FR2753315A1 - Low speed dynamo for mountain bicycle - Google Patents

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Abstract

The dynamo includes a disc (1) which supports a stator with a coil (10) wound on a magnetic circuit mounted on the disc wall. The stator is housed inside a shell (4) which supports the permanent magnets (9) of a rotor. The disc is attached to a coaxial tubular core (19) receiving the axle of a bicycle wheel. Coaxial openings (16) are provided in the shell allowing passage of the wheel axle. Bearings (3) support the axle and close the openings.

Description

GENERATRICE DYNAMOELECTRIOUE BASSE VITESSE. NOTAMMENT
POUR BICYCLETTE.LOW SPEED DYNAMOELECTRICAL GENERATOR. ESPECIALLY
FOR BICYCLE.

La présente invention concerne une génératrice dynamoélectrique basse vitesse.The present invention relates to a low speed dynamoelectric generator.

Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la production d'électricité sur un véhicule, et en particulier à la production d'électricité d'éclairage de signalisation sur les bicyclettes, telles que les bicyclettes dites "tout terrain".It applies in particular, but not exclusively, to the production of electricity on a vehicle, and in particular to the production of electricity for signaling lighting on bicycles, such as so-called "all terrain" bicycles.

Actuellement, la production d'électricité sur les bicyclettes est obtenue par une dynamo à galet entrainée par friction sur le pneu de la bicyclette. Il s'avère que les dynamos de ce type présentent de nombreux inconvénients.Currently, the production of electricity on bicycles is obtained by a roller dynamo driven by friction on the tire of the bicycle. It turns out that dynamos of this type have many drawbacks.

Tout d'abord, le galet est de faible diamètre par rapport à celui du pneu. Il est donc entraîné à une vitesse élevée, ce qui génère du bruit ainsi que des frottements qui demandent un effort supplémentaire de la part de l'utilisateur de la bicyclette et affectent la fiabilité et la durée de vie de la dynamo.First, the roller is small in diameter compared to that of the tire. It is therefore driven at a high speed, which generates noise as well as friction which requires additional effort on the part of the user of the bicycle and affects the reliability and the service life of the dynamo.

Le mode d'entraînement de la dynamo implique que la zone du pneu en contact avec le galet soit suffisamment lisse, il est donc incompatible avec les pneus des bicyclettes tout terrain, qui présentent des crampons proéminents y compris sur les zones latérales. The dynamo's drive mode implies that the area of the tire in contact with the roller is sufficiently smooth, so it is incompatible with the tires of all-terrain bicycles, which have prominent studs including on the lateral areas.

Les dynamos de ce type sont fixées sur le cadre de la bicyclette au moyen d'un support articulé réglable, permettant un positionnement correct du galet sur le pneu. Un tel support est donc fragile et peut se dérégler facilement.Dynamos of this type are fixed to the frame of the bicycle by means of an adjustable articulated support, allowing correct positioning of the roller on the tire. Such a support is therefore fragile and can be disturbed easily.

Pour tenter de supprimer ces inconvénients, les demandes de brevet N" 2 356 301 et N" 2 572 865 ont proposé de placer la dynamo au niveau du moyeu de la roue.In an attempt to eliminate these drawbacks, patent applications Nos. 2,356,301 and Nos. 2,572,865 have proposed placing the dynamo at the hub of the wheel.

Toutefois, dans ces solutions, la dynamo n'est pas centrée sur le moyeu, ce qui déséquilibre la roue. Par ailleurs, il n'est pas possible d'assurer l'étanchéité de la jonction périphérique entre le rotor et le stator de la dynamo, pour empêcher la pénétration de poussières et de l'humidité dans la dynamo. Cet inconvénient affecte considérablement la durée de vie de la dynamo, compte tenu de son utilisation sur un véhicule tel qu'une bicyclette. En outre, comme la dynamo est placée sur le moyeu, elle est entraînée à faible vitesse. Elle présente donc un rendement insuffisant pour assurer l'éclairage à l'avant et à l'arrière de la bicyclette.However, in these solutions, the dynamo is not centered on the hub, which unbalances the wheel. Furthermore, it is not possible to seal the peripheral junction between the rotor and the stator of the dynamo, to prevent the penetration of dust and moisture into the dynamo. This drawback considerably affects the life of the dynamo, given its use on a vehicle such as a bicycle. In addition, as the dynamo is placed on the hub, it is driven at low speed. It therefore has insufficient performance to provide lighting at the front and rear of the bicycle.

