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"PERFECTIONNEMENTS AUX REGULATEURS POUR GENERATRICES D'AUTOMO-.
BILE"
La présente invention se rapporte à des machines dynamo- électriques, notamment aux génératrices utilisées dans les véhicules automobiles et a pour objet de prévoir un dispositif pour le réglage et le contrôle du débit de telles génératrices, ce dispositif agissant de manière à maintenir la batterie con- venablement chargée, tout en évitant une surcharge de cette dernière. L'avantage principal d'un tel dispositif réside dans
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le fait que, la batterie étant toujours maintenue à l'état de charge approprié, elle aura une durée beaucoup plus longue que dans le cas où elle aurait été chargée par les moyens habi- tuels.
L'objet de l'invention présente également d'autres ca- ractéristiques, lesquelles, tout en étant de moindre importan- ce, sont néanmoins avantageuses, comme, par exemple, le fait que la durée des différentes ampoules d'éclairage utilisées sur le véhicule se trouve augmentée et que l'allumage est amé- lioré grâce au voltage plus uniforme fourni par une batterie convenablement chargée.
Actuellement, le débit des génératrices électriques est presque universellement réglé par le dispositif dit: le troi- sième balai. Le désavantage de ce système réside dans le fait que le débit de la génératrice n'est pas réglé en proportion du débit nécessaire pour charger convenablement la batterie, mais est plutôt entièrement déterminé par la position du troi- sième balai. Il en résulte que, à moins d'être réglé suivant les besoins particuliers de chaque conducteur, le troisième balai n'empêche pas le survoltage ou le sous-voltage de la batterie.
Etant donné que divers conducteurs font de leurs véhicules les usages les plus variés, à savoir : les uns rou- lent seulement sur de petites distances et pendant la journée; d'autres roulent sur de longues distances et la nuit seulement; d'autres encore possèdent sur leurs véhicules des appareils spéciaux, tels que des lampes supplémentaires, des récepteurs de T.S.F., des essuie-glace électriques, des allume-cigares, etc.., on n'a pas réussi, jusqu'à présent, de régler le débit de la génératrice selon les besoins individuels de chaque conducteur.
Presque la totalité des dérangements survenus aux batte- ries d'automobiles provient d'une charge insuffisante pendant
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les mois d'hiver et d'une charge excessive pendant les mois d'été. Généralement, en hiver, le véhicule ne roule pas sur des distances très longues et la batterie est peu chargée, vu le plus grand emploi de lumière. A cela vient s'ajouter le fait que le courant nécessaire pour le démarrage du véhicule en hiver, est plusieurs fois supérieur à celui nécessaire pour le démarrage en été, ce qui provoque la décharge de la batte- rie. Cette décharge ou sous-voltage abaisse le poids spécifi que de l'électrolyte et expose la batterie aux dangers de la congélation. Pour parer à cet inconvénient, on règle le régime de charge en hiver au maximum.
Toutefois, et à moins de ré- duire ce régime élevé à l'approche de l'été, il en résulte un survoltage de la batterie, lequel a pour effet d'échauffer l'électrolyte et de provoquer une évaporation excessive de celui-ci avec, comme résultat éventuel, le dessèchement des plaques et le fendillement des séparateurs. Le fendillement des séparateurs et le gondolement des plaques ont pour effet une détérioration prématurée de la batterie.
Le dispositif de réglage suivant la présente invention supprime les difficultés que présente l'obtention d'une char ge appropriée de la batterie dans n'importe quelle saison, et ceci en subordonnant le régime de charge non pas à une norme déterminée d'avance, mais à l'état de la batterie elle-même.
De cette façon, lorsque le voltage de la batterie complètement chargée baisse d'une quantité déterminée, le plein débit de chargement de la génératrice vient s'appliquer aux bornes de la batterie, jusqu'au moment où le voltage de cette dernière est amené à sa valeur de pleine charge, après quoi le débit de la génératrice est de nouveau réduit à une faible quantité.
Le régulateur suivant l'invention est destiné à être utilisé conjointement avec un conjoncteur-disjoncteur normal
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de génératrice, c'est-à-dire que le conjoncteur-dis joncteur ferme le circuit entre la génératrice et la batterie lorsque le courant de la première atteint environ 7 volts (dans le cas d'un système de chargement d'une batterie de 6 volts), tandis que le régulateur réduit le débit de la génératrice dès que la batterie atteint la tension déterminée d'avance, de 8 volts à 70 F.
La réduction du débit de la génératrice est obtenu par l'intercalation d'une résistance dans l'enrou- lement d'excitation de cette génératrice, cette réduction étant suffisamment élevée pour que le régime de chargement baisse jusque quelques ampères seulement, et reste générale- ment légèrement supérieur à celui nécessaire pour assurer l'al- lumage.
Une importante caractéristique qui distingue le dis- positif suivant l'invention de tous les régulateurs antérieurs consiste dans le fait que, une fois la charge normale de la batterie atteinte et le voltage fourni par la génératrice ré- duit, ce voltage reste réduit jusqu'au moment où la généra- trice s'arrête ou ralentit fortement, après quoi le régula- teur retourne automatiquement à la position de régime de char- ge maximum. Lorsqu'ensuite le moteur est mis en marche accé- lérée, le régime de charge monte immédiatement jusqu'au maxi- mum, toutefois, si à ce moment la batterie est encore pleine- ment chargée, le régime de chargement sera réduit dès que le moteur aura atteint une vitesse appropriée.
On voit donc que le régulateur suivant l'invention n'est pas du type vibra- toire, ce qui le distingue de tous les régulateurs connus.
La réduction du régime de chargement est obtenue moyen- nant intercalation d'une résistance dans le circuit d'exci- tation de la génératrice. Ce système de réglage est très an- cien, mais jusqu'à présent tous ses modes de réalisation aboutissaient indistinctement au type de régulateur connu sous le terme de vibratoire, lequel diffère du régulateur
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suivant l'invention par le fait que dans ce dernier, la ré- sistance reste maintenue dans le circuit d'excitation de la génératrice aussi longtemps que le moteur tourne à la vitesse normale et que la batterie est pleinement chargée, cette résis tance étant mise en courtcircuit' seulement lorsque le véhi- cule vient à s'arrêter ou que le moteur ralentit.
On obtient ainsi un régulateur ne présentant aucune caractéristique vibratoire, c'est-à-dire un régulateur dans lequel les plots de contact ne subissent pas une usure plus grande que dans le conjoncteur-disjoncteur normal. On conçoit aisément que, com- paré aux régulateurs du type vibratoire, le régulateur suivant l'invention aura une existence beaucoup plus longue et offri- ra une sécurité beaucoup plus élevée.
Les plots de contact du régulateur suivant l'invention s'ouvrent et se ferment pendant toute la durée normale d'une automobile, un nombre de fois égal seulement au nombre des ruptures et des fermetures du circuit dans un régulateur du type vibratoire pendant moins d'une heure de fonctionnement normal du véhicule, d'où il résulte que la présente invention permet d'éviter complètement les défaillances provoquées par le travail excessif des plots de contact.
Un autre objet de l'invention consiste à établir un porte- contact bimétallique permettant de compenser les effets des variations de température sur le voltage de la batterie com- plètement chargée et sur la résistance de l'enroulement du régulateur.
