FR2968146A1 - Moteur photovoltaique autocommute a puissance augmentee - Google Patents

Abstract

L'invention concerne essentiellement un moteur photovoltaïque comportant : - un stator comprenant des bobines, - un rotor positionné à l'intérieur du stator, - un circuit de commutation (21) comportant au moins un secteur (23) composé d'une ou plusieurs cellules photovoltaïque délimitant une zone (26) photovoltaïque principale, et un disque obturateur lié en rotation avec le rotor positionné au dessus du secteur (23), ce disque obturateur comportant au moins une fenêtre (31), caractérisé en ce que : - le secteur (23) comporte en outre une ou plusieurs cellules photovoltaïques délimitant une zone (29) photovoltaïque secondaire, - la fenêtre (31) et les zones photovoltaïques principale (26) et secondaire (29) présentant une configuration telle que la zone (29) photovoltaïque secondaire n'est éclairée qu'à partir du moment où le disque obturateur, après avoir complètement découvert la zone (26) photovoltaïque principale du secteur (23) commence de nouveau à masquer cette zone (26) photovoltaïque principale.

Description

MOTEUR PHOTOVOLTAIQUE AUTOCOMMUTE A PUISSANCE AUGMENTEE [1] DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [2] L'invention concerne un moteur photovoltaïque à puissance s augmentée. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des moteurs solaires utilisés pour le pompage de l'eau dans les pays chauds, ou les moteurs solaires entraînant des ventilateurs. [3] ETAT DE LA TECHNIQUE [4] Le moteur 1 photovoltaïque autocommuté décrit dans le document Io FR-2941336 est un moteur à réluctance variable sans aimant. Comme montré à la Figure 1, ce moteur 1 comporte un stator 2 muni de bobines 3 formant les phases AA', BB', et CC' du moteur 1. Un rotor 5 est positionné à l'intérieur du stator 2. Ce rotor 5 réalisé en matériau ferromagnétique, par exemple en fer doux, est muni de dents 5.1 qui sont des pôles du rotor 5. Ce ls rotor 5 est associé à un arbre 7 de sortie du moteur 1. [5] Par ailleurs, un circuit 8 de commutation comporte une couronne 9 de secteurs 10 composés chacun d'une ou plusieurs cellules 11 élémentaires délimitant une zone photovoltaïque principale. Chacun de ces secteurs 10 est relié à une des bobines 3. Le circuit 8 de commutation 20 comporte également un disque 12 obturateur lié en rotation avec le rotor 5 et positionné au dessus de la couronne 9 de secteurs 10. Ce disque 12 comporte des fenêtres 13 ayant une forme identique à celle des secteurs 10. [6] Lorsque le disque 12 découvre un secteur 10, ce secteur 10 se trouve dans un état dit « découvert » dans lequel les cellules 11 autorisent le 25 passage du courant à travers les bobines 3 reliées à ce secteur 10. Lorsque le disque 12 cache un secteur 10, ce secteur 10 se trouve dans un état dit « masqué » dans lequel les cellules 11 bloquent le passage du courant à travers les bobines 3 reliées à ce secteur 10. [7] L'alternance d'états « découverts » et « masqués » des secteurs 30 10 permet d'assurer une rotation du rotor 5. [08] Pour comprendre comment la puissance mécanique du moteur 1 varie avec le courant d'alimentation, on rappelle que le couple disponible sur l'arbre 7 de sortie d'une machine à réluctance variable est proportionnel au carré du courant circulant dans les bobines 3. Plus précisément, le couple s est donné par la relation suivante : 1 AL 2 C := (3) - I 2 013 Où: - C est le couple instantané produit, - Ali est la variation angulaire du rotor pour passer de l'opposition à la Io conjonction, - AL la variation de l'inductance d'une phase lors de cette variation angulaire, - 1 ou Ip le courant crête circulant dans cette phase. [09] Comme représenté à la Figure 3, le courant Ip dans une phase pendant la rotation varie suivant une allure triangulaire. Ainsi, lors de la ls rotation du disque 11, entre les instants t0 et t1, le courant Ip croît linéairement au fur et à mesure que la surface d'un secteur 10 se découvre, puis décroît linéairement, entre les instants t1 et t2, lorsque le disque 12 masque progressivement ce secteur 10. [010] De manière décalée, l'inductance L croît linéairement lors du 20 passage de l'opposition à la conjonction entre les instants t1 et t2, puis décroît de manière semblable entre les instants t2 et t3 lorsque les pôles du rotor 5 s'éloignent de ceux du stator 2. On rappelle