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BREVET D'I N V E N T I O N au nom de
Antonio, Raimondo BOSSONE Moteur à aimants permanents
La présente invention est relative à un moteur dans lequel on utilise directement la force d'attraction et de répulsion des aimants permanents, agissant sur des électro-aimants alimentés par une faible source de courant électrique.
Suivant la présente invention, on fait déplacer devant les pôles d'une ou plusieurs séries d'aimants permanents, une ou plusieurs séries 'électro-ai- mants dont les polarités sont réglées au moyen d'un organe susceptible d'insérer et d'inverser leur circuit d'excitation, de façon à obtenir un mouvement continu ou alternatif qui, à l'aide de mécanismes connus, peut être transmis à un arbre moteur sous forme de mouvement rotatif.
Suivant une forme de réalisation préférée, les aimants sont répartis par paires avec les pôles de sens contraire se faisant face, et disposés tangentiellement à une circonférence ayant pour centre l'axe d'un arbre moteur.
Sur ce dernier sont montés une série d'électro-aimants$ chacun de ces électro-aimants étant placé entre les pôles se faisant face de chaque paire ou groupe de paires d'aimants permanents. La polarité des dits électro-aimants est inversée au moyen d'un inverseur approprié de façon à obtenir un mouvement alternatif des électro-aimants* entre les pôles des paires d'aimants et en conséquence
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un mouvement oscillatoire de l'arbre-moteur, lequel au moyen d'un mécanisme approprié, par exemple un jeu de manivelles, peut être transformé en un mouvement rotatif continu...
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Suivant une autre forme de réalisation, le mouvement alternatif des électro-aimants peut être transformé directement en mouvement rotatif continu en disposant les paires d'aimants radialement et en reliant les électro-ai mante au moyen de bielles, aux manivelles de l'arbre-moteur. Avec un tel dispositif le mouvement de va-et-vient des électro-aimants et des aimants permanents est transformé en mouvement rotatif comme s'il s'agissait des pistons d'une machine à pistons.
Si on le désire, les aimants permanents peuvent être disposés en séries annulaires, les électro-aimants étant placés sur un tambour avec leurs pôles orientés vers les pôles des aimants de façon que, par changement de polarité des dite électro-aimants, ces derniers se trouvent alternativement attirés ou repoussés tangentiellement par rapport à chacun des aimants des séries annulaires transmettant ainsi un mouvement rotatif continu à l'arbre sur lequel elles sont montées.
D'autres particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours de la description des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple seulement, divers modes de réalisation de l'invention.
La figure 1 représente une de ces réalisations vue en face. La figure 2 représente le même dispositif vu en coupe longitudinale. Les figures 3 et 4 montrent schématiquement comment se produit le changement de polarité des électro-aimants.
Les figures 6 et 7 représentent une troisième forme d'exécution. Les figures 8,9 et 10 représentent schématiquement à grande échelle diverses parties de la forme de réalisation des figures 1 et 2.
La figure II indique également schématiquement et à grande échelle diverses parties de la forme de réalisation des figures 6 et 7.
Dans les diverses figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes chiffres de référence.
En se référant aux figures 1 et 2 :
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1 représente une carcasse annulaire comportant à des intervalles régu- liers, des cavités longitudinales 2 et 3 dans lesquelles sont insérées tangen- @iellement des paires d'aimants permanents 4 et µ dont les pôles placés en re- gard l'un de l'autre sont inversés.
Entre les aimants de chaque paire est disposé un électro-aimant dont le noyau 6 fonctionne à la façon d'une ancre pour les aimants 4 et 5.
La bobine d'excitation 7 de ces électro-aimants est reliée à une source d'énergie électrique appropriée par l'intermédiaire d'un inverseur 8, qui sera décrit dans la suite.