Dans les dessins annexés :
Fig. 1 est une vue d'élévation latérale d'un moteur d'au- tomobile sur lequel se trouve montée la génératrice perfec- tionnée suivant l'invention.
Fig. 2 montre un schéma des connexions de la génératrice, du conjoncteur-disjoncteur, du régulateur et de la batterie
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faisant partie du groupe moteur représenté en Fig. 1.
Fig. 3 est une vue en coupe verticale du conjoncteur- disjoncteur et du régulateur, cette vue faisant ressortir la simplicité et la compacité du dispositif suivant l'invention.
Fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la Fig. 3.
Fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne 5-5 de la Fig. 4.
Fig. 6 est une vue à plus grande échelle d'un porte- contact bimétallique dans la position occupée par celui-ci lors du chargement de la batterie en été.
Fig. 7 est une vue à plus grande échelle, montrant les organes représentés dans la Fig. 6, mais dans leur position de chargement en hiver.
Fig. 8 montre un schéma des connexions du conjoncteur- disjoncteur et du régulateur, les plots de contact étant représentés dans la position qu'ils occupent lorsque la géné- ratrice ne fournit pas de courant.
Fig. 9 est un schéma analogue montrant la position des plots de contact au moment où la batterie est complètement chargée.
Fig. 10 est un schéma analogue montrant la position des plots de contact après que la batterie a été complètement chargée et que le débit de la génératrice est réduit, et
Fig. ll est un schéma analogue montrant la position des plots de contact pendant que le moteur tourne au ralenti, cette Fig. représentant les moyens par lesquels le débit de la génératrice est maintenu à sa valeur réduite, ceci même lorsque les plots du conjoncteur-disjoncteur sont ouverts, ce qui fait ressortir le caractère non-vibratoire du régulateur suivant l'invention.
Dans ces dessins, le chiffre de référence 10 désigne en
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général., un moteur à combustion interne, tel qu'il se trouve généralement monté dans un véhicule automobile. Ce moteur est pourvu d'une génératrice 11 destinée à charger la batterie et entraînée par le moteur, de la manière habituelle, au moyen d'une courroie de ventilateur 12. La génératrice 11 est du type à réglage par troisième balai, toutefois, comme on le verra dans la suite, le dispositif suivant l'invention peut s'appliquer également aux génératrices habituelles avec enrou- lement shunt ou série. La construction spécifique de la géné- ratrice ne faisant pas partie de la présente invention, n'est pas revendiquée dans celle-ci, le dispositif suivant l'inven- tion étant applicable aux génératrices de n'importe quel type.
Dans la génératrice 11, montrée schématiquement dans la Fig. 2 et consistant en une armature 13, des balais principaux 14 et 15 et un balai de réglage 16, ce dernier est réuni à une extrémité d'un enroulement d'excitation 17, tandis que l'autre extrémité de cet enroulement vient aboutir sur un côté de la génératrice et à l'extérieur de celle-ci, pour être connectée au régulateur au moyen de la borne 18. Le balai 14 est mis à la masse de la manière usuelle, tandis que le balai 15 est réuni à une borne 19 servant à la prise du courant de charge- ment produit par la génératrice.
La seule différence entre une génératrice de type courant et celle suivant l'invention réside dans le fait que dans cette dernière, l'extrémité li- bre de l'enroulement de champ 17 aboutit à la borne 18, alors que dans les génératrices connues, cette extrémité est mise à la terre comme indiqué par le pointillé 20.
Bien que le régulateur et le conjoncteur-disjoncteur soient construits de manière à pouvoir être logés dans un boîtier unique, ils constituent néanmoins deux dispositifs ' distincts, à savoir,le régulateur, considéré comme nouveau,
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et le conjoncteur-disjoncteur normal, connu en soi. Pour mieux faire comprendre l'interdépendance entre ces deux dispositifs, on procédera ci-après à une description brève de la construc- tion et du fonctionnement du conjoncteur-disjoncteur avant de passer au fonctionnement conjugué de celui-ci et du régula- teur.
Le conjoncteur-disjoncteur consiste en un noyau magnéti- que 23 portant un enroulement à haute résistance 21, dont une extrémité est réunie électriquement au dit noyau, lequel est relié électriquement à la borne négative de la génératrice.
L'autre extrémité de l'enroulement 21 est mise à la masse en 22. Le noyau 23 est pourvu d'une armature 24 dont l'extrémité libre porte l'un des deux plots de contact 25, lesquels sont réglés de telle manière que lorsque l'armature 24 est attirée par le noyau, le circuit se ferme à travers un enroulement 26 en fil relativement épais, entourant extérieurement l'enrou- lement 21. Une extrémité de l'enroulement 26 est réunie à l'autre des plots de contact 25, tandis que l'extrémité libre de cet enroulement est réunie à une borne d'une batterie 43 dont l'autre borne est mise à la terre.
L'enroulement 21 présen- te une résistance très élevée, de sorte qu'en considérant la limite des tensions pouvant être produites par la génératrice, cet enroulement ne peut être traversé que par un courant de quelques milliampères, tandis que l'écoulement 26 présente une très faible résistance, de sorte que le débit entier de la génératrice peut passer facilement à travers cet ,-^enroulement sans subir une chute de tension appréciable. On remarquera en outre que les enroulements 21 et 26 sont bobinés dans le même sens, de sorte que le flux magnétique engendré dans ces deux enroulements par le passage du courant lors du chargement dé la batterie aura tendance à attirer l'armature.
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Ce conjoncteur-disjoncteur fonctionne comme suit :
Lorsque la génératrice tourne, le courant passe de la borne 19 au noyau 23, et de là, à travers l'enroulement 21, à la masse, de manière à compléter le circuit. Vu la résistance très élevée de cet enroulement, la tension de sortie de la génératrice augmente rapidement jusqu'au moment où elle at- teint sept volts, c'est-à-dire jusqu'à ce que cet enroulement ait créé un champ magnétique suffisamment intense pour provo- quer l'abaissement de l'armature 24 et fermer ainsi les plots de contact 25, ce qui permettra au courant de la génératrice de passer par ces plots ainsi que par l'enroulement 26, à la batterie 43, d'où il va à la masse de manière à compléter le circuit.
La batterie reçoit désormais le courant de charge- ment et la tension dans les enroulements 21 et 26 est évident ment la même que dans la batterie 43. Dans le cas où la géné- ratrice viendrait à ralentir de manière que sa tension tombe au-dessous de celle de la batterie, le courant dans l'enroule- ment 26 se trouverait inversé, ce qui aurait pour effet de chan- ger le sens du flux magnétique engendré par l'enroulement 21 et de neutraliser ainsi l'attraction exercée par cet enrou- lement sur l'armature 24, laquelle, en se libérant, ouvre les plots de contact et coupe ainsi la batterie de la génératrice.
De cette façon, la batterie se trouve automatiquement connec- tée à la génératrice lorsque la tension produite par cette dernière est supérieure à celle de la batterie, la dite batte- rie étant automatiquement déconnectée de la génératrice dès que la tension de cette dernière tombe au-dessous de celle de la batterie.