qu'il est convenu d'appeler « opposition » la configuration obtenue lorsque l'entrefer entre les pôles est maximal, et « conjonction » lorsque les pôles sont en regard 25 (entrefer minimal). [011] La variation de l'inductance dL rapportée à la variation angulaire de prend la forme de créneaux rectangulaires opposés. En effet, lors de la croissance de l'inductance L la variation est constamment positive, et lors de la décroissance de l'inductance L, la variation est constamment négative. [012] Le couple C obtenu étant le produit de la variation de l'inductance L par le carré du courant Ip, le résultat présente la forme d'un segment de parabole. Pour des raisons de simplicité le couple C instantané d'une seule phase a été représenté. s [013] En réalité, le moteur 1 comportant trois phases, le couple instantané est répété trois fois par tour (cf. couples représentés en pointillés entre 30 et 60 degrés et entre 90 et 120 degrés). Le couple moyen Cm sur un tour (2.7) vaut donc : 3 cm:- C 2.7c R =0 2.n (4) Io [014] A titre d'exemple, avec un courant crête de 1 Ampère, et une variation de self de 0.075 Henry, le couple moyen Cm d'une machine triphasée vaut 0.024N.m. Cela montre que le couple instantané ne se développant que sur une fraction de tour, le couple moyen Cm résultant est relativement peu important. ls [015] Pour accroître ce couple moyen Cm, une solution consiste à augmenter le courant dans chaque phase. En conservant les données de l'exemple numérique ci-dessus, un calcul sommaire montre qu'il faut augmenter le courant crête de 40 °/O pour doubler le couple moyen. [16] En réalité, il n'en sera pas ainsi si le circuit magnétique du moteur 20 a été optimisé pour travailler à la limite de la saturation du fer. En effet, dans ce cas, toute augmentation du courant ne fera que saturer un peu plus le fer sans accroître pour autant le couple moyen. En revanche, les pertes Joules continueront à augmenter proportionnellement au carré du courant, la machine chauffera, et accessoirement, elle deviendra un plus bruyante sous 25 l'effet d'impulsions de couple plus élevées. [17] OBJET DE L'INVENTION [18] L'invention propose d'augmenter le couple moyen du moteur d'une manière alternative. [19] A cet effet, l'invention consiste à faire en sorte que le courant se maintienne à sa valeur crête pendant une fraction de temps plus importante de la rotation. Pour obtenir ce courant supplémentaire, on ajoute une ou plusieurs cellules en parallèle de la ou des cellules de la zone photovoltaïque s principale, ces cellules ajoutées délimitant une zone photovoltaïque secondaire. En outre, on agence la fenêtre découpée dans l'obturateur et les zones photovoltaïques principale et secondaire de telle sorte que la zone photovoltaïque secondaire ne soit éclairée qu'à partir du moment où le disque obturateur, après avoir complètement découvert la ou les cellules io principales d'un secteur donné commence, de nouveau à masquer la zone photovoltaïque principale, c'est-à-dire que la ou les cellules supplémentaires ne commencent à délivrer leur courant que lorsque le courant de la ou des cellules de la zone principale entame sa régression. [20] L'invention concerne donc un moteur photovoltaïque comportant : ls - un stator comprenant des bobines formant les phases du moteur, - un rotor positionné à l'intérieur du stator, - un circuit de commutation comportant au moins un secteur composé d'une ou plusieurs cellules photovoltaïque délimitant une zone photovoltaïque principale, ce secteur étant relié à une bobine, et un disque obturateur lié en 20 rotation avec le rotor positionné au dessus du secteur, ce disque obturateur comportant au moins une fenêtre, caractérisé en ce que : - le secteur comporte en outre une ou plusieurs cellules photovoltaïques délimitant une zone photovoltaïque secondaire, 25 - la fenêtre et les zones photovoltaïques principale et secondaire présentant une configuration telle que la zone photovoltaïque secondaire n'est éclairée qu'à partir du moment où le disque obturateur, après avoir complètement découvert la zone photovoltaïque principale du secteur commence de nouveau à masquer cette zone photovoltaïque principale. 