La présente invention a pour but de supprimer ces inconvénients. A cet effet, elle propose une génératrice de type dynamoélectrique à aimants permanents montée sur l'axe d'une roue.The present invention aims to eliminate these drawbacks. To this end, it offers a dynamoelectric type generator with permanent magnets mounted on the axis of a wheel.

Selon l'invention, cette génératrice est caractérisée en ce qu'elle comprend: - un carter étanche présentant une forme à symétrie de révolution, fixé à la roue
et monté librement rotatif et coaxialement sur l'axe de la roue, - un rotor comprenant une pluralité de pôles magnétiques alternés nord, sud
réalisés par des aimants permanents fixés sur la paroi annulaire intérieure du
carter, et - un stator solidaire de l'axe de la roue, disposé dans le carter et comprenant un
ensemble d'enroulements coaxiaux à l'axe de la roue, associé à un circuit
magnétique formant une succession de pôles alternés, disposés en regard et à
faible distance des aimants permanents du rotor.According to the invention, this generator is characterized in that it comprises: - a sealed casing having a shape with symmetry of revolution, fixed to the wheel
and mounted freely rotatably and coaxially on the axis of the wheel, - a rotor comprising a plurality of alternating north, south magnetic poles
made by permanent magnets fixed on the inner annular wall of the
casing, and - a stator integral with the axis of the wheel, disposed in the casing and comprising a
set of coaxial windings to the axis of the wheel, associated with a circuit
magnetic forming a succession of alternating poles, arranged opposite and at
short distance from the permanent magnets of the rotor.

Grâce à ces dispositions, l'étanchéité complète du carter de la génératrice est réalisée au niveau de la fixation du carter sur l'axe de la roue, cette fixation étant avantageusement réalisée par des paliers à roulements à billes. La génératrice selon l'invention est donc complètement protégée contre l'humidité et la poussière, et fonctionne sans frottement. Elle présente une bonne longévité et son entraînement ne nécessite pas d'effort supplémentaire en l'absence de charge électrique. En présence d'une charge électrique (d'éclairage ou de recharge de batterie), un faible couple d'entraînement (environ 1 Nm) apparaît pour vaincre les forces magnétiques qui règnent entre le rotor et le stator, ce couple étant nettement inférieur à celui qui est nécessaire pour entraîner une dynamo traditionnelle.Thanks to these provisions, the complete sealing of the generator casing is achieved at the level of the fixing of the casing to the axis of the wheel, this fixing being advantageously carried out by ball bearing bearings. The generator according to the invention is therefore completely protected against humidity and dust, and operates without friction. It has a good longevity and its training does not require any additional effort in the absence of electric charge. In the presence of an electric charge (lighting or battery recharging), a low driving torque (approximately 1 Nm) appears to overcome the magnetic forces which prevail between the rotor and the stator, this torque being much lower than whatever is necessary to train a traditional dynamo.

Par ailleurs, cette génératrice permet de délivrer un courant alternatif dont la fréquence dépend de la vitesse de rotation de la roue, qui convient parfaitement à l'alimentation d'ampoules traditionnelles à incandescence. Elle peut également alimenter par l'intermédiaire d'un redresseur, un circuit électrique tel que par exemple un circuit de charge d'une batterie d'accumulateurs ou un circuit d'éclairage à diodes.Furthermore, this generator makes it possible to deliver an alternating current, the frequency of which depends on the speed of rotation of the wheel, which is perfectly suitable for supplying traditional incandescent bulbs. It can also supply, via a rectifier, an electrical circuit such as for example a charging circuit of a storage battery or a diode lighting circuit.

