Brevet FR2662555A1 — publié le 19911129

"Procédé de conversion asynchrone d'énergie, de gestion et le dispositif de réalisation" L'invention concerne un procédé de conversion asynchrone d'énergie d'une force paramétrique en mouvement d'un objet physique à paramètres permanents à capacité d'absorption d'énergie. La conversion d'énergie, par exemple l'amorçage des oscillations entretenues d'un système sous l'action d'une force paramétrique est connue. Cependant, le domaine des valeurs de fréquences de la force agissante de la réalisation de cette méthode est limité. La méthode la plus proche de la méthode proposée est une méthode de la conversion asynchrone d'énergie c'est-à-dire l'amorçage des oscillations entretenues sous l'action d'une force paramétrique en appliquant une force périodique sur un système oscillatoire à paramètres permanents à capacité d'absorption d'énergie. Sous l'effet d'une organisation définie de l'interaction avec le système, cette force agit sur ce dernier d'une manière non uniforme par amplitude, en fonction de coordonnées de système c'est-à-dire de manière non linéaire selon la coordonnée de déplacement du système. Néanmois les possibilités fonctionnelles de ce procédé d'amorçage des oscillations entretenues sont limitées du fait que le domaine des conditions initiales favorables à sa réalisation est étroit et à cause de la nécessité de l'élaboration d'un ordre strict de multiplicité de valeurs de fréquence de la force agissante dans le système oscillatoire. Le but de l'invention est l'élargissement des possibilités fonctionnelles. A cette effet, l'invention concerne un procédé du type ci-dessus, caractérisé en ce qu'on repousse l'objet de sa position d'équilibre et on le soumet à une force périodique active: - en créant au moins un système oscillatoire non linéaire par l'introduction dans celui-ci d'une source de la force motrice et d'un élément à caractéristique non linéaire (où à la fois 2, 3, éléments à caractéristique non linéaire ou leur combinaison), - en générant de l'énergie par un systéme oscillatoire, - en modélisant un des paramétres à capacité d'absorption d'énergie d'un système oscillatoire (où à la fois 2,3,... paramétres ou leur combinaison) par un objet et une action complémentaire ou leur combinaison, et on crée des conditions spatiales et temporelles de l'interaction de l'objet avec de la force telle qu'on réalise une conversion asynchrone de l'énergie de la force dans les processus liés au fonctionnement de l'objet. La gestion d'un processus de la conversion d'énergie par le procédé indiqué ci-dessus est caractérisée par le fait qu'on régle les conditions spatiales et temporelles de l'interaction de l'objet avec de la force, on introduit et on change un des liens (ou à la fois 2,3,.. liens ou leur combinaison) de l'objet avec la force, on régle l'intensité de la source d'alimentation, on régle un des paramètres (où à la fois 2, 3,... paramètres ou leur combinaison) du système oscillatoire. De ce fait, on réalise une gestion optimale du processus de la conversion asynchrone d'énergie. Le procédé proposé de la conversion asynchrone d'énergie et de la gestion peut être réalisé par un dispositif consistant d'un objet physique à paramètres stables d'absorption d'énergie, un système oscillatoire et un système d'amorçage et qui est caractérisé par le fait que le système oscillatoire contient au moins une source d'énergie à un régulateur d'intensité, un élément non linéaire ou à la fois 2, 3, ... éléments non linéaires ou leur combinaison à un régulateur de leurs caractéristiques, des régulateurs de caractéristiques de tous les autres éléments, tandis qu'entre l'objet et le système oscillatoires existent une ou à la fois 2, 3,... liaisons ou leurs combinaisons avec des régulateurs de leurs caractéristiques. Le procédé proposé repose sur l'apport de l'énergie d'une force périodique dans la mouvement des objets (systèmes) de natures physiques différentes. Ces mouvements des objets (systèmes) peuvent être périodiques par exemple oscillatoires, rotatifs ou autres cycliques, ou progressifs (linéaires) par exemple dans des moteurs linéaires, des accélérateurs et des systèmes semblables. La