Brevet FR2703650A1 — publié le 19941014

i La présente invention se rapporte à un moyeu de bicyclette contenant une génératrice comprenant des bobinages et des aimants de dynamo, la génératrice étant entraînée par la rotation du moyeu. Dans un moyeu conventionnel contenant une génératrice, tel que représenté dans la publication de brevet japonais Kokai numéro 3-258673 par exemple, la rotation du moyeu est accélérée par un mécanisme d'accélération planétaire afin d'être transmise à un aimant rotatif La génératrice tourne ainsi plus vite que le moyeu Ceci permet au bobinage et à l'aimant d'être petits ou bien permet la génération d'une tension relativement élevée avec un aimant peu coûteux. En outre, comme cela est représenté dans la publication de brevet japonais Kokai numéro 57-71257 par exemple, un bobinage et un aimant peuvent avoir des diamètres importants afin de former des pôles magnétiques nombreux et de grande taille pour un flux magnétique accru passant à travers ceux-ci Ceci permet une utilisation efficace des forces magnétiques de l'aimant Une tension relativement élevée peut être par conséquent générée même si la génératrice tourne à la même vitesse que le moyeu. Le premier présente comme inconvénient que le mécanisme d'accélération lui-même produit une résistance de fonctionnement, avec pour résultat une charge d'entraînement accrue lors du déplacement. Dans le dernier cas, la génératrice est de grande taille du fait du bobinage et de l'aimant de grande taille Il en résulte un diamètre extérieur important du moyeu complet, ou un diamètre important d'au moins une partie o la génératrice se trouve, bien que d'autres parties du moyeu puissent avoir de petits diamètres Ce moyeu a également comme inconvénient son aspect extérieur. Un but de la présente invention est de procurer un moyeu de bicyclette contenant une génératrice qui génère une tension relativement élevée tout en diminuant la perte de transmission, et qui est néanmoins compact, simple et peu coûteux. Le but ci-dessus est atteint, selon la présente invention, grâce à un moyeu de bicyclette contenant une génératrice, comportant un axe de moyeu fixé sur le cadre de bicyclette et s'étendant entre une première extrémité et une deuxième extrémité, un premier ensemble de bobinages supporté par l'axe de moyeu et ayant un fil enroulé coaxialement à l'axe de moyeu, et plusieurs aimants disposés radialement à l'extérieur de l'ensemble de bobinages afin de pouvoir tourner par rapport à l'ensemble de bobinages, les aimants ayant des pôles magnétiques orientés radialement par rapport à l'ensemble de bobinages, caractérisé par un deuxième ensemble de bobinages supporté par l'axe de moyeu en juxtaposition avec le premier ensemble de bobinages, et ayant un fil enroulé coaxialement à l'axe de moyeu. Si l'on suppose le même diamètre extérieur de la génératrice, avec les aimants disposés à l'extérieur des bobinages, les bobinages peuvent avoir une différence plus importante entre le diamètre extérieur et le diamètre intérieur que lorsque les aimants sont disposés à l'intérieur des bobinages Ceci permet au bobinage d'avoir un nombre accru de tours ou d'enroulements En outre, les pôles magnétiques sous forme de bandes disposés à l'extérieur des bobinages peuvent avoir des dimensions accrues ou bien peuvent être accrus en nombre par rapport à la circonférence des bobinages, permettant ainsi à un flux magnétique accru de passer à travers les bobinages Par ailleurs, chacun des aimants peut avoir une largeur circonférentielle qui correspond sensiblement à la largeur circonférentielle des pôles magnétiques. Ainsi, lorsque, comme dans la présente invention, les bobinages des unités de génératrice sont reliés électriquement en série, la génératrice dans son ensemble combine et délivre une énergie générée par les unités de génératrice respectives grâce à l'utilisation efficace des forces magnétiques Même lorsque les unités de génératrice tournent à la même vitesse que le moyeu, la génératrice dans son ensemble génère une tension élevée pour sa taille. Les bobinages des unités de génératrice peuvent être reliés électriquement l'un à