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"Réglage automatique du flux magnétique dans les généra- trices électriques".
La présente invention est relative à un dispositif de réglage automatique du flux magnétique dans des gêné] trices électriques, en particulier des génératrices pour bicyclettes, qui sont faites de façon à fournir une tension constante à des vitesses de rotation variables et qui comportent, dans ce but, un ou plusieurs shunts magnétiques actionnés par la force centrifuge, une fore de rappel s'opposant à cette force centrifuge. Ces shunts sont faits, lors d'une augmentation ou d'une diminution de la vitesse de rotation, de manière à fair passer une partie plus grande ou plus petite respective
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ment du flux magnétique dans les enroulements d'induit.
Les génératrices de ce type comportent, en général, un nombre pair de champs magnétiques, des aimants consécutifs ayant des polarités opposées. En particulier, dans de petites génératrices, les aimants sont, en général, du type permanent. Dans les formes de réalisation actuelle- ment connues, les aimants sont, en général, placés sur le rotor et l'induit sur le stator et les shunts coopèrent avec les aimants permanents du rotor- Toutefois, on a constaté que lorsque les shunts commencent à porter contre les aimants à de grandes vitesses, de telle sorte que ces aimants sont magnétiquement en court-circuit, ils adhèrent aux aimants et restent dans cette position même si ensuite la vitesse de rotation tombe beaucoup.
Pour éviter cet inconvénient, on a muni les sRunts de couches non magnéti- ques intercalées, d'axes d'arrêt ou organes analogues,de façon à empêcher un contact direct entre les shunts et l'aimant. Ceci ne constitue cependant pas une solution idéale parce que l'on empêche ainsi le court-circuit magnétique d'être presque complet aux grandes vitesses.
La présente invention se propose, entre autres, de permettre d'obtenir un court-circuit magnétique complet à de grandes vitesses tout en évitant les inconvénients ci- dessus et d'obtenir, en même temps, une simplification de la génératrice .L'invention est basée sur l'idée que les shunts doivent shunter des champs ma nétiques alternés au lieu de champs magnétiques constants, de sorte que l'on évite l'adhérence résiduelle de parties magnétiques au contact les unes des autres. L'invention est applica- ble, de façon particulièrement avantageuse, lorsque la génératrice comporte un induit tournant et des aimants fixes. L'induit doit avoir des pôles prononcés entre lesquels les shunts forment un ou plusieurs pontsmagné-
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tiques.
Les shunts peuvent alors, en étant déportés, se déplacer suivant des trajectoires sensiblement perpendicu- laires à l'axe de rotation de la génératrice ou parallèles à cet axe ou faisant avec lui un angle aigu . On a constaté que l'on obtenait des formes de réalisation par- ticulièrement avantageuses lorsque les pôles de l'in- duit comportent des pièces polaires les prolongeant dans le sens de l'axe, entre lesquels et l'axe de rotation sont disposés les shunts.
On comprendra mieux l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est une coupe longitudinale d'une forme de réalisation de l'invention.
La figure 2 est une coupe schématique suivant la ligne 2-2 de la fig- 1, certaines parties étant supprimées.
La figure 3 est une coupe correspondant à celle de la figure 2, mais les pièces occupant des positions différentes.
Les figures 4 et 5 représentent en perspective et vus de coté, respectivement,deux détails.
La figure 6 est une coupe longitudinale schémati- que d'une autre forme de réalisation.
La figure 7 est une coupe transversale suivant la ligne 7-7 de la fig. 6.
La figure 8 est une coupe longitudinale d'une deuxième variante.
La figure 9 est une vue en bout en regardant à par- tir de la ligne 9-9 de la figure 8.
Dans la forme de réalisation représentée sur les figures 1 à 5, les aimants de champ sont disposés de façon connue . Bn ainant permanent 1 en forme de tronc de cône, comportant un alésage central 2, induit un magné- tisne constant dans les deux pièces polaires opposées et 4, d'une certaine polarité, et dans les pièces polaires
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intermédiaires ± et 6, de polarité opposée. Un induit 7 est calé sur l'arbre 2 de la génératrice qui tourne dans un palier 9 monté dans l'alésage 2. L'induit 1 comporte quatre bras sur chacun desquels se trouve un enroule- ment d'induit 10 .
