Brevet FR2942679A1 — publié le 20100903

La présente invention concerne une disposition constructive, en trois éléments concentriques, des machines tournantes électriques afin de donner à celles-ci la capacité d'être générateur ET moteur simultanément. La technologie traditionnelle des machines tournantes électriques étudiées et construites jusqu'à maintenant repose sur deux éléments concentriques : un rotor tournant dans un stator fixe, ou un rotor extérieur tournant autour d'un stator central fixe. Une seule machine remplit une fonction de générateur OU de moteur. Chaque fonction peut être réversible si le circuit magnétique le permet, alors utilisable l'une après l'autre, jamais simultanément. Pour obtenir les deux fonctions en même temps, il faudrait associer deux machines distinctes reliées électriquement, l'une générateur et l'autre moteur, d'où le constat de quatre éléments concentriques deux à deux : deux rotors sur deux axes distincts et soumis chacun à l'influence magnétique de leur stator respectif. Ainsi, un travail primaire A s'accomplit pour faire tourner le générateur qui produit alors de l'électricité ; par une liaison cablée, celle-ci est fournie au moteur afin que, par sa rotation et un couplage mécanique, il permette à un appareil X de recevoir un potentiel de travail secondaire B. Entre la quantité d'énergie apportée en A et celle reçue en B, il y a beaucoup de pertes d'ordre mécanique par frottement, électrique par échauffement et ventilation, électromagnétique aussi. Le rendement énergétique, quotient de B/A, dépasse rarement 0,60 pour une puissance en B de un kilowatt. Le dispositif selon l'invention réduit considérablement les occasions de pertes d'énergie en réunissant les deux machines, sur un seul axe, en une seule qui se suffit alors de seulement trois éléments concentriques empilés comme des poupées russes et tournant les uns dans ou autour des autres : ce dispositif économise du bobinage, de la denture, de l'entrefer, de l'anneau d'induit, donc de l'effet joule, des courants de Foucault, des pertes magnétiques et des frottements mécaniques. Le rendement attendu de ce dispositif selon l'invention peut d'emblée s'approcher de l'unité, diminuant significativement l'apport permanent d'énergie d'alimentation : de nouveaux modèles mathématiques pourront être recherchés pour perfectionner le circuit magnétique du dispositif selon l'invention en incluant: • des paramètres évolués du circuit magnétique, glissement et fréquences des grandeurs rotoriques, mis à jour dès l'expérimentation des premières machines à trois éléments concentriques, • les caractéristiques de nouveaux matériaux plus performants obtenus par ailleurs. Selon l'usage souhaité de la machine, ses trois éléments sont utilisés pour deux d'entre eux en rotor et le troisième en stator, ou deux en stator et un en rotor. Une partie de la machine se comporte en générateur, et l'autre partie en moteur. Un des trois éléments est commun aux deux parties ; et chaque élément est déposable grâce à des assemblages vissés sur les bras d'extrémités. Par cette nouvelle disposition constructive, l'énergie recueilllie par la partie � générateur � est transmise à la partie � moteur � par des flux d'induction magnétique ; et toute la chaîne de forces électromotrice d'induction, magnétomotrice, contre- électromotrice, et flux induit, flux inducteur, auto-induction, courant tension dans les bobines, aimants permanents, pôles auxiliaires de commutation, résolveur sans balais au besoin, est élaborée par les calculs traditionnels et gérée selon la connaissance en vigueur par des circuits électroniques pilotés par informatique. Ainsi l'imbrication des bobinages des deux parties peut varier en cours de fonctionnement pour des résultats successifs choisis. Le dessin annexé illustre la disposition constructive, selon l'invention, et sur laquelle pourront s'élaborer toute machine électrique tournante quelle que soit son utilité nécessitant un très bon rendement énergétique. La figure 1 comprend une demi-coupe en long à partir des roulements à billes d'une extrémité et son chassis-carter de protection, et une demi-coupe en travers rabattue, sans cotes, car les machines prendront bien évidemment les dimensions que leur usage requiert. Ni les bobinages ni les encoches, ni les aimants, ne sont représentés : ils sont censés être là, calculés et dimensionnés traditionnellement pour chaque usage et sa puissance requise, en courant continu ou alternatif. Si par construction, aucun des trois éléments (a) (b) ou (c) n'est durablement stator, la machine électromagnétique devra être entourée d'un chassis-carter (k), en demi-boîte, assemblé sur l'arbre central de la machine à une extrémité par un roulement à billes ou à aimants. Si le carter doit envelopper toute la machine, alors une autre demi-boîte viendra