FR2833426A1 - Alternateur d'automobile concu pour attenuer rapidement un courant de champ - Google Patents
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Abstract
Il est fourni un alternateur d'automobile qui comprend un redresseur, un circuit de circulation, et un contrôleur. Le circuit de circulation est relié en parallèle à un enroulement de champ pour faire circuler le courant de champ dans le cas où la fourniture du courant de champ à un enroulement de champ est coupée. Le circuit de circulation est constitué d'un premier circuit formé d'une diode et d'un second circuit fonctionnant pour améliorer l'atténuation du courant de champ. Le contrôleur fonctionne pour sélectionner le second circuit lorsqu'une tension de la sortie du redresseur dépasse une valeur de référence et sélectionne le premier circuit lorsque la tension de la sortie du redresseur est inférieure à la valeur de référence.
Description
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ALTERNATEUR D'AUTOMOBILE CONCU POUR ATTENUER RAPIDEMENT UN
COURANT DE CHAMP ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte d'une façon générale à un alternateur qui peut être employé dans un véhicule automobile pour passager ou des camions, et plus particulièrement à un alternateur tel qu'il est conçu pour atténuer le courant de champ en un intervalle de temps réduit, par exemple dans le cas d'une défaillance de la jonction du câble d'alimentation.
COURANT DE CHAMP ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte d'une façon générale à un alternateur qui peut être employé dans un véhicule automobile pour passager ou des camions, et plus particulièrement à un alternateur tel qu'il est conçu pour atténuer le courant de champ en un intervalle de temps réduit, par exemple dans le cas d'une défaillance de la jonction du câble d'alimentation.
2. Technique d'arrière-plan
Si un câble d'alimentation est déconnecté d'une borne de sortie d'un alternateur d'automobile ou que le contact de celui-ci se desserre, ceci peut résulter en une surtension, en provoquant ainsi un endommagement des accessoires du véhicule ou des semiconducteurs installés dans l'alternateur.
Si un câble d'alimentation est déconnecté d'une borne de sortie d'un alternateur d'automobile ou que le contact de celui-ci se desserre, ceci peut résulter en une surtension, en provoquant ainsi un endommagement des accessoires du véhicule ou des semiconducteurs installés dans l'alternateur.
En particulier, si le câble d'alimentation se déconnecte de l'alternateur ou que le contact de celui-ci se dessert instantanément, et que la fourniture de l'alimentation à un emplacement d'alimentation tel que la batterie de stockage est coupée, ceci produira l'apparition d'une tension de saturation en l'absence de charge à apparaître à la borne de sortie de l'alternateur, résultant ainsi en la surtension. La tension de saturation en l'absence de charge continue à être générée tant qu'un courant de champ est appliqué pour exciter ou magnétiser les pôles magnétiques de champ de l'alternateur.
Les alternateurs d'automobile caractéristiques sont entraînés par un moteur à combustion interne du véhicule et utilisés sur une large plage de vitesse. Les alternateurs doivent fournir une tension de sortie aux accessoires du véhicule et à une batterie de façon stable sur la large plage de vitesse et sont conçus de manière à générer une tension nominale à l'intérieur du régime de ralenti du moteur. Par exemple, dans des véhicules automobiles conçus pour avoir un régime de ralenti de 600 tr/min et un rapport d'augmentation de régime de 2,5, la vitesse de l'alternateur durant le régime de ralenti sera de 1 500 tr/min. L'alternateur est conçu pour fournir un courant de sortie de plusieurs dizaines d'ampères à une tension nominale de 14 V à 1 500 tr/min. Une vitesse de début de génération de
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puissance ou une vitesse d'établissement de tension nominale de l'alternateur est donc réglée approximativement à 1 000 tr/min.
En général, les alternateurs d'automobile sont du type générateur synchrone, de sorte que la tension induite dans l'armature augmente en proportion de la vitesse des pôles magnétiques. Dans les alternateurs d'automobile conçus pour développer une tension nominale de 14 V à approximativement 1 000 tr/min, la tension induite dans l'armature atteint 280 V à approximativement 20 000 tr/min qui est une vitesse admissible maximum. Si le câble d'alimentation est déconnecté de l'alternateur, il amènera une haute tension à apparaître à une borne de sortie de l'alternateur sous forme d'une tension de saturation en l'absence de charge.
De manière à éviter la sortie d'une tension aussi élevée, les alternateurs d'automobile de ces dernières années comportent des éléments de redressement d'un redresseur à double alternance constitué de diodes Zener présentant un claquage inverse.
Cependant, lorsque la surtension est générée dans l'alternateur d'automobile comportant le redresseur double alternance constitué de diodes Zener, cette énergie n'est pas émise hors de l'alternateur, mais est convertie en énergie thermique sous forme d'une puissance inverse consommée dans les diodes Zener, en provoquant ainsi un endommagement thermique des diodes Zener.
Un contrôleur de tension de l'alternateur d'automobile est conçu pour surveiller une tension de sortie de l'alternateur.
Lorsque la tension de sortie dépasse une valeur de référence, le contrôleur de tension coupe l'alimentation du courant de champ pour diminuer un flux magnétique de champ. Au contraire, lorsque la tension de sortie est en dessous de la valeur de référence, le contrôleur de tension permet l'alimentation du courant de champ pour augmenter le flux magnétique de champ. De ce fait, si le câble d'alimentation est déconnecté de la borne de sortie de l'alternateur en raison d'un accident imprévu, de sorte que la tension de saturation en l'absence de charge apparaît à la borne de sortie, le contrôleur de tension coupe l'alimentation de courant de champ pour diminuer le flux magnétique de champ.
Habituellement, même après que l'alimentation du courant de champ est coupée, une composante d'inductance existe dans l'enroulement de champ, ce qui amène une tension élevée excessive à être produite (c'est-à-dire une émission brutale
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d'énergie magnétique), ce qui peut provoquer un endommagement du contrôleur de tension. De manière à éviter ce problème, une diode de circulation, telle qu'indiquée sur la figure 13, est utilisée, laquelle n'atténue pas instantanément le courant lorsque l'alimentation du courant de champ est coupée, mais agit pour faire circuler le courant de champ au travers d'un circuit fermé constitué de l'enroulement de champ et de la diode de circulation et convertit le courant de champ en énergie thermique pour l'atténuer.
Le courant circulant à ce moment peut être représenté quantitativement sous la forme Vb - Vq = L'dIf/dt + R ' If (pendant l'alimentation du courant de champ t < to) (1) -Vd = L' dIf/dt + R If (après l'arrêt de l'alimentation du courant de champ t > to) (2) If = (I0 + Va / R) ' exp(-R ' (t - to) / L) - Vd / R (t > to) (3) où L représente l'inductance de l'enroulement de champ, R est la valeur ohmique de l'enroulement de champ, Vd est la chute de tension dans le sens direct de la diode de circulation, Io représente la valeur du courant de champ immédiatement avant que l'alimentation du courant de champ soit arrêtée, et Vq représente la chute de tension lorsqu'un transistor de puissance fonctionnant pour fournir et couper le courant de champ est fermé.
Le comportement du courant de champ après que l'alimentation du courant de champ est arrêtée, est représenté par une ligne en pointillé b sur la figure 2(a). En particulier, le courant de champ diminue à une vitesse exponentielle jusqu'à une valeur finale Ifinal = - Vd / R lorsqu'une constante de temps # = L/ R.
Cependant, il est impossible que le courant circule au travers de la diode de circulation dans le sens inverse, de sorte que la circulation du courant s'arrête lorsque la valeur du courant I(t) atteint zéro (0). En particulier, même lorsque le transistor de puissance est ouvert pour arrêter la fourniture du courant de champ, le courant de champ continue à circuler, ce
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qui résulte donc en la génération d'une surtension pendant un intervalle de temps, qui est représenté par (L/ R) # ln (Vd (Vd + R ' la) ) lorsque If = 0 dans l'équation (3).
