Brevet FR2805000A1 — publié le 20010817

GENERATRICE A ROTOR SOUS FORME DE MOTEUR THERMIQUE A CYLINDRE TOURNANT La présente invention se rapporte à une génératrice de courant à rotor sous forme de moteur thermique à cylindre tournant, ladite génératrice pouvant être éventuellement utilisée comme moteur thermique ou moteur électrique. Les génératrices de courant comprennent en général un moteur thermique, de préférence diesel, dont l'arbre de sortie est relié par des moyens d'accouplement à un ensemble dynamoélectrique constitué d'un stator et d'un rotor. Le rotor, relié à l'arbre sortie du moteur thermique, comporte des enroulements qui produisent un courant induit sous l'effet de la rotation du rotor dans un champ magnétique permanent généré par le stator. Ce type de génératrice a un rendement relativement faible car les moteurs thermiques classiques ont eux-mêmes des rendements faibles et la liaison entre le moteur et l'ensemble dynamoélectrique génère également des pertes réduisant le rendement de l'ensemble. Par ailleurs, pour une puissance électrique de sortie donnée, ces appareils ont un encombrement relativement important. Aussi, la présente invention vise à pallier les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur en proposant une génératrice plus compacte à puissance électrique égale, avec un rendement supérieur à celui des génératrices existantes. A cet effet, l'invention propose une génératrice de courant comprenant une chambre à combustion délimitée par un cylindre tournant et un piston, un vilebrequin susceptible d'entraîner en rotation le cylindre tournant, une bielle reliant le piston et le vilebrequin et transformant le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation du vilebrequin, des moyens d'admission susceptibles d'alimenter la chambre à combustion en carburant, des moyens d'échappement susceptibles d'évacuer les gaz brûlés de la chambre à combustion, un premier ensemble électromagnétique disposé sur la périphérie du cylindre tournant et un second ensemble électromagnétique fixé sur un bâti cylindrique, coaxial au cylindre tournant, un des deux ensembles électromagnétiques étant susceptible de générer un champ magnétique permanent et l'autre comprenant au moins un enroulement susceptible de générer un courant induit sous l'effet combiné de la rotation et du champ magnétique permanent. Selon un mode de réalisation, le cylindre tournant comprend un conduit d'ad mission /échappement avec une première extrémité qui débouche dans la chambre à combustion, de préférence au niveau du fond, et une seconde extrémité qui est susceptible de communiquer alternativement avec un conduit d'admission et un conduit d'échappement. Avantageusement, la zone située entre le cylindre tournant et le bâti contient un fluide caloporteur, notamment de l'huile, ce qui permet de réduire Ventrefer e entre le stator et le rotor afin d'améliorer le rendement de la génératrice. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre du dispositif selon l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe du dispositif de l'invention, - la figure 2 est une section illustrant les moyens d'admission et d'échappement, et la figure 3 est une vue de détail montrant un exemple d'ensembles électromagnétiques. Une génératrice 10 selon l'invention est représentée en coupe sur la figure 1. Elle comprend une chambre à combustion 12 délimitée par un cylindre tournant 1 4 et un piston 16, un vilebrequin 18, une bielle 20 reliant le piston 16 et le vilebrequin 18, un premier ensemble électromagnétique 22 disposé sur la périphérie du cylindre 14, solidaire dudit cylindre, et un second ensemble électromagnétique 24 fixé sur un bâti 26 cylindrique, coaxial au cylindre 14. Le cylindre tournant 14 est entraîné en rotation par le vilebrequin 18 grâce à un renvoi conique 28. Le piston 16 se translate de façon alternée dans le cylindre 14, et la bielle, reliée au vilebrequin 20 par un maneton 30 excentré, transforme le mouvement de translation du piston 16 en mouvement de rotation du vilebrequin 18. Les liaisons pivots entre le cylindre tournant 1 4 et le bâti 26 et entre le vilebrequin 18 et le bâti 26 sont à la portée de l'homme du métier et peuvent être réalisées à l'aide de roulements et/ou de paliers. Par bâti 26, on entend l'ensemble des éléments qui sont immobiles. Il est évident pour des raisons de montage et de réalisation que le bâti est composé d'éléments assemblés formant