**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.
REVENDICATIONS
1. Génératrice de courant électrique alternatif comprenant un stator multipolaire portant des enroulements de génération électrique et un rotor formé d'un aimant permanent à aimantation axiale et de deux pièces multipolaires faites d'un matériau à bonne perméabilité magnétique et comportant chacune une joue appliquée respectivement contre une des faces magnétiques de l'aimant permanent de la joue autour de la périphérie de l'aimant permanent de façon à former des pôles du stator, caractérisée en ce que ledit aimant permanent est fait d'une substance ferromagnétique Åa rémanence élevée et faible champ coercitif et en ce qu'un bobinage en court-circuit est établi autour de la périphérie de l'aimant permanent, entre celle-ci et les pôles alternés desdites piéces polaires.
2. Génératrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que les enroulements du stator sont faits pour supporter en permanence le courant de court-circuit, de même ordre de grandeur que le courant nominal, à une fréquence inférieure ou égale à 65 Hz.
3. Génératrice selon les revendications I et 2, caractérisée en ce que les réluctances magnétiques du stator et du rotor sont établies de façon telle qu'un fonctionnement en régime de court-circuit permanent ne désaimante pas ledit aimant permanent du rotor.
4. Génératrice selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les réluctances magnétiques du stator et du rotor et les paramètres du bobinage de stator et dudit bobinage en court-circuit, sont tels qu'aucun régime transitoire même mono ou biphasé n'est capable de désaimanter ledit aimant permanent du rotor.
5. Génératrice selon l'une des revendications I à 4, caractérisée en ce qu'elle est agencée pour fournir un courant triphasé.
6. Procédé de fabrication de la génératrice selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour magnétiser ledit aimant permanent qui ne conserve son aimantation rémanente qu'en circuit magnétique substantiellement fermé, et pour établir ledit enroulement en courtcircuit, on dispose autour du rotor un enroulement dont les deux extrémités sont libres, on dispose lesdites pièces polaires autour de l'aimant permanent et de cet enroulement, puis on connecte les deux extrémités libres de cet enroulement à une source de tension continue de façon à faire passer dans cet enroulement un courant de magnétisation de l'aimant permanent, ensuite de quoi, sans enlever lesdites pièces polaires, on court-circuite les deux extrémités libres de l'enroulement de façon que ce dernier forme ledit enroulement en court-circuit.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on fait passer ledit courant dans l'enroulement de magnétisation de l'aimant permanent alors que le rotor est déjà monté dans le stator.
La présente invention concerne une génératrice de courant électrique alternatif comprenant un stator multipolaire portant des enroulements de génération électrique et un rotor formé d'un aimant permanent à aimantation axiale et de deux pièces multipolaires faites d'un matériau à bonne perméabilité magnétique et comportant chacune une joue appliquée respectivement contre une des faces magnétiques de l'aimant permanent et une pluralité de pôles s'étendant depuis la périphérie de la joue autour de la périphérie de l'aimant permanent de façon à former des pôles du stator.
L'invention concerne également un procédé de fabrication de cette génératrice.
On connaît des génératrices répondant à la définition générique ci-dessus. Un tel type de génératrice, fournissant un courant alternatif monophasé, était notamment constitué par les anciennes dynamos fournissant le courant d'éclairage des bicyclettes.
Un problème se pose toutefois en ce qui concerne la constitution de l'aimant permanent, dés que l'on tient à pouvoir prélever une certaines puissance électrique de la génératrice. En effet, les aimants permanents couramment utilisables pour une telle utilisation se répartissent en deux groupes, à savoir, les aimants permanents du type ferritique, qui présentent un fort champ coercitif mais une faible induction rémanente, et les aimants permanents du type fer-cobalt qui présentent une aimantation rémanente très élevée mais un faible champ coercitif. Les aimants permanents du premier type, utilisés notamment dans les dynamos de bicyclette, conservent leur aimantation même lorsqu'ils sont stockés sans se trouver dans un circuit magnétique, ce qui fait qu'ils sont d'un emploi facile.