Le dispositif régulateur, bien qu'en apparence très sem- blable au conjoncteur-disjoncteur qui vient d'être décrit, diffère cependant radicalement de ce dernier au point de vue
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du fonctionnement.
Le régulateur a pour but d'intercaler automatiquement une résistance dans le circuit d'excitation de la génératrice et à retenir cette résistance dans le dit circuit aussi long- temps que la batterie est complètement chargée et que la géné- ratrice tourne au régime normal. Ce régulateur consiste en un noyau 27 en forme de "U", réuni électriquement à la borne 18 de la génératrice. Le noyau 27 est pourvu d'une armature 28 portant l'un des deux plots de contact 30, fixé à son extrémité libre et destiné à venir s'appliquer élastiquement contre le plot opposé. Ce dernier est soutenu par un support métallique 29, mis à la masse en 22. L'armature 28 est maintenue écartée du noyau 27 par pression élastique, de sorte que les plots 30 se trouvent constamment et élastiquement appliqués l'un con- tre l'autre.
De cette façon, lorsque la génératrice est arrê- tée, ou tourne au ralenti, l'extrémité normalement mise à la masse, de l'enroulement d'excitation de la génératrice, se trouve mise à la terre par la borne 18, le noyau 27, l'arma- ture 28, les plots 30.et le support 29. Donc, lorsque la géné- ratrice tourne au ralenti ou est arrêtée, son enroulement d'excitation se trouve mis à la terre, de sorte que le débit maximum est atteint dès que la marche de la génératrice est accélérée.
Le noyau 27 porte un enroulement de régulateur 31 dont une extrémité est réunie à la borne 19 de la génératrice, l'autre extrémité de cet enroulement étant mise à la masse en permanence en 22. L'enroulement du régulateur est calculé de telle manière que lorsqu'il est traversé par un courant de 8. 3 volts, à une température de 70 F, il attire l'armature 28 vers le noyau 27 en séparant les plots 30 et en coupant ainsi le circuit de mise à la terre de l'enroulement.d'excitation de la génératrice.
On conçoit que s'il n'y avait pas d'autre
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liaison entre la masse et la génératrice, le débit de cette dernière se réduirait à zéro par l'ouverture des plots 30, ce qui aurait pour effet de réduire la tension dans l'enrou- lement 31, et de permettre ainsi le retrait de l'armature par détente brusque, en fermant les plots de contact. La tension augmenterait alors de nouveau et attirerait l'armature 28, en ouvrant les plots 30, de manière à réduire de nouveau le débit à zéro. Ce cycle se répéterait continuellement une fois la batterie complètement chargée, suivant le principe effecti- vement utilisé dans plusieurs types de régulateurs.
Le désa- vantage d'un tel régulateur réside dans le fait que le cycle décrit ci-dessus se répète à une fréquence telle que l'arma- ture vibre constamment aussi longtemps que la batterie est chargée, de sorte que les plots 30 sont sujets à usure et à la formation de cratères, ce qui provoque leur détérioration.
Le régulateur suivant la présente invention diffère des régulateurs du type ancien par le fait qu'il comporte une ré- sistance d'enroulement d'excitation 32, de 4 ohms environ, shuntée à travers les plots 30, de sorte que l'ouverture de ces derniers n'aura pas pour effet de couper entièrement le cir- cuit d'excitation de la génératrice. En effet, après l'ouver- ture des plots 30, le circuit d'excitation reste encore tou- jours mis à la terre, à savoir par l'intermédiaire de la ré- sistance 32, de sorte que le débit de la génératrice est ré- duit non pas à zéro, mais à 3-4 ampères environ, c'est-à-dire légèrement plus qu'il n'est nécessaire, pour assurer l'allu- mage.
Par conséquent, après l'ouverture des plots 30, la ten- sion de la génératrice ne tombe pas à zéro, mais reste légè- rement supérieure à celle de la batterie et, cette dernière étant complètement chargée, se maintient entre 7 et 8 volts à 70 F. Grâce à cette disposition, l'armature 28 sera maintenue
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dans sa position attirée, de sorte que les plots de contact resteront ouverts aussi longtemps que le moteur continue à fonctionner normalement.
Comme on le verra dans la Fig. 6, l'entrefer entre l'ar- mature 28 et le noyau 27 est pratiquement nul lorsque l'arma- ture se trouve dans sa position attirée. L'amplitude de dépla- cement de l'armature est calculée de telle manière que cette dernière ne peut retourner à sa position de repos jusqu'au moment où la tension dans l'enroulement 31 est réduite à 3 volts environ. Par conséquent, il est nécessaire que le moteur soit complètement arrêté ou tout au moins mis au ralenti, pour qua l'armature 28 puisse retourner à sa position supérieure et réunir ainsi directement l'enroulement d'excitation à la masse. On conçoit que, une fois l'armature éloignée du noyau, il sera nécessaire d'appliquer une tension de 8.3 volts pour ramener l'armature dans sa positibn initiale et de séparer ainsi à nouveau les plots de contact.
Grâce à cette disposi- tion, les variations de régime du moteur, qui se produisent pendant le fonctionnement normal du véhicule, n'ont pas pour effet de déplacer l'armature 28 de l'une de ses positions extrêmes. L'armature ne saurait retourner dans sa position supérieure pour remettre ainsi la génératrice en état de chargement à pleine tension, que dans le cas où le moteur viendrait à s'arrêter ou à ralentir.
Dans le cas où la batterie serait mise à contribution soit par le démarrage du moteur, soit par l'éclairage de la voiture lorsque celle-ci est à l'arrêt, sa tension tomberait au-dessous de la tension de pleine charge et la tension à la borne 19da la génératrice baisserait en conséquence. Une ten- sion ainsi réduite ne peut pas engendrer dans l'enroulement 31 un champ magnétique suffisant pour ouvrir les plots 30. L'en-
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roulement d'expitation 17 de la génératrice se trouve alors directement mis à la masse, de sorte qu'on dispose désormais, pour le chargement de la batterie, du débit maximum de la génératrice, ce qui permet de rétablir la tension pleine de la batterie dans un temps minimum.
On conçoit aisément que le débit maximum de la génératrice peut, dans ce cas, être porté 'à une valeur supérieure à celle qu'il pourrait présenter, avec une sécurité suffisante, dans le cas où la génératrice n'aurait été réunie à la batterie que par le conjoncteur-disjoncteur habituel, vu que dans ce dernier cas, la batterie se trouverait surchargée, pour la plupart du temps, si l'on utilisait le débit maximum de la génératrice. Ceci s'applique particuliè- rement à la période d'été, pendant laquelle le démarrage et l'éclairage consomment très peu de courant et où l'on fait fréquentent de longues randonnées.
Il a été trouvé avantageux de régler la génératrice pour un débit de 17 ampères, ce qui constitue une Unité de sécurité pour la machine et empêche réchauffement excessif pendant le chargement de la batterie.
Si la tension de la batterie 43 était la même pour les différentes températures de service rencontrées en été et en hiver et si la résistance de l'enroulement 31 ne variait pas avec ces températures, il aurait suffit de régler les plots de contact et l'armature 28 une fois pour toutes, pour main- tenir la batterie à l'état de pleine charge à n'importe quelle température. Or, il est bien connu que la tension aux bornes d'une batterie complètement chargée est, en été, de 0,5 volt moins élevée qu'en hiver, différence qui doit être compensée.