un ensemble monolithique. L'ensemble constitué par la chambre à combustion 1 2, le cylindre 14, le piston 16, le vilebrequin 18 et la bielle 20 forme un moteur thermique à cylindre tournant. Pour assurer son fonctionnement, la chambre à combustion 1 2 comprend des moyens 32 d'admission, des moyens 34 d'échappement et éventuellement des moyens d'allumage pour initier l'explosion à l'intérieur de ladite chambre en fonction du carburant utilisé. Selon un mode de réalisation illustré par la figure 1, le cylindre 14 comprend un conduit 36 d'ad mission/échappement avec une première extrémité 38 qui débouche dans la chambre à combustion 12, de préférence au niveau du fond, et une seconde extrémité 40 qui est susceptible de communiquer alternativement avec un conduit d'admission 42 et un conduit d'échappement 44 ménagés dans le bâti 26. Le fonctionnement du moteur thermique est relativement simple. Au moment de l'admission, le conduit 36 d'ad miss ion/échap pement communique avec le conduit d'admission 42 et le piston 16 se translate vers le vilebrequin 18. La translation du piston 16 provoque la rotation du vilebrequin 18 par l'intermédiaire de la bielle 20 qui entraîne en rotation le cylindre tournant 1 4 par l'intermédiaire du renvoi conique 28. Au moment de la compression, le conduit 36 d'ad m issio n/échap pern ent ne communique ni avec le conduit d'admission 42, ni avec le conduit d'échappement 44 du fait que le cylindre 14 a tourné et le piston 16 se translate vers le fond de la chambre à combustion 1 2. Lorsque les gaz sont comprimés dans la chambre à combustion 1 2, une explosion provoque la détente desdits gaz ce qui entraîne la translation du piston 16 en direction du vilebrequin 18. En fonction du type de carburant, cette explosion est initiée par un dispositif d'allumage ou par la forte compression des gaz. Un tel dispositif d'allumage n'est pas représenté pour la clarté du dessin. Comme pour la compression, au moment de la détente, le conduit 36 d'admission/échappement ne communique ni avec le conduit d'admission 42, ni avec le conduit d'échappement 44. Comme précédemment, la translation du piston 16 provoque la rotation du cylindre 1 4 par l'intermédiaire du vilebrequin 18. Au moment de l'échappement, le conduit 36 d'ad mission/échappement communique avec le conduit d'échappement 44 et le piston 16 se translate vers le f ond de la chambre à combustion 1 2 afin d'évacuer les gaz brûlés. Après l'échappement, le moteur thermique revient à l'admission et un nouveau cycle commence. On peut noter que durant tout le cycle, le mouvement de translation du piston 16 provoque la rotation du cylindre 1 4 par l'intermédiaire du vilebrequin 18, ce qui permet de faire ou non communiquer le conduit d'ad mission/échappement 36 avec le conduit adéquat. Selon un mode préféré, le premier ensemble électromagnétique 22 disposé sur la périphérie du cylindre 1 4 comprend au moins un enroulement fermé sur lui-même, régulièrement bobiné autour du cylindre 14. En variante, le premier ensemble électromagnétique 22 comprend un nombre pair d'aimants permanents répartis uniformément à la périphérie du cylindre tournant 1 4. En complément, le second ensemble électromagnétique 24 relié au bâti 26 cylindrique comprend au moins un enroulement fermé sur lui même, régulièrement bobiné, ou un nombre pair d'aimants permanents répartis uniformément sur la partie cylindrique du bâti en vis à vis avec le cylindre tournant 14. Dans tous les cas, un des deux ensembles électromagnétiques est susceptible de générer un champ magnétique permanent alors que l'autre comprend nécessairement au moins un enroulement. A titre d'exemple, on a représenté un mode de réalisation des ensembles électromagnétiques sur la figure 3. Dans ce cas, le premier ensemble électromagnétique 22, disposé sur le cylindre tournant 14 comprend une carcasse 46 constituée d'un empilement de tôles sur laquelle sont disposées une ou plusieurs bobines 48 et des balais 50 pour alimenter en courant la ou lesdites bobines de manière à créer un champ magnétique permanent. De préférence, un isolant 52 en matériau amagnétique est prévu entre le cylindre tournant 14 et le premier ensemble électromagnétique 22. En complément, le second ensemble électromagnétique 24 relié au bâti 26 comprend une carcasse 54 constituée d'un empilement de tôles sur laquelle sont disposées une ou plusieurs bobines 56. De préférence, le bâti est en matériau amagnétique, par