Par contre, leur faible aimantation rémanente, de l'ordre de 0,2 T, ne permet guère leur utilisation pour constituer une génératrice d'une certaine puissance, à moins d'admettre que celui-ci ait un encombrement excessif compte tenu de sa puissance. Les aimants permanents du second type se prêtent par contre mieux, du fait de leur magnétisation rémanente élevée (qui peut atteindre, voire dépasser 1 à 1,5 T), à la réalisation d'une génératrice de puissance relativement élevée et d'encombrement modeste. Par contre, ils présentent le grand inconvénient de ne pas pouvoir être prémagnètisés, puis stockés, puis montés dans un rotor pour la fabrication de la génératrice, étant donné qu'ils perdent leur aimantation rémanente dès qu'ils ne se trouvent plus à l'intérieur d'un circuit magnétique substantiellement fermé (ne contenant que de petits entrefers).
Même s'il est possible de mainte nir ces aimants permanents à l'intérieur d'un circuit magnétique, dés l'instant où ils sont magnétisés jusqu'à l'instant où ils sont montés conjointement à des pièces polaires pour former un rotor, il n'est pas possible d'éviter un passage à l'extérieur d'un circuit magnétique au moment du montage des pièces polaires. Pour fabriquer un tel rotor, on en vient donc à l'idée de magnétiser l'aimant permanent seulement lorsqu'il est monté dans son circuit magnétisé, ou au moins entre ses deux pièces polaires, lesquelles, malgré un certain entrefer, forment un circuit magnétique qu'on peut déjà qualifier de fermé.
Cela implique qu'un bobinage soit établi autour de l'aimant permanent et qu'on le fasse traverser par un courant au moment où les pièces polaires sont en place. Ensuite, il n'est plus question d'éloigner les pièces polaires, et le démontage de ce bobinage, s'il s'agit d'un bobinage de fabrication, se révélerait très difficile (il faudrait pratiquement le dévider, en le faisant tourner autour de l'aimant permanent, sous les pôles des piéces polaires).
Une génératrice du type en question, telle qu'elle était réalisable jusqu'à maintenant, présentait de plus l'inconvénient d'être relativement sensible aux chocs de démagnétisation. Bien que le flux magnétique circule toujours dans le même sens dans l'aimant, des forces magnétomotrices de désaimantation, de courte durée mais relativement importantes, peuvent se présenter lors des chocs de courant, par exemple lorsque l'on enclenche sur la génératrice un utilisateur d'une certaine puissance. Il serait donc avantageux de pouvoir munir une telle génératrice d'un dispositif de protection à l'égard des chocs de désaimantation.
Le but de la présente invention est de fournir une génératrice du type générique précédemment défini et qui ne présente pas les inconvénients susmentionnés, notamment les inconvénients de difficulté de fabrication en ce qui concerne l'aimantation du rotor, et de risque de démagnétisation lors de chocs démagnétisants.
Conformément à l'invention, ce but est atteint par la présence des caractères énoncés dans les revendications indépendantes an nexées.
Les revendications dépendantes définissent des formes d'exécution ou des modes de mise en oeuvre particulièrement avantageux pour une fabrication et une utilisation rationnelles de la génératrice.
D'une façon générale, on remarque que l'inconvénient d'avoir à disposer un bobinage de magnétisation pour effectuer la magnétisation en place se transforme en un avantage, car le bobinage de magnétisation, une fois qu'il a été utilisé comme tel lors de la fabrication, subsiste, ses extrémités étant court-circuitées, en tant que bobinage qui va s'opposer à toute variation de flux magnétique dans l'aimant permanent, c'est-à-dire qui va protéger cet aiment permanent des risques de démagnétisation lors des chocs démagnétisants.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'exécu
tion de l'objet de l'invention; dans ce dessin:
la fig. 1 est une vue en coupe d'une génératrice du type en question, et
la fig. 2 est une vue en perspective éclatée des pièces principales constituant le rotor de la génératrice de la fig. 1.