Pour obtenir un rendement important à faible vitesse, il suffit de prévoir un nombre important de pôles magnétiques sur le rotor, en correspondance avec un circuit magnétique approprié.To obtain a high efficiency at low speed, it suffices to provide a large number of magnetic poles on the rotor, in correspondence with an appropriate magnetic circuit.

Avantageusement, le rotor comprend une couronne de bouclage magnétique sur laquelle sont fixés les aimants permanents, ce qui permet d'améliorer encore le rendement de la génératrice aux faibles vitesses.Advantageously, the rotor comprises a magnetic loop ring on which the permanent magnets are fixed, which further improves the efficiency of the generator at low speeds.

Un mode de réalisation de la génératrice selon l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels:
La figure 1 montre en vue de profil partiellement coupée une
génératrice selon l'invention, montée sur l'axe d'une roue de
bicyclette;
La figure 2 montre en vue suivant l'axe de la roue l'intérieur du
carter de la génératrice représentée sur la figure 1.An embodiment of the generator according to the invention will be described below, by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawings in which:
Figure 1 shows a partially cut profile view a
generator according to the invention, mounted on the axis of a wheel
bicycle;
Figure 2 shows a view along the axis of the wheel inside the
generator housing shown in Figure 1.

Sur les figures 1 et 2, la génératrice dynamoélectrique présente une structure à symétrie de révolution et par rapport à un plan médian. Elle comprend: - un disque 1 de support du stator en matériau non magnétique et de forme
cylindrique de relativement grand diamètre et de faible épaisseur, - un stator constitué par un solénoïde 10 enroulé dans un circuit magnétique 8
de forme annulaire fixé sur la paroi annulaire du disque support 1, - un carter 4 de faible épaisseur, ayant une forme à symétrie de révolution, et
logeant le stator, et - un rotor constitué par des aimants permanents 9 uniformément répartis sur la
face annulaire intérieure du carter, de manière à présenter des pôles
alternativement nord et sud.In FIGS. 1 and 2, the dynamoelectric generator has a structure with symmetry of revolution and with respect to a median plane. It includes: - a disc 1 for supporting the stator in non-magnetic material and in shape
cylindrical of relatively large diameter and thin, - a stator constituted by a solenoid 10 wound in a magnetic circuit 8
of annular shape fixed on the annular wall of the support disc 1, - a casing 4 of small thickness, having a shape with symmetry of revolution, and
housing the stator, and - a rotor constituted by permanent magnets 9 uniformly distributed over the
inner annular face of the casing, so as to have poles
alternately north and south.

Le disque support 1 est solidaire d'un moyeu 19 coaxial tubulaire s'étendant de part et d'autre des faces circulaires opposées du disque, dans lequel est engagé et fixé l'axe 2 de la roue.The support disc 1 is integral with a tubular coaxial hub 19 extending on either side of the opposite circular faces of the disc, in which the axle 2 of the wheel is engaged and fixed.

Le carter 4 est constitué de deux demi carters 14, 15 sensiblement à symétrie de révolution, et symétriques l'un par rapport à l'autre, ces deux demi carters étant fixés l'un à l'autre de manière étanche, par exemple par collage. A cet effet, les bords d'assemblage des deux demi carters 14, 15 sont élargis radialement pour faciliter leur assemblage avec étanchéité.The casing 4 is made up of two half casings 14, 15 substantially of symmetry of revolution, and symmetrical with respect to each other, these two half casings being fixed to one another in leaktight manner, for example by collage. To this end, the assembly edges of the two half casings 14, 15 are widened radially to facilitate their assembly with sealing.

Le carter 4 est par ailleurs muni de deux ouvertures coaxiales 16 permettant le passage de l'axe 2 lorsque le stator se trouve à l'intérieur. I1 est monté librement rotatif sur l'axe 2 passant par les deux ouvertures 16, au moyen de paliers à roulements à bille 3 engagés sur l'axe 2 de part et d'autre du moyeu 19 et fermant les ouvertures 16.The casing 4 is also provided with two coaxial openings 16 allowing the passage of the axis 2 when the stator is inside. I1 is freely rotatably mounted on the axis 2 passing through the two openings 16, by means of ball bearing bearings 3 engaged on the axis 2 on either side of the hub 19 and closing the openings 16.

