FR2754129A1 - Ensemble d'alternateur special ayant une caracteristique d'impedance de ballast propre pour systemes d'eclairage - Google Patents

Abstract

Un ensemble d'alternateur entraîné par un moteur comprend un enroulement de sortie ayant une caractéristique d'impédance interne similaire à un ballast stationnaire séparé pour des lampes (24) à décharge de haute intensité. L'enroulement (62) de sortie est directement connecté aux lampes dans une application de tour d'éclairage mobile ayant quatre lampes HID. L'ensemble d'alternateur comprend quatre unités d'alternateur (56) séparées chacune ayant un enroulement de sortie (62) enroulé pour établir l'impédance interne propre afin de constituer une source de ballast pour la lampe connectée. Chaque unité d'alternateur (56) a son rotor (60) monté sur un arbre commun connecté à l'arbre du moteur. Chaque unité d'alternateur (56) établit une tension en circuit ouvert pour amorcer un arc aux bornes de la lampe HID, puis une tension d'entretien pour maintenir l'écoulement de courant ainsi que pour limiter le courant acheminé à la lampe. L'unité d'alternateur (56) a une sortie de fréquence élevée, de préférence dans la plage de 200 à 600 Hz.

Description

Domaine de l'invention La présente invention concerne un ensemble

d'alternateur spécial ayant une caractéristique d'impédance

ballast inhérente pour systèmes d'éclairage, en particu-

lier, un ensemble d'alternateur de ce type qui est à même

d'être connecté pour commander des lampes de haute inten-

sité dans lesquelles le courant tend à cesser au cours de chaque changement de polarité de chaque cycle du courant

d'alimentation alternatif.

Arrière-plan de l'invention Les systèmes d'éclairage de haute intensité sont

utilisables dans de nombreuses applications. Une applica-

tion est une tour d'éclairage mobile ayant un alternateur électrique entraîné par un moteur pour exciter une série de quatre ou six lampes & décharge de haute intensité (HID), telles que des lampes à halogénure métallique, montées à l'extrémité supérieure d'une flèche rétractable. Un tel système peut dispenser un éclairage de haute intensité dans une zone sélectionnée. Les tours d'éclairage mobiles sont particulièrement utiles pour la construction de routes de

nuit, des événements sportifs locaux et d'autres applica-

tions o l'on ne dispose pas d'un éclairage permanent.

Les lampes HID comprennent de manière générale diverses lampes à vapeur métallique, telles que des lampes à halogénure métallique, qui comprennent typiquement un tube à arc interne constitué de quartz. Le tube à arc de quartz est situé à l'intérieur d'une ampoule de verre. Les tubes à arc contiennent une vapeur métallique et opèrent sous pression élevée (supérieure à 5 atmosphères) et à température élevée (au- dessus de 900 C). Un filament est disposé entre des électrodes dans la lampe, le filament est utilisé pour chauffer la vapeur métallique dans le tube à arc au cours du démarrage. La tension nominale d'amorçage de l'arc dans une lampe à halogénure métallique est approximativement de 450 volts. Une fois que l'arc est présent, il se développe un plasma à l'intérieur du tube et la tension d'exploitation de la lampe se réduit à environ

240 volts.

Les systèmes d'éclairage comportant des lampes à halogénure métallique et d'autres lampes HID de ce type utilisent typiquement une puissance électrique alternative

monophasée de 120 à 600 volts, 60 Hz, issue d'une alimen-

tation du réseau ou d'une unité d'alternateur, une unité ballast séparée pour chaque lampe étant nécessaire pour

établir et entretenir le fonctionnement de la lampe.

L'alimentation en énergie est une source de faible impé-

dance pour permettre la connexion des lampes à la source unique. L'unité ballast est connectée entre l'alimentation en énergie et la lampe. Le ballast a trois rôles. Tout

d'abord, le ballast agit comme un transformateur d'adapta-

tion pour augmenter ou réduire la tension de ligne à la tension nominale d'amorçage de l'arc de 450 volts. En deuxième lieu, le ballast est un dispositif limiteur de courant. Les courants excessifs raccourcissent la durée de vie de la lampe ou peuvent endommager la lampe. Cependant, la lampe elle-même a typiquement des caractéristiques limitatrices de courant minimales qui ne sont pas à même de limiter le flux de courant. L'impédance de la lampe diminue lorsque l'arc est amorcé et augmente ensuite graduellement jusqu'à un état de fonctionnement de la lampe en régime normal. Le ballast séparé fournit suffisamment d'impédance au circuit pour que le courant ne dépasse pas une valeur maximale pour la lampe. En troisième lieu, le ballast séparé augmente la pente de l'onde de tension alternative au point de passage par zéro à chaque demi-cycle de l'onde du courant. La pente au passage par zéro d'une onde sinusoïdale de 60 Hz n'est généralement pas suffisante pour

entretenir un arc à l'intérieur de la lampe. En conséquen-

ce, le ballast séparé connecté entre la source et la lampe est utilisé pour augmenter la pente au passage par zéro de

la tension pour maintenir le courant de la lampe.

Diverses unités ballasts relativement chères, volumineuses et lourdes ont été utilisées jusqu'à présent entre l'alternateur et la ou les lampes. Bien que seuls des dispositifs à impédance inductrice aient été suggérés et utilisés, une unité ballast inductrice/capacitive plus complexe est souvent recommandée pour être utilisée en particulier avec des lampes à halogénure métallique. Par exemple, une publication de l'American National Standards Institute (1430 Broadway, New York, NY 10018) traite des divers dispositifs ballasts suggérés pour être utilisés avec des lampes à halogénure métallique. Une copie de cette publication est annexée à sa publication ANSI C781376-1990

intitulée "American National Standard For Electric Lamps -

1000 watt M47 Single-Ended Metal Halide Lamps". L'annexe décrit, en plus d'un élément inductif, quatre autres

circuits dont chacun comprend une induction et une capaci-

té. Une unité typique est constituée d'un autotransforma-

teur ayant une capacité connectée en circuit avec l'auto-

transformateur et la lampe pour produire la caractéristique souhaitée comprenant la tension d'amorçage et la tension d'entretien souhaitées en combinaison avec l'impédance

limitatrice de courant appropriée.

En plus des alternateurs, divers dispositifs

électroniques à état solide comprenant des unités d'inver-

sion ont été suggérés pour connecter une source d'alimenta-

tion classique de 60 Hz du réseau afin d'exciter des lampes de haute intensité. Une alimentation typique est constituée d'un inverseur modulé en largeur d'impulsion ayant des commandes de commutation appropriées pour produire des fréquences jusqu'à 2 MHz pour exciter les lampes et les sorties appropriées de tension d'amorçage et de tension d'entretien. Un système inverseur est décrit dans un

document présenté à une conférence à Tokyo au Japon.

L'inverseur est décrit dans les documents publiés lors de la conférence sur la conversion de l'énergie intitulée "Official Proceeding of the first PCIM of 1998" et disponi- bles au PCIM Manage de Tokyo, Japon. Le document apparaît aux pages 73 à 81 de la publication officielle. Comme décrit dans ce document, l'inverseur comprend un circuit résonant inductif/capacitif pour générer un signal de forme générale sinusoïdale de haute fréquence pour exciter les lampes. Le système a été appliqué à des lampes HID de

faible wattage pour éviter une résonance acoustique.

Cependant, les systèmes inverseurs présents n'étaient pas particulièrement adaptés à des alimentation en énergie mobiles jusqu'à présent et des alternateurs entraînés par des moteurs montés sur remorque ou sur

véhicule sont largement utilisés pour diverses applica-

tions, en particulier des tours d'éclairage, etc. Dans les applications de tours d'éclairage mobiles de la technique antérieure, quatre lampes sont typiquement utilisées conjointement avec quatre ballasts séparés, chacun d'entre eux connectant l'une des lampes à la sortie d'un alternateur synchrone de 60 Hz et de 120/240 volts entraîné par un moteur. Ces alternateurs synchrones sont aisément disponibles sur le marché. Ces alternateurs synchrones ont habituellement une faible impédance en combinaison avec un régulateur de tension, utilisant une capacité ou un transformateur, pour maintenir la tension de

sortie de l'alternateur lorsque la charge varie.

Les dispositifs de régulation de tension et les ballasts augmentent le coût des systèmes d'éclairage et permettent également une défaillance des autres composants

du système.

Résumé de l'invention La présente invention concerne un système

d'éclairage qui permet d'éliminer la nécessité de l'utili-

sation d'un ballast et d'une régulation de tension dans le système. L'invention opère en utilisant un ensemble d'alternateur ayant des caractéristiques d'impédance interne similaires à celles d'un ballast immobile séparé et la transmission d'énergie électrique alternative de l'alternateur utilisable pour une connexion directe avec

une lampe associée. Dans une application de tour d'éclai-

rage mobile, le système comporte de préférence une série de lampes et chaque lampe a un enroulement d'alternateur indépendant qui délivre une énergie électrique alternative

appropriée pour une alimentation directe de la lampe.

En général, les unités d'alternateur de la technique antérieure étaient enroulées avec une impédance minimale ou faible dans les enroulements de sortie de l'alternateur. L'enroulement de sortie est ensuite aisément appliqué à une série de charges tout en maintenant la tension de sortie souhaitée. Par contre, la présente

invention augmente délibérément la caractéristique d'impé-

dance inhérente ou interne de manière significative et sensiblement audessus de la caractéristique d'impédance classique pour produire une sortie de courant alternatif

ayant une caractéristique de ballast de lampe inhérente.

Cela produit, en combinaison avec la fréquence plus élevée, une sortie adaptée de manière unique à la commande efficace de lampes à décharge de haute intensité et de charges

analogues.

Conformément à la présente invention, une unité d'alternateur a l'enroulement de sortie qui est enroulé de manière à établir une impédance interne propre ou inhérente afin de constituer une source d'impédance ballast pour faire fonctionner la lampe. La caractéristique d'impédance de l'enroulement de sortie est donc de la même nature générale que celle de dispositifs séparés de la technique antérieure. La tension de sortie de l'unité d'alternateur n'est pas constante. Initialement, la tension du circuit ouvert de l'unité d'alternateur est suffisante pour amorcer un arc aux bornes de la lampe, par exemple, 450 à 500 volts. Cependant, une fois que l'arc est présent dans la lampe, la tension aux bornes de l'unité d'alternateur tombe à une tension d'exploitation d'environ 240 volts en raison de l'impédance interne à l'intérieur de l'alternateur et de la présence de la charge. En outre, bien que la présente invention puisse être utilisable sur une large plage de

fréquences, la sortie de courant alternatif de l'alterna-

teur a de préférence une fréquence élevée, de préférence dans la plage de 200 à 600 Hz. Des alternateurs peuvent être aisément construits pour générer des fréquences jusqu'à 1000 à 2000 Hz et, en fait, ne sont réellement

limités que par la structure physique des divers compo-

sants. Les inventeurs ont constaté qu'une exploitation dans la plage de 200 à 600 Hz était une plage particulièrement pratique et qu'une plage d'exploitation de 500 à 550 kHz a été utilisée avec les lampes HID modernes, en particulier

avec les lampes à halogénure métallique. La sortie alterna-

tive de haute fréquence a en particulier une forme d'onde de tension qui est suffisante pour délivrer une tension pour entretenir le courant pour un fonctionnement adéquat

de la lampe.

