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" MOTEUR THERMO-ELECTRIQUE- "
La présente invention concerne les systèmes moteurs utilisés dans les véhicules auto-mobiles dans lesquels le moteur primaire entraîne une généra- trice qui, à son tour, alimente électriquement'les moteurs du véhicule.
Dans les systèmes de ce genre, il est de technique courante d'u- tiliser comme moteur primaire un moteur à combustion interne, et, dans ce cas, la puissance maxima du moteur principal est obtenue lorsqu'il tourna à sa vites- se mormale àpleine admission. La charge du moteur mécanique est déterminée par les caractéristiques externes de la génératrice qui lui est accouplée. Comme
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le moteur principal fournit pratiquement une puissance mécanique constante pour tout réglage particulier de l'admission, il convient que dans ses limitas de variations de tension et de courant, la génératrice absorbe une.puissance mécanique pratiquement constante.
Une telle génératrice utilisera la pleine puissance que peut fournir le moteur principal dans les limites de fonctionnement du système.
L'invention a pour objet une générateur de puissance pour vehi- cules auto-moteurs dans lequel un moteur primaire entraine une génératrice dont les caractéristiques électriques sont telles que le moteur fonctionne pratiquement à puissance constante pour tout réglage particulier de l'admis- sion.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple non limitatif, et; dans lesquels:
La Fig.l est une vue schématique d'un dispositif générateur pour véhicules auto-moteurs utilisant la présente invention.
La Fig.2 est une vue schématique d'une modification du disposi- tif représenté à la Fig.l.
La Fig.3 est une courbe montrant la caractéristique externe des
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générahteurs des Fig 1 et 2.
Le dispositif de la Fig.l comprend un moteur primaire 10, tel qu'un moteur à combustion interna, accouplé mécaniquement à un générateur élec- trique 11 et à une excitatrice 12. Le moteur primaire 10 est d'un. type fonc- tionnant à vitesse constante et la puissance constante développée par le moteur primaire pour une charge particulière peut titre représentée par une courbe don- nant la tension de la génératrice en fonction du courant) cette courbe, repré- sentée à la Fig.3 est une hyperbole équilatère A-B.
Pour que la génératrice puisse utiliser la puissance maxima que peut fournir le moteur primaire, il est nécessaire que la caractéristique externe de la génératrice corresponde à l'hy- perbole équilatère A-B qui représente la caractéristique du fonctionnement du moteur primaire pour la pleine admission et vitesse constante*
Dans le système conforme à l'invention, la caractéristique du générateur correspond très exactement , dans les limites de fonctionnement du
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du générateur dans toutes les conditions de chargera la caractéristique de fonctionnement à puissance constante du moteur primaire.
On obtient cette ca- ractéristique en utilisant une disposition des excitations soit du générateur, soit de l'excitatrice, dans lequel les noyaux polaires sont divisés en portions magnétiquement séparées suivant un plan perpendiculaire à l'axe de l'induit, et en prévoyant sur l'une des portions de chaque pôle des enroulements d'excita- tion série différentiels connectés en série avec le circuit du générateur. Cet- te construction dans laquelle les pâles sont divisés transversalement à l'axe de l'armature, permet une distribution uniforme et symétrique du flux autour de l'axe de 1'armature, ce qui facilite la commutation, at en même temps permet de faire varier le flux de la manière désirée en fonction des variations du cou- rant de charge du système.
La caractéristique du générateur utilisé par l'in- vention est représentée à la Fig.3 comme l'indique la courbe C-D, Les courbes A-B et C-D montrent que le générateur utilise le maximum de puissance du moteur primaire dans les limites de fonctionnement du systèmes.
