Brevet FR2753315A1 — publié le 19980313

GENERATRICE DYNAMOELECTRIOUE BASSE VITESSE. NOTAMMENT POUR BICYCLETTE. La présente invention concerne une génératrice dynamoélectrique basse vitesse. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la production d'électricité sur un véhicule, et en particulier à la production d'électricité d'éclairage de signalisation sur les bicyclettes, telles que les bicyclettes dites "tout terrain". Actuellement, la production d'électricité sur les bicyclettes est obtenue par une dynamo à galet entrainée par friction sur le pneu de la bicyclette. Il s'avère que les dynamos de ce type présentent de nombreux inconvénients. Tout d'abord, le galet est de faible diamètre par rapport à celui du pneu. Il est donc entraîné à une vitesse élevée, ce qui génère du bruit ainsi que des frottements qui demandent un effort supplémentaire de la part de l'utilisateur de la bicyclette et affectent la fiabilité et la durée de vie de la dynamo. Le mode d'entraînement de la dynamo implique que la zone du pneu en contact avec le galet soit suffisamment lisse, il est donc incompatible avec les pneus des bicyclettes tout terrain, qui présentent des crampons proéminents y compris sur les zones latérales. Les dynamos de ce type sont fixées sur le cadre de la bicyclette au moyen d'un support articulé réglable, permettant un positionnement correct du galet sur le pneu. Un tel support est donc fragile et peut se dérégler facilement. Pour tenter de supprimer ces inconvénients, les demandes de brevet N" 2 356 301 et N" 2 572 865 ont proposé de placer la dynamo au niveau du moyeu de la roue. Toutefois, dans ces solutions, la dynamo n'est pas centrée sur le moyeu, ce qui déséquilibre la roue. Par ailleurs, il n'est pas possible d'assurer l'étanchéité de la jonction périphérique entre le rotor et le stator de la dynamo, pour empêcher la pénétration de poussières et de l'humidité dans la dynamo. Cet inconvénient affecte considérablement la durée de vie de la dynamo, compte tenu de son utilisation sur un véhicule tel qu'une bicyclette. En outre, comme la dynamo est placée sur le moyeu, elle est entraînée à faible vitesse. Elle présente donc un rendement insuffisant pour assurer l'éclairage à l'avant et à l'arrière de la bicyclette. La présente invention a pour but de supprimer ces inconvénients. A cet effet, elle propose une génératrice de type dynamoélectrique à aimants permanents montée sur l'axe d'une roue. Selon l'invention, cette génératrice est caractérisée en ce qu'elle comprend: - un carter étanche présentant une forme à symétrie de révolution, fixé à la roue et monté librement rotatif et coaxialement sur l'axe de la roue, - un rotor comprenant une pluralité de pôles magnétiques alternés nord, sud réalisés par des aimants permanents fixés sur la paroi annulaire intérieure du carter, et - un stator solidaire de l'axe de la roue, disposé dans le carter et comprenant un ensemble d'enroulements coaxiaux à l'axe de la roue, associé à un circuit magnétique formant une succession de pôles alternés, disposés en regard et à faible distance des aimants permanents du rotor. Grâce à ces dispositions, l'étanchéité complète du carter de la génératrice est réalisée au niveau de la fixation du carter sur l'axe de la roue, cette fixation étant avantageusement réalisée par des paliers à roulements à billes. La génératrice selon l'invention est donc complètement protégée contre l'humidité et la poussière, et fonctionne sans frottement. Elle présente une bonne longévité et son entraînement ne nécessite pas d'effort supplémentaire en l'absence de charge électrique. En présence d'une charge électrique (d'éclairage ou de recharge de batterie), un faible couple d'entraînement (environ 1 Nm) apparaît pour vaincre les forces magnétiques qui règnent entre le rotor et le stator, ce couple étant nettement inférieur à celui qui est nécessaire pour entraîner une dynamo traditionnelle. Par ailleurs, cette génératrice permet de délivrer un courant alternatif dont la fréquence dépend de la vitesse de rotation de la roue, qui convient parfaitement à l'alimentation d'ampoules traditionnelles à incandescence. Elle peut également alimenter par l'intermédiaire d'un redresseur, un circuit électrique tel que par exemple un circuit de charge d'une batterie d'accumulateurs ou un circuit d'éclairage à diodes. Pour obtenir un rendement important à faible vitesse, il suffit de prévoir un nombre important de pôles magnétiques sur le rotor, en correspondance avec un circuit magnétique approprié. Avantageusement, le rotor comprend une couronne de bouclage