La présente invention vise donc un ensemble d'alternateur spécial ayant une caractéristique d'impédance inhérente pour limiter le courant de la lampe et également entretenir le fonctionnement de la lampe sans devoir

utiliser une unité ballast substantielle séparée. L'ensem-

ble d'alternateur comprend donc une sortie de courant alternatif susceptible d'alimenter une lampe ayant une

impédance d'exploitation minimale dans un système d'éclai-

rage à courant alternatif. L'ensemble d'alternateur

comprend au moins un enroulement connecté à la lampe.

L'impédance inhérente de l'enroulement limite le courant dans la lampe et établit à la fois une tension d'amorçage pour initier un flux de courant à travers la lampe de haute

intensité et ensuite une tension d'entretien pour entrete-

nir le fonctionnement normal de la lampe et, en particu-

lier, pour empêcher l'annulation du courant au point de passage par zéro du courant de la lampe lors du passage d'une polarité à l'autre polarité associé à un courant alternatif. L'unité d'alternateur délivre donc par ailleurs une tension de connexion alternative élevée pour allumer la lampe et une tension d'entretien réduite pour maintenir ensuite la lampe en exploitation. Dans cette optique, la forme d'onde de tension, qui est sensiblement en phase avec le courant, offre une tension qui se trouve au point courant nul ou au voisinage de ce point, qui entretient ou

rétablit l'écoulement de courant dans le sens inverse.

L'enroulement est enroulé et construit avec une caractéris-

tique d'impédance inhérente pour limiter le courant et avec la caractéristique de tension nécessaire pour maintenir le fonctionnement de la lampe sans devoir utiliser un ballast

ou une impédance substantiel(le) séparé(e). Dans une struc-

ture séparée, un enroulement séparé est utilisé expressé-

ment pour chaque lampe à exciter et chaque enroulement est

de préférence formé en tant que partie d'une unité d'alter-

nateur séparée ayant son propre rotor et son propre

enroulement de sortie d'impédance élevée.

Le système a été en particulier appliqué à un

système d'éclairage mobile, dans lequel un moteur a combus-

tion interne, en particulier tel qu'un moteur diesel, était connecté pour entraîner l'unité d'alternateur. L'unité mobile a été particulièrement appliquée à un module à lampes multiples de haute intensité comprenant quatre lampes. L'ensemble d'alternateur comprenait quatre unités d'alternateur séparées, constituées en particulier avec une

structure de générateur ou d'alternateur à aimant perma-

nent. Quatre stators ayant les enroulements spéciaux à caractéristique d'impédance inhérente étaient donc fixés à l'intérieur du bottier à distance axiale mutuelle. Des rotors individuels sont montés sur un arbre commun de telle sorte que les rotors soient dans l'alignement à l'intérieur

des unités de stators de l'alternateur. Le moteur à combus-

tion interne était couplé pour entraîner l'arbre et, simultanément, activer, exciter et faire fonctionner ainsi chacune des unités d'alternateur. L'enroulement de sortie de chaque unité d'alternateur était directement connecté à la lampe de haute intensité, en particulier une lampe à halogénure métallique. L'unité amorçait et entretenait le fonctionnement continu exceptionnellement bon du module de lampes sans devoir intercaler une unité ballast ou un autre circuit auxiliaire séparé modifiant les forces ou des dispositifs autres que la ou les unités de commutation normales de connexion et de déconnexion. Comme on le

développera plus complètement ci-après, les unités d'alter-

nateur individuelles ont été conçues spécialement, notam-

ment avec l'enroulement dont l'impédance limite le courant dans la lampe, établit une tension d'amorçage pour amorcer le fonctionnement de la lampe et ensuite une tension d'entretien pour maintenir le fonctionnement continu de la lampe afin de ne compter que sur la caractéristique d'impédance de l'enroulement comme unité ballast dans le

système d'éclairage.

Un but de l'invention est d'éliminer le besoin

d'un ballast séparé classique dans un système d'éclairage.

Une autre caractéristique de l'invention est qu'elle élimine la nécessité de dispositifs de régulation de

tension à la sortie de l'alternateur. Bien que l'alter-

nateur spécial puisse de manière générale éliminer la

nécessité d'un équipement auxiliaire spécial, ces disposi-

tifs auxiliaires peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention si cela semble souhaitable pour une

raison quelconque.

Bien que l'invention ait été décrite jusqu'à présent en se référant à des lampes à vapeur métallique, en particulier des lampes à halogénure métallique, il est bien entendu que l'invention n'y est pas limitée. L'invention peut être utilisée avantageusement dans de nombreux systèmes d'éclairage comprenant, mais sans limitation, des systèmes à halogénure métallique sous pression élevée, des système à halogénure métallique sous basse pression, des systèmes à sodium ou à mercure sous pression élevée, des systèmes à sodium sous basse pression, des systèmes fluorescents et même des systèmes incandescents dans une

mesure limitée.

De manière générale, un ensemble d'alternateur, tel qu'on l'utilise dans la présente demande, définit une structure d'alternateur comprenant au moins un enroulement de sortie d'impédance élevée et un rotor pour développer la

tension et le courant alternatifs particulièrement appro-

priés pour alimenter des lampes HID nécessitant la ten-

sion d'amorçage et la tension d'entretien et le courant

limité par le ballast. l'ensemble d'alternateur peut égale-

ment comprendre une série d'enroulements d'impédance élevée pour exciter une telle série de lampes et une série d'unités d'alternateur dont chacune a un rotor séparé et un enroulement de sortie séparé pour exciter des lampes

individuelles d'une telle série de lampes.

Bien que la forme de réalisation préférée de l'invention utilise un moteur diesel pour entraîner une série d'alternateurs synchrones à aimant permanent, il apparaîtra aisément aux hommes de l'art que d'autres types de sources d'énergie (par exemple un moiteur à essence, une turbine, etc.) et d'alternateurs électriques (par exemple des alternateurs synchrones inducteurs enroulés, des alternateurs synchrone à réluctance commutée et des alternateurs à induction, etc.) peuvent être construits

avec une impédance de ballast inhérente appropriée.

Plus particulièrement, l'invention a pour objet un système d'éclairage & courant alternatif comprenant au

moins une lampe ayant une impédance d'exploitation minima-

le, un ensemble d'alternateur ayant au moins une sortie de courant alternatif connectée pour exciter la lampe, ledit ensemble d'alternateur comprenant un enroulement connecté à ladite lampe et ayant une caractéristique d'impédance inhérente ou propre pour limiter le courant vers ladite lampe et pour entretenir le fonctionnement de la lampe sans

devoir utiliser une impédance substantielle séparée.

Suivant un mode particulier: ledit ensemble d'alternateur comprend une série d'unités alternées, chaque dite unité d'alternateur comprenant un rotor et un enroulement de sortie séparés et chaque enroulement de sortie étant à même d'exciter ladite lampe; ladite lampe est une lampe de haute intensité nécessitant une tension d'entretien pour maintenir le courant entre deux électrodes espacées afin de générer la lumière de sortie, ledit enroulement ayant une sortie de tension et de courant alternatifs ayant une tension d'entretien sensiblement au passage par zéro du courant pour maintenir un fonctionnement complet de la lampe; ladite lampe est une lampe de haute intensité nécessitant une tension d'entretien pour maintenir le courant entre deux électrodes espacées afin de générer la lumière de sortie, ledit enroulement ayant une sortie de tension d'entretien de courant alternatif comprenant une variation de tension relativement brusque sensiblement au passage par zéro du courant pour maintenir ainsi un fonctionnement complet de la lampe; ladite caractéristique d'impédance propre pour limiter le courant crée une tension d'amorçage pour initier l'allumage de la lampe et, ensuite, une tension d'entretien pour maintenir le fonctionnement de la lampe; ledit système comprend un support mobile, un moteur & combustion interne connecté pour entraîner ledit alternateur, ledit moteur et ledit ensemble d'alternateur étant montés sur ledit support mobile; ladite caractéristique d'impédance dudit ensemble

d'alternateur correspond sensiblement à un ballast station-

naire séparé adapté à la connexion de la lampe à une source de 60 Hz; ledit système comprend une série de lampes de haute intensité ayant chacune un arc amorcé entre deux électrodes espacées pour établir un écoulement de courant d'éclairage, ledit ensemble d'alternateur comprenant une unité d'alternateur indépendante séparée pour faire fonctionner chaque lampe, chaque unité d'alternateur il délivrant une tension et un courant de sortie électriques alternatifs indépendants et étant susceptible d'être connectée directement à l'une desdites lampes et ayant une impédance d'enroulement pour limiter le courant dans ladite lampe et pour établir une tension d'amorçage afin d'amorcer le fonctionnement de la lampe et une tension d'entretien pour maintenir le fonctionnement de la lampe; ladite sortie de courant alternatif électrique a une fréquence de sortie supérieure à 60 Hz; la sortie a une fréquence sensiblement supérieure à 60 Hz; la sortie de courant alternatif a une fréquence fondamentale dans la plage de 200 à 600 Hz; la plage de fonctionnement est de 500 à 550 Hz; l'ensemble d'alternateur comprend une unité d'alternateur à aimant permanent ayant un rotor à aimant permanent comprenant une série d'aimants permanents espacés également sur la périphérie; ledit rotor comprend des dents rotoriques distribuées sur la périphérie, une unité à aimant permanent encastrée dans chaque dent rotorique et comprenant un aimant polarisée radialement et une cale modificatrice de flux en série avec l'aimant permanent et s'appuyant sur celui-ci pour modifier l'écoulement du flux; l'alternateur à aimant permanent comprend un stator ayant une série de bobines également espacées sur la

périphérie correspondant aux aimants permanents de l'alter-

nateur; la:sortie de courant alternatif a une fréquence fondamentale dans la plage de 200 à 600 Hz;

la plage opérationnelle de la fréquence fondamen-

tale est de 500 à 550 Hz; l'alternateur à aimant permanent a une série d'aimants permanents encastrés dans un noyau rond et définissant des pôles magnétiques et ledit stator a des bobines correspondantes, chacune desdites bobines enjambant

un espace périphérique correspondant à la longueur périphé-

rique de chaque pôle rotorique, et dans lequel chaque bobine a un nombre substantiel de spires, lesdites bobines étant connectées en série avec ledit alternateur, ledit rotor tournant à une vitesse permettant de générer une fréquence de sortie supérieure à 60 Hz pour faire fonctionner des lampes à halogénure métallique; ledit alternateur est soumis à une rotation pour établir un signal de sortie de fréquence dans la plage de à 600 Hz; la lampe est une lampe de haute intensité ayant deux électrodes à arc espacées nécessitant une tension

d'amorçage initiale substantielle et une tension d'entre-

tien notablement inférieure, ladite unité d'alternateur

établissant de manière directe et propre ladite caracté-

ristique de tension; la lampe est une lampe à halogénure métallique;

ledit ensemble d'alternateur comprend un alterna-

teur à réluctance commutée comprenant ledit enroulement de sortie;

ledit ensemble d'alternateur comprend un alterna-

teur à induction contenant ledit enroulement de sortie, et une capacité connectée aux bornes dudit enroulement de sortie; et

ledit ensemble d'alternateur comprend un alterna-

teur à induction qui comprend ledit enroulement de sortie, un enroulement en quadrature et une capacité connectée en

parallèle avec ledit enroulement en quadrature.