En particulier, les alternateurs de petite dimension de ces dernières années tendent à présenter une faible valeur ohmique et une grande inductance de l'enroulement de champ, ce qui résulte donc en une durée accrue de la surtension.
RESUME DE L'INVENTION
C'est donc un objectif principal de l'invention d'éviter les inconvénients de la technique antérieure.
C'est donc un objectif principal de l'invention d'éviter les inconvénients de la technique antérieure.
C'est un autre objectif de l'invention de fournir un alternateur d'automobile conçu pour atténuer le courant de champ à l'intérieur d'un intervalle de temps diminué.
Conformément à un aspect de l'invention, il est fourni un alternateur d'automobile qui comprend : (a) un rotor équipé d'une pluralité pôles magnétiques de champ, (b) un premier enroulement de champ fonctionnant pour magnétiser les pôles magnétiques de champ, (c) un second enroulement de champ fonctionnant pour magnétiser les pôles magnétiques de champ, le second enroulement de champ présentant une constante de temps plus courte que celle du premier enroulement de champ, (d) une armature soumise à un champ rotatif produit par le rotor pour générer une sortie de courant alternatif, (e) un redresseur convertissant le courant alternatif fourni en sortie depuis l'armature en une sortie de courant continu, (f) un contrôleur agissant pour réguler les courants de champ fournis aux premier et second enroulements de champ afin de commander une tension de sortie de l'alternateur, et (g) un circuit de circulation relié en parallèle aux premier et second enroulements de champ, le circuit de circulation fonctionnant pour faire circuler les courants de champ dans le cas où l' alimentation des courants de champ est coupée par le contrôleur. Par exemple, si une tension de sortie excessive se développe dans le cas où un câble d'alimentation est déconnecté de l'alternateur, et que l'alimentation des courants de champ est coupée, le courant de champ circulant au travers du second enroulement de champ présentant une constante plus courte s'atténue dans un intervalle de temps plus court, de sorte qu'une force contre-
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électromotrice diminue à zéro (0). Ceci amène le courant de champ circulant au travers du premier enroulement de champ à circuler ensuite au travers du circuit de circulation et du second enroulement de champ, de sorte que le courant présentant une polarité opposée circule au travers du second enroulement de champ, en atténuant ainsi rapidement les flux magnétiques en intersection avec l'armature pour éliminer la surtension de l'alternateur à l'intérieur d'un court intervalle de temps.
Dans le mode préféré de l'invention, le circuit de circulation comprend un premier circuit formé d'une diode et un second circuit équipé d'un élément de circuit fonctionnant pour améliorer l'atténuation des courants de champ. L'alternateur comprend un sélecteur qui sélectionne l'un des premier et second circuits. Le contrôleur fonctionne pour commander le sélecteur afin de sélectionner le second circuit lorsqu'une tension de la sortie du redresseur dépasse une valeur de référence et sélectionner le premier circuit lorsque la tension de la sortie du redresseur est inférieure à la valeur de référence.
Le second circuit est constitué d'une pluralité de diodes reliées en série.
Le redresseur est constitué d'un élément de circuit de redressement réalisé grâce à une diode Zener. Le contrôleur sélectionne grâce au sélecteur le second circuit lorsque la tension de la sortie du redresseur dépasse la valeur de référence qui est plus petite qu'une tension de Zener de l'élément de circuit de redressement.
Le contrôleur bascule le premier circuit sur le second circuit lorsqu'un circuit fermé comprenant les premier et second enroulements de champ est formé.
Les premier et second enroulements de champ sont disposés coaxialement.
Conformément à un autre aspect de l'invention, il est fourni un alternateur d'automobile qui comprend : (a) un rotor équipé d'une pluralité pôles magnétiques de champ, (b) un enroulement de champ recevant un courant de champ pour magnétiser les pôles magnétiques de champ, (c) une armature soumise à un champ rotatif produit par le rotor afin de générer une tension en courant alternatif, (d) un redresseur convertissant le courant alternatif fourni en sortie depuis l'armature en une sortie de courant continu, (e) un circuit de circulation comprenant un
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premier circuit formé d'une diode et un second circuit équipé d'un élément de circuit agissant pour renforcer l'atténuation du courant de champ, le circuit de circulation étant relié en parallèle à l'enroulement de champ pour faire circuler le courant de champ dans le cas où l'alimentation du courant de champ vers l'enroulement de champ est coupée, et (f) un contrôleur agissant pour réguler le courant de champ fourni à l'enroulement de champ afin de commander une tension de sortie de l'alternateur. Le contrôleur sélectionne le second circuit lorsqu'une tension de la sortie du redresseur dépasse une valeur de référence et sélectionne le premier circuit lorsque la tension de la sortie du redresseur est inférieure à la valeur de référence.
Dans le mode préféré de l'invention, le second circuit est constitué d'une pluralité de diodes reliées en série.
Les diodes sont réalisées grâce à une diode normale et une diode Zener connectées en série dans des sens opposés.
Le second circuit est constitué d'une diode et d'une résistance connectées en série avec la diode.
Le redresseur est fait d'un élément de circuit de redressement réalisé par une diode Zener. Le contrôleur sélectionne le second circuit lorsque la tension de la sortie du redresseur dépasse la valeur de référence qui est plus petite qu'une tension inverse de Zener de l'élément de circuit de redressement.
Le contrôleur bascule le premier circuit vers le second circuit lorsqu'un circuit fermé comprenant l'enroulement de champ est établi.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera plus complètement comprise d'après la description détaillée donnée ci-dessous et d'après les dessins annexés des modes de réalisation préférés de l'invention, qui cependant ne doivent pas être considérés comme limitant l'invention aux modes de réalisation spécifique mais ont un but explicatif et de compréhension uniquement.
La présente invention sera plus complètement comprise d'après la description détaillée donnée ci-dessous et d'après les dessins annexés des modes de réalisation préférés de l'invention, qui cependant ne doivent pas être considérés comme limitant l'invention aux modes de réalisation spécifique mais ont un but explicatif et de compréhension uniquement.