l'autre en parallèle Ceci apporte comme avantage que, lorsque l'une des unités de génératrice n'est plus opérationnelle du fait d'une coupure de son bobinage par exemple, la génératrice dans son ensemble continue à générer de l'énergie au moyen de l'unité ou des unités restantes. D'autres buts, caractéristiques et effets de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante des formes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés. La figure 1 est une vue en coupe d'une partie importante d'un moyeu contenant une génératrice selon la présente invention; La figure 2 est une vue en coupe d'une bobine destinée à supporter un bobinage; La figure 3 est une vue de face de la bobine représentée sur la figure 2; La figure 4 est une vue de face d'un élément de noyau formant une partie de l'unité génératrice; La figure 5 est une coupe le long de la ligne X- X' de la figure 4; La figure 6 est une vue en coupe d'un bobinage selon la présente invention; La figure 7 est une vue de face partielle montrant la forme des pôles magnétiques; La figure 8 est une vue en coupe montrant une configuration globale d'un ensemble d'aimants cylindrique; La figure 9 est une vue agrandie montrant des détails de l'ensemble d'aimants représenté sur la figure 8; et La figure 10 est une vue représentant un branchement modifié des bobinages selon la présente invention. Un moyeu de bicyclette contenant une génératrice selon la présente invention va être décrit en se référant aux dessins. Comme cela est représenté sur la figure 1, un moyeu 2 comporte un corps de moyeu 2 a ayant une paire de flasques de moyeu 1, et un chapeau de moyeu 2 b fixé à une extrémité du corps de moyeu 2 a Le moyeu 2 est monté de f açon rotative sur un axe de moyeu 5 à l'aide de billes 3 et d'éléments de serrage de bille 4 Trois bobinages de génératrice 7 sont disposés coaxialement le long d'un axe 6 de l'axe de moyeu 5 de sorte qu'un espace minimal est nécessaire pour loger la génératrice La génératrice montée dans le moyeu 2 comprend un ensemble d'aimants cylindrique 8 entourant les bobinages 7. La génératrice comprend en outre trois unités de dynamo ou de génératrice Dl à D 3 La première unité de dynamo Dl se compose d'un ensemble de bobinages adjacent à une extrémité du moyeu 2 et de l'ensemble d'aimants cylindrique 8 La deuxième unité de dynamo D 2 se compose d'un ensemble de bobinages intermédiaire et de l'ensemble d'aimants cylindrique 8 La troisième unité de dynamo D 3 se compose d'un ensemble de bobinages adjacent à l'autre extrémité du moyeu 2 et de l'ensemble d'aimants cylindrique 8 Lorsque le moyeu 2 est entraîné en rotation pendant un déplacement de la bicyclette, les unités de dynamo Dl à D 3 génèrent de l'électricité L'axe de moyeu 5 définit une rainure 5 a s'étendant axialement par rapport à celui-ci depuis les ensembles de bobinages Un fil 9 s'étend le long de la rainure 5 a, à travers un des éléments de serrage de bille 4 et à l'extérieur du moyeu 2 afin de délivrer l'électricité générée à un phare (non représenté) Les trois ensembles de bobinages sont reliés par plusieurs axes de raccordement 10 Un élément d'arrêt en rotation Il est monté à une extrémité de la rainure 5 a de l'axe de moyeu 5, et est engagé avec un élément de noyau 12 formant une partie de l'ensemble de bobinages de la troisième unité de dynamo D 3 Ainsi, tous les ensembles de bobinages sont fixes en rotation par rapport à l'axe de moyeu 5 Lors de l'utilisation du moyeu contenant la génératrice, l'axe de moyeu 5 est fixé sur le cadre de bicyclette F de façon à ne pas tourner Par conséquent, tous les ensembles de bobinages sont fixes en rotation par rapport au cadre de bicyclette F. L'ensemble d'aimants cylindrique 8 comprend quatre aimants courbes 8 a comme cela est représenté sur la figure 8 Comme cela est représenté sur la figure 8, ces aimants courbes 8 a sont disposés de manière circonférentielle par rapport au moyeu 2, et à l'intérieur d'une armature cylindrique 14 fabriquée en acier pur et disposée coaxialement à l'axe 6. L'ensemble d'aimants cylindrique 8 est fixé avec l'armature 14 sur le corps de moyeu 2 a au moyen d'une bague de