Brevet FR2510319A1 — publié le 19830128

La présente invention concerne les alternateurs, et en particulier les alternateurs destinés à être utilisés comme génératrices de courant à bord de véhicules. Comme on le sait, l'intensité du courant qui peut être produit par un tel alternateur lorsque la vitesse de rotation du moteur, et donc celle du rotor, est très élevée, est limitée par le nombre de spires des enroulements En d'autres termes, aux vitesses élevées de rotation, afin que l'alternateur puisse pro- duire un courant plus intense, il faut que l'enroulement de l'induit de l'alternateur soit réalisé avec un petit nombre de spires Cette solution présente cependant l'inconvénient qu'aux faibles vitesses la production de courant est insuffisante Pour obtenir des courants d'intensité suffisante aux faibles régimes de vitesse, il faudrait en fait des enroulements réalisés avec beaucoup de spires. Afin de réaliser des alternateurs pour véhicules automobiles aptes à produire de forts courants à des régimes élevés et, en même temps, des courants d'intensité satisfaisant également aux faibles régimes, on a proposé de subdiviser l'enroulement d'induit en deux demi-enroulements destinés à être reliés en série aux faibles régimes de vitesse et en parallèle aux autres régimes. La figure Ides dessins annexés illustre un alterna- teur classique du type décrit ci-dessus Dans cette figure, on a représenté par 1 et 2 deux demi-enroulements d'induit triphasé, à montage en étoile Les bornes du demi-enroulement 1 sont reliées aux bornes d'entrée d'un premier circuit redresseur à double alter- nance 3, par exemple du type à pont de Graetz De manière analogue, les bornes du demi-enroulement 2 sont reliées aux bornes d'entrée d'un second circuit redresseur 4, celui-ci également à pont de Graetz Deux diodes 5, 6 sont reliées en série respectivement aux circuits redresseurs 3 et 4 La branche de circuit comprenant le circuit redresseur 3 et la diode 5 est reliée en parallèle à la branche de circuit comprenant la diode 6 et le circuit redresseur 4, entre deux bornes 7, 8 auxquelles est disponible en sortie, à l'emploi, la tension produite par l'altenateur et redressée par les circuits 3, 4 On a indiqué par 9 un relais comprenant un contact mobile 10 et une bobine d'excitation 11 reliée à un circuit de com- mande 12 Le circuit de commande 12 comprend des capteurs propres à relever la vitesse de rotation du moteur et des moyens de comparai- son pour fournir à la bobine 11 un courant d'excitation lorsque la vitesse de rotation du moteur est inférieure à une valeur pré- établie Dans ce cas, l'excitation de la bobine détermine la ferme- ture du contact mobile 10 et la liaison de l'anode de la diode 5 avec la cathode de la diode 6 Dans cette situation, les demi- enroulements 1, 2 se trouvent reliés en série entre eux à travers le contact 10 et les diodes 5, 6 ne conduisent pas de courant Le contact 10 est parcouru par un courant continu qui peut prendre également des intensités élevées. Si la vitesse de rotation du moteur s'élève au-dessus d'une valeur préétablie, le circuit de commande 12 détermine la désexcitation du relais 9 et l'ouverture du contact 10 Dans cette situation, les demi-enroulements 1, 2 se trouvent reliés entre eux en parallèle. La figure 2 des dessins annexés illustre graphiquement l'allure du courant maximal I qui peut être produit par un alterna- teur, en fonction de la vitesse de rotation N (tours par unité de temps) Dans cette figure, la courbe A est relative à un alterna- teur dont l'enroulement d'induit est réalisé avec beaucoup de spires, tandis que la courbe B est relative à un alternateur dont l'enroulement d'induit a un nombre de spires plus faible Pour l'alternateur classique, illustré à la figure 1, la courbe caractéristique est représentée par le premier tronçon de la courbe A de la figure 2 (pour des valeurs de N inférieures à N) et par le second tronçon de la courbe B (pour des valeurs N supé- rieures à no) La valeur N O représente la vitesse de rotation à laquelle a lieu la commutation du relais 9 Lorsque ce relais est excité, les demienroulements 1,2 sont reliés en série et équivalent à un enroulement réalisé avec beaucoup de spires Lorsque le relais 9 est