Brevet FR2462048A1 — publié le 19810206

Les besoins en énergie électrique des véhicules automobiles sont de plus en plus importants du fait des equipements nouveaux dont ils sont pourvus :commandes électriques (fermetures de portes - lève vitres ...) moto-ventilateur, dispositifs de dégivrage et désembuage dispositifs de climatisation, dispositifs lumineux supplémentaires dus au respect de certaines dispositions règlementaires (feux de détresse - circulation en feux de croisement de nuit dans les agglomérations feux anti-brouillard...). Par ailleurs, on a constaté que la demande en énergie électrique du véhicule est maximale lorsque son parcours est du type urbain. C'est en effet dans ces conditions d'utilisation que les signaux lumineux sont le plus souvent mis en oeuvre et que la climatisation est utilisée au maximum. Or une circulation urbaine d'un véhicule automobile est une circulation à basse vitesse de rotation du moteur et statistiquement on a constaté que le régime du moteur était inférieur à 2.000 tours par minute pendant la presque totalité du temps de circulation du véhicule. La source d'énergie électrique d'une automobile est un alternateur. Les caractéristiques des alternateurs connus sont telles qu'aux régimes de rotation du moteur du véhicule en circulation urbaine (la rotation de l'alternateur étant liée à la rotation du moteur) le débit de l'alternateur n'est généralement pas suffisant pour satisfaire tous les besoins et la batterie d'accumulateurs est sollicitée. En outre un alternateur classique n'amorce sa production de courant qu'aux alentours de 1000 tours/minute de vitesse de rotation du rotor ce qui correspond sensiblement à la vitesse de ralenti du moteur. Le débit reste très faible aux régimes moteur les plus utilisés en cycle urbain.Le débit normal d'un alternateur est en effet atteint pour des vitesse de rotation rotor de l'ordre de 8000 tours/minute, c'est-à-dire unrégime moteur de l'ordre de 5 à 6000 tours/minute. L'une des solutions pour augmenter le débit d'un alternateur aux basses vitesses consiste a surdimensionner ce dernier et à entraîner le rotor de l'alternateur à une vitesse environ deux fois supérieure à celle du moteur (rapport de transmission égal par exemple à 2). Dans ces conditions la production d'électricité est nettement supérieure aux besoins pour des conditions de circulation sur route ou autoroute. I1 s'ensuit une mauvaise exploitation globale des possibilités de l'alternateur qui, surdimensionné est d'un encombrement, d'un poids et d'un prix de revient sensiblement préjudiciables. Parmi les inconvénients de cette solution il faut en noter un relatif au rendement global de l'alternateur. En effet, pour que le point d'amorçage de l'alternateur soit le plus bas possible en vitesse de rotation du rotor il importe de disposer d'un enroulement induit avec un nombre de spires important et donc une section relativement faible du fil enroulé. On sait par ailleurs que l'une des pertes importantes d'un alternateur est la perte de l'induit par effet joule. Ainsi un tel alternateur voit son rendement global s'établir autour de 40 %. Enfin un alternateur doit être assorti d'un ventilateur de refroidissement pour dissiper ces pertes. Le fonctionnement optimal d'un tel ventilateur (rapport efficacité/consommation) est voisin de 2.500 tours/minute. Au-delà sa consomation croit rapidement et constitue un facteur d'abaissement du rendement de la source d'énergie électrique disponible pour le véhicule. Un alternateur à bas point d'amorçage est assorti d'un ventilateur qui en condition de circulation sur outre consomme une grande énergie pour un pouvoir refroidissant peu supérieur à celui obtenu entre 2000 et 3000 tours/minute. La présente invention entend apporter une solution originale et beaucoup plus satisfaisante en ce qui concerne les conditions de fonctionnement de l'alternateur, au problème du surcroit de demande d'énergie aux basses vitesses. A cet effet, elle a pour objet un perfectionnement aux alternateurs pour véhicules automobiles dans lesquels le rotor est actionné en rotation au moyen d'un mécanisme de transmission attelé en rotation à l'arbre de sortie du moteur dudit véhicule. Selon une caractéristique principale de l'invention ledit mécanisme de transmission comporte un premier dispositif diccouplement du rotor à l'arbre du moteur selon un premier rapport de