Au dessin, on voit que la forme d'exécution de génératrice en question comprend un socle 1 qui supporte un manteau 2, lequel est fermé latéralement (à droite et à gauche relativement à la figure) par deux joues respectivement 3 et 4. A l'intérieur du manteau 2 se trouve monté un stator, plus exactement un circuit magnétique de stator 5, qui est équipé d'un bobinage de stator 6 du type triphasé à huit paires de pôles, les enroulements de ce bobinage étant montés dans 72 encoches du circuit magnétique de stator 5. Sur le dessous du moteur, une boîte de connexion avec l'extérieur 7 est représentée schématiquement, les trois paires de fils d'extrémité 6a, 6b, 6c, respectivement des trois groupes d'enroulement du bobinage, aboutissent dans cette boîte de connexion 7 où ces fils sont connectés à des bornes non représentées.
La joue droite 3 porte un palier droit 8 et la joue gauche 4 porte un palier gauche 9. Ces paliers comportent des roulements à billes ou à rouleaux (non représentés), et un arbre 10 s'y trouve monté, de façon rotative par rapport aux parties fixes de la génératrice.
Cet arbre 10 comprend une portion centrale 10a formant un moyeu sur lequel se trouve monté un rotor désigné par le signe de référence général 11. Ce rotor comprend une première pièce polaire de rotor 12 et une seconde pièce polaire de rotor 13, entre lesquelles est situé un aimant permanent 14, aimanté axialement. La première pièce polaire 12 constituera ainsi par exemple un pôle Sud tandis que la seconde pièce polaire 13 constituera un pôle Nord, du fait de la magnétisation de l'aimant 14. A leur périphérie, les pièces polaires 12 et 13 comportent, comme cela est le mieux visible à la fig. 2, des pôles ou extrémités polaires respectivement 12a et 13a, qui se projettent axialement de façon à se trouver entrecroisés, de sorte qu'un pôle Nord alterne avec un pôle Sud.
Cette disposition, également dénommée à griffes, est connue dans un certain nombre de machines électriques rotatives, notamment les moteurs de faible puissance, et en particulier certains types de moteur pas à pas. Les extrémités polaires 12a, 13a, se trouvent disposées à l'intérieur du stator 5 et, lorsque l'arbre 10 tourne entraînant le rotor 11, ces extrémités polaires établissent un champ magnétique tournant dans l'entrefer et dans le bobinage de stator. Ce champ magnétique, dû à la présence de l'aimant permanent 14, induit une tension alternative dans les différents groupes d'enroulements du bobinage de stator 6. Il y a lieu de comprendre qu'un autre type de bobinage pourrait également être établi, pour fournir un courant différent d'un courant triphasé, par exemple un courant monophasé.
Des génératrices monophasées ou triphasées de ce type ont été réalisées le plus souvent à l'aide d'aimants permanents ne présentant qu'une induction permanente réduite, de l'ordre de 0,2 T, mais ayant par contre un fort champ coercitif. Dans ce cas, l'aimant permanent peut être prémagnétisé, il établit toujours dans le circuit magnétique de stator et de rotor un flux magnétique voisin de son flux magnétique rémanent dans un circuit magnétique fermé, mais ce flux est à faible induction, ce qui signifie qu'une grande surface est nécessaire pour un flux relativement important. Ces inconvénients sont secondaires tant que la génératrice ne doit fournir qu'une puissance relativement faible.
Dans la génératrice en question, qui doit pouvoir fournir une certaine puissance, on a choisi, pour constituer l'aimant permanent 14, un matériau au fer-cobalt qui assure des inductions rémanentes en circuit magnétique fermé beaucoup plus élevées, pouvant atteindre de 1 à 1,5 T. Le désavantage d'un tel aimant permanent au fercobalt est qu'il ne présente qu'un faible champ coercitif et que, lorsque, après avoir été magnétisé en circuit magnétique fermé, il est séparé de ce circuit magnétique, son induction rémanente tombe dans une forte mesure et ne se rétablit pas, même si l'aimant est remis ensuite dans un circuit magnétique. Dans ces conditions, l'uti- lisation de ce matériau au fer-cobalt implique que, une fois magnétisé, l'aimant parmanent 14 ne soit plus sorti du circuit magnétique dans lequel il a été magnétisé.