En outre, la résistance de l'enroulement 31 augmente avec la température extérieure, de sorte que lorsque cette température est élevée, l'enroulement 31 laisse passer moins de courant, d'où il résulte que le flux magnétique agissant sur l'armature
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diminue à mesure que la température augmente. Afin de compen- ser d'une manière simple et efficace les variations de résis- tance provoquées par les fluctuations de la température de service du dispositif, on prévoit le support bi-métallique 29 dont la fonction consiste à modifier la position du plot 30 relativement fixe, de manière à faire varier l'entrefer entre le noyau 27 et l'armature 28, en vue de compenser les fluctua- tions de tension de la batterie et les variations de résistance du régulateur.
La position des plots 30 représentée en Fig. 6 correspond à une température extérieure élevée. On voit que l'entrefer 33 laissé entre l'armature 28 et le noyau 27 est relativement faible. Cet entrefer est déterminé par la position du plot fixe 30 , dont la position est déterminée à son tour par le support 29. Ce support est composé d'une bande intérieure 34 établie en un métal à faible coefficient de dilatation, tel que l'invar ou l'acier, et d'une bande extérieure 35 établie en laiton ou autre métal à coefficient de dilatation élevé.
Il en résulte que, lorsque la température de cette dernière bande métallique augmente, le plot supérieur a tendance à s'abaisser dans le sens de la flèche 36, de manière à réduire l'entrefer 33. Par contre, et comme montré dans la Fig. 7, lorsque la température baisse, le plot supérieur a tendance à se relever dans le sens de la flèche 44.
Les mouvements indiqués dans les Fig. 6 et 7 sont forte- ment exagérés et servent plutôt à faire ressortir l'action même des organes que de donner une idée exacte de l'amplitude de leurs déplacements. Comme on le sait, l'effort d'attrac" tion s'exerçant sur l'armature varie approximativement comme le carré de l'entrefer, de sorte qu'une très faible modifica- tion de l'entrefer suffit pour compenser un changement accentué dans la tension de la batterie et dans la résistance de l'en-
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roulement 31. On aurait pu croire que, le dispositif étant fixé au moteur, lequel chauffe en hiver comme en été, la tem- pérature de service de l'enroulement 31 ne subira que de très faibles variations.
Toutefois, il a été prouvé que la tempé- rature de service de cet enroulement est pratiquement sujette aux mêmes variations, provoquées par la différence de tempera- ture, entre les mois d'été et les mois d'hiver, que la batte- rie elle-même, laquelle est cependant située dans une partie du véhicule exposée uniquement à la température extérieure.
Ceci est certainement dû au fait qu'en hiver, le dispositif est refroidi beaucoup plus efficacement qu'en été.
Pour mieux faire ressortir la différence entre le fonc- tionnement du dispositif suivant l'invention et les dispositifs antérieurs, il y a lieu de rappeler que lors de la mise en marche du moteur, le voltage de la batterie baisse, vu la dé- pense de courant nécessaire pour le fonctionnement du moteur de démarrage, jusqu'à une valeur légèrement inférieur à celle de la charge complète. Une fois la tension à la borne 19 de la génératrice montée jusqu'à 7 volts environ, les plots du conjoncteur disjoncteur se ferment en connectant ainsi la batterie à la génératrice. L'armature du régulateur reste dans sa position supérieure ou inactive, vu la faible tension impri- mée par la batterie 43 et ne quitte pas cette position tant que la tension de la batterie n'aura atteint la valeur de char- ge pleine.
On conçoit que si cette tension n'est pas atteinte avant qqe le moteur ne vienne à s'arrêter, la position de l'ar- mature du régulateur ne subira aucune modification, ce qui permettra à la génératrice de charger à la tension maximum pendant tout le temps que le moteur sera en marche. Toutefois, la batterie atteint généralement sa charge pleine en peu de temps, vu que le régulateur l'empêche de se décharger à ou- trance, de sorte qu'une quantité relativement faible de cou-
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0rant suffit pour ramener la. batterie à. sa charge complète.
Dès que la tension dans l'enroulement 31 atteint 8,3 volts à 70 F., le noyau 27 attire l'armature 28, ce qui a pour effet d'insérer la résistance 32 dans le circuit d'exci talion de la génératrice et de réduire le débit de cette der- nière à une quantité à peine supérieure à celle nécessaire pour assurer l'allumage, c'est-à-dire à 3 ou 4 ampères, de sorte que la batterie 43 ne reçoit qu'une très faible quantité de courant.
Toutefois, lorsque le moteur ralentit ou vient s'arrêter, la tension de la génératrice baisse jusqu'au-dessous de 3 volts, ce qui provoque d'abord l'ouverture des plots du conjoncteur-disjonceture. de sorte que désormais seule la ten- sion de la génératrice se trouvera appliquée à l'enroulement 31, mais comme 3 volts ne suffisent pas pour retenir l'armatu- re 28 en contact avec le noyau, cette armature sera ramenée, par pression élastique, dans sa position supérieure, en mettant ainsi en court-circuit la dérivation interposée dans le circuit d'excitation de la génératrice.
Si, ensuite, le moteur est de nouveau mis en marche, ce cycle se répète , c'est-à-dire, la génératrice charge la batterie avec le débit maximum jusqu'au moment où celle-ci atteint une tension correspondant à la char- ge pleine, après quoi la résistance 32 est mise en circuit où elle reste jusqu'au moment où le moteur ralentit ou s'arrête de nouveau. On voit donc que le dispositif suivant l'invention n'est décidément pas un régulateur du type vibratoire, car, en effet,il fonctionne habituellement avec une fréquence de ruptures inférieure à celle du conjoncteur-dis joncteur et en aucune façon ne peut fonctionner avec une fréquence de ruptu" res plus élevée que ce dernier.
Le conjoncteur-disjoncteur étant un des organes du système électrique du véhicule les moins sujets au dérèglement, il devient évident que le dispo"
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sitif suivant l'invention aura une durée très longue. Les Fig. 8, 9, 10 et 11 montrent les positions des plots du conjoncteur-disjoncteur dans les différentes conditions de fonctionnement. La Fig. 8 représente la position des plots lorsque le moteur est arrêté, d'où l'on voit que les plots 25 du conjoncteur-disjoncteur sont ouverts, tandis que les plots 30 du régulateur sont fermés. Ni les enroulements du conjonc- teur-dis joncteur ni ceux du régulateur ne reçoivent alors de courant, vu que la batterie est déconnectée du circuit de ces enroulements par l'ouverture des plots 25.
Lorsque la généra- trice est en marche et que la tension ainsi engendrée dépasse 7 volts, les plots 25 du con joncteur-dis joncteur se ferment, comme montré dans la Fig. 9, de sorte que l'enroulement 31 du régulateur reçoit désormais le courant de la batterie. La ten- sion de la batterie après une heure d'arrêt environ, n'étant que légèrement supérieure à 6 volts, ne suffit pas à déplacer l'armature 30. Après que le moteur aura tourné pendant quelque temps, la tension de la batterie augmente jusqu'environ 8 volts à 70 F. ou un voltage équivalent à une température différente, d'où attraction de l'armature 28 grâce au fait que l'enroulement 31 est désormais traversé par un courant plus fort, comme mon- tré en Fig. 10, ce qui provoque l'ouverture des plots 30, et en insérant ainsi la résistance 32 dans le circuit d'excita- tion de la génératri.ce.