magnétique sur laquelle sont fixés les aimants permanents, ce qui permet d'améliorer encore le rendement de la génératrice aux faibles vitesses. Un mode de réalisation de la génératrice selon l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 montre en vue de profil partiellement coupée une génératrice selon l'invention, montée sur l'axe d'une roue de bicyclette; La figure 2 montre en vue suivant l'axe de la roue l'intérieur du carter de la génératrice représentée sur la figure 1. Sur les figures 1 et 2, la génératrice dynamoélectrique présente une structure à symétrie de révolution et par rapport à un plan médian. Elle comprend: - un disque 1 de support du stator en matériau non magnétique et de forme cylindrique de relativement grand diamètre et de faible épaisseur, - un stator constitué par un solénoïde 10 enroulé dans un circuit magnétique 8 de forme annulaire fixé sur la paroi annulaire du disque support 1, - un carter 4 de faible épaisseur, ayant une forme à symétrie de révolution, et logeant le stator, et - un rotor constitué par des aimants permanents 9 uniformément répartis sur la face annulaire intérieure du carter, de manière à présenter des pôles alternativement nord et sud. Le disque support 1 est solidaire d'un moyeu 19 coaxial tubulaire s'étendant de part et d'autre des faces circulaires opposées du disque, dans lequel est engagé et fixé l'axe 2 de la roue. Le carter 4 est constitué de deux demi carters 14, 15 sensiblement à symétrie de révolution, et symétriques l'un par rapport à l'autre, ces deux demi carters étant fixés l'un à l'autre de manière étanche, par exemple par collage. A cet effet, les bords d'assemblage des deux demi carters 14, 15 sont élargis radialement pour faciliter leur assemblage avec étanchéité. Le carter 4 est par ailleurs muni de deux ouvertures coaxiales 16 permettant le passage de l'axe 2 lorsque le stator se trouve à l'intérieur. I1 est monté librement rotatif sur l'axe 2 passant par les deux ouvertures 16, au moyen de paliers à roulements à bille 3 engagés sur l'axe 2 de part et d'autre du moyeu 19 et fermant les ouvertures 16. Ainsi, l'étanchéité complète du carter est réalisée par les deux paliers 3. L'axe 2 est muni d'un canal 13 coaxial débouchant d'un côté à une de ses extrémités et de l'autre au niveau du disque support 1, ce canal servant au passage d'un fil électriquement conducteur reliant l'une des bornes de connexion du solénoïde 10 du stator, à un point fixe à l'extérieur du carter, l'autre borne du solénoïde étant reliée à la masse. Les aimants permanents 9 du rotor sont avantageusement fixés, par exemple par collage, sur une couronne métallique 1 1 assurant le bouclage du circuit magnétique du rotor, cette couronne étant elle-même fixée, également par collage sur la paroi annulaire intérieure du carter 4. Le circuit magnétique 8 du stator délimite un espace de forme torique à section de génératrice rectangulaire ou carrée, dans laquelle est insérée la bobine du solénoïde 10, et dont le grand diamètre est légèrement inférieur à celui du cercle tangent aux faces des aimants permanents 9, tournées vers l'intérieur du carter 4. I1 est constitué de deux couronnes métalliques 17, 18 symétriques l'une par rapport à l'autre, regroupant respectivement les pôles nord et les pôles sud du solénoïde. Chacune de ces couronnes présente une portion tubulaire cylindrique dont un bord est prolongé vers l'extérieur par des dents uniformément réparties sur toute la périphérie comprenant chacune une première portion sensiblement rectangulaire s'étendant radialement et prolongée par et une seconde portion sensiblement trapézoïdale, s'étendant axialement en direction de l'autre bord. Pour former le circuit magnétique, les deux couronnes sont fixées l'une à l'autre de manière coaxiale, par exemple par soudure, les portions axiales des dents respectives des deux couronnes étant orientées les unes vers les autres et s'entrecroisant de manière à former une succession de pôles nord en alternance avec des pôles sud. Le nombre de ces dents correspond au nombre d'aimants permanents constituant le rotor. La forme trapézoïdale de la seconde portion des dents permet avantageusement de limiter les pertes magnétiques. Ainsi, pour un diamètre extérieur de stator de 18 cm et 40 pôles, la génératrice fournit une force électromotrice de 8 à 10 volts à partir de 100 tours par minute, ce qui correspond à une puissance électrique nominale de 3 W. Le disque support 1 est montré plein sur la figure 1. Celui-ci peut toutefois être creux pour loger un éventuel circuit électronique, par exemple un circuit