Brevet FR2758219A1 — publié le 19980710

La présente invention concerne une machine électrique. Le stockage de l'énergie électrique dans des batteries est limité par leur faible rendement, ce qui restreint, par exemple, le recours à l'énergie solaire et éolienne, des énergies renouvelables, non polluantes et peu coûteuses. La présente invention a pour but de fournir une machine électrique permettant d'améliorer le rendement des batteries électriques et, plus généralement, celui des appareils électriques, produisant du courant électrique continu ou redressé. A cet effet, la machine électrique selon l'invention est remarquable en ce qu'elle comprend: - des moyens d'alimentation en courant électrique, tels que notamment une ou plusieurs batteries, - des moyens générateurs de courant électrique, comprenant au moins un ensemble rotor- stator, - au moins un ensemble de propulsion, comportant: un premier support circulaire rotatif, monté sur un axe et présentant une pluralité de premiers électroaimants régulièrement répartis à sa périphérie, un second support circulaire fixe, disposé coaxialement audit premier support et à l'extérieur de celui-ci, présentant une pluralité de seconds électroaimants reliés les uns aux autres et auxdits moyens d'alimenta- tion en courant par un câble électrique, - des moyens d'inversion de courant adaptés pour assurer la rotation desdits premiers électroaimants portés par ledit premier support circulaire rotatif par rapport auxdits seconds électroaimants portés par ledit second support circulaire fixe, lesdits seconds électroaimants étant tels que, pour chacun d'entre eux, la longueur maximale L de leur bobinage est définie, en mètres, par la formule suivante, à température ambiante: s2.0,033V L = 2k.I dans laquelle: V est la tension, en volts, appliquée à l'électroaimant, k est une constante dépendant du matériau utilisé pour le fil de bobinage, 10. s est la section transversale, en mm2, du fil de bobi- nage, et I est l'intensité, en ampères, du courant, et - ledit axe étant relié auxdits moyens générateurs. Cela présente les avantages explicités ci-après en liaison à la description d'un exemple de réalisation préféré de l'invention. Avantageusement, pour la liaison entre les électroaimants portés par le premier support et les moyens d'alimentation en courant électrique, il est prévu, autour de l'axe dudit premier support rotatif, un support isolant servant d'appui à un premier cylindre creux entouré par une première brosse, rempli d'isolant, et contenant un second cylindre portant une seconde brosse, les deux cylindres étant reliés auxdits moyens d'inversion de courant, eux-mêmes reliés auxdits moyens d'alimentation en courant électrique. Avantageusement, lesdits électroaimants mobiles présentent chacun la forme d'un cylindre de diamètre variable, plus petit à la périphérie dudit support, plus grand vers le centre de ce dernier. De plus, dans le câble, reliant les électroaimants portés par le second support fixe, de retour vers les moyens d'alimentation en courant électrique, il est prévu un appareil de récupération du courant. Par ailleurs, soit l'axe dudit premier support rotatif est directement solidaire du rotor desdits moyens générateurs, soit l'axe dudit premier support rotatif est solidaire du rotor desdits moyens générateurs par l'intermédiaire d'un premier disque porté par ledit axe et d'un second disque, de plus petit diamètre, porté par ledit rotor, lesdits premier et second disques étant reliés par une courroie de transmis- sion. De préférence, lesdits moyens d'inversion du courant com- prennent deux rails conducteurs circulaires concentriques, portés par un support fixe indépendant de l'ensemble rotatif et reliés aux sources d'alimentation électrique, lesdits rails étant découpés en deux fois plus de segments qu'il existe d'électroaimants fixes, et coopérant avec des billes montées sur deux barres isolantes fixées sur le disque rotatif à une hauteur telle que les billes touchent lesdits rails. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des réfé- rences identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est un schéma, en vue de dessus, d'un exemple de réalisation de la machine selon l'invention. La figure 2 est une coupe transversale de la machine de la figure 1. La figure 3 montre un détail agrandi de la figure 2. La figure 4 illustre, en vue de dessus partielle, l'agence- ment des rails des moyens d'inversion de courant. La figure 5 montre une première possibilité de liaison entre l'axe du support rotatif et les moyens générateurs de courant électrique. La figure 6 montre une seconde possibilité de liaison entre l'axe du support rotatif et les moyens générateurs de courant électrique. Comme on le voit notamment sur la figure 1, la machine électrique selon l'invention comporte un premier support circulaire mobile 1 solidaire en rotation d'un axe 2 passant par son centre, et portant, sur son bord 