Le débit de la génératrice est désor- mais réduit aux environs de 3 ampères. Les plots 30 et 25 gar- dent leurs positions respectives d'ouverture et de fermeture, aussi longtemps que le moteur tourne normalement. Toutefois, dès que la vitesse du moteur devient inférieur à celle pour laquelle la tension de la génératrice est égale à la tension de la batterie, les plots du conjoncteur disjoncteur s'ouvrent, de manière à déconnecter la batterie de la génératrice, comme
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montré en Fig. 11. On conçoit que l'armature 28 reste encore toujours dans sa position attirée, de sorte que les plots 30 restent ouverts, ce qui a pour effet de maintenir la résistarr- ce dans le circuit d'excitation de la génératrice.
Si à ce moment, la vitesse de la génératrce augmente, comme c'est souvent le cas, pendant le fonctionnement normal du moteur, les plots du conjoncteur-disjoncteur se ferment de manière à connecter de nouveau la batterie à la génératrice, sans que ce changement de vitesse ait pour effet de modifier la position des plots 30. Ces derniers ne peuvent se refermer pour remets tre la génératrice au point pour un débit maximum, que lorsque le moteur vient à s'arrêter ou ralentir.
Les Fig. 3, 4 et 5 montrent la disposition générale des organes et de leurs détails. Vu que le mécanisme du conjonc- teur-disjoncteur représenté aux dessins est très ancien et que le régulateur ressemble beaucoup à ce dernier par son aspect extérieur et sa construction, il n'y a pas lieu de considérer la plupart de ces détails comme brevetables. Par contre, on devrait admettre comme nouveau et brevetable le fait de dispo" ser le conjoncteur-disjoncteur, le régulateur et la résistance de manière à les combiner en un ensemble unique. La résistance 32 est enroulée sur un support 37 en porcelaine , fixé à une extrémité d'une plaque de base ovale 38.
Le noyau 27 du régula- taux est fixé à proximité de la même extrémité de cette plaque au moyen d'une vis 39 formant la borne par laquelle le dit noyau est réuni électriquement à la borne 18 de la génératrice.
De même , le mécanisme con joncteur-dis joncteur est fixé à la plaque de base 38, côte à côte avec le régulateur, au moyen d'une borne à vis 40, le tout étant enfermé dans un couvercle 41 en forme de cuvette, destiné à protégar le dispositif con- tre toute intervention extérieure. L'ensemble ainsi constitué
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est fixé à la partie supérieure de lagénératrice et, comme cette dernière, est montée directement derrière le ventilateur du moteur, un courant d'air de refroidissement se trouve tou.- jours dirigé sur le couvercle 41, de manière à évacuer la cha- leur dégagée par la résistance 32.
Parmi les nombreux avantages de l'invention, il y a lieu de mentionner le fait qu'elle permet d'établir un dispositif qui, tout en n'étant pas un régulateur de voltage,-vu qu'il n'a pas pour but de régler la tension à la.quelle se trouve chargée la batterie - agit néanmoins de façon à régler le dé- bit de la génératrice, de telle manière que la batterie ne peut pas être surchargée et que, lorsque celle-ci se trouve souschargée, le débit maximum de la génératrice devient immé- diatement disponible pour ramener la batterie à son état de charge complète dans le minimum de temps possible.
On peut considérer que la plus importante caractéristique du dispositif suivant l'invention réside dans le fait que le régulateur n'est pas vibratoire, ce qui le différencie de tous les appareils dits régulateurs de courant connus.
En outre, le nouveau support de plots bimétallique± per- met de régler l'entrefer entre l'armature du régulateur et le noyau de celui-ci, de manière à compenser les fluctuations de la résistance de l'enroulement du régulateur et de la tension de la batterie pleinement chargée, fluctuations dues aux chan- gements de température, cette disposition permettant de main- tenir la batterie dans son état de pleine charge en été comme en hiver.
Certaines modifications peuvent être apportées à la dis- position, la construction et la combinaison des divers orga- nes du dispositif perfectionné suivant l'invention, sans se départir de l'esprit de celle-ci, et les revendications qui sui-
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vent sont censées couvrir toutes les modifications pouvant être comprises raisonnablement dans le domaine de cette inven- tion.
REVENDICATIONS.
1 - Dans un système de chargement pour une batterie pour véhicules, une génératrice destinée à charger la dite batte- rie, cette génératrice pouvant être réglée pour un régime de changement élevé ou bas, aux vitesses de marche normales, et un régulateur déterminant le dit réglage, la disposition étant telle que le dit régulateur met la génératrice au point pour le débit de chargement minimum, seulement dans le cas où la tension aux bornes de la génératrice est égale à la tension de la batterie quand celle-ci est presque complètement chargée, et que ce régulateur remet la génératrice au point pour le régime de chargement maximum seulement après que la vitesse de la génératrice a été réduite sensiblement au-dessous de sa vitesse de marche normale.
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"IMPROVEMENTS TO REGULATORS FOR AUTOMO GENERATORS.
BILE"
The present invention relates to dynamo-electric machines, in particular to generators used in motor vehicles and its object is to provide a device for the adjustment and control of the flow of such generators, this device acting so as to keep the battery con - venably loaded, while avoiding an overload of the latter. The main advantage of such a device lies in
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the fact that, since the battery is always kept in the appropriate state of charge, it will last much longer than if it would have been charged by the usual means.
The object of the invention also has other characteristics which, while being of lesser importance, are nevertheless advantageous, such as, for example, the fact that the duration of the different light bulbs used on the vehicle is increased and ignition is improved thanks to the more uniform voltage supplied by a properly charged battery.
Currently, the flow of electric generators is almost universally regulated by the device called: the third brush. The disadvantage of this system is that the output of the generator is not set in proportion to the output required to properly charge the battery, but rather is entirely determined by the position of the third brush. As a result, unless adjusted according to the particular needs of each driver, the third brush does not prevent over-voltage or under-voltage of the battery.
Since various drivers use their vehicles in a variety of ways, namely: some only drive short distances and during the day; others drive long distances and at night only; still others have special devices on their vehicles, such as additional lamps, radio receivers, electric windshield wipers, cigar lighters, etc., so far we have not succeeded. to adjust the generator output according to the individual needs of each driver.
Almost all of the faults that have occurred to automobile batteries result from insufficient charging during
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the winter months and excessive load during the summer months. Usually, in winter, the vehicle does not travel very long distances and the battery is low charged, due to the greater use of light. Added to this is the fact that the current required for starting the vehicle in winter is several times greater than that required for starting in summer, which causes the battery to discharge. This discharge or undervoltage lowers the specific weight of the electrolyte and exposes the battery to the dangers of freezing. To overcome this drawback, the charging rate in winter is set to maximum.
However, and unless this high speed is reduced as summer approaches, the battery boosts up, which has the effect of heating the electrolyte and causing excessive evaporation of the latter. with, as a possible result, the drying of the plates and the cracking of the separators. The splitting of the separators and the curling of the plates have the effect of a premature deterioration of the battery.