Sur les dessins :
La figure 1 est un schéma de circuit qui représente un alternateur d'automobile conforme au premier mode de réalisation de l'invention,
La figure 1 est un schéma de circuit qui représente un alternateur d'automobile conforme au premier mode de réalisation de l'invention,
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La figure 2 (a) est un chronogramme qui indique des variations des flux magnétiques en intersection avec un enroulement d'armature d'un alternateur de l'invention et un alternateur classique,
La figure 2(b) est un chronogramme qui représente les variations du courant de champ d'un alternateur de l'invention et d'un alternateur classique,
La figure 3 est une illustration qui représente les lignes de circulation des courants de champ dans le cas d'une défaillance d'une jonction de câble d'un alternateur,
La figure 4 est une illustration qui représente les lignes de circulation d'un courant de champ après qu'un courant de champ circulant au travers d'un enroulement de champ 5 disparaît dans le cas d'une défaillance d'une jonction de câble d'un alternateur,
La figure 5 est un schéma de circuit qui représente un alternateur d'automobile conforme au second mode de réalisation de l'invention,
La figure 6 (a) est un chronogramme qui représente des variations des flux magnétiques en intersection avec un enroulement d'armature dans un alternateur de l'invention et un alternateur classique dans le cas d'une défaillance d'une jonction de câble,
La figure 6(b) est un chronogramme qui représente les variations du courant de champ circulant au travers d'un enroulement de champ d'un alternateur de l'invention et d'un alternateur classique dans le cas d'une défaillance d'une jonction de câble,
La figure 7 est un schéma de circuit qui représente une modification d'un circuit de circulation,
La figure 8 est un schéma de circuit qui représente une modification d'un contrôleur de tension,
La figure 9 est un schéma de circuit qui représente un alternateur d'automobile conforme au troisième mode de réalisation de l'invention,
La figure 10 est un chronogramme qui représente les variations du courant de champ d'un alternateur du troisième mode de réalisation et d'un alternateur classique dans le cas d'une défaillance de jonction de câble,
La figure 2(b) est un chronogramme qui représente les variations du courant de champ d'un alternateur de l'invention et d'un alternateur classique,
La figure 3 est une illustration qui représente les lignes de circulation des courants de champ dans le cas d'une défaillance d'une jonction de câble d'un alternateur,
La figure 4 est une illustration qui représente les lignes de circulation d'un courant de champ après qu'un courant de champ circulant au travers d'un enroulement de champ 5 disparaît dans le cas d'une défaillance d'une jonction de câble d'un alternateur,
La figure 5 est un schéma de circuit qui représente un alternateur d'automobile conforme au second mode de réalisation de l'invention,
La figure 6 (a) est un chronogramme qui représente des variations des flux magnétiques en intersection avec un enroulement d'armature dans un alternateur de l'invention et un alternateur classique dans le cas d'une défaillance d'une jonction de câble,
La figure 6(b) est un chronogramme qui représente les variations du courant de champ circulant au travers d'un enroulement de champ d'un alternateur de l'invention et d'un alternateur classique dans le cas d'une défaillance d'une jonction de câble,
La figure 7 est un schéma de circuit qui représente une modification d'un circuit de circulation,
La figure 8 est un schéma de circuit qui représente une modification d'un contrôleur de tension,
La figure 9 est un schéma de circuit qui représente un alternateur d'automobile conforme au troisième mode de réalisation de l'invention,
La figure 10 est un chronogramme qui représente les variations du courant de champ d'un alternateur du troisième mode de réalisation et d'un alternateur classique dans le cas d'une défaillance de jonction de câble,
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La figure 11 est un tableau donnant la liste des relations entre le nombre de diodes formant un circuit de circulation et une durée de circulation d'un courant de champ,
La figure 12 est un schéma de circuit qui représente un alternateur d'automobile conforme au quatrième mode de réalisation de l'invention, et
La figure 13 est un schéma de circuit qui représente une partie d'un alternateur classique.
La figure 12 est un schéma de circuit qui représente un alternateur d'automobile conforme au quatrième mode de réalisation de l'invention, et
La figure 13 est un schéma de circuit qui représente une partie d'un alternateur classique.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES
En se référant aux dessins, dans lesquels des références numériques identiques se réfèrent à des parties identiques dans plusieurs vues, en particulier la figure 1, il est représenté un alternateur d'automobile 1 conforme au premier mode de réalisation de l'invention.
En se référant aux dessins, dans lesquels des références numériques identiques se réfèrent à des parties identiques dans plusieurs vues, en particulier la figure 1, il est représenté un alternateur d'automobile 1 conforme au premier mode de réalisation de l'invention.
L'alternateur 1 comprend un enroulement d'armature 2, un redresseur 3, des enroulements de champ 4 et 5, et un contrôleur de tension 6 et est entraîné par un couple transmis depuis un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile par l'intermédiaire d'une courroie.
L'enroulement d'armature 2 est un enroulement à phases multiples (par exemple un enroulement à trois phases) constitué d'un bobinage enroulé autour d'un noyau de fer pour former une armature. L'enroulement d'armature 2 produit une sortie en courant alternatif et la fournit au redresseur 3. Le redresseur 3 est mis en oeuvre grâce à un redresseur double alternance qui convertit la sortie en courant alternatif de l'enroulement d'armature 2 en une sortie en courant continu et utilise des paires de diodes, une paire pour chacune des phases de l'enroulement d'armature 2.
L'enroulement de champ 4 agit pour produire des flux magnétiques en intersection requis pour générer la tension au niveau de l'enroulement d'armature 2. L'enroulement de champ 4 est fait d'un bobinage enroulé autour des pôles de champ (non représentés) pour former un rotor. L'enroulement de champ 5 présente une constante de temps plus petite que celle de l'enroulement de champ 4 et est disposé sur les pôles de champ, de façon coaxiale à l'enroulement de champ 4.
Le contrôleur de tension 6 agit pour commander un courant électrique (qui sera également appelé courant de champ
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ci-dessous) appliqué aux enroulements de champ 4 et 5 pour amener une tension de sortie de l'alternateur 1 à l'intérieur d'une plage présélectionnée et est constitué d'un transistor de puissance 61, d'une diode de circulation 62, d'un filtre passe-bas 63, et d'un comparateur de tension 64.
Le transistor de puissance 61 est relié en série avec les enroulements de champ 4 et 5 et fonctionne comme un commutateur qui fournit le courant de champ aux enroulements de champ 4 et 5. La diode de circulation 62 est reliée en parallèle aux enroulements de champ 4 et 5, et fonctionne pour faire circuler le courant de champ lorsque le transistor de puissance 61 est ouvert. La diode de circulation 62 forme une ligne de circuit de circulation. Le filtre passe-bas 63 agit pour éliminer les composantes à haute fréquence d'une tension de sortie de l'alternateur 1 et est formé d'un circuit RC constitué d'une résistance et d'un condensateur. Le comparateur de tension 64 compare une tension de sortie du filtre passe-bas 63 à une valeur de référence Vregl. La tension de référence Vregl est prévue pour commander la tension de la sortie de l'alternateur 1 et est réglée par exemple à 14,5 V.
En fonctionnement, lorsqu'un câble d'alimentation est connecté fermement entre l'alternateur 1 et une alimentation telle qu'une batterie installée dans le véhicule sans aucune défaillance de contact, le comparateur de tension 64 du contrôleur de tension 6 fonctionne pour comparer la tension de sortie de l'alternateur 1 à la valeur de référence Vregl . Si la tension de sortie est plus élevée que la valeur de référence Vregl, le comparateur de tension 64 ouvre le transistor de puissance 61 pour diminuer le courant de champ circulant dans les enroulements de champ 4 et 5, ce qui résulte donc en une tension de sortie diminuée de l'alternateur 1. En variante, si la tension de sortie est inférieure à la valeur de référence Vregl, le comparateur de tension 64 ferme le transistor de puissance 61 pour augmenter le courant de champ circulant dans les enroulements de champ 4 et 5, ce qui résulte ainsi en une tension de sortie accrue de l'alternateur 1. De cette manière, la tension de sortie de l'alternateur 1 est commandée de façon à converger sur la valeur de référence Vregl.
Si le câble d'alimentation est déconnecté d'une borne de sortie B de l'alternateur 1 ou bien que le contact du câble
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d'alimentation avec la borne de sortie B est desserré pour une certaine raison (cela sera appelé défaillance de la jonction de câble d'alimentation ci-dessous), ceci amènera l'alternateur 1 à fonctionner pour produire la puissance sans subir aucune charge, de sorte qu'une haute tension se développe à la borne de sortie B. La tension de sortie de l'alternateur 1 est plus élevée que la valeur de référence Vregl, de sorte que le transistor de puissance 61 est maintenu ouvert, en coupant ainsi l'alimentation du courant de champ vers les enroulements de champ 4 et 5.
Les figures 2(a) et 2(b) illustrent les changements du nombre des flux magnétiques en intersection et du courant de champ dans le cas d'une défaillance de la jonction de câble d'alimentation, respectivement. Sur la figure 2(a), une ligne continue a indique le nombre des flux magnétiques en intersection produits par l'alternateur 1 de ce mode de réalisation. Une ligne en pointillé b indique le nombre des flux magnétiques en intersection produits dans un alternateur caractéristique. Sur la figure 2(b), une ligne en pointillé If1 indique le courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 4. Une ligne continue If2 indique le courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 5. Les figures 3 et 4 illustrent les lignes de circulation des courants de champ dans le cas de la défaillance d'une jonction de câble d'alimentation.
