Brevet FR2916315A1 — publié le 20081121

Alternateur de véhicule automobile comprenant un noyau de ferrite animé d'un mouvement alternatif L'invention concerne un alternateur de véhicule automobile pouvant être piloté pour moduler la puissance électrique qu'il fournit, en fonction de données externes telles que le niveau de charge de la batterie du véhicule. D'une manière générale, l'optimisation de la consommation en carburant des véhicules automobiles nécessite d'optimiser en temps réel la puissance électrique délivrée par l'alternateur. Par exemple, il s'agit de réduire la puissance délivrée par l'alternateur lorsque le niveau de charge de la batterie du véhicule est nominal, ou bien lorsque le moteur thermique du véhicule est fortement sollicité par le conducteur pour que la puissance mécanique délivrée par le moteur thermique soit maximale. Le but de l'invention est de proposer un alternateur de véhicule automobile pilotable de façon simple et graduelle entre un état dit complètement débrayé dans lequel il ne produit pas de courant, et un état complètement embrayé dans lequel il délivre un courant maximal. A cet effet, l'invention a pour objet un alternateur de véhicule automobile comprenant un noyau de ferrite déplaçable selon un mouvement alternatif dans une bobine inductive pour générer un courant alternatif aux bornes de cette bobine, dans lequel le noyau est entraîné par un arbre moteur auquel il est lié en mouvement par une bielle ayant une extrémité liée au noyau et une autre extrémité montée pivotante sur un flan d'une roue dentée portée par l'arbre moteur, cette roue dentée étant désaxée par rapport à l'axe de rotation de cet arbre moteur d'une valeur correspondant au rayon de cette roue dentée, et comprenant une couronne à denture interne ayant un diamètre interne double du diamètre externe de la roue dentée, la roue dentée étant engrenée dans cette couronne pour tourner sur elle-même en sens inverse de l'arbre moteur lorsqu'elle est entraînée par cet arbre moteur, la position angulaire de la couronne dentée étant ajustable pour moduler l'amplitude du mouvement alternatif du noyau dans la bobine. Comme le diamètre de la roue dentée vaut la moitié de celui de la couronne, l'extrémité de bielle qui est liée à la roue dentée est animée d'un mouvement rectiligne alternatif lorsque l'arbre moteur tourne. L'orientation de l'axe support de ce mouvement rectiligne alternatif dépend de la position angulaire de la couronne, ce qui permet d'orienter cet axe soit perpendiculairement à l'axe de déplacement du noyau de ferrite pour débrayer complètement l'alternateur soit parallèlement à l'axe du noyau pour embrayer complètement l'alternateur. L'invention concerne également un alternateur tel que défini ci-dessus, comprenant un actionneur apte à ajuster en temps réel et en fonction du besoin en énergie électrique à fournir par l'alternateur la position angulaire de la couronne dentée. L'invention concerne également un alternateur tel que défini ci-dessus, dans lequel la position angulaire de la roue dentée est ajustable dans une plage angulaire s'étendant sur un quart de tour. L'invention concerne également un alternateur tel que défini ci-dessus, dans lequel la couronne dentée comprend également une denture externe, et dans lequel l'actionneur comprend une vis sans fin entraînée par un moteur électrique et engrenée dans cette denture externe pour ajuster la position angulaire de la couronne externe en pilotant ce moteur électrique. L'invention concerne également un alternateur tel que défini ci-dessus, dans lequel la couronne dentée est portée par un bâti par l'intermédiaire de deux roulements à bille situés entourant cette couronne en étant situés de part et d'autre de sa denture externe. L'invention concerne également un véhicule automobile équipé d'un alternateur tel que défini ci-5 dessus. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux figures annexées. La figure 1 est un schéma cinématique de l'alternateur selon l'invention lorsqu'il est 10 complètement débrayé ; La figure 2 est un schéma cinématique de l'alternateur selon l'invention lorsqu'il est complètement embrayé ; Les figures 3 à 5 sont une décomposition 15 cinématique illustrant les mouvements des composants de l'alternateur selon l'invention lorsqu'il est débrayé ; Les figures 6 à 8 sont une décomposition cinématique illustrant les mouvements des composants de l'alternateur selon l'invention lorsqu'il est 20 complètement embrayé ; La figure 9 est une vue de l'alternateur selon l'invention dans un plan de coupe comprenant l'axe de rotation de son arbre moteur ; La figure 10 est une vue de l'alternateur selon 25 l'invention dans un plan de coupe normal à l'axe de rotation de son arbre moteur. Comme visible en figure 1, l'alternateur selon l'invention 1 comprend un arbre moteur 2 lié à un bâti 3 par une liaison pivot 4 pour tourner autour d'un axe Oz. 30 Cet arbre moteur est continûment entraîné en rotation par le moteur thermique du véhicule. Comme visible dans la figure 1, il a une forme de manivelle présentant une première partie 6 coïncidant avec l'axe Oz et une seconde partie 7 coïncidant avec un autre axe 35 repéré par Az, parallèle à l'axe Oz et distinct de ce dernier. Cet arbre porte une roue dentée 8 qui est liée en rotation à sa seconde partie 7 par une liaison pivot 9. Cette roue dentée 8 a un rayon qui correspond à la distance séparant les axes Oz et Az, c'est-à-dire à l'entraxe des deux parties 6 et 7 de l'arbre. La roue dentée 8 tourne dans une couronne dentée 10 dont le diamètre interne vaut le double du diamètre externe de la roue 8, cette couronne étant fixe tout en ayant une position angulaire ajustable. Il est à noter que l'on entend ici par diamètre externe de la roue 8 le diamètre primitif de sa denture externe, et par diamètre interne de la couronne 10 le diamètre primitif de sa denture interne. Le diamètre primitif d'une denture est représentatif du niveau où cette denture entre en contact avec une autre denture complémentaire avec laquelle elle est engrenée. Lorsque l'arbre moteur 2 est entraîné en rotation, la roue dentée 8 tourne ainsi sur elle-même, à la même vitesse que l'arbre moteur, mais en sens inverse. Cette roue dentée 8 entraîne en mouvement un noyau de ferrite 11 mobile en translation dans une bobine inductive 12 pour l'animer d'un mouvement alternatif, ce qui permet de générer un courant alternatif aux bornes de la bobine 12, par exemple pour alimenter un récepteur repéré par R. Plus particulièrement, une bielle 13 a sa première extrémité liée au noyau 11 par une liaison pivot 14, et sa seconde extrémité qui est solidarisée à la roue dentée 8 par une autre liaison pivot 16. Les différentes liaisons pivot, à savoir les liaisons repérées par 4, 9, 14 et 16 sont parallèles les unes aux autres. L'alternateur comprend encore une vis 17 qui est engrenée dans une denture externe de la couronne 10, cette vis 17 étant entraînée par un moteur 18, tel qu'un moteur électrique ou actionneur, pour modifier la position angulaire de la couronne 10 autour de l'axe Oz. Comme détaillé plus bas, lorsque l'arbre moteur 2 est entraîné en rotation, l'extrémité de bielle 13, repérée par b, qui est liée en mouvement à la roue dentée 8, est animée d'un mouvement alternatif rectiligne, selon un axe perpendiculaire à l'axe Oz, et dont l'orientation autour de cet axe Oz dépend de la position angulaire de la couronne 10 autour de l'axe Oz. D'une manière générale, chaque point d'une roue dentée roulant dans une couronne interne dentée décrit une trajectoire d'épicycloïde. Les paramètres de cette trajectoire épicycloïdale sont conditionnés essentiellement par les rapports des rayons de la roue dentée et de la couronne. Lorsque la roue dentée a un rayon qui vaut la moitié de celui de la couronne, comme c'est le cas dans l'invention, les points de la roue dentée ont des trajectoires épicycloïdales qui se réduisent à des