coiffer l'autre extrémité, comme pour satisfaire à un indice de protection. Comme réalisation possible en référence à ce dessin, le dispositif selon l'invention en permet beaucoup car l'innovation facilite la liberté de rotation de chacun des trois éléments concentriques grâce à deux roulements à billes (d) (e), ou à aimants, concentriques eux aussi aux deux extrémités de la machine ; Ces trois éléments ne sont donc solidaires que par rapport à l'axe central et aux forces électromagnétiques en présence. Lorsque l'élément le plus central (a) est stator, les liaisons électriques pour la distribution du courant, ou la connexion variable des bobines ou des capteurs quand il y en a là, peuvent utiliser l'évidement de l'arbre central pour un raccordement extérieur sécurisé. Chacun des trois éléments concentriques (a) (b) (c) peut être STATOR occasionnel grâce à un verrou électromagnétique (f) qui le lie au chassis-carter (k) de la machine. Si l'élément le plus extérieur (c) est stator par construction, il est aussi la culasse de la machine. Si un ou deux stators sont établis durablement par construction, le carter (k) à pieds (m) est inutile, sauf pour l'indice de protection, et les bras (h) du ou des stators sont fixés à un chassis. Des assemblages vissés (G) sur les bras sont nécessaires pour la mise en place ou la dépose de chacun des trois éléments (a) (b) (c). Mais il est possible que la. culasse fasse partie d'un rotor extérieur : c'est la cas dans la réalisation d'une roue électrique de véhicule de transport terrestre. L'électrotechnicien bobineur privilégiera la rotation des éléments central et extérieur, ce dernier servant alors de culasse rotative sur laquelle seront fixés et la jante avec son pneu quelle que soit sa taille, et le disque du frein de secours ; à cette occasion, il faut noter que l'électronique pilotée favorisera le passage de la partie moteur à la fonction frein électrique en cas de besoin. Chacun des trois éléments concentriques (a) (b) ou (c) peut être couplé mécaniquement, voire électriquement, et isolément à un système extérieur soit pour transmettre une tension ou un courant électriques, soit pour donner l'énergie motrice ou assurer une fonction freinage, ou donner des informations de types capteur ou actionneur.. Le passage à l'application industrielle de cette nouvelle disposition constructive ne pose pas de difficultés pour les constructeurs qui savent fabriquer des machines électromagnétiques traditionnelles de petite ou grande capacité. REVENDICATIONS1) disposition constructive pour permettre aux machines tournantes électriques d'être générateur et moteur simultanément, caractérisée en ce qu'elle utilise seulement trois éléments concentriques (a) (b) (c) solidaires mécaniquement aux deux extrémités, mais libres dans leur sens de rotation grâce à des roulements latéraux à billes ou magnétiques, concentriques (d) (e), afin que les forces électromagnétiques calculées traditionnellement ou empiriquement, et mises en jeu, permettent à toute machine ainsi élaborée d'adapter son fonctionnement au gré des variations de l'usage ; lequel pourra nécessiter le blocage provisoire d'un ou de deux des 3 éléments (a) (b) ou (c) pour en faire du stator occasionnel grâce à l'adjonction de verrou électromagnétique (f) sur un chassis-carter (k), verrou commandé selon la nécessité par un circuit électronique de pilotage en charge aussi de l'imbrication des bobinages dans le circuit magnétique. Si le ou les stators sont établis durablement, leurs bras (h) sont fixés à un chassis sans carter, sauf à obtenir un indice de protection. 2) disposition selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'absence d'un quatrième élément traditionnel pour assurer les deux fonctions de générateur et de moteur constitue une cause d'efficacité énergétique par l'économie de bobinage, d'entrefer, de denture, donc au moins par diminution de pertes électriques, magnétiques, mécaniques. 3) disposition selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'élément tournant de la fonction moteur peut accéder à une fonction frein. 4) disposition selon l'une quelconque des revendications caractérisée en ce que l'élément (c) peut être rotor extérieur si le modèle mathématique l'impose. 5) disposition selon la revendication 4 caractérisée en ce que rien ne s'oppose à ce que le rotor extérieur (c) soit utilisé en culasse tournante sur laquelle seront fixées des pièces spécifiques à l'usage de la machine électromagnétique, telle par exemple une roue � électrique � de véhicule terreste ou un treuil d'ascenseur, ou un ventilateur. 6) disposition selon l'une quelconque des revendications caractérisée en ce que toute machine tournante électrique à trois éléments concentriques (a) (b) (c), générateur et moteur simultanément, peut prendre l'appellation de génémotor.