transmission, un second dispositif d'accouplement du rotor à l'arbre du moteur selon un second rapport de transmission supérieur audit premier rapport, par le moyen d'un multiplicateur de vitesse et un dispositif de commande automatique de l'embrayage sélectif des premier et second dispositifs d'accouplement de manière qu'en dessous d'une valeur déterminée de la vitesse de rotation du rotor, l'entrainement de ce dernier soit assuré par le second dispositif d'accouplement dans le second rapport susdit, alors qu'au dessus de cette valeur, l'entrainement du rotor soit assuré par le premier dispositif d'accouplement dans le premier rapport susdit. Alors que le mécanisme de transmission susdit est constitué par une poulie menante calée sur l'arbre du moteur, une courroie, et une poulie menée coaxiale au rotor de l'alternateur, de manière connue en elle-même, les premier et second dispositifs d'accouplement sont disposés entre ladite poulie menée et le rotor. De manière préférée, le second dispositif d'accouplement est constitué par un train d'engrenages épicycloidal comportant une couronne dentée susceptible d'être rendue fixe par rapport au stator, un pignon central coaxial au rotor et susceptible d'être lié en rotation au rotor et par des pignons satellites engrenant avec la couronne et le pignon susdits, portés à rotation par un porte-satellite, susceptible d'être d'entre entrainé en rotation par la poulie menée susdite, tandis qu'un mécanisme d'embrayage est placé entre l'un des éléments du train épicycloidal et l'organe auquel il doit être lié, les autres éléments étant effectivement solidarisés respectivement aux autres organes.Dans un premier mode de réalisation, le premier dispositif d'accouplement sera constitué par un mécanisme d'embrayage dont l'un des éléments est solidaire de la poulie menée, l'autre élément étant solidaire du rotor alors que dans un second mode de réalisation ledit premier dispositif d'accouplement susdit sera constitué par un organe du genre roue-libre. L'invention sera mieux comprise au cours de la description donnée ci-après à titre d'exemple purement indicatif et un limitatif qui permettra d'en dégager les avantages et les caractéristiques secondaires. I1 sera fait référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 illustre schématiquement un premier mode de réalisation du perfectionnement selon l'invention - la figure 2 montre par un schéma une variante de ce mode de réalisation - la figure 3 est l'illustration schématique d'une seconde variante de la figure 1 - la figure 4 montre un second mode de réalisation possible de l'invention. En se reportant tout d'abord à la figure 1, on voit un moteur 1 de véhicule automobile dont un arbre de sortie 2 entrain en rotation une poulie menante 3. Une courroie 4 relie cette poulie 3 à une poulie menée 5 coaxiale à l'arbre 6 d'un rotor d'alternateur dont tonna représenté que partiellement la carcasse 7 fixe. La poulie 5 porte au moyen de tourillons 8 des pignons satellites 9 engrenant avec une couronne dentée 10 fixe par rapport à l'arbre 6 (ici solidaire de la carcasse 7) et avec un pignon central 11. Ledit pignon 11 est susceptible d'être lié en rotation a l'arbre 6 au moyen d'un dispositif d'accouplement 12 (ici un embrayage à disques) connu en lui-même. La poulie 5 est également susceptible d'être accouplée directement à l'arbre 6 au moyen d'un dispositif d'accouplement 13 (également un embrayage à disques). Un dispositif de commande automatique de l'un ou l'autre des dispositifs d'accouplement 12 ou 13 est représenté sous la forme d'un patin 14 mobile axialement par rapport à l'arbre 6 et possédant une première face d'appui (de friction) 14a tournéeen direction du dispositif 12 et une deuxième face 14b tournée en direction du dispositif 13. Un organe élastique 15 (ici un ressort) tend à plaquer la face 14a contre les disques du dispositif d'accouplement 12. Des billes 16 (par exemple 3 réparties à 1200) sont en contact avec une surface 14c du patin 14 inclinée de manière que sous l'effet de la rotation de l'ensemble, la force centrifuge F à laquelle sont soumises les billes 16 engendre un effort axial A sur le patin 14 opposé à l'effort du ressort 15, et surmontant ce dernier à partir d'une vitesse de rotation prédéterminée (par exemple 2000 tours par minute) de l'arbre du moteur 2. A ce propos on notera que le patin 14 est lié en rotation