Lorsque le transistor de puissance 61 est maintenu ouvert dans le cas d'une défaillance de jonction de câble d'alimentation, il amènera à la fois les courants de champ If1 et If2 qui sont indiqués sur la figure 3, circulant au travers des enroulements de champ 4 et 5 à diminuer, comme indiqué sur la figure 2(b), à une vitesse exponentielle par rapport à l'instant to qui suit immédiatement la défaillance de la jonction du câble d'alimentation jusqu'à l'instant ti. En particulier, l'enroulement de champ 5 présente une constante de temps plus courte, de sorte que le courant de champ If2 s'atténue rapidement.
Les courants If1 et If2circulant au travers des enroulements de champ 4 et 5 durant un intervalle de temps entre l'instant to et l'instant t1 sont représentés par
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If1 = (I01 + Vd / Ri) - exp(-Rl ' (t - to) / Li) - Vd / R1 (4) If2= (I02 + Vd / R2) # exp(-R2 # (t - to) / Lz) - Vd / R2 (5) où Li indique l'inductance de l'enroulement de champ 4, L2 indique l'inductance de l'enroulement de champ 5, Ri indique la valeur ohmique de l'enroulement de champ 4, R2 indique la valeur ohmique de l'enroulement de champ 5, Vd indique une chute de tension dans le sens direct de la diode de circulation 62, I01 indique la valeur du courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 4 jusqu'à ce que l'alimentation du courant de champ soit arrêtée, et Io2 indique la valeur du courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 5 jusqu'à ce que l'alimentation du courant de champ soit arrêtée.
Lorsque l'instant t1 est atteint, le courant de champ If2 circulant au travers de l'enroulement de champ 5 devient nul (0), de sorte qu'une force contre-électromotrice disparaît, en amenant ainsi le courant, comme cela est clairement indiqué sur la figure 4, à circuler dans un sens opposé. Une source du courant est l'enroulement de champ 4. Après l'instant ti, l'enroulement de champ 5 sert en tant que partie du circuit de circulation de l'enroulement de champ 4. En particulier, le courant de champ If2 circulant au travers de l'enroulement de champ 5 produit une force magnétomotrice servant à annuler un flux magnétique de champ produit par le courant de champ If1 circulant au travers de l'enroulement de champ 4, de sorte que le nombre total des flux magnétiques passant au travers de l'enroulement d'armature 2 diminue rapidement durant l'intervalle de temps entre l'instant t1 et l'instant t2. La force contre-électromotrice développée au niveau de l'enroulement de champ 5 est fixée à la tension dans le sens direct Vd de la diode de circulation 62 car la diode de circulation 62 est disposée de façon adjacente à l'enroulement de champ 5. Le courant inverse circulant au travers de l'enroulement de champ 5 est donc représenté par Vd / R2.
Le courant de champ If2 circulant au travers de l'enroulement de champ 5 entre l'instant t1 et l'instant t2 peut donc être représenté par
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If2 = -Vd / R2 ( 6 )
On notera que le courant de champ If1 circulant au travers de l'enroulement de champ 4 entre l'instant t1 et l'instant t2 peut être représenté par l'équation (4).
On notera que le courant de champ If1 circulant au travers de l'enroulement de champ 4 entre l'instant t1 et l'instant t2 peut être représenté par l'équation (4).
Le nombre des flux magnétiques en intersection 1 passant par l'enroulement d'armature 2 est donné ci-dessous en utilisant les courants de champ If1 et If2.
# = ki - If1 + kz ' If2 (7)
L'équation (7) indique que les flux magnétiques produits par le courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 4 sont annulés par les flux magnétiques produits par le courant de champ, comme exprimé par l'équation (6), circulant au travers de l'enroulement de champ 5, ce qui résulte ainsi en une atténuation rapide des flux magnétiques en intersection avec l'armature 2.
L'équation (7) indique que les flux magnétiques produits par le courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 4 sont annulés par les flux magnétiques produits par le courant de champ, comme exprimé par l'équation (6), circulant au travers de l'enroulement de champ 5, ce qui résulte ainsi en une atténuation rapide des flux magnétiques en intersection avec l'armature 2.
Lorsque l'instant t2 est atteint, il devient impossible que l'enroulement de champ 4 produise une force contre-électromotrice qui amène l'électricité à circuler au travers de la diode de circulation 62, de sorte que le courant de champ circule uniquement au travers de l'enroulement de champ 5 et disparaît immédiatement. Les courants de champ If1 et If2 circulant au travers des enroulements de champ 4 et 5 après l'instant t2 sont Ifi = -If2 = It2 exp(-(Rz + R1) # (t - t2) / (L1 + L2) (8) où It2 représente la valeur du courant de champ circulant au travers des enroulements de champ 4 et 5 à l'instant t2.
Comme cela est évident d'après la présentation ci-dessus, l'alternateur 1 de ce mode de réalisation est conçu de manière à ce que le courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 5 présentant une constante de temps plus courte, s'atténue rapidement de sorte que la force contre-électromotrice soit réduite à zéro (0) lorsque des tensions de sortie excessives se développent, lesquelles résultent d'une défaillance de la jonction du câble d'alimentation, et l'alimentation des courants de champ vers les enroulements de
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champ 4 et 5 est coupée. Après la réduction de la force contre-électromotrice à zéro, le courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 4 passe par la diode de circulation 62 et l'enroulement de champ 5, en amenant ainsi le courant à circuler au travers de l'enroulement de champ 5 qui présente une polarité éliminant le flux magnétique produit par l'enroulement de champ 4, de sorte que le flux magnétique en intersection avec l'armature s'atténue rapidement. Ceci élimine rapidement une sortie en surtension de l'alternateur 1.
L'enroulement de champ 5 présente une constante de temps plus courte, en lui permettant ainsi de présenter une faible inductance, (c'est-à-dire un faible nombre de spires de fils) et une valeur ohmique élevée (c'est-à-dire un petit diamètre du fil). Ceci permet qu'un circuit de champ habituel soit employé tel quel. En particulier, il est possible d'installer l'enroulement de champ 5 dans un espacement adjacent à l'enroulement de champ 4, en permettant ainsi que l'alternateur 1 soit construit avec un changement de conception minimum sans augmenter la taille générale de l'alternateur 1.
La figure 5 représente un alternateur d'automobile 1A conforme au second mode de réalisation.
L'alternateur 1A inclut l'enroulement d'armature 2, le redresseur 3, les enroulements de champ 4 et 5, et le contrôleur de tension 6A. L'alternateur 1A est différent de l'alternateur 1 du premier mode de réalisation uniquement par la structure du contrôleur de tension 6A. Les autres agencements sont identiques, et l'explication de détail de ceux-ci sera omise ici. Le contrôleur de tension 6A est constitué du transistor de puissance 61, de la diode de circulation 62, du filtre passe-bas 63, des comparateurs de tension 64 et 65, du circuit de circulation 66, et des commutateurs 67 et 68. Les mêmes numéros de référence sont employés sur la figure 1 en se référant aux mêmes parties et l'explication de détail de ceux-ci sera omise ici.
Le comparateur de tension 65 compare une tension de sortie Vs du filtre passe-bas 63 à une valeur de référence Vreg2. La valeur de référence Vreg2 est réglée plus grande que la valeur de référence Vregl utilisée dans le comparateur de tension 64 pour commander une opération de commutation à l'état actif-inactif du transistor de puissance 61. Par exemple, la
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valeur de référence Vregl est réglée à 14,5 V, et la valeur de référence Vreg2 est réglée à 20 V.
La diode de circulation 66 agit pour faciliter une atténuation du courant de champ et est constituée de diodes à jonctions multiples. Les commutateurs 67 et 68 servent comme sélecteur qui est sensible à une sortie du comparateur de tension 65 pour sélectionner l'une de la diode de circulation 62 et du circuit de circulation 66. En particulier, si la sortie du comparateur de tension 65 est au niveau bas, c' est-à-dire si la tension de sortie du filtre passe-bas 63 est en dessous de la valeur de référence Vreg2 en l'absence de la jonction du câble d'alimentation, seul le commutateur 67 est fermé pour connecter la diode de circulation 62 à une ligne s'étendant entre les enroulements de champ 4 et 5 et le transistor de puissance 61.