L'invention a en outre pour objet un ensemble d'alternateur pour exciter une charge nécessitant une tension d'amorçage relativement élevée et une tension d'entretien notablement plus basse, comprenant au moins une unité statorique et une unité rotorique apparentée, ladite unité statorique ayant un enroulement à poles multiples produisant une sortie de courant alternatif ayant une fréquence supérieure à 60 Hz et établissant une tension d'amorçage au moins aussi importante que ladite tension

d'amorçage requise, ledit enroulement ayant une caractéris-

tique d'impédance qui limite sensiblement le courant de ladite charge et entraîne une réduction sensible de la tension de sortie pour établir ladite tension d'entretien

afin de faire fonctionner ladite charge avec ledit enroule-

ment connecté à ladite charge. Suivant des modes particuliers de réalisation, leditenroulement est connecté de manière directement conductrice à ladite charge et ladite caractéristique d'impédance de l'enroulement permet d'obtenir directement lesdites tensions d'amorçage et d'entretien; ledit enroulement établit une tension d'amorçage d'au moins 450 volts RMS et une tension d'entretien de l'ordre de 240 volts, ainsi qu'une fréquence d'au moins 200 Hz; et ladite tension d'amorçage se situe dans la plage

de 450 à 550 volts RMS.

L'invention a également pour objet une alimenta-

tion en énergie alternative pour une série de charges, comprenant une série d'enroulements de sortie individuels chacun adapté à être connecté à seulement l'une desdites charges, chacun desdits enroulements de sortie ayant une impédance pour limiter le courant de sortie et pour établir une tension élevée en l'absence de charge pour l'excitation

initiale de la charge et une tension d'entretien notable-

ment inférieure pour maintenir ladite charge en fonctionne-

ment. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'alimentation comprend une série d'unités d'alternateur correspondant à ladite série de charges, chacune desdites unités d'alternateur comprenant une unité statorique ayant un enroulement de sortie statorique pour fournir de l'énergie à au moins l'une desdites charges, chacune desdites unités d'alternateur comprenant un rotor monté à rotation à l'intérieur dudit stator annulaire en couplage d'alignement avec l'unité statorique correspondante, une unité d'entraînement couplée à chacun desdits rotors pour faire tourner simultanément lesdits rotors et établir simultanément une sortie de courant alternative dans chaque enroulement comprenant ladite impédance pour exciter au moins une charge; chaque dite unité d'alternateur est une unité à aimant permanent comprenant une série d'aimants distribués sur la périphérie et encastrés dans la surface périphérique

externe du rotor, ledit stator ayant des bobines indivi-

duelles alignées avec les aimants permanents, lesdites bobines étant connectées en série pour définir ledit enroulement de sortie; chacune desdites unités magnétiques comprend un

aimant permanent radialement polarisé et une cale modifica-

trice de flux s'appuyant sur l'aimant et permettant une modification du flux pour améliorer la caractéristique de sortie de l'enroulement de sortie; ladite unité comprend un moteur à combustion interne ayant un arbre de sortie, lesdits rotors étant fixés à un arbre rotorique rotatif à distance axiale, ledit

arbre de sortie du moteur étant couplé audit arbre rotori-

que; l'alimentation comprend une série d'unités d'alternateur correspondant à ladite série de lampes, chacune desdites unités d'alternateur comprenant une unité statorique comprenant un de ladite série d'enroulements de sortie individuels, chacune desdites unités d'alternateur comprenant un rotor monté à rotation à l'intérieur dudit

stator annulaire en couplage d'alignement avec l'enroule-

ment de sortie correspondant, une unité d'entraînement couplée à chacun desdits rotors pour faire tourner simulta-

nément lesdits rotors et établir simultanément une sortie de courant alternatif comprenant lesdites impédances pour

exciter au moins une lampe.

L'invention a aussi pour objet un ensemble de tour d'éclairage mobile comprenant: une structure de support mobile, une lampe nécessitant des moyens limitateurs de courant auxiliaires, des moyens de positionnement et de direction d'une lampe, lesdits moyens étant montés sur ladite structure de support, et une source d'énergie connectée à un ensemble d'alternateur de courant alternatif électrique et montée sur ladite structure de support mobile, ladite source d'énergie entraînant ledit ensemble d'alternateur et générant une alimentation en énergie électrique de courant alternatif, ladite sortie de l'ensemble d'alternateur étant connectée à ladite lampe et ayant une caractéristique d'impédance interne propre pour exciter ladite lampe et limiter le courant qui s'y écoule;

ladite caractéristique d'impédance est sensible-

ment égale à celle d'une unité ballast auxiliaire connectée entre une source d'alimentation de faible impédance et ladite lampe; ledit ensemble d'alternateur a une structure à aimant permanent comprenant un rotor rotatif avec une série d'aimants permanents espacés sur la périphérie, un stator fixe comprenant un enroulement statorique couplé audit rotor et établissant une tension et un courant de sortie pour exciter ladite lampe, ledit enroulement statorique constituant l'alimentation en énergie de la lampe et ayant ladite caractéristique d'impédance; la tour comprend une série desdites lampes, chacune desdites unités d'alternateur comprenant un stator ayant un enroulement de sortie, ledit enroulement ayant ladite caractéristique d'impédance, un support pour lesdites unités statoriques avec les unités statoriques montées dans l'alignement à espacement coaxial, chacune desdites unités d'alternateur comprenant un rotor aligné avec ladite unité statorique, un arbre rotorique commun connecté à chacun desdits rotors et susceptible de faire tourner les rotors et de générer ainsi une sortie de courant alternatif dans ledit enroulement statorique respectif, chacune desdites unités d'alternateur étant consacrée à l'une desdites lampes et étant sensiblement la seule connexion d'alimentation en énergie de ladite lampe; chacune desdites unités d'alternateur est une unité d'alternateur à aimant permanent; le rotor de chaque unité d'alternateur comprend un noyau rotorique avec une série d'unités magnétiques espacées également sur la périphérie et encastrées dans le noyau rotorique, chaque dite unité magnétique comprenant un aimant à magnétisation radiale et une cale modificatrice de flux s'appuyant sur ledit aimant; ledit alternateur génère une énergie de courant alternatif ayant une fréquence entre 200 et 600 Hz; ladite fréquence de sortie se situe dans une plage opérationnelle de 500 à 550 Hz; ledit générateur à aimant permanent est construit avec un stator ayant 20 pôles et un rotor ayant 20 pôles, ladite source d'énergie étant à même de faire tourner le rotor dans la plage de 3000 TPM;

les lampes sont des lampes à halogénure métalli-

que, ledit stator a une série de bobines individuelles connectées en série, chacune d'entre elles définissant l'un desdits pôles statoriques, chaque dite bobine étant enroulée avec sensiblement 55 spires; les lampes sont constituées de lampes à vapeur métallique de haute intensité, ledit stator a une série de bobines individuelles connectées en série, chacune d'entre elles définissant un desdits pôles statoriques, chaque dite bobine étant enroulée avec sensiblement 55 spires; et

ladite caractéristique d'impédance est sensible-

ment égale à celle d'une unité ballast auxiliaire connectée entre une source d'énergie de faible impédance et ladite

lampe.

L'invention a en outre pour objet un procédé permettant d'appliquer, dans un système d'éclairage comportant au moins une lampe, une énergie de courant alternatif électrique à la lampe, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: on met en oeuvre un alternateur électrique pour obtenir une tension en circuit ouvert suffisante pour initier la conduction d'une lampe et une tension de sortie d'entretien pour maintenir l'écoulement du courant après ladite conduction amorcée, et on crée une impédance interne suffisante à l'intérieur de l'alternateur électrique après amorçage de ladite conduction pour limiter l'alimentation en courant

vers la lampe.

Suivant des modes particuliers de mise en oeuvre, ladite impédance interne est une impédance inductrice relativement grande;

l'alternateur électrique est un alternateur sync-

hrone et la réactance relativement importante est créée en donnant aux bobines statoriques un grand nombre de spires; l'énergie de courant électrique alternatif délivrée pour faire fonctionner la lampe après amorçage de l'arc aux bornes de la lampe a une fréquence entre 500 et 550 Hz; l'énergie de courant électrique alternatif ayant une fréquence entre 500 et 550 Hz est générée: en utilisant un générateur synchrone ayant un rotor avec environ 20 pôles, en entraînant le rotor à environ 3000 TPM, en mettant en oeuvre un stator à l'intérieur du générateur ayant environ 20 bobines, et en transmettant l'énergie de courant électrique

alternatif des bobines statoriques à la lampe.

L'inventiona également pour objet un procédé d'application, dans un système d'éclairage ayant une série de lampes ayant un filament à arc, d'une énergie de courant électrique alternatif aux lampes, comprenant les étapes suivantes: on consacre une unité d'alternateur électrique séparée à chacune des lampes, on utilise l'unité d'alternateur électrique spécialisée pour obtenir une tension en circuit ouvert suffisante pour amorcer un arc aux bornes du filament de la lampe correspondante, on crée une impédance interne suffisante à l'intérieur de l'enroulement de l'alternateur électrique spécialisé après amorçage de l'arc aux bornes de la lampe correspondante pour limiter le courant de l'énergie de courant électrique alternatif & travers un circuit associé à la lampe, ledit circuit associé comprenant l'unité d'alternateur électrique spécialisée et la lampe de telle sorte que le courant ne dépasse pas une valeur maximale pour la lampe, on utilise l'unité d'alternateur électrique

spécialisée pour appliquer une énergie de courant électri-

que alternatif à la lampe correspondante à une tension de fonctionnement de la lampe après amorçage de l'arc aux bornes de la lampe, et on entraîne chaque unité d'alternateur électrique

à la même vitesse.

En variante, chaque unité d'alternateur électri-

que a un rotor et un stator indépendants, et chacun desdits rotors indépendants est soumis à une rotation par un arbre

commun qui est entraîné par un moteur commun.

L'invention a aussi pour objet un ensemble d'alternateur pour exciter une lampe nécessitant une tension de démarrage relativement élevée et une tension d'entretien notablement plus basse et une impédance limitatrice de courant, comprenant au moins une unité statorique et une unité rotorique apparentée, ladite unité

statorique ayant un enroulement à pôles multiples produi-

sant un courant alternatif établissant une tension d'amor-

çage au moins aussi grande que ladite tension d'amorçage requise et une tension d'entretien inférieure, ledit enroulement ayant une caractéristique d'impédance qui limite sensiblement le courant dans ladite lampe et entraîne une réduction sensible de la tension de sortie

pour établir ladite tension d'entretien pour le fonctionne-

ment de ladite lampe avec ledit enroulement connecté à ladite lampe, et un circuit redresseur connecté audit enroulement pour établir une alimentation en énergie

continue vers ladite lampe.

En variante, ledit circuit redresseur est un

redresseur pleine onde.