Pour magnétiser l'aimant permanent 14, on a prévu un bobinage de magnétisation de rotor 15 qui entoure l'élecro-aimant, de forme circulaire, 14, en étant situé sous les griffes 12a et 13a. Cet enroulement de magnétisation de rotor 15, formé de préférence d'un fil de cuivre isolé de section rectangulaire, peut être aisément mis en place, comme cela ressort de la fig. 2. Il ne pourrait par contre plus que très difficilement être enlevé une fois qu'il a servi à la magnétisation de l'aimant permanent 14, car il n'est alors plus possible, sous peine de désaimantation de l'aimant 14, de séparer les pièces polaires 12 et 13 de cet aimant 14.
Les deux fils d'extrémité 15a du bobinage de magnétisation 15 sont sortis par un interstice entre les pièces polaires 12a et 13a pour être connectés sur un dispositif de connexion (et de court-circuit) 16, fixé contre une face latérale de la pièce polaire 12. Ces fils sont, à cet endroit, raccordés préalablement à des cosses, et cet agencement permet de réaliser aisément la magnétisation de l'aimant 14 alors que la génératrice est déjà complètement montée. Pour cela, deux conducteurs isolés, venant d'un appareil de magnétisation extérieur, sont amenés à travers un perçage 18 ménagé dans la joue droite 3, approximativement en face du dispositif de connexion 16, et ces fils sont momentanément raccordés aux deux cosses auxquelles aboutissent les deux fils conducteurs 13a du bobinage de magnétisation de rotor (ou bobinage rotorique).
Le passage d'un courant intense, de l'ordre d'un ou de plusieurs milliers d'ampères, dans le bobinage de magnétisation 15, durant un temps très court, assure une bonne magnétisation de l'aimant permanent 14, déjà monté dans le rotor 11, lui-même déjà en place dans la génératrice, comprenant également le stator.
Durant cette magnétisation, le rotor reste immobile. Après la magnétisation, les conducteurs ayant délivré le courant de magnétisation sont retirés et la génératrice serait ainsi prête à fonctionner, le bobinage de magnétisation pouvant, en fait, être maintenu dans le rotor. Toutefois, dans ces conditions, ce bobinage de magnétisation constituerait un poids mort, sans utilité, que l'on pourrait songer à enlever, mais dont l'enlèvement impliquerait de grandes difficultés.
En l'occurrence, on tire un autre parti de la présence de ce bobinage de magnétisation 15. A cet effet, une partie conductrice 17 - barrette, ligne de soudure ou autre élément de commutation fiable est placée dans le dispositif de connexion 16 de façon à établir un court-circuit entre les deux extrémités de fils 1 Sa du bobinage de rotor. Ce dernier se trouve ainsi en court-circuit.
L'avantage d'avoir le bobinage rotorique 15 en court-circuit se manifeste en fonctionnement lorsque des chocs d'enclenchement de courant tendraient à provoquer une démagnétisation de l'aimant permanent 14. Puisque ce dernier est toujours parcouru par un flux magnétique allant dans le même sens, ses risques de démagnétisation par un phénomène durable sont relativement faibles. Par contre, les risques de démagnétisation lors d'un phénomène transitoire sont importants. Le bobinage 15 en court-circuit joue alors le rôle d'un bobinage tendant, par effet d'enroulement de retard en court-circuit, à s'opposer à toute variation rapide de flux dans l'aimant permanent 14.
Puisque les chocs de désaimantation sont principalement des phénomènes transitoires, L'effet de maintien du flux magnétique à l'encontre de vélléité de changement neutralise l'effet de ces chocs démagnétisants et empêche, dans une très large meure, la démagnétisation de l'aimant permanent 14 du rotor 11. Ainsi, la présence de l'enroulement 15 n'est plus un mal toléré mais un avantage recherché, du moment que cet enroulement est mis en court-circuit dans le dispositif de connexion et de court-circuit 16.
On remarque que, si nécessaire, une masselotte de compensation d'équilibrage peut être placée sur la pièce polaire 12 du rotor (d'une façon non dessinée). Par ailleurs, le dispositif 16 d'établissement de connexion de magnétisation et de court-circuit peut être placé dans la pièce polaire à l'intérieur d'une petite creusure dimensionnée de façon que la masse de la matière enlevée pour établir cette creusure soit égale à la masse du dispositif de connexion 16. Dans ces conditions, celui-ci ne perturbe pas l'équilibre du rotor et des masses d'équilibrage additionnelles ne sont même pas nécessaires.
