FR2582164A1 - Alternateur-compresseur a excitation par aimant permanent et a commande en courant continu - Google Patents

Abstract

A.ALTERNATEUR-COMPRESSEUR A EXCITATION PAR AIMANT PERMANENT ET A COMMANDE EN COURANT CONTINU; B.CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND UN AIMANT PERMANENT ROTATIF78 CONCENTRIQUE A LA BOBINE80; DES MOYENS DE ROTOR82, 84 CONCENTRIQUES A LA BOBINE80 ET A L'AIMANT78 CONSTITUANT UNE PARTIE DU CHEMIN DE PASSAGE DE FLUX DE LA BOBINE ET DE L'AIMANT; ET DES MOYENS DE STATOR CYLINDRIQUE74 CONCENTRIQUES PAR RAPPORT AU ROTOR, POUR COMPLETER LE CHEMIN DU FLUX, CES MOYENS DE STATOR CYLINDRIQUE COMPRENANT UNE BOBINE DE STATOR76, DE FACON QUE LA ROTATION DU ROTOR82, 84 PRODUISE UNE TENSION DANS LA BOBINE DE STATOR74; C.L'INVENTION S'APPLIQUE AUX CONDITIONNEURS D'AIR.

Description

Alternateur-compresseur a excitation par aimant

permanent et à commande en courant continu."

L'invention concerne, d'une façon générale, un bloc combiné d'alternateurcompresseur destiné à assurer les fonctions de production d'énergie électrique et de pompage du réfrigérant d'un conditionneur d'air, dans un v6hicule automobile. Les véhicules automobiles utilisent généralement, comme source de mouvement principale, un moteur à combustion interne qui, en plus de sa fonction de propulsion du v6hicule, entraîne généralement un

g6nérateur ou alternateur électrique, ainsi que diffé-

rentes pompes parmi lesquelles une pompe ou compresseur

de conditionneur d'air.

Typiquement, l'alternateur et le compresseur de-réfrigérant sont entraînés chacun par le vilebrequin du moteur, au moyen de courroies trap6zoïdales et de poulies. L'alternateur tourne typiquement à grande vitesse pour produire une tension alternative de fréquence relativement élevée A ces tensions alternatives de fréquence relativement élevée, les pertes du noyau du stator sont normalement relativement élevées, ce qui

diminue le rendement de l'alternateur.

Typiquement, les compresseurs sont

actionn6s au moyen d'un embrayage électromagnétique.

La plupart du temps, l'embrayage électromagn6tique

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n'est pas actionné, et la poulie du compresseur tourne librement sans contribuer à la charge du moteur sauf pour les pertes par frottement. Lorsque le système demande au compresseur de pomper le réfrigérant, l'embrayage est actionné de façon que la poulie du

compresseur entraine celui-ci.

Dans certains systèmes selon l'art antérieur, l'alternateur et le compresseur ont été combinés en un seul bloc. Un exemple d'un tel bloc combiné d'alternateur-compresseur, est décrit dans le Brevet U.S.A. n 4 095 922 déposé par le mandataire de la présente invention. Dans cette structure, le champ magnétique de l'alternateur est produit par un anneau tournant d'aimant permanent multiple dont le flux magnétique tournant est coupé par trois ensembles de bobines fixes associées à un stator, de manière à produire des tensions électriques dans les bobines. Les bobines sont disposées dans une configuration toroidale dans les fentes du noyau du stator, et ce stator est monté concentriquement à l'intérieur de l'anneau d'aimant permanent. Les

- bobines sont branchées électriquement dans une configu-

ration en triangle. La tension produite dépend de la vitesse du moteur et de la vitesse de rotation de l'alternateur. La tension requise dépend de la demande du système en énergie électrique. La tension produite doit donc être contrôlée de manière à s'adapter à la tension requise pour obtenir le meilleur rendement

de fonctionnement du système.

Il a été proposé, dans l'art antérieur, un certain nombre d'alternateurs dont le flux d'excitation est produit par une bobine électromagnétique tournante. Ces alternateurs nécessitent des éléments de contact glissants se présentant sous la forme de bagues de glissement et de balais permettant de brancher

la bobine tournante à une source de tension continue.

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Un inconvénient de ces alternateurs est que les éléments de contact glissants ont tendance à s'user et doivent

donc être entretenus périodiquement.