Brève description des dessins

La Fig. 1 est une vue schématique d'une tour d'éclairage mobile ayant une série de quatre lampes à halogénure métallique et une flèche qui est en retrait, la Fig. 2 est une vue schématique de la tour d'éclairage mobile représentée sur la Fig. 1 avec la flèche en extension de telle sorte que l'ensemble des lampes à halogénure métallique puisse être mis en place pour son fonctionnement, la Fig. 3 est un organigramme illustrant le fonctionnement des systèmes d'éclairage de la technique antérieure, la Fig. 4 est une illustration schématique de la forme de réalisation préférée de la présente invention, la Fig. 5 est une vue en coupe d'un ensemble d'alternateur décrit schématiquement sur la Fig. 4, de manière générale selon la ligne 5-5 de la Fig. 6, la Fig. 6 est une vue en coupe de l'ensemble générateur représenté sur la Fig. 5 selon la ligne 6-6 de la Fig. 5, la Fig. 7 est une vue en perspective d'un stator qui est utilisé dans l'ensemble d'alternateur préféré représenté sur les Fig. 5 et 6, la Fig. 8 est un graphique illustrant les tensions de lampes en fonction du temps dans le système d'éclairage avec la forme de réalisation illustrée et une alimentation en énergie classique de 60 Hz, la Fig. 9 est un graphique similaire à celui de la Fig. 8 illustrant les impédances de lampes en fonction du temps, la Fig. 10 est un graphique similaire à celui de la Fig. 8 illustrant les impédances de source en fonction du temps, la Fig. 11l est un graphique similaire à celui de la Fig. 8 illustrant les courants de lampes en fonction du temps, les Fig. 12 à 14 illustrent les formes d'onde de tension et de courant de la forme de réalisation illustrée, la Fig. 15 est une illustration schématique d'une partie d'un alternateur à réluctance commutée, la Fig. 16 est une vue d'extrémité de la Fig. 15, la Fig. 17 est une vue séparée illustrant l'orientation des composants rotoriques représentés sur les Fig. 15 et 16, la Fig. 18 est une vue similaire à celle de la Fig. 15 d'un alternateur à induction,

la Fig. 19 est une vue d'extrémité de l'alterna-

teur représenté sur la Fig. 18, la Fig. 20 est un dessin schématique d'un circuit de l'alternateur à induction tel que représenté sur les Fig. 18 et e19, la Fig. 21 est un autre circuit schématique d'un alternateur à induction, et la Fig. 22 est une illustration simplifiée représentant une autre forme de réalisation utilisant une

sortie de courant continu délivré à la lampe.

Description détaillée des dessins

Les Fig. 1 et 2 illustrent une tour d'éclairage mobile 10. La tour d'éclairage mobile 10 a une structure de chassis mobile 12 qui est de préférence une remorque ayant

des roues 14 et une barre d'attelage 16. La tour d'éclai-

rage mobile 10 comprend un ensemble d'éclairage 18 monté sur la structure de chassis 12. L'ensemble d'éclairage 18 comprend une flèche télescopique rétractable. L'extrémité inférieure de la flèche 20 est montée à pivotement sur la structure de chassis 12 au moyen d'une charnière bloquante 22. Une série de quatre lampes 24, de préférence des lampes à halogénure métallique, est montée à l'extrémité de la flèche télescopique rétractable 20 opposée à la charnière 22. Une source d'énergie électrique alternative, de préférence une source d'énergie tel qu'un moteur diesel entrainant un ensemble d'alternateur synchrone, est montée sur la structure de châssis mobile 12 à l'intérieur d'un bottier 26. Typiquement, un réservoir d'essence, une batterie de starter et un panneau de commande sont égale- ment inclus dans le bottier 26, non représenté. Une énergie électrique alternative est délivrée par la source d'énergie et, en particulier, par l'ensemble d'alternateur, aux

lampes 24 via des lignes électriques 28.

La tour d'éclairage mobile illustrée 10 comporte trois vérins 30 pour supporter la structure de châssis 12 en position immobile. Pour régler la tour d'éclairage mobile 10 en préparation du fonctionnement de la série de lampes 24, la tour d'éclairage mobile 10 est remorquée dans

la position souhaitée et les vérins 30 sont enclenchés.

Ensuite, une manivelle à main 32 est utilisée pour tirer la flèche 20 d'une position de retrait (Fig. 1) à une position dressée (Fig. 2). La hauteur des lampes 24 peut être ajustée en réglant un élément de flèche télescopique

interne 34 à l'intérieur d'un élément de flèche télesco-

pique externe 36. Un élément de support horizontal 40 pour les lampes est monté au sommet de l'élément de flèche télescopique interne 34. Les lampes 24 sont fixées à l'élément de support horizontal 40 en utilisant une potence en forme de U 42 de telle sorte que la direction des lampes puisse être ajustée. Une boîte électrique 42a (Fig. 1) est

également montée sur l'élément de support horizontal 40.

Les systèmes d'éclairage de la technique anté-

rieure utilisent typiquement des lampes 24 dont chacune a un ballast séparé indépendant connecté entre la première sortie d'une unité d'alternateur et les lampes. La Fig. 3 illustre schématiquement une lampe typique, etc. Le système

typique 44 de la technique antérieure utilise un alterna-

teur classique de faible impédance qui délivre une énergie électrique régulée à une fréquence de 60 Hz, de préférence une énergie électrique monophasée à 120 volts. Dans la plupart des applications mobiles, l'alternateur est

entraîné par un moteur diesel. L'alternateur est typique-

ment une unité autorégulée quadripolaire sans balais ayant une capacité continue d'environ 6000 watts. L' é n e r g i e électrique régulée de l'alternateur de 60 Hz est transmise via les lignes 28 à un ballast séparé 48 pour chaque lampe, puis à chaque lampe 24. Les lampes 24 sont de préférence des lampes à halogénure métallique ayant une sortie totale de 4000 watts et une capacité lumineuse initiale de 440. 000 lumens. les ballasts 48 comprennent de préférence un autotransformateur et des ballasts à âme-bobine, tels que ceux généralement décrits dans la littérature citée précédemment.- Le ballast classique 48 est une unité relativement grande de poids et de coût sensibles du système 44. Comme décrit précédemment, les ballasts 48 jouent trois rôles dans le système d'éclairage 44 de la technique antérieure. Le ballast séparé classique 48 augmente la tension à l'amorçage du système jusqu'à la tension d'amorçage d'arc nominale de 450 volts. Le ballast fournit également une impédance suffisante pour que le

courant ne dépasse pas une valeur maximale pour la lampe.

En troisième lieu, le ballast augmente la pente de l'onde de tension alternative au point de passage par zéro lorsque l'onde de courant est au niveau zéro ou proche de zéro de telle sorte que l'écoulement de courant à travers la lampe

entretienne une sortie continue.

La présente invention vise une structure d'alter-

nateur qui élimine la nécessité d'un ballast séparé classique dans un système d'éclairage pour lampes de haute

intensité et dispositifs analogues.

La Fig. 4 illustre schématiquement un système d'éclairage 49 selon la forme de réalisation préférée de l'invention, le ballast classique étant totalement éliminé

du système.

Un ensemble d'alternateur à aimant permanent

schématiquement illustrée en 50 est illustré sur la Fig. 4.

L'alternateur illustré est conçu pour, simultanément, entraîner et exciter jusqu'à quatre lampes de haute intensité 24, en particulier des lampes à halogénure

métallique et dispositifs analogues.

Quatre lampes séparées individuelles 24 sont illustrées sur la Fig. 4, seule la première lampe 24a étant représentée en illustration simplifiée typique. La lampe 24a, comme illustré sur la Fig. 4, comprend une enceinte de

verre extérieure 51 ayant une embase de connexion électri-

que 52 à une extrémité. Des électrodes espacées 53 et 54 disposées à l'intérieur de l'enceinte 51 établissent entre

elles un flux de courant 53 pour produire de la lumière.

L'ensemble d'alternateur 50 comprend quatre unités d'alternateur 56, une pour chaque lampe 24 à exciter. Les unités d'alternateur 56 sont montées sur un arbre commun 57 couplé à un moteur d'entraînement approprié 58, typiquement un moteur diesel. Naturellement, on

pourrait utiliser n'importe quelle forme de source d'éner-

gie qui fasse fonctionner l'ensemble d'alternateur à une vitesse TPM appropriée, en particulier à une vitesse

* constante sélectionnée selon les besoins de sortie.

Plus particulièrement, chaque unité d'alternateur 58 comprend un stator 59 et un rotor 60 monté sur l'arbre 57. Le stator 59 comprend un noyau annulaire laminé 61 ayant un enroulement 62 à bobines multiples distribuées enroulé sur la surface périphérique interne. Dans la présente invention, l'enroulement 62 est spécialement construit et enroulé en particulier pour produire, en combinaison avec le rotor 60, une tension et un courant de sortie de haute fréquence qui sont adaptés de manière unique pour exciter une lampe de haute intensité. La fréquence et la tension de sortie de l'unité d'alternateur sont donc apparentées au nombre et à la distribution des bobines de l'enroulement et au nombre de pôles du rotor, comme cela sera développé ci-dessous. Le moteur entraîne le rotor à des vitesses de rotation par minute (TPM) de consigne pour générer une fréquence particulièrement élevée, appropriée en particulier pour établir une tension d'amorçage pour initier la conduction dans la lampe de haute intensité et établir ensuite une tension d'entretien pour maintenir la lampe allumée. L'enroulement 62 du stator

est spécialement enroulé avec une caractéristique d'impé-

dance élevée de manière unique rapportée à la caractéristi- que de la lampe pour jouer directement le rôle d'une unité ballast interne établissant des tensions appropriées et limitant le courant pour maintenir un fonctionnement stable et efficace des lampes de haute intensité connectées directement. L'enroulement 62 de l'unité d'alternateur 56 de la forme de réalisation illustrée a ses conducteurs 63 connectés directement à l'embase de connexion 62 de la lampe de haute intensité. Une unité de commutation, non représentée, est appliquée dans les connexions du circuit pour faire fonctionner sélectivement une ou toutes les

lampes, simultanément ou dans une séquence quelconque.

Toutes les unités d'alternateur 56 sont conçues de manière similaire et connectées aux lampes apparentées

respectives 24 et assurent une excitation et un fonc-

tionnement directs des lampes respectives. Dans la forme de réalisation illustrée de l'invention, l'unité ballast séparée n'est pas représentée ou nécessairement introduite dans le circuit entre la sortie de l'alternateur et la

lampe. Conformément à la présente invention, la caracté-

ristique d'impédance interne inhérente de l'unité d'alter-

nateur et, en particulier, de l'enroulement 62 est conçue pour limiter le courant de la sortie alternative de l'alternateur de telle sorte que le courant ne dépasse pas une valeur de courant souhaitée ou maximale au cours du fonctionnement de la lampe de haute intensité, assurant également la tension d'amorçage et la tension d'entretien

ensuite sans autre interposition de dispositifs d'inte-

raction ou de commandes.

Les unités d'alternateur 56 sont de préférence des générateurs à aimant permanent dans lesquels chaque rotor est conçu avec des aimants permanents distribués pour générer une sortie appropriée de l'enroulement 62. Le rotor, tel qu'il sera développé plus complètement par la suite, est de préférence un rotor à aimant permanent conçu selon les enseignements de la demande de brevet déposée par Stanley S. Chula sous le titre "Dynamo Electric Machine With Permanent Magnet Rotor Structure" le 11 décembre 1995 sous le numéro de série 08/570 095, et assignée à une

demanderesse commune.

Plus particulièrement, un ensemble d'alternateur PMG préféré illustré sur les Fig. 5 à 7 comprend les quatre

unités d'alternateur indépendantes 56 les unités statori-

ques apparentées 59 et les unités rotoriques 60 dans une structure préférée. En se référant à la Fig. 5, les unités statoriques 59 des quatre unités d'alternateur 56 sont montées à distance axiale mutuelle les unes des autres dans

un châssis de support externe 63 entre des châssis d'extré-

mité opposés 64 et 65. Dans la forme de réalisation illustrée de l'invention, chaque unité statorique 59 comprend un noyau statorique annulaire laminé 61 et les noyaux sont interconnectés par une série de boulons de connexion 66 espacés sur la périphérie. Chaque boulon est un boulon allongé enfilé à travers des ouvertures alignées

dans les noyaux statoriques 61. Dans la forme de réalisa-

tion illustrée, les noyaux 61, comme montré sur la Fig. 6, ont une configuration à faces sensiblement rectangulaires et les ouvertures de montage sont situées a ses quatre coins. Des éléments d'espacement 67 (Fig. 5) sont disposés entre les noyaux voisins 61 sur le boulon 66. Des écrous de blocage 68 sont fixés aux extrémités opposées du boulon en s'appuyant sur les noyaux d'extrémité 61 et bloquent et supportent solidement les noyaux statoriques à distance

d'espacement mutuelle fixe à l'intérieur du bottier 63.