Dans la disposition représentée à la Fig.l, le générateur 11 est pourvu d'une armature lla et d'un système inducteur comprenant l'enroulement d'excitation principal 13 connecté directement aux bornes de l'induit de l'ex- citatrice 12. L'excitatrice 12 est pourvue de pôles divisés, transversalement à l'axe de rotation, en portions 14 et 15. Cette séparation peut être obtenue au moyen d'un entrefer, d'une feuille de matière non magnétique ou par tout autre moyen permettant de séparer magnétiquement les deux parties de chaque pôls.- Sur ces pôles sont disposés des enroulements d'excitation indépendante 16 entourant les deux parties 14 et 15 et excités par une'batterie 17 connectée en série ave l'enroulement 16 par L'intermédiaire d'une résistance variable 18.
Cet enroule- ment fournit une excitation suffisante pour saturer l'expansion polaire 15 et laisser non saturée l'expansion polaire 14. En plus des enroulements d'excita- tion 16, l'excitatrice est pourvue d'enroulements 19 et 20 connectés en série avec le circuit de la génératrice. Les enroulements 19 agissent sur les por- tons de pôles 15 en sens inverse des enroulements d'excitation principaux et sont calculxs pour compenser exactement leur effet au point de fonctionnement Y de la Fig.3 A partir de ce point, si le courant de charge du générateur aug- mente encore, l'enroulement 19 sature les portions 15 des pôles en sens inverse Les enroulements série 20 entourent seulement les portions 14 et agissent dans
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le marna sens que les enroulements d'excitation principaux,
les effets combines de ces deux excitations étant suffisants pour saturer les 'portions polaires 14 pour des courants supérieurs au courant correspondant au point Y de la Fig.3.
L'importance de ces enroulements série varie avec le courant absorba par la charge représentée par le moteur de traction 21.
Le noyau magnétique de l'induit est divisé en deux portions dis- tinctes au moyen d'un intercalaire non magnétique 23 séparant magnétiquement les deux portions de l'armature* Cet intercalaire sert à réduire l'importance des flux de fuite lorsque les portions 14 et 15 des expansions polaires sont de polarités différentes. Il tend à confiner le flux suivant des trajets bien dé- terminés à travers l'armature, pour toutes les conditions d'excitation.
La charge de la batterie 17 est obtenue en plaçant celle-ci aux bornes de l'induit 22 de l'excitatrice 12, en série avec un enroulement auxi- litire 24 prévu sur la générateur 11. Cet enroulement 24 fournit aussi une par- tie de l'excitation du générateur. On prévoit un relais différentiel 25 de ma- nière à ne fermer le circuit de charge de la batterie 17 que lorsque la tension de l'excitatrice est supérieure à la tension de la batterie.
En fonctionnement du dispositif montré à la Fig.l, lorsque la charge du générateur 11 constituée par le moteur de traction 21 est mise en circuit en vue de démarrer le véhicule, le courant fourni par le générateur est élevé et la tension est basse. Cette condition correspond à un point marqué X de la Fig.3. Dans cette condition, les portions 15 de l'inducteur 12 sont satu- rées par les enroulements série 19 en sens opposé du flux que tendent à produi-' re les enroulements 16. Lorsque le véhicule démarre, le courant de chargede la génératrice diminue, son effet sur 1'enroulement série 20 diminue et les por- tions 14 des pôles se désaturant.
Les autres portions 15 des pbles se désatu- rent également et les flux décroissent légèrement. Lorsque le courant continue à décroîtra, l'effet des enroulements d'excitation différentiels 19 décroît graduellement jusqu'à atteindre un point de fonctionnement Y de la Fig.3 où les enroulements d'excitation différentiels série compensent l'effet des en- roulements d'excitation séparés 16 dans la partie 15 des pilles de l'excitatrice la- En ce moment, le flux inverse dans la portion 15 des pales est réduit à zé- ro. Pour une nouvelle diminution du courant, la tension de l'excitatrie aug- mentera beaucoup moins.rapidement que pendant la partie principale de la courbe
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de fonctionnement.
