FR2740626A1 - Generateur electrique a induction comportant un dispositif auxiliaire destine a contre-balancer les forces d'opposition dues aux lois de lenz afin d'en augmenter le rendement - Google Patents

Abstract

Générateur électrique à induction à haut rendement. Il est constitué selon le schéma ci-dessous, d'un aimant ou d'un électro-aimant inducteurs (1), d'un rotor auxiliaire à aimantation temporaire (8), décalé, tous deux reliés par un axe de rotation (15) et intégrés dans un même circuit magnétique (1)-(5)-(8)-(11) par l'intermédiaire de deux branches en matériaux ferro-magnétiques doux (5) et (11). Le dispositif est caractérisé en ce que les forces électromagnétiques d'opposition définies par la loi de LENZ, et qui constituent l'essentiel de la dépense d'énergie mécanique nécessaire à l'obtention d'une énergie électrique, sont contrebalancées par la création d'un couple magnétique inverse, ce qui entraine de facto une amélioration importante du rendement.

Description

La présente invention concerne un dispositif permettant l'amélIoration du rendement des générateurs électriques à induction élêctro-magnétlque.

Pour produire une énergie éler--Lque à l'aide d'un générateur électromagnétique, il est nécessaire de lui fournir en échange une énergie mécanique. Ces générateurs électriques ont un rendement énergétique qui est couramment de l'ordre de 90 %. C'est à dire que pour obtenir 90 % d'énergie électrique il est nécessaire de dépenser 90 % d'énergie mécanique à cette seule fin et 10 i de plus pour compenser les pertes dues aux frottements, effet Joule, hystèrésis, etc...

La loi de LENZ nous indique que ces 90 % d'énergie mécanique sont consacrés à vaincre les forces électromagnétiques d'opposition qui se manifestent lors de la création de courants d'induction dans les bobinages.

En effet la loi de LENZ dispose que les courants créés par induction sont de sens tels qu'ils s'opposent par leurs effets électromagnétiques aux causes qui les ont produit.

Pour augmenter le rendement de ces générateurs, les efforts ont porté à ce jour sur la réduction des énergies parasites dues aux frottements, effets Joule, hystèrésis... la réduction du travail résistant des forces électromagnétique étant réputée inenvisageable sans réduction corrélative du rendement.

Cependant, si l'on ne peut effectivement supprimer ou réduire ces forces de freinage électro-magnétiques, il est possible de les neutraliser plus ou moins indirectement.

C'est le problème technique que résoud le procédé décrit ci-après, dans son principe, permettant ainsi une amélioration importante du rendement de ces générateurs.

Le dispositif présenté, pour la clarté de l'exposé, dans son principe le plus élémentaire, selon la figure 1 est constitué
- d'un aimant permanent puissant, ou d'un électro-aimant, formant rotor inducteur (1)
- de deux bobines (4) et (12) de fils conducteurs, formant induit, enroulées sur deux noyaux constitués d'un matèriau trés perméable à faible hystèrésis (fer feuilleté au cilicium ou mieux) réalisant les branches (5) et (11) du stator.

- d'un rotor auxiliaire constitué par le barreau (8) inséré dans le circuit magnétique (1-5-8-11). Le barreau (8) étant réalisé en un matèriau magnétique à trés faible rémanence magnétique et à fort coefficient d'aimantation. Pour la simplicité de l'exposé, le rotor auxiliaire (8) du dispositif présenté a été réalisé par simple torsion de 90 du fer constituant le circuit magnétique et coupé pour former les entrefers (6)-(7) et (9)-(10).

Le rotor inducteur (1) et le rotor auxiliaire (8) tournent dans le même sens et sont re iés solidairement par un axe de rotation (in). Cependant l'axe théorique (7)-(9) du rotor aux 'iai-e est décallé en arrière par rapport à l'axe théorique (2)-(l4) du rotor inducteur (1), de façon telle que lorsque le pâle (2) du rotor inducteur aborde le pâle (3) du stator (5), le pâle (7) du rotor auxiliaire aborde le pô;e (6) du stator (5) (en ne considérant que la moitié supèrieure du dIsposItif, le raisonnement étant symétrique pour la moitié infèrieure).

Les pôles (6) et (7) constituent deux arcs identiques formant entrefers, mais de longueur 2 à 3 fois supèrieure à celle des arcs d'entrefers des pôles (2) et (3), de façon telle que lorsque le pôie inducteur (2) s'éloigne et que le flux d'induction magnétique cesse dans le circuit, les pôles (6) et (7) du rotor auxiliaire soient alignés et en coincidence, selon la cinématique exposée figures 2,3,4,5,6,7,8,9.