Ainsi, l'étanchéité complète du carter est réalisée par les deux paliers 3.Thus, the complete sealing of the casing is achieved by the two bearings 3.

L'axe 2 est muni d'un canal 13 coaxial débouchant d'un côté à une de ses extrémités et de l'autre au niveau du disque support 1, ce canal servant au passage d'un fil électriquement conducteur reliant l'une des bornes de connexion du solénoïde 10 du stator, à un point fixe à l'extérieur du carter, l'autre borne du solénoïde étant reliée à la masse.The axis 2 is provided with a coaxial channel 13 opening on one side at one of its ends and on the other at the level of the support disc 1, this channel serving for the passage of an electrically conductive wire connecting one of the connection terminals of the solenoid 10 of the stator, at a fixed point outside the casing, the other terminal of the solenoid being connected to earth.

Les aimants permanents 9 du rotor sont avantageusement fixés, par exemple par collage, sur une couronne métallique 1 1 assurant le bouclage du circuit magnétique du rotor, cette couronne étant elle-même fixée, également par collage sur la paroi annulaire intérieure du carter 4. The permanent magnets 9 of the rotor are advantageously fixed, for example by gluing, on a metal crown 1 1 ensuring the looping of the magnetic circuit of the rotor, this crown being itself fixed, also by gluing on the inner annular wall of the casing 4.

Le circuit magnétique 8 du stator délimite un espace de forme torique à section de génératrice rectangulaire ou carrée, dans laquelle est insérée la bobine du solénoïde 10, et dont le grand diamètre est légèrement inférieur à celui du cercle tangent aux faces des aimants permanents 9, tournées vers l'intérieur du carter 4.The magnetic circuit 8 of the stator defines a toroidal space with a rectangular or square generator section, into which the coil of the solenoid 10 is inserted, and whose large diameter is slightly less than that of the circle tangent to the faces of the permanent magnets 9, facing inward of the housing 4.

I1 est constitué de deux couronnes métalliques 17, 18 symétriques l'une par rapport à l'autre, regroupant respectivement les pôles nord et les pôles sud du solénoïde. Chacune de ces couronnes présente une portion tubulaire cylindrique dont un bord est prolongé vers l'extérieur par des dents uniformément réparties sur toute la périphérie comprenant chacune une première portion sensiblement rectangulaire s'étendant radialement et prolongée par et une seconde portion sensiblement trapézoïdale, s'étendant axialement en direction de l'autre bord. I1 consists of two metal rings 17, 18 symmetrical with respect to each other, grouping respectively the north poles and the south poles of the solenoid. Each of these rings has a cylindrical tubular portion, one edge of which is extended outwards by teeth uniformly distributed over the entire periphery, each comprising a first substantially rectangular portion extending radially and extended by and a second substantially trapezoidal portion, s' extending axially towards the other edge.

Pour former le circuit magnétique, les deux couronnes sont fixées l'une à l'autre de manière coaxiale, par exemple par soudure, les portions axiales des dents respectives des deux couronnes étant orientées les unes vers les autres et s'entrecroisant de manière à former une succession de pôles nord en alternance avec des pôles sud. Le nombre de ces dents correspond au nombre d'aimants permanents constituant le rotor.To form the magnetic circuit, the two crowns are fixed to each other coaxially, for example by welding, the axial portions of the respective teeth of the two crowns being oriented towards each other and intersecting so as to form a succession of north poles alternating with south poles. The number of these teeth corresponds to the number of permanent magnets constituting the rotor.

La forme trapézoïdale de la seconde portion des dents permet avantageusement de limiter les pertes magnétiques.The trapezoidal shape of the second portion of the teeth advantageously makes it possible to limit the magnetic losses.