L'une des difficultés rencontrées dans les alternateurs selon l'art antérieur, a été que la tension électrique produite ne pouvait être contr8lée qu'avec des frais considérables. Ailsi, dans les alternateurs classiques de ce type, il est utilisé une technique de régulation de tension consistant à introduire des redresseurs à commande au silicium (RCS) dans le circuit de puissance. Cette solution n'est pas souhaitable car elle nécessite de commander une grande puissance. La commande de la pleine puissance de sortie de l'alternateur, par ce régulateur

de tension RCS est donc très chère.

Selon l'art antérieur, d'autres alternateurs ont été proposés dans lesquels des bobines d'excitation fixes étaient utilisées comme seule source de flux magnétique de l'alternateur. Une structure de ce type est décrite dans le Brevet U.S.A. no 3 493 800. Un inconvénient de ce type de structure est qu'elle nécessite un courant d'excitation considérable

pour produire le flux magnétique d'intensité nécessaire.

Cela complique la commande de la tension produite car

il faut commander un courant d'excitation très important.

De plus, les bobinages d'excitation doivent être relativement volumineux, ce qui n'est pas souhaitable dans les applications automobiles o la place et le poids

doivent être réduits au minimum.

Dans certains alternateurs à excitation par aimant permanent, il a été utilisé une technique de commande de la-tension produite, consistant à rendre le flux magnétique disponible variable par pré-magnétisation. Pour cela, l'armature fixe de la machine est munie d'un enroulement porteur de bague à

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courant continu permettant d'appliquer une pré-magnéti-

sation tangentielle variable au noyau de l'armature pour commander le flux magnétique disponible. Dans ce type de dispositif de commande, il a été constaté qu'il était particulièrement avantageux de combiner, au moins partiellement, l'enroulement porteur de bague à courant continu effectuant la pré-magnétisation,

avec l'enroulement de fonctionnement à courant induit.

Cette disposition permet d'obtenir un dispositif relativement simple dans lequel la régulation du flux magnétique disponible permet de commander la tension produite. Un générateur électrique à excitation par aimant permanent, dans lequel le flux magnétique d'excitation est commandé par un enroulement de commande à courant continu, est décrit dans le Brevet U. S.A. nO 3 411 027. Le générateur électrique présente une force d'excitation magnétomotrice commandée, produite par des aimants permanents et une bobine de commande. Le flux magnétique utile et, par conséquent, la tension produite, peut se commander en faisant varier la tension continue appliquée à la bobine de commande. La force magnétomotrice produite par la bobine est combinée, dans un montage en dérivation, avec la force magnétomotrice produite par les aimants permanents, ce qui augmente ou diminue le flux d'excitation utile résultant, en fonction de la polarité et de l'amplitude de la tension d'excitation en dérivation. Un inconvénient de cette disposition est que la bobine et les aimants permanents sont espacés axialement, ce qui conduit à une dimension axiale relativement importante de l'alternateur. Cette

grande dimension axiale nécessite de la place supplé-

mentaire et l'utilisation de plusieurs paliers de

support pour le bloc d'alternateur.

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Il est donc souhaité d'obtenir un bloc combiné d'alternateur-compresseur présentant une petite dimension axiale, et dans lequel la force d'excitation magnétomotrice de l'alternateur soit produite par des aimants permanents et par une bobine d'excitation, l'alternateur étant monté sur un

palier unique.

Il est également souhaité d'obtenir un alternateur-compresseur combiné utilisant des aimants permanents et une bobine de commande fixe pour obtenir une excitation magnétomotrice sans

balais, et facilement contrôlable, de l'alternateur.

Il est encore souhaité d'obtenir un bloc compact d'alternateurcompresseur sans balais, dans lequel les aimants permanents et la bobine d'excitation soient montés concentriquement dans une structure compacte et légère facile à assembler

et présentant de faibles pertes électromagnétiques.

L'invention permet de pallier

les inconvénients des alternateurs et alternateurs-

compresseurs selon l'art antérieur, et créant un alter-

nateur-compresseur combiné perfectionné très compact, dans lequel la force d'excitation magnétomotrice est produite par une bobine à courant continu montée

concentriquement, et par un aimant permanent.

L'invention concerne pour cela un alternateur-compresseur combiné sans balais, comprenant une structure annulaire d'aimant permanent tournant, et une bobine de commande toroldale fixe. La bobine de commande à courant continu toroldale est montée concentriquement avec l'aimant permanent annulaire tournant, et avec la base de l'alternateur. Le bobine de commande est montée dans une disposition d'addition et soustraction de champ magnétique par rapport à *l'aimant permanent annulaire, de manière à commander

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le champ d'excitation magnétomoteur de l'alternateur.