Les châssis d'extrémité 64 et 65 sont fixés l'un à l'autre et au châssis 63 et définissent un structure de châssis d'alternateur externe de support. Le châssis 63, comme montré sur la Fig. 6, est représenté sous la forme d'un châssis à ailettes de forme générale carrée et les

châssis d'extrémité chevauchent ses extrémités. La struc-

ture de châssis et de noyau peut être aisément construite sous la forme d'éléments ronds adaptés. Des unités de blocage de boulons à écrous 69 (Fig. 5) passent à travers des extensions des châssis 64 et 65 pour interconnecter solidement les éléments. Le chassis d'extrémité 65 est fixé à la paroi 69a du moteur qui le supporte. Des éléments de montage appropriés 70 sont formés d'une pièce sur la structure de châssis d'extrémité 64 et permettent le montage dans l'unité de remorque ou dans une autre unité

mobile.

On se réfère à présent aux Fig. 6 et 7; le noyau

annulaire laminé 59 comprend une série de rainures d'enrou-

lement 71 distribuées à distance égale sur la surface de la périphérie interne du noyau et qui définissent un pôle 72 entre chaque paire de rainures voisines. L'enroulement 62 est enroulé dans les rainures statoriques 71 et connecté aux conducteurs de sortie 63 pour obtenir une sortie de

tension alternative appropriée d'une fréquence sélection-

née. L'enroulement 62 comprend une série de bobines individuelles 73 individuellement enroulées dans des

rainures voisines 71 et enjambant un pôle statorique 72.

Chaque bobine 73 est enroulée avec des nombres sensiblement plus grands de spires que dans les modèles d'alternateurs classiques et produisent directement l'impédance de niveau de ballast élevé de même nature que les diverses impédances

limitatrice de courant séparées produites jusqu'à présent.

Le rotor illustré 60 de la forme de réalisation préférée comprend également un noyau laminé 75 (Fig. 5) avec une ouverture 76 pour l'arbre central ayant un diamètre correspondant au diamètre externe de l'arbre 57 de rotor. Le rotor 60 est connecté à l'arbre 57 par des connexions à clavette individuelles 77, comme illustré sur les Fig. 5 et 6. Les rotors 60 sont montés sur l'arbre 57 dans l'alignement avec chaque noyau statorique apparenté

61. Des bagues à déclic 78 sont disposées dans des évide-

ments de l'arbre 57 en regard des rotors 60 pour établir convenablement un alignement, tout en maintenant un

isolement efficace entre les unités d'alternateur séparées.

L'arbre de rotor 57 est monté sur le châssis d'extrémité 64 dans une structure de palier rotative appropriée 81 et fixé, sur le châssis d'extrémité opposé 65, & l'arbre de sortie 83 du moteur, en 84. Un boulon 85 s'étend donc à travers une ouverture 86 de l'arbre central et se visse dans un élément de blocage conique 87 fixé à l'extrémité de l'arbre 83. Le serrage du boulon 87 bloque

solidement l'unité rotorique à l'arbre 83.

Le rotor 60, comme montré sur les Fig. 5 et 6, est de manière générale conçu selon les enseignements de la demande de la demanderesse identifiée précédemment. Le noyau laminé 60 comprend une série de pôles 88 espacés de manière égale sur la périphérie et définis par des rainures d'extrémité étroites espacées 89. Chaque pôle 88 a une longueur périphérique essentiellement identique à la

largeur des pôles statoriques 72 et, par suite, à l'ouver-

ture d'une bobine d'enroulement alignée 73. Une unité magnétique 90 est encastrée à l'intérieur de chaque pôle rotorique 88. Comme cela est plus complètement décrit dans la demande co-assignée, chaque unité magnétique 90 comprend un élément permanent 91 fixé à l'intérieur de chaque structure de pôle rotorique, une cale spéciale étant intercalée 92 entre l'aimant et l'embase du pôle afin d'améliorer le trajet du flux magnétique à travers le stator et produire un signal de sortie amélioré. Chaque

aimant 91 s'étend sensiblement entre des rainures statori-

ques voisines 89 et est polarisé radialement pour créer un

flux magnétique passant radialement à travers les structu-

res alignées des noyaux, en engagement d'accouplement avec

la bobine statorique alignée.

Comme cela est plus complètement développé dans la demande de brevet coassignée correspondante, l'unité magnétique 90 comprenant l'aimant 91 et la cale 92 est encastrée dans les parois latérales et les parois internes et externes de chaque pôle rotorique. La structure des parois est telle qu'il s'y produit une saturation, mais qui n'est pas suffisante pour bloquer le trajet du flux magnétique. Les cales 92 jouent fondamentalement le rôle

d'un filtre pour les composantes harmoniques de la sortie.

Par suite, on obtient un champ de flux magnétique hautement souhaité pour une interaction optimale avec les bobines

statoriques alignées 73.

Bien qu'une telle structure préférée soit illustrée et décrite, on pourrait utiliser n'importe quelle autre structure appropriée de rotor à aimant permanent pour assurer la configuration appropriée du flux magnétique dans le stator à enroulements multiples. Dans la forme de réalisation illustrée de l'invention, le rotor 60 et le stator 59 sont construits avec 20 pôles distribués sur la périphérie. L'enroulement 62 de stator comprend 20 bobines séparées indépendantes 73 enroulées interconnectées l'une avec l'autre pour développer une sortie par les conducteurs

de sortie 63.

L'ensemble d'alternateur a été utilisé pour exciter des lampes à halogénure métallique, l'agencement de 20 pôles/bobines générait une sortie d'une fréquence de 500 à 550 Hz avec une tension de sortie en l'absence de charge de 450 à 530 volts RMS. Chaque bobine 73 est spécialement enroulée avec un nombre substantiel de spires, typiquement , pour produire une impédance accrue et, en particulier, pour produire une impédance élevée directement qui peut

directement opérer en impédance ballast pour faire fonc- tionner les lampes à halogénure métallique.

Comme discuté précédemment, la présente invention offre des résultats avantageux à essentiellement toutes les fréquences du fait de la forme d'onde aux fréquences supérieures. On sait qu'aux fréquences supérieures, les dimensions de l'alternateur peuvent être réduites et peuvent permettre d'obtenir un ensemble d'alternateur plus

économique, en particulier pour des unités mobiles.

La tension et le courant de sortie haute fré-

quence établis par la structure décrite comprenaient le passage rapide souhaité par zéro de l'onde de tension alternative pour établir et entretenir le courant après son

amorçage initial.

Dans la forme de réalisation illustrée de l'invention, une unité d'alternateur indépendante séparée 59 est prévue pour chaque lampe 24 et est connectée directement & celle-ci. On a constaté que l'on obtenait un système particulièrement simple et fiable pour générer directement une alimentation en courant alternatif de haute fréquence pour une connexion directe avec la lampe, sans devoir intercaler d'autres composants ballasts dans le système avec une configuration appropriée des enroulements

du générateur.

Dans un alternateur d'essai, chaque bobine était enroulée avec 55 spires contrairement à un alternateur classique qui pourrait typiquement en avoir 33. Le noyau statorique était de forme générale carrée avec une largeur et une hauteur d'environ 16,51 cm (6,5 pouces), la longueur totale étant d'environ 45,72 cm (18 pouces). Le diamètre du rotor était de 11,43 cm (4,5 pouces) avec un entrefer entre les poles du stator et du rotor. l'ensemble d'alternateur PMG était donc un ensemble compact d'environ 43,1 cm (17

pouces) de long et de 58,06 cm2 (9 pouces carrés). L'ensem-

ble d'alternateur, tel qu'illustré et conçu, avait une tension en circuit ouvert d'environ 500 volts RMS. Les lampes étaient des lampes à halogénure métallique de 1000 watts nécessitant environ 450 volts RMS pour un amorçage initial. Le rotor était entraîné à une vitesse en l'absence de charge de 3300 TPM. La tension en circuit ouvert chutait dans la plage de 450 à 475 volts à environ 3100 TPM lorsque les lampes s'allumaient. La tension tombait à environ 220 à 240 volts de tension d'entretien et la vitesse de l'unité

se stabilisait à sensiblement 3000 TPM.

Les Fig. 8 à 11 représentent la caractéristique de l'ensemble d'alternateur des Fig. 5 à 7 décrit ci-dessus en comparaison d'un système moteur de 60 Hz classique utilisant un ballast séparé classique de grande capacité

comprenant un autotransformateur et un système à induction.

L'ensemble d'alternateur unique avait donc les quatre enroulements statoriques de sortie séparés connectés directement & quatre lampes à halogénure métallique individuelles 24. Les mêmes lampes ont été utilisées avec l'alimentation en énergie de 60 Hz classique. Comme illustré sur la Fig. 8, par exemple, les courbes de tension 100 et 101 des lampes présentent une tension à circuit ouvert qui est légèrement au- dessus de 400 volts avant l'amorçage de l'arc et suffisante pour amorcer la ou les lampes connectées 24. Lors de l'amorçage des lampes, la tension des lampes chutait immédiatement à moins de 50 volts et se maintenait sensiblement, avec une légère augmentation au cours de l'amorçage initial des lampes, après quoi la tension augmentait lentement au niveau d'entretien d'environ 250 volts. Les courbes pour les deux alimentation en énergie se suivent relativement près.

La Fig. 9 illustre la variation des caractéristi-

ques d'impédance apparentes des lampes de deux alimenta-

tions sur la même période que sur la Fig. 8. L'impédance, telle que représentée par les courbes 102 et 103, augmente légèrement au cours de l'amorçage des lampes, puis augmente rapidement lorsque les lampes atteignent leur niveau d'entretien complet de tension et de courant. L'impédance apparente de l'alimentation de l'alternateur à aimant

permanent est légèrement inférieure à celle d'une alimenta-

tion en énergie de 60 Hz classique, mais fournit encore

l'impédance nécessaire pour limiter le courant.

La Fig. 10 illustre des courbes de variation correspondantes 104 et 105 de l'impédance de source apparente par rapport au temps et montre le suivi étroit de l'impédance de l'alternateur avec le ballast d'alimentation combiné de 60 Hz classique. En comparant les Fig. 9 et 10, l'impédance de source est à un niveau élevé au cours de l'amorçage, tandis que l'impédance de la lampe est basse, puis l'impédance de source chute graduellement à une impédance limitatrice de courant rapportée à l'impédance

accrue de la lampe et maintient le courant limité néces-

saire au cours du fonctionnement des lampes. Le courant de lampe est illustré par les courbes 106 et 107 de la Fig. 11, qui suivent de manière générale la caractéristique de l'impédance telle que représentée sur la Fig. 10. En fait, la courbe de lampe 106 pour l'autre source illustre un

niveau de courant final un peu plus élevé.

Les Fig. 12 à 14 illustrent les formes d'onde de tension et de courant de la sortie de l'alternateur aux moments respectifs au cours de l'allumage et de l'état d'entretien final. La Fig. 12 est une courbe 108 illustrant la forme d'onde de tension de sortie en circuit ouvert pour l'amorçage de l'arc pour allumer la lampe. Le pic de

tension est juste au-dessus du pic de 600 volts à 450 Hz.