segments rectilignes : chaque point de la roue dentée est animé d'un mouvement rectiligne alternatif le long d'un segment de base. Comme détaillé ci-dessous, dans le cas de l'invention, le fait d'ajuster la position angulaire de la couronne permet d'ajuster l'orientation de l'axe le long duquel l'extrémité b de la biellette est animée d'un mouvement rectiligne alternatif lorsque l'arbre moteur 2 tourne. L'alternateur est complètement débrayé lorsque la couronne 10 occupe une position angulaire telle que son repère e est aligné avec un axe vertical repéré par Av, ce qui est le cas dans les figures 1, 3, 4 et 5. L'alternateur est complètement embrayé lorsque la couronne 10 est tournée d'un quart de tour par rapport à sa position de la figure 1, son repère e étant alors aligné avec un axe horizontal repéré par Ah et perpendiculaire aux axes Oz et Av, ce qui est le cas dans les figures 2, 6, 7 et 8. Dans la situation illustrée sur les figures 1 et 3, l'extrémité 7 de l'arbre 2 est en position haute, l'arbre 2 étant dans un plan vertical contenant les axes Av et Oz, l'extrémité b de la bielle 13 est alors située au centre de la couronne 10, c'est-à-dire sur l'axe Oz. Partant de cette situation, lorsque l'arbre tourne dans le sens indirect, l'extrémité b se déplace horizontalement le long de l'axe Ah, comme dans la figure 4, jusqu'à être située sensiblement au niveau de la denture interne de la couronne 10, comme dans la figure 5, l'arbre 2 ayant alors tourné d'un quart de tour dans le sens indirect. Lorsque l'arbre continue de tourner toujours dans le sens indirect, le point b décrit un mouvement alternatif en parcourant le segment défini par les deux intersections de la couronne dentée 10 avec l'axe Ah. Dans ce cas, c'est-à-dire en configuration complètement débrayée, lorsque la couronne occupe un positon telle que son repère e est aligné avec l'axe Av, l'extrémité inférieure b de la bielle 13 se déplace horizontalement, de sorte que son extrémité supérieure est sensiblement immobile. Le noyau de ferrite est alors sensiblement immobile dans la bobine 12. Dans la situation illustrée sur les figures 2 et 6 où l'alternateur est complètement embrayé, l'extrémité de l'arbre 2 est en position haute, l'arbre 2 étant dans un plan vertical contenant les axes Av et Oz, mais l'extrémité b de la bielle 13 est alors située au niveau de la denture interne de la couronne 10, et sur l'axe Av. Partant de cette situation, lorsque l'arbre 2 tourne dans le sens indirect, l'extrémité b se déplace verticalement le long de l'axe Av, comme dans la figure 7, jusqu'à se situer sensiblement au niveau du centre de la couronne 10, comme dans la figure 8. Lorsque l'arbre continue de tourner dans le sens indirect, le point b décrit un mouvement alternatif en parcourant le segment défini par les deux intersections de l'axe Av avec la couronne dentée 10 . Dans ce cas, c'est-à-dire en configuration complètement embrayée, l'extrémité b de la bielle 13 se déplace verticalement, tout comme son extrémité supérieure. Le noyau de ferrite est alors animé d'un mouvement rectiligne alternatif vertical, pour générer un courant alternatif aux bornes de la bobine 12. Ainsi, la position angulaire de la couronne 10 autour de l'axe Oz permet de moduler l'orientation de l'axe de déplacement du point b, entre deux orientations extrêmes, à savoir un déplacement vertical et un déplacement horizontal. D'autres positions intermédiaires de la couronne, entre la position complètement embrayée et complètement débrayée, sont également envisageables puisqu'elle permettent de réduire l'amplitude du mouvement du noyau de ferrite, depuis la valeur maximale de cette amplitude, jusqu'à une amplitude nulle. Par exemple, lorsque le repère e est tourné de soixante degrés dans le sens direct par rapport à sa position des figures 1 et 3, le point b se déplace sur un axe incliné à trente degrés par rapport à l'horizontale Ah. Dans ce cas, l'amplitude du déplacement du point