Brevet FR2316783A1 — publié le 19770128

L'invention concerne un générateur de tension monophase ou de tension multiphase, duquel le rotor cylindrique à aimantation permanente et muni de p paires de pôles, est divisé axialement en au moins deux parties qui coopèrent avec les mêmes pâles de stator. Il existe des moteurs synchrones qui sont munis d'un rotor à aimantation permanente divisé axialement en au moins deux parties qui coopèrent avec les neumes bovines de stator. Entre deux pôles successifs des parties de rotor existe alors tougours un angle invariable égal à 90 , (Voir le document allemand "Auslegeschrift" N 1.488.267).Le moment d'adhérence dans les moteurs conçus de la sorte est réduit fcrtement. tar "moment d'adhérence", il y a lieu d'entendre ici le moment de rotation auquel donnent lieu le rotor et les pôles de stator également dans le cas où les bobines ne sont pas excitées, ledit moment existant lorsque la vitesse de rotation du rotor se situe dans des plages de rotation stades bien déterminées. Les générateurs qui sont excités par voie d'aimantation permanente, pau exemple, les dynamos montés sur les bicyclettes, sont affectés par l'inconvénient que l'excitation du généra@eur n'est pas réglable. Par conséquent, lorsque la vitesse de rotation des @rbres de r@tor augnente fortement, on est confronté avec des surtementons qui conduisent rapidement à la mise hors service des lampes d'éclairage. Or, le but de l'invention est de procurer un générateur qui est muni d'un rotor à aimantation permanente et dont l'excitation est réglable. Conformément à l'invention, dans le cas d'un générateur du genre ment@onné dans le préambule, de but précisé ci-dessus est atteint du fait qu'une des parties de rotor magnétique est montée sur l'arbre de rotor de façon à être immobile par rapport à celui-ci, tandis qu'une utre partle de rotor magnétique est montée sur l'arbre de rotor de a@@n à pouvoir être @@urnée au maximum sur une distance égale au double du pas entre deux les successifs. Du fait d'aveir divisé le rotor en deux parties dont une partie eut être tournée Far rapport à l'arbre du rotor, on a crée la mossimilité pour régler, suivant les besoins, la tension aux extrémités du composant utilisateur (par exemple une lampe) entre la valeur zéro et la valeur maximale de ladite tensicn, et cela notamment ndépendamment de toutes les autres conditions de dirensionnement et de fonotionnement. Lorsqu'il s'agit d'un rotor réalisé d'une seule pièce, c'est à dire un rotor qui n'est pas divisé en deux parties distinctes, et engendrant dans les bobines de générateur un flux magnétique à amplitude #, l'amplitude de la luxion engendrée à la fréquence de rotation # est égale à s Dans le cas où le rotor est divisé en eux parties égales dont une partie peut être tournée sur un angle par rapport à l'autre partie de rotor, l'amplitude de la tension engendrée par le générateur est égale à -E tA > s cos ( 8 Donc, si on fait varier l'angle # entre 0 et 180 , on règle (en présence d'une vitesse de rotation constante) la tension de générateur entre sa valeur maximale et la valeur zéro. La rotation d'une partie de rotor par rapport à l'autre peut être réalisée de plusieurs façons. Il est possible par exenple de prévoir une possibilité de rotation mécanique de l'extérieur dans le but de pouveir commander au de régler ainsi l'engle de rotation entre les angles limites choisis. Ainsi, on peut déterminer d'av nce, par exemple à vitesse de rotation constante, la transmssion d'énergie du générateur. Le générateur confornle à l'invention a toutefois un domaine d'application plus large lorsque les deux parties de rotor sont couplées l'une à l'autre par un organe élastique. En présence d'une vitesse de rotation variable et/ ou d'une charge variable, la variation de tension par exemple peut être maintenue entre des limites étr ites.Les dynamos de bicyclette et les générateurs montés dans des véhicules constituent un domaine d'application préféré pour l'invention. Lors du fonctionnement de dynamos de bicyclette ou de générateurs triphasés de véhicules, une surtension élevée est impossiole, étant donné que la partie de rotor qui peut être tourne sur un angle déterminé sur l'arbre de rotor, surit, par rapport à la partie de rotor qui est immobile par rapport audit arbre, une cer tai ne rotation lorsque la vitesse de rotation et la puissance développée augmentent, de sorte que l'excitation du générateur est moins forte.La commande pour m@lntenir constante la tension et la yuissance fournie par le générateur eut avoir lieu de manière sinple à l'aide d'un ressort rotatif. Le paramètre désiré du couplage élastique est dans ce cas donné d'avance par la raideur du ressort. Ainsi, en présence d'une vitesse de rotation déterminée, les deux parties de rotor peuvent être réglées sur un angle de rotation déterminé. Le ressort ne doit pas être purement mécanique,mais il est possible aussi d'utiliser un ressort magnétique. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 nontre en perspective l'arbre du générateur conforne à l'invention, cet arbre portant d'une part une partie de rotor dont la position ne change pas sur l'arbre, et d'autre art une partie de rotor qui, tout comne l'autre partie, est douée d'aimantation perma- nente mais peut êSre tournée sur un angle déterminé par rapport à l'autre partie de rotor. La figure la montre deux vecteurs d'induction entre lesquels existe un angle de rotation #. Les figures 2, 3, 4 et 5 sont des diagrammes qui nontrent différentes courbes caractéristiques tension-vitesse de rotation. La figure 6 illustre une façon dont il est possicle de réaliser un ressort magnétique. Les figures 7 et 8 se rapportent à deux situations différentes en ce qui concerne le nombre de paires de pôles du générateur. La figure 9 montre la courbe suivant laquelle varie le moment de rotation du ressort magnétique lors de l'emploi d'une paire de pôles dans le rotor à ressort magnétique. Sur l'arbre 1 du générateur conforme à l'invention duquel on n'a pas représenté le stator momopolaire dans le mut de ne pas compliquer la figure, une partie de rotor oylindrique A, douée d'aimantation permamente, aété montée sur ledit arbre de façon à être immobile par rapport à celui-ci. Far contre, une partis de rotor identique B est montée sur ledit arbre 1 de façon à pouvoir être tournée dans une certaine mesure sur cet arbre 1. Les deux parties A et 3 sont couplées l'une à l'autre par un ressort de torsion 3, et ont été aimantées de façon à présenter aires de rôles. Les longueurs axiales a et D des parties A et B sort généra- lement égales, cela n'étant toutefois pas indispensable. Comme le montre la figure 1, un angle # existe entre les vecteurs qui concrétisent l'in- @@ction des tarties h et 9 ou rotor. La valeur de l'angle # est fonction de l'équili@re entre 'une part le moment de rotation Mmfu@ doit fournir la partie de rotor im@obile" en correspondance à la cnarge imposée au générateur, et d'autre part le moment de rotation Mf en sens opposé, engendré par le ressort en correspondance à l'angle de rotation #. A partir de la caractéristique d'élasticité Mf = K#, on obtient ainsi 7 Si le moment de rotation à la valeur normalisée pour la vitesse de rotation nominale et la charge nominale, et si on indique par Km la nouvelle constante, on ootient =-2Km Mmn tandis qu'en guise d'angle # en présence de la vitesse de rotation nominale on obtient - 2Km K est la constante élastique K et est donc un para n mètre pouvant etre choisi librement. En premier lieu, on admet que ex o lorsque#= O, et ensuite on admet encore que l'impédance du générateur est négligeable par rapport à la valeur ohmique des résistances de travail. La figure 2 montre la caractéristique correspondante tension-vitesse de rotation pour différentes constantes élastiques suivant les équations Dans ces équations U est la tension aux extrémités du constituant utilisateur, (par exemple n une lampe) normalise à la tension tnéorique Uf à la vitesse de rotation nominale, U est le moment de rotation Y qui est fourni par la partie de rotor mn n rotative B et qui est normalisée à la valeur de moment de rotation à vitesse de rotation et cnarge nominales, m est un indice qui se rapporte à la partie de rotor rotative, alors que n est un indice normalisé à la vitesse de rotation et au moment de rotation théoriques. La figure 2 montre quelques earactéristiques tension-vitesse de rotation pour différentes constantes élastiques. la tension Un est egale à : tandis que li valeur noy-enne de la fréquence de circuit #n eut etre définie comme: Lorsque la partie de rotor rotative B est raccordée solidement à l'arbre et si l'angle de rotation é est égal à zéro, on ontient la caractéristique 1 de la figure 2, à savoir une caractéristique linéaire qui, dans tous les autres diagrammes, est utilisée comme caractéristique de comparaison.Cette caractéristique linéaire délimite le groupe de caractéristiques tension-vitesse de rotation ue meme que l'enveloppante (courbe 2) qui s'obtient du fait que toujours et Entre ces deux caractéristiques de délimitation qui se croisent dans le point (Un = 1, #n = 1) se déplacent les caractéristiques du générateur. En guise d'exemples on G indiqué les caractéristiques pour Km = 45 (courbe 3) et pour Km = 63 (courbe 4). En tout premier lieu, on part de la supposition, à caractère de restriction, que # est égal à zéro pour #=## Si à l'arrêt du générateur on utilise un angle positif #O tel que #O = -#s, on obtient les caractéristiques que montre la figure 3 pour les paramètres Km = 60 (courbe 1) et Km= 70 (courbe 2). 