de régulation ou redresseur. Une telle génératrice peut avantageusement être montée sur une roue de bicyclette à rayons 6 grâce à deux flasques annulaires 5 présentant une partie centrale cylindrique engagée et fixée respectivement sur les deux extrémités opposées du moyeu 19 du stator de manière à laisser libre le passage de l'axe 2, et une partie périphérique s'étendant radialement et munie d'une pluralité de perçages uniformément répartis le long de son bord périphérique extérieur, dans lesquels sont engagées les extrémités des rayons 6 de la roue. Le montage de la roue sur le cadre de la bicyclette se fait de manière classique au moyen de deux écrous 7, 20 engagées sur les deux extrémités filetées de l'axe 2. On peut prévoir d'équiper la bicyclette d'une batterie d'accumulateurs et d'un circuit de charge de la batterie, de manière à assurer l'éclairage de la bicyclette, même à l'arrêt. Bien entendu, une telle génératrice peut être montée sur d'autre types de roues, et être utilisée dans d'autres applications. Par exemple, elle est tout à fait adaptée pour être montée sur une éolienne. REVENDICATIONS 1. Génératrice de type dynamoélectrique à aimants permanents montée sur un axe de roue, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un carter (4) étanche ayant une forme à symétrie de révolution, fixé à la roue, et monté librement rotatif et coaxialement sur l'axe (2) de la roue au moyen d'une liaison fermant le carter de manière étanche, - un rotor comprenant une pluralité de pôles magnétiques alternés nord, sud réalisés par des aimants permanents (9) fixés sur la paroi annulaire intérieure du carter (4), et - un stator coaxial solidaire de l'axe (2) de la roue, disposé dans le carter (4) et comprenant un ensemble d'enroulements (10) coaxiaux à l'axe (2) de la roue, associé à un circuit magnétique (8) formant une succession de pôles alternés, disposés en regard et à faible distance des aimants permanents (9) du rotor. 2. Génératrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que le carter (4) est monté sur l'axe (2) de la roue au moyen de paliers à roulements à billes (3). 3. Génératrice selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le rotor comprend une couronne de bouclage magnétique (11) fixée sur la paroi annulaire intérieure du carter (4), sur laquelle sont fixés les aimants permanents (9). 4. Génératrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit magnétique (8) du stator présente une forme torique dans laquelle est disposé l'ensemble des enroulements (10). 5. Génératrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit magnétique (8) du stator comprend deux couronnes (17, 18) annulaires symétriques l'une par rapport à l'autre, comportant chacune une pluralité de dents (28) uniformément réparties sur toute leur périphérie et s'étendant radialement, et recourbées axialement, les deux couronnes étant fixées l'une à l'autre de manière à ce que leurs dents respectives s'entrecroisent les unes avec les autres et délimitent avec les couronnes un espace intérieur dans lequel est logé l'ensemble des enroulements (10). 6. Génératrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le carter est constitué de deux demi carters à symétrie de révolution, symétriques et assemblés l'un à l'autre de manière étanche. 7. Génératrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'ensemble des enroulements (10) est connecté électriquement d'un côté à la masse et de l'autre à un point fixe à l'extérieur du carter (4) par l'intermédiaire d'un fil conducteur passant par un canal (13) coaxial à l'axe (2) de la roue. 8. Génératrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend environ 40 pôles. 9. Génératrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le carter (4) est fixé à la roue au moyen de deux couronnes annulaires (5) fixées respectivement sur les deux faces opposées du carter (4), coaxialement à l'axe (2) de la roue, ces couronnes étant fixées à la roue par l'intermédiaire de rayons (6). 10. Génératrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que circuit magnétique (8) du stator est fixé sur un disque support (1) fixé coaxialement à l'axe (2) de la roue. 11. Génératrice selon la revendication 10, caractérisée en ce que le disque support (1) est creux et renferme un circuit électronique. 12. Bicyclette sur laquelle est montée la génératrice selon l'une des revendications précédentes. 13. Bicyclette selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend une batterie d'accumulateurs connectée à la génératrice par l'intermédiaire d'un circuit de charge de la batterie.