Brevet FR2433850A1 — publié le 19800314

La présente invention concerne un procédé électromagnétique de conversion d'énergie et un dispositif de mise en oeuvre dudit procédé, destiné en particulier mais non exclusivement, à être utilisé en tant que moteur électrique. On sait que le moteur de Gramme est, en fait, un alternateur équipé dtun redresseur synchrone appelé collecteur. L'entretien des balais dudit collecteur pose des problèmes pratiques très contraignants. On sait, d'autre part, que les moteurs synchrones présentent des inconvénients notables tant au point de vue rendement qu'au point de vue couple disponible. Le procédé objet de la présente invention a notamment pour but de permettre de pallier aux inconvénients des convertisseurs électro-magnétiques connus. Le premier objet de l'invention est la réalisation d'un moteur à courant continu bobiné dans lequel le potentiel induit apparatt simultanément au stator et au rotor, l'un et l'autre étant à la fois inducteur et induit l'un par rapport à l'autre, ce qui double l'efficacité par rapport au moteur de Gramme dont le stator n'est qu'une référence statique. Un second objet de la présente invention est la réalisation d'un moteur électrique permettant d'éviter toute rétroaction du circuit dynamique sur le circuit de référence, ce qui permet d'éliminer les bobines polaires d'égalisation du champ de référence et les bobines de compensation de démagnétisation dudit champ. Selon la présente invention, le procédé électromagnétique de conversion de l'energie est caractérisé en ce qu'il consiste à : - coupler des tores coaxiaux en faisant circule dans des bobines entourant lesdits tores un courant de référence, - puis, à accélérer les énergies de référence en sens inverses dans chacun des tores, sans réaction globale sur le courant de référence. Le dispositif de mise en oeuvre du procédé ci-dessus est caractérisé en-ce qu'il comprend un stator et un rotor coaxiaux constitues par des tores, un premier bobinage de quelques spires reparties en nombre égal sur le rotor et sur le stator et au moins un second bobinage porté par le stator, le premier bobinage étant réuni à une source de courant continu de manière à créer un état de référence d'énergie, le second bobinage étant connecté à une source de courant continu variable après stabilisation de l'état de référence. Selon une autre caractéristique de l'invention, le sens de circulation du courant dans les spires du bobinage de référence est le même dans le voisinage de l'espace inter tores. La présente invention repose sur le fait que les phénomènes électro-magnétiques étant à symétrie de révolution, la structure du dispositif doit également être à symétrie de révolution. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront au cours de la description qui va suivre de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en regard des figures qui représentent - la figure 1, une demi-coupe des tores constituant le stator et le rotor du moteur selon l'invention - la figure 2, un schéma de branchement des bobinages - la figure 3, une vue partielle en perspective d'un moteur selon l'invention - la figure 4, une demi-coupe du moteur dans lequel les éléments stator et rotor sont disposés latéralement. Sur les figures 1 et 4, les zones hachurées symbolisent les noyaux magnétiques qui sont avantageusement constitués par des tales d'acier bobinées. Sur ces figures, chaque bobinage est représenté par une spire et les flèches indiquent le sens relatif de circulation du courant dans chaque spire. On voit sur la figure 1 que sur le noyau du stator 1 sont enroulés un premier bobinage L1 qui est un bobinage de référence et un bobinage L'1 qui est le bobinage dynamique ou de commande. De même, sur le noyau du rotor 2 sont enroulés un bobinage de référence L2 et un bobinage dynamique ou de commande L'2. Conformément à l'une des caractéristiques de l'invention, les courants de référence Circulent dans le même sens dans l'espace inter tores, alors que les courants dynamiques passent dans les bobinages L'1 et L'2 circulent en sens opposé, ce qui fait que tout se passe, du point de vue dynamique, comme si un bobinage unique entourait les deux tores en comportant le même nombre de spires que le bobinage effectif de l'un des tores. Bien entendu, les bobinages L'1 L'2 sont magnétiquement sensiblement identiques.En l'absence