FONCTIONNEMENT
Lorsque les pôles (2) et (14) du rotor inducteur s'approchent des pâles (3) et (13) du stator puis s'en éloignent, des forces électro-magnétiques de répulsion puis d'attraction se développent, selon la loi de LENZ, et déterminent un couple électro-magnétique freinant la rotation du rotor inducteur (1). D'autre part il se crée dans le circuit magnétique (1-5-8-11) un ~ flux d'induction magnétique plus ou moins intense en fonction de la puissance de l'inducteur et de la réaction des induits. Le barreau (8) en fer doux (ou similaire) subit une aimantation induite temporaire.Des pôles de noms contraires apparaissent en (6) et (7) et en (9) et (10) formant entrefers, et s'attirent donc constamment tant qu'un flux existe dans le circuit magnétique et quel que soit le sens de ce flux conformément aux lois de l'aimantation induite.

Les forces d'attraction magnétiques dues à l'aimantation induite entre les pôles (6) et (7), (9) et (10), développent un couple de sens constant jusqu'à ce que les pôles (7) et (9) du barreau (8), soient en parfaite coincidence et alignés respectivement avec les pôles (6) et (10) du stator, selon la règle du flux maximum.

Ce couple du rotor auxiliaire (8) étant constamment de sens opposé au couple de freinage du rotor inducteur (1), il se produit un effet de neutralisation de ces deux couples.

Lorsque les pâles inducteurs (2) et (14) sont en éloignement suffisant et que cesse de ce fait tout flux d'induction dans le circuit magnétique, l'aimantation induite cesse également dans le barreau (8) (à l'hystèrésis près) et les deux rotors (1) et (8) peuvent poursuivre librement leur rotation commune, toute attraction magnétique ayant cessé pour l'un et l'autre.

Si les forces electro-magnétiques de freinage définies par la loi de LENfi, dont le t-avail résistant -I## représente 90 %. de l'énergie mécanique nécessaire à l'obtentIon d'une énergie électrique équivalente sont ainsi neutralIsées, il est indéniable que le rendement d'un tel générateur s'en t-ouvera considérablement amélioré
L'énergie mécanique W = Iû t nécessaire pour. vaincre le travail des
forces électromagnétiques de freinage, selon la loi de MAXWELL, diminue proportionnellement à l'aide apportée par les forces d'attraction continues, développées selon les lois de l'aimantation induite dans le rotor auxiliaire.

En conséquence, le rendement ne peut qu'augmenter.

Le modèle exposé n'est qu'un schéma de principe et son circuit magnétique présente une assez grande réluctance qu'il convient de diminuer, notamment par une construction plus directe, en évitant les angles, et par un choix de matèriaux ferromagnétiques appropriés.

D'autre part deux anneaux de Fragger en court circuit (16) et (17) peuvent être disposés aux extrémités respectives des pâles (2) et (14) afin de faire écran à la réaction d'induit des bobines (4) et (12) et ainsi empêcher la démagnétisation de l'inducteur, donc la diminution du flux magnétique résultant dans le circuit.

RENDEMENT
Dans un alternateur classique, le rendement est couramment de l'ordre de 90 %.

Energie électrique habituellement obtenue : E = IL # = 90
Energie mécanique ordinairement dépensée pour vaincre les couples électromagnétiquesde freinage : W = IL # = 90
Energie perdue par frottement, échauffement, hystèrésis... J = 10
Energie totale nécessaire : W + J = 100
Rendement classique : R = E = 90
W + J 100
Dans le générateur proposé, si l'énergie électromagnétique de freinage
W tant à être neutralisée, l'énergie mécanique nécessaire sera moindre,
E
R' tendra alors vers
RESULTAT : ( R' = E ) > ( R = E
J W+J
CONCLUSION
Avec le procèdé proposé, R' sera toujours trés supèrieur à R classique, en fonction du degré de neutralisation des couples électromagnétiques de freinage dûs à la loi de LENZ.

Le dispositif de la figure 1 est représenté d'une façon extremement simplifiée. Il n'est qu'un schéma trés imparfait seulement destiné à la compréhension du principe exposé.

A partir de ce schéma, un grand nombre de modèles peuvent être élaborés sur le même principe pour aboutir au résultat recherché : un rendement > 1
Ainsi, le modèle exposé planche 3/4 selon une forme non limitative, peut constituer le schéma de base d'un dispositif industriellement réalisable à aimant permanent.

Celui de la planche 4/4 représente le schéma de base d'une forme non limitative de générateur à électro-aimant, dont l'excitation est produite par la bobine (19). Il ne présente aucun contact glissant, aucune bague collectrice ni aucun conducteur tournant.

Le système en général présente son meilleur rendement à la saturation des induits et des inducteurs.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1) Cénérateur électromagnétique à inductIon caractèrisé en ce qu'il comporte un dispositif magnétique auxiliaire destiné à contrebalancer l'action de freinageélectromagnétique qui s' exerce sur l'inducteur selon les lois d'opposition de LENZ.

2) Générateur électromagnétique selon la revendication précèdente caractèrisé en ce que le dispositif auxiliaire destiné à neutraliser les forces de freinage dues aux lois de LENZ, lui confère un rendement égal ou supèrieur à 1.

3) Tout générateur électrique à induction qui dispose d'un système magnétique auxiliaire destiné à contrebalancer les forces d'oppositions dues aux lois de LENZ en vue d'augmenter le rendement de ce générateur relève de la présente invention