Ces enroulements d'induit sont reliés les uns aux autres en série ou en parallèle et l'un des pôles électriques de l'induit est relié à la masse de fer de l'arbre de la génératrice , tandis que l'autre pôle est relié par un fil 11 , passant dans une douille isolée du couvercle 12 de la génératrice, à une borne
13.Les bras de l'induit 1 sent munis dur l'un de leurs cotés par rapport à l'axe, de pièces polaires 14 qui sont prolongées dans le sens de l'axe d'une quantité suffi- sante pour entourer le dispositif régulateur que l'on va maintenant décrire. Sur l'arbre 8, au voisinage de l'enroulement 10 d'induit, il y a un disque isolant 15 et un shunt 16 en fer doux, qui est fixe par rapport à l'arbre ± et qui participe à la rotation de l'induit.
Ce shunt fixe à la forme d'un disque circulaire dont le pourtour est à une distance des pièces polaires 14 telle que ce shunt n'attire sensiblement pas le champ alterna- tif magnétique passant entre les pièces polaires 14 de l'induit. Suri 'arbre 2 , il y a en outre une bague ou douille 17 (voir fig. 4). Lntre les surfaces portantes
18, dirigées suivant l'axe, de cette douille et l'arbre 8 se trouvent les parties centrales de deux ressorts à lame 12 . Les ressorts 19 présentent une cavité 20 dont les bords 21 viennent en prise dans des découpures correspondantes 29 de la douille 17. De cette façon, les ressorts sont maintenus longitudinalement ainsi que transversalement.
Les deux shunts 22 , pouvant se déplacer, sont munis de saillies 11 sous lesquelles les ressorts à. lame 12 viennent en prise . Le shunt 22 est fait de deux parties semi-circulaires en fer doux qui
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sont portées par les ressorts 19.
Dans la forme de réalisation représentée, il y a trois ehunts dont l'un 16 est fixe sur l'arbre 8 de la génératrice , tandis que deux shunts 22 coopèrent magnéto quement avec le shunt fixe 16 et peuvent se déplacer par rapport aux pièces polaires de façon à pouvoir influer sur le champ magnétique alternatif qui @ passe. Toutefois rien n'enpêche qu'il n'y ait qu'un shunt mobile, ou un fixe et un mobile, ou un fixe et plusieurs mobiles, ou seulement plusieurs mobiles, etc...
Etant donné que, dans la forme de réalisation repré- sentée, les shunts 22 peuvent coulisser le long du shunt fixe 16, on obtient un accouplement magnétique satisfais: entre les deux shunts.
Le dispositif fonctionne de la façon suivante. Lorsqt l'arbre $ tourne à faible vitesse, les shunts 22 sont maintenus par les ressorts 19 dans les positions visibles sur la figure 2. Le flux constant provenant des pôles à 6 passe alors, pour la plus grande partie, par les pièces polaires 14 de l'induit pendant qu'elles sont re- liées aux enroulements 10 de l'induit de sorte que la force électromotrice induite atteint une valeur aussi grande que possible pour cette vitesse de rotation.
Toutefois, si la vitesse augmente, la force centrifuge commence à agir sur les shunts 22 de sorte qu'ils se dé- placent radialeraent vers l'extérieur et qu'ils commencent à attirer une partie du flux alternatif magnétique et à le faire passer dans les enroulements d'induit de manière à réduire le flux alternatif restant passant dans les enroulements d'induit, flux qui est décisif pour la tension de la génératrice. A vitesse relativement grande, les shunts 22 s'écartent dans une mesure telle que leur pourtour porte directement contre les pièces polaires 14
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-"" w,,....... '1"" lrGylGJr1 DUn" iVüi'1Wt711W ülGtlC:3 par le.3 shunts 22 et 16 .
Comme le flux magnétique passant dans les pièces 14, 22 et 16 est alternatif, comme on l'a dit ci-dessus, les pièces n'ont pas tendance à adhérer les unes aux autres et elles peuvent être ramenées facilement dans leurs positions de départ par la force des ressorts 19, dès que la vitesse commence à tomber. On a constaté,en pratique, qu'il est possible grâce à cela, de maintenir sensiblement constante la tension fournie dans une grande gamme de variations de vitesse.
Dans la variante des figures 6 et 7, il n'y a qu'un shunt constitué par un ressort circulaire ouvert 24, dont une extrémité 25 est fixée sur une douille carrée 26 de l'arbre $ de la génératrice. Lorsque la vitesse de rotation augmente, le ressort 24 s'écarte radialement vers l'extérieur, en antagonisme à sa tension propre, en se rapprochant des pièces polaires 14 de l'in- duit, ce qui fait qu'une partie plus ou moins grande du flux magnétique alternatif va, par le ressort, dans les enroulements 10 d'armature .