source primaire d'énergie de la source périodique agissant sur l'objet peut être une force motrice alternative ou continue. De manière générale, lors de l'interaction d'un objet à paramètres permanents avec une force périodique, par exemple un système oscillatoire de résonance dont le circuit contient une source d'énergie, la conversion asynchrone d'énergie de la force agissante en mouvement de cet objet devient possible parce que cet objet agit sur un des paramètres à capacité d'absorption d'énergie en mode déterminé qui conditionne la modulation de ce paramètre. Les propriétés de la conversion asynchrone d'énergie due à la réaction de l'objet sur un paramètre à capacité d'absorption d'énergie d'une force périodique qui agit sur cet objet sont les suivantes: - haut rendement, - large indépendance de caractéristiques dynamiques de l'objet de la force qui agit sur lui; cet objet et cette force entrant en action à partir de certaines limites de leurs valeurs (initiales), - possibilité d'un réglage en large gamme de caractéristiques dy namiques de l'objet (vitesse, amplitude, fréquence de mouve ment) par le changement de l'amplitude de la source d'alimenta tion branché dans le circuit du système oscillatoire. Ainsi le procédé selon l'invention concerne une classe de processus d'interaction. Cette interaction est caractérisée par le fait que énergie de source qui forme l'action sur l'objet est utilisée non pas pour changer un des ses paramètres à capacité d'absorption d'énergie (comme par exemple en cas de l'amorçage paramètrique des oscillations) mais au contraire, l'objet dont les paramètres à capacité d'absorption d'énergie restent inchangés agit au moins sur un des paramètres à capacité d'absorption d'énergie de la force périodique agissante sur lui et organise d'une manière déterminée cette force. De ce fait, l'objet assure l'apport asynchrone de l'énergie dans le mouvement de l'objet. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de trois exemples de réalisation représentés aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un système pendulaire selon l'inven tion; - la figure 2 représente le diagramme force/coordonnée du système de la figure 1; - la figure 3 est le diagramme donnant le couple en fonction de l'angle dans le système de la figure 1; - la figure 4 montre un autre système mettant en oeuvre la pré sente invention; - la figure 5 est un des options du dispositif selon la figure 1. Selon les figures, le procédé de conversion d'énergie asynchrone est expliqué par des exemples-types de deux sousclasses de systèmes concernées. La première sous-classe concerne les systèmes dont l'objet de l'action est un système à mouvement périodique (oscillatoire, rotatif et en général cyclique). La deuxième représente les systèmes dont l'objet réalise un mouvement progressif (non périodique). La figure 1 représente le schéma principal de l'appareil qui réalise le procédé proposé de la conversion asynchrone d'énergie de la première sous-classe de systèmes. Les figures 2 et 3 représentent les diagrammes de fonctionnement temporels. Selon la figure 1, le dispositif se compose d'un pendule dont la tige rigide 1 porte une barre ferromagnétique 2 fixée d'une manière stable sur son extrémité. L'autre extrémité de la tige 1 est articulée dans l'appui 3. Le pendule peut effectuer des mouvements oscillatoires en plan vertical comme un système à un degré de liberté. La fréquence propre du pendule est oeo. Un solénoïde L est placé sous la barre 2 à la distance minimale. Ce solénoïde est placé dans l'axe OY correspondant à l'équilibre du pendule à l'absence de forces extérieures perturbatrices. Ce solénoïde 2 fait partie d'un circuit de résonance non linéaire qui comporte une capacité non linéaire C, une résistance R et une source d'une force motrice alternative de la fréquence v. 1 est l'interstice entre la barre 2 et le solénoïde C et il caractérise la grandeur de la liaison magnétique entre eux.Les éléments L, C, R et la source de la force motrice sont munis des régulateurs. Ainsi, on utilise comme capacité non linéaire C un varicap auquel une faible tension de commande peut être appliquée. Le procédé d'amorçage des oscillations