La génératrice en question fournit de fort bonnes performances électriques. Elle est capable de délivrer une tension à vide d'approximativement 750 V et de fournir une puissance électrique de l'ordre de 5 kVA à la fréquence de 50 périodes/s, alors que son rotor est entraîné à une vitesse de 375 tr/min. Cette génératrice convient bien pour être entraînée par un dispositif moteur éolien, fonctionnant dans un domaine de vitesses relativement étroit à l'intérieur duquel se situe la vitesse nominale de 375 tr/min. Dans ces conditions,
L'énergie effective délivrée par la génératrice dépendra des conditions de vent, et, par vent fort, la génératrice sera mue avec un couple important et pourra délivrer un courant important.
Dans ces conditions, toutes différentes de celles d'un réseau de distribution, la tension délivrée par la génératrice pourra subir une importante chute de tension par rapport à la force électromotrice engendrée. Selon les circonstances, des courts-circuits sur les conducteurs de sortie de la génératrice (extrémité des enroulements statoriques 6a, 6b, 6c) peuvent intervenir en fonctionnement, même d'une façon relativement durable. Pour que cela ne comprenne pas de risque de détérioration de la génératrice, le courant de court-circuit a été établi à une valeur du même ordre de grandeur que celle du courant nominal, ce qui permet un fonctionnement en court-circuit n'introduisant pas de risques d'échauffement excessif.
La génératrice, lorsqu'elle est actionnée par une éolienne, fournit souvent l'énergie électrique nécessaire pour faire fonctionner les pompes, lesquelles sont munies le plus souvent de moteurs asynchrones triphasés, d'où l'intérêt d'avoir sur la génératrice un bobinage fournissant une énergie électrique triphasée, c'est-à-dire un bobinage comprenant trois groupes d'enroulements ayant 120 électriques de décalage entre eux. Il est clair que la génératrice pourrait également être, en variante, constituée pour fournir une énergie électrique monophasée, ou une énergie électrique biphasée, etc. Elle peut également alimenter un réseau domestique ou local en énergie électrique selon les normes industrielles de 50 (USA: 60) Hz, la tension pouvant, si nécessaire, être ajustée à l'aide de transformateurs à rapport réglable.
** ATTENTION ** start of the DESC field may contain end of CLMS **.
CLAIMS
1. Generator of alternating electric current comprising a multipolar stator carrying windings of electrical generation and a rotor formed by a permanent magnet with axial magnetization and two multipolar parts made of a material with good magnetic permeability and each comprising a cheek applied respectively against one of the magnetic faces of the permanent magnet of the cheek around the periphery of the permanent magnet so as to form poles of the stator, characterized in that said permanent magnet is made of a ferromagnetic substance Åa high and low remanence coercive field and in that a short-circuit winding is established around the periphery of the permanent magnet, between the latter and the alternating poles of said pole pieces.
2. Generator according to claim 1, characterized in that the stator windings are made to permanently support the short-circuit current, of the same order of magnitude as the nominal current, at a frequency less than or equal to 65 Hz.
3. Generator according to claims I and 2, characterized in that the magnetic reluctances of the stator and of the rotor are established in such a way that an operation in permanent short-circuit regime does not demagnetize said permanent magnet of the rotor.
4. Generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the magnetic reluctances of the stator and the rotor and the parameters of the stator winding and of said short-circuit winding, are such that no transient regime even mono or two-phase is only capable of demagnetizing said permanent magnet of the rotor.
5. Generator according to one of claims I to 4, characterized in that it is arranged to provide a three-phase current.
6. A method of manufacturing the generator according to claim 1, characterized in that, to magnetize said permanent magnet which retains its remanent magnetization only in a substantially closed magnetic circuit, and to establish said short-circuited winding, there is arranged around the rotor. a winding whose two ends are free, said pole pieces are placed around the permanent magnet and this winding, and then the two free ends of this winding are connected to a source of continuous voltage so as to pass through this winding a magnetization current of the permanent magnet, after which, without removing said pole pieces, the two free ends of the winding are short-circuited so that the latter forms said winding in short circuit.
