Brevet FR2602378A1 — publié le 19880205

,La présente invention concerne des machines génératrices de courants électriques industriels, réversibles en génératrices d'énergie mécanique,utilisant les phénomènes d'induction. Les machines actuelles de ce genre sont construites selon des méthodes très anciennes, antérieures à l'existence des industries électriques et mécaniques modernes, pour lesquelles d'ailleurs elles ne pouvaient pas etre prévues. Elles ont été conçues notamment pour des usages étrangers aux problèmes actuels de captation en tous lieux, de transport à grandes distances, d'interconnexion et de distribution de l'énergie mécanique, dont l'aspect économique est devenu intimement lié à la civilisation moderne. I1 n'est donc pas surprenant que les machines dont on dispose actuellement ne soient pas fondamentalement conçues pour assurer facilement cette fonction en toute sécurité. Parmi les inconvénients de ces machines,on peut citer les suivants: - leur construction implique une conception particuliere selon qu'elles sont à courant continu ou à courant alternatif - Elles introduisent des contraintes étroites de vitesse de rotation pour maintenir rigoureusement la fréquence désirée du courant alternatif produit ou reçu. -Elles n'excluent pas -es risques de refus de couplage dans un temps suffisamment court. - Leurs limites de résistance mécanique aux forces centrifuges sont étroites. - Elles ne permettent de fournir de l'énergie mécanique directement que dans des conditions de vitesse invariable, lorsqu'elles fonctionnent en courant alternatif. - Elles nécessitent,çn conséquence, ladjonction d'éléments coûteux et précaires, tels que: réducteurs de vitesse, redresseurs, variateurs de fréquence. - Elles comportent elles-mêmes des organes auxiliaires coûteux et peu fiables tels que collecteurs, contacts glissants, balais, dynamos excitatrices. - Elles imposent l'usage de courants polyphasés pour le transport à distance de l'énergie mécanique (distribution à trois et quatre fils). - Leur puissance massique est faible. - Leur construction est compliquée et conteuse. L'invention a pour objet un nouveau moyen utilisant les phénomènes d'induction pour convertir l'énergie mécanique de toute provenance, en énergie potentielle électrique aisément et économiquement reconvertible en énergie mécanique industriellement utilisable. Contrairement aux procédés classiques, selon ce nouveau procédé, on produit au moins alternativement une seule phase de courant, pendant la rotation angulaire de 3600 d'un inducteur de type homopolaire, dans au moins deux armatures d'induit à circuit magnétique ouvert. Cette machine présente les particularités suivantes : - Un induit constitué d'un ensemble d'au moins deux armatures ferro-magnétiques en forme d'anneaux cylindriques, disposés autour d'un axe horizontal commun, fixés à la carcasse ferromagnétique de la machine. - Chacun de ces anneaux est fractionné par des coupures qui les divisent en un nombre pair de sections bobinées et de sections non bobinées . -Ces coupures constituent des entrefers obtenus par chevauchement des sections non bobinées sur les sections bobinées en interposant un vide entre elles1 de telle manière que les sections bobinées soient des circuits magnétiques ouverts. - Les sections bobinées sont encochées intérieurement, la première et la dernière encoche étant incomplètes et l'armature étant réduite au-delà - Les sections bobinées sont fixées par leur milieu à la carcasse de la machine. - Les sections non bobinées font corps avec ce bâti. - L'inducteur est mobile et de type homopolaire dont le nombre de roues polaires est eal au nombre d'anneaux. - L'enroulement inducteur est fixe et solidaire du bâti de la machine par ses joues. I1 consiste en une ou plusieurs bobines creuses, entourant librement l'arbre de la machine et intercalées entre les roues polaires en les laissant libres de rotation. - Les pôles des roues polaires peuvent être éventuellement des aimants permanents. Pour décrire les éléments constitutifs de la machine,on se référera au dessin annexé qui représente à titre d'exemple non limitatif une forme de réalisation d'une machine conforme à l'invention. Le figure 1 est une vue schématique d'une des faces de la machine. La figure 2 en est une coupe lonhitudinale schématique de profil. On a représenté en l(Fig.l) une des armatures ferro-magnétiques d'induit en forme d'anneau cylindrique. En 2 (Figs 1 et 2) une section encochée intérieurement et bobinée. En 3 une encoche. En 4 le fil de l'enroulement d'induit. En 13 et 14 des entrefers. En 15 et 16 des encoches terminales. En 5 (Fig.l) on a représenté une section non encochée ni bobinée de I'arlpature 1 qui recouv-e intérieurement les extrémités de la section bobinée 2. On a représenté en 6 (Fig.2) une deuxième armature ferro-magnétique d'induit. Cette armature est inversée angulairement par rapport à l'armature 1 et ne présente ainsi que la face intérieure de sa section non encochée 7. On a représenté en 8 (Fig.2) l'enroulement d'excitation de llin- ducteur et en 9 les joues solidaires du bati 10 de la machine. les références 11 (Fig.l) et 12 (Fig.2) désignent respectivement les piles Nord de l'inducteur et un pôle Sud L'arbre de rotation de la machine est représenté en 17. La figure 1 montre que chaque armature d'induit est divisée en au moins deux parties , l'une bobinée 2 est active, l'autre 1 ne produit aucun courant. Les pôles inducteurs étant