fixation d'aimant 15 disposée de façon adjacente à une extrémité du moyeu 2 et au moyen du chapeau de moyeu 2 b L'ensemble d'aimants cylindrique 8 peut ainsi tourner avec le moyeu 2 grâce à l'action de fixation de la bague de fixation d'aimant 15 et du chapeau de moyeu 2 b. L'ensemble de bobinages de chacune des unités de dynamo Dl à D 3 comprend une bobine 16 fabriquée en résine polypropylène comme cela est représenté sur les figures 2 et 3, et une paire d'éléments de noyau 12 et 13 fabriqués en acier pur afin d'agir comme conducteurs de force magnétique, comme cela est représenté sur les figures 4 et 5 Ces composants sont assemblés et fixés ensemble grâce aux axes de raccordement 10 qui passent à travers des bossages dont les surfaces d'extrémité sont pratiquement en contact, comme cela est représenté sur la figure 6 Comme cela peut se voir sur la figure 6, le bobinage est formé en enroulant du fil en cercles multiples radialement et axialement sur la bobine 16. La paire d'éléments de noyau 12 et 13 a sensiblement la même forme, et seul l'élément de noyau 12 est représenté sur les figures 4 et 5 L'élément de noyau 12 comprend une partie latérale 12 b s'étendant radialement, un bossage cylindrique 12 c formé radialement et vers l'intérieur, et seize pôles magnétiques 12 a disposés, avec des intervalles, de manière circonférentielle par rapport au bobinage 7. L'élément de noyau 13 comprend des parties correspondantes La paire d'éléments de noyau 12 et 13 est assemblée de telle sorte que les pôles magnétiques 12 a et les pôles magnétiques 13 a sont décalés avec des espaces appropriés, entre eux comme cela est représenté sur la figure 7. Comme cela est représenté sur la figure 9, chacun des quatre aimants courbes 8 a définit huit pôles magnétiques le long d'une paroi interne de ceux-ci, avec des pôles nord et des pôles sud disposés de manière alternée L'ensemble d'aimants cylindrique 8 possède ainsi 32 pôles magnétiques le long d'une paroi interne de celui-ci, avec les pôles nord et les pôles sud disposés de manière alternée La figure 9 montre un premier état opposé dans lequel les 16 pôles nord de l'ensemble d'aimants 8 sont opposés aux 16 pôles magnétiques 12 a d'un des éléments de noyau 12, et les 16 pôles sud de l'ensemble d'aimants 8 sont opposés aux 16 pôles magnétiques 13 a des autres éléments de noyau 13 Lorsque l'ensemble d'aimants cylindrique 8 tourne d'une valeur correspondant à un pôle magnétique, un deuxième état opposé dans lequel les 16 pôles nord de l'ensemble d'aimants 8 sont opposés aux 16 ' pôles magnétiques 13 a de l'élément de noyau 13, et les 16 pôles sud de l'ensemble d'aimants 8 sont opposés aux 16 pôles magnétiques 12 a des éléments de noyau 12, est établi Dans le premier état opposé, les pôles magnétiques 12 a deviennent des pôles sud, rendant ainsi le bossage cylindrique 12 c un pôle nord Les pôles magnétiques 13 a deviennent des pôles nord, rendant ainsi le bossage 13 c un pôle sud Dans le deuxième état opposé, les pôles magnétiques 12 a deviennent des pôles nord, rendant ainsi le bossage cylindrique 12 c un pôle sud Les pôles magnétiques 13 a deviennent des pôles sud, rendant ainsi le bossage 13 c un pôle nord Par conséquent, les directions des champs magnétiques s'étendant radialement vers l'intérieur du bobinage de génératrice 7 sont inversées entre les premier et deuxième états opposés, avec pour résultat une génération de courant conformément à la loi de Faraday. Les bobinages des unités de dynamo Dl à D 3 sont électriquement reliés en série Ainsi, la génératrice dans son ensemble génère de l'énergie à une tension plus élevée que chacune des unités de dynamo Dl à D 3, et qui est délivré par l'intermédiaire du fil 9. C'est-à-dire que l'énergie générée par les unités de dynamo Dl à D 3 est combinée et délivrée sous forme d'énergie composite ayant une tension plus élevée que l'énergie générée par chacune des unités de dynamo Dl à D 3. Dans la forme de réalisation ci-dessus, l'ensemble d'aimants 8 est disposé à l'extérieur des bobinages 7 Si l'on suppose le même espace de logement de génératrice dans le moyeu, les bobinages 7 peuvent avoir une