à la poulie 5, donc à l'arbre 2 dans un ra pport fixe de transmission. La couronne 10 et les pignons 9, 11 forment un train d'engrenages dpicycloidal multiplicateur de vitesse. Le rapport de multiplication peut être par exemple 4/1 entre la poulie 3 et l'arbre 6, c'est-à-dire en incorporant la multiplication pouvant préexister entre les poulies3 et 4. Aussi pour une vitesse de rotation de la poulie 3 de 400 tours/minute, la vitesse de rotation de l'arbre 6 est de 1600 tours/minute. En effet, à cette vitesse l'effort du ressort 15 est prépondérant sur l'effort A susdit et le dispositif 12 est embrayé alors que le dispositif 13 est débrayé. Lorsque la vitesse de la poulie 3 aura atteint 2000 tours/minute, l'effort A susdit l'emportera sur la force du ressort 15. L'arbre 6 sera alors désaccouplé du pignon 11 et sera accouplé par le dispositif 13 directement à la poulie. Ce changement d'accouplement provoquera un changement de rapport de transmission entre la poulie 3 et l'arbre 6. Ainsi avant le changement l'arbre 6 tourne à environ 8000 toursvminute. En supposant que le rapport de transmission entre les poulies 5 et 3 est de 2/1 la poulie 5 tourne à 4000 tours/minute. Au moment du changement, il se produit un ralentissement de l'arbre 6 freiné par les forces de frottement nées dans le dispositif 13. L'arbre 6 atteindra alors la vitesse de la poulie 5 plus ou moins rapidement selon que l'accélération de la poulie 2 sera plus ou moins rapide. Aussi lorsque la poulie 2 tournera à 2500 tours/minute, l'arbre 6 et la poulie S'tourneront en synchronisme à 5000 tours/mihute. On voit qu'avec une telle disposition, l'alternateur tourne entre 3 et 4000 tours/minute pour des vitesses moteur de 750 à îqoo tours/minute c'est-à-dire pour des régimes de ralenti. Le débit de l'alternateur à ces vitesses est très voisin du débit nominal, et la quantité d'électricité fournie peut suffire grandement aux besoins du véhicule par exemple en circulation urbaine. On notera que la multiplication des vitesses de rotation permet alors de mettre en oeuvre un alternateur possédant des bobinages d'induit de gros diamètre et avec un nombre réduit de spires ce qui permet de diminuer notablement les pertes par effet joule. En effet de tels alternateurs présentent l'inconvénient d'avoir un point d'amorçage à vitesse élevée (de l'ordre de 2000 tours/minute).Dans le cas de l'invention, ce point correspond à une vitesse de rotation du moteur sensiblement égal 500 tours/minute ce qui est inférieur à son régime de ralenti. L'inconvénient mentionné n'obère donc pas un bon fonctionnement de tels alternateurs adaptés comme dans l'invention. I1 s'ensuit que le perfectionnement de l'invention permet de disposer d'un alternateur à rendement global amélioré. Au delà d'une vitesse de rotation du moteur égale à 2000tours/minute, le rapport de transmission passe de 4 à 2 par exemple. Or généralement la ventilation de l'alternateur est assurée par un ventilateur calé sur l'arbre 6 du rotor. La vitesse de rotation du ventilateur est donc égale à celle de l'arbre et on voit d'une part que dans le rapport de transmission supérieur une bonne ventilation est assurée car au ralenti la vitesse de rotation ventilateur est de l'ordre de 3 à 4000 tours/minute qui est une vitesse optimale, ce qui est nécessaire compte-tenu du fait que la production d'électricité est voisine du débit nominal, et d'autre part qu'avec le rapport de transmission le plus bas on évite de faire tourner le ventilateur à hautes vitesses auxquelles il devient un très grand consommateur d'énergie et amoindrit les performances globales de l'installation. Les figures 2 et 3 illustrent très schématiquement les variantes possibles de réalisation du perfectionnement de l'invention notamment en ce qui concerne la commande des dispositifs d'embrayage. Certains éléments de ces figures sont ceux déjà décrits précédemment avec les mêmes références. Ainsi sur la figure 2 le patin 14 est conformé en un piston enfermé dans le cylindre 17 fixe qui peut être alimenté par un fluide sous pression lorsque la rotation du moteur atteint le seuil prédéterminé. Alors le rappel du patin effectué par le ressort 15 contre le dispositif 12 est contrarié et le fluide sous pression commande le serrage des disques de l'embrayage 13. Sur la figure 3, le patin 14 est constitué par le noyau mobile d'un électroaimant dont l'enroulement