Les électro-aimants 6 sont fixés, avec interposition de manière isolante 9 sur un tambour 10 monté sur un arbre II. Une manivelle 12 relie l'arbre II à l'arbre moteur 12' de telle sorte que l'oscillation de l'arbre II se trouve trans- formée en mouvement de rotation de l'arbre moteur 12'.
Le mouvement oscillatoire du disque 10 résulte de l'action d'attraction et de répulsion que les paires d'aimants 4 et 5 exercent sur les noyaux 6 des électro-aimants dont les polarités s'inversent à l'extrémité de leur course entre les faces polaires des aimants 4 et 5. L'inversion de la polarité des électro- aimants est obtenue avec l'inversion du courant d'excitation. A cet effet, ainsi qu'on l'a déja dit, les bobines de tous les électro-aimants sont reliées aux sour- ces d'électricité par l'intermédiaire de l'inverseur 8 avec lequel coopèrent des contacts 15 reliés aux extrémités des bobines d'excitation 7.
L'abre II de la celasse 1 repose dans des supports 14-16. L'arbre 12' porte une poulie 17 servant à transmettre l'énergie aux appareils d'utilisation.
Le fonctionnement du moteur est le suivant :
On supposera que les organes constitutifs du motenr occupent les positions représentées sur la figure 1. Lorsque les noyaux des électro-aimants ( qui, par l'action d'attraction des aimants permanents 4 et l'action de répulsion des ai- mants permanents 5 sont poussés vers les aimants 4 ) arrivent tout près des faces polaires des dits aimants, on inverse leur polarité, par suite de l'inversion du courant d'excitation produite par l'inverseur 8. Le,aimants 4 repoussent les noyaux 6 qui sont, à ce moment attirés par les aimants 5. On obtient ainsi l'in- version du mouvement du-tambour 10, inversion qui se produit à la fin de chaque course.
Ce mouvement oscillatoire du tambour 10 est tranformé en mouvement rotatif @
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continu par l'arbre 12' par l'intermédiaire de la/manivelle 12.
Dans le mode de réalisation de la .figure 5, le mouvement oscillatoire des électro-aimants qui a lieu entre les faces polaires des paires d'aimants est transformé directement en mouvement rotatif par l'arbre du moteur.
Dans ce dernier cas, les paires d'électro-aimants permanents 18, 19 sont fixées à la carcasse 20 du moteur, radialement et non tangentiellement comme osent le cas dans la forme de réalisation décrite en premier lieu.
Les noyaux 2I des électro-aimants sont reliés par des bielles 22 à un bouton de manivelle 23 porté par l'arbre moteur.
Le dispositif d'inverseur de polarités est la même que celui décrit ci-dessus, chaque électro-aimant se comporte exactement comme un piston de moteur à explosion.
Dans la variante représentée sur les figures 6, 7 les aimants permanents 24 sont fixés radialement dans des évidements creusés dans la carcasse 25, avec leurs pôles tournés vers le centre.
Sur un arbre 26, monté dans des coussinets portés par des calottes fixées à la carcasse 25 sont calés des disques 27 et entre ces diques sont serrés les aimante permanents 28 disposés radialement avec leurs pôles en face des aimant. 24.
Sur chaque pôles des aimants 24 est fixé un noyau 29 en fer doux sur lequel est enroulée une bobine d'excitation. Ces bobines d'excitation sont reliées aux contacts 15 de l'inverseur 8.
Le fonctionnement est le même que celui des modes de réalisation ci-dessud décrits. Lorsque les aimants 28 arrivent en alignement avec les aimants 24, on obtient entre eux le maximum d'attraction, car le champ magnétique produit par les électro-aimants 29, correspond à celui des aimants 24, 28. Mais dès que cette position est atteinte, le courant s'inverse dans les bobines d'excitation des électro-aimants 29 et par conséquent la polarité est inversée. On obtient ainsi des polarités de même valeur et ainsi l'action répulsive qui fait avancer la partie mobile.