1A, une pluralité d'électroaimants 3 régulièrement répartis à la périphérie du support rotatif 1, alimentés en courant électrique par des moyens, tels que des batteries, non représentés. Dans l'exemple représenté, il est prévu 8 tels électroaimants 3. La forme de chacun de ces électroaimants 3 est celle d'un cylindre de diamètre variable, plus petit à la périphérie du support 1, plus grand vers le centre de ce dernier. Il va de soi qu'un tel nombre n'est absolument pas limitatif. D'au- tres configurations sont bien entendu possibles (en relation avec le nombre d'électroaimants 8 décrits ci-après), comme par exemple l'agencement de 16 ou plus aimants. La polarité de chaque électroaimant 3 est déterminée par les moyens d'inversion de courant A décrits ci-après. Comme le montre la figure 3, le support rotatif 1 repose sur une base 4, avantageusement par l'intermédiaire d'un second plateau rotatif 5, lui-même relié à un roulement à billes 6. La machine de l'invention comporte de plus, autour du premier support circulaire mobile 1 et agencé coaxialement à celui-ci et à une certaine distance de celui-ci, un second support circulaire fixe 7, portant une pluralité d'électro- aimants 8 modifiés comme on le verra par la suite (par exemple 16 comme représenté sur la figure 1). Les électro- aimants 8 peuvent être reliés entre eux par un même câble électrique 9 qui assure l'alimentation, ou encore être reliés individuellement, par paires ou par groupes, suivant les contraintes de l'installation, aux sources d'énergie. En outre, la polarité du pôle de chaque électroaimant 8 dirigé vers les électroaimants 3 est fixe et ne varie pas. L'alimentation en courant de ces électroaimants 8 est assurée par une batterie ou un ensemble de batteries élec- triques 10 agencées en série et/ou en parallèle. Par ailleurs, des moyens A d'inversion de courant, adaptés pour assurer la rotation des premiers électroaimants 3 portés par le premier support circulaire rotatif 1 par rapport aux seconds électroaimants 8 portés par le second support circulaire fixe 7, sont prévus, comme cela est illustré plus en détail sur les figures 2 et 3. Les moyens A d'inversion du courant électrique se composent de deux rails conducteurs circulaires concentriques 11, 12 portés par un support fixe 13 indépendant de l'ensemble rotatif, et reliés aux sources d'alimentation électrique 10, les rails 11, 12 étant dirigés vers ledit ensemble rotatif. Ces deux rails sont découpés en deux fois plus de segments 11A, 12A qu'il existe d'électroaimants 8 sur le support fixe 7 à partir du centre du cercle qu'ils forment. En effet, chaque électroaimant 8 est appelé à jouer un rôle de répul- sion puis d'attraction (ou inversement) et deux inversions de courant lui sont donc nécessaires, la première pour provoquer l'attraction, la seconde pour provoquer la répul- sion. Leur polarité est croisée; on trouve donc un segment "+" et le suivant "-" sur chaque rail, chaque segment "+" ou "-" de chaque rail 11, 12 étant relié, comme montré sur la figure 4, aux segments adjacents respectivement "+" ou "-" de l'autre rail, chaque segment "+" (par exemple) d'un rail étant en regard d'un segment "-" de l'autre rail. Entre les segments électrifiés se trouve une matière iso- lante dure, exactement au même niveau que lesdits segments, o10 qui facilite le passage de la bille d'un segment à l'autre. Sur le disque rotatif 1, deux barres isolantes verticales 14 fixées sur ledit disque sur un même rayon partant du centre du disque portent deux billes rotatives 15 à une hauteur telle que les billes 15 touchent les rails électrifiés 11, 12. Les billes 15 sont reliées aux cylindres creux 16, 17 remplis d'isolant disposés autour de l'axe 2 du support rotatif mobile 1 qui distribuent l'énergie électrique aux électroaimants mobiles 3. Lorsque le disque rotatif tourne, les deux billes 15 portées par les deux barres 14 effectuant la liaison entre le support rotatif 1 et le support fixe 13, passent sur un segment de rail positif pour l'une et négatif pour l'autre, puis, avec la rotation du support rotatif 1, elles passent sur un segment de rail négatif pour l'une et positif pour l'autre, de telle sorte que s'établit ainsi l'inversion du courant reçu par les électroaimants mobiles 3. Ces derniers changent donc de polarité régulièrement et, comme les électroaimants fixes ont une polarité fixe, il se produit entre les électroaimants 3 et les électroaimants 8 une succession de phénomènes d'attraction et de répulsion qui assure la rotation de l'ensemble rotatif. De plus, les électroaimants fixes 8 sont tels que, pour chacun d'entre eux, la longueur maximale L de leur bobinage est définie, en mètres, par la formule suivante, à tempéra- ture ambiante: s2.0,033V L = 2k.I dans laquelle: - V est la tension, en volts, appliquée à l'électroaimant, - k est une constante dépendant du matériau utilisé pour le fil de bobinage, - s est la section transversale, en