FR2536222A1

FR2536222A1 - Annular alternator.

Info

Publication number: FR2536222A1
Application number: FR8219059A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-11-15
Filing date: 1982-11-15
Publication date: 1984-05-18
Also published as: FR2536222B1

Abstract

The annular alternator includes an annular armature 1 arranged inside the inductor 7, the magnetic sheet metal rings forming the armature are constituted by assembling sectors provided with mortices, and contain a serration on the bore in order to permit their non-dismountable assembly onto a smooth armature-holder hub 2. The width of the armature 1 is reduced by just enough to satisfy the magnetic function, the inductor 7 is fixed to the fan body 9 containing blades 16, 17 creating a forced circulation, the air entering in the vicinity of the shaft 10 through holes 20 and leaving above the inductor through holes 22.

Description

Alternateur annulaire
L'invention concerne les alternateurs destines à transformer un mouvement mécanique en energie electrique.Ring alternator
The invention relates to alternators intended to transform a mechanical movement into electrical energy.

Il existe des alternateurs à inducteur bobiné disposé à l'intérieur de l'induit, des alternateurs dont l'induit est centré sur l'arbre d'entras nement; leur induit est toujours tres lourd du fait de la surface de sa section qui est très supérieure au justé nécessaire pour satisfaire la fonction magnétique. Les tolets de l'induit sont assemblées entre elles par boulonnage disposé aw dela de la zone magnétique active des toles.There are alternators with a wound inductor arranged inside the armature, alternators whose armature is centered on the drive shaft; their armature is always very heavy because of the surface of its section which is much greater than the just necessary to satisfy the magnetic function. The armature members are assembled together by bolting arranged beyond the active magnetic zone of the sheets.

De plus, ces alternateurs présentent divers autres inconvénients en plus de leur poids élevé, un rendement relativement médiocre, un échauffement important qui peut être prohibitif pour les utilisations dans un environnement à température élevée. In addition, these alternators have various other drawbacks in addition to their high weight, a relatively poor efficiency, significant heating which can be prohibitive for use in an environment at high temperature.

Le rendement est dépendant de la résistance interne, plus elle est faible, plus le rendement est éleve. Les alternateurs que l'on trouve sur le marché présentent une résistance qui est loin d'être négligeable, leur puissance est prudemment annoncée en'V.A. ét non en KWH.The yield is dependent on the internal resistance, the lower it is, the higher the yield. The alternators found on the market have a resistance which is far from negligible, their power is cautiously announced in 'V.A. and not in KWH.

Les outillages utilisés pour leur fabrication sont tres lourds et très onéreux.The tools used for their manufacture are very heavy and very expensive.

L'utilisation de certains outils de chantier, par exemple les aiguilles à vibrer le béton, les postes de soudure à l'arc etc..., est maintenant régie par des normes et décrets d'application interdisant l'emploi direct du courant 220 V . Ces matériels utilisent actuellement des convertisseurs rotatifs lourds et onéreux pour la transformation du courant de 220 V en courant de basse tension.The use of certain site tools, for example concrete vibrating needles, arc welding stations, etc., is now governed by standards and application decrees prohibiting the direct use of current 220 V. These materials currently use heavy and expensive rotary converters for transforming the 220 V current into low voltage current.

L'invention, telle qu'elle est décrite dans les revendications, a pour objet de pallier ces divers inconvénients et notamment: - de réduire le poids de l'induit au juste nécessaire pour assurer la fonction magnétique, ce qui entraine la réduction du poids de nombreuses autres pièces; - d'en accroître le rendement d'au moins 15%,par rapport aux alternateurs courants utilisant notamment des solénoïdes dans la partie induction de leur machine, en abaissant notablement la résistance interne, ce qui a pour effet de reduire considérablement l'échauffement; - de fournir du courant directement en basse tension; - de réduire de façon importante l'inertie de la masse en mouvement; - de réduire la vitesse d'entraînement en rotation. The invention, as described in the claims, has the object of overcoming these various drawbacks and in particular: - of reducing the weight of the armature to the just necessary to ensure the magnetic function, which entails the reduction of the weight many other pieces; - to increase the efficiency by at least 15%, compared with current alternators using in particular solenoids in the induction part of their machine, by significantly lowering the internal resistance, which has the effect of considerably reducing heating; - to supply current directly at low voltage; - significantly reduce the inertia of the moving mass; - reduce the rotational drive speed.

