FR2465345A1 - ELECTRIC GENERATOR AS THREE-PHASE ALTERNATOR WITHOUT COLLECTOR RING - Google Patents

ELECTRIC GENERATOR AS THREE-PHASE ALTERNATOR WITHOUT COLLECTOR RING Download PDF

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FR2465345A1
FR2465345A1 FR8019289A FR8019289A FR2465345A1 FR 2465345 A1 FR2465345 A1 FR 2465345A1 FR 8019289 A FR8019289 A FR 8019289A FR 8019289 A FR8019289 A FR 8019289A FR 2465345 A1 FR2465345 A1 FR 2465345A1
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FR8019289A
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Inventor
Gerhard Pfluger
Reinhold Wamsler
Heinrich Faber
Hans-Dieter Schmid
Manfred Frister
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02Details
    • H02K21/04Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
    • H02K21/042Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation with permanent magnets and field winding both rotating
    • H02K21/044Rotor of the claw pole type
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/22Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators
    • H02K19/24Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding

Abstract

A.GENERATRICE ELECTRIQUE, NOTAMMENT ALTERNATEUR TRIPHASE EXEMPT DE BAGUE COLLECTRICE, POURVUE D'UN ENROULEMENT DE SORTIE FIXE ET D'UN DISPOSITIF DE PRODUCTION D'UN CHAMP D'EXCITATION TOURNANT ET COMPRENANT UN CIRCUIT MAGNETIQUE 17, 18, 19 AINSIQU'UN ENROULEMENT D'EXCITATION 22, LE CIRCUIT MAGNETISABLE COMPORTANT, EN DEHORS D'ELEMENTS A MATERIAU MAGNETIQUE DOUX 17, 19 EGALEMENT AU MOINS UN ELEMENT CONSTITUE EN MATERIAU MAGNETIQUE DUR 15, 16. B.CARACTERISEE EN CE QUE L'ARBRE 15, 16 DE LA GENERATRICE EST UTILISE COMME ELEMENT EN MATERIAU MAGNETIQUE 15, 16. C.GENERATEUR APPLICABLE A DES VEHICULES AUTOMOBILES.A. ELECTRICAL GENERATOR, IN PARTICULAR THREE-PHASE ALTERNATOR WITHOUT COLLECTOR RING, PROVIDED WITH A FIXED OUTPUT WINDING AND A PRODUCTION DEVICE WITH A ROTATING EXCITATION FIELD INCLUDING A MAGNETIC CIRCUIT 17, 18, 19 AS WELL AS A WINDING EXCITATION 22, THE MAGNETISABLE CIRCUIT INCLUDING, EXCLUDING ELEMENTS WITH SOFT MAGNETIC MATERIAL 17, 19 ALSO AT LEAST ONE ELEMENT CONSISTS OF HARD MAGNETIC MATERIAL 15, 16. B. CHARACTERIZED IN THAT THE SHAFT 15, 16 OF THE GENERATOR IS USED AS PART OF MAGNETIC MATERIAL 15, 16. C. GENERATOR APPLICABLE TO MOTOR VEHICLES.

Description

1,- L'invention concerne une génératrice1, - The invention relates to a generator

électrique, notamment alternateur triphasé exempt de bague col-  including three-phase alternator without collar

lectrice, pourvue d'un enroulement de sortie fixe et d'un-dis-  reader, provided with a fixed output winding and a

positif de production d'un champ d'excitation tournant et comprenant un circuit magnétique ainsi qu'un enroulement d'exci- tation, le circuit magnétisable comportant, en dehors d'éléments à matériau magnétique doux également au moins un élément  positive output of a rotating excitation field and comprising a magnetic circuit and an excitation winding, the magnetisable circuit including, apart from elements with a soft magnetic material, also at least one element

constitué en matériau magnétique dur.  made of hard magnetic material.

