Brevet FR2685573A1 — publié le 19930625

La présente invention concerne un procédé électrodynamique pour améliorer les machines électriques à courant continu et à courant alternatif et pour en simplifier la construction. Les procéc'és actuels n'ont pas évolué depuis l'époque des précurseurs de 11 industrie électrique. Ces procédés consistent toujours à produire du courant alternatif d'induction, puis à le redresser par des moyens mécaniques, le plus souvent par commutation de sections de bobinage à l'aide de collecteur. Ces dispositifs accessoires ne sont pas de sécurité parfaite. Ils réduisent les avantages des machines et alourdissent les coûts de construction. D'autre part,les machines électriques actuelles à courant alternatif ont l'inconvénient de ne produire qu'un courant'dont la fréquence est étroitement dependante de leur vitesse de rotation. Le procédé selon la présente invention remédie à tous ces inconvénients.Il consiste à utiliser un inducteur (10) Fig.l qui peut être un barreau aimanté NS déplaçable horizontalement,de sorte que ses pôles N et S balayant simultanément les branches parallèles d'une armature d'induit en fer doux 1 dont les extrémités ont e été rejointes pour former un circuit magnétique fermé qui fait diverger,dans des sens opposés,les lignes de force du flux inducteur produit par le barreau 10 dans les branches parallèles de l'armature d'induit l,afin d'empêcher ces branches parallèles de conserver une aimantation rémanente après chaque passage des pôles inducteurs et de se saturer. La barreau 10 peut évidemment être remplacé par un électroaimant excité par un courant électrique continu d'origine extérieure.Selon la présent procédé ,ce courant d'origine ej;té- rieure peut être également du courant alternatif. Les branches parallèles de l'armature d'induit 1 comportent des enroulements d'induit 2 et 3(Figure 1) qui deviennent le siège d'un courant d'induction pendant leur balayage par les pôles W et S de l'inducteur 10. Ce courant électrique d'induction est évidemment du courant continu lorsque le courant d'excitation de l'inducteur1 d'origine extérieure, est du courant continu. Par contre,ce courant électrique d'induction est évidemment du courant alternatif lorsque le courant d'excitation de l'inducteur 10 d'origine extérieure est alternatif. D'autre part, ce courant électrique d'induction est aussi en phase inverse et de même fréquence que le courant d'excitation de l'inducteur ,quelle que soit la vitesse de balayage des pâles inductueurs. Il est à noter que, par réversabilité,le barreau 10 et éventuellement les électro-aimants qui peuvent le remplacer, sont soumis à une réaction dynamique,quand leurs bobines d'excitation et les enroulements 2 et 3 sont parcourus par un courant continu d'origine extérieure. De même manière,par réversabilité,ls électro-aimants inducteurs substitués au barreau 10 sont soumis à une réaction dynamique lorsque les enroulements d'induit 2 et 3 ainsi que leurs bobines d'excitation sont parcourus en même temps par un courant alternatif d'origine extérieure. On comprendra mieux la portée et les réalisations de constru- ction que le procédé permet d'envisager, en se reportant aux Figures annexées dans lesquelles La Figure 1 est une représentation théorique des moyens et dispositions auxquelles fait appel le procédé pour obtenir les résultats rechercés ; La Figure 2 représente à titre d'exemple un mode de réalisation d'une machine électrique à inducteur tournant fonctionnant en courant continu et en courant alternatif, a vitesse variable et à fréquence indépendante de la vitesse de rotation ,selon l'invention ; la Figure 3 représente un autre exemple de réalisation d'une machine à induit tournant conforme à l'invention,à courant continu et à courant alternatif,à vitesse variable et à fréquence indépendante de la vitesse de rotation. Le procédé objet de la présente invention se démontre au moyen de la Figure 1 dans laquelle on a représenté un inducteur 10 constitué par un barreau aimanté Li S 10 mohile ori- zontalement,de sorte que ses pôles liS balayent simultanément les branches parallèles d'une armature en fer doux 1 dont les extrémités ont été rejointes pour former un circuit d'induit magnétiquement fermé. Chacune de ces branches parallèles est recouverte d'un bobinage 2 et 3 enroulés en sens inverse. Ces deux bobinages sont branchés en série et aboutissent à des connexions 4 et S pouvant être raccordées à un galvanomètre témoin. Les