L'invention concerne encore un alternateur-compresseur combiné, dans lequel le champ d'excitation de l'alternateur est induit par un aimant permanent annulaire et une bobine fixe unique, et dans lequel la tension de sortie de l'alternateur

est régulée par commande de l'excitation de la bobine.

La bobine est montée concentriquement avec l'aimant permanent annulaire, et se trouve dans une disposition de dérivation magnétique par rapport à eelui-ci. Une bobine de commande unique est utilisée pour commander à la fois les p8les Nord et Sud. En disposant la bobine de commande unique radialement plut8t qu'axialement par rapport à la structure d'aimant permanent, on obtient une structure très compacte présentant une faible dimension axiale. Un palier de roulement unique est utilisé pour monter en rotation les parties tournantes

de la structure d'alternateur.

Un avantage de l'invention est li à sa structure compacte n'utilisant qu'une bobine de commande unique montée concentriquement par rapport à la structure d'aimant permanent, ce qui permet de réduire considérablement les dimensions axiales de l'alternateur par rapport aux structures d'alternateur

selon l'art antérieur.

Un autre avantage de la construction selon l'invention est que la bobine de commande du champ magnétique de l'alternateur commande à la fois les p8les magnétiques Nord et Sud de la structure magnrtique de l'alternateur, ce qui permet d'obtenir une structure plus compacte que celle obtenue

dans les dispositifs selon l'art antérieur.

Un autre avantage de ltinvention est que sa structure présente un excellent rendement et

des pertes magnétiques très faibles.

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Un autre avantage encore de l'invention est la simplicité de sa construction qui

permet d'abaisser les coûts de fabrication de l'alter-

nateur-compresseur, par rapport aux coûts de fabrication des alternateurs selon l'art antérieur. D'autres avantages enfin de l'invention sont liés au faible encombrement et au

faible poids de la structure d'alternateur-compresseur.

Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, celle-ci concerne un ensemble d'alternateur-compresseur d'une seule pièce, muni d'un ensemble de production de champ magnétique comprenant des moyens de bobine de champ magnétique toroldale fixe, destinés à produire un flux magnétique et branché à une source de tension continue, ensemble d'alternateur-compresseur caractérisé en ce qu'il

comprend un aimant permanent rotatif monté concentri-

quement par rapport à la bobine; des moyens de rotor disposés concentriquement par rapport à la bobine et à l'aimant permanent de manière à constituer une partie du chemin de passage de flux magnétique de la bobine et de l'aimant permanent; et des moyens de stator cylindrique montés concentriquement par rapport au rotor, pour compléter le chemin du flux magnétique, ces moyens de stator cylindrique comprenant une bobine de stator, de façon que la rotation du rotor produise

une tension dans la bobine de stator.

Sous un autre aspect de

l'invention, celle-ci concerne, en outre, un alternateur-

compresseur d'une seule pièce comprenant un carter de compresseur et un carter d'alternateur magnétisable

cylindrique concentrique avec le carter de compresseur.

Une bobine cylindrique fixe entoure une partie du carter d'alternateur, concentriquement avec cèlui-ci. La

bobine est branchée à une source de tension électrique.

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Un aimant permanent cylindrique est monté concentriquement en rotation autour à la fois de la bobine et d'un rotor comprenant des pièces polaires intercalées entourant l'aimant permanent. Le stator entoure coneentriquement le rotor, de façon que le stator, le rotor et la base de l'alternateur constituent un chemin magnétique pour le flux produit par la bobine et l'aimant permanent, le flux traversant le stator étant proportionnel à l'amplitude de la tension appliquée à la bobine de

champ.

Sous un autre aspect encore, l'invention concerne un alternateurcompresseur d'une seule pièce pour véhiiule, le compresseur comprenant un carter avant non-magnétique. Un alternateur est monté autour du carter, cet alternateur comprenant un stator cylindrique comportant une bobine de stator et une bobine de champ logées concentriquement à l'intérieur du stater. La bobine de champ est montée sur une coquille magnétisable. Un rotor, comprenant un aimant permanent, est interposé concentriquement en rotation entre la bobine de champ et le statDr, de manière à être entrainé en rotation pour produire une tension

dans la bobine de stator.