The adjustment device according to the present invention eliminates the difficulties presented by obtaining an appropriate charge of the battery in any season, and this by subordinating the charge regime not to a standard determined in advance, but to the state of the battery itself.
In this way, when the voltage of the fully charged battery drops by a determined amount, the full charging rate of the generator is applied to the battery terminals, until the voltage of the latter is brought to its full load value, after which the generator output is again reduced to a small amount.
The regulator according to the invention is intended to be used in conjunction with a normal contactor-circuit breaker
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generator, i.e. the contactor-circuit breaker closes the circuit between the generator and the battery when the current of the first reaches about 7 volts (in the case of a charging system of a battery of 6 volts), while the regulator reduces the output of the generator as soon as the battery reaches the voltage determined in advance, from 8 volts to 70 F.
The reduction in the output of the generator is obtained by the intercalation of a resistance in the excitation winding of this generator, this reduction being sufficiently high so that the loading rate drops to only a few amps, and remains general. - slightly higher than that necessary to ensure ignition.
An important feature which distinguishes the device according to the invention from all prior regulators consists in the fact that, once the normal charge of the battery has been reached and the voltage supplied by the generator reduced, this voltage remains reduced until when the generator stops or slows down sharply, after which the governor automatically returns to the maximum load speed position. When the engine is then started accelerated, the charging rate immediately rises to maximum, however, if at this time the battery is still fully charged, the charging rate will be reduced as soon as the engine will have reached an appropriate speed.
It can therefore be seen that the regulator according to the invention is not of the vibratory type, which distinguishes it from all known regulators.
The reduction in the charging rate is obtained by inserting a resistor in the generator excitation circuit. This regulation system is very old, but until now all its embodiments indiscriminately led to the type of regulator known under the term of vibratory, which differs from the regulator.
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according to the invention in that in the latter, the resistance remains maintained in the excitation circuit of the generator as long as the engine is running at normal speed and the battery is fully charged, this resistance being switched on. short-circuited only when the vehicle comes to a stop or the engine slows down.
This gives a regulator exhibiting no vibratory characteristic, that is to say a regulator in which the contact pads do not suffer greater wear than in the normal contactor-circuit breaker. It is easily understood that, compared to regulators of the vibratory type, the regulator according to the invention will have a much longer existence and will offer a much higher safety.
The contact pads of the regulator according to the invention open and close throughout the normal life of an automobile, a number of times equal only to the number of breaks and closings of the circuit in a regulator of the vibratory type for less than d 'one hour of normal operation of the vehicle, from which it follows that the present invention makes it possible to completely avoid the failures caused by the excessive work of the contact pads.
Another object of the invention consists in establishing a bimetallic contact carrier making it possible to compensate for the effects of temperature variations on the voltage of the fully charged battery and on the resistance of the winding of the regulator.
In the accompanying drawings:
Fig. 1 is a side elevational view of an automobile engine on which the improved generator according to the invention is mounted.
Fig. 2 shows a circuit diagram of the generator, circuit breaker, regulator and battery
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forming part of the motor unit shown in Fig. 1.
Fig. 3 is a vertical sectional view of the contactor-circuit breaker and of the regulator, this view highlighting the simplicity and compactness of the device according to the invention.
Fig. 4 is a sectional view taken along line 4-4 of FIG. 3.
Fig. 5 is a sectional view taken along line 5-5 of FIG. 4.
Fig. 6 is a view on a larger scale of a bimetallic contact holder in the position occupied by the latter when charging the battery in summer.
Fig. 7 is a view on a larger scale, showing the members shown in FIG. 6, but in their loading position in winter.
Fig. 8 shows a diagram of the connections of the contactor-circuit breaker and of the regulator, the contact pads being shown in the position they occupy when the generator is not supplying current.
Fig. 9 is a similar diagram showing the position of the contact pads when the battery is fully charged.
Fig. 10 is a similar diagram showing the position of the contact pads after the battery has been fully charged and the output of the generator is reduced, and
Fig. 11 is a similar diagram showing the position of the contact pads while the engine is idling, this FIG. representing the means by which the output of the generator is maintained at its reduced value, this even when the contacts of the contactor-circuit breaker are open, which brings out the non-vibratory nature of the regulator according to the invention.
In these drawings, reference numeral 10 denotes
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general., an internal combustion engine, such as is generally found mounted in a motor vehicle. This motor is provided with a generator 11 for charging the battery and driven by the motor, in the usual manner, by means of a fan belt 12. The generator 11 is of the type with third brush adjustment, however, as as will be seen below, the device according to the invention can also be applied to usual generators with shunt or series winding. The specific construction of the generator not forming part of the present invention is not claimed therein, the device according to the invention being applicable to generators of any type.
In the generator 11, shown schematically in FIG. 2 and consisting of an armature 13, main brushes 14 and 15 and an adjusting brush 16, the latter is joined at one end of an excitation winding 17, while the other end of this winding ends up on a side of the generator and outside it, to be connected to the regulator by means of the terminal 18. The brush 14 is grounded in the usual way, while the brush 15 is joined to a terminal 19 used to take the charging current produced by the generator.
The only difference between a generator of the current type and that according to the invention lies in the fact that in the latter, the free end of the field winding 17 ends at terminal 18, while in known generators, this end is grounded as indicated by the dotted line 20.
Although the regulator and the contactor-circuit breaker are constructed so that they can be housed in a single housing, they nevertheless constitute two distinct devices, namely, the regulator, considered new,
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and the normal contactor-circuit breaker, known per se. To better understand the interdependence between these two devices, a brief description will be given below of the construction and operation of the contactor-circuit breaker before moving on to the combined operation of the latter and of the regulator.
The contactor-circuit breaker consists of a magnetic core 23 carrying a high resistance winding 21, one end of which is electrically joined to said core, which is electrically connected to the negative terminal of the generator.
The other end of the winding 21 is grounded at 22. The core 23 is provided with an armature 24, the free end of which carries one of the two contact pads 25, which are adjusted in such a way that when the armature 24 is attracted to the core, the circuit closes through a coil 26 of relatively thick wire, externally surrounding the coil 21. One end of the coil 26 is joined to the other of the pads. contact 25, while the free end of this winding is joined to one terminal of a battery 43, the other terminal of which is earthed.
The winding 21 has a very high resistance, so that, considering the limit of the voltages that can be produced by the generator, this winding can only be crossed by a current of a few milliamps, while the flow 26 presents very low resistance, so that the entire flow of the generator can pass easily through this coil without experiencing an appreciable voltage drop. It will also be noted that the windings 21 and 26 are wound in the same direction, so that the magnetic flux generated in these two windings by the passage of current during the charging of the battery will tend to attract the armature.
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This circuit breaker operates as follows:
As the generator spins, current flows from terminal 19 to core 23, and from there, through winding 21, to ground, so as to complete the circuit. Considering the very high resistance of this winding, the output voltage of the generator increases rapidly until the moment when it reaches seven volts, that is to say until this winding has created a sufficiently strong magnetic field. intense to cause the lowering of the armature 24 and thus close the contact pads 25, which will allow the current from the generator to pass through these pads as well as through the winding 26, to the battery 43, to where it goes to ground so as to complete the circuit.