La Fig. 13 illustre les formes d'onde de tension et de courant 109 et 110 après l'allumage initial des lampes à une échelle différente, représentant un pic de 40 volts et un écoulement de courant d'environ 8 ampères. Les ondes de tension et de courant de la Fig. 13 sont représentées décalées de phase de 180 . Cela résultait de la connexion de l'oscilloscope avec la sortie de l'alternateur et l'entrée de la lampe. En fait, les ondes sont sensiblement en phase. Le graphique offre une illustration commode des

ondes de tension et de courant par rapport à l'établisse-

ment et à l'entretien des lampes de haute intensité ou de

charges similaires.

La forme d'onde de tension s'est modifiée pour inclure une partie sensiblement verticale 111 au passage

par zéro de l'onde de courant 110.

La Fig. 14 illustre les ondes de tension et de courant 112 et 113 alors que la lampe est complètement

allumée, à une échelle différente, pour un état de bril-

lance complète des lampes. La tension correspond sensible-

ment à un pic de 340 volts et le courant a sensiblement un pic de 6 ampères, la tension passant rapidement par zéro

avec le courant. Ainsi, il n'y a clairement pas d'interrup-

tions du courant tout en limitant encore le courant de

manière souhaitée.

On a constaté que l'ensemble d'alternateur à aimant permanent produisait une forme de réalisation pratique et particulièrement satisfaisante avec les unités d'alternateur individuelles multiples interconnectées sous la forme d'un ensemble à une commande commune pour faire fonctionner une série de lampes de haute intensité, comme décrit. Le système est particulièrement économique tout en donnant des résultats remarquables avec une connexion directe des enroulements de sortie avec les lampes et en n comptant que sur la caractéristique d'impédance inductrice

des unités d'alternateur pour obtenir la tension d'amorça-

ge, la tension d'entretien et l'impédance limitatrice de

courant interne.

La connexion directe sans devoir ajouter des composants quelconques permet, de manière particulière et surprenante, de produire un système d'alimentation mobile

au moins égal aux systèmes typiques de la technique anté-

rieure avec le dispositif ballast séparé, qui sont généra-

lement des unités plus complexes ainsi que des structures importantes et coûteuses. Cependant, diverses connexions auxiliaires pourraient être prévues pour modifier la caractéristique globale de l'alimentation améliorée de l'alternateur à fréquence élevée avec la caractéristique d'impédance inhérente. Par exemple, si la caractéristique

d'une lampe particulière est telle que l'impédance d'ex-

ploitation de l'unité d'alternateur ne coïncide pas avec la spécification optimale pour une lampe particulière, un petit ballast modificateur, tel qu'un ballast à retard ou

un autre ballast inductif/capacitif pourrait être inter-

connecté entre la sortie de l'alternateur et la lampe pour

produire la caractéristique d'impédance optimale souhaitée.

Mais cette variante nécessiterait un dispositif d'impédance modificateur moins coûteux et complexe que les dispositifs ballasts complexes et lourds requis jusqu'à présent. On a donc constaté que la présente invention éliminait en particulier la nécessité de systèmes inductifs/capacitifs plus complexes tels que ceux typiquement recommandés pour une utilisation avec des lampes & halogénure métallique etc., mais n'empêchait pas l'utilisation d'éléments auxiliaires dans la connexion d'alimentation avec les lampes. Bien que les unités d'alternateur indépendantes telles qu'illustrées produisent un système très économique, on peut aisément prévoir un ensemble d'alternateur dans lequel un stator est enroulé avec une série appropriée d'enroulements statoriques indépendants individuels, un pour chacune des lampes à exciter. Les enroulements doivent nécessairement être isolés les uns des autres pour opérer essentiellement en enroulement indépendant par rapport au flux magnétique créé par le rotor et l'interaction des enroulements avec celui-ci. Ainsi, un décalage de phase

approprié des enroulements de manière à produire efficace-

ment des sorties isolées pour chacun des enroulements permettra, par exemple, l'application de la tension et du

courant contrôlés souhaités aux lampes individuelles.

Bien que la forme de réalisation illustrée de l'invention comprenne une structure optimale comportant des alternateurs, à aimant permanent d'uns structure unique, n'importe quel autre alternateur, qui offre la sortie de fréquence élevée et la caractéristique d'impédance interne

inhérente requise pour exciter des lampes de haute intensi-

té, etc., pourrait être utilisé, conformément aux enseigne-

ments de la présente invention, par les hommes de l'art.

On se réfère à présent particulièrement aux Fig.

à 17; un alternateur à réluctance commutée ou alterna-

teur homopolaire 120 est illustré avec une structure permettant de commander des lampes HID 121. L'alternateur comprend un bottier extérieur 122 à l'intérieur duquel un ensemble statorique 123 et une unité rotorique 124 sont montés. Des châssis d'extrémité, non représentés, sont fixés au bottier 122 pour supporter le rotor 124. L'unité statorique 122 comprend des noyaux statoriques annulaires espacés 125 et 126, chacun d'entre eux présentant des

rainures 127 espacées sur sa périphérie de manière corres-

pondante, comme montré sur la Fig. 16. Un enroulement de sortie statorique unique 128 est enroulé dans les rainures

espacées sur la périphérie et alignées des noyaux statori-

ques 125 et 126. L'enroulement 128 est constitué d'une série substantielle de bobines individuelles (Fig. 16) dont chacune est enroulée avec un nombre relativement élevé de spires en comparaison de l'enroulement classique pour alternateurs. Cela établit à nouveau un enroulement de sortie de haute impédance 128 et fournit la caractéristique d'impédance inhérente pour obtenir la caractéristique de ballast direct pour une interconnexion de l'enroulement à une lampe HID 121, etc., les bobines chevauchant chacune

les rainures voisines dans la forme de réalisation illus-

trée pour définir un pôle statorique. Le nombre de bobines est à nouveau rapporté à la fréquence de sortie à générer et fournira de préférence une sortie dans la plage de 200 à 600 Hz. N'importe quelle autre fréquence pourrait être obtenue en fonction des caractéristiques de la lampe et d'autres variables qui peuvent être introduites dans le système tout en maintenant la caractéristique de ballast

inhérente dans l'enroulement.

Entre les noyaux 125 et 126 est montée une unité magnétique CC annulaire 129 qui enjambe sensiblement l'espace compris entre les noyaux. L'unité magnétique 129 peut être un aimant permanent ou un élément de bobine polarisé approprié excité par une source appropriée de courant continu, telle qu'une batterie de 12 volts ou une

autre source de champ ou d'énergie continue appropriée.

L'aimant permanent 129 est polarisé axialement ou longitu-

dinalement avec un pôle nord et un pôle sud, comme schéma-

tiquement illustré par les lettres "N" et "S". Il établit donc un flux qui passe par les noyaux statoriques 125 et 126 via le trajet complété à travers l'ensemble de l'unité

rotorique 124 de l'alternateur.

Conformément à une structure connue, l'unité rotorique 124 comprend deux rotors espacés 130 et 131 montés sur un arbre entraîné 132, qui est couplée à une

source d'énergie appropriée 133 pour faire tourner simulta-

nément les rotors espacés. Chaque rotor est conçu de manière identique, comme illustré schématiquement sur les Fig. 16 et 17. Ainsi, chacun d'entre eux est un élément plein unique formé d'un matériau magnétique approprié et ayant une série de dents 134 coulées ou formées d'un seul

tenant. Chaque dent 134 présente une largeur et un espace-

ment périphériques correspondant aux rainures et aux bobines statoriques des enroulements de sortie 128. Le rotor est claveté sur l'arbre entraîné 132. Le deuxième rotor 124a est conçu de la même manière et claveté sur l'arbre entraîné 132. Cependant, les dents 134a sont décalées de la largeur des pôles rotoriques, comme montré

par l'axe 135 sur la Fig. 17.

La sortie est une tension de sortie alternative.

La sortie est une onde sinusoïdale qui passe par zéro. La forme d'onde de sortie résulte d'une variation du champ du flux, qui est polarisé audessus de zéro, avec la tension et le courant obtenus. Cet alternateur est bien connu pour être particulièrement utile dans des alternateurs de fréquence élevée du fait de la robustesse de la structure rotorique. Il permet donc l'entraînement du rotor à des

vitesses très élevées.

Par une structure appropriée des enroulements,

c'est-à-dire avec un nombre approprié de spires d'enroule-

ment et une sélection appropriée de l'élément magnétique, un enroulement d'impédance élevée est aisément construit avec la caractéristique d'impédance inhérente et peut fournir une caractéristique de ballast appropriée pour une

connexion directe avec la lampe.

D'autres systèmes encore, tels que des alterna-

teurs à induction d'une structure bien connue, produisent

également une sortie d'impédance élevée appropriée suscep-

tible d'être appliquée dans la présente invention. Un moteur à induction classique est schématiquement illustré

sur les Fig. 18 à 21 pour exciter une lampe.

On se réfère à présent aux Fig. 18 et 19; l'unité d'alternateur comprend une unité rotorique 136 représentée schématiquement sous la forme d'une structure de type en cage d'écureuil, qui est susceptible d'être entraînée à vitesse élevée et ayant des conducteurs 137 espacés sur la périphérie et interconnectés. Un enroulement statorique 138 est enroulé sous la forme d'un noyau statorique annulaire 139 et monté à l'intérieur du boîtier 140. Une capacité 141 est connectée aux bornes des conducteurs de sortie 142 de l'enroulement et qui sont connectées directement à une lampe 143. La capacité parallèle crée l'excitation du générateur alors que la combinaison de l'enroulement et de la capacité crée une impédance élevée. L'enroulement et la capacité seront sélectionnés et spécifiés pour produire la

caractéristique d'impédance élevée souhaitée particulière.

L'enroulement et la capacité introduisent une réactance

inductrice et capacitive dans la caractéristique d'impé-

dance totale, qui peut être aisément conçue conformément à la technologie connue pour produire la tension et le courant de sortie souhaités et, en particulier, une caractéristique d'impédance pour établir la sortie de ballast de lampe inhérente ainsi que la tension d'amorçage élevée et la tension d'entretien réduite. L'enroulement 138 est enroulé par une série de bobines individuelles, comme montré sur la Fig. 19, connectées en série pour obtenir une tension et une fréquence de sortie appropriées pour l'excitation des lampes 143. L'enroulement statorique 138 est enroulé sous la forme d'un enroulement unique comme montré sur la Fig. 20 ou, également, avec un enroulement principal 138a et un enroulement auxiliaire en quadrature

144, comme montré sur la Fig. 21. Dans la première struc-

ture de la Fig. 20, une capacité 141 est connectée aux bornes de l'enroulement principal 138. Dans l'autre structure, la capacité 141 est placée aux bornes d'un

enroulement auxiliaire 144, comme montré sur la Fig. 21.

Dans les deux agencements d'enroulement, l'enroulement principal 138 est enroulé avec l'impédance de ballast inhérente pour exciter la lampe, de préférence sans devoir effectuer un réglage de ballast intermédiaire, et en permettant ainsi la connexion directe de l'enroulement

principal avec les lampes via, naturellement, des disposi-

tifs de commutation appropriés. La Fig. 22 illustre une forme de réalisation

permettant d'obtenir une sortie de courant continu.