entretenues dans le dispositif selon la figure 1 est réalisée de la manière suivante: On déplace le pendule par rapport à la position d'équilibre à la distance Xo. En fait, on assure l'interaction entre la barre ferromagnétique 2 et le solénoïde L dans la zone d'équilibre du pendule. Cela change un paramètre à capacité d'absorption d'énergie du circuit à savoir son inductance. Comme le circuit de résonance est non linéaire à cause de sa capacité non linéaire, sa caractéristique de résonance est du type représenté sur la figure 2. Cette figure représente la courbe expérimentale de la corrélation entre des forces pondéromotrices (interactions mécaniques de courants par les champs magnétiques qu'ils excitent - à l'exception des processus transitoires) agissant sur un système oscillatoire et les coordonnées de son mouvement. Sur le dessin, les valeurs de force pondéromotrice agissant sur le pendule lors de son mouvement vers la position d'équilibre, peut être de gauche à droite, sont positives tandis que les valeurs de force lors du mouvement du pendule s'écartant de la position d'équilibre dans la même direction à X > 0 sont négatives. La corrélation entre la force pondéromotrice F et la coordonnée X du mouvement du pendule des deux côtés de sa position d'équilibre (c'est-à-dire du point X = 0) est présentée par des courbes à tronçons de caractéristiques décroissantes ayant en général les trois valeurs.Ces tronçons portent les références A1, B1, C1 et A2, B2, C2, respectivement. Le mécanisme d'apport de l'énergie dans les oscillations du pendule s'explique de la manière suivante. Lors du mouvement du pendule depuis le point X = - Xg jusqu'au point X = 0 l'inductance du solénoîde L augmente et la force pondéromotrice F change suivant le tronçon de courbe A1 jusqu'à sa brusque diminution auprès du point X = 0 lors de son déplacement le long du tronçon B1 de la courbe. Dans le cas X > 0 la force ondéromotrice change suivant le tronçon B2 jusqu'à X = X2 où elle baisse brusquement: ensuite elle suit le tronçon A2 de la courbe. La trajectoire du changement de la force pondéromotrice est indiquée par des fléches sur la figure 2. Le travail résultant des forces pondéromotrices agissant sur le pendule peut être déterminé comme étant la surface hachurée de ce diagramme. Les résultats convaincants des essais montrent qu'à cause de l'interaction, le pendule reçoit une portion d'énergie qui compense les pertes dissipatives d'énergie lors de chaque demipériode (période) de ses oscillations propres. La figure 3 représente la corrélation entre le couple de la force agissant sur le pendule et l'angle de rotation du pendule pendant une série des essais. Les oscillations entretenues stables excitées lors de cette interaction sont proches de la fréquence propre oo et en général sont totalement indépendantes de la fréquence d'oscillations v du circuit de résonance c'est-à-dire sont asynchrones. La conversion d'énergie est identique si le pendule fait des mouvements rotatifs sur le plan horizontal. La fréquence ou la vitesse des mouvements périodiques du pendule selon le procédé de conversion en non résonance d'énergie et de l'amorçage des oscillations entretenues stables ou des rotations peut se différencier de la fréquence de la force agissante (de la fré-quence de résonance du système oscillante perturbatrice) en di-zaines, centaines et milliers de fois. De ce fait, les pos Indépendamment de la nature physique des systèmes oscillatoires d'interaction, l'invention permet d'amorcer des mouvements périodiques stables d'une fréquence et d'une amplitude (où d'une vitesse de rotation) fixées lors des valeurs permanentes et stables de la fréquence et de l'amplitude de la source de la force motrice qui alimente le circuit de résonance oscillatoire, source de la force amorçant les mouvements périodiques (les oscillations, les rotations). En fait, les réalisations techniques sont très favorisées grâce à la possibilité d'utiliser comme source primaire de force motrice continue, des circuits RC au lieu de circuit LC. Les figures 4 et 5 sont les schémas d'un autre mode de réalisation, d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention dans