Au contraire, si la sortie du comparateur de tension 65 est au niveau haut, c'est-à-dire si la tension de sortie du filtre passe-bas 63 est plus élevée que la valeur de référence Vreg2 dans le cas d'une défaillance de jonction de câble d'alimentation, seul le commutateur 68 est fermé pour connecter le circuit de circulation 66 à la ligne s'étendant entre les enroulements de champ 4 et 5 et le transistor de puissance 61.
En fonctionnement, lorsque le câble d'alimentation est connecté fermement entre l'alternateur 1 et l'alimentation (c'est-à-dire en l'absence d'une défaillance de la jonction du câble d'alimentation), le comparateur de tension 65 continue à fournir en sortie un signal au niveau bas, de 'sorte que le commutateur 67 est fermé pour sélectionner la diode de circulation 62. Le contrôleur de tension 6A fonctionne comme le contrôleur de tension 6 du premier mode de réalisation pour faire converger la tension de sortie de l'alternateur 1A sur la valeur de référence Vregl.
Au contraire, dans le cas d'une défaillance de la jonction du câble d'alimentation, l'alternateur 1A agit pour produire la puissance sans subir aucune charge, de sorte qu'une tension élevée se développe à la borne de sortie B. Lorsque la tension de sortie de l'alternateur 1 devient plus élevée que la valeur de référence Vregl, elle amène le transistor de puissance 61 à être maintenu ouvert, en coupant ainsi l'alimentation du courant de champ vers les enroulements de champ 4 et 5.
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Les figures 6(a) et 6(b) illustrent des changements du nombre des flux magnétiques en intersection et du courant de champ dans le cas de la défaillance de la jonction du câble d'alimentation, respectivement. Sur la figure 6(a), une ligne continue a indique le nombre des flux magnétiques en intersection produits dans l'alternateur 1A du second mode de réalisation. Une ligne en pointillé b indique le nombre des flux magnétiques en intersection produits dans un alternateur habituel. Sur la figure 2(b), une ligne en pointillé Ifl, indique le courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 4. Une ligne continue If2' indique le courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 5.
Lorsque la tension de sortie de l'alternateur 1A dépasse la valeur de référence Vreg2 dans le cas d'une défaillance de la jonction du câble d'alimentation, elle amène la sortie du comparateur de tension 65 à passer du niveau bas au niveau haut.
Lorsque la sortie du comparateur de tension 65 passe au niveau haut, elle amène le commutateur 68 à être fermé et le commutateur 67 à être ouvert, en commutant ainsi la diode de circulation 62 vers le circuit de circulation 66.
Le circuit de circulation 66 est, comme cela est clairement indiqué sur la figure 5, constitué d'une pluralité de diodes reliées en série et donc présente n fois la tension dans le sens direct d'une seule diode (n est le nombre des diodes reliées en série), en amenant ainsi une valeur finale qu'atteint le courant de champ à être fortement diminuée. Ceci résulte en une atténuation renforcée du courant de champ pour éliminer rapidement la surtension de l'alternateur 1. Lorsque les diodes montées en série du circuit de circulation 66 sont augmentées, la tension développée entre les extrémités du circuit de circulation 66 augmente, cependant, la force contre-électromotrice de l'enroulement 4 s'atténue grâce à l'atténuation du courant de champ qui circule au travers de l'enroulement de champ 4. Lorsque la force contre-électromotrice produite par le courant de champ d'une polarité opposée, circulant au travers de l'enroulement de champ 5, devient d'amplitude identique à la force contre-électromotrice produite dans l'enroulement de champ 4 à l'instant t4, le courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 5 commence à s'atténuer même si les forces contre-électromotrices
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n'atteignent pas encore une chute de tension dans le sens direct (n' Vd) du circuit de circulation 66. Ceci amène les flux magnétiques en intersection à s'atténuer entre l'instant t3 et l'instant t4.
Entre l'instant to où la défaillance de jonction de câble d'alimentation a eu lieu et l'instant t3 où le courant de champ If2' circulant au travers de l'enroulement de champ 5 a atteint zéro (0), les courants de champ If1' et If2' circulant au travers des enroulements de champ 4 et 5 sont représentés par
l f1' = (Ioi + n' V / Rl) ' exp(-Rl' (t - to) / L1) -n-Vd / R1 (9) If2' = (I02 + n#Vd / R2) ' exp(-R2#(t - t0) / L2) -n-Vd / R2 (10)
Lorsque l'instant t3 est atteint, le courant de champ If2' circulant au travers de l'enroulement de champ 5 devient zéro (0), de sorte qu'une force contre-électromotrice disparaît, en amenant ainsi le courant à circuler dans un sens opposé. Une source du courant est l'enroulement de champ 4. Après l'instant t3, l'enroulement de champ 5 sert de partie du circuit de circulation de l'enroulement de champ 4. En particulier, le courant de champ If2' circulant au travers de l'enroulement de champ 5 produit une force magnétomotrice servant à annuler un flux magnétique de champ produit par le courant de champ If1' circulant au travers de l'enroulement de champ 4, de sorte que le nombre total des flux magnétiques passant au travers de l'enroulement d'armature 2 diminue rapidement durant l'intervalle de temps entre l'instant t3 et l'instant t4. La force contre-électromotrice développée au niveau de l'enroulement de champ 5 augmente jusqu'à ce qu'elle atteigne la tension dans le sens direct n Vd de tout le circuit de circulation 66 car le circuit de circulation 66 est disposé de façon adjacente à l'enroulement de champ 5. Une valeur finale qu'atteint le courant inverse circulant au travers de l'enroulement de champ 5 est donc représentée par n ' Vd / R2-
En particulier, le courant de champ If2' circulant au travers de l'enroulement de champ 5 entre l'instant t3 et l'instant t4 est donné par If2- = (n - Vd/R2) # exp(-(R1+R2) # (t-t3) (L1+L2)) - n ' Vd/R2 (11)
l f1' = (Ioi + n' V / Rl) ' exp(-Rl' (t - to) / L1) -n-Vd / R1 (9) If2' = (I02 + n#Vd / R2) ' exp(-R2#(t - t0) / L2) -n-Vd / R2 (10)
Lorsque l'instant t3 est atteint, le courant de champ If2' circulant au travers de l'enroulement de champ 5 devient zéro (0), de sorte qu'une force contre-électromotrice disparaît, en amenant ainsi le courant à circuler dans un sens opposé. Une source du courant est l'enroulement de champ 4. Après l'instant t3, l'enroulement de champ 5 sert de partie du circuit de circulation de l'enroulement de champ 4. En particulier, le courant de champ If2' circulant au travers de l'enroulement de champ 5 produit une force magnétomotrice servant à annuler un flux magnétique de champ produit par le courant de champ If1' circulant au travers de l'enroulement de champ 4, de sorte que le nombre total des flux magnétiques passant au travers de l'enroulement d'armature 2 diminue rapidement durant l'intervalle de temps entre l'instant t3 et l'instant t4. La force contre-électromotrice développée au niveau de l'enroulement de champ 5 augmente jusqu'à ce qu'elle atteigne la tension dans le sens direct n Vd de tout le circuit de circulation 66 car le circuit de circulation 66 est disposé de façon adjacente à l'enroulement de champ 5. Une valeur finale qu'atteint le courant inverse circulant au travers de l'enroulement de champ 5 est donc représentée par n ' Vd / R2-
En particulier, le courant de champ If2' circulant au travers de l'enroulement de champ 5 entre l'instant t3 et l'instant t4 est donné par If2- = (n - Vd/R2) # exp(-(R1+R2) # (t-t3) (L1+L2)) - n ' Vd/R2 (11)
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On notera que le courant de champ If1' circulant au travers de l'enroulement de champ 5 entre l'instant t3 et l'instant t4 peut être représenté par l'équation (9).