Dans des génératrices électriques avec auto-excitation, il intervient toujours la difficulté concernant l'établissement d'un champ d'excitation. Lorsque le matériau  In electric generators with self-excitation, it always intervenes the difficulty concerning the establishment of an excitation field. When the material

magnétisable utilisé dans le circuit d'excitation, est un maté-  the magnetisable circuit used in the excitation circuit, is a

riau magnétique doux, l'induction rémanente est très faible, et après sa mise en marche, la génératrice ou bien ne s'excite pas du tout, ou bien ne s'excite que pour des vitesses de rotation élevées. Il est déjà connu de réaliser l'excitation d'alternateurs triphasés utilisés sur des véhicules automobiles grâce-au passage dans le circuit d'excitation, d'un courant de pré-excitation une fois l'interrupteur d'allumage actionné, et par l'intermédiaire d'une résistance ou de la lampe de contrôle  the magnetic induction is very low, the residual induction is very weak, and after its start, the generator or does not get excited at all, or only excited for high speeds of rotation. It is already known to carry out the excitation of three-phase alternators used on motor vehicles by passing through the excitation circuit, a pre-excitation current once the ignition switch has been actuated, and by intermediate of a resistor or control lamp

de charge.charge.

Il est déjà connu également d'améliorer  It is already known to improve

l'excitation, donc le comportement au démarrage, de la géné-  the excitation, thus the behavior at startup, of the gen-

ratrice, en introduisant encore dans le circuit d'excitation, en un endroit approprié, des aimants à oxyde, notamment entre les griffes d'alternateurs triphasés pourvus de rotors avec p8les  by introducing further magnets into the excitation circuit at a suitable place, in particular between the claws of three-phase alternators provided with rotors with pins

à griffes.with claws.

Ces agencements connus présentent cependant l'inconvénient d'une certaine complexité - et d'une dépense-de  These known arrangements, however, have the disadvantage of a certain complexity - and expense - of

montage ou l'inconvénient d'une faible résistance mécanique.  mounting or the disadvantage of low mechanical strength.

En tout cas les frais à supporter sont en rapport défavorable  In any case the costs to bear are in adverse relationship

avec le résultat obtenu.with the result obtained.

La génératrice conforme à l'invention est caractérisée en ce que son arbre est utilisé comme élément à  The generator according to the invention is characterized in that its shaft is used as an element to

matériau magnétique dur.hard magnetic material.

Vis-à-vis des réalisations connues, elle apporte l'avantage que le coût de sa fabrication est très faible et que l'excitation de la génératrice est assurée dans tous les cas. On n'a pas besoin de moyens4de montage en dehors de la 2.- génératrice elle-m9me. Un autre avantage est à voir dans le fait que la fabrication de la génératrice ne nécessite pas d'élément  Vis-à-vis the known achievements, it has the advantage that the cost of its manufacture is very low and the excitation of the generator is ensured in all cases. There is no need for mounting means outside the 2. generator itself. Another advantage is to see that the manufacture of the generator does not require any element

de construction supplémentaire pour le dispositif d'excitation.  additional construction for the excitation device.

L'invention prévoit des modes d'agencements avantageuxet perfectionnements de la génératrice telle que  The invention provides modes of advantageous arrangements and improvements of the generator as

définie ci-dessus.defined above.

Il est particulièrement avantageux que le volume d'encombrement de la génératrice ne se trouve pas  It is particularly advantageous that the space volume of the generator is not found

agrandi et qu'e l'on n'utilise pas d'éléments sujets à perturbations.  enlarged and that no disturbing elements are used.

On a en outre, la possibilité d'obtenir une résistance mécanique  In addition, it is possible to obtain a mechanical resistance

élevée et de bonnes propriétés magnétiques.  high and good magnetic properties.

L'invention sera mieux comprise à l'aide  The invention will be better understood using

de la description ci-après et du dessin annexé représentant un  of the following description and the accompanying drawing showing a

exemple de réalisation de l'invention.  embodiment of the invention.