le cas de la conversion asynchrone d'énergie d'une force périodique extérieure et une gestion du processus de la conversion d'énergie en mouvements progressifs (linéaires) d'un objet. Ce dispositif selon la figure 4 comprend un tube rigide non métallique 11 d'une section ronde. Ce tube 11 reçoit de manière mobile un noyau métallique rond 12. Sur ce tube 11 est fixé au moins une self 13 bobinée sur le noyau 14 dont la configuration permet d'y mettre le corps 11. Les éléments 13 et 14 font partie du citcuit de résonance non linéaire. Ce circuit contient aussi une source de la force motrice alternative 15 à une fréquence v, une résistance 16 et une capacité 17. Les éléments 13, 15, 16 et 17 sont munis des régulateurs. Le procédé de la conversion asynchrone d'énergie à l'aide du dispositif de la figure 4 se réalise strictement de la même façon que pour l'exemple ci-dessus selon la figure 1 pour le cas d'une interaction entre un pendule et une force périodique extérieure. Les caractéristiques énergétiques du processus de l'interaction sont identiques à celles présentées sur les figures 2 et 3. Un schéma analogue peut être utilisé afin d'accélérer aussi bien des objets lourds macrophysiques que des ensembles de particules chargées. Sur la figure 5 est présenté le schéma principal du dispositif. Ce schéma est une des options possibles du dispositif selon la figure 1 relative au cas des mouvements rotatifs d'un pendule. Ce dispositif représente un moteur et il contient les éléments suivants : un rotor rigide à pôles saillants 21 dont l'axe se pose dans le roulement 22; ce rotor a au moins un pôle saillant sous forme d'une lame de condensateur 23; un stator à pôles saillants exécuté sous forme d'une paire de lames de condensateur 24; cette paire de lames ayant formé avec le résistor 25 et la capacité non linéaire 26 un circuit non linéaire de résonace à fréquence X de la source 27 qui les alimente d'une force motrice alternative. Ce dispositif est muni des régulateurs qui changent les valeurs des éléments 24, 25, 26 et 27. Le moteur est aussi muni d'un élément d'amorçage.La construction du moteur prévoit quelques pôles saillants de stator et de rotor et un élément de régulation à vis de l'entrefer de condensateur. La réalisation du processus de la conversion asynchrone d'énergie à l'aide du dispositif selon la figure 5 est totalement identique au mécanisme étudié pour le dispositif selon la figure 1. La gestion du processus de la conversion asynchrone d'énergie se réalise de la manière suivante: 1. On change par exemple la tension (le courant) de la source d'énegie branchée dans le circuit d'un système oscillatoire (voir les figures 1,4 et 5). Dans ce cas, par exemple par l'augmentation de l'amplitude de tension on augmente les surfaces sous les courbes A1, B1, C1 et A2, B2, C2 de la figure 2. Par conséquent, le travail de forces résultant agissant sur l'objet augmente. Avec la diminution de l'intensité de la source d'énergie le travail de forces résultant diminue respectivement.Ainsi, le changement de l'intensité de la source d'énergie permet de réaliser dans une large gamme la régulation du processus de la conversion d'énergie et donc de gestioner en mode choisi de l'apport d'énergie dans les processus liés au fonctionnemnt de l'objet par exemple à ses oscillations (la figure 1), ses déplacements linéaures (la figure 4), à ses mouvements rotatifs (la figure 5). 2. On introduit ou on régle une ou 2,3.. de liaisons ou 2. On introduit ou on régle une ou 2, 3 .. de liaisons ou leur combinaisons. Par exemple, le réglage par une vis de l'entrefer de condensateur dans le dispositif selon la figure 5. Ou autrement, en introduisant une liaison dissipative complémentaire entre un objet et un sytème oscillatoire si par exemple sur la figure l'objet est présenté par un circuit oscillatoire électrique LC. En outre, on peut régler les combinaisons de liaison indiquées dans les exemples ci-dessus. 