d'entrefer, il faut très peud'ampères-tours pour obtenir une induction voisine de la saturation, l'induction étant de même sens dans chaque tore. On sait que dans ces conditions et sous réserve que le courant de référence demeure invariant, un mouvement mécanique relatif des tores va créer aux bornes de chaque bobinage un potentiel induit proportionnel a la vitesse de rotation relative exprimée en tours par seconde, suivant la formule classique de l'induction H = H S Nn 10 les flux étant de même orientation et le mouvement relatif nécessairement mutuellement inverse. Par suite, leur somme demeurera nulle et, de ce fait, sans action globale sur le courant de référence. Le champ de référence est défini par le nombre d'ampères. Le nombre de spires du bobinage dynamique est défini par le potentiel à obtenir, tandis que la section de ce bobinage est définiepar l'intensité dynamique. Il est, bien entendu, possible d'avoir sur le rotor et sur le stator, des bobinages dynamiques qui ne comprennent pas le même nombre de tours, mais dans ces conditions, il est indispensable de maintenir constant le courant de référence au moyen d'un transistor à courant de base constant ou par tout autre moyen électriquement équivalent, qui s'oppose à cette variation du courant de référence. Ainsi, le potentiel induit au bornes des enroulements de référence n' a pas d'effet rétroactif sur l'intensité de celui-c i. Si les enroulements L1 et L2 de référence comprennent le même nombre de spires, le même potentiel induit apparait aux bornes de ces enroulements. Lorsque ces deux enroulements L1 , L2 sont connectés en série tout en.étant bobinés en sens inverse, de sorte que le sens du courant soit le même dans l'inter tore, les potentiels développés dans ces enroulements par induction sont additif s. Si le circuit L1 + L2 débite sur une résistance , l'énergie obtenue est proportionnelle au potentiel induit et à l'intensité débitée. Par suite de l'inversion mutuelle de la référence et du bobinage dynamique, la rétroaction du courant dynamique sur la référence sera aussi globalement nulle. Toute compensation est devenue inutile et on obtient ainsi l'un des résultats désirés. Sur la figure 2, la référence R se rapporte d'une manière générale au circuit de référence constitué par les bobinages L1 et L2, alors que la référence D se rapporte au circuit de commande ou circuit dynamique constitué des bobinages L'1 et L'2 connectés en série et reliés à une source de tension constante par l'intermédiaire d'un rhéostat de démarrage R1. On voit sur cette figure que les bobinages L1 et L2 sont bobinés en sens inverses, alors que les bobinages L'1 et L'2 sont bobinés dans le même sens comme expliqué ci-dessus. Bien entendu, ces sens sont conventionnels et peuvent être inversés sans que le fonctionnement du dispositif soit modifie. Le convertisseur qui vient d'être décrit peut, bien entendu, fonctionner aussi bien en moteur, et, dans ce cas, lorsque le courant de référence est préalablement établi, le courant dynamique provoque la rotation du rotor, le potentiel induit demeurant inchangé et devenant contre électro-moteur, qu'en générateur. La figure 3 représente un moteur réalisé conformément à l'invention et on voit qu'il se compose de deux tores 1 et 2 portant chacun respectivement les bobinages L1 et L'1 et L2 et L'2. Le rotor 2 est solidarisé par des pattes 3, pénétrant à l'intérieur du noyau, avec l'axe X du moteur. Les contacts du rotor sont réalisés à l'aide de trois bagues non représentées, l'une des bagues permettant d'appliquer le courant de référence, la deuxième le courant dynamique et la troisième formant le point commun au bobinage de référence L2 et au bobinage dynamique L'2. La connexion du stator au circuit électrique ne pose, bien entendu, aucun problème. L'axe X repose, d'autre part, par l'intermédiaire de paliers non représentés, à l'intérieur du carter 4 qui peut être monté en tout endroit voulu à l'aide de supports 5. Le couplage n'est pas affecté très sensiblement par la distance inter tores lorsque le courant du circuit dynamique est grand par rapport au courant du circuit de référence. Dans le cas de moyennes et grandes puissances, les bobinages dynamiques sont avantageusement constitués par des profilés pliés en U et connectés en série d'un seul cbté par soudure par points. Dans le cas des faibles puissances, le