The battery now receives the charging current and the voltage in windings 21 and 26 is obviously the same as in battery 43. In the event that the generator should slow down so that its voltage drops below of that of the battery, the current in the winding 26 would be reversed, which would have the effect of changing the direction of the magnetic flux generated by the winding 21 and thus neutralizing the attraction exerted by this winding - Lement on the frame 24, which, by freeing itself, opens the contact pads and thus cuts the battery of the generator.
In this way, the battery is automatically connected to the generator when the voltage produced by the latter is greater than that of the battery, the said battery being automatically disconnected from the generator as soon as the voltage of the latter drops to zero. below that of the battery.
The regulating device, although in appearance very similar to the contactor-circuit breaker which has just been described, nevertheless differs radically from the latter in terms of
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of operation.
The purpose of the regulator is to automatically insert a resistance in the generator excitation circuit and to retain this resistance in said circuit as long as the battery is fully charged and the generator is running at normal speed. This regulator consists of a core 27 in the form of a "U", electrically joined to the terminal 18 of the generator. The core 27 is provided with a frame 28 carrying one of the two contact pads 30, fixed at its free end and intended to come to rest elastically against the opposite pad. The latter is supported by a metal support 29, grounded at 22. The frame 28 is kept away from the core 27 by elastic pressure, so that the pads 30 are constantly and elastically applied against each other. 'other.
In this way, when the generator is stopped, or is idling, the normally grounded end of the generator field winding is grounded through terminal 18, the core 27, the armature 28, the studs 30. And the support 29. So when the generator is idling or stopped, its excitation winding is grounded, so that the maximum flow is reached as soon as the operation of the generator is accelerated.
The core 27 carries a regulator winding 31, one end of which is joined to terminal 19 of the generator, the other end of this winding being permanently grounded at 22. The regulator winding is calculated in such a way that when it is crossed by a current of 8.3 volts, at a temperature of 70 F, it attracts the armature 28 towards the core 27 by separating the pads 30 and thus cutting the grounding circuit of the generator excitation winding.
We can imagine that if there was no other
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connection between the mass and the generator, the flow of the latter would be reduced to zero by the opening of the pads 30, which would have the effect of reducing the tension in the winding 31, and thus allow the withdrawal of the reinforcement by sudden relaxation, by closing the contact pads. The voltage would then increase again and attract the armature 28, by opening the pads 30, so as to again reduce the flow to zero. This cycle would repeat itself continuously once the battery is fully charged, following the principle actually used in several types of regulators.
The disadvantage of such a regulator is that the cycle described above is repeated at such a frequency that the armature constantly vibrates as long as the battery is charged, so that the pads 30 are subject wear and the formation of craters, which causes their deterioration.
The regulator according to the present invention differs from regulators of the old type in that it comprises an excitation winding resistor 32, of about 4 ohms, shunted through the pads 30, so that the opening of these will not have the effect of completely cutting off the generator excitation circuit. Indeed, after the opening of the pads 30, the excitation circuit still remains earthed, namely through the resistor 32, so that the output of the generator is reduced not to zero, but to about 3-4 amps, that is to say slightly more than necessary, to ensure ignition.
Consequently, after the opening of the pads 30, the voltage of the generator does not drop to zero, but remains slightly higher than that of the battery and, the latter being fully charged, remains between 7 and 8 volts. at 70 F. Thanks to this arrangement, the frame 28 will be maintained
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in its attracted position, so that the contact pads will remain open as long as the engine continues to operate normally.
As will be seen in FIG. 6, the air gap between the frame 28 and the core 27 is practically zero when the armature is in its attracted position. The displacement amplitude of the armature is calculated in such a way that the latter cannot return to its rest position until the moment when the voltage in the winding 31 is reduced to about 3 volts. Therefore, it is necessary that the engine be completely stopped or at least put at idle, so that the armature 28 can return to its upper position and thus connect the excitation winding directly to the ground. It will be understood that, once the armature has been removed from the core, it will be necessary to apply a voltage of 8.3 volts to bring the armature back to its initial position and thus to separate the contact pads again.
By virtue of this arrangement, the variations in engine speed, which occur during normal operation of the vehicle, do not have the effect of moving the armature 28 from one of its extreme positions. The armature can only return to its upper position to restore the generator to full voltage charging state, only in the event of the engine stopping or slowing down.
In the event that the battery is put to work either by starting the engine or by lighting the car when it is stationary, its voltage will drop below the full load voltage and the voltage at terminal 19da the generator would drop accordingly. A voltage thus reduced cannot generate in the winding 31 a sufficient magnetic field to open the pads 30. The input
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expitation bearing 17 of the generator is then directly grounded, so that we now have, for charging the battery, the maximum output of the generator, which makes it possible to restore the full voltage of the battery in a minimum time.
It is easy to see that the maximum output of the generator can, in this case, be increased to a value greater than that which it could present, with sufficient safety, in the event that the generator has not been combined with the battery. than by the usual contactor-circuit breaker, since in the latter case, the battery would be overloaded, for most of the time, if the maximum output of the generator was used. This particularly applies in the summer period, when starting and lighting consume very little power and where long hikes are frequented.
It has been found advantageous to set the generator for a flow rate of 17 amps, which provides a safety unit for the machine and prevents overheating while charging the battery.
If the voltage of battery 43 were the same for the different operating temperatures encountered in summer and winter and if the resistance of winding 31 did not vary with these temperatures, it would have been sufficient to adjust the contact pads and the armature 28 once and for all, to keep the battery in a fully charged state at any temperature. Now, it is well known that the voltage at the terminals of a fully charged battery is, in summer, 0.5 volts lower than in winter, a difference which must be compensated for.
In addition, the resistance of the winding 31 increases with the outside temperature, so that when this temperature is high, the winding 31 allows less current to pass, from which it follows that the magnetic flux acting on the armature
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decreases as the temperature increases. In order to compensate in a simple and effective manner the variations in resistance caused by the fluctuations in the operating temperature of the device, the bi-metallic support 29 is provided, the function of which consists in modifying the position of the pad 30 relatively. fixed, so as to vary the air gap between the core 27 and the armature 28, in order to compensate for the battery voltage fluctuations and the regulator resistance variations.
The position of the studs 30 shown in FIG. 6 corresponds to a high outside temperature. It can be seen that the air gap 33 left between the frame 28 and the core 27 is relatively small. This air gap is determined by the position of the fixed pad 30, the position of which is in turn determined by the support 29. This support is composed of an inner strip 34 made of a metal with a low coefficient of expansion, such as invar or steel, and an outer strip 35 made of brass or other high coefficient of expansion metal.
As a result, when the temperature of this latter metal strip increases, the upper pad tends to lower in the direction of arrow 36, so as to reduce the air gap 33. On the other hand, and as shown in FIG. . 7, when the temperature drops, the upper stud tends to rise in the direction of arrow 44.
The movements shown in Figs. 6 and 7 are greatly exaggerated and serve rather to bring out the very action of the organs than to give an exact idea of the amplitude of their movements. As is known, the attractive force exerted on the reinforcement varies approximately as the square of the air gap, so that a very small change in the air gap is sufficient to compensate for a marked change. in the battery voltage and in the resistance of the
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bearing 31. One would have thought that, the device being fixed to the motor, which heats up in winter as in summer, the operating temperature of the winding 31 will only undergo very small variations.
