Brevet FR2536603A1 — publié le 19840525

"Alternateur à aimant permanent d'excitation, avec régulation à commande mécanique" La présente invention concerne un alternateur à aimant permanent d'excitation, avec régulation à commande mécanique, et plus particulièrement un alternateur d'automobile dont le rotor comprend deux masses polaires en forme d'étoile ou circulaires à griffes imbriquées, appliquées de part et d'autre d'un aimant annulaire central. Dans un alternateur de ce type, avec rotor dit "à griffes", les deux masses polaires à griffes imbriquées définissent, à la périphérie du rotor, une série de pôles alternàtivement nord et sud, tous les pâlies nord appartenant à l'une des masses polaires et tous les pôles sud appartenant à l'autre masse polaire. Le flux magnétique, créé par l'aimant permanent magnétisé dans une direction axiale, est dirigé par les masses polaires et leurs griffes vers l'entrefer de l'alternateur, et ses lignes de force se referment normalement par le stator de l'alternateur. Un alternateur à aimant permanent, réalisé et fonctionnant suivant le principe qui vient d'être rappelé, ne peut évidemment pas être régulé à la manière d'un alternateur classique avec un bobinage d'excitation au rotor, dans lequel il suffit de faire varier l'intensité du courant traversant ce bobinage pour modifier le flux magnétique d'excitation et, par conséquent, le débit de l'alternateur. Etant donné qu'on ne peut pas agir sur un enroulement inducteur, les seules solutions électriques disponibles pour la régulation consistent à intervenir sur le courant débité par l'alternateur, donc sur un courant fort, par exemple en réalisant un hachage de ce courant au moyen de thyristors. D'une manière générale, les solutions électriques actuellement proposées sont complexes et coûteuses (voir brevets français 2 391 590 et 2 483 141). Il a été aussi envisagé de réaliser la régulation d'un alternateur à aimant permanent d'excitation en modifiant les caractéristiques magnétiques de cette excitation à partir d'une commande mécanique. Ainsi, le brevet français 2 191 329 prévoit que le rotor comprend deux roues polaires présentant chacune une alternance de pôles nord et sud, l'une des roues polaires étant calée sur l'arbre du rotor tandis que l'autre est monté tournante sur l'arbre. Le flux d'excitation est modifié en faisant varier la position angulaire relative des deux roues polaires, au moyen d'un dispositif de commande comprenant, par exemple, un actionneur électromagnétique à déplacement axial, et un mécanisme de transmission qui convertit ce déplacement axial en un mouvement rotatif de l'une des roues polaires autour de l'arbre du rotor.Une telle solution mécanique exige une construction spéciale du rotor de l'alternateur, qui en augmente également la complexité et le coût. La présente invention remédie à ces inconvénients, en fournissant pour la régulation d'un alternateur à aimant permanent d'excitation une solution avec commande mécanique ne nécessitant aucune modification de la conception du rotor, qui reste par conséquent constitué de deux masses polaires à griffes imbriquées appliquées de part et d'autre de l'aimant et formant un ensemble monobloc. A cet effet, dans l'alternateur selon l'invention, un anneau en matériau magnétique est monté, libre en rotation, en regard d'une des extrémités du. rotor, et est déplaçable axialement par des moyens de commande entre une position éloignée du rotor et une position rapprochée du rotor, dans laquelle le flux magnétique s'échappant par les griffes est dévié par ledit anneau. Dans cette dernière position, l'anneau en matériau magnétique est appliqué contre des parties conductrices du flux magnétique qui appartiennent aux deux masses polaires, de sorte que le rotor se trouve en état de court-circuit magnétique ; le débit de l'alternateur est alors nul. I1 est à noter que le montage rotatif de l'anneau lui permet de tourner avec le rotor contre lequel il est appliqué. Au contraire, dans sa position la plus éloignée du rotor, l'anneau en matériau magnétique ne provoque pratiquement aucune dérivation du flux magnétique, qui est donc normalement dirigé par les griffes du rotor vers l'entrefer et le stator de l'alternateur, dont le débit est à ce moment maximum. Bien entendu, à des positions intermédiaires de l'anneau correspondent des débits intermédiaires de l'alternateur, ce qui permet d'envisager une régulation par variation continue, et non seulement par "tout ou rien". Suivant une forme de réalisation de l'invention, L'anneau en matériau magnétique est monté libre en rotation, par l'intermédiaire d'un roulement, sur un manchon qui est monté coulissant autour d'une douille fixe coaxiale à l'arbre du rotor et dont le déplacement axial est commandé par l'intermédiaire d'une came rotative. Cette douille, outre sa fonction de guidage axial du manchon, peut servir de palier pour l'arbre du rotor de l'alternateur. La came rotative est accouplée à un petit moteur auxiliaire électrique de commande, ou à tout autre moyen susceptible de l'entrainer en rotation, en fonction d'une information