flèches FI, F2, F3, F4 sur la Figure 1 indiquant le sens de direction des lignes de force du flux inducteur produit par le barreau aimanté lO,dans chaque branche de l'armature d'induit 1. Ces flèches mettent en évidence que le flux inducteur est divergent dans l'armature d'induit 1. Elles sont toutes en effet en sens opposé les unes par rapport aux autres. Donc,le flux inducteur ne peut ni crées d'aimantation rémanente ni de saturation magnétique dans l'armature d'unduit 1. D'autre part,le passage des pales inducteurs sur chaque branche de l'armature d'induit 1 désaimante ce qui avait été aimanté,le passage précédent,sans aucunement perturber les réactions électrodynamiques normales et réciproquss de l'inducteur et des enroulements 2 et 3. On remarque également que les piles inducteurs N et S se trouvent court-circuités en fin de course,par les extrémités de l'armature 1. Ceci permet leur sortie du dispositif sans provoquer de perturbations négatives. D'autre part,l'inducteur 10 Figure 1 peut être évidemment un électro-aimant excité par un courant électrique continu et même par un courant d'excitation alternatif d'origine extérieure. Dans ce dernier cas,le déplacement de l'inducteur 10 sur les enroulements 2 et 3 a pour effet d'induire un courant d'induction alternatif de même fréquence dans leurs spires. La force électromotrice de ce courant est fonction de la vitesse de dér,lacement de l'inducteur mais sa sréquençe est immuablement la meme crue celle du courant d'excitation fourni à l'électroaimant inducteur. Snein,en conséquence de la réversabilité des phénomènes de l'électro-dynamique,l'inducteur 10 est soumis à une force dynamique qui l'entraine dans un mouvement de déplacement parallèle aux bobinages 2 et 3 lorsqu'on fait circuler en même temps à la fois dans ces dits bobinages 2 et 3 et dans la bobine d'e=cita- tion de l'électro-aimant inducteur,le même courant d'origine extérieure. La Figure représente schématiquement un exemple non limitatif de construction d'une machine réversible selon la présente invention,fonctionnant indifféremment en courant continu et en courant alternatif sans collecteur,ni commutation, à vitesse variable en courant alternatif et à fréquence indépendante de la vitesse de rotation. ta machine se compose d'un bâti 6 en métal ferro-magnéticue,de deux armatures en fer doux reuilleté,doilt l'une est visible en 1 sur la face antérieure,l'autre symétricrue se trouvant sur la face postérieure non visible de la machine.Ces deux armatures portent deux enroulements d'induit 2 et 2' s'étendant sur 90 et intercalés avec deux secteurs non oiés de 90 . Les deux armatures d'nduit circulaires,antérieure et postérieure sont solidarisées par leurs parties nues et par l'intermédiaire du bâti 6, par encastrement,de façon à ce qu'elles équivalent chacune à deux armatures fictives coursss ,mais identiques à celles crue représente la Figure l,dont les enroulements 2 et 2' sont soumis par déplacement relatif à l'action électrodynamicrue de quatre pôles N (Figure 2) sur la face antérieure et de quatre piles 5 sur la face postérieure d'un noyau cylindrique invisible sur la Figure,et concentrique et solidaire de l'arbre 12. Les enroulements 2 et 2' sur la face antérieure et sur la face postérieure de la machine se terminent par les connexions 4 et 5.Le dit noyau est aimanté par un courant d'excitation d'origine extérieure amené par l'intermédiaire d'un ensemble de bagues et frotteurs 13 dans une bobine concentrique à l'arbre 12 et visible en 11. La Figure 3 représente une réplique inverse de la machine représentée sur la Figure 2. Dans ce cas,l'inducteur est fixe et solidaire du bâti 6. I1 comprend quatre électroaimants de polarité fl sur la face antérieure du bâti 6 et de quatre électro-aimants S sur la face postérieure.Ces électro-aimants sont alimentés en courant d'excitation par un enroulement 14 recevant le courant d'excitation d'origine extérieure par des connexions telles que 15. L'induit est composé comme sur la Figure 2 par deux armatures circulaires parallèles,en doux feuilleté 1, une sur la face antérieure,l'autre sur la face postérieure et non visible.Elles sont solidaires par l'intermédiaire de l'arbre 12 de façon à être équivalentes chacune à deux armatures fictives identiques à celle representée en l sur la Figure 1. Ces armatures comprennent chacune deux secteurs bobinés de 90" espacés par deux autres secteurs nus de 90". Ces enroulements d'induit sont reliés en