mm2, du fil de bobinage, et - I est l'intensité, en ampères, du courant. En d'autres termes, les électroaimants 8 présentent la particularité suivante. Alors que les électroaimants classi- ques sont conçus pour obtenir le champ magnétique le plus élevé et, par conséquent, pour obtenir la force induite la plus élevée possible, au prix d'un très grand nombre de spires et de l'échauffement du solénoïde et du cylindre autour duquel il s'enroule (ce qui est le cas des électro- aimants 3), les électroaimants 8 sont par contre conçus pour éviter au maximum tout échauffement et pour privilégier la récupération du courant électrique qui passe dans les spires, après que ses effets magnétiques ont été utilisés. De plus, comme la puissance d'un électroaimant est fonction de quatre paramètres essentiels, à savoir: - l'intensité du courant, - la tension du courant, - le nombre de spires et, par conséquent, la longueur du câble électrique utilisé et également la longueur du cylindre (noyau) entouré par ce même câble, et - la perméabilité relative du métal ou de l'alliage utilisé, il convient d'établir entre ces quatre variables un état d'optimisation permettant de générer le plus fort champ magnétique, et donc la plus grande force induite, avant de récupérer le maximum de la puissance engagée dans le proces- sus en évitant tout échauffement des câbles. Si l'on utilise une ou plusieurs batteries pour alimenter les électroaimants 3 et 8, il convient également de maintenir un ampérage constant le plus longtemps possible, en mettant en action une partie réduite de l'ampérage total disponible pour obtenir des résultats constants. En outre, le câble d'alimentation et de retour 9 suit un cheminement particulier. Le câble partant de la batterie ou de l'ensemble de batteries 10 fait agir les électroaimants, mais avant de retourner à la batterie, il passe par un appareil R de récupération de l'énergie qu'il transporte. Les électroaimants 8, tels que définis plus haut, utilisent seulement la force électromagnétique obtenue par l'effet "solénoïde" desdits électroaimants, sans utiliser en totali- té l'énergie électrique véhiculée par le câble, qui subit néanmoins un minimum de perte. Par conséquent, après avoir utilisé les effets du courant électrique, il est possible d'utiliser le courant lui-même. Aussi, le câble 9 de retour à la batterie 10 passe-t-il par un appareil R de récupération du courant, une récupération directe ou modifiée selon le type d'énergie fournie par le générateur (courant continu ou alternatif) et selon les besoins de l'usager. De plus, il est possible d'utiliser avantageusement la somme de l'énergie récupérée dans le ou les câbles, d'une part, et celle produite par le générateur, d'autre part, pour alimen- ter un nouveau système composé d'électroaimants fixes et sur supports mobiles, des électroaimants identiques aux électro- aimants 3 pour ceux qui se trouvent sur le support rotatif, et longitudinaux mais bobinés comme les électroaimants 3 pour ceux qui se trouvent sur le support fixe, qui met- traient en action un nouveau générateur de plus forte puissance et produiraient ainsi plus d'énergie électrique. Le schéma du premier système et du second pourrait être également répété suivant les besoins en énergie. A partir de l'ensemble support mobile 1 - support fixe 7, la production d'énergie est assurée par un générateur électri- que 20, constitué d'un stator 21 et d'un rotor 22 (figure 5). Le rotor 22 est solidaire de l'axe 2 du support rotatif 1. Lorsque ce dernier tourne sous l'effet des forces de répulsion magnétique engendrées au niveau des aimants 3 et 8 en regard, le rotor 22 tourne également dans le stator 21, et le générateur 20 produit de l'énergie électrique. Cependant, si la vitesse de rotation du support mobile i est insuffisante, on peut alors prévoir un dispositif de surmul- tiplication classique 23 (figure 6) de façon que le rotor 22 atteigne une vitesse de rotation adéquate. Dans ce cas, sur l'axe 2 du support rotatif 1 (duquel le rotor 22 n'est plus solidaire), le disque 5, présentant une gorge périphérique, est relié à un autre disque 24, de diamètre beaucoup plus réduit, présentant de même une gorge périphérique. Les deux disques 5, 24 sont reliés par une courroie de transmission 25, le disque 24 étant solidaire du rotor 22 du générateur 11. Des roues dentées de différents diamètres pourraient être également utilisées. Lorsque le support mobile 1 tourne, la vitesse de rotation du petit disque 24 est surmultipliée et le générateur 20 peut produire de l'énergie électrique. La machine selon l'invention fonctionne de la façon sui- vante. Lors de la mise en marche de la machine, l'électricité alimente les électroaimants fixes 8 et mobiles 3, ce qui, en développant une polarité de même type que celle présentée par la face en regard des électroaimants 3, provoque un effet de répulsion entre les aimants. Le système rotatif tourne et, pour