Lorsque les aimants 28 ont parcouru un peu plus que la moitié de la distance existant entre les aimants 24 contigus, une nouvelle inversion du courant se produit de sorte qu'une action d'attraction a lieu entre la partie fixe et la partie mobile et ainsi de suite.
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Le courant d'alimentation des électro-aimants est très faible car il suffit d'avoir l'intensité nécessaire pour obtenir la saturation magnétique des noyaux.
Suivant une particularité de l'invention schématisée figures 8, les bobines 7 (figure I) placées sur les noyaux 6 des électro-aimants sont composées de trois parties.
Chaque bobine 7 comprend, d'une part, une bobine principale 7a dite de saturation parce qu'elle sert à saturer le noyau en fer doux 6, et. d'autre part, deux bobines plates 7b et 7c bobinées en sens inverse de la bobine principale 7a.
Les deux bobines plates 7b et 7c sont connectées de telle sorte que$ lorsque la bobine se déplace dans le champ magnétique, les extra-courants produits dans ces deux bobines plates s'ajoutent.
Toutes les bobines principales 7a sont montées en série ou cascade et forment un circuit 31, 7a, 31'.
Le courant d'une batterie arrive par les balais 33 et 33' sur les deux couronnes 34 et 34' d'un collecteur 30.
Le courant sortant du collecteur par le conducteur 31 alimente toutes les bobines de saturation 7a et revient au collecteur par 31'.
On voit que chaque fois que les balais 33 et 33' avancent d'une lame, le courant est inversé dans les bobines principales.
Toutes les bobines plates 7b et 7c sont reliées en sériel ou cascade et forment un circuit 32', 7b, 7c, 32. Ce circuit est relié au collecteur en 32 et 32' (figures 8 et 9).
L'ensemble des bobines plates forme une véritable génératrice dont le circuit est parcouru par un courant alternatif.
Mais, ce courant alternatif est redressé par le collecteur 30 en produisant un courant continu ondulé.
Ce courant produit par l'ensemble des bobines plates vient s'ajouter au courant continu fourni par la batterie.
En résumé,,les bobines plates qui recueillent les extra-courants et qui servent d'écrans pour empêcher 'la formation d'extra-courants dans les bobines principales produisent'un courant résultant continu qui vient rejoindre, par le
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collecteur, le circuit d'alimentation des bobines principales. la batterie ne sert: donc qu'au démarrage et à fournir une partie du courant nécessaire à la saturation des noyaux.
L'autre partie du courant nécessaire à cette saturation est fournie par l'ensemble des bobines plates.
La figure II montre une réalisation de bobine enttois parties analogues aux trois parties 7a, 7b et 7c de la figure 8 et appliquée cette fois aux élettro- aimants 24 de:la forme de réalisation des figures 6 et 7.
Les noyaux 29 de ces aimants comportent chacun, une bobine composée des dites parties 7a, 7b, 7c.
Sur la figure II on a schématisé le mode de connection des dites bobines entre elles. 40 représente une batterie reliée aux balais 33 et 33' du collecteur 30.
Il est évident que la même construction des bobines est applicable à toutes les formes de réalisation de l'invention.
La construction des bobines décrites améliore le mauvais rendement des moteurs de l'espèce dû aux forces contre électro-motrices produites par les variations de flux.
Les bobines principales 7a sont constituées comme des bobines ordinaires alors que les bobines 7b et 7c sont des bobines plates dont le fil est d'un diamê- tre intérieur à celui des bobines 7a.
En considérant le moment où le noyau d'une bobine est repoussé par un aimant permanent, du fait du déplacement de la bobine dans le champ de l'aimant permanent, il va se produire un courant induit qui s'opposera au mouvement.
Les trois enroulements 7a, 7b, et 7c sont calculés et disposés de telle façon que les courants induits dans l'enroulement 7a d'une part et les enroulements 7b et 7c d'autre part, s'annulent.