7. Method according to claim 6, characterized in that said current is passed through the magnetization winding of the permanent magnet while the rotor is already mounted in the stator.
The present invention relates to an alternating current generator comprising a multipolar stator carrying electrical generation windings and a rotor formed of a permanent magnet with axial magnetization and two multipolar parts made of a material with good magnetic permeability and each comprising a cheek applied respectively against one of the magnetic faces of the permanent magnet and a plurality of poles extending from the periphery of the cheek around the periphery of the permanent magnet so as to form poles of the stator.
The invention also relates to a method of manufacturing this generator.
Generators are known which meet the generic definition above. Such a type of generator, supplying a single-phase alternating current, was notably constituted by the old dynamos supplying the lighting current of the bicycles.
A problem arises, however, as regards the constitution of the permanent magnet, as soon as one wishes to be able to take a certain electrical power from the generator. Indeed, the permanent magnets commonly used for such use fall into two groups, namely, permanent magnets of the ferritic type, which have a strong coercive field but a low residual induction, and permanent magnets of the iron-cobalt type which have a very high remanent magnetization but a weak coercive field. Permanent magnets of the first type, used in particular in bicycle dynamos, retain their magnetization even when they are stored without being in a magnetic circuit, which makes them easy to use.
On the other hand, their weak remanent magnetization, of the order of 0.2 T, hardly allows their use to constitute a generator of a certain power, unless it is admitted that it has an excessive bulk taking into account its power. On the other hand, permanent magnets of the second type lend themselves better, owing to their high remanent magnetization (which can reach or even exceed 1 to 1.5 T), for the production of a generator of relatively high power and of modest size. . On the other hand, they have the great drawback of not being able to be premagnetized, then stored, then mounted in a rotor for the manufacture of the generator, since they lose their remanent magnetization as soon as they are no longer at the inside a substantially closed magnetic circuit (containing only small air gaps).
Even if it is possible to maintain these permanent magnets inside a magnetic circuit, from the moment they are magnetized until the moment when they are mounted together with pole pieces to form a rotor, it is not possible to avoid passing outside a magnetic circuit when mounting the pole pieces. To manufacture such a rotor, we therefore come to the idea of magnetizing the permanent magnet only when it is mounted in its magnetized circuit, or at least between its two pole pieces, which, despite a certain air gap, form a circuit magnetic which can already be described as closed.
This implies that a winding is established around the permanent magnet and that it is passed through by a current when the pole pieces are in place. Then, there is no longer any question of removing the pole pieces, and the disassembly of this winding, if it is a manufacturing winding, would prove to be very difficult (it would have to be unwound practically, by rotating it around the permanent magnet, under the poles of the polar parts).
A generator of the type in question, as it was achievable until now, had the further disadvantage of being relatively sensitive to demagnetization shocks. Although the magnetic flux always flows in the same direction in the magnet, magnetomotive forces of demagnetization, of short duration but relatively important, can occur during current shocks, for example when one engages on the generator a user of a certain power. It would therefore be advantageous to be able to provide such a generator with a device for protection against demagnetization shocks.
The object of the present invention is to provide a generator of the generic type previously defined and which does not have the aforementioned drawbacks, in particular the drawbacks of difficulty of manufacture as regards the magnetization of the rotor, and of risk of demagnetization during impacts. demagnetizing.
According to the invention, this object is achieved by the presence of the characters set out in the appended independent claims.
The dependent claims define particularly advantageous embodiments or modes of implementation for rational production and use of the generator.
In general, we notice that the disadvantage of having to have a magnetization coil to perform the magnetization in place turns into an advantage, because the magnetization coil, once it has been used as such during of manufacture, remains, its ends being short-circuited, as a winding which will oppose any variation in magnetic flux in the permanent magnet, that is to say which will protect this permanent magnet from the risks of demagnetization during demagnetizing shocks.