b, projetée sur l'axe vertical Av est divisée par deux, de sorte que les déplacements du noyau 11 sont également divisés par deux, ce qui permet de réduire la puissance du courant électrique disponible aux bornes de la bobine 12. Comme visible dans les figures 9 et 10, la roue dentée 10 l'actionneur 17, 18 ainsi que l'arbre 2 et la roue dentée 8 qu'il porte sont montés dans un même bâti 3. La liaison pivot 4 reliant l'arbre 2 au bâti 3 est assurée par un roulement à bille 21, la liaison pivot 9 par laquelle l'arbre 2 porte la roue 8, est assurée par deux roulements à bille 22 et 23. La liaison pivot 16 liant l'extrémité inférieure de la bielle 13 au flanc de la roue dentée 8 est assurée par un autre roulement à bille 24. La denture interne 26 de la couronne 10, dans laquelle est engagée la roue dentée 8 est une denture droite, alors que la denture externe 27 de cette couronne, dans laquelle est engagée la vis 18 de l'actionneur est une denture particulière, du type adaptée pour une vis sans fin. La couronne dentée est montée dans le bâti 3 grâce à deux roulements à billes 28 et 29, de grand diamètre, qui entourent cette couronne en étant situés de part et d'autre de sa denture externe 27. La vis 18 s'étend tangentiellement au périmètre externe de la couronne 10 pour être engrenée dans sa denture externe 27, en ayant son extrémité libre maintenue sur le bâti 3 par un palier non représenté. Le récepteur électrique R est par exemple la batterie du véhicule, comme représenté symboliquement dans la figure 10. Une unité de pilotage UP est alors interposée entre la bobine 12, la batterie R et l'actionneur 17, 18, de manière à piloter cet actionneur en fonction du besoin en courant de charge au niveau de la batterie. REVENDICATIONS 1. Alternateur (1) de véhicule automobile comprenant un noyau de ferrite (11) déplaçable selon un mouvement alternatif dans une bobine inductive (12) pour générer un courant alternatif aux bornes de cette bobine (12), dans lequel le noyau (11) est entraîné par un arbre moteur (2) auquel il est lié en mouvement par une bielle (13) ayant une extrémité liée au noyau et une autre extrémité (b) montée pivotante sur un flan d'une roue dentée (8) portée par l'arbre moteur (2), cette roue dentée étant désaxée par rapport à l'axe de rotation (Oz) de cet arbre moteur (2) d'une valeur correspondant au rayon de cette roue dentée (8), et comprenant une couronne (10) à denture interne ayant un diamètre interne double du diamètre externe de la roue dentée (8), la roue dentée (8) étant engrenée dans cette couronne (10) pour tourner sur elle-même en sens inverse de l'arbre moteur (2) lorsqu'elle est entraînée par cet arbre moteur (2), la position angulaire de la couronne dentée (10) étant ajustable pour moduler l'amplitude du mouvement alternatif du noyau (11) dans la bobine (12). 2. Alternateur selon la revendication 1, comprenant un actionneur (17, 18) apte à ajuster en temps réel et en fonction du besoin en énergie électrique à fournir par l'alternateur (1) la position angulaire de la couronne dentée (10). 3. Alternateur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la position angulaire de la roue dentée est ajustable dans une plage angulaire s'étendant sur un quart de tour. 4. Alternateur selon la revendication 2, dans lequel la couronne dentée (10) comprend également une denture externe (27), et dans lequel l'actionneur (17, 18) comprend une vis (17) sans fin entraînée par un moteur électrique (18) et engrenée dans cette dentureexterne pour ajuster la position angulaire de la couronne externe (10) en pilotant ce moteur électrique (18). 5. Alternateur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la couronne dentée (10) est portée par un bâti par l'intermédiaire de deux roulements à bille (28, 29) entourant cette couronne (10) en étant situés de part et d'autre de sa denture externe (27). 6. Véhicule automobile équipé d'un alternateur (1) selon l'une des revendications précédentes.10