exemple en alliage d'aluminium. Selon ce mode de réalisation, le second ensemble électromagnétique 26 relié au bâti génère un courant entre les bornes 58. Lors du fonctionnement du moteur thermique, le cylindre tournant 1 4 muni du premier ensemble électromagnétique constitue le rotor et la partie statique du bâti en vis à vis muni du second ensemble électromagnétique constitue le stator de la génératrice. De façon connue, en tournant, le rotor génère un courant induit soit au niveau du bobinage du rotor si le champ magnétique permanent est produit par le stator, soit au niveau du bobinage du stator si le champ magnétique permanent est produit par le rotor. Pour assurer le refroidissement du moteur thermique, la zone 60 située entre le cylindre tournant 14 et le bâti 26 contient un fluide caloporteur, de préférence de l'huile, susceptible de transférer la chaleur produite par le moteur vers la partie extérieure du bâti 26 équipée d'ailettes 62. On peut noter que ce fluide caloporteur, notamment de l'huile, permet de réduire l'entrefer e entre le stator et le rotor, ce qui contribue à améliorer le rendement de la génératrice. Selon l'invention, le fait d'avoir un rotor formé par le cylindre tournant d'un moteur thermique permet d'obtenir une génératrice plus compacte. De plus, le fait de disposer les éléments électromagnétiques directement sur le cylindre tournant permet de supprimer les pertes engendrées par la transmission de puissance du moteur thermique à l'ensemble dynamoélectrique qui existait pour les génératrices de l'art antérieur. Enfin, la suppression des soupapes d'admission et d'échappement qui existaient dans les moteurs thermiques classiques des génératrices de l'art antérieur contribue également à supprimer les pertes et à améliorer le rendement. On peut noter que cette génératrice peut constituer également un moteur mixte avec un arbre de sortie 64 en pointillé, fonctionnant à la manière d'un moteur thermique ou bien à la manière d'un moteur électrique grâce au stator et au rotor. Bien entendu, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne les formes et la constitution des ensembles électromagnétiques, les dimensions des différents éléments, notamment du cylindre tournant 14, l'emplacement des moyens d'admission et d'échappement et le type de carburant utilisé. Enfin, en mode de fonctionnement inverse, le dispositif de l'invention peut être utilisé comme une pompe. Dans ce cas, le moteur électrique formé par les deux ensembles électromagnétiques est alimenté en courant si bien que le cylindre 1 4 ou rotor tourne et entraîne en translation le piston 16 qui peut alors aspirer et refouler un fluide. R E V E N D 1 C A T 1 0 N S 1. Génératrice de courant comprenant une chambre à combustion (1 2) délimitée par un cylindre tournant (1 4) et un piston (16), un vilebrequin (18) susceptible d'entraîner en rotation le cylindre tournant (1 4), une bielle (20) reliant le piston (16) et le vilebrequin (18) et transformant le mouvement de translation du piston (16) en mouvement de rotation du vilebrequin (18), des moyens (32) d'admission susceptibles d'alimenter la chambre à combustion (1 2) en carburant, des moyens (34) d'échappement susceptibles d'évacuer les gaz brûlés de la chambre à combustion (1 2), un premier ensemble électromagnétique (22) disposé sur la périphérie du cylindre tournant (1 4) et un second ensemble électromagnétique (24) fixé sur un bâti (26) cylindrique, coaxial au cylindre tournant (1 4), un des deux ensembles électromagnétiques étant susceptible de générer un champ magnétique permanent et l'autre comprenant au moins un enroulement susceptible de générer un courant induit sous l'effet combiné de la rotation et du champ magnétique permanent. 2. Génératrice de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre (14) comprend un conduit (36) d'ad mission/échappement avec une première extrémité (38) qui débouche dans la chambre à combustion (1 2), de préférence au niveau du fond, et une seconde extrémité (40) qui est susceptible de communiquer alternativement avec un conduit d'admission (42) et un conduit d'échappement (44). 3. Génératrice de courant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la zone (60) située entre le cylindre tournant (1 4) et le bâti (26) contient un fluide caloporteur, notamment de l'huile, ce qui permet de réduire l'entrefer e entre le stator et le rotor afin d'améliorer le rendement de la génératrice.