continuer à tourner, les pôles des électro- aimants disposés sur le disque rotatif sont régulièrement inversés grâce, par exemple, aux moyens d'inversion du courant A décrits ci-dessus. De plus, le support rotatif 1 étant solidaire du rotor 22 du générateur 20, directement ou par l'intermédiaire du dispo- sitif décrit 23 de surmultiplication de la vitesse de rotation, de l'énergie électrique sera produite par le rotor 22 tournant dans le stator 21. L'énergie totale fournie par l'ensemble de la machine sera donc constituée par celle récupérée dans les câbles enroulés autour des électroaimants 8, d'une part, et celle produite par le générateur 20, d'autre part, dans l'exemple représen- té. On notera en outre que l'alimentation en courant électrique des électroaimants 3 peut se faire suivant le schéma de la figure 2: autour de l'axe central 2, un support isolant 26 sert d'appui à un cylindre creux 17 entouré par une première brosse (balais). Le cylindre creux 17, rempli d'isolant, contient un autre cylindre 16, de plus faible diamètre, portant une autre brosse, chaque brosse servant à alimenter les électroaimants à une polarité différente. L'ensemble est relié par les barres verticales 14 aux moyens A d'inversion du courant eux-mêmes reliés aux sources d'énergie. REVENDICATIONS 1. Machine électrique, caractérisée en ce qu'elle comprend: - des moyens (10) d'alimentation en courant électrique, tels que notamment une ou plusieurs batteries, - des moyens (20) générateurs de courant électrique, compre- nant au moins un ensemble rotor-stator, - au moins un ensemble de propulsion, comportant: un premier support circulaire rotatif (1), monté sur un axe (2) et présentant une pluralité de premiers électro- aimants (3) régulièrement répartis à sa périphérie, un second support circulaire fixe (7), disposé coaxiale- ment audit premier support (1) et à l'extérieur de celui-ci, présentant une pluralité de seconds électro- aimants (8) reliés les uns aux autres et auxdits moyens (10) d'alimentation en courant par un câble électrique (9), - des moyens (A) d'inversion de courant adaptés pour assurer la rotation desdits premiers électroaimants (3) portés par ledit premier support circulaire rotatif (1) par rapport auxdits seconds électroaimants (8) portés par ledit second support circulaire fixe (7), - lesdits seconds électroaimants (8) étant tels que, pour chacun d'entre eux, la longueur maximale L de leur bobi- nage est définie, en mètres, par la formule suivante: s2.0,033V L = 2k.I dans laquelle: V est la tension, en volts, appliquée à l'électroaimant, k est une constante dépendant du matériau utilisé pour le fil de bobinage, 30. s est la section transversale, en mm2, du fil de bobi- nage, et I est l'intensité, en ampères, du courant, et - ledit axe (2) étant relié auxdits moyens générateurs (20). 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour la liaison entre les électro- aimants (3) portés par le premier support (1) et les moyens (10) d'alimentation en courant électrique, il est prévu, autour de l'axe (2) dudit premier support rotatif (1), un support isolant (26) servant d'appui à un premier cylindre creux (17) entouré par une première brosse, rempli d'iso- lant, et contenant un second cylindre (16) portant une seconde brosse. 3. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdits électroaimants mobiles (3) présentent chacun la forme d'un cylindre de diamètre varia- ble, plus petit à la périphérie dudit support (1), plus grand vers le centre de ce dernier. 4. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, dans le câble (9), reliant les électroaimants (8) portés par le second support fixe (7), de retour vers les moyens (10) d'alimentation en courant élec- trique, il est prévu un appareil (R) de récupération du courant. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'axe (2) dudit premier support rotatif (1) est directement solidaire du rotor (22) desdits moyens générateurs (20). 6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'axe (2) dudit premier support rotatif (1) est solidaire du rotor (22) desdits moyens générateurs (20) par l'intermédiaire d'un premier disque (5) porté par ledit axe (2) et d'un second disque (24), de plus petit diamètre, porté par ledit rotor (22), lesdits premier et second disques étant reliés par une courroie de transmis- sion (25). 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que lesdits moyens (A) d'inversion du courant comprennent deux rails conducteurs circulaires concentriques (11, 12), portés par un support fixe (13) indépendant de l'ensemble rotatif et reliés aux sources d'alimentation électrique (10), lesdits rails (11, 12) étant découpés en deux fois plus de segments (11lA, 12A) qu'il existe d'électroaimants fixes (8), et coopérant avec des billes (15) montées sur deux barres isolantes (14) fixées sur le disque rotatif (1) à une hauteur telle que les billes (15) touchent lesdits rails (11, 12).