'accroissemnt de tension en fonction de la vitesse de retation forme d'abord un palier, étant donné que l'angle #O donné d'avance a diminué l'excitation, et augmente ensuite plus fortement que linéairement étant donné que l'angle #O + # diminue et que de ce fait l'excitation augmente. L'angle #O + #ayant passé par la valeur zéro qui se situe à la vitesse de rotation nominale, ledit angle#O + # augmente ae nouveau, de sorte que l'excitation diminue et que l'accroissement de tension en fonction de la vitesse de rotation est moins prononcé. Lors du dimensionnement du moteur, il faut veiller à ce que Km ne soit pas choisi trop grand si l'on veut obtenir une caractéristique univoque. Toutefois, il se peut également que l'on désire abtenir une caractéristique à caractère dthystéresis prononcé. Dans ce cas, on obtient les caractéristiques que montre la figure 4. Suivant l'exemple de la figure 4, celle-ci montre une caractéristique avec Km > 800. Dans ce cas, le fonctionnement du moteur ne couvre pas la partie de caractéristique en pointillé. A partir de sa branche inférieure, la caractéristique saute" maintenant perpendiculairement vers sa branche supérieure et ensuite de nouveau dans le sans opposé, ce qui est indiqué clairement par les flèches en sens opposé sur la figure 4 en question. On Fdrt également de la supposition que la réactance du générateur est faible par rapport à sa résistance interne ohmique et faible également par rapport à la résistance de charge purement ohmique. On définit le paramètre n = ### conne étant le rapport entre la réactance W L des bobines à la vitesse s de rotation nominale et la résistance de travail R. La figure 5 montre de telles car. ctéristiques tension-vitesse de rotation répondant aux pour les paramètres n = 1,5 et Km = 50 , Km, = 65 , et n = 2 et Km= 40 . La caractèristique élastique sera linéaire, dégressive ou sinusoldale en correspondance au comportement désiré de la part du générateur. La caractéristique dégressive et la caractéristique sinusoïdale ont l'avantage que par exemple au dessusd'une vitesse de rotation nominale déterminée, la tartie de rotor B, mobile par rapport à l'arbre de rotor, subit de la part cu ressort un moment de rotation suprlénentaire et empêche aussi efficacement des crêtes de charge. Toutefois, il est possible également de donner à la caractéristique d'élasticité une forme telle que l'on forme deux régions decourbe dans lesquelles les constantes élastiques différent, Dans ce cas, la raideur du ressort est grande en présence de petits angles # , et petite en présence de grands angles # de sorte que dans le cas où la charge nominale est dépassée, le fonction nement du générateur correspond à la partie de caractéristique se rapportant à des grands angles L'allure de la caractéristique élastique est intéressante lorsque l'angle de rotation entre les deux parties de rotor est égal à zéro en présence de la charge nominale. La figure 6 illustre un autre genre de la liaison élastique entre les parties de rotor Â et B. Sur l'arbre de rotor 1 ou sur la partie de rotor A, montée sur cet arbre et immobile par rapport à celui-ci, on a élaboré un stator ferro magnétique 5 qui entoure un rotor à aimantation permanente 7 qui est lié rigidement à la partie de rotor rotative B pouvant âtre tournée d'un certain angle par rapport à la partie A. Le stator 5 et le rot or 7 du ressort magnétique formant ensemble un moment d'adhérence sous l'influence duquel les pales du ressort sont tournés dans le centre des arcs de pale du stator. ê Lorsque l'aimant du ressort a deux paires de pôles Pf = 2, le moment d'adhérence est symétrique pour une demi-révolution du ressort par rapport au stator. Dans le sens décrit ici, le fonctionnement du ressort ne peut avoir lieu qu'en correspondance à la partie en trait plein de sa caractéristique d'élasticité donnée par la figure 9. La rotation doit être limitée à un huitième d'une révolution. (par exemple par des organes mécaniques). Si l'aimant du générateur a une seule paire de pôles, l'angle 8 peut