Les avantages apportés par l'alternateur selon l'invention sont les suivants: - réduction importante du poids par rapport aux alternateurs comparables existants sur le marché, au moins de deux à quatre: - accroîssement du rendement d'au moins 15%; - possibilité d'utilisation dans un environnement a température élevée; - facilité accrue d'entraînement en rotation et du freinage du fait de la fable inertie de la masse en mouvement;; - possibilité d'obtenir directement des vitesses lentes et très lentes d'entrainement en rotation évitant l'utilisation de réducteurs ou de multiplicateurs de vitesses à rapport élevez par exemple dans le cas d'entraînement par moteur éolien ou par machine à vapeur dans les microcentrales électriques à vapeur; - fourniture d'un courant triphasé sinusoïdal exempt de perturbations HF; - réduction importante du coût des outillages de fabrication et de
montage; - réduction importante de la perte de tôle à la découpe des tôles
d'induit;; - fourniture directe d'un courant en 200Hz triphasé en basse tension
répondant aux normes de sécurité sur les chantiers, - fourniture de courant continu très peu ondulé à partir d'un courant
en 200 ou 400 Hz qui se redresse-très facilement avec un redresseur
de tres faible coût, par exemple pour la charge d'accumulateurs.The advantages provided by the alternator according to the invention are as follows: - significant reduction in weight compared to comparable alternators existing on the market, at least from two to four: - increase in efficiency by at least 15%; - possibility of use in a high temperature environment; - increased ease of rotary drive and braking due to the fable inertia of the moving mass; - possibility of directly obtaining slow and very slow rotational drive speeds avoiding the use of speed reducers or multipliers with high ratio for example in the case of drive by wind engine or by steam engine in the micro-power stations electric steam; - supply of a three-phase sinusoidal current free of HF disturbances; - significant reduction in the cost of manufacturing and
mounting; - significant reduction in sheet loss when cutting sheets
armature ;; - direct supply of a three-phase 200Hz current at low voltage
meeting safety standards on construction sites, - supply of very little corrugated direct current from current
in 200 or 400 Hz which straightens very easily with a rectifier
very low cost, for example for charging batteries.

L'invention est décrite-plus en détail dans le texte qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels les figures représentent:
1 - en coupe, schematiquement, un exemple de réalisation d'un alternateur selon l'invention;
2 - en élévation un exemple d'induit selon l'invention comportant des secteurs de tôle magnetique assemblés en anneau et empilés;
3 - en coupe à grande échelle, un mode preferentiel d'assemblage des tôles d'induit à la presse de façon indémontable sur un moyen porte tôle en butée sur un épaulement;
4 - en coupe à grande échelle, une variante d'assemblage des tôles d'induit en deux paquets en butée l'un sur l'autre en opposition;;
5 - en coupe, un exemple d'alternateur à arbre creux de grand diamètre selon l'invention. The invention is described in more detail in the following text, with reference to the accompanying drawings in which the figures represent:
1 - in section, schematically, an embodiment of an alternator according to the invention;
2 - in elevation an example of armature according to the invention comprising sectors of magnetic sheet assembled in a ring and stacked;
3 - in large-scale section, a preferential method of assembling the armature sheets to the press in a non-removable manner on a sheet-metal support means abutting on a shoulder;
4 - in section on a large scale, a variant of assembling the armature sheets in two packages abutting one on the other in opposition;
5 - in section, an example of a large diameter hollow shaft alternator according to the invention.