The accompanying drawing illustrates, by way of example, a form of execution
tion of the subject of the invention; in this drawing:
fig. 1 is a sectional view of a generator of the type in question, and
fig. 2 is an exploded perspective view of the main parts constituting the rotor of the generator of FIG. 1.
In the drawing, it can be seen that the embodiment of the generator in question comprises a base 1 which supports a mantle 2, which is closed laterally (to the right and to the left relative to the figure) by two cheeks 3 and 4 respectively. inside the mantle 2 is mounted a stator, more precisely a magnetic stator circuit 5, which is equipped with a stator winding 6 of the three-phase type with eight pairs of poles, the windings of this winding being mounted in 72 notches of the stator magnetic circuit 5. On the underside of the motor, a connection box with the outside 7 is shown diagrammatically, the three pairs of end wires 6a, 6b, 6c, respectively of the three winding winding groups, terminate in this connection box 7 where these wires are connected to terminals not shown.
The right cheek 3 carries a right bearing 8 and the left cheek 4 carries a left bearing 9. These bearings include ball or roller bearings (not shown), and a shaft 10 is mounted therein, so as to rotate relative to to the fixed parts of the generator.
This shaft 10 comprises a central portion 10a forming a hub on which is mounted a rotor designated by the general reference sign 11. This rotor comprises a first rotor pole piece 12 and a second rotor pole piece 13, between which is located a permanent magnet 14, axially magnetized. The first pole piece 12 will thus constitute for example a South pole while the second pole piece 13 will constitute a North pole, due to the magnetization of the magnet 14. At their periphery, the pole pieces 12 and 13 comprise, as is best visible in fig. 2, poles or polar ends respectively 12a and 13a, which project axially so as to be crisscrossed, so that a North pole alternates with a South pole.
This arrangement, also called claws, is known in a certain number of rotary electric machines, in particular low power motors, and in particular certain types of stepping motor. The pole ends 12a, 13a are located inside the stator 5 and, when the shaft 10 rotates driving the rotor 11, these pole ends establish a rotating magnetic field in the air gap and in the stator winding. This magnetic field, due to the presence of the permanent magnet 14, induces an alternating voltage in the different groups of windings of the stator winding 6. It should be understood that another type of winding could also be established, to supply a current different from a three-phase current, for example a single-phase current.
Single-phase or three-phase generators of this type have most often been produced using permanent magnets having only a reduced permanent induction, of the order of 0.2 T, but having on the other hand a strong coercive field. In this case, the permanent magnet can be premagnetized, it always establishes in the magnetic circuit of stator and rotor a magnetic flux close to its remanent magnetic flux in a closed magnetic circuit, but this flux is with weak induction, which means that a large area is necessary for a relatively large flow. These drawbacks are secondary as long as the generator only has to provide relatively low power.
In the generator in question, which must be able to supply a certain power, we chose, to constitute the permanent magnet 14, a material with iron-cobalt which ensures remanent inductions in closed magnetic circuit much higher, being able to reach from 1 to 1.5 T. The disadvantage of such a permanent fercobalt magnet is that it has only a weak coercive field and that, when, after having been magnetized in a closed magnetic circuit, it is separated from this magnetic circuit, its remanent induction falls to a large extent and does not recover, even if the magnet is then returned to a magnetic circuit. Under these conditions, the use of this iron-cobalt material implies that, once magnetized, the permanent magnet 14 has no longer left the magnetic circuit in which it has been magnetized.
To magnetize the permanent magnet 14, a rotor magnetization winding 15 is provided which surrounds the electro-magnet, of circular shape, 14, being located under the claws 12a and 13a. This rotor magnetization winding 15, preferably formed from an insulated copper wire of rectangular section, can be easily put in place, as can be seen in FIG. 2. On the other hand, it could only be very difficult to remove once it has been used for the magnetization of the permanent magnet 14, because it is then no longer possible, under penalty of demagnetization of the magnet 14, separate the pole pieces 12 and 13 from this magnet 14.