Le nombre des flux magnétiques , en intersection avec l'enroulement d'armature 2 peut être exprimé ci-dessous en utilisant les courants de champ If1' et If2'.
# = k1 # If1' + k2 ' If2' (12)
L'équation (12) montre que les flux magnétiques produits par le courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 4 sont annulés par les flux magnétiques produits par le courant de champ, comme exprimé par l'équation (11), circulant au travers de l'enroulement de champ 5, ce qui résulte ainsi en une atténuation rapide des flux magnétiques en intersection avec l'armature 2. En particulier, le courant de champ If2' circulant au travers de l'enroulement de champ 5, contrairement au premier mode de réalisation, augmente entre l'instant t3 et l'instant t4, ce qui résulte donc en une augmentation d'une partie (k2 ' If2') des flux magnétiques en intersection annulés par le courant de champ If2'#
Lorsque l'instant t4 est atteint, il devient impossible que l'enroulement de champ 4 produise une force contre- électromotrice qui amène l'électricité à circuler au travers du circuit de circulation 66, de sorte que le courant de champ circule uniquement au travers de l'enroulement de champ 5 et disparaît immédiatement. Les courants de champ If1' et If2' circulant au travers des enroulements de champ 4 et 5 après l'instant t4 sont If1' = -If2' = It4 # exp(-(R2 + Ri) (t - t4)/ (Li + L2)) (14) où It4 est la valeur du courant de champ circulant au travers des enroulements de champ 4 et 5 à l'instant t4.
L'équation (12) montre que les flux magnétiques produits par le courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 4 sont annulés par les flux magnétiques produits par le courant de champ, comme exprimé par l'équation (11), circulant au travers de l'enroulement de champ 5, ce qui résulte ainsi en une atténuation rapide des flux magnétiques en intersection avec l'armature 2. En particulier, le courant de champ If2' circulant au travers de l'enroulement de champ 5, contrairement au premier mode de réalisation, augmente entre l'instant t3 et l'instant t4, ce qui résulte donc en une augmentation d'une partie (k2 ' If2') des flux magnétiques en intersection annulés par le courant de champ If2'#
Lorsque l'instant t4 est atteint, il devient impossible que l'enroulement de champ 4 produise une force contre- électromotrice qui amène l'électricité à circuler au travers du circuit de circulation 66, de sorte que le courant de champ circule uniquement au travers de l'enroulement de champ 5 et disparaît immédiatement. Les courants de champ If1' et If2' circulant au travers des enroulements de champ 4 et 5 après l'instant t4 sont If1' = -If2' = It4 # exp(-(R2 + Ri) (t - t4)/ (Li + L2)) (14) où It4 est la valeur du courant de champ circulant au travers des enroulements de champ 4 et 5 à l'instant t4.
Comme cela est évident d'après l'explication ci-dessus, l'alternateur 1 de ce mode de réalisation est conçu pour comporter le circuit de circulation 66 constitué de nombreuses diodes afin d'éliminer la valeur finale qu'atteint le courant de champ au travers du circuit de circulation 66 après l'arrêt de
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l'alimentation du courant de champ vers les enroulements de champ 4 et 5, ce qui résulte ainsi en un temps fortement diminué nécessaire au courant de champ pour disparaître.
La commutation entre la diode de circulation 62 et le circuit de circulation 66 est obtenue en utilisant les commutateurs 67 et 68, en diminuant ainsi la durée de la surtension de l'alternateur 1A dans le cas d'une défaillance de la jonction du câble d'alimentation tout en assurant la stabilité de la commande de tension lorsque l'alternateur 1A fonctionne normalement en l'absence de la défaillance de la jonction du câble d'alimentation. La constante de temps du circuit de circulation est de préférence plus longue en terme de stabilité de la tension de sortie de l'alternateur 1A. Le courant de champ est donc mis en circulation dans la diode de circulation 62 en l'absence de la défaillance de jonction de câble d'alimentation. Dans le cas de la défaillance de la jonction du câble d'alimentation, la constante de temps du circuit de circulation est de préférence plus courte de manière à accélérer l'atténuation du courant de champ et résulter en des flux magnétiques en intersection. Le courant de champ est donc mis en circulation au travers du circuit de circulation 66 constitué des diodes à jonctions multiples.
Le redresseur 3 peut être constitué de diodes Zener à la place des diodes qui sont illustrées, en permettant ainsi que la montée de la tension de sortie de l'alternateur soit diminuée en dessous de la tension de zener, ce qui résulte en une diminution des dommages aux pièces constitutives du contrôleur de tension.
Dans le cas où le redresseur 3 est constitué de diodes Zener dans l'alternateur 1A du second mode de réalisation, la valeur de référence Vreg2 utilisée dans le comparateur de tension 65 est de préférence réglée en dessous de la tension de zener. Par exemple, si la tension de zener Vz est de 20 V, il est conseillé que la valeur de référence Vreg2 soit réglée à 18 V. Ceci amène la diode de circulation 62 à être commutée vers le circuit de circulation 66 avant que la tension de sortie de l'alternateur 1A ne dépasse la tension de zener dans le cas de la défaillance de la jonction du câble d'alimentation, en minimisant ainsi la quantité de chaleur qui se dissipe à partir des diodes Zener.
L'alternateur 1A est conçu de façon à commander les commutateurs 67 et 68 simultanément lors de la commutation de la
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diode de circulation 62 vers le circuit de circulation 66. Une telle commutation est de préférence exécutée après qu'un circuit fermé comprenant les enroulements de champ 4 et 5 soit formé temporairement. Ceci peut être obtenu en refermant le transistor de puissance 61 du contrôleur de tension 6A pendant un court intervalle de temps et, en même temps, en actionnant les commutateurs 67 et 68, en évitant ainsi l'ouverture instantanée du circuit qui a lieu à un instant où la diode de circulation 62 est commutée vers le circuit de circulation 66. Ceci évite la surtension résultant d'une coupure instantanée du courant de champ, en éliminant ainsi le besoin d'un circuit de protection.
Le circuit de circulation 66 peut être constitué en variante comme indiqué sur la figure 7, d'une diode normale 75 et d'une diode Zener 76 raccordées pour présenter des polarités opposées, en permettant ainsi que la taille d'un boîtier à semiconducteur soit diminuée.
La figure 8 représente un contrôleur de tension 6B qui peut être employé à la place du contrôleur de tension 6A. Le contrôleur de tension 6B est différent du contrôleur de tension 6A uniquement en ce qu'un comparateur de tension 69 est installé, lequel agit pour commander le fonctionnement du commutateur 68. Les autres agencements sont identiques, et l'explication de détail de ceux-ci sera omise ici.
Le comparateur de tension 69 compare la tension de sortie Vs du filtre passe-bas 63 à la valeur de référence Vreg3 qui est légèrement inférieure à la valeur de référence Vreg2 utilisée dans le comparateur de tension 65. Par exemple, si la valeur de référence Vreg2 est de 20V, alors la valeur de référence Vreg3 est de 19 V. Donc, lorsque la différence de la jonction du câble d'alimentation a lieu, de sorte que la tension de sortie de l'alternateur 1A monte de façon indésirable, la sortie du comparateur de tension 69 passe tout d'abord au niveau haut, immédiatement après quoi, la sortie du comparateur de tension 65 passe au niveau haut. Ceci amène les commutateurs 67 et 68 à être fermés simultanément, immédiatement après quoi, le commutateur 67 est ouvert, ce qui résulte ainsi en une formation dans le temps d'un circuit fermé comprenant les enroulements de champ 4 et 5 à un instant où les commutateurs 67 et 68 sont actionnés.