Les bobines plates 7b etic qui encadrent la bobine principale 7a sont enroulées en sens inverse de la bobine 7a. Ces deux bobines peuvent dans certains cas se réduire à de simples galettes d'un seul rang de fil.
Les bobines sont alimentées par un courant provenant, par exemple, d'une batterie d'accumumateurs.
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Suivant une particularité de l'invention, on prévoit de placer sur le circuit des bobines et des accumulateurs, et en dérivation, un condensateur en série avec un interrupteur.
Au moment de la rupture du courant, cet interrppteur est ferme , le cône densateur se charge et enmagasine l'énergie primitivement acquise par la bobine.
Une fois chargé le condensateur se décharge dans la bobine, qui enmagasine de nouveau l'énergie qu'elle avait cédée au condensateur, en changeant de po- larit é.
A ce moment, on ouvre l'interrppteur et on ferme l'inverseur de la machine. La bobine va continuer à %tre alimentée et le barreau se trouvera dans l'état d'aimantation demandé, les pôles étant inversés.
Le générateur n'aura donc fourni que l'énergie nécessaire pour combler les pertes ( effet Joule et hystérésis).
Par les dispositions décrites et représentées, on remédie par conséquent aux mauvais rendements dus aux forces contre électro-motrices produites parles varia%ions de flux et aux pertes résultant des étincelles de rupture au moment du changement de sens de courant.
Naturellement la forme et les dispositions constructives décrites pourront varier à volonté, suivant les nécessités, sans sortir pour cela du cadre de l'invention.
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I N V E N T I O N PATENT in the name of
Antonio, Raimondo BOSSONE Permanent magnet motor
The present invention relates to a motor in which the force of attraction and repulsion of the permanent magnets is used directly, acting on electromagnets supplied by a weak source of electric current.
According to the present invention, one or more series of electromagnets are moved in front of the poles of one or more series of permanent magnets, the polarities of which are adjusted by means of a member capable of inserting and inserting. inverting their excitation circuit, so as to obtain a continuous or reciprocating movement which, using known mechanisms, can be transmitted to a motor shaft in the form of a rotary movement.
According to a preferred embodiment, the magnets are distributed in pairs with the opposite poles facing each other, and disposed tangentially to a circumference having as its center the axis of a motor shaft.
On the latter are mounted a series of electromagnets $ each of these electromagnets being placed between the opposite poles of each pair or group of pairs of permanent magnets. The polarity of the said electromagnets is reversed by means of an appropriate inverter so as to obtain an alternating movement of the electromagnets * between the poles of the pairs of magnets and consequently
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an oscillatory movement of the motor shaft, which by means of a suitable mechanism, for example a set of cranks, can be transformed into a continuous rotary movement ...
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According to another embodiment, the reciprocating movement of the electromagnets can be transformed directly into continuous rotary motion by arranging the pairs of magnets radially and by connecting the electromagnets by means of connecting rods, to the cranks of the shaft. engine. With such a device, the back and forth movement of electromagnets and permanent magnets is transformed into rotary movement as if it were the pistons of a piston machine.
If desired, the permanent magnets can be arranged in annular series, the electromagnets being placed on a drum with their poles oriented towards the poles of the magnets so that, by changing the polarity of said electromagnets, the latter are are alternately attracted or repelled tangentially with respect to each of the magnets of the annular series, thus transmitting a continuous rotary movement to the shaft on which they are mounted.
Other features and details of the invention will become apparent from the description of the accompanying drawings which show, by way of example only, various embodiments of the invention.
FIG. 1 represents one of these embodiments seen from the front. FIG. 2 represents the same device seen in longitudinal section. Figures 3 and 4 show schematically how the change in polarity of the electromagnets occurs.
Figures 6 and 7 show a third embodiment. Figures 8,9 and 10 schematically show on a large scale various parts of the embodiment of Figures 1 and 2.
Figure II also shows schematically and on a large scale various parts of the embodiment of Figures 6 and 7.