L'ensemble d'alternateur 145 est représenté en organigramme

avec une seule unité d'alternateur 156 illustrée. L'ensem-

ble peut naturellement être conçu selon les enseignements de la technique antérieure avec des unités d'alternateur

supplémentaires ou avec une unité ayant une série d'enrou-

lements de sortie établissant la caractéristique de ballast inhérente telle que discutée ci-dessus. Le changement significatif est la connexion de l'enroulement de sortie de l'unité d'alternateur connectée via un redresseur à pont pleine onde 147. Le courant de sortie vers la lampe est donc un courant continu avec l'impédance nécessaire produite par la structure de ballast inhérente de l'unité

d'alternateur comme dans la forme de réalisation antérieu-

re. Dans la forme de réalisation de la Fig. 22, le redresseur à pont pleine onde 147 est illustré sous la forme d'un pont de diodes ayant des bornes d'entrée 148 connectées à l'enroulement de sortie 62. Des bornes de sortie 150 sont connectées directement à la lampe 151. Le

redresseur à pont comprend quatre diodes 152-155 intercon-

nectées entre les bornes d'entrée et de sortie 148 et 150 de telle sorte que le flux de courant soit toujours un flux

unidirectionnel vers la lampe. Les diodes 152-155 établis-

sent donc une conduction, dans la forme de réalisation illustrée de l'invention, de la borne d'entrée supérieure 148 à la ligne de sortie représentée sur la droite au cours du demi-cycle positif et de la borne d'entrée inférieure 148 au cours des demi-cycles négatifs à la suite de la

polarisation des diodes.

L'ensemble d'alternateur peut comprendre à nouveau une seule unité d'alternateur comme montré, une série quelconque d'unités d'alternateur ou une seule unité d'alternateur avec une série d'enroulements de sortie isolées en phase, etc. Le redressement de la sortie de l'alternateur pour délivrer un courant continu à la lampe évite la nécessité de la caractéristique de tension d'entretien alternative spéciale requise dans un système

opérant totalement en courant alternatif.

En outre, l'invention peut utiliser en alterna-

teur à enroulement synchrone dans lequel l'enroulement est enroulé sous la forme d'un enroulement à pas entier sur le rotor. Le générateur à enroulement synchrone délivrera en

particulier une sortie constituée d'une fréquence d'excita-

tion principale comprenant seulement des harmoniques impaires et développant de la sorte une tension de sortie à onde carrée. L'enroulement d'impédance élevée produit le

tension carrée, ce qui a pour effet d'appliquer une varia-

tion de tension essentiellement brusque à la référence de courant zéro et offre donc une tension particulièrement adaptée au maintien du flux de courant à travers la lampe de type à intensité élevée. La caractéristique d'impédance et de tension est celle mise en oeuvre pour maintenir le flux de courant limité sans interruptions à travers le point d'inversion de courant de la sortie de courant alternatif. MIême une machine à enroulement shunté peut être utilisée avec une commande de champ appropriée pour commander l'excitation du champ et, par suite, l'impédance efficace avec la variation de tension et pour limiter également par ailleurs le courant. Par ailleurs, le moteur pourrait être conçu et/ou commandé de manière à produire la caractéristique d'extinction de l'alternateur et donc l'amorçage et l'excitation complète respectives de la lampe. La présente invention vise particulièrement un ensemble d'alternateur spécial ayant une caractéristique d'impédance inhérente pour exciter des systèmes d'éclairage et, en particulier, avec une caractéristique d'impédance constituant une caractéristique d'impédance à ballast pour le système d'éclairage et fournissant également la tension

d'amorçage et la tension d'entretien.

Claims (55)

R E V E N D I C A T I ONS

1. Système d'éclairage à courant alternatif comprenant au moins une lampe (24) ayant une impédance d'exploitation minimale, un ensemble d'alternateur ayant au moins une sortie de courant alternatif connectée pour exciter la lampe (24), ledit ensemble d'alternateur comprenant un enroulement connecté à ladite lampe et ayant une caractéristique d'impédance propre pour limiter le courant vers ladite lampe (24) et pour entretenir le fonctionnement de la lampe sans devoir utiliser une

impédance substantielle séparée.

2. Système d'éclairage à courant alternatif selon

la revendication 1, dans lequel ledit ensemble d'alterna-

teur comprend une série d'unités alternées, chaque dite unité d'alternateur (56) comprenant un rotor (60) et un enroulement (62) de sortie séparés et chaque enroulement de

sortie étant à même d'exciter ladite lampe (24).

3. Système d'éclairage à courant alternatif selon la revendication 1, dans lequel ladite lampe (24) est une

lampe de haute intensité nécessitant une tension d'entre-

tien pour maintenir le courant entre deux électrodes espacées afin de générer la lumière de sortie, ledit enroulement (62) ayant une sortie de tension et de courant alternatifs ayant une tension d'entretien sensiblement au

passage par zéro du courant pour maintenir un fonctionne-

ment complet de la lampe.

4. Système d'éclairage à courant alternatif selon la revendication 1, dans lequel ladite lampe (24) est une

lampe de haute intensité nécessitant une tension d'entre-

tien pour maintenir le courant entre deux électrodes espacées afin de générer la lumière de sortie, ledit enroulement (62) ayant une sortie de tension d'entretien de courant alternatif comprenant une variation de tension relativement brusque sensiblement au passage par zéro du courant pour maintenir ainsi un fonctionnement complet de

la lampe.

5. Système d'éclairage selon la revendication 1, dans lequel ladite caractéristique d'impédance propre pour limiter le courant crée une tension d'amorçage pour initier l'allumage de la lampe (24) et, ensuite, une tension d'entretien pour maintenir le fonctionnement de la lampe.

6. Système d'éclairage selon la revendication 1, comprenant un support mobile, un moteur à combustion interne connecté pour entraîner ledit alternateur (56), ledit moteur et ledit ensemble d'alternateur étant montés

sur ledit support mobile (20).

7. Système d'éclairage selon la revendication 1, dans lequel ladite caractéristique d'impédance dudit ensemble d'alternateur (56) correspond sensiblement à un ballast (48) stationnaire séparé adapté à la connexion de

la lampe (24) à une source de 60 Hz.

8. Système d'éclairage selon la revendication 1, comprenant une série de lampes (24) de haute intensité ayant chacune un arc amorcé entre deux électrodes espacées pour établir un écoulement de courant d'éclairage, ledit ensemble d'alternateur comprenant une unité d'alternateur (56) spécialisée séparée pour faire fonctionner chaque lampe, chaque unité d'alternateur (56) délivrant une tension et un courant de sortie électriques alternatifs

indépendants et étant susceptible d'être connectée directe-

ment à l'une desdites lampes (24) et ayant une impédance d'enroulement pour limiter le courant dans ladite lampe et pour établir une tension d'amorçage afin d'amorcer le fonctionnement de la lampe et une tension d'entretien pour

maintenir le fonctionnement de la lampe.

9. Système d'éclairage à courant alternatif selon la revendication 1, dans lequel ladite sortie de courant alternatif électrique a une fréquence de sortie supérieure

à 60 Hz.

10. Système d'éclairage selon la revendication 1,

dans lequel la sortie a une fréquence sensiblement supé-

rieure à 60 Hz.

11. Système d'éclairage selon la revendication 1, dans lequel la sortie de courant alternatif a une fréquence

fondamentale dans la plage de 200 à 600 Hz.

12. Système d'éclairage selon la revendication 9,

dans lequel la plage de fonctionnement est de 500 à 550 Hz.

13. Système d'éclairage selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble d'alternateur comprend une unité d'alternateur (56) à aimant permanent ayant un rotor (60)

à aimant permanent comprenant une série d'aimants perma-

nents (91) espacés également sur la périphérie.

14. Système d'éclairage selon la revendication 13, dans lequel ledit rotor (60) comprend des dents rotoriques distribuées sur la périphérie, une unité à aimant permanent (90) encastrée dans chaque dent rotorique et comprenant un aimant polarisée radialement et une cale (92) modificatrice de flux en série avec l'aimant permanent (90) et s'appuyant sur celui-ci pour modifier l'écoulement

du flux.

15. Système d'éclairage selon la revendication 13, dans lequel l'alternateur à aimant permanent comprend un stator (59) ayant une série de bobines également espacées sur la périphérie correspondant aux aimants

permanents de l'alternateur.

16. Système d'éclairage selon la revendication , dans lequel la sortie de courant alternatif a une

fréquence fondamentale dans la plage de 200 à 600 Hz.

17. Système d'éclairage selon la revendication 16, dans lequel la plage opérationnelle de la fréquence

fondamentale est de 500 à 550 Hz.

18. Système d'éclairage à courant alternatif selon la revendication 15, dans lequel l'alternateur à aimant permanent a une série d'aimants permanents (91) encastrés dans un noyau rond et définissant des pôles

magnétiques et ledit stator (59) a des bobines correspon-

dantes, chacune desdites bobines enjambant un espace périphérique correspondant à la longueur périphérique de chaque pôle rotorique, et dans lequel chaque bobine a un nombre substantiel de spires, lesdites bobines étant connectées en série avec ledit alternateur, ledit rotor (60) tournant à une vitesse permettant de générer une

fréquence de sortie supérieure & 60 Hz pour faire fonction-

ner des lampes à halogénure métallique.

19. Système d'éclairage à courant alternatif selon la revendication 18, dans lequel ledit alternateur est soumis à une rotation pour établir un signal de sortie

de fréquence dans la plage de 200 à 600 Hz.

20. Système d'éclairage à courant alternatif selon la revendication 1, dans lequel la lampe (24) est une lampe de haute intensité ayant deux électrodes à arc espacées nécessitant une tension d'amorçage initiale substantielle et une tension d'entretien notablement inférieure, ladite unité d'alternateur (56) établissant de manière directe et propre ladite caractéristique de tension.

21. Système d'éclairage à courant alternatif selon la revendication 20, dans lequel la lampe est une

lampe à halogénure métallique.

22. Système d'éclairage selon la revendication 1, dans lequel ledit ensemble d'alternateur comprend un

alternateur à réluctance commutée comprenant ledit enroule-

ment de sortie.

23. Système d'éclairage selon la revendication 1, dans lequel ledit ensemble d'alternateur comprend un alternateur à induction contenant ledit enroulement de

sortie, et une capacité connectée aux bornes dudit enroule-

ment de sortie.

24. Système d'éclairage selon la revendication 1, dans lequel ledit ensemble d'alternateur comprend un alternateur & induction qui comprend ledit enroulement de sortie, un enroulement en quadrature et une capacité

connectée en parallèle avec ledit enroulement en quadratu-

re.

25. Ensemble d'alternateur pour exciter une charge nécessitant une tension d'amorçage relativement élevée et une tension d'entretien notablement plus basse, comprenant au moins une unité statorique (59) et une unité rotorique apparentée, ladite unité statorique (59) ayant un enroulement (62) à pôles multiples produisant une sortie de courant alternatif ayant une fréquence supérieure à 60 Hz et établissant une tension d'amorçage au moins aussi importante que ladite tension d'amorçage requise, ledit enroulement ayant une caractéristique d'impédance qui limite sensiblement le courant de ladite charge et entraîne une réduction sensible de la tension de sortie pour établir ladite tension d'entretien afin de faire fonctionner ladite

charge avec ledit enroulement connecté a ladite charge.

26. Ensemble d'alternateur selon la revendication , dans lequel ledit enroulement (62) est connecté de manière directement conductrice à ladite charge et ladite caractéristique d'impédance de l'enroulement (62) permet d'obtenir directement lesdites tensions d'amorçage et d'entretien.