- la figure unique de ce dessin est une vue schématique, partiellement en coupe, d'un alternateur triphasé exempt de bague collectrice, o se trouvent réalisés tous les  - The single figure of this drawing is a schematic view, partially in section, of a three-phase alternator free of slip ring, o are found all the

agencements distincts mentionnés dans la description.  separate arrangements mentioned in the description.

Dans un carter de génératrice en forme de pot pourvu de deux flasques Il et 12, un arbre de rotor 15 est monté dans les paliers 13 et 14. L'arbre de rotor 15 comporte une partie médiane 16 représentant un plus grand diamètre. Cette partie médiane 16 porte une première roue polaire 17. A cette première roue polaire 17, est reliée, par l'intermédiaire d'une bague non magnétique 18, une seconde roue polaire 19, qui n'est  In a pot-shaped generator housing provided with two flanges 11 and 12, a rotor shaft 15 is mounted in the bearings 13 and 14. The rotor shaft 15 has a middle portion 16 representing a larger diameter. This middle portion 16 carries a first pole wheel 17. To this first pole wheel 17 is connected, via a non-magnetic ring 18, a second pole wheel 19, which is

donc pas fixée directement sur l'arbre de rotor 15.  therefore not directly attached to the rotor shaft 15.

Le flasque 1l situé du côté de l'entraîne-  The flange 11 located on the side of the driver

ment porte un dispositif de maintien 21, auquel est fixé un enroulement d'excitation 22. Dans les parties du carter Il et 12  1 carries a holding device 21, to which is fixed an excitation winding 22. In the parts of the housing 11 and 12

qui servent de flasques est inséré un stator-23, portant un enrou-  which serve as flanges is inserted a stator-23, carrying a coil

lement de sortie 27. On a branché à la suite de cet enroulement de sortie 27, un redresseur 24 qui, en dehors du courant de charge, fournit également le courant d'excitation, en passant par l'intermédiaire d'un régulateur de tension 25. L'amenée de courant s'effectue par le câble 26. Les roues polaires 17, 19  As a result of this output winding 27, a rectifier 24 which, outside the charging current, also supplies the excitation current, via a voltage regulator, has been connected. 25. The current supply is via the cable 26. The pole wheels 17, 19

sont pourvues de griffes 31.have claws 31.

On voit d'après la figure du dessin que la partie médiane 16 en totalité et la partie restante de l'arbre de  It can be seen from the figure of the drawing that the middle part 16 in full and the remaining part of the

rotor 15 partiellement, se trouvent placées dans le flux magnéti-  rotor 15 partially, are placed in the magnetic flux

que en série avec les éléments à matériau magnétique doux que sont  than in series with the soft magnetic material elements that are

les roues polaires 17, 19.the pole wheels 17, 19.

3.-3.-

Trois matériaux se sont évérés particuliè-  Three materials were particularly

rement favorables en vue d'être utilisés pour constituer les éléments 15, 16, donc l'arbre de rotor 15 avec sa partie médiane 16, à savoir: - acier dur riche en carbone, travaillé et traité à la manière usuelle, - acier de cémentation allié, pauvre en carbone, par exemple au 15 MnCr 5 (alliage manganèse-chrome), durci par trempe sans subir de carburation et soumis à un traitement de revenu plus poussé qu'usuellement, - acier de cémentation nnn allié, par  very favorable for use in constituting the elements 15, 16, therefore the rotor shaft 15 with its middle portion 16, namely: carbon-hard hard steel, worked and treated in the usual manner, steel of alloy cementation, low in carbon, for example MnCr 5 (manganese chromium alloy), hardened by quenching without being carburized and subjected to a higher tempering treatment than in the past, - carburizing steel in alloyed form,

exemple C15, durci en étant cémenté et trempé.  Example C15, hardened by being cemented and quenched.