Les enroulements séries d'excitation protagonistes 20 sont prévus pour obtenir une tension plus faible d'excitatrice) lorsque la charge est nulle. Comme le flux des portions compound cumulatives 14 des paies de l'excitatrice est produit, en partie seulement par un enroulement série, il est évident que cet enroulement devra comporter un petit nombre de spires.
Par conséquent, à charge nulle, lorsqu'il n'y a pas d'ampère tours série, le flux total est inférieur au flux d'une machine qui n'aurait pas d'enroule- ments protagonistes-, et par conséquent la tension à charge nulle sera moin- dre. Pour une charge nulle du générateur, les portions 15 sont saturées par l'enroulement 16 et sont traversées par des flux de même direction que les flux traversant les portions 14 des pôles- L'excitatrice est proportionnée,' de manière à fournir aux enroulements 13 et 24 du générateur 11 les tensions appropriées pour que, dans les limites de fonctionnement normal de la géné- ratrice,
les points de fonctionnement se placent antre X 'et Y sur une carac- téristique externe C-D se confondant avec la courbe de fonctionnement à puis- -sance constante A-Bdu moteur primaire.
Dans la fig.2 il est représenté une autre disposition du système moteur donnant les caractéristiques Tension-Courant désirées pour la généra- trice. Sous cette forme de l'invention, la génératrice ,et non l'excitatrice, est prévue avec des enroulements série différentiels et cumulatifs polaires d'excitation semblables à ceux représentés sur l'excitatrice de la Fig.l.
Sous cette forme modifiée, 10 représente le moteur primaire, 26 la génératrice et 27 l'excitatrice' L;'excitratrice 27 est munie d'une armatrue 27a et d'un anroulement d'excitation séparé 26. La génératrice 26 est réali- sée d'une manière semblable à l'excitatrice 12 de la Fig.l. les champs polai- res de la génératrice sont divisés transversalement par rapport à l'axe de la génératrice,an portions 29 et 30. L'enroulement excitateur principal 31, ainsi que l'enroulement auxiliaire 24 de charge de la batterie sont disposés pour exciter les deux portions de chaque pôle et sont connectés à l'emmature de l'excitatrice 27. Les enroulements d'excitation série différentiels 32 et les enroulements d'excitation série cumulatif 33 sont disposés sur les por- tions polàires 29 et 30 respectivement.
La section de la portion polaire 29 est suffisamment' faible pour permettre la saturation par les enroulements principaux d'excitation 31 et 24, et aussi par les enroulanents d'excitation différentiels 32 après qu'ils ont équilibrés le flux principal, et la section
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desa portions polaires 30 est telle que la portion 30 sera saturée par les champs combinés principal et cumulatif pour les condittions de lourde charge.
L'armature 34 de la génératrice 26 est munie d'un enroulement de n'importe quel type série ou multiple, suivant l'effet désiré, et le noy'u magnétique est divisé par un espace transversal non magnétique 35 qui sert à confiner le flux dans l'armature et à réduire un flux circulant antre les portions des p les. Le circuit de charge de la génératrice comprend les enrou- -lements d'excitation 32 et 33 et le moteur de traction 21. Le circuit de charge de la batterie est le même que celui de la Fig.1 et les mêmes parties ont été désignée avec les marnes références.
Les caractéristiques du système moteur représenté Fig.2 peuvent être représentées par une courte caractéristique semblable à celle se rappor- tant à la Fig.3 et représentée Fig.3.
Dans cet arrangement l'excitation du champ principal 31 de la gé- nératrice 26 reste pratiquement constante, étant donné qu'elle est fournie par l'excitatrice 27 entraînée à vitesse constante pour n'importe quel couple développé par le moteur primaire et excitée séparément par une source à ten- sion constante. Lorsque une charge maximum est fournie par la génératrice au circuit de charge, commeau démarrage du véhicule, le courant des enroule- ments séries est maximum et les portions polaires 29 de la génératrice sont saturées par les enroulements d'excitation série 32 en opposition des enrou- lements polaires excités séparément 31 et 24. Ces conditions correspondent à l'extrémité inférieure de la courbe C-D représentée en X.