significative. Pour convertir le mouvement de commande rotatif en un déplacement axial de l'anneau en matériau magnétique, la douille précitée présente avantageusement au moins une lumière ménagée suivant une génératrice de cette douille et traversée par un doigt radial solidaire du manchon coulissants doigt ayant son extrémité intérieure introduite dans une rainure de la came rotative. La rainure doit posséder un profil adapté et, de préférence, elle possède à une extrémité un retour définissant, en combinaison avec des moyens à ressort agissant en direction du rotor sur le manchon ou l'anneau en matériau magnétique, une position d'arrêt stable de cet anneau.Un "verrouillage" de l'anneau dans sa position éloignée du rotor, correspondant au débit maximal de l'alternateur, est ainsi obtenu. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation de cet alternateur à aimant permanent d'excitation Figure 1 est une vue en coupe passant par l'axe d'un alternateur conforme à la présente invention, représenté avec son anneau mobile de régulation amené dans la position la plus éloignée du rotor Figure 2 est une autre coupe passant par l'axe de cet alternateur, et montrant l'anneau mobile de régulation amené contre le rotor Figure 3 est une vue partielle montrant le profil de l'une des rainures de la came rotative. Sur les figures 1 et 2 est représenté un alternateur de véhicule automobile, dont le stator (1) a sa carcasse montée entre deux flasques opposés (2,3). Le flasque (2) sert de premier palier pour l'arbre (4) de l'alternateur et il porte, à cet effet, un premier - roulement (5). L'autre flasque (3) est solidaire d'une douille (6) coaxiale à l'arbre (4), servant de second palier pour cet arbre (4) et portant dans ce but un deuxième roulement (7). Le rotor (8) de l'alternateur comprend deux masses polaires en forme d'étoile ou circulaires (9,10) à griffes imbriquées (9',10'), qui sont appliquées de part et d'autre d'un aimant annulaire central (11). L'ensemble monobloc formé par les deux masses polaires (9,10) et par l'aimant (11) est monté autour d'un noyau amagnétique (12) constituant éventuellement un amortisseur, et lui-même monté autour de l'arbre (4). Du côté du premier flasque (2), l'arbre (4) se prolonge vers l'extérieur et son extrémité porte la poulie (13) permettant l'entraînement de l'alternateur par l'intermédiaire d'une courroie, ainsi que le ventilateur de refroidissement (14). La douille-palier (6) permet de reporter 11 autre extrémité de l'arbre (4) à l'intérieur de l'alternateur, et de loger sous cette douille palier (6) une came rotative (15), en forme de tambour, coaxiale à l'arbre (4) et accouplée à un moteur auxiliaire électrique (16) fixé extérieurement contre ladite douille-palier (6). Autour de cette douille-palier (6) est monté coulissant un manchon (17). Au moins un doigt de commande radial (18), solidaire du manchon (17), traverse une lumière (19) ménagée dans la douille-palier (6) suivant une génératrice de celle-ci. L'extrémité intérieure du doigt (18), ou de chaque doigt, est introduite dans une rainure correspondante (20) de la came rotative (15), un profil possible de la rainure (20) étant indiqué sur la figure 3. Le manchon coulissant (17) porte extérieurement, par l'intermédiaire d'un troisième roulement (21), un anneau en matériau magnétique (22) possédant une partie plane située en regard des griffes du rotor (8). Un ressort de verrouillage (23) est comprimé entre la paroi interne du flasque (3) et l'anneau (22). Le guidage du doigt de commande (18), ou de chaque doigt, le long de la lumière (19) de la douille-palier (6), assure l'immobilisation en rotation du manchon (17). Ce manchon (17) est déplaçable axialement au moyen de la came rotative (15) comportant la ou les rainures (20), elle-même commandée en rotation par le moteur auxiliaire (16). L'anneau en matériau magnétique (22) est déplacé axialement en même temps que le manchon (17), la liaison axiale étant assurée par ds segments d'arrêt (24,25) qui retiennent le roulement (21), lequel permet à l'anneau (22) de tourner autour de l'axe de l'alternateur. Lorsque l'anneau (22) est amené dans sa position la plus éloignée du rotor (8), dont il est alors séparé par une distance (d) maximale comme le montre la figure 1, cet anneau (22) ne provoque pratiquement aucune dérivation du flux magnétique, créé par l'aimant permanent (11) et passant dans les deux masses polaires (9,10) dont les griffes forment respective ment des pôles nord et des pôles sud. Toute la circulation du flux d'excitation se fait donc à travers l'entrefer et le stator (1) de l'alternateur, qui délivre à ce moment un débit maximum. Lorsque l'anneau (22) est au contraire amené contre le rotor (8), de manière à s'appliquer sur des parties des deux masses polaires (9,10) comme le montre la figure 2, le flux magnétique créé par l'aimant permanent (11) passe directement d'une masse polaire à l'autre, sans traverser l'entrefer ni le stator (1). Le rotor (8) est alors état de courtcircuit magnétique et le débit de l'alternateur est nul. Il est à noter que, pour obtenir uri tel court-circuit, les .