30 [021] Selon une réalisation, la zone photovoltaïque secondaire occupe une surface moitié de celle de la zone photovoltaïque principale. [22] Ainsi, grâce à ce procédé, il est possible de doubler la puissance du moteur en ne rajoutant pour chaque secteur de commutation une zone de commutation ayant une surface moitié de la zone photovoltaïque principale. [23] Selon une réalisation, la ou les cellules photovoltaïques de la zone s photovoltaïque secondaire sont branchées en parallèle de la ou des cellules photovoltaïques de la zone photovoltaïque principale. [24] Selon une réalisation, la zone photovoltaïque principale et la zone photovoltaïque secondaire présentent chacune la forme d'une portion de couronne, la fenêtre présentant une forme qui est symétrique, par rapport à io un axe passant par un côté latéral délimitant la zone photovoltaïque secondaire, de la forme de l'ensemble des zones photovoltaïques principale et secondaire. [25] Selon une réalisation, les zones photovoltaïques principale et secondaire sont délimitées par un bord supérieur et un bord inférieur en ls forme d'arc de cercle, ces arcs de cercle étant concentriques, le bord inférieur de la zone photovoltaïque secondaire correspondant partiellement au bord supérieur de la zone photovoltaïque principale. [26] Selon une réalisation, les zones photovoltaïques principale et secondaire étant délimitées par des bords latéraux, un des bords latéraux de 20 la zone photovoltaïque secondaire se trouve dans le prolongement d'un des bords latéraux de la zone photovoltaïque principale. [27] Selon une réalisation, la zone photovoltaïque principale et/ou la zone photovoltaïque secondaire sont constituées de rangées de cellules photovoltaïques connectées en série, ces rangées ayant une même surface. 25 [028] Selon une réalisation, le moteur comporte des galets à sa périphérie pour soutenir le disque obturateur. [029] Selon une réalisation, le moteur comporte un régulateur de vitesses formé de plaques pouvant coulisser au dessus des ouvertures du disque obturateur, ces plaques étant reliées au centre du disque par 30 l'intermédiaire de ressorts. [30] Selon une réalisation, le stator et le rotor du moteur étant désolidarisé de l'ensemble de commutation formé par les cellules photovoltaïques. [31] Selon une réalisation, le moteur comporte en outre un moteur s secondaire de faible puissance entraînant le disque obturateur. [32] Selon une réalisation, le moteur comporte des transistors de puissance jouant le rôle de commutateurs de courants de forte intensité, chaque secteur étant connecté à la grille d'un transistor. [33] Selon une réalisation, le moteur comporte un étage d'amplification Io à transistors, par exemple à transistors bipolaires, entre chaque secteur et son transistor de puissance correspondant. [34] BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [35] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont ls données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : [36] Figure 1 (déjà décrite) : une représentation schématique d'un moteur autocommuté selon l'état de la technique ; [37] Figures 2a-2b (déjà décrite) : une représentation schématique 20 d'une couronne de secteurs photovoltaïques et d'un disque obturateur d'un moteur selon l'état de la technique ; [38] Figure 3 (déjà décrite) : une représentation graphique de signaux de courant, d'inductance, de variation d'inductance, et de couple instantané observables dans une phase du moteur de la Figure 1 ; 25 [039] Figure 4: une représentation schématique d'un moteur autocommuté à puissance augmentée, par l'adjonction de cellules supplémentaires constamment éclairées selon l'invention ; [040] Figure 5 : une représentation schématique de la connexion entre les bobines et les secteurs du moteur à puissance augmentée par l'adjonction de cellules supplémentaires pouvant prendre la forme de panneaux solaires constamment éclairés selon l'invention ; [41] Figure 6a-6b : une représentation schématique d'un secteur du moteur selon l'invention formé d'une zone photovoltaïque principale et d'une s zone photovoltaïque secondaire et de leur schéma électrique équivalent ; [42] Figures 7a-7b : une représentation schématique d'une couronne de secteurs photovoltaïques et d'un disque obturateur du moteur selon l'invention ; [43] Figure 8 : une représentation schématique des différents états de io recouvrement d'un secteur par une fenêtre lors de la rotation du disque obturateur et les courants générés par les cellules du moteur selon l'invention ; [44] Figure 9 : une représentation