On a choisi comme exemple de réalisation un alternateur triphasé exempt de bague collectrice, tel qu'on en utilise pour fonctionner sur des véhicules automobiles. Les  As an exemplary embodiment, a three-phase alternator without a slip ring, as used to operate on motor vehicles, has been chosen. The

agencements décrits peuvent toutefois trouver aussi leur appli-  However, the arrangements described may also find their application

cation sans autre dans le cas d'une génératrice pourvue de  cation without other in the case of a generator provided with

bagues collectrices.slip rings.

4.-4.-

Claims (8)

REVENDICATIONS 1.- Génératrice électrique, notamment alternateur triphasé exempt de bague collectrice, pourvue d'un enroulement de sortie fixe et d'un dispositif de production d'un champ d'excitation tournant et comprenant un circuit magné- tique (17, 18, 19) ainsi qu'un enroulement d'excitation (22), le circuit magnétisable comportant, en dehors d'éléments à matériau magnétique doux (17, 19) également au moins un élément constitué en matériau magnétique dur (15, 16), caractérisée en ce que l'arbre (15, 16) de la génératrice est utilisé comme  1.- Electric generator, in particular three-phase alternator without slip ring, provided with a fixed output winding and a device for producing a rotating excitation field and comprising a magnetic circuit (17, 18, 19 ) and an excitation winding (22), the magnetisable circuit including, apart from elements with a soft magnetic material (17, 19), also at least one element made of hard magnetic material (15, 16), characterized in that what the shaft (15, 16) of the generator is used as élément en matériau magnétique dur (15, 16).  element made of hard magnetic material (15, 16). 2.- Génératrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'un au moins des éléments à matériau magnétique dur (15, 16) se trouve placé dans le flux magnétique  2. Generator according to claim 1, characterized in that at least one of the hard magnetic material elements (15, 16) is placed in the magnetic flux en série avec les éléments à matériau magn6tique doux (17, 19).  in series with the elements with soft magnetic material (17, 19). 3.- Génératrice selon l'une des revendi-  3. Generator according to one of the cations 1 et 2, caractérisée en ce que l'arbre de rotor (15)  cations 1 and 2, characterized in that the rotor shaft (15) comporte une partie médiane (16) de plus graid diamètre.  has a middle part (16) of larger diameter. 4.- Génératrice selon la revendication 3, caractérisée en ce que la partie médiane (16) est dimensionnée de manière à servir en même temps de noyau du dispositif d'excitation.  4. Generator according to claim 3, characterized in that the median portion (16) is dimensioned so as to serve at the same time as the core of the excitation device. 5.- Génératrice selon l'une quelconque5.- Generator according to any one des revendications 1 à 4, du type comportant des p8les à griffes,  Claims 1 to 4, of the type comprising claw bosses, caractérisée en ce que la partie médiane (16) porte les roues  characterized in that the middle portion (16) carries the wheels polaires (17, 19).polar (17, 19). 6.- Génératrice selon l'une quelconque des  6.- Generator according to any one of revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'un acier riche en  Claims 1 to 5, characterized in that a steel rich in carbone est utilisé comme matériau magnétique dur.  Carbon is used as a hard magnetic material. 7.- Génératrice selon l'une quelconque des  7.- Generator according to any one of revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'un acier de cémen-  Claims 1 to 5, characterized in that a steel of tation &lié à l'état durci à blanc est utilisé comme matériau magnétique dur et l'un au moins des éléments correspondants (15, 16) est soumis à un traitement de revenu plus poussé  tation & bonded to the hardened state is used as the hard magnetic material and at least one of the corresponding elements (15, 16) is subjected to further processing of income qu'usuellement.qu'usuellement. 8.- Génératrice selon lune quelconque des  8.- Generator according to any of the revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'un acier de cémenta-  Claims 1 to 5, characterized in that a cement steel tion non allié est utilisé comme matériau durci du point de vue magnétique et l'un au moins des éléments correspondants (15, 16)  non-alloy is used as a magnetically hardened material and at least one of the corresponding elements (15, 16) est durci en étant cémenté et trempé.  is hardened by being case hardened and tempered.
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