Tel qu'il est representé sur la fig.1, l'alternateur comporte un induit 1 constitué de secteurs de tôles assembles en anneau et empilé (décris sur la fig.2) assemblés de façon indémontable sur un moyeu porte-tles 2 centré et fixé par son épaulement 2A au moyen d'une couronne de vis 3 sur la 1/2 coquille arrière 4;;. un bobinage triphasé 5 disposé dans les encoches de l'induit 1, des masses polaires 6 fixees sur des blocs parallélépipédiques 7 constitues par des aimants permanents positionnes et fixés sur une couronne crantée 8 elle-même fixée sur le moyeu support 9 faisant office de ventilateur et solidaire de l'arbre d'entraînement 10 monté sur des roulements à billes 11,12, emmanchés dans les 1/2 coquilles 4,13. La 1/2 coquille 4 s'assemble sur la 1/2 coquille 13 sur une portee épaulée 14, la fixation est assurée au moyen de vis non représentées situées sur l'axe 15.As shown in fig.1, the alternator has an armature 1 made up of sectors of sheets assembled in a ring and stacked (described in fig.2) assembled in a non-removable manner on a centered hub 2 and fixed by its shoulder 2A by means of a screw crown 3 on the 1/2 rear shell 4 ;;. a three-phase winding 5 arranged in the notches of the armature 1, polar masses 6 fixed on parallelepipedic blocks 7 constituted by permanent magnets positioned and fixed on a notched crown 8 itself fixed on the support hub 9 acting as a fan and secured to the drive shaft 10 mounted on ball bearings 11,12, fitted in the 1/2 shells 4,13. The 1/2 shell 4 is assembled on the 1/2 shell 13 on a shouldered surface 14, the fixing is ensured by means of screws not shown located on the axis 15.

Le refroidissement de. l'induit est assuré au moyen d'une circulation forcée d'air engendre par les pales 16,17, du moyeu porte-aimants 9.The cooling of. the armature is provided by means of a forced circulation of air generated by the blades 16, 17, of the magnet carrier hub 9.

L'air entre par des orifices 19,20, et sort par la chambre annulaire de décompression 21 et les orifices 22.The air enters through orifices 19, 20, and exits through the annular decompression chamber 21 and the orifices 22.

Le fonctionnement de cet alternateur est tout à fait classique et ne necessite pas de commentaires particuliers.The operation of this alternator is entirely conventional and does not require any particular comments.

La figure 2 représente un exemple de réalisation d'induit annulaire selon l'invention. Il est constitué de trois secteurs identiques 23,24, 25, assemblés entre eux au moyen de mortaises 26, leur nombre depend du diamètre de l'induit. L'induit annulaire est constitué par l'empilage des anneaux en tôle magnétique. La périphérie comporte des encoches 27 pour recevoir le bobinage. L'alésage 28 de l'induit comporte des crans 28A à intervalles réguliers évitant les court-circuits magnétiques et permettant l'emmanchement indémontable à la presse sur le porte-tôle 2 (fig.1).FIG. 2 represents an exemplary embodiment of an annular armature according to the invention. It consists of three identical sectors 23, 24, 25, assembled together by means of mortises 26, their number depends on the diameter of the armature. The annular armature is formed by the stacking of the magnetic sheet rings. The periphery has notches 27 for receiving the winding. The bore 28 of the armature includes notches 28A at regular intervals avoiding magnetic short-circuits and allowing the press fit on the sheet metal holder 2 (fig.1).

Cet emmanchement, en buté sur l'épaulement 2A, est rendu inarrachable en utilisant des tolérances appropriees obligeant les tôles à se déformer élastiquement pour pouvoir s'emmancher sur e moyeu comme il est représente à grande échelle sur la fig.3. Chaque cran 28 "grippe" sur le moyeu en provoquant l'accrochage de chaque tôle empêchant le glissement en rotation et l'extraction. On peut en outre éventuellement compléter l'assemblage par collage. This fitting, abutting on the shoulder 2A, is made unbreakable by using appropriate tolerances forcing the sheets to deform elastically in order to be able to fit onto the hub as shown on a large scale in FIG. 3. Each notch 28 "flu" on the hub by causing the attachment of each sheet preventing sliding in rotation and extraction. It is also possible to complete the assembly by gluing.

Sur la fig.4 on a montré une variante d'assemblage,à la presse, des tôles annulaires d'induit. Les anneaux sont constitués en deux paquets assemblés en opposition l'un contre l'autre en deux fois. Les paquets 30,31 sont préférablement égaux et emmanchés sur le moyeu lisse 32 ne comportant pas d'épaulement. Un tel induit est présente sur la fig.5.In fig.4 we have shown an alternative assembly, press, annular armature sheets. The rings are made up of two bundles assembled in opposition one against the other in two times. The packages 30, 31 are preferably equal and fitted on the smooth hub 32 having no shoulder. Such an armature is present in fig. 5.