L'invention permet ainsi d'obtenir un ensemble d'alternateur-compresseur dtune seule pièce ne comprenant qu'une bobine de commande unique montée concentriquement par rapport à l'aimant permanent. L'invention permet encore d'obtenir un ensemble d'alternateur-compresseur de

structure très compacte.

L'invention permet encore d'obtenir un alternateur-compresseur d'une seule

pièce comprenant une bobine de commande du champ magné-

tique de l'alternateur commandant à la fois les p8les

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Nord et Sud de la structure d'alternateur.

L'invention permet encore d'obtenir une structure d'alternateurcompresseur à très haut rendement présentant de faibles pertes magnétiques. L'invention permet encore d'obtenir une construction d'alternateur-compresseur très simple, ce qui permet d'abaisser considérablement les coûts de fabrication par rapport aux coûts de fabrication des alternateurs-compresseurs selon l'art antérieur. L'invention permet enfin de créer une structure d'alternateur-compresseur pesant beaucoup moins lourd que les alternateurs- compresseurs

selon l'art antérieur.

L'invention sera décrite en détails en se référant aux dessins joints dans lesquels: - la figure I est une vue

en élévation, partiellement en coupe, de l'alternateur-

compresseur; - la figure 2 est une vue en élévation de la culasse feuilletée du stator; - la figure 3 est un schéma électrique, partiellement sous forme de bloc, d'une disposition de circuit électrique du système de production de tension; - la figure 4 est une vue

en élévation de la moitié arrière du rotor de l'alter-

nateur; - la figure 5 est une vue en coupe de la moitié d'alternateur de la figure 4, la coupe étant effectuée le long de la ligne 5-5; - la figure 6 est une vue de côté de la moitié de rotor d'alternateur de la

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figure 4; - la figure 7 est une vue partielle, agrandie et en coupe, de la structure magnétique de l'alternateur de la figure 1; - la figure 8 est une vue en élévation de l'aimant permanent annulaire; et - la figure 9 est une vue agrandie d'une section de l'ensemble de stator

comprenant une partie des bobines du stator.

Sur toutes les figures, les parties correspondantes sont repérées par les mêmes références. Les exemples de réalisation ci-après illustrent une forme préférée de réalisation de l'invention, sans constituer, en aucune façon, une

limitation du domaine de l'invention.

La figure 1 représente un ensemble d'talternateur-compresseur 10 comprenant une partie d'alternateur 12 placée en avant, et une partie de compresseur 14 placée en arrière. La partie de compresseur comprend un orifice de sortie 16 et un orifice d'admission 20, ces deux orifices étant reliés à des conduites de réfrigération du système de conditionnemen d'air du véhicule, par des accouplements à branchement

rapide. La conduite 18 est munie d'une soupape de sécu-

rité en cas de pression de réfrigérant excessive. Le compresseur comprend un palier de compresseur avant 27 muni de roulements à billes 28. Un carter de compresseur relativement mince 29, de préférence réalisé en aluminium, recouvre le palier de compresseur avant 27 et le joint d'étanchéité tournant 31 comprenant un joint torique 33. Un anneau d'enclenchement 35 est utilisé pour maintenir

en place le joint 31.

Un vilebrequin de compresseur

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1 1 est utilisé pour entrainer, de façon classique, les parties actives du compresseur (non représenté)o Un embrayage de compresseur 32 est utilisé pour entrainer sélectivement le vilebrequin, et comporte une plaque de support d'embrayage 34 écartée de la plaque d'armature

38 par trois ressorts d'embrayage 36, dans une dispo-

sition classique.

La structure d'embrayage et d'entraînement du compresseur-alternateur selon l'invention, est décrite dans la Demande de Brevet U.S.A. en cours, déposée le même jour et par le même

mandataire que celui de la présente invention.

Le moyeu 40 d'entrainement du vilebrequin de compresseur 30, est fixé sur ce vilebrequin 30 par un écrou de vilebrequin 46. Une clavette 41 vient s'engager dans des fentes de clavettes

ménagées dans le moyeu 40 et dans le vilebrequin 30.

L'entrefer de travail de l'embrayage est réglé au moyen d'une pile de rondelles d'embrayage 44. La plaque de support d'embrayage 34 est fixée au moyeu 40 de n'importe quelle manière convenable, par exemple par soudure. Une poulie double 42 est utilisée pour assurer la liaison d'entrainement, par une paire de courroies, non représentées, avec une poulie d'entrainement non représentée, fixée au vilebrequin du moteur, non représenté. L'utilisation d'une poulie double 42 permet d'utiliser une poulie de petit diamètre pour économiser

de la place.