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La figure 9 représente un alternateur 1C conforme au troisième mode de réalisation de l'invention, lequel est différent de l'alternateur lA, qui est indiqué sur la figure 5, uniquement en ce que seul l'enroulement de champ 4 est disposé entre le transistor de puissance 61 et la masse. Les autres agencements sont identiques, et l'explication de détail de ceux-ci sera omise ici.
En fonctionnement, lorsque le câble d'alimentation est connecté fermement entre l'alternateur 1 et l'alimentation sans aucune défaillance de contact, le comparateur de tension 64 du contrôleur de tension 6C compare la tension de sortie de l'alternateur 1C à la valeur de référence Vregl. Si la tension de sortie est plus élevée que la valeur de référence Vregl, le comparateur de tension 64 ouvre le transistor de puissance 61 pour diminuer le courant de champ circulant dans l'enroulement de champ 4, ce qui résulte ainsi en une tension de sortie diminuée de l'alternateur 1C. Au contraire, si la tension de sortie est inférieure à la valeur de référence Vregl, le comparateur de tension 64 agit pour fermer le transistor de puissance 61 afin d'augmenter le courant de champ circulant dans l' enroulement de champ 4, ce qui résulte donc en une tension de sortie accrue de l'alternateur 1C. De cette manière, la tension de sortie de l'alternateur 1C est commandée de manière à converger sur la valeur de référence Vregl.
Dans le cas d'une défaillance de la jonction du câble d'alimentation, l'alternateur 1C agit pour produire la puissance sans subir aucune charge, de sorte qu'une haute tension se développe à la borne de sortie B, laquelle est supérieure à la valeur de référence Vregl, en amenant ainsi le transistor de puissance 61 à rester ouvert, en coupant de cette manière l'alimentation du courant de champ vers l'enroulement de champ 4. Lorsque la tension de sortie de l'alternateur 1B dépasse la valeur de référence Vreg2, il amène la sortie du comparateur de tension 65 à passer du niveau bas au niveau haut. Lorsque la sortie du comparateur de tension 65 passe au niveau haut, le commutateur 68 est fermé, alors que le commutateur 67 est ouvert, en amenant ainsi le circuit de circulation à être commuté de la diode de circulation 62 vers le circuit de circulation 66.
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La figure 10 représente une variation du courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 4 dans le cas de la défaillance de la jonction du câble d'alimentation. Une ligne continue a indique le courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 4. Une ligne en pointillé b indique le courant de champ circulant au travers d'un enroulement de champ d'un alternateur classique.
Si le courant de champ circulant dans l'enroulement de champ 4 après que le circuit de circulation 66 est connecté à l'enroulement de champ 4 dans le cas de la défaillance de la jonction du câble d'alimentation, est défini par If., il est représenté par If1' = (la + n'Vd / R) 'exp(-R'(t - to) / L) -n'Vd / R (15) où L indique l'inductance de l' enroulement de champ 4 , R est la valeur ohmique de l'enroulement de champ 4, Vd est une chute de tension dans le sens direct de chaque diode du circuit circulation 66, et Io représente la valeur du courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 4 immédiatement avant l'arrêt de l'alimentation de celui-ci.
Comme cela est évident d'après l'équation (15) et la figure 10, le courant de champ Io immédiatement avant l'arrêt de l'alimentation de celui-ci vers l'enroulement de champ 4, est le même que celui de l'alternateur classique, cependant, la valeur finale vers laquelle converge le courant de champ Io est diminuée jusqu'à -n ' Vd / R. En particulier, le temps requis pour que le courant de champ Io atteigne la valeur finale-n Vd / R est sensiblement égal à celui requis pour que le courant Io atteigne une valeur finale de-Vd / R dans la structure classique dans laquelle seule la diode de circulation 62 est utilisée. En d'autres termes, le temps requis pour que le courant de champ Io diminue jusqu'à zéro (0) dans l'alternateur 1B, est fortement raccourci par comparaison à la structure classique. Le circuit de circulation 66 est constitué de diodes, en amenant ainsi le courant de champ If. à disparaître à un instant où il atteint zéro (0) sans circuler dans le sens inverse.
Le temps ti requis pour que le courant de champ If. atteigne zéro (également appelé durée du courant de champ ci-dessous) est représenté d'après l'équation (15) sous la forme
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ti = (-L / R) ln(n # Vd / (n ' Vd + R/Io) (16)
La figure 11 est un tableau indiquant une relation entre le nombre des diodes constituant le circuit de circulation 66 et la durée du courant de champ tl. On notera que le tableau donne la liste des durées de courant de champ t1 pour le cas où la valeur ohmique R de l'enroulement de champ 4 est de 2,3 Q, son inductance L est de 0,23 H, le courant de champ Io circulant immédiatement avant l'arrêt de l'alimentation de celui-ci vers l'enroulement de champ 4 est de 4,0 A, et la chute de tension dans le sens direct Vd du circuit de circulation 66 est de 0,7V.
La figure 11 est un tableau indiquant une relation entre le nombre des diodes constituant le circuit de circulation 66 et la durée du courant de champ tl. On notera que le tableau donne la liste des durées de courant de champ t1 pour le cas où la valeur ohmique R de l'enroulement de champ 4 est de 2,3 Q, son inductance L est de 0,23 H, le courant de champ Io circulant immédiatement avant l'arrêt de l'alimentation de celui-ci vers l'enroulement de champ 4 est de 4,0 A, et la chute de tension dans le sens direct Vd du circuit de circulation 66 est de 0,7V.
Le tableau indique que l'augmentation, des diodes du circuit de circulation 66 résulte en une grande diminution de la durée du courant de champ tl.
La figure 12 un alternateur 1D conforme au quatrième mode de réalisation de l'invention, lequel est différent du troisième mode de réalisation de la figure 9 uniquement par la structure d'un contrôleur de tension 6D. Les autres agencements sont identiques, et l'explication des détails de ceux-ci sera omise ici.
Le contrôleur de tension 6D est constitué du transistor de puissance 61, de la diode de circulation 62, du filtre passe-bas 63, des comparateurs de tension 64 et 65, des commutateurs 67 et 68, et du circuit de circulation 70. Les mêmes numéros de référence que ceux employés sur la figure 9 se réfèrent aux mêmes composants, et l'explication de détail de ceux-ci sera omise ici.
Le circuit de circulation 70 est constitué de la diode 71 et de la résistance 72 reliées en série et agit pour renforcer l'atténuation du courant de champ circulant au travers de l'enroulement de champ 4 lorsque le transistor de puissance 61 est ouvert. Lorsque le courant de circulation circule dans la diode 71, il résulte en une chute de tension au bord de la résistance 72. La tension développée entre les extrémités du circuit de circulation 70 est donc élevée en niveau par comparaison à celle où seule la diode 62 est utilisée, en amenant ainsi la valeur finale qu'atteint le courant de champ circulant au travers du circuit de circulation 70 après l'arrêt
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de l'alimentation du courant de champ vers l'enroulement de champ 4 à diminuer.
Si le courant de champ circulant dans l'enroulement de champ 4 après que le circuit de circulation 70 est connecté à l'enroulement de champ 4 dans le cas de la défaillance de la jonction du câble d'alimentation est défini par If., il est représenté par If1' = (Io+Vd / (R+R1)) # exp(-(R+R1) # (t-to)/L)-Vd/(R+Ri) (17) où R1 représente la valeur ohmique de la résistance 72.
La valeur finale qu'atteint le courant de champ est diminuée jusqu'à -Vd (R+R1). La constante de temps d'atténuation # est diminuée jusqu'à L/(R+R1), c'est-à-dire un temps R/(R+Ri)plus court que le moment où la résistance 72 n'est pas utilisée, ce qui résulte donc en une grande diminution du temps requis pour que le courant de champ disparaisse.