graphique des signaux de courant, d'inductance, de variation d'inductance, et de couple instantané pour une ls phase du moteur selon l'invention ; [45] Figure 10 : une représentation graphique des signaux de courant et de couple pour un moteur autocommuté selon l'invention comportant une deuxième zone photovoltaïque secondaire ; [46] Figures 11 a-11 b : une représentation schématique d'une zone 20 photovoltaïque selon l'invention formée de plusieurs rangées de cellules de même surface branchées en série et le schéma électrique équivalent ; [47] Figures 12a-12b : une représentation schématique de rangées de cellules selon l'invention constituées chacune de plusieurs cellules connectées en parallèle et le schéma électrique équivalent ; 25 [048] Figure 13a-13b : une représentation schématique d'un moteur autocommuté selon l'invention comportant des galets soutenant le disque obturateur ; [49] Figures 14a-14b : des vues de côté et de dessus d'un régulateur de vitesses formé de plaques pouvant coulisser au dessus des ouvertures du disque obturateur ; [50] Figure 15 : une représentation d'un moteur selon l'invention dans s lequel on interpose un couple de pignons coniques entre l'arbre du moteur et un arbre d'entraînement du disque obturateur ; [51] Figure 16: une représentation schématique d'un rotor et d'un stator selon l'invention déporté par rapport au circuit de commutation ; [52] Figure 17 : une représentation schématique d'un moteur selon Io l'invention muni d'un ensemble stator et rotor déporté et comportant un moteur secondaire de faible puissance installé près du disque obturateur ; [53] Figure 18: une représentation schématique d'un moteur photovoltaïque à commutation assistée selon l'invention ; [54] Figure 19a : une représentation schématique d'une phase du ls moteur de la Figure 18 sans amplification ; [55] Figure 19b : une représentation schématique d'une phase du moteur de la Figure 18 avec amplification [56] Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. 20 [057] DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION [058] La figure 4 montre un moteur 15 photovoltaïque autocommuté selon l'invention à réluctance variable sans aimant. Ce moteur 15 comporte un stator 17 dépourvu d'aimant muni de bobines 18 formant les phases du 25 moteur 15. Chaque phase est formée d'une paire de bobines 18 diamétralement opposées. Le moteur 15 comporte ainsi trois phases AA', BB' et CC'. La phase AA' correspond à l'alimentation à la fois de la bobine A et de la bobine A', la phase BB' correspond à l'alimentation à la fois de la bobine B et de la bobine B', et la phase CC' correspond à l'alimentation de la bobine C et de la bobine C'. [59] Par ailleurs, le moteur 15 comporte un rotor 20 réalisé en matériau ferromagnétique positionné à l'intérieur du stator 17. Le rotor 20 est un s cylindre non aimanté dans lequel sont taillées des dents qui sont des pôles 20.1 du rotor 20. [60] Le mouvement du rotor 20 est indépendant du sens d'alimentation des différentes phases du moteur: le choix de la séquence d'alimentation détermine son sens de rotation. Les pôles 20.1 du rotor 20 se positionnent io dans la direction de la plus faible réluctance. Dans l'exemple de la Figure 4, le rotor 20 comporte quatre pôles 20.1. Le rotor 20 est associé à un arbre de sortie 20.2 du moteur 15. [61] Par ailleurs, un circuit 21 de commutation comporte une couronne 22 de secteurs 23 photovoltaïques reliés chacun à une bobine 18 (cf. Figure ls 7a). Plus précisément, comme montré sur la Figure 5, pour un moteur 15 à trois phases, les bobines 18 présentent une borne commune et une borne reliée à un des secteurs 23. Pour augmenter la puissance du moteur 15 sans augmenter exagérément le diamètre de la couronne 22, il est possible d'utiliser des panneaux 23' photovoltaïques reliés chacun aux bornes d'un 20 ensemble de bobines (ici 3) branchées en parallèle. [62] Comme montré sur la Figure 6a, les secteurs 23 sont composés chacun d'une ou plusieurs cellules 24 photovoltaïques élémentaires délimitant une zone 26 photovoltaïque principale. Les secteurs 23 comportent en outre une ou plusieurs cellules 24 photovoltaïques 25 élémentaires délimitant une zone 29 photovoltaïque secondaire. [63] Comme montré sur la Figure 6b, la ou les cellules 24 photovoltaïques de la zone 29 secondaire sont branchées en parallèle de la ou des cellules 24 photovoltaïques de la zone 26 principale. De préférence, la zone 29 occupe une surface moitié de celle de la zone 26. 