plus grande différence entre le diamètre extérieur et le diamètre intérieur que lorsque l'ensemble d'aimants est disposé à l'intérieur des bobinages 7 Ceci permet aux bobinages 7 d'avoir un nombre accru de tours ou d'enroulements afin de générer une tension élevée En outre, les pôles magnétiques 12 a et 13 a disposés à l'extérieur des bobinages 7 peuvent avoir des dimensions accrues ou bien être accrus en nombre circonférentiellement par rapport aux bobinages 7, permettant ainsi au flux magnétique provenant de l'ensemble d'aimants 8 de passer efficacement à travers les bobinages 7. Dans la forme de réalisation ci-dessus, l'ensemble d'aimants cylindrique 8 a une longueur correspondant à la longueur axiale des unités de dynamo Dl à D 3 par rapport à l'axe de moyeu 5 C'est-à-dire que le même ensemble d'aimants 8 est partagé par les unités de dynamo Dl à D 3, simplifiant ainsi la construction En variante, des ensembles d'aimants séparés peuvent être prévus pour les unités de dynamo Dl à D 3 respectives. Comme cela est clairement représenté sur la figure 7, chacun des pôles magnétiques 12 a et 13 a a une extrémité proximale reliée à l'élément de noyau 12 ou 13 avec une largeur Li qui est supérieure à une largeur L 2 d'une extrémité distale de celui-ci, sur la circonférence du bobinage C'est-à-dire qu'un plus grand nombre de pôles magnétiques 12 a et 13 a peut être disposé circonférentiellement par rapport au bobinage, que lorsque l'extrémité proximale et l'extrémité distale de chaque pôle magnétique ont la même longueur. Par ailleurs, l'extrémité proximale de chaque pôle magnétique procure une plus grande surface pour le passage du flux magnétique reçu de l'ensemble d'aimants 8 vers le bobinage 7, en dépit d'une faible zone de réception de flux au niveau de l'extrémité distale de celui-ci Ceci permet le passage vers le bobinage de pratiquement la totalité du flux magnétique reçu par le pôle magnétique 12 a ou 13 a. La forme de réalisation ci-dessus peut être modifiée comme cela est représenté sur la figure 10, avec les bobinages 7 des unités de dynamo Dl à D 3 qui sont reliés en parallèle l'un à l'autre. Dans ce cas, lorsqu'une ou deux des unités de dynamo Dl à D 3 est ou sont coupées, l'énergie générée par l'unité ou les unités de dynamo restantes peut être utilisée afin de poursuivre l'éclairage. REVENDICATIONS l Moyeu de bicyclette contenant une génératrice, comportant: un axe de moyeu ( 5) fixé sur le cadre de bicyclette (F) et s'étendant entre une première extrémité et une deuxième extrémité, un premier ensemble de bobinages ( 7) supporté par ledit axe de moyeu ( 5) et ayant un fil enroulé coaxialement audit axe de moyeu ( 5), et plusieurs aimants ( 8 a) disposés radialement à l'extérieur dudit ensemble de bobinages ( 7) afin de pouvoir tourner par rapport audit ensemble de bobinages ( 7), lesdits aimants (Sa) ayant des pôles magnétiques orientés radialement par rapport audit ensemble de bobinages ( 7), caractérisé par un deuxième ensemble de bobinages ( 7) supporté par ledit axe de moyeu ( 5) en juxtaposition avec ledit premier ensemble de bobinages ( 7), et ayant un fil enroulé coaxialement audit axe de moyeu ( 5). 2 Moyeu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un troisième ensemble de bobinages ( 7) supporté par ledit axe de moyeu ( 5) en juxtaposition avec ledit deuxième ensemble de bobinages ( 7), ledit troisième ensemble de bobinages ayant un fil enroulé coaxialement audit axe de moyeu ( 5), et des aimants disposés radialement à l'extérieur dudit troisième ensemble de bobinages ( 7). 3 Moyeu selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits aimants (Sa) sont il disposés en série axialement par rapport audit axe de moyeu ( 5) afin d'être partagés par lesdits premier et deuxième ensembles de bobinages. 4 Moyeu selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacun desdits premier et deuxième ensembles de bobinages ( 7) possède une bobine ( 16) sur laquelle est enroulé ledit fil, ledit fil étant enroulé en plusieurs cercles radialement ainsi qu'axialement sur ladite bobine ( 16). Moyeu selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite bobine ( 16) est réalisée en résine. 