Ainsi, pour un diamètre extérieur de stator de 18 cm et 40 pôles, la génératrice fournit une force électromotrice de 8 à 10 volts à partir de 100 tours par minute, ce qui correspond à une puissance électrique nominale de 3 W.Thus, for a stator outside diameter of 18 cm and 40 poles, the generator provides an electromotive force of 8 to 10 volts from 100 revolutions per minute, which corresponds to a nominal electrical power of 3 W.

Le disque support 1 est montré plein sur la figure 1. Celui-ci peut toutefois être creux pour loger un éventuel circuit électronique, par exemple un circuit de régulation ou redresseur.The support disk 1 is shown full in FIG. 1. It may however be hollow to accommodate a possible electronic circuit, for example a regulation or rectifier circuit.

Une telle génératrice peut avantageusement être montée sur une roue de bicyclette à rayons 6 grâce à deux flasques annulaires 5 présentant une partie centrale cylindrique engagée et fixée respectivement sur les deux extrémités opposées du moyeu 19 du stator de manière à laisser libre le passage de l'axe 2, et une partie périphérique s'étendant radialement et munie d'une pluralité de perçages uniformément répartis le long de son bord périphérique extérieur, dans lesquels sont engagées les extrémités des rayons 6 de la roue. Such a generator can advantageously be mounted on a spoked bicycle wheel 6 by means of two annular flanges 5 having a cylindrical central part engaged and fixed respectively on the two opposite ends of the hub 19 of the stator so as to allow free passage of the axis 2, and a peripheral portion extending radially and provided with a plurality of holes uniformly distributed along its outer peripheral edge, in which the ends of the spokes 6 of the wheel are engaged.

Le montage de la roue sur le cadre de la bicyclette se fait de manière classique au moyen de deux écrous 7, 20 engagées sur les deux extrémités filetées de l'axe 2.The wheel is mounted on the bicycle frame in a conventional manner by means of two nuts 7, 20 engaged on the two threaded ends of the axle 2.

On peut prévoir d'équiper la bicyclette d'une batterie d'accumulateurs et d'un circuit de charge de la batterie, de manière à assurer l'éclairage de la bicyclette, même à l'arrêt.Provision may be made to equip the bicycle with an accumulator battery and a battery charging circuit, so as to ensure the lighting of the bicycle, even when stationary.

Bien entendu, une telle génératrice peut être montée sur d'autre types de roues, et être utilisée dans d'autres applications. Par exemple, elle est tout à fait adaptée pour être montée sur une éolienne. Of course, such a generator can be mounted on other types of wheels, and be used in other applications. For example, it is perfectly suited to be mounted on a wind turbine.

Claims (13)