30 [064] Les zones photovoltaïques principale 26 et secondaire 29 présentent chacune la forme d'une portion de couronne. Ainsi les zones 26 et 29 sont délimitées par un bord supérieur 26.1, 29.1 et un bord inférieur 26.2, 29.2 en forme d'arc de cercle, les bords supérieurs 26.1, 29.1 et inférieurs 26.2, 29.2 étant concentriques. Les zones principale 26 et secondaire 29 sont délimitées en outre par des bords latéraux 26.3, 26.4 et s 29.3, 29.4, correspondant à des portions de rayon du cercle de rayon O du bord supérieur 26.1, 29.1, ces portions de rayon s'étendant entre le bord supérieur 26.1, 29.1 et le bord inférieur 26.2, 29.2. [65] De préférence, le bord inférieur 29.2 de la zone 29 secondaire correspond partiellement au bord supérieur 26.1 de la zone 26 principale. Le io bord latéral 29.4 de la zone 29 secondaire se trouve dans le prolongement du bord latéral 26.4 de la zone 26 principale. [66] Le circuit 21 de commutation comporte en outre un disque 28 lié en rotation avec le rotor 20. Ce disque 28 positionné au dessus de la couronne 22 de secteurs 23 comporte des fenêtres 31 espacées ls régulièrement les unes des autres d'un angle de 360 degrés/N, N étant le nombre de fenêtres. [67] Le disque comportant ici 4 fenêtres 31, ces dernières sont espacées entre elles de 90 degrés. Les fenêtres 31 présentent chacune une forme qui est symétrique, par rapport à un axe X passant par le côté latéral 20 29.3 de la zone 29, de la forme de l'ensemble des zones principale 26 et secondaire 29. Autrement dit, les fenêtres 31 présentent une forme symétrique, par rapport à l'axe X, de la forme des secteurs 23. [68] Les fenêtres 31 et les zones principales 26 et secondaires 29 présente ainsi une configuration telle qu'une zone secondaire 29 n'est 25 éclairée qu'à partir du moment où le disque 28 obturateur, après avoir complètement découvert la zone 26 photovoltaïque principale d'un secteur 23 donné commence de nouveau à masquer la zone 26 photovoltaïque principale, c'est-à-dire que les cellules supplémentaires de la zone 29 ne commencent à délivrer leur courant Is que lorsque le courant Ip de la zone 30 26 principale entame sa régression. [69] La Figure 8 montre ainsi l'évolution en fonction de la variation angulaire du courant principal Ip délivré par la zone 26 photovoltaïque principale, du courant secondaire Is délivré par la zone 29 photovoltaïque secondaire, de courant résultant Ir correspondant la somme des courants Ip et Is lorsqu'une fenêtre 31 tourne au dessus d'un secteur 23 dans le sens de rotation R1. La Figure 9 montre également l'évolution de l'inductance L, de la s variation de l'inductance dL en fonction de la variation angulaire 8, ainsi que d'évolution du couple moteur C. Ces représentations sont données pour une seule phase. [70] Plus précisément, entre les instants t0 et t1, la fenêtre 31 découvre au fur et à mesure la zone 26 principale, de sorte que le courant Ip Io commence à croître de manière linéaire. [71] A l'instant t1, lorsque la zone 26 principale est complètement découverte, on atteint un pic du courant Ip généré par la zone 26 principale. [72] Entre les instants t1 et t2, la fenêtre 31 commence à cacher la zone 26 principale et à découvrir la zone 29 secondaire, de sorte que le ls courant Ip diminue progressivement tandis que le courant Is commence à croître progressivement. [73] A l'instant t2, lorsque la zone secondaire est complètement découverte, on atteint un pic du courant secondaire Is. [74] Entre les instants t2 et t3, la fenêtre 31 commence à cacher la 20 zone 29 secondaire et continue de cacher la zone 26 principale, de sorte que le courant Ip et le courant Is diminuent progressivement. [75] A l'instant t3, les zones principale 26 et secondaire 29 étant recouvertes complètement par le disque 28, les courants Ip et Is sont nuls. [76] Le courant délivrée par une cellule photovoltaïque étant 25 proportionnel à la surface de la cellule, si on utilise une zone secondaire 29 ayant une surface moitié de la zone principale 26, le courant supplémentaire Is présente la même allure en triangle que le courant principal Ip mais avec une amplitude moitié de celle du courant principal Ip. Le courant résultant Ir reste ainsi constant pendant toute la montée du courant secondaire