Lorsque le véhicule démarre et que la charge diminue, les cou- rants Série diminuent et l'effet des enroulements 32 d'excitation différen- tiels est réduit , ce qui a pour résultat de réduire la saturation des por- tions 29.
Lorsque le courant série décroît la caractéristique suit la por- tion X-Y de la courbe C-D. Au point Y, l'effet des enroulements d'excitation différentiels 32 est aépassé par les enroulements 31 et 24 d'excitation sé- parée, et à toute diminution consécutive du courant de charge correspondra une augmentation de tension proportionnellement plus faible.
Dans ce cas, comme dans la modification de la Fig.l, le champ séria cumulatif est prévu de manière à réduire la tension produite à vide
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quand seul l'enroulement principal d'excitation est excité.
Il apparaîtra donc que chaque modification représentée Fig.1 et 2 prévoit une caractéristique tension-courant de la génératrice oorrespondant étrcitement avec les caractéristiques de puissance maximum du moteur primaire et utilise effectivement la puissance du moteur primaire pour tous les cou- rants et tensions de la génératrice.
De ce qui précède, il aparaît que l'invention couvre un système moteur pour véhicules auto-moteurs dans lesquels un moteur primaire entraîne .une génératrice de manière à alimenter les moteurs de traction connectés aux axes des véhicules de telle manière que la génératrice charge pratiquement le moteur primaire à la puissance maximum par tous les courants et tensions ré- sultant du fonctionnement du système.
Bien que l'invention ait été décrite spécialement pour un Néhi- cule auto-moteur, elle n'est pas limitée à cette application spéciale et peut couvrir toute modification réalisable par l'homme de l'art s'en inspirant.
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"THERMO-ELECTRIC MOTOR-"
The present invention relates to engine systems used in motor vehicles in which the primary engine drives a generator which in turn electrically powers the engines of the vehicle.
In systems of this kind, it is common practice to use an internal combustion engine as the primary engine, and in this case the maximum power of the primary engine is obtained when it is running at its normal speed. full admission. The load of the mechanical motor is determined by the external characteristics of the generator coupled to it. As
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the main engine provides practically a constant mechanical power for any particular adjustment of the admission, it is appropriate that in its limits of variations of tension and current, the generator absorbs a practically constant mechanical power.
Such a generator will use the full power that can be supplied by the main engine within the operating limits of the system.
The object of the invention is a power generator for self-propelled vehicles in which a primary motor drives a generator whose electrical characteristics are such that the engine operates at practically constant power for any particular adjustment of the intake.
The new characteristics and the advantages of the invention will be better understood by referring to the following description and to the accompanying drawings, given simply by way of non-limiting example, and; wherein:
Fig.l is a schematic view of a generator device for self-propelled vehicles using the present invention.
Fig. 2 is a schematic view of a modification of the device shown in Fig. 1.
Fig. 3 is a curve showing the external characteristic of
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generators of Figs 1 and 2.
The device of FIG. 1 comprises a primary motor 10, such as an internal combustion engine, mechanically coupled to an electric generator 11 and to an exciter 12. The primary motor 10 is of one. type operating at constant speed and the constant power developed by the primary motor for a particular load can be represented by a curve giving the voltage of the generator as a function of the current) this curve, shown in Fig. 3 is an equilateral hyperbola AB.
In order for the generator to be able to use the maximum power that the primary engine can deliver, it is necessary that the external characteristic of the generator corresponds to the equilateral hydrogen AB which represents the operating characteristic of the primary engine for full intake and speed. constant*
In the system according to the invention, the characteristic of the generator corresponds very exactly, within the operating limits of the
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generator under all conditions will charge the constant power operating characteristic of the primary motor.