Dans la variante des figures 8 et 9, il y a quatre shunts 22 qui sont portés par un ressort à lame comportant quatre bras élastiques 27. Le centre du ressort à lame est fixé sur l'arbre.$ de la génératrice à l'aide d'un écrou ou organe analogue 28. Les shunts 22, lors d'une augmentation de la vitesse de rotation, sont poussés par la @rce centrifuge de manière à coopérer magnétique- ment , de façon de plus en plus intime, avec les pôles 14 de l'induit et à faire passer une partie, allant en augmentant, du flux alternatif .iagnétique total dans les enroulements d'induit 10 .
Dans ce qui précède, on a supposé que l'induit
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tournait alors que les aimante de champ étaient fixes.
Il n'y a toutefois pas d'inconvénient à ce que les aima de champ tournent et que l'induit soit un stator les entourant. Toutefois, également en ce cas, les shunts actionnés par la force centrifuge coopèrent suivant la présente invention, en tournant, avec les pôles fixes d l'induit au lieu de le faire avec les aimants de champ, afin d'éviter l'adhérence qui, autrement, serait inévit ble.
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"Automatic adjustment of the magnetic flux in electric generators".
The present invention relates to a device for automatic adjustment of the magnetic flux in electric generators, in particular generators for bicycles, which are made so as to provide a constant voltage at variable rotational speeds and which include, in this goal, one or more magnetic shunts actuated by the centrifugal force, a return drill opposing this centrifugal force. These shunts are made, during an increase or decrease in the speed of rotation, so as to pass a larger or smaller respective part
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ment of the magnetic flux in the armature windings.
Generators of this type generally have an even number of magnetic fields, consecutive magnets having opposite polarities. In particular, in small generators, the magnets are generally of the permanent type. In the presently known embodiments, the magnets are generally placed on the rotor and the armature on the stator and the shunts cooperate with the permanent magnets of the rotor. However, it has been found that when the shunts start to fall. wear against the magnets at high speeds, so that these magnets are magnetically shorted, they adhere to the magnets and remain in this position even if thereafter the rotational speed drops a lot.
To avoid this drawback, the sRunts were provided with interposed non-magnetic layers, stop pins or the like, so as to prevent direct contact between the shunts and the magnet. This is not, however, an ideal solution because this prevents the magnetic short circuit from being almost complete at high speeds.
The present invention proposes, among other things, to make it possible to obtain a complete magnetic short-circuit at high speeds while avoiding the above drawbacks and to obtain, at the same time, a simplification of the generator. is based on the idea that shunts should shunt alternating magnetic fields instead of constant magnetic fields, so that residual adhesion of magnetic parts in contact with each other is avoided. The invention is applicable, in a particularly advantageous manner, when the generator comprises a rotating armature and fixed magnets. The armature must have pronounced poles between which the shunts form one or more magnetic bridges.
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ticks.
The shunts can then, by being offset, move along paths that are substantially perpendicular to the axis of rotation of the generator or parallel to this axis or forming an acute angle with it. It has been found that particularly advantageous embodiments are obtained when the poles of the inductor comprise pole pieces extending them in the direction of the axis, between which and the axis of rotation are arranged. shunts.
The invention will be better understood by referring to the accompanying drawings in which:
Figure 1 is a longitudinal section of one embodiment of the invention.
Figure 2 is a schematic section taken on line 2-2 of Figure 1, some parts being deleted.
FIG. 3 is a section corresponding to that of FIG. 2, but the parts occupying different positions.
Figures 4 and 5 show in perspective and seen from the side, respectively, two details.
Figure 6 is a schematic longitudinal section of another embodiment.
Figure 7 is a cross section taken on line 7-7 of fig. 6.
FIG. 8 is a longitudinal section of a second variant.
Figure 9 is an end view looking from line 9-9 of Figure 8.
In the embodiment shown in Figures 1 to 5, the field magnets are arranged in a known manner. Permanent bn 1 in the form of a truncated cone, comprising a central bore 2, induces a constant magnetism in the two opposite pole pieces and 4, of a certain polarity, and in the pole pieces
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intermediates ± and 6, of opposite polarity. An armature 7 is wedged on the shaft 2 of the generator which rotates in a bearing 9 mounted in the bore 2. The armature 1 comprises four arms on each of which there is an armature winding 10.