La bobine d'embrayage 48 est placée concentriquement à l'intérieur de la poulie 42 pour établir sélectivement un champ magnétique d'attraction de la plaque d'armature 38 par la plaque d'embrayage 52, pour que ces deux éléments viennent en prise. Une pièce polaire intérieure 50 et une pièce polaire extérieure 62 de l'embrayage fixe, sont placées

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au voisinage de la bobine 48 pour conduire le flux

magnétique produit par la bobine d'embrayage 48.

Un rebord 64, faisant partie du carter 70 de l'alternateur, est, de préférence, réalisé en acier et complète la structure magnétique de l'embrayage d'alternateur. Le chemin du flux magnétique de l'embrayage est réalisé de manière à ne présenter que des entrefers négligeables aux interfaces entre les différentes pièces, ce qui permet à la structure de présenter une bien meilleure efficacité magnétique que les structures électromagnétiques d'embrayage de compresseur selon l'art antérieur, et ce qui permet également d'utiliser une bobine d'embrayage plus petite

pour économiser ainsi de la place et du poids.

Un écrou fileté extérieurement 54 vient se loger dans la plaque d'embrayage 52 pour fixer à la moitié de rotor avant 82 de l'alternateur,

le chemin de roulement extérieur d'un palier d'alter-

nateur à double piste 58 contenant les billes de

support 60. Une partie 49 du rebord cylindrique hori-

zontal 47 de la plaque d'embrayage 52, recouvre une partie cylindrique horizontale 51 de la section de moitié de rotor avant 82, et est fixée à celle-ci par des broches 56. Il est utilisé, de préférence, plusieurs de ces broches. Un écrou fileté intérieurement 66 est vissé, sur une partie filetée de la base 72 de l'alternateur pour fixer le chemin de roulement

intérieur du palier 58 à la base 72 de l'alternateur.

Ainsi, lorsque la bobine d'embrayage 48 est excitée, le flux magnétique produit par cette bobine traverse la pièce polaire intérieure fixe 50 de l'embrayage, la pièce polaire extérieure fixe 62 de cet embrayage, la plaque d'embrayage 52, l'écrou 54, les broches 56, et la moitié de rotor

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avant 82. Le flux magnétique produit l'attraction magnétique de la plaque d'armature 38 par la plaque d'embrayage 52, en s'opposant à la force élastique de poussée des ressorts d'embrayage 36. L'armature 38 vient ainsi en prise de frottement avec la plaque d'embrayage 52, de sorte que lorsque la poulie 42 tourne avec la plaque d'embrayage 52, la plaque d'armature 38 se trouve entrainée, par frottement, par la plaque d'embrayage 52. L'armature 38 entraine la plaque de support d'embrayyge 34 et fait ainsi tourner le moyeu 40. Du fait de l'engagement de la clavette 41 dans le moyeu 40 et dans le vilebrequin 30, ce vilebrequin 30 se trouve entrainé en rotation de manière à faire fonctionner ainsi les parties de travail du

compresseur.

Au contraire, lorsque la bobine d'embrayage 48 n'est pas excitée, la plaque d'armature 38 n'est pas entrainée et le vilebrequin reste immobile de sorte que le compresseur ne fonctionne pas. La bobine d'embrayage 48 est commandée

par un circuit de commande classique (non représenté).

On remarquera facilement que l'utilisation d'un palier de roulement unique pour monter le rotor du compresseur, ainsi que la nouvelle manière de fixer le palier de roulement, sont très avantageuses pour éliminer un certain nombre des pièces intermédiaires nécessitées par les dispositions de compresseurs-alternateurs classiques. L'écrou de blocage 54 du chemin de roulement extérieur du palier, assure les fonctions combinées consistant à bloquer en place le chemin de roulement extérieur du palier, à retenir en place les broches d'entrainement 56, à tendre les broches de blocage 56, à conduire le flux magnétique, et à assurer un écran de graisse pour l'entrefer de travail de l'embrayage. Une telle disposition est très avantageuse

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et permet de supprimer un certain nombre des pièces

nécessitées par les structures selon l'art antérieur.