This feature is obtained by using an arrangement of the excitations of either the generator or the exciter, in which the pole nuclei are divided into magnetically separated portions in a plane perpendicular to the axis of the armature, and by providing on one of the portions of each pole of the differential series excitation windings connected in series with the generator circuit. This construction in which the blades are divided transversely to the axis of the armature, allows a uniform and symmetrical distribution of the flux around the axis of the armature, which facilitates the switching, and at the same time allows to vary the flux as desired according to the variations in the load current of the system.
The characteristic of the generator used by the invention is shown in Fig. 3 as indicated by curve CD, Curves AB and CD show that the generator uses the maximum power of the primary motor within the operating limits of the system. .
In the arrangement shown in Fig.l, the generator 11 is provided with an armature 11a and an inductor system comprising the main excitation winding 13 connected directly to the terminals of the armature of the exciter 12. The exciter 12 is provided with poles divided, transversely to the axis of rotation, into portions 14 and 15. This separation can be obtained by means of an air gap, a sheet of non-magnetic material or by any other means. allowing to magnetically separate the two parts of each pole. - On these poles are arranged independent excitation windings 16 surrounding the two parts 14 and 15 and excited by a battery 17 connected in series with the winding 16 via a variable resistor 18.
This winding provides sufficient excitation to saturate the pole expansion 15 and leave the pole expansion 14 unsaturated. In addition to the excitation windings 16, the exciter is provided with windings 19 and 20 connected in series. with the generator circuit. The windings 19 act on the pole ports 15 in the opposite direction to the main excitation windings and are calculated to exactly compensate for their effect at the operating point Y in Fig. 3 From this point, if the load current of the generator increases still further, the winding 19 saturates the portions 15 of the poles in the opposite direction. The series windings 20 surround only the portions 14 and act in
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the marna senses that the main excitation windings,
the combined effects of these two excitations being sufficient to saturate the pole portions 14 for currents greater than the current corresponding to point Y in Fig.3.
The importance of these series windings varies with the current absorbed by the load represented by the traction motor 21.
The magnetic core of the armature is divided into two distinct portions by means of a non-magnetic spacer 23 magnetically separating the two portions of the armature * This spacer serves to reduce the magnitude of the leakage fluxes when the portions 14 and polar expansions are of different polarities. It tends to confine the flow along well defined paths through the reinforcement, for all excitation conditions.
The charge of the battery 17 is obtained by placing the latter at the terminals of the armature 22 of the exciter 12, in series with an auxiliary winding 24 provided on the generator 11. This winding 24 also provides a part. of the generator excitation. A differential relay 25 is provided so as to close the battery charging circuit 17 only when the voltage of the exciter is greater than the voltage of the battery.
In operation of the device shown in Fig.l, when the load of the generator 11 constituted by the traction motor 21 is switched on with a view to starting the vehicle, the current supplied by the generator is high and the voltage is low. This condition corresponds to a point marked X in Fig. 3. In this condition, the portions 15 of the inductor 12 are saturated by the series windings 19 in the opposite direction of the flux which the windings 16 tend to produce. When the vehicle is started, the charging current of the generator decreases. its effect on series winding 20 decreases and the pole portions 14 become desaturated.
The other portions of the pbles also desaturate and the fluxes decrease slightly. As the current continues to decrease, the effect of the differential excitation windings 19 gradually decreases until reaching an operating point Y of Fig. 3 where the series differential excitation windings compensate for the effect of the windings d Separate excitation 16 in exciter section 15 1a At this time, the reverse flow in blade portion 15 is reduced to zero. For a further decrease in current, the voltage of the excitatry will increase much less rapidly than during the main part of the curve.
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Operating.
The protagonist excitation series windings 20 are designed to obtain a lower exciter voltage) when the load is zero. As the flow of the cumulative compound portions 14 of the exciter pays is produced, in part only by a series winding, it is obvious that this winding will have to have a small number of turns.