6 Moyeu selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chacun desdits premier et deuxième ensembles de bobinages ( 7) comprend un premier conducteur de force magnétique ( 12) opposé à ladite première extrémité dudit axe de moyeu ( 5), et un deuxième conducteur de force magnétique ( 13) opposé à ladite deuxième extrémité de celui-ci. 7 Moyeu selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit premier conducteur de force magnétique ( 12) comprend une partie latérale ( 12 b) définissant une surface latérale dudit ensemble de bobinages ( 7) opposée à ladite première extrémité, un bossage cylindrique ( 12 c) s'étendant axialement par rapport audit axe de moyeu ( 5) et définissant une surface radialement à l'intérieur dudit ensemble de bobinages ( 7), et des pôles magnétiques ( 12 a)disposés circonférentiellement par rapport audit ensemble de bobinages ( 7) et s'étendant axialement par rapport audit axe de moyeu ( 5) depuis ladite partie latérale ( 12 b) en direction de ladite deuxième extrémité, et en ce que ledit deuxième conducteur de force magnétique ( 13) comprend une partie latérale définissant une surface latérale dudit ensemble de bobinages ( 7) opposée à ladite deuxième extrémité, un bossage cylindrique s'étendant axialement par rapport audit axe de moyeu ( 5) et définissant une surface radialement à l'intérieur dudit ensemble de bobinages ( 7), et des pôles magnétiques ( 13 a) disposés circonférentiellement par rapport audit ensemble de bobinages ( 7) et s'étendant axialement par rapport audit axe de moyeu ( 5) depuis ladite partie latérale en direction de ladite première extrémité. 8 Moyeu selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit bossage cylindrique ( 12 c) dudit premier conducteur de force magnétique ( 12) et ledit bossage cylindrique dudit deuxième conducteur de force magnétique ( 13) possède des surfaces d'extrémité pratiquement en contact l'une avec l'autre. 9 Moyeu selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que lesdits pôles magnétiques ( 12 a, 13 a) desdits premier et deuxième conducteurs de force magnétique ( 12, 13) opposés l'un à l'autre se présentent sous la forme de plusieurs bandes disposées avec des intervalles de manière circonférentielle par rapport audit ensemble de bobinages ( 7), et lesdites bandes desdits pôles magnétiques ( 12 a) dudit premier conducteur de force magnétique ( 12) et lesdites bandes desdits pôles magnétiques ( 13 a) dudit deuxième conducteur de force magnétique ( 13) sont disposées circonférentiellement de manière alternée par rapport audit ensemble de bobinages ( 7). Moyeu selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites bandes desdits pôles magnétiques ( 12 a, 13 a) desdits premier et deuxième conducteurs de force magnétique ( 12, 13) ont une largeur sur la circonférence dudit ensemble de bobinages ( 7) qui diminue progressivement en direction des extrémités libres. 11 Moyeu selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que chacun desdits aimants ( 8 a) a une largeur circonférentielle qui correspond sensiblement à ladite largeur circonférentielle de chacune desdites bandes desdits pôles magnétiques ( 12 a, 13 a) desdits premier et deuxième conducteurs de force magnétique ( 12, 13). 12 Moyeu selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième conducteurs de force magnétique ( 12, 13) sont reliés par des axes de raccordement ( 10) engagés dans ledit bossage cylindrique de chacun desdits conducteurs de force magnétique. 13 Moyeu selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comportant en outre une armature cylindrique ( 14) disposée radialement à l'extérieur desdits ensembles de bobinages ( 7). 14 Moyeu selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite armature ( 14) est fabriquée en acier pur. 15 Moyeu selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit axe de moyeu ( 5) définit une rainure ( 5 a) s'étendant axialement par rapport à celui-ci afin de recevoir un fil ( 9) destiné à transmettre vers l'extérieur dudit moyeu l'énergie provenant desdits fils desdits ensembles de bobinages ( 7).