La fig.5 montre un exemple selon l'invention d'un alternateur de grand diamètre à arbre creux permettant d'obtenir un passage interne 36 de l'arbre 37 pouvant atteindre plusieurs mètre de diamètre pour des applications spéciales, marine ou éolienne par exemple. Cette disposition permet d'obtenir un allégement très important, croissant avec la puissan ce. De même, avec une même section d'induit on peut faire croître le rayon, augmenter le nombre de pôles, augmenter la puissance massique de façon importante tout en réduisant la vitesse de rotation, ce qui est très intéressant pour nombre d'applications.Fig. 5 shows an example according to the invention of a large diameter alternator with hollow shaft making it possible to obtain an internal passage 36 of the shaft 37 which can reach several meters in diameter for special applications, marine or wind turbine for example . This arrangement makes it possible to obtain a very significant reduction, increasing with the power. Likewise, with the same armature section, the radius can be increased, the number of poles increased, the mass power increased significantly while reducing the speed of rotation, which is very interesting for a number of applications.

Le montage de l'induit 35 est effectué en deux parties 30,31, comme représenté sur la fig.4, ce qui permet de simplifier la forme du moyeu porte-induit 38 et d'en réduire l'usinage et le poids. Le moyeu de ventilateur 39 est assemble sur l'arbre creux 37 qui peut recevoir un flam,ue 40 de fixation de l'organe d'entraînement, ce qui réduit son encombrement en longueur et son poids. The mounting of the armature 35 is carried out in two parts 30, 31, as shown in FIG. 4, which makes it possible to simplify the shape of the armature carrier hub 38 and to reduce the machining and the weight thereof. The fan hub 39 is assembled on the hollow shaft 37 which can receive a flame, eu 40 for fixing the drive member, which reduces its overall dimensions and its weight.

Claims

CLAIMS:

1 - Annular alternator consisting of an inductor, an armature and its winding, a carcass, a drive shaft boasted on two bearings integral with the carcass, characterized in that the armature (1) is disposed inside the 'inductor (7), and in that it consists of a set of sectors (23,24, 25) joined together by means of mortises to form anneaw (, stacking rings in magnetic sheet constitutes the magnetic circuit of the armature, the width of which is reduced to the just necessary to ensure its magnetic function and in that all of the sheets forming the armature are assembled in a non-removable manner on a carrier-arm which abuts on a shoulder;

2 - Alternator according to 1, characterized in that the bore (28) of the armature sheets has a shallow notch (28A) over its entire length, and in that the diameter of said bore is equal to or slightly less than the diameter the bearing surface of the armature-carrying hub (2), and in that the set of rings constituting the armature is assembled by press on the corresponding bearing surface of the hub (2) as far as the stop on a shoulder (2A), and in that said armature carrier hub (2) is centered and fixed by a screw ring on a half-shell (4).

3 - Alternator according to 1, characterized in that the annular sheets of the armature (1) are assembled in two packages (30,31) in opposition in abutment one on the other, with the press twice on a smooth hub (32).

4 - Alternator according to 1,2,3, characterized in that the induced assembly, annular inductor and hollow shaft is produced according to a diameter which can reach several meters and rotate at very low speed of rotation with a light mass of inductor in rotation, and in that the drive shaft (37) is hollow and located very close to the carrier hub! it- by providing an internal housing (36) of very large volume to receive any s organs receivers.

5 - Alternator according to 1 and 4, characterized in that the magnet-magnet ring (8) is centered and fixed laterally on the body (9) n fan hub whose blades (16,17) extend from the hub-- -on the drive shaft (10,37) on which it is propped up to the receiving range

the inductor ring (8) by enveloping the external winding of

the armature so as to produce a forced bentilation of armature, the air

entering through holes in the vicinity of the drive shaft for

stand out above the magnet ring by centifuge effect

through holes (22) made in the 1/2 shell (4) for this purpose.