These armature windings are connected to each other in series or in parallel and one of the electrical poles of the armature is connected to the iron ground of the generator shaft, while the other pole is connected. by a wire 11, passing through an insulated socket of the cover 12 of the generator, to a terminal
13. The arms of the armature 1 feel provided hard on one of their sides relative to the axis, with pole pieces 14 which are extended in the direction of the axis by a sufficient quantity to surround the device. regulator which we will now describe. On the shaft 8, in the vicinity of the armature winding 10, there is an insulating disc 15 and a soft iron shunt 16, which is fixed relative to the shaft ± and which participates in the rotation of the 'induced.
This fixed shunt in the form of a circular disc, the periphery of which is at a distance from the pole pieces 14 such that this shunt does not substantially attract the magnetic alternating field passing between the pole pieces 14 of the armature. On the shaft 2, there is also a ring or bush 17 (see fig. 4). Between bearing surfaces
18, directed along the axis, of this bush and the shaft 8 are the central parts of two leaf springs 12. The springs 19 have a cavity 20, the edges 21 of which engage in corresponding cutouts 29 of the sleeve 17. In this way, the springs are held longitudinally as well as transversely.
The two shunts 22, able to move, are provided with projections 11 under which the springs. blade 12 engage. Shunt 22 is made of two semi-circular parts of soft iron which
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are carried by the springs 19.
In the embodiment shown, there are three ehunts, one of which 16 is fixed on the shaft 8 of the generator, while two shunts 22 cooperate magneto cally with the fixed shunt 16 and can move relative to the pole pieces. so as to be able to influence the passing alternating magnetic field. However, nothing prevents that there is only one mobile shunt, or a fixed and a mobile, or a fixed and several mobiles, or only several mobiles, etc ...
Since, in the illustrated embodiment, the shunts 22 can slide along the fixed shunt 16, a satisfactory magnetic coupling is obtained between the two shunts.
The device operates as follows. When the shaft $ turns at low speed, the shunts 22 are held by the springs 19 in the positions visible in figure 2. The constant flux coming from the poles at 6 then passes, for the most part, through the pole pieces 14 of the armature while they are connected to the armature windings 10 so that the induced electromotive force reaches as large a value as possible for this rotational speed.
However, if the speed increases, centrifugal force begins to act on the shunts 22 so that they move radially outward and begin to attract part of the magnetic alternating flux and pass it through. the armature windings so as to reduce the alternating flux remaining passing through the armature windings, which flux is decisive for the voltage of the generator. At relatively high speed, the shunts 22 move apart to such an extent that their periphery bears directly against the pole pieces 14
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- "" w ,, ....... '1 "" lrGylGJr1 DUn "iVüi'1Wt711W ülGtlC: 3 by 3 shunts 22 and 16.
As the magnetic flux passing through parts 14, 22 and 16 is alternating, as said above, the parts do not tend to adhere to each other and they can be easily returned to their starting positions. by the force of the springs 19, as soon as the speed begins to drop. It has been found, in practice, that it is possible by this to keep the voltage supplied substantially constant over a wide range of speed variations.
In the variant of Figures 6 and 7, there is only one shunt consisting of an open circular spring 24, one end 25 of which is fixed to a square bush 26 of the shaft $ of the generator. When the speed of rotation increases, the spring 24 moves radially outwards, in antagonism to its own tension, by approaching the pole pieces 14 of the tip, which makes that a part more or less large of the alternating magnetic flux goes, by the spring, into the armature windings 10.
In the variant of Figures 8 and 9, there are four shunts 22 which are carried by a leaf spring having four resilient arms 27. The center of the leaf spring is fixed to the shaft of the generator using a nut or the like 28. The shunts 22, during an increase in the speed of rotation, are pushed by the centrifugal @rce so as to cooperate magnetically, in an increasingly intimate manner, with the poles 14 of the armature and to pass an increasing part of the total magnetic alternating flux through the armature windings 10.
In the above, it has been assumed that the armature
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rotated while the field magnets were stationary.
However, there is no problem with the field magnets rotating and the armature being a stator surrounding them. However, also in this case, the shunts actuated by centrifugal force cooperate according to the present invention, by rotating, with the fixed poles of the armature instead of doing so with the field magnets, in order to avoid the adhesion which. , otherwise, would be inevitable.