Il est également à remarquer que la fixation de la structure d'embrayage de compresseur à l'ensemble de rotor d'alternateur par, une partie 49 du rebord 47 recouvrant la partie de rebord 51 de la partie avant 42 du rotor d'alternateur, forme une structure très compacte. Les rebords 49 et 51 sont usinés à des diamètres d'adaptation glissante très précis, pour assurer une bonne concentricité de la poulie 42 avec l'axe du vilebrequin du compresseur, et

avec l'axe du palier 58.

Cet alignement radial très précis est également important pour maintenir un bon contrôle de l'entrefer entre la partie de poulie de rotor 43 et la partie 63 du rebord 64, de façon que cette partie 43 et la partie de rebord 63 ne risquent jamais de venir frotter l'une contre l'autre ou de fonctionner avec un jeu excessif. Un entrefer uniforme

est ainsi maintenu autour de la circonférence de l'em-

brayage. Le joint à recouvrement entre les parties de rebord 49 et 51 forme également un chemin principal de construction de flux car l'entrefer à l'endroit du recouvrement glissant est très petit et la zone de

recouvrement est relativement importante. La dispo-

sition des écrous 54 et 66 assure également des forces de blocage très élevées sur les chemins de roulement intérieur et extérieur du palier de roulement à billes à double piste 58, en assurant ainsi un bon alignement des pièces de travail. Cette disposition permet ainsi d'obtenir des vitesses de fonctionnement élevées du système, sans perturbations entre les pièces mobiles

et fixes.

En se référant maintenant aux figures 1, 2 et 4 à 6, la structure d'alternateur

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comprend une base d'alternateur 72 et un carter d'al-

ternateur 70 fixé à la base 72 par des fixations 98. Le carter d'alternateur 70 est, de préférence, réalisé en acier, et comporte des consoles de monture 68 destinées à fixer l'ensemble d'alternateurcompresseur sur le moteur du véhicule. Les consoles de montures 68 sont fixées à des consoles de monture de moteur 67 et 69, par des boulons traversants 63, des écrous 65, et des rondelles 61. La base d'alternateur 72 est fixée au carter de compresseur 73 par soudure,

par exemple par un cordon de soudure circulaire 75.

Le stator 74 comporte une culasse de stator feuilletée cylindrique classique, comme indiqué en figure 2. Les bobines de stator 76 sont placées dans les fentes de stator situées sur le

pourtour intérieur de la culasse de stator feuilletée.

Un aimant permanent annulaire 78 est placé concentri-

quement à l'intérieur du stator 74. Une bobine de champ d'alternateur 80 est montée à l'intérieur de l'aimant annulaire 78, concentriquement avec celui-ci. Ainsi, le stator 74, l'aimant permanent annulaire 78 et la bobine de champ 80 forment une structure concentrique dont le stator 74 constitue l'élément extérieur, et

dont la bobine 80 constitue les éléments intérieurs.

La structure de rotor de l'alternateur comprend une moitié de rotor avant 82 et une moitié'de rotor arrière 84. Les moitiés de rotor d'alternateur 82 et 84 sont fixées ensemble par un certain nombre de fixations (non représentées) telles que des boulons filetés placés dans des ouvertures 85 dont l'une est représentée. Le rebord 81 de la moitié de rotor 82 forme le chemin de transfert de flux principal entre la moitié de rotor 82 et la base d'alternateur 72, du fait que les intervalles radiaux associés au rebord 81 sont très petits. L'utilisation de ces petits

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entrefers est rendue possible par le bord d'alignement

radial assuré par le palier adjacent 58.

Les éléments ferromagnétiques 86 et 88 contribuent à réduire encore la réluctance des entrefers de transfert de flux. La coquille 88 sert également d'enceinte de protection et de maintien de la bobine 81 et cette coquille est sertie circulairement en 89 sur la base 72 de l'alternateur. La coquille 88 comporte, à sa périphérie, une série de trous 87 destinés à limiter la quantité de flux dérivée par sa section

cylindrique centrale.

Un ventilateur 90 est utilisé

pour refroidir la structure de l'alternateur. Ce venti-

lateur 90 est fixé à la moitié arrière 84 du rotor d'alternateur par des moyens convenables, tels que des vis. En utilisant le diamètre maximum possible pour le ventilateur 90, il est obtenu un bon effet de soufflerie centrifuge. L'air est aspiré par les pièces polaires relativeme nt ouvertes du rotor et par les

trous convenables (non représentés) disposés circulaire-

ment dans la face avant du carter 64. Le mouvement des pales du ventilateur devant les enroulements 76 du stator assure un bon refroidissement de ces enroulements par air forcé. L'air sort par les trous du carter d'alternateur 70 au voisinage des extrémités de rayon

maximum des pales du ventilateur.