désexcité, ces demi-enroulements sont reliés entre eux en paral- lèle et équivalent un seul enroulement réalisé avec un nombre de spires plus faible. L'alternateur classique illustré à la figure 1 pré- sente quelques inconvénients En premier lieu, le relais 9 est appelé à interrompre mécaniquement un courant continu qui peut prendre une intensité assez élevée Ceci présente les inconvénients typiques des dispositifs commutateurs électromécaniques, tels que, par exemple, la possibilité de production d'arcs ou du collage des contacts, une faible vitesse de commutation, etc Ce relais ne peut pas être facilement remplacé par un dispositif commutateur à semi- conducteur, par exemple par un thyristor, car celui-ci serait appelé à interrompre des courants continus et non pas des courants alter- natifs pour lesquels il est conçu. En second lieu, les diodes 5, 6, qui sont conductrices lorsque les demienroulements 1, 2 sont reliés en parallèle entre eux, sont appelées à supporter le passage de courant continu d'inten- sité notable et présentent l'inconvénient d'une dissipation élevée et d'un coût non négligeable. L'objet de la présente invention est de réaliser un alternateur, en particulier pour véhicules automobiles, du type ci-dessus spécifié, qui permette de remédier aux inconvénients des alternateurs connus jusqu'à présent. En vue de réaliser l'objet ci-dessus, la présente invention a pour objet un alternateur comprenant un enroulement d'induit subdivisé en deux demienroulements reliés chacun aux bornes d'entrée d'un circuit redresseur respectif à double alter- nance, et des moyens d'interruption à deux états reliés auxdits circuits redresseurs et aptes, dans un premier état, à relier les- dits demi-enroulements en série entre eux et, dans un second état, à relier lesdits demi-enroulements en parallèle entre eux, caractérisé en ce que lesdits moyens commutateurs comprennent des dispositifs interrupteurs à semi-conducteur, dont chacun relie une borne d'un demi- enroulement avec une borne correspondante de l'autre demi-enroulement, de telle manière que, lorsque lesdits dispositifs interrupteurs à semi- conducteur se trouvent dans leur premier état, les forces électromotrices produites dans les deux demi-enroulements ci-dessus mentionnés sont en phase et s'additionnent. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront à la description détaillée qui va suivre en réfé- rence aux dessins annexés, dans lesquels: 10319 la figure 1 déjà décrite représente un circuit d'un alternateur selon la technique antérieure; la figure 2 déjà décrite représente graphiquement l'allure du courant maximal I produit par un alternateur en fonc- tion de la vitesse de rotation N portée en abscisses; et la figure 3 représente schématiquement un circuit d'un alternateur selon l'invention. Dans la forme de réalisation illustrée à la figure 3, les deux demienroulements 1, 2 d'induit d'un alternateur ont les bornes respectives A, B C et A', B', C' reliées aux bornes d'entrée d'un premier et d'un second redresseuren pont de Graetz, 3, 4 res- pectivement, reliés en parallèle entre eux, entre deux bornes de sortie 7, 8 On a indiqué par 14 trois thyristors dont chacun a l'anode reliée à une borne du premier demi-enroulement 1 et la cathode reliée à une borne de l'autre demi-enroulement 2 Les gâchettes des thyristors 14 sont reliées à un circuit de commande 112 de type classique, apte à déterminer l'amorçage desdits thyristors 14 lorsque la vitesse de rotation du moteur du véhicule automobile est inférieure à une valeur prédéterminée. Les demi-enroulements 1, 2 sont de type triphasé et, en particulier, le demi-enroulement 2 est en opposition de phase par rapport au démienroulement 1 En d'autres termes, les phases des deux demi-enroulements ont des sens cycliques opposés. Lorsque l'on effectue le branchement des deux demi- enroulements 1, 2 au moyen des thyristors 14, il faut éviter que les phases analogues se trouvent reliées entre elles (autrement, le thyristor qui les relie ne pourra jamais devenir conducteur) Dans l'exemple de la figure 3, on a réalisé le branchement suivant A, B, C, > C', A', B' Un autre mode possible'de branchement serait, par exemple,le suivant: A, B, C, B', C', A' Au contraire, il