reçoit deux courants distincts selon que la vitesse du moteur est supérieure ou inférieure au seuil susdit. Le noyau est alors maintenu par les courants contre l'un ou l'autre des dispositifs d'embrayage. On peut également envisager un noyau 14 et un ressort de rappel s'appliquant contre le dispositif 12, jusqu'à ce qu'un effet électromagnétique inverse l'applique contre le dispositif 13. Enfin, sur la figure 4 on a représenté partiellement un second mode de réalisation dans lequel le dispositif d'accouplement direct de la poulie 5 à l'arbre 6 est constitué par une roue libre 19 à billes ou à galets, ou plus généralement tout dispositif de transmission d'une rotation dans un seul sens. Sur cette figure également on retrouve certains des organes précédemment décrits avec les mêmes références,Le dispositif d'accouplement de la poulie 5 à l'arbre 6 par le moyen du multiplicateur 9,10,11 planétaire est placé entre le carter 7 de l'alternateur et un élément 20 portant la couronne 10 et monté fou sur l'arbre 6. A basse vitesse le patin 14 est poussé par le ressort 15 contre les disques 21 de liaison du carter 7 à à l'élément 20 qui est donc rendu fixe. La poulie 5 formant porte satellite pour les pignons 9 entrain donc l'arbre 6 dans le rapport de transmission le plus élevé. Lorsque la vitesse de rotation des billes 16 (qui sont portées par le patin 14 lié en rotation à la poulie 5) est suffisante, la composante axiale de la force centrifuge à laquelle elles sont soumises comprime le ressort 15 et débraye les disques 21. L'arbre 6 ralentit par l'effet des frottements jusqu'à être pris en charge par la poulie au moyen du dispositif à roue libre 19. Le perfectionnement aux alternateurs objet de l'invention permet d'ajuster la courbe du débit de l'alternateur (en fonction du régime du moteur) aux données statistiques de besoins électriques du véhicule selon son régime. Ainsi la courbe du débit présente un maximum dans la zone des faibles régimes, alors que la demande est statistiquement importante pour en suite délivrer un débit moindre (du fait du changement de la vitesse de rotation de l'alternateur) la demande ayant également baissé. En outre, ce perfectionnement permet la mise en oeuvre d'alternateurs ayant un rendement global plus élevé et qui sont mieux ventilés avec une consommation d'énergie moindre. Enfin, l'encombrement, le poids et donc le prix de revient de l'installation selon l'invention sont réduits. A titre d'exemple on indiquera gu'un alternateur perfectionné selon l'invention délivrant une tension de 14 Volts, sous débit nominal de 45 Ampères, avec une impédance de 4 ohms dont le point d'amorçage se situe aux alentours de 1300 tours/minute (du rotor) fournit une quantité d'électricité d'environ 60 Ampères heure dans des conditions d'utilisation urbaine du véhicule, c'est-à-dire, statistiquement à faible régime moteur alors que le même alternateur monté usuellement avec un rapport de transmission unique égal à 2 fournit une quantité d'électricité égale sensiblement à 30 Ampères heure. Dans ce qui précède on a pris 2 et 4 comme valeurs possibles de rapport de transmission. Bien entendu on peut choisir d'autres valeurs sans sortir du cadre de l'invention, ces dernières pouvant être dictées par la technologie de l'alternateur. En outre, la description ci-dessus met en oeuvre des embrayages à disques, ce qui n'exclut pas du champ de l'invention des embrayages de nature différentes (à cônes, à masselottes centrifuges...). L'invention trouve une application intéressante dans le domaine de l'industrie des accessoires pour l'automobile. Elle n'est pas limitée à la description qui vient d'en être donnée mais ouvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui être apportées sans sortir de son cadre ni de son esprit. C'est ainsi notamment que dans la description précédente, le mécanisme d'embrayage appartenant au second dispositif d'accouplement était placé soit entre le pignon 11 et l'arbre 6 soit entre la couronne 10 et la couronne 7. Bien entendu ce mécanisme d'embrayage peut être placé entre un porte-satellite équipé des tourillons 8 et la poulie menée 5, la couronne 10 étant solidaire dans ce cas de la couronne 7 et le pignon'11 étant solidaire de l'arbre 6. - REVENDICATIONS 1. Perfectionnement aux alternateurs pour véhicules automobiles dans lesquels le rotor est actionné en rotation au moyen d'un mécanisme