de la matière par les caractéristiques qu'elle doit posséder est difficile, mis à part qu'elle doit être perméable magnétiquement et doit de préférence posséder une perméabilité magnétique aussi élevée que possible de façon rentable. Il est plus commode de définir la matière par une caractéristique qu'elle ne possède pas. Ainsi, si la matière ne possède pas une aimantation résiduelle suffisante après la suppression-d'un champ d'aimantation si bien que la bobine d'excitation doit être alimentée par une source extérieure d'énergie (par exemple une batterie d'accumulateurs ou une autre génératrice continue ou dynamo ou la bobine d'un fonctionnement intermittent selon l'invention), lorsque la génératrice est mise en route après un arrêt d'une certaine durée, la matière rentre dans le cadre de l'invention. Ainsi, le fait que le noyau de la bobine d'excitation a une aimantation résiduelle n'a aucune importance. Il est tout a fait superflu-qu'une batterie de réserve soit utilisée dans le cas ou la bobine d'excitation a une aimantation résiduelle qui est tombée au-dessous d'une valeur critique nécessaire pour que la génératrice puisse être auto-excitée. Les figures 2 et 3 sont une vue en plan et une élévation de l'ensemble à magnéto d'un moteur à combustion interne classique "Eohler" de 7,5 kW. La bobine C est représentée sur la branche 33 et, dans un mode de réalisation avantageux, elle est formée de 30 spires de fil de cuivre isolé pour bobinage nO 24.La tension en circuit ouvert de cette bobine lorsque le moteur tourne à une vitesse de 3700 trimin a une forme d'onde périodique de période égale à 16,25 millisecondes et d'amplitude positive de crête de 6 V, avec une durée d'impulsion de 1,6 milliseconde. feux impulsions négatives sont disposées de part et d'autre de cette ipulsion positive et ont chacune une durée de 1,6 milllseconde et une amplitude de 2,5 et 3,5 V au maximum. Lorsque l'enroulement C est relié par l'intermédiaire de la diode D comme représenté sur la figure 1, une impulsion dé courant pouvant atteinare 15.A à sa valeur maximale et ayant une durée de 1,6 milliseconde et une période-de 16,25 millisecondes peut etre obtenue. Ces impulsions de courant provoquent la formation d'une onde triangulaire aux bornes du condensateur 39, avec une tension moyenne de 2 V continus qui suffit à l'exci- tation suffisante de l'enroulement 14 d'excitation pour que la tension créée aux bornes de l'enroulement 10 suffise à l'autoexcitation de l'enroulement 14, la bobine C étant alors retirée du circuit par polarisation en inverse de la diode D. la bobine utilisée selon l'invention peut entre unique ou peut comprendre en fait plusieurs bobines. Dans le présent mémoire, les termes "excitation" et "alimentation" sont utilisés de façon interchangeable. REVENDICATI ONS 1. Génératrice auto-excitée destinée à être entraînée par un moteur à combustion interne et comprenant une bobine d'excitation et au moins une bobine de sortie, chaque bobine ayant un noyau perméable magnétiquement et étant mobile par rapport à l'autre, et un premier redresseur ayant au moins une borne d'entrée alternative reliée à la borne de sortie de la bobine de sortie et au moins une borne de sortie de courant continu reliée à la bobine d'excitation, le moteur à combustion interne associé à la génératrice ayant un circuit d'allumage à magnéto comprenant un aimant rotatif qui se déplace par rapport à un noyau perméable magnétiquement et sur lequel sont montés les enroulements de la magnéto qui comprend aussi des vis platinées destinées à la com::ande de l'allumage, ladite génératrice étant caractérisée en ce que le noyau de la bobine d'excitation est formé d'une matière perméable magnétiquement, ayant une aimantation résiduelle qui ne suffit pas à l'excitation de la bobine de sortie à.une tension qui suffit à l'autoexcitation de la bobine d'excitation lorsque les bobines de la génératrice commscent à se déplacer l'une par rapport à l'autre après un arret, et la génératrice comprend une bobine à plusieurs spires montée sur le noyau de la magnéto afin qu'une tension soit induite-dans cette bobine lors du déplacement de l'aimant, un second redresseur, et un dispositif reliant les bornes de la bobine à plusieursspiresà la bobine d'excItat'or par l'inter- médiaire du second redresseur, avec une polarité Identique à celle que donne le premier redresseur, si bien que la rotation du moteur à combustion interne provoque la création dans la bobine à plusieurs spires d'une tension qui assure l'alimentation initiale de la bobine d'excitation à une valeur telle que ltenroulement de sortie est à une tension suffisante de sortie pour qu'il alimente la bobine dlexcitation par l'intermédiaire du premier redresseur 2. Génératrice selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un condensateur monté en parallèle à la bobine d'excitation.