-Des redresseurs 94 sont utilisés pour redresser la tension alternative produite par l'alternateur. Les redresseurs 94 comportent des bornes 95 de branchement à des conducteurs électriques (non représentés) du circuit associé constitué, par exemple, par un circuit de régulation de tension. Les redresseurs 94 sont munis, comme indiqué, de radiateurs de chaleur 92. L'ensemble de régulateur de tension 96 régule la tension produite par l'alternàteur. Des

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broches 102 sont soudées à l'ensemble de base 72 de

ltalternateur et au côté arrière du carter de compres-

seur 73, pour assurer une fixation plus complète du

carter de compresseur à l'alternateur. La moitié avant 82 du rotor comprend une partie de rebord circulaire 108,

comme le montre mieux la figure 7. La moitié de rotor avant 82 et la moitié de rotor arrière 84 sont munies respectivement d'un certain nombre de dents 110 et 112. Les dents 110 et 112 des moitiés de rotor avant et arrière 82 et 84 sont placées dans une disposition circulaire alternée, de manière à s'emboiter les unes dans les autres. La moitié de rotor arrière 84 comporte

une partie de rebord circulaire 114 munie d'une ouver-

ture centrale 124 destinée à recevoir la bobine d'excita-

tion 80, la coquille 88, et la partie d'épaulement 89 de la base 72 de l'alternateuro L'aimant permanent annulaire 78 est bloqué entre les moitiés de rotor

avant et arrière, de manière à tourner avec celles-ci.

En se référant maintenant aux figures 1, 2 et 9, le stator 74 comporte une culasse de stator feuilletée 118 munie de dents de stator 122

destinées à former des fentes de noyau de stator 120.

Les bobines de stator 76 sont constituées par des enroulements de bobines de stator 130, 132 et 134 placés périphériquement dans les fentes 120 de manière à se recouvrir les uns les autres, comme le montre mieux

la figure 9.

La figure 3 permet de constater que les-enroulements 130, 132 et 134 sont branchés électriquement dans un montage en triangle, chaque jonction d'enroulement 135 étant branchée, par les diodes 136 à 146, aux bornes positive et négative

de la batterie de stockage 150. Le circuit de régula-

tion de tension 148 logé dans l'ensemble de régulateur

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de tension 96, détecte la tension aux bornes de la batterie et fournit la tension de commande destinée à commander le courant passant dans la bobine de champ

de l'alternateur.

En se référant maintenant à la figure 7, celle-ci représente mune partie agrandie de la structure magnétique de l'alternateur de la figure 1, avec ses lignes de flux 160, 162, 164 et 165. La bobine de champ 80 est branchée à la batterie du système pour former des pôles Nord et Sud opposés aux p8les Nord et Sud de l'aimant permanent annulaire 78. Ainsi, la force magnétomotrice produite par la bobine 80 s'oppose à la force magnétomotrice de

l'aimant permanent annulaire 78.

Lorsque le courant de la bobine de commande 80 est nul, le flux de l'aimant permanent 78 est dérivé par la base 72 de l'alternateur, comme indiqué schématiquement par la ligne de flux 160. Lorsque le courant de la bobine augmente à partir de zéro dans le sens positif, comme indiqué par la spire unique 91, le flux diminue vers zéro dans la base 72 de l'alternateur, et le flux de l'aimant permanent 78 est envoyé dans le stator 74. Cette condition est

représentée schématiquement par la ligne de flux 162.

Lorsque le courant augmente encore dans la bobine, le flux passant dans la base 72 de l'alternateur passe par un point zéro, puis augmente encore en amplitude. Ce flux traversant la base 72 de l'alternateur s'ajoute au flux de l'aimant

78, et passe dans le stator 74 comme indiqué schématique-

ment par les lignes de flux respectives 164 et 165.

Lorsque le courant de la bobine 80 est à sa valeur maximum, le flux du stator 74 se trouve à sa valeur maximum en produisant ainsi une tension de circuit ouvert à fort niveau dans les enroulements de stator 76. En

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branchant convenablement la bobine de champ 80 au circuit de régulateur de tension 148, on peut effectuer la commande de la tension produite par l'alternateur. L'alternateur 12 fonctionne en produisant une tension sous l'effet de la rotation

du rotor 83, les dents 110 et 112 interrompant cycli-

quement le chemin de flux traversant le stator 74, et la variation permanente de flux dans les bobines de stator 76, donnant naissance à une tension, suivant

la loi de Faraday.