de transmission attelé en rotation à l'arbre de sortie du moteur dudit véhicule, caractérisé en ce que ledit mécanisme de transmission comporte un premier dispositif d'accouplement du rotor à l'arbre du moteur selon un premier rapport de transmission, un second dispositif d'accouplement du rotor à l'arbre du moteur selon un second rapport de transmission supérieur audit premier rapport, par le moyen d'un multiplicateur de vitesse et un dispositif de commande automatique de l'embrayage sélectif des premier et second dispositifs d'accouplement de manière qu'en dessous d'une valeur déterminée de la vitesse de rotation de l'arbre du moteur, l'entrainement de ce dernier soit assuré par le second dispositif d'accouplement dans le second rapport susdit, alors qu'au dessus de cette valeur, l'entrainement du rotor soit assuré par le premier dispositif d'accouplement dans le premier rapport susdit. 2. Perfectionnement aux alternateurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme de transmission susdit est constitué par une poulie menante calée sur l'arbre du moteur, une courroie et une poulie menée coaxiale au rotor de l'alternateur, de manière connue en elle-même, et en ce que les premier et second dispositifs d'accouplement sont disposés entre ladite poulie menee et le rotor. 3. Perfectionnement aux alternateurs selon la revendication 2 caractérisé en ce que le second dispositif d'accouplement est constitué par un train d'engrenages épicycloldal comportant une couronne dentée extérieure susceptible d'être rendue fixe par rapport au stator,un pignon central coaxial au rotor et susceptible d'être lié en rotation à ce dern-ier et des pignons satellites engrenant avec la couronne et le pignon susdits, portés à rotation par un porte-satellite susceptible d'être fixé en rotation à la poulie menée susdite, un mécanisme d'embrayage étant placé entre l'un des éléments du train épicycloidal et l'organe auquel il doit être lié, les autres éléments étant effectivement solidarisés respectivement aux autres organes. 4. Perfectionnement aux alternateurs selon la revendication 3 caractérisé en ce que le mécanisme d'embrayage susdit est placé entre le pignon central et l'arbre du rotor. 5. Perfectionnement aux alternateurs selon la revendication 3 caractérisé en ce que le mécanisme d'embrayage susdit est placé entre la couronne dentée et le carter de l'alternateur 6. Perfectionnement aux alternateurs selon la revendication 3 caractérisé en ce que le mécanisme d'embrayage est placé entre le porte-satellite et la poulie menée susdite. 7. Perfectionnement aux alternateurs selon la revendication 3 caractérisé en ce que le premier dispositif d'accouplement est constitué par un mécanisme d'embrayage dont l'un des éléments est solidaire de la poulie menée, l'autre élément étant solidaire du rotor. 8. Perfectionnement aux alternateurs selon la revendocation 3 caractérisé en ce que le premier dispositif d'accouplement susdit est constitué par un organe du genre roue-libre. 9. Perfectionnement aux alternateurs selon l'une quelconque des revendications 3 à 8 caractérisé en ce que le dispositif de commande automatique susdit est constitué par un patin de friction mobile le long de l'axe du rotor et soumis aux effets antagonistes axiaux d'un organe élastique agissant dans le sens de l'embrayage du second dispositif d'accouplement et du débrayage du premier, et d'un mécanisme engendrant un effet contraire de celui de l'organe élastique agissant dans le sens de l'embrayage dudit premier dispositif d'accouplement et du débrayage dudit second dispositif, l'intensité de cet effet l'emportant sur celle de l'effet de l'organe élastique pour une vitesse de rotation du rotor supérieure à la valeur déterminée susdite. 10. Perfectionnement aux alternateurs selon la revendication 9 caractérisé en ce que le mécanisme engendrant ledit effet contraire à celui de l'organe élastique est un mécanisme centrifuge. 11. Perfectionnement aux alternateurs selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit mécanisme d'effet contraire à celui de l'organe élastique estun piston porteur dudit patin soumis à l'effet de l'organe élastique et à l'effet d'un fluide sous pression. 12. Perfectionnement aux alternateurs selon la revendication 9 caractérisé en ce que le mécanisme susdit s'opposant à l'effet de l'organe élastique est le noyau mobile d'un électro aimant.