3. On régle les conditions spatiales et temporelles des interactions. A cete effet, on change par exemple la position réciproque de l'objet de la force agissant sur lui qui résulte par exemple de l'augmentation (diminution) de l'interstice entre l'objet 2 et la capacité L selon la figure 1. Ou encore on assure l'interaction de l'objet avec deux ou multiples systèmes oscillatoires, on alterne en temps l'introduction dans le processus des générations de tels ou tels systèmes oscillatoires qui participent à cette interaction. Ou on utilise des combinaisons des mesures décrites. 4. On régle un ou à la fois 2, 3,... des paramètres ou leur combinaisons. A cet effet, on applique par exemple une faible tension de commande à une capacité variable-varicap dans le dispositif selon la figure 1. Ou, autrement, on change simultanément les paramètres de l'inductance L et la résistance R dans le dispositif selon la figure 5. Le mécanisme de la conversion d'énergie des processus de régulation d'aprés les pp. 2-4 est identique à celui du p. 1 pour ce qui concerne le changement de l'intensité de la source d'énergie. Un large éventail de combinaisons de possibilités de la régualtion d'un processus de la conversion d'énergie décrit dans les pp. 1-4 permet de retenir des conditions optimales de l'apport de l'énergie d'une force aux mouvements d'un objet. De manière générale, l'invention s'applique à l'élec- trophysique et peut être utilisée dans l'électrotechnique, la construction des appareils de mesure et de contrôle, l'électromagné- tique, le transport, la construction mécanique, la biophysique et la médecine ainsi que dans d'autres domaines de la science et de la technique où il faut mettre en oeuvre les processus et systèmes oscillatoires, la génération d'énergie et la conversion d'énergie par fréquence et la création de sources de signaux d'une large gamme de fréquences, l'accéléra-tion d'objets physiques, le réglage et le suivi de paramètres éléctriques et mécaniques différents, la conversion des énergies de types certains en d'autres types d'énergie, la gestion des processus de nature physique différentes, les actions sur les effets, les pro-cessus et les systèmes physiques, chimiques, biologiques, sociaux et autres etc . . . REVENDICATIONS 1. Procédé de conversion asynchrone de l'énergie d'une force paramètrique en mouvement d'un objet physique à paramètres permanents à capacité d'absorption d'énergie, caractérisé en ce qu'on repousse l'objet de sa position d'équilibre et on le soumet à une force périodique active: - en créant au moins un système oscillatoire non linéaire par l'introduction dans celui-ci d'une source d'énergie et d'un des éléments à caractéristiques non linéaires ou à la fois 2, 3, .... éléments ou leur combinaisons, - en générant de l'énergie par un système oscillatoire, - en modélisant un des paramètres à capacité d'absorption d'énergie d'un système oscillatoire, ou à la fois 2, 3,... paramètres ou leur combinaisons, par un objet ou par une action complémentaire ou leur combinaison, on crée des conditions spatiales et temporelles de l'intéraction de l'objet avec de la force telle qu'on réalise une conversion asynchrone de l'énergie de la force aux procédés liés au fonctionnement de l'objet. 2 Procédé de conversion de l'énergie selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on: - régle les conditions spatiales et temporelles de l'interaction de l'objet avec de la force, - introduit et régle une ou à la fois 2, 3, .. des liaisons ou leur combinaisons, - régle l'intensité de la source de l'énergie, - régle un ou à la fois 2, 3,.. des paramètres ou leurs combinaisons du système oscillatoire, en assurant ainsi la régulation optimale du procédé de conversion asynchrone de l'énergie. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procéde des revendications 1, 2 comprenant un objet physique à paramètres permanents à l'absorption d'énergie, au moins un système oscillatoire et un système d'amorçage, caractérisé en ce que le système oscillatoire contient: - une source d'énergie avec un régulateur d'inténcité, - un élément non linéaire ou à la fois 2, 3, ... éléments ou leur combinaisons avec régulateurs de leurs caractéristiques, - des régulateurs de caractéristiques de tous les autres éléménts, et qu'on établit une ou à la fois 2, 3, ... liaisons ou leur combinaisons avec régulateurs de leurs caractéristiques entre l'objet et le système oscillatoire.