Consequently, at zero load, when there are no series revolutions amps, the total flux is less than the flux of a machine which would not have protagonist windings-, and consequently the voltage at zero load will be less. For a zero load of the generator, the portions 15 are saturated by the winding 16 and are crossed by flows in the same direction as the flows passing through the portions 14 of the poles. The exciter is proportioned, so as to supply the windings 13 and 24 of generator 11 the appropriate voltages so that, within the limits of normal operation of the generator,
the operating points are placed between X 'and Y on an external characteristic C-D coinciding with the operating curve at constant power A-B of the primary motor.
In fig. 2 another arrangement of the motor system is shown giving the desired Voltage-Current characteristics for the generator. In this form of the invention, the generator, and not the exciter, is provided with differential and cumulative excitation series windings similar to those shown on the exciter of Fig. 1.
In this modified form, 10 represents the primary motor, 26 the generator and 27 the exciter. The exciter 27 is provided with an armature 27a and a separate excitation winding 26. The generator 26 is provided. in a manner similar to the exciter 12 of Fig.l. the polar fields of the generator are divided transversely with respect to the axis of the generator, in portions 29 and 30. The main exciter winding 31, as well as the auxiliary battery charging winding 24 are arranged to excite the two portions of each pole and are connected to the armature of the exciter 27. The differential series excitation windings 32 and the cumulative series excitation windings 33 are disposed on the polar portions 29 and 30 respectively.
The section of the pole portion 29 is small enough to allow saturation by the main excitation windings 31 and 24, and also by the differential excitation windings 32 after they have balanced the main flux, and the section.
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The pole portions 30 is such that the portion 30 will be saturated by the combined main and cumulative fields for heavy load conditions.
The armature 34 of the generator 26 is provided with a winding of any series or multiple type, depending on the desired effect, and the magnetic core is divided by a non-magnetic transverse space 35 which serves to confine the coil. flow in the reinforcement and to reduce a flow circulating between the portions of the poles. The generator charging circuit includes the excitation windings 32 and 33 and the traction motor 21. The battery charging circuit is the same as in Fig.1 and the same parts have been designated. with the reference marls.
The characteristics of the motor system shown in Fig. 2 can be represented by a short characteristic similar to the one related to Fig. 3 and shown in Fig. 3.
In this arrangement the excitation of the main field 31 of the generator 26 remains practically constant, since it is provided by the exciter 27 driven at constant speed for any torque developed by the primary motor and separately excited. by a constant voltage source. When a maximum load is supplied by the generator to the load circuit, such as when starting the vehicle, the current of the series windings is maximum and the pole portions 29 of the generator are saturated by the series 32 excitation windings in opposition to the windings. - separately excited polar elements 31 and 24. These conditions correspond to the lower end of the curve CD shown in X.
As the vehicle starts up and the load decreases, the Series currents decrease and the effect of the differential excitation windings 32 is reduced, resulting in reduced saturation of portions 29.
When the series current decreases, the characteristic follows the X-Y portion of the C-D curve. At point Y, the effect of the differential excitation windings 32 is exceeded by the separate excitation windings 31 and 24, and any subsequent decrease in load current will correspond to a correspondingly smaller voltage increase.
In this case, as in the modification of Fig.l, the cumulative serial field is provided so as to reduce the voltage produced in no-load
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when only the main excitation winding is energized.
It will therefore appear that each modification shown in Figs. 1 and 2 provides for a voltage-current characteristic of the generator closely corresponding to the maximum power characteristics of the primary motor and effectively uses the power of the primary motor for all the currents and voltages of the generator. generator.
From the foregoing, it appears that the invention covers an engine system for self-propelled vehicles in which a primary motor drives a generator so as to supply the traction motors connected to the axes of the vehicles in such a way that the generator practically loads. the primary motor at maximum power by all the currents and voltages resulting from the operation of the system.
Although the invention has been described especially for a self-propelled Nehicle, it is not limited to this special application and can cover any modification which can be made by those skilled in the art taking inspiration from it.