In the various figures the corresponding elements are designated by the same reference numerals.
Referring to Figures 1 and 2:
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1 shows an annular carcass comprising at regular intervals, longitudinal cavities 2 and 3 in which are inserted tangentially pairs of permanent magnets 4 and µ, the poles of which facing one of the other are reversed.
Between the magnets of each pair is placed an electromagnet whose core 6 functions as an anchor for magnets 4 and 5.
The excitation coil 7 of these electromagnets is connected to a suitable source of electrical energy by means of an inverter 8, which will be described below.
The electromagnets 6 are fixed, with insulating interposition 9 on a drum 10 mounted on a shaft II. A crank 12 connects the shaft II to the motor shaft 12 'so that the oscillation of the shaft II is transformed into a rotational movement of the motor shaft 12'.
The oscillatory movement of the disc 10 results from the action of attraction and repulsion that the pairs of magnets 4 and 5 exert on the cores 6 of the electromagnets whose polarities are reversed at the end of their travel between them. pole faces of magnets 4 and 5. The inversion of the polarity of the electromagnets is obtained with the inversion of the excitation current. To this end, as has already been said, the coils of all the electromagnets are connected to the sources of electricity by means of the inverter 8 with which the contacts 15 connected to the ends of the excitation coils 7.
The abre II of celasse 1 rests in supports 14-16. The shaft 12 'carries a pulley 17 serving to transmit energy to the devices of use.
Engine operation is as follows:
It will be assumed that the constituent parts of the motor occupy the positions shown in FIG. 1. When the cores of the electromagnets (which, by the action of attraction of the permanent magnets 4 and the repulsion action of the permanent magnets 5 are pushed towards the magnets 4) arrive very close to the pole faces of said magnets, their polarity is reversed, following the inversion of the excitation current produced by the inverter 8. The, magnets 4 push back the cores 6 which are , at this moment attracted by the magnets 5. The reversal of the movement of the drum 10 is thus obtained, which reversal occurs at the end of each stroke.
This oscillatory movement of the drum 10 is transformed into a rotary movement @
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continuous by the shaft 12 'via the / crank 12.
In the embodiment of .figure 5, the oscillatory movement of the electromagnets which takes place between the pole faces of the pairs of magnets is transformed directly into rotary movement by the motor shaft.
In the latter case, the pairs of permanent electromagnets 18, 19 are fixed to the frame 20 of the motor, radially and not tangentially as is the case in the embodiment described first.
The cores 2I of the electromagnets are connected by connecting rods 22 to a crank button 23 carried by the motor shaft.
The polarities inverter device is the same as that described above, each electromagnet behaves exactly like a piston of an internal combustion engine.
In the variant shown in FIGS. 6, 7, the permanent magnets 24 are fixed radially in recesses made in the carcass 25, with their poles turned towards the center.
On a shaft 26, mounted in bearings carried by caps fixed to the carcass 25 are wedged discs 27 and between these discs are clamped the permanent magnets 28 arranged radially with their poles facing the magnets. 24.
On each pole of the magnets 24 is fixed a core 29 of soft iron on which is wound an excitation coil. These excitation coils are connected to contacts 15 of inverter 8.
The operation is the same as that of the embodiments described above. When the magnets 28 arrive in alignment with the magnets 24, the maximum attraction between them is obtained, because the magnetic field produced by the electromagnets 29 corresponds to that of the magnets 24, 28. But as soon as this position is reached , the current is reversed in the excitation coils of the electromagnets 29 and consequently the polarity is reversed. We thus obtain polarities of the same value and thus the repulsive action which makes the moving part move forward.
When the magnets 28 have traveled a little more than half the distance existing between the adjoining magnets 24, a new reversal of the current occurs so that an attractive action takes place between the fixed part and the movable part and thus right now.
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The supply current of the electromagnets is very low because it suffices to have the intensity necessary to obtain the magnetic saturation of the cores.