The two end wires 15a of the magnetization winding 15 are taken out by a gap between the pole pieces 12a and 13a to be connected to a connection (and short-circuit) device 16, fixed against a lateral face of the pole piece 12. These wires are, at this location, previously connected to lugs, and this arrangement makes it easy to magnetize the magnet 14 while the generator is already completely assembled. For this, two insulated conductors, coming from an external magnetization device, are brought through a bore 18 made in the right cheek 3, approximately opposite the connection device 16, and these wires are momentarily connected to the two lugs to which end the two conducting wires 13a of the rotor magnetization winding (or rotor winding).
The passage of an intense current, of the order of one or several thousand amperes, in the magnetization winding 15, for a very short time, ensures good magnetization of the permanent magnet 14, already mounted in the rotor 11, itself already in place in the generator, also comprising the stator.
During this magnetization, the rotor remains stationary. After magnetization, the conductors having delivered the magnetization current are removed and the generator would thus be ready to operate, the magnetization winding being able, in fact, to be kept in the rotor. However, under these conditions, this magnetization winding would constitute a dead weight, useless, which one could think of removing, but the removal of which would involve great difficulties.
In this case, another advantage is taken of the presence of this magnetization winding 15. For this purpose, a conductive part 17 - strip, solder line or other reliable switching element is placed in the connection device 16 so establishing a short circuit between the two ends of wires 1 Sa of the rotor winding. The latter is thus short-circuited.
The advantage of having the rotor winding 15 in short circuit is manifested in operation when current engagement shocks tend to cause demagnetization of the permanent magnet 14. Since the latter is always traversed by a magnetic flux going in Similarly, its risks of demagnetization by a sustainable phenomenon are relatively low. On the other hand, the risks of demagnetization during a transient phenomenon are significant. The winding 15 in short circuit then plays the role of a winding tending, by winding delay effect in short circuit, to oppose any rapid variation in flux in the permanent magnet 14.
Since demagnetization shocks are mainly transient phenomena, The effect of maintaining the magnetic flux against the velocity of change neutralizes the effect of these demagnetizing shocks and prevents, in a very large extent, the demagnetization of the magnet permanent 14 of the rotor 11. Thus, the presence of the winding 15 is no longer a badly tolerated but an advantage sought, as long as this winding is short-circuited in the connection and short-circuit device 16.
It is noted that, if necessary, a balance compensation weight can be placed on the pole piece 12 of the rotor (in a non-drawn fashion). Furthermore, the device 16 for establishing a magnetization and short-circuit connection can be placed in the pole piece inside a small recess dimensioned so that the mass of the material removed to establish this recess is equal. to the mass of the connection device 16. Under these conditions, the latter does not disturb the balance of the rotor and additional balancing masses are not even necessary.
The generator in question provides very good electrical performance. It is capable of delivering a no-load voltage of approximately 750 V and of providing an electrical power of the order of 5 kVA at the frequency of 50 periods / s, while its rotor is driven at a speed of 375 rpm . This generator is well suited to be driven by a wind power device, operating in a relatively narrow speed range within which the nominal speed of 375 rpm is located. In these conditions,
The effective energy delivered by the generator will depend on the wind conditions, and, in strong wind, the generator will be moved with a significant torque and will be able to deliver a significant current.
Under these conditions, all different from those of a distribution network, the voltage delivered by the generator may undergo a significant drop in voltage relative to the electromotive force generated. Depending on the circumstances, short circuits on the output conductors of the generator (end of the stator windings 6a, 6b, 6c) can occur during operation, even in a relatively durable manner. So that this does not include a risk of damage to the generator, the short-circuit current has been established at a value of the same order of magnitude as that of the nominal current, which allows a short-circuit operation which does not introduce risk of overheating.
The generator, when activated by a wind turbine, often provides the electrical energy necessary to operate the pumps, which are most often provided with three-phase asynchronous motors, hence the advantage of having a winding on the generator. providing three-phase electrical energy, that is to say a winding comprising three groups of windings having 120 electric shifts between them. It is clear that the generator could also, as a variant, be constituted to supply single-phase electrical energy, or two-phase electrical energy, etc. It can also supply a domestic or local network with electrical energy according to industrial standards of 50 (USA: 60) Hz, the voltage can, if necessary, be adjusted using transformers with adjustable ratio.