couvrir au maximum le quart du pas entre deux pôles successifs. Si le nombre de paires de pales du générateur est Pm= 4, la figure 7 permet de constater que le trajet utile du ressort couvre entièrement le pas # entre deux pôles de générateur succes- sif. Lorsque Pm = 8 (figure 8), le trajet couvre le double du pas # Lorsque l'angle # doit être au maximum égal à la distance entre deux pôles successifs, on voit clairement sur les figures 7, 8, et 9 que le ressort magnétique a une caractéristique sinusoRdale pour P = 4, et une caractéristique linéaire pour P s 8. m m Lorsque l'angle # doit couvrir au maximum deux fois la distance entre deur pâles successifs, l'obtention alune caractéristique linéaire nécessite que , 16 cependant que pour une caractéristique sinusoidale, il faut que P > 8. La courbe suivant laquelle varie ie moment de rotation être modifiée par la magnétisation et le façonnage adéqu@t de l'aimant élastique, ainsi que par le façonnage es arc polaires du stator, et par l'entrefer entre l'aimant et le stator. Il peut être avantageux d'amortir fortement le mouvement des ressorts. Four le reste, Il peut être intéressant d'établir un blindage métallique axial entre les deux part@es de rotor à aimantation permanente dans le Dut d'empecher que ces deux parties s'influencent mutuellement. REVENDICATIONS 1. Générateur de tension monophase ou de tension multiphase, duquel le rotor cylindrique à aimantation permanente et muni de p paires de pôles, est divisé axialement en au moins deux parties qui coopèrent avec les mêmes pôles de stator, caractérisé en ce qu'unie des parties de rotor magnétique est montée sur l'arbre de rotor de façon à être immobile par rapport à celui-ci, tandis qu'unie autre partie de rotor magnétique est montée sur l'arbre de rotor de façon à pouvoir être tournée au maximum sur une distance égale au double du pas entre deux pôles successifs. 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de rotor pouvant être tournée sur l'arbre de rotor est liée à la partie de rotor immobile à l'aide d'un ressort. 3. Générateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'à l'arrêt du générateur, l'angle de rotation entre les deux parties de rotor diffère de zéro. 4. Générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'à l'arrêt du générateur, l'angle de rotation est inférieur au pas entre deux pôles successifs, alors que son signe est opposé à celui de l'angle qui est obtenu par le moment de rotation. 5. Générateur selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la caractéristique d'élasticité du ressort est linéaire. 6. Générateur selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la caractéristique d'élasticité du ressort est dégressive. 7. Générateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la caractéristique d'élasticité du ressort est sinusoTdale. 8. Générateur selon les revendications 7 à 3, caractérisé en ce que la caractéristique d'élasticité est formée par deux parties dont les constantes d'élasticité diffèrent, la raideur du ressort étant grande en présence de petits angles, et faible en présence de grands angles, et que dans le cas où la charge nominale est dépassée, le fonctionnement du générateur a lieu en correspondance à la partie de caractéristique se rapportant à des grands angles g. 9. Générateur selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisé en ce qu'en guise de ressort, on utilise un ressort magnétique. 10. Générateur selon la revendication 7 ou l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le ressort magnétique est d'une part formé par un aimant cylindrique qui est lié à la partie de ro tor rotative et qui comporte p/2n paires de pales sur sa surface périphérique ou sur sa surface frontale, et d'autre part par un stator qui est lié solidement à l'arbre de rotor et qui présente au moins un pôle saillant ayant une largeur égale au maximum au pas entre deux pôles successifs, ce pôle saillant se situant en face des pôles de l'aimant cylindrique. 11. Générateur selon l'une des revendications 1 à 8, caracterisé en ce que le mouvement du ressort est fortement amorti. 12. Générateur selon l'une des revendications 1 à 9, caracterisé en ce qu'un blindage magnétique est établi entre les deux parties de rotor à aimantation permanente. 13. Générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la caractéristique d'élasticité et l'angle de rotation sont dipensionnés de façon que ledit angle de rotation entre les deux parties de rotor est égal à zéro en présence de la charge nominale du générateur.