série et aBoutissent à un dispositif de bagues et frotteurs 13 de liaison avec l'extérieur de la machine. Le fonctionnement des machines décrites Figures 2 et 3 est le même que celui du dispositif représenté sur la Figure 1, dans lequel les polies inducteurs N et S balayent s'multané- ment les secteurs bobinés parallèles en fer doux 1 dont les extrémités sont rejointes pour former un circuit magnétique fermé bobiné,soumis à l'action électrodynamique d'un champ inducteur divergent qui ne crée aucune aimantation rémanente ni saruration. On remarque que le présent procédé procure l'avantage d'une forte augmentation de la force électro-motrice produite en courant continu et en courant alternatif par tour d'arbre,du fait que toutes les sections de bobinage sont reliées en série. D'autre part,l'absence de collecteur simplifie considérablement la construction des machines construites selon le procédé et en abaisse le prix de revient.En version courant alternatif, le présent procédé procure l'avantage de libérer les machines qui entraînent les alternateurs,des contraintes de vitesse de rotation. En version "moteur", le procédé permet la construction de moteurs à courant alternatif monophasé,à couple puissant au démarrage,à vitesse variable, sans collecteur. REVENDICATIONS 1. Procédé d'électrodynamique à champ inducteur divergent,caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un -nducteur tel qu'un barreau aimanté g S(10) pour balayer une armature d'induit (1) en fer doux comportant deux branches parallèles dont au moins une comporte un enroulement d'induit tel que (2) et (3) et dont les extrémités de ces branches parallèles ont été rejointes pour constituer u circuit magnétique fermé ,afin de faire diverger les lignes de force Fl,F2, F3,F4 du flux inducteur du barreau aimanté(10) dans des sens opposés1dans les branches parallèles de l'armature d'induit (l),pour interdire que ces branches conservent une aimantation rémanente après chaque passage des pôles N et S du barreau inducteur (10) et se saturent,sans empécher que les enroulements d'induit (2) et (3) deviennent un siège d'induction d'un courant induit pendant leur balayage par les pôles N Et S du barreau aimanté (10),ce procédé permettant toutes applications des phénomènes de l'électrodynamisme, y compris l'usage de moyens d'excitation par courant alternatif aussi bien que continu et toutes les applications inhérentes. 2. Machine pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication l,à inducteur tournant,sans collecteur ni commutation, caractérisé en ce qu'elle comprend un bâti (6) en métal ferromagnétique,deux armatures circulaires en fer doux, l'une visible en (l)sur la face antérieure,l'autre symétrique non visible,sur la face postérieure,comportant des enroulements d'induit (2) et (2') branchés en série se terminant par des connexions(4)et (5),et s'étendant sur un secteur de 90" et intercalés avec des secteurs nus de 90",ces armatures antérieures et postérieures étant solidarisées par leurs parties nues et par l'intermédiaire du bâti (6) de façon à ce qu'elles équivalent chacune à deux armatures fictives mais identiques à celles que représente la Figure l,dont les enroulements (2) (2') sont soumis par déplacement relatif à l'action électrodynamique de quatre p8les N sur la face antérieure et de quatre pôles S sur la face postérieure ,d'un noyau cylindrique concentrique et solidaire de l'arbre (12),le dit noyau étant alimenté par un courant d'excitation d'origine extérieure amené par l'intermédiaire de bagues et frotteurs (12) dans une bobine d'excitation (11) concentrique à l'arbre (12). 3. Machine pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, à induit tournant et à inducteur fixe solidaire du kâti (6 Fig.3),comprenant quatre électroaimants de polarité N sur une face et quatre autres électroaimants de polarité S sur l'autre face,ces électro-aimants étant aimantés par un enroulement (14) recevant le courant d'excitation d'origine extérieure par des connexions telles que (15), l'induit étant composé de deux armatures circulaires en fer doux l,l'une su la face antérieure,l'autre sur la face postérieure de la machine ,solidaires entre elles par l'intermédiaire de l'arbre (12) et comprenant chacune deux secteurs bobinés de 90" espacés de deux autres secteurs nus de 90",ces deux bobinages (2) (2') étant reliés en série et aboutissant à un dispositif de bagues et frotteurs (13) de liaison à l'extérieur de la machine.