suffisamment larges et leur nombre tel que le bobinage 4 est le siège d'une force électro-motrice constante. Chacune des armatures d'induit peut donc être considérée comme un générateur de courant continu unipolaire. Le rôle des sections non bobinées,telles que 5, est de concentrer le champ des sections bobinées telles que 2, hors du trajet et de l'influence des pôles inducteurs, dans les régions où ceux-ci induiraient un courant inverse. D'autre part elles servent de retour à la masse des circuits magnétiques inducteurs. Le rye des entrefers est de créer des armatures bobinées à circuit magnétique ouvert, sans manifestation de leur champ extérieur dans les régions de révolution des pôles inducteurs. Les encoches terminales incomplètes 15 et 16 des sections bobinées se trouvent complétées par les extrémités des sections non bobinées, les spires logées dans ces encoches sont de ce fait actives de la même manière que les autres. Le fonctionnement de la machine est le suivant : On accouple l'arbre 17 à un moteur mécanique qui entratne de cette façon les pôles inducteurs 11 et 12 dans un mouvement de rotation. D'autre part, on s'assure que la bobine d'excitation 8 (Fig.2) est branchée , en série par exemple, avec les bobinages d'induit tel que 4. Par suite de l'aimantation rémanente qui subsiste naturellement dans les pôles inducteurs 11 et 12, la machine s'amorce comme dans les machines à courant continu actuelles. Le mouvement de rotation des piles inducteurs 11 et 12 provoque suivant le processus connu une force électro.motricé induite dans le bobinage 4. On constate qu'aucun courant n'est produit lorsque les pôles balaient les sections non bobinées 5 et 6. De ce fait, chaque armature d'induit tel que 1 ne: produit du courant que pendant une demi- révolution de chaque paleron obtient cependant une force électromotrice permanente du fait de l'alternance des parties bobinées avec les parties non bobinées , du nombre et de la largeur des pôles inducteurs vis à vis de chaque armature, et du décalage angulaire des armatures i'une par rapport à l'autre sur leurs plans respectifs. Le fonctionnement est identique si la bobine d'excitation 8 est branchée à une source de courant continu extérieure. Si la source de courant extérieure est une source de courant alternatif, il est évident que le courant produit dans les bobinages 4 est du courant alternatif de même fréquence que le courant d'excitation et que cette fréquence est indépendante de la vitesse de rotation des p6les. Parmi les résultats avantageux procurés par cette machine, on citera les suivants - Le branchement convenable des secteurs bobinés des armatures d'induit et le décalage angulaire de ces armatures, concourant à équilibrer le travail mécanique de l'arbre de la machine et à produire une force électromotrice maximum de courant continu dans le circuit électrique extérieur. - La force électromotrice de cette machine est proportionnelle au nombre total de spires d'induit, à la vitesse linéaire des pôles et au nombre de paires de pôles inducteurs. Elle est par conséquent considérablement plus élevée que celle d'une machine classique de même dimension. - D'autre part, l'absence de commutation électrique permet d'alimenter les inducteurs en courant alternatif et d'obtenir ainsi la production de courant alternatif de même fréquence que le courant inducteur, avec cette particularité que la fréquence du courant produit est absolument indépendante de la vitesse de rotation de la machine et de la force électromotrice obtenue. - Enfin, on remarque que la machine est évidemment réversible en génératrice d'énergie mécanique dans les mêmes conditions de fonctionnement et en conservant les avantages des moteurs à courant continu classiques, bien que dépourvue de balais et de collecteurs. Enfin l'invention a pour avantages : l'universalité d'emploi et l'unicité de construction. Les machines qui en découlent ne comportent aucun contact glissant ni collecteur,ni commutation électrique ou électronique. Les enroulements d'induit et d'inducteur sont accessibles pendant la marche. Elles constituent d'excellents moteurs à courant alternatif sans champ tournant. Leurs limites de vitesse de rotation sont considérablement reculées. REVENDICATIONS 1. Machine électro-dynamique prévue pour générer des courants électriques continus et alternatifs, à vitesse variable et fréquence constante (SVCF) et de l'énergie mécanique à régime variable, caractérisée en ce qu'elle comprend un ensemble d'au moins deux armatures d'induit (1 Fig.l) et (6 Fig.2) situées sur des plans parallèles concentriques et décalés angulairement l'un par rapport à l'autre et un inducteur mobile et de type homopolaire incluant des roues polaires(ll)et(l2)en nombre égal à celui des armatures d'unduit. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les armatures d'induit sont sectionnées par des coupures(13)et 64)déterminant des secteurs non bobinés(5)et des secteurs bobinés(2)comprenant des enzoches(3),et reliés au b3ti(lO)de la machine tel que par leur milieu. 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que les coupures(l3)et(14)constituent des entrefers par chevauchement des secteurs non bobinés (5 )sur les secteurs bobinés 2. 4. Machine selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que de part et d'autre des encoches d'extrémité(3)sont prévues des demi-encoches,respectivement(l5)et(16)compîétées par les extrémités des sections non bobinées(),