On constate ainsi que, par une commande convenable du courant d'excitation relativement faible de la bobine 80, on peut faire varier à volonté la grandeur du flux traversant le noyau de stator 74 et le rotor 83, ce qui permet ainsi

de faire varier la tension produite par l'alternateur.

Grâce à cette commande de l'amplitude de la tension appliquée à la bobine de champ 80, au moyen du régulateur de tension 148, la tension de sortie de l'alternateur peut être maintenue constante pour des vitesses de rotation variables du moteur du véhicule, et pour des demandes de courant variable du système. Ce résultat est obtenu en commandant simplement la tension de la petite bobine de champ, ce qui permet d'augmenter considérablement le rendement du système par rapport aux structures

selon l'art antérieur.

Il apparait clairement que cette construction dans laquelle la bobine de champ 80 de l'alternateur est montée concentriquement par rapport à l'aimant permanent annulaire 78, est très compacte, ce qui permet de réduire au minimum

les dimensions avant-arrière de l'alternateur.

Ainsi, cette construction

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compacte permet de réduire au minimum la quantité d'acier nécessaire pour réaliser la base 72 de l'alternateur, la coquille 88, et l'élément 86, ce qui permet ainsi de réduire au minimum le poids de l'alternateur. Cette construction très avantageuse permet donc d'obtenir un ensemble d'alternateur-compresseur très compact dont le flux est produit par un aimant permanent et une bobine électromagnétique, et dans lequel la commande de la tension fournie est facilement réalisée en commandant le courant de la petite bobine de champ. Les chemins de flux associés de l'aimant permanent annulaire d'excitation et de la bobine de champ d'excitation, sont partiellement additifs et partiellement soustractifs,

pour optimiser la commande de la tension produite.

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Claims (8)

REVENDICATIONS

1- Ensemble d'alternateur- compresseur d'une seule pièce, muni d'un ensemble de production de champ magnétique comprenant des moyens (80) de bobine de champ magnétique toroldale fixe, destinés à produire un flux magnétique et branché à une source de tension continue (150), ensemble d'alternateur-compresseur caractérisé en ce qu'il comprend un aimant permanent rotatif (78) monté concentriquement par rapport à la bobine (80) ; des moyens de rotor (82, 84) disposés concentriquement par rapport à la bobine (80) et à l'aimant permanent (78) de mannière à constituer une partie du chemin de passage de flux magnétique de la bobine et de l'aimant permanent; et des moyens de stator cylindrique (74) montés concentriquement par rapport au rotor, pour compléter le chemin du flux magnétique, ces moyens de stator cylindrique comprenant une bobine de stator (76), de façon que la rotation du rotor (82, 84) produise une tension dans la bobine de

stator (74).

2- Alternateur-compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplitude du flux produit dans le stator (74) varie en fonction de l'amplitude de la tension appliquée à la bobine

de champ (80).

3- Alternateur-compresseur

selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,

caractérisé en ce que l'amplitude de la tension appliquée à la bobine de champ est commandée par un

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régulateur de tension (148).

4- AIternateur-compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor comprend une première et une seconde section de rotor (82, 84), chacune de ces sections comprenant des pièces polaires disposées périphériquement (110, 112), les pièces polaires de ces sections respectives

étant alternées les unes par rapport aux autres.

- Alternateur-compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les flux produits par l'aimant permanent (78) et la bobine de champ (80) s'ajoutent dans certaines parties du chemin de flux, et se retranchent dans d'autres

parties du chemin de flux.

6- Alternateur-compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est

utilisé une bobine de champ unique (80).

7- Alternateur-compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant permanent est constitué par un aimant annulaire (78) dont les p8les magnétiques opposés sont situés le

long des bords opposés de cet aimant annulaire.

8- Alternateur-compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un carter de compresseur fixe (73), un carter d'alternateur fixe( 70) fixé au carter de compresseur (73), et une bobine de champ (80) fixée

au carter (70) de l'alternateur.

9- Alternateur-compresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carter

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de compresseur (73) est réalisé dans un matériau non magnétique, et en ce que le carter d'alternateur (70) est constitué dans un matériau ferromagnétique, ce carter d'alternateur faisant partie du chemin du

flux magnétique.