bobinage à la machine ne peut s'accommoder d'un grand allongement. Dans ce cas, le mode de réalisation représenté sur la figure 4 est plus avantageux. Il comporte un tore tournant central 2 flanqué de deux tores latéraux fixes, respectivement Il et 12, dont l'épaisseur est égale à la moitié de celle du tore central. Comme précédemment, le rotor porte deux enroulements, respectivement L2, enroulement de référence, et L'2, enroulement dynamique, alors que chaque demi-stator Il et 12, porte deux enroulements, respectivement L11 et L' et L12 et L'12 de référence et de commande.Le bobinage tel qutil apparat schématisé par les flèches de la figure 4 conduit à un même sens de circulation du courant de référence dans l'espace inter tores ce qui conserve la logique de conversion. Dans ce mode due réalisation, la section optimale du rotor est une forme carrée. Dans le cas d'un moteur de faible puissance et pour lequel le rendement énergétique est négligable, il est possible de remplacer l'un des tores, et notamment le rotor, par un aimant permanent, par exemple en acier férro-magnétique entouré par un tore ne comportant que le bobinage dynamique. Le tore à aimant permanent est aimanté sur place, par exemple, au moyen d'un bobinage de quelques spires dans lequel on opère la décharge d'un oendensateur . Le champ de cet aimant se fermant à l'intérieur du tore bobiné, un courant à I'intérieur dudit bobinage provoquera l'apparition d'un couple moteur et un potentiel contre électro-moteur résultera de la rotation. Naturellement, un tel moteur est relativement moins efficace que celui comprenant les bobinages tels que décrits ci-dessus, mais son extrême simplicité et l'absence de tout contact tournant lui assurent de nombreuses applications. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS l.- Procédé électro-magnétique de conversion d'énergie, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un couplage électro-magnétique d'au moins deux tores coaxiaux, afin de créer un état de référence d'énergie, puis à accélerer les énergies de référence en sens inverse dans chacun des tores sans réaction globale sur l'état de référence. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on bobine sur chacun des tores précités d'une part un enroulement de référence de quelques spires et, d'autre part, un enroulement dynamique comportant un grand nombre de spires, les bobinages de référence étant bobinés en sens inverse alors que les bobinages dynamiques sont bobinés dans le même sens, chacun des deux bobinages étant ensuite connecté en série et relié à une source de courant continu. 3.- Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon les revendications l ou 2, caractérisé en ce que l'un des deux tores est mobile par rapport à l'autre, les deux tores étant concentriques. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications l ou 2, caractérisé en ce qu'il est constitué par un tore mobile disposé entrè deux tores latéraux dont l'épaisseur est sensiblement égale à la moitié de l'épaisseur du tore central. 5.- Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que l'un des deux tores est constitué par un aimant permanent à aimantation torique, l'autre tore ne comportant qu'un enroulement dynamique. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les tores précités sont constitués par bobinage d'une tale magnétique. 7- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le sens de bobinage des enroulements de référence est différent sur le rotor et sur le stator de sorte que le sens de circulation du courant soit le même dans l'espace inter-tores. 8.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour appliquer le courant dynamique sur les enroulements dynamiques après eotablissement d'un courant de référence dans les enroulements. 9.~Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le nombre de spires du bobinage de référence du tore mobile est égal au nombre de spires du bobinage de référence du tore fixe. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3, 4, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que le nombre de spires du bobinage dynamique du tore fixe est égal au nombre de spires du bobinage dynamique du tore mobile. ll.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation des bobinages de référence comprend un élément pour assurer l'invariance dudit courant de référence.