Le redresseur 3 dans chacun des troisième et quatrième modes de réalisation peut être constitué de diodes Zener à la place des diodes qui sont illustrées, en permettant ainsi que la montée de la tension de sortie de l'alternateur soit diminuée en dessous de la tension de zener, ce qui résulte en une diminution des dommages aux pièces constitutives du contrôleur de tension.
Dans le cas où le redresseur 3 est constitué de diodes Zener dans l'alternateur de chacun des troisième et quatrième modes de réalisation, la valeur de référence Vreg2 utilisée dans le comparateur de tension 65 est de préférence réglée en dessous de la tension de zener. Par exemple, si la tension de zener Vz est de 20 V, il est conseillé que la valeur de référence Vreg2 soit réglée à 18 V. Ceci amène la diode de circulation 62 à être commutée vers le circuit de circulation 66 ou 70 avant que la tension de sortie de l'alternateur ne dépasse la tension de zener dans le cas de la défaillance de la jonction du câble d'alimentation, en minimisant ainsi la quantité de chaleur qui se dissipe à partir des diodes zener.
La résistance 72 du circuit de circulation 70, comme indiqué sur la figure 12 peut être reliée en série avec les diodes du circuit de circulation 66, comme indiqué sur la figure 9 ce qui résulte donc en une diminution supplémentaire de la valeur finale qu'atteint le courant de champ et de la constante de
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temps d'atténuation, en diminuant ainsi la durée de la surtension.
Les alternateurs 1C et 1D sont conçus de manière à commander les commutateurs 67 et 68 simultanément lors de la commutation de la diode de circulation 62 vers les circuits de circulation 66 et 70, respectivement. Une telle commutation est de préférence exécutée après qu'un circuit fermé comprenant les enroulements de champ 4 et 5 soit formé temporairement. Ceci peut être obtenu en refermant un transistor de puissance 61 pendant un court intervalle de temps et en même temps, en actionnant les commutateurs 67 et 68, en évitant ainsi l' ouverture instantanée du circuit qui a lieu à un moment où la diode de circulation 62 est commutée vers le circuit de circulation 66 ou 70. Ceci évite la surtension résultant d'une coupure instantanée du courant de champ, en éliminant ainsi le besoin d'un circuit de protection.
Le circuit de circulation 66 du troisième mode de réalisation peut en variante, comme indiqué sur la figure 7, être constitué de la diode normale 75 et de la diode Zener reliée pour présenter des polarités opposées, en permettant ainsi que le temps requis pour que le courant de champ s'atténue ou disparaisse, soit déterminé en fonction de la tension de zener Vz de la diode Zener 76.
Le contrôleur de tension 6B, comme indiqué sur la figure 8, peut être employé à la place du contrôleur de tension 6C.
Bien que la présente invention ait été décrite en fonction des modes de réalisation préférés de manière à faciliter une meilleure compréhension de celle-ci, on se rendra compte que l'invention peut être mise en oeuvre de diverses manières, sans s'écarter du principe de l'invention. Donc, l'invention devrait être comprise comme incluant tous les modes de réalisation et modifications possibles des modes de réalisation présentés, lesquels peuvent être mis en oeuvre sans s'écarter du principe de l'invention tel qu'il est présenté dans les revendications annexées.
Claims (12)
1. Alternateur d'automobile comprenant: un rotor équipé d'une pluralité pôles magnétiques de champ, un premier enroulement de champ fonctionnant pour magnétiser lesdits pôles magnétiques de champ, un second enroulement de champ fonctionnant pour magnétiser lesdits pôles magnétiques de champ, ledit second enroulement de champ présentant une constante de temps plus courte que celle du premier enroulement de champ, une armature soumise à un champ rotatif produit par ledit rotor pour générer une sortie de courant alternatif, un redresseur convertissant le courant alternatif fourni en sortie depuis ladite armature en une sortie de courant continu, un contrôleur agissant pour réguler les courants de champ appliqués auxdits premier et second enroulements de champ pour commander une tension de sortie de l'alternateur, et un circuit de circulation relié en parallèle auxdits premier et second enroulements de champ, ledit circuit de circulation fonctionnant pour faire circuler les courants de champ dans le cas où l'alimentation des courants de champ est coupée par ledit contrôleur.
2. Alternateur d'automobile selon la revendication 1, dans lequel ledit circuit de circulation comprend un premier circuit formé d'une diode et un second circuit équipé d'un élément de circuit fonctionnant pour renforcer une atténuation desdits courants de champ, comprenant en outre un sélecteur sélectionnant l'un des premier et second circuits, et dans lequel ledit contrôleur commande ledit sélecteur pour sélectionner le second circuit lorsqu'une tension de la sortie dudit redresseur dépasse une valeur de référence et sélectionner le premier circuit lorsque la tension de la sortie dudit redresseur est inférieure à la valeur de référence.
3. Alternateur d'automobile selon la revendication 2, dans lequel ledit second circuit est constitué d'une pluralité de diodes reliées en série.
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4. Alternateur d'automobile selon la revendication 2, dans lequel ledit redresseur est constitué d'un élément de circuit de redressement réalisé par une diode Zener, et dans lequel ledit contrôleur sélectionne grâce audit sélecteur le second circuit lorsque la tension de la sortie dudit redresseur dépasse la valeur de référence qui est plus petite qu'une tension de zener de l'élément du circuit de redressement.
5. Alternateur d'automobile selon la revendication 2, dans lequel ledit contrôleur commute ledit premier circuit vers ledit second circuit lorsqu'un circuit fermé comprenant lesdits premier et second enroulements de champ est formé.
6. Alternateur d'automobile selon la revendication 1, dans lequel lesdits premier et second enroulements de champ sont disposés coaxialement.
7. Alternateur d'automobile comprenant : un rotor équipé d'une pluralité pôles magnétiques de champ, un enroulement de champ recevant un courant de champ pour magnétiser lesdits pôles magnétiques de champ, une armature soumise à un champ rotatif produit par ledit rotor pour générer une tension de courant alternatif, un redresseur convertissant le courant alternatif fourni en sortie depuis ladite armature en une sortie de courant continu, un circuit de circulation comprenant un premier circuit formé d'une diode et un second circuit équipé d'un élément de circuit fonctionnant pour renforcer une atténuation du courant de champ, ledit circuit de circulation étant relié en parallèle audit enroulement de champ afin de faire circuler le courant de champ dans le cas où l'alimentation du courant de champ vers ledit enroulement de champ est coupée, et un contrôleur fonctionnant pour réguler le courant de champ appliqué audit enroulement de champ afin de commander une tension de sortie de l'alternateur, ledit contrôleur sélectionnant le second circuit lorsque la tension de la sortie dudit redresseur dépasse une valeur de référence et sélectionnant le premier circuit lorsque la tension de la sortie du redresseur est inférieure à la valeur de référence.
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8. Alternateur d'automobile selon la revendication 7, dans lequel ledit second circuit est constitué d'une pluralité de diodes reliées en série.
9. Alternateur d'automobile selon la revendication 7, dans lequel lesdites diodes sont réalisées grâce à une diode normale et une diode Zener reliées en série dans des sens opposés.
10. Alternateur d'automobile selon la revendication 7, dans lequel ledit second circuit est constitué d'une diode et d'une résistance reliée en série avec la diode.
11. Alternateur d'automobile selon la revendication 7, dans lequel ledit redresseur est constitué d'un élément de circuit de redressement réalisé par une diode Zener, et dans lequel ledit contrôleur sélectionne le second circuit lorsque la tension de la sortie dudit redresseur dépasse la valeur de référence qui est plus petite qu'une tension de Zener de l'élément de circuit de redressement.
12. Alternateur d'automobile selon la revendication 7, dans lequel ledit contrôleur commute ledit premier circuit vers ledit second circuit lorsqu'un circuit fermé comprenant ledit enroulement de champ est formé.
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