27. Ensemble d'alternateur selon la revendication , dans lequel ledit enroulement (62) établit une tension

d'amorçage d'au moins 450 volts RMS et une tension d'entre-

tien de l'ordre de 240 volts, ainsi qu'une fréquence d'au

moins 200 Hz.

28. Ensemble d'alternateur selon la revendication 27, dans lequel ladite tension d'amorçage se situe dans la

plage de 450 à 550 volts RMS.

29. Alimentation en énergie alternative pour une série de charges, comprenant une série d'enroulements de

sortie individuels chacun adapté à être connecté à seule-

ment l'une desdites charges, chacun desdits enroulements de sortie ayant une impédance pour limiter le courant de sortie et pour établir une tension élevée en l'absence de charge pour l'excitation initiale de la charge et une tension d'entretien notablement inférieure pour maintenir

ladite charge en fonctionnement.

30. Alimentation en énergie alternative selon la

revendication 29, comprenant une série d'unités d'alterna-

teur (56) correspondant à ladite série de charges, chacune

desdites unités d'alternateur comprenant une unité statori-

que ayant un enroulement de sortie statorique pour fournir de l'énergie à au moins l'une desdites charges, chacune desdites unités d'alternateur comprenant un rotor (60) monté à rotation à l'intérieur dudit stator (59) annulaire en couplage d'alignement avec l'unité statorique (59) correspondante, une unité d'entraînement couplée à chacun desdits rotors pour faire tourner simultanément lesdits rotors et établir simultanément une sortie de courant alternative dans chaque enroulement comprenant ladite

impédance pour exciter au moins une charge.

31. Alimentation en énergie alternative selon la

revendication 30, dans laquelle chaque dite unité d'alter-

nateur (56) est une unité à aimant permanent comprenant une série d'aimants (91) distribués sur la périphérie et encastrés dans la surface périphérique externe du rotor, ledit stator ayant des bobines individuelles alignées avec les aimants permanents, lesdites bobines étant connectées

en série pour définir ledit enroulement de sortie.

32. Alimentation en énergie alternative selon la revendication 31, dans laquelle chacune desdites unités magnétiques comprend un aimant permanent (91) radialement polarisé et une cale modificatrice de flux s'appuyant sur l'aimant et permettant une modification du flux pour améliorer la caractéristique de sortie de l'enroulement de sortie.

33. Alimentation en énergie alternative selon la revendication 32, dans laquelle ladite unité comprend un moteur à combustion interne ayant un arbre de sortie, lesdits rotors étant fixés à un arbre rotorique rotatif à distance axiale, ledit arbre de sortie du moteur étant

couplé audit arbre rotorique.

34. Alimentation en énergie alternative selon la

revendication 30, comprenant une série d'unités d'alterna-

teur correspondant à ladite série de lampes, chacune desdites unités d'alternateur (56) comprenant une unité statorique comprenant un de ladite série d'enroulements de sortie individuels, chacune desdites unités d'alternateur comprenant un rotor monté à rotation à l'intérieur dudit

stator annulaire en couplage d'alignement avec l'enroule-

ment de sortie correspondant, une unité d'entraînement couplée à chacun desdits rotors (60) pour faire tourner simultanément lesdits rotors et établir simultanément une sortie de courant alternatif comprenant lesdites impédances

pour exciter au moins une lampe.

35. Tour d'éclairage mobile comprenant: une structure de support mobile (12), une lampe (24) nécessitant des moyens limitateurs de courant auxiliaires, des moyens de positionnement et de direction d'une lampe, lesdits moyens étant montés sur ladite structure de support (20), et une source d'énergie connectée à un ensemble d'alternateur de courant alternatif électrique et montée sur ladite structure de support mobile, ladite source d'énergie entraînant ledit ensemble d'alternateur et générant une alimentation en énergie électrique de courant alternatif, ladite sortie de l'ensemble d'alternateur étant connectée à ladite lampe (24) et ayant une caractéristique d'impédance interne propre pour exciter ladite lampe et

limiter le courant qui s'y écoule.

36. Tour d'éclairage mobile selon la revendica-

tion 35, dans laquelle ladite caractéristique d'impédance est sensiblement égale à celle d'une unité ballast (48) auxiliaire connectée entre une source d'alimentation de

faible impédance et ladite lampe.

37. Tour d'éclairage mobile selon la revendica-

tion 35, dans lequel ledit ensemble d'alternateur a une structure à aimant permanent comprenant un rotor rotatif (60) avec une série d'aimants permanents (91) espacés sur

la périphérie, un stator (59) fixe comprenant un enroule-

ment statorique (62) couplé audit rotor et établissant une tension et un courant de sortie pour exciter ladite lampe,

ledit enroulement statorique (62) constituant l'alimenta-

tion en énergie de la lampe et ayant ladite caractéristique d'impédance.

38. Tour d'éclairage mobile selon la revendica-

tion 35, comprenant une série desdites lampes (24), chacune desdites unités d'alternateur (56) comprenant un stator ayant un enroulement (62) de sortie, ledit enroulement ayant ladite caractéristique d'impédance, un support pour lesdites unités statoriques avec les unités statoriques montées dans l'alignement & espacement coaxial, chacune desdites unités d'alternateur comprenant un rotor (60) aligné avec ladite unité statorique, un arbre rotorique commun connecté à chacun desdits rotors (60) et susceptible de faire tourner les rotors et de générer ainsi une sortie de courant alternatif depuis ledit enroulement statorique (62) respectif, chacune desdites unités d'alternateur (56)

étant consacrée à l'une desdites lampes et étant sensible-

ment la seule connexion d'alimentation en énergie de ladite lampe.

39. Tour d'éclairage mobile selon la revendica-

tion 38, dans laquelle chacune desdites unités d'alterna-

teur est une unité d'alternateur à aimant permanent.

40. Tour d'éclairage mobile selon la revendica-

tion 39, dans laquelle le rotor de chaque unité d'alterna-

teur comprend un noyau rotorique (61) avec une série d'unités magnétiques espacées également sur la périphérie et encastrées dans le noyau rotorique, chaque dite unité magnétique comprenant un aimant à magnétisation radiale et une cale (92) modificatrice de flux s'appuyant sur ledit aimant.

41. Tour d'éclairage mobile selon la revendica-

tion 38, dans laquelle ledit alternateur génère une énergie de courant alternatif ayant une fréquence entre 200 et 600 Hz.

42. Tour d'éclairage mobile selon la revendica-

tion 41, dans laquelle ladite fréquence de sortie se situe

dans une plage opérationnelle de 500 à 550 Hz.

43. Tour d'éclairage mobile selon la revendica-

tion 42, dans laquelle ledit générateur à aimant permanent est construit avec un stator (59) ayant 20 pôles et un rotor ayant 20 pôles, ladite source d'énergie étant à même

de faire tourner le rotor dans la plage de 3000 TPM.

44. Tour d'éclairage mobile selon la revendica-

tion 43, dans laquelle les lampes sont des lampes à halogénure métallique, ledit stator (59) a une série de bobines individuelles connectées en série, chacune d'entre elles définissant l'un desdits pôles statoriques, chaque

dite bobine étant enroulée avec sensiblement 55 spires.

45. Tour d'éclairage mobile selon la revendica-

tion 44, dans laquelle les lampes (24) sont constituées de lampes à vapeur métallique de haute intensité, ledit stator a une série de bobines (73) individuelles connectées en série, chacune d'entre elles définissant un desdits pôles statoriques, chaque dite bobine étant enroulée avec

sensiblement 55 spires.

46. Tour d'éclairage mobile selon la revendica-

tion 45, dans laquelle ladite caractéristique d'impédance est sensiblement égale à celle d'une unité ballast (48) auxiliaire connectée entre une source d'énergie de faible

impédance et ladite lampe.

47. Procédé permettant d'appliquer, dans un système d'éclairage comportant au moins une lampe, une énergie de courant alternatif électrique à la lampe, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: on met en oeuvre un alternateur électrique pour obtenir une tension en circuit ouvert suffisante pour initier la conduction d'une lampe (24) et une tension de sortie d'entretien pour maintenir l'écoulement du courant après ladite conduction amorcée, et on crée une impédance interne suffisante à l'intérieur de l'alternateur électrique après amorçage de ladite conduction pour limiter l'alimentation en courant

vers la lampe.

48. Procédé selon la revendication 47, dans

lequel ladite impédance interne est une impédance induc-

trice relativement grande.

49. Procédé selon la revendication 48, dans

lequel l'alternateur électrique est un alternateur sync-

hrone et la réactance relativement importante est créée en

donnant aux bobines statoriques un grand nombre de spires.

50. Procédé selon la revendication 47, dans lequel l'énergie de courant électrique alternatif délivrée pour faire fonctionner la lampe après amorçage de l'arc aux

bornes de la lampe a une fréquence entre 500 et 550 Hz.

51. Procédé selon la revendication 50, dans lequel, l'énergie de courant électrique alternatif ayant une fréquence entre 500 et 550 Hz est générée: en utilisant un générateur synchrone ayant un rotor avec environ 20 pôles, en entraînant le rotor à environ 3000 TPM, en mettant en oeuvre un stator à l'intérieur du générateur ayant environ 20 bobines, et en transmettant l'énergie de courant électrique

alternatif des bobines statoriques à la lampe.

52. Procédé d'application, dans un système d'éclairage ayant une série de lampes ayant un filament à arc, une énergie de courant électrique alternatif aux lampes, comprenant les étapes suivantes: on consacre une unité d'alternateur électrique séparée a chacune des lampes, on utilise l'unité d'alternateur électrique spécialisée pour obtenir une tension en circuit ouvert suffisante pour amorcer un arc aux bornes du filament de la lampe correspondante, on crée une impédance interne suffisante à l'intérieur de l'enroulement de l'alternateur électrique indépendant après amorçage de l'arc aux bornes de la lampe correspondante pour limiter le courant de l'énergie de courant électrique alternatif à travers un circuit associé à la lampe, ledit circuit associé comprenant l'unité d'alternateur électrique spécialisée et la lampe de telle sorte que le courant ne dépasse pas une valeur maximale pour la lampe, on utilise l'unité d'alternateur électrique

spécialisée pour appliquer une énergie de courant électri-

que alternatif à la lampe correspondante à une tension de fonctionnement de la lampe après amorçage de l'arc aux bornes de la lampe, et on entraîne chaque unité d'alternateur électrique

à la même vitesse.

53. Procédé selon la revendication 52, dans lequel chaque unité d'alternateur électrique a un rotor et

un stator indépendants, et chacun desdits rotors indépen-

dants est soumis à une rotation par un arbre commun qui est

entraîné par un moteur commun.

54. Ensemble d'alternateur pour exciter une lampe nécessitant une tension de démarrage relativement élevée et une tension d'entretien notablement plus basse et une impédance limitatrice de courant, comprenant au moins une unité statorique et une unité rotorique apparentée, ladite unité statorique ayant un enroulement à pôles multiples produisant un courant alternatif établissant une tension d'amorçage au moins aussi grande que ladite tension d'amorçage requise et une tension d'entretien inférieure, ledit enroulement ayant une caractéristique d'impédance qui limite sensiblement le courant dans ladite lampe et entraîne une réduction sensible de la tension de sortie

pour établir ladite tension d'entretien pour le fonctionne-

ment de ladite lampe avec ledit enroulement connecté à ladite lampe, et un circuit redresseur connecté audit enroulement pour établir une alimentation en énergie

continue vers ladite lampe.

55. Ensemble d'alternateur selon la revendication 54, dans lequel ledit circuit redresseur est un redresseur

pleine onde.