According to a feature of the invention shown schematically in FIGS. 8, the coils 7 (FIG. I) placed on the cores 6 of the electromagnets are composed of three parts.
Each coil 7 comprises, on the one hand, a main coil 7a called saturation coil because it serves to saturate the soft iron core 6, and. on the other hand, two flat coils 7b and 7c wound in the opposite direction to the main coil 7a.
The two flat coils 7b and 7c are connected so that when the coil moves in the magnetic field, the extra currents produced in these two flat coils are added.
All the main coils 7a are connected in series or cascade and form a circuit 31, 7a, 31 '.
The current from a battery arrives through the brushes 33 and 33 'on the two rings 34 and 34' of a collector 30.
The current leaving the collector via the conductor 31 supplies all the saturation coils 7a and returns to the collector via 31 '.
It can be seen that each time the brushes 33 and 33 'advance by a blade, the current is reversed in the main coils.
All the flat coils 7b and 7c are connected in serial or cascade and form a circuit 32 ', 7b, 7c, 32. This circuit is connected to the collector at 32 and 32' (Figures 8 and 9).
All the flat coils form a real generator, the circuit of which is traversed by an alternating current.
But, this alternating current is rectified by the collector 30 by producing an undulating direct current.
This current produced by all of the flat coils is added to the direct current supplied by the battery.
In summary, the flat coils which collect the extra-currents and which serve as screens to prevent the formation of extra-currents in the main coils produce a resulting continuous current which joins, through the
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collector, the supply circuit of the main coils. the battery is only used: therefore only for starting and to supply part of the current necessary for saturation of the cores.
The other part of the current necessary for this saturation is supplied by all the flat coils.
FIG. II shows an embodiment of a coil consisting of parts analogous to the three parts 7a, 7b and 7c of FIG. 8 and this time applied to the electromagnets 24 of: the embodiment of FIGS. 6 and 7.
The cores 29 of these magnets each comprise a coil made up of said parts 7a, 7b, 7c.
FIG. II shows diagrammatically the mode of connection of said coils to one another. 40 shows a battery connected to brushes 33 and 33 'of collector 30.
It is evident that the same construction of the coils is applicable to all embodiments of the invention.
The construction of the coils described improves the poor efficiency of motors of this kind due to the counter electro-motor forces produced by the variations in flux.
The main coils 7a are made like ordinary coils, while the coils 7b and 7c are flat coils, the wire of which has a diameter inside that of the coils 7a.
Considering the moment when the core of a coil is repelled by a permanent magnet, due to the displacement of the coil in the field of the permanent magnet, an induced current will be produced which will oppose the movement.
The three windings 7a, 7b, and 7c are calculated and arranged in such a way that the currents induced in the winding 7a on the one hand and the windings 7b and 7c on the other hand, cancel each other out.
The flat coils 7b etic which surround the main coil 7a are wound in the opposite direction to the coil 7a. These two coils can in some cases be reduced to simple pancakes of a single row of thread.
The coils are supplied with current from, for example, a battery of accumulators.
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According to a particular feature of the invention, provision is made to place on the circuit coils and accumulators, and in bypass, a capacitor in series with a switch.
When the current is broken, this interrupter is closed, the densifier cone is charged and stores the energy originally acquired by the coil.
Once charged, the capacitor is discharged in the coil, which again stores the energy that it had given to the capacitor, changing the polarity.
At this moment, we open the switch and we close the reverser of the machine. The coil will continue to be powered and the bar will be in the requested state of magnetization, the poles being reversed.
The generator will therefore only have supplied the energy necessary to compensate for the losses (Joule effect and hysteresis).
By the arrangements described and shown, the poor efficiency due to the counter-electro-motive forces produced by the variations in flux and the losses resulting from the rupture sparks at the time of the change of direction of current are consequently remedied.
Naturally, the shape and the constructive arrangements described can vary at will, according to requirements, without thereby departing from the scope of the invention.