However, it has been proven that the operating temperature of this winding is subject to practically the same variations, caused by the difference in temperature, between the summer and winter months, as the battery. itself, which is however located in a part of the vehicle exposed only to the outside temperature.
This is certainly due to the fact that in winter the device is cooled much more efficiently than in summer.
To better highlight the difference between the operation of the device according to the invention and the prior devices, it should be remembered that when the engine is started, the battery voltage drops, given the expense. current required for the starter motor to operate, down to a value slightly lower than that of full load. Once the voltage at terminal 19 of the generator has risen to approximately 7 volts, the contact breaker contacts close, thus connecting the battery to the generator. The regulator armature remains in its upper or inactive position, given the low voltage imparted by the battery 43 and does not leave this position until the battery voltage has reached the full charge value.
It will be understood that if this voltage is not reached before the motor comes to a stop, the position of the regulator backing will not undergo any modification, which will allow the generator to charge at maximum voltage for while the engine is running. However, the battery usually reaches its full charge within a short time, as the regulator prevents it from over-discharging, so that a relatively small amount of power.
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0rant is enough to bring it back. battery to. its full charge.
As soon as the voltage in the winding 31 reaches 8.3 volts at 70 F., the core 27 attracts the armature 28, which has the effect of inserting the resistor 32 into the excitation circuit of the generator and to reduce the flow of the latter to an amount barely greater than that necessary to ensure ignition, that is to say to 3 or 4 amperes, so that the battery 43 receives only a very weak amount of current.
However, when the motor slows down or comes to a stop, the voltage of the generator drops to below 3 volts, which first causes the opening of the contact breaker-circuit breaker pads. so that henceforth only the tension of the generator will be found applied to the winding 31, but as 3 volts are not enough to keep the armature 28 in contact with the core, this armature will be brought back, by elastic pressure , in its upper position, thereby short-circuiting the bypass interposed in the generator excitation circuit.
If, then, the engine is started again, this cycle is repeated, that is to say, the generator charges the battery with the maximum output until the moment when it reaches a voltage corresponding to the tank. - full ge, after which the resistor 32 is switched on where it remains until the moment when the motor slows down or stops again. It can therefore be seen that the device according to the invention is decidedly not a regulator of the vibratory type, because, in fact, it usually operates with a frequency of breaks lower than that of the contactor-circuit breaker and in no way can operate with a higher failure frequency than the latter.
The contactor-circuit breaker being one of the parts of the vehicle's electrical system the least subject to disturbance, it becomes obvious that the "
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Sitif according to the invention will have a very long duration. Figs. 8, 9, 10 and 11 show the positions of the contactor-circuit breaker pads under the various operating conditions. Fig. 8 represents the position of the pads when the engine is stopped, from which it can be seen that the pads 25 of the contactor-circuit breaker are open, while the pads 30 of the regulator are closed. Neither the windings of the contactor-circuit breaker nor those of the regulator then receive current, since the battery is disconnected from the circuit of these windings by the opening of the pads 25.
When the generator is on and the voltage thus generated exceeds 7 volts, the terminals 25 of the circuit breaker-circuit breaker close, as shown in FIG. 9, so that the regulator winding 31 now receives current from the battery. The voltage of the battery after about an hour of stoppage, being only slightly above 6 volts, is not sufficient to move the armature 30. After the engine has been running for a while, the voltage of the battery increases to about 8 volts at 70 F. or an equivalent voltage at a different temperature, hence the attraction of the armature 28 thanks to the fact that the winding 31 is now traversed by a stronger current, as shown in Fig. 10, which causes the pads 30 to open, and thereby inserting resistor 32 into the generator excitation circuit.
The output of the generator is now reduced to around 3 amps. The pads 30 and 25 keep their respective open and closed positions, as long as the motor is running normally. However, as soon as the engine speed becomes lower than that for which the voltage of the generator is equal to the voltage of the battery, the contacts of the contactor breaker open, so as to disconnect the battery from the generator, as
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shown in Fig. 11. It will be understood that the armature 28 still always remains in its attracted position, so that the pads 30 remain open, which has the effect of maintaining the resistance in the excitation circuit of the generator.
If at this moment, the speed of the generator increases, as is often the case, during normal engine operation, the contactor-circuit breaker terminals close so as to reconnect the battery to the generator, without this change of speed has the effect of modifying the position of the studs 30. The latter cannot be closed again to put the generator back in point for maximum flow, only when the engine comes to stop or slow down.
Figs. 3, 4 and 5 show the general arrangement of the organs and their details. Since the contactor-circuit breaker mechanism shown in the drawings is very old and the regulator closely resembles the latter in exterior appearance and construction, most of these details should not be considered patentable. On the other hand, one should admit as new and patentable the fact of having the contactor-circuit breaker, the regulator and the resistor so as to combine them in a single assembly. The resistor 32 is wound on a porcelain support 37, fixed to one end of an oval base plate 38.
The core 27 of the regulator is fixed near the same end of this plate by means of a screw 39 forming the terminal by which said core is electrically joined to the terminal 18 of the generator.
Likewise, the circuit breaker-circuit breaker mechanism is fixed to the base plate 38, side by side with the regulator, by means of a screw terminal 40, the whole being enclosed in a cover 41 in the form of a bowl, intended to protect the device against any external intervention. The whole thus constituted
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is attached to the upper part of the generator and, as the latter is mounted directly behind the motor fan, a current of cooling air is always directed on the cover 41, so as to evacuate the heat released by resistance 32.
Among the many advantages of the invention, it should be mentioned that it makes it possible to establish a device which, while not being a voltage regulator, since it is not intended for to adjust the voltage at which the battery is charged - nevertheless acts in such a way as to regulate the output of the generator, in such a way that the battery cannot be overcharged and that, when it is undercharged, the maximum output of the generator becomes immediately available to restore the battery to its state of full charge in the shortest possible time.
It can be considered that the most important characteristic of the device according to the invention lies in the fact that the regulator is not vibratory, which differentiates it from all known devices known as current regulators.
In addition, the new bimetallic stud support ± allows the air gap between the regulator frame and the regulator core to be adjusted, so as to compensate for fluctuations in the resistance of the regulator winding and the regulator. voltage of the fully charged battery, fluctuations due to temperature changes, this arrangement making it possible to keep the battery in its fully charged state in summer as in winter.
Certain modifications may be made to the arrangement, construction and combination of the various parts of the improved device according to the invention, without departing from the spirit thereof, and the claims which follow.
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wind are intended to cover all modifications that can reasonably be understood within the scope of this invention.
CLAIMS.
1 - In a charging system for a battery for vehicles, a generator intended to charge said battery, this generator being able to be set for a high or low change speed, at normal running speeds, and a regulator determining said adjustment, the arrangement being such that the said regulator sets the generator to the point for the minimum charging rate, only in the case where the voltage at the terminals of the generator is equal to the voltage of the battery when the latter is almost fully charged , and that this governor will reset the generator to maximum charging speed only after the generator speed has been reduced to substantially below its normal running speed.
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