faut éviter, par exemple, les modes de branchement suivants: A, B, C, -u A', C', B' A, B, C, > B', A', C', etc. L'alternateur de la figure 3 fonctionne de la manière suivante. Lorsque la vitesse de rotation du moteur du véhicule est inférieure à une valeur prédéterminée, le circuit de commande 112 détermine l'amorçage des thyristors 14 Dans cette situation, les demi-enroulements 1, 2 sont reliés en série de telle manière que les forces électromotrices produites dans ceux-ci s'additionnent entre elles en phase Les demi-enroulements 1, 2 reliés en série entre eux équivalent à un seul enroulement ayant un nombre de spires élevé. De ce fait, aux faibles régimes de vitesse, la production de courant par l'alternateur a lieu sensiblement selon le premier tronçon de la courbe A représentée à la figure 2. Lorsque la vitesse de rotation du moteur du véhicule dépasse la valeur prédéterminée, le circuit de commande 112 déter- mine le désamorçage des thyristors 14 En conséquence, les demi- enroulements 1, 2 de l'alternateur se trouvent maintenant reliés en parallèle entre eux et équivalent à un enroulement unique ayant un nombre de spires plus réduit, par rapport à la situation illustrée précédemment Dans ces conditions, la production de courant par l'alternateur a lieu sensiblement selon la seconde partie de la courbe caractéristique B illustrée à la figure 2. L'alternateur selon l'invention présente divers avan- tages En premier lieu, on élimine tous les inconvénients intrin- sèques des dispositifs de commutation électromécaniques utilisés jusqu'à présent dans les alternateurs du type classique En second lieu, par rapport à la solution illustrée à la figure 1, on élimine les diodes de blocage 5, 6 qui, comme on l'a indiqué ci-dessus, créaient des problèmes notables de dissipation de chaleur. Bien entendu, le principe de l'invention restant inchangé, on pourra faire varier largement les formes de mise en oeuvre et les détails particuliers de réalisation par rapport à ce qui a été décrit et illustré ci-dessus à titre d'exemple non limi- tatif, sans pour autant s'écarter du cadre de l'invention. Par exemple, les demi-enroulements 1, 2 pourront être du type triphasé avec montage en triangle aussi bien qu'en étoile. Les thyristors pourront être remplacés par des commu- tateurs du type MOS (transistor à effet de champ à grille isolée par oxyde métallique) de puissance. En outre, il est entendu que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et que l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications sans pour autant sortir de son cadre. 10319 R E V E N D I C A T I O N S 1 Alternateur, en particulier pour véhicules auto- mobiles, comprenant un enroulement d'induit subdivisé en deux demi- enroulements (, 2) reliés chacun aux bornes d'entrée d'un circuit redresseur respectif ( 3, 4) à double alternance et des moyens commutateurs à deux états reliés auxdits circuits redresseurs( 3, 4) et aptes dans un premier état à relier lesdits demi-enroulements ( 1, 2) en série entre eux et, dans un second état, à relier lesdits demi- enroulements ( 1, 2) en parallèle entre eux- caractérisé en ce que lesdits moyens commutateurs comprennent des dispositifs interrupteurs ( 14) à semi-conducteursdont chacun relie une borne du demi-enroulement ( 1) à une borne correspondante de l'autre demienroulement ( 2), de telle sorte que, lorsque lesdits dispositifs interrupteurs ( 14) se trouvent dans leur premier état, les forces électromotrices produites dans lesdits demi-enroulements ( 1, 2) s'additionnent entre elles en phase. 2 Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits dispositifs interrupteurs à semi-conducteurs comprennent des thyristors ( 14) dont chacun a l'anode reliée à une borne (A, B, C) d'un demienroulement ( 1), la cathode à une borne non homologue (C', A', B') de l'autre demi-enroulement ( 2) et la gâchette reliée à un circuit de commande ( 112) prédisposé pour amorcer lesdits thyristors ( 14) lorsque la vitesse de rotation du moteur du véhicule automobile est inférieure à une valeur pré- déterminée. 3 Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits dispositifs interrupteurs à semi-conducteurs comprennent des dispositifs commutateurs du type MOS de puissance.