> xt. émités des griffes (9') de la masse polaire (9) la plus éloignée de l'anneau (22) présentent des épanouissements avec une face située dans le même plan que la face de l'autre masse polaire (10) se trouvant en regard de l'anneau (22) ainsi l'anneau (22) peut venir au contact de parties appartenant aux deux masses polaires, ce qui permet de dévier le flux de la manière la plus efficace. Si le profil de la rainure (20), ou de chaque rainure, de la came rotative (15), présente à une extrémité un retour (20') comme le montre la figure 3, le retour (20') définit une position d'arrêt stable lorsque le doigt de commande (18) occupe cette extrémité. En effet, l'effort de compression du ressort (23) doit être vaincu pour éloigner le doigt de commande (18) de l'extrémité considérée de. la rainure (20), et amorcer le déplacement axial du manchon (17), donc de l'anneau (22), en direction du rotor (8). De plus, si entre le moteur auxiliaire (16) et la came (15) on dispose d'un système d'entraînement de type irréversible, on peut faire varier la distance (d) séparant l'anneau (22) du rotor (8) et obtenir une infinité de positions intermédiaires stables. On peut alors faire varier de façon continue la fraction de flux magnétique déviée par l'anneau (22), donc le débit de l'alternateur, notamment en utilisant un moteur auxiliaire (16) de type "pas à pas". I1 va de soi que l'invention ne se limite pas à la seule forme de réalisation de cet alternateur à aimant permanent d'excitation qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes possédant une régulation à commande mécanique conçue selon le même principe, quels qu'en soient les détails de construction. En particulier: - le nombre des doigts de commande (18), et par conséquent des lumières (19) et des rainures (20) de la came (15), peut être quelconque; - le moteur auxiliaire électrique (16) est remplaçable par tout autre moyen de commande approprié ; - au lieu d'être comprimé entre le flasque (3) et l'anneau (22), le ressort de verrouillage (23) pourrait être monté entre la douille-palier (6) et le manchon (17); - ce ressort (23) pourrait être remplacé par tous moyens élastiques équivalents, tels que par exemple plusieurs petits ressorts répartis tout autour de l'axe de l'alternateur. lllEVIENDIC TlOES 1. Alternateur à aimant permanent d'excitation, avec régulation à commande mécanique, et plus particulièrement alternateur d'automobile dont le rotor (g) comprend deux masses polaires (9,10) en forme d'étoile ou circulaires à griffes imbriquées (9',10'), appliquées de part et d'autre d'un aimant annulaire central (11), caractérisé en ce qu'un anneau en matériau magnétique (22) est monté, libre en rotation, en regard d'une des extrémités du rotor (8), et est déplaçable axialement par des moyens de commande (15 à 20) entre une position éloignée du rotor (8) et une position rapprochée du rotor (8), dans laquelle le flux magnétique s'échappant par les griffes (9',10') est dévié par ledit anneau (22). 2. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau en matériau magnétique (22) est monté libre en rotation, par l'intermédiaire d'un roulement (21), sur un manchon (17) qui est monté coulissant autour d'une douille fixe (6) coaxiale à l'arbre (4) du rotor (8) et dont le déplacement axial est commandé- par l'intermédiaire d'une came rotative (15,20). 3. Alternateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la douille (6) présente au moins une lumière (19) menagée suivant une génératrice de cette douille et traversée par un doigt radial (18) solidaire du manchon coulissant (17), doigt ayant son extrémité intérieure introduite dans une rainure (20) de la came rotative (15). 4. Alternateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque rainure (20) de la came rotative (15} possède à une extrémité un retour (20') définissant, en combinaison avec des moyens à ressort (23) agissant en direction du rotor sur le manchon (17) ou l'anneau en matériau magnétique (22), une position d'arrêt stable de cet anneau (22). 5. Alternateur -selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la douille (6), autour de laquelle est monté coulissant le manchon (17) portant l'anneau en matériau magnétique (22), sert en outre de palier pour l'arbre (4) du rotor (8) de l'alternateur. 6. Alternateur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la came rotative (15) est accouplée à un moteur auxiliaire électrique de commande (16). 7. Alternateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système d'entraînement entre le moteur auxiliaire (16) et la came (15) est du type irréversible. 8. Alternateur selon l'une -quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les extrémités des griffes (9') de la masse polaire (9) la plus éloignée de l'anneau en matériau magnétique (22) présentent des épanouissements avec une face située dans le même plan que la face de l'autre masse polaire (10) se trouvant en regard de l'anneau (22), de manière que celui-ci, dans sa position rapprochée du rotor (8), vienne au contact de parties appartenant aux deux masses polaires (9,10).