REVENDICATIONS 1. Génératrice de type dynamoélectrique à aimants permanents montée sur un axe de roue, caractérisée en ce qu'elle comprend: - un carter (4) étanche ayant une forme à symétrie de révolution, fixé à la roue, 1. Dynamoelectric type generator with permanent magnets mounted on a wheel axle, characterized in that it comprises: - a sealed casing (4) having a shape with symmetry of revolution, fixed to the wheel, et monté librement rotatif et coaxialement sur l'axe (2) de la roue au moyen and mounted freely rotatably and coaxially on the axis (2) of the wheel by means d'une liaison fermant le carter de manière étanche, - un rotor comprenant une pluralité de pôles magnétiques alternés nord, sud a connection sealingly closing the casing, a rotor comprising a plurality of alternating north and south magnetic poles réalisés par des aimants permanents (9) fixés sur la paroi annulaire intérieure made by permanent magnets (9) fixed on the inner annular wall du carter (4), et - un stator coaxial solidaire de l'axe (2) de la roue, disposé dans le carter (4) et of the housing (4), and - a coaxial stator integral with the axle (2) of the wheel, disposed in the housing (4) and comprenant un ensemble d'enroulements (10) coaxiaux à l'axe (2) de la roue, comprising a set of windings (10) coaxial with the axis (2) of the wheel, associé à un circuit magnétique (8) formant une succession de pôles alternés, associated with a magnetic circuit (8) forming a succession of alternating poles, disposés en regard et à faible distance des aimants permanents (9) du rotor. arranged opposite and at a short distance from the permanent magnets (9) of the rotor. 2. Génératrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que le carter (4) est monté sur l'axe (2) de la roue au moyen de paliers à roulements à billes (3). 2. Generator according to claim 1, characterized in that the casing (4) is mounted on the axis (2) of the wheel by means of ball bearing bearings (3). 3. Génératrice selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le rotor comprend une couronne de bouclage magnétique (11) fixée sur la paroi annulaire intérieure du carter (4), sur laquelle sont fixés les aimants permanents (9). 3. Generator according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor comprises a magnetic loop ring (11) fixed on the inner annular wall of the housing (4), on which are fixed the permanent magnets (9). 4. Génératrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit magnétique (8) du stator présente une forme torique dans laquelle est disposé l'ensemble des enroulements (10). 4. Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic circuit (8) of the stator has a toroidal shape in which is arranged all of the windings (10). 5. Génératrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit magnétique (8) du stator comprend deux couronnes (17, 18) annulaires symétriques l'une par rapport à l'autre, comportant chacune une pluralité de dents (28) uniformément réparties sur toute leur périphérie et s'étendant radialement, et recourbées axialement, les deux couronnes étant fixées l'une à l'autre de manière à ce que leurs dents respectives s'entrecroisent les unes avec les autres et délimitent avec les couronnes un espace intérieur dans lequel est logé l'ensemble des enroulements (10).  5. Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic circuit (8) of the stator comprises two annular rings (17, 18) symmetrical with respect to each other, each comprising a plurality of teeth ( 28) uniformly distributed over their entire periphery and extending radially, and bent axially, the two crowns being fixed to each other so that their respective teeth intersect with one another and delimit with the crown an interior space in which is housed all of the windings (10). 6. Génératrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le carter est constitué de deux demi carters à symétrie de révolution, symétriques et assemblés l'un à l'autre de manière étanche. 6. Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the casing consists of two half-housings with symmetry of revolution, symmetrical and assembled to one another in leaktight manner. 7. Génératrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'ensemble des enroulements (10) est connecté électriquement d'un côté à la masse et de l'autre à un point fixe à l'extérieur du carter (4) par l'intermédiaire d'un fil conducteur passant par un canal (13) coaxial à l'axe (2) de la roue. 7. Generator according to one of the preceding claims, characterized in that all of the windings (10) are electrically connected on one side to earth and on the other to a fixed point outside the casing (4 ) by means of a conducting wire passing through a channel (13) coaxial with the axis (2) of the wheel. 8. Génératrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend environ 40 pôles. 8. Generator according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises approximately 40 poles. 9. Génératrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le carter (4) est fixé à la roue au moyen de deux couronnes annulaires (5) fixées respectivement sur les deux faces opposées du carter (4), coaxialement à l'axe (2) de la roue, ces couronnes étant fixées à la roue par l'intermédiaire de rayons (6). 9. Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the casing (4) is fixed to the wheel by means of two annular rings (5) fixed respectively on the two opposite faces of the casing (4), coaxially with the 'axis (2) of the wheel, these crowns being fixed to the wheel by means of spokes (6). 10. Génératrice selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que circuit magnétique (8) du stator est fixé sur un disque support (1) fixé coaxialement à l'axe (2) de la roue. 10. Generator according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic circuit (8) of the stator is fixed on a support disc (1) fixed coaxially to the axis (2) of the wheel. 11. Génératrice selon la revendication 10, caractérisée en ce que le disque support (1) est creux et renferme un circuit électronique. 11. Generator according to claim 10, characterized in that the support disc (1) is hollow and contains an electronic circuit. 12. Bicyclette sur laquelle est montée la génératrice selon l'une des revendications précédentes. 12. Bicycle on which the generator is mounted according to one of the preceding claims. 13. Bicyclette selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend une batterie d'accumulateurs connectée à la génératrice par l'intermédiaire d'un circuit de charge de la batterie.  13. Bicycle according to claim 12, characterized in that it comprises a storage battery connected to the generator via a battery charging circuit.
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