Is entre 30 les instants t1 et t2. [77] Avec la même variation d'inductance L que précédemment, la figure 9 montre que, sans augmenter l'amplitude crête du courant, la valeur du couple moyen Cm est doublée (0.048 N.m avec les données numériques précédentes, c'est-à-dire un courant crête de 1 Ampère, et une variation de s self de 0.075 Henry). Le couple supplémentaire Cs obtenu grâce à l'invention est représenté hachuré. [78] Ainsi, grâce à ce procédé, il est possible de doubler la puissance du moteur 1 de l'état de la technique en rajoutant simplement, pour chaque secteur 23 de commutation, une zone 29 photovoltaïque ayant une surface io moitié de la zone 26 photovoltaïque principale. [79] Pour encore améliorer le rendement du moteur, il est possible d'implanter des zones photovoltaïques secondaires 29' supplémentaires (cf Figure 6a). La zone 29' est positionnée par rapport à la zone 29 secondaires, comme cette dernière est positionnée par rapport à la zone 26 principale, ls c'est-à-dire que la deuxième zone 29' secondaire n'est éclairée qu'à partir du moment où le disque 28 obturateur, après avoir complètement découvert la zone 29 commence de nouveau à masquer la zone 29. [80] A titre d'exemple, la Figure 10 montre l'évolution du courant crête Cc et du couple moyen Cm lorsque on ajoute une deuxième zone secondaire 20 29' ayant une surface égale à la première zone 29 secondaire et générant un deuxième courant supplémentaire Iss. On constate que le courant crête du courant résultant Ir demeure constant encore plus longtemps, et que le couple moyen Cm s'en trouve accru (0.060 N.m avec les données numériques précédentes). Ainsi, on observe que plus on implante de zones 25 secondaires 29', plus la forme du couple C tend vers un rectangle. Le couple C généré pour les autres phases est représenté en traits discontinus. [81] Pour de petits moteurs, il est possible d'imaginer que chaque zone 26, 29 photovoltaïque ne comporte qu'une seule cellule principale découpée en forme de « part de gâteau ». Dans l'état actuel de la technique, les plus 30 grandes cellules au silicium ne dépassent pas 152mm de côté. [82] De ce fait, dès que la puissance demandée devient importante, il est nécessaire d'assembler, en série, plusieurs rangées Al -A6 de cellules 24 25 élémentaires de manière à constituer des secteurs 23 capables de fournir une énergie suffisante aux bobines 18, comme montré sur la Figure 11 a. [083] La question est de savoir quelles dimensions il faut donner à chaque rangée Al -A6 de cellules 24 élémentaires pour que l'énergie fournie

par un secteur soit maximale. Il est connu que pour un ensoleillement donné, une cellule 24 produit un courant proportionnel à sa surface. En revanche, la tension délivrée varie peu, et ne dépend pratiquement que de la technologie de fabrication de la cellule ; une cellule 24 photovoltaïque est, de ce fait, assimilable à un générateur de courant. io [084] Il en résulte que lorsque des cellules 24 sont connectées en série, et donc traversées par le même courant, il faut qu'elles aient toutes la même surface. Si, dans le circuit, une seule cellule 24 présente une surface moindre que les autres, c'est elle qui limitera la valeur du courant. [085] A titre d'exemple, les figures 11 a et 11 b représentent une zone 26

15 photovoltaïque principale constituée de six rangées Al -A6 de cellules connectées en série, ces rangées Al -A6 ayant une surface S1-S6. La condition pour que toutes les rangées Al -A6 de cellules 24 présentent la même surface s'écrit :

S1=S2=S3=S4=S5=S6=S (1) 20 [086] Or, les rangées Al -A6 s'évasant cela signifie que, pour conserver une surface constante, leur hauteur doit diminuer au fur et à mesure qu'elles s'éloignent du centre. Pour respecter cette condition, les rayons intérieurs et extérieurs de chaque rangée Al -A6 de cellules 24 sont déterminés par l'expression suivante : Rn '- ~ 2 S + (Rn_ (2) a ou :

- S est la surface d'une cellule élémentaire 24,

- a l'angle d'ouverture d'une zone photovoltaïque 26, 29,

- Rn les rayons intérieurs et extérieurs d'une rangée Al -A6. 30 [087] Si, par exemple, la première des six rangées Al -A6 de la zone principale 26 montrée à la figure 7a est constituée d'une seule cellule 24 de surface S1=100 cm2 placée à R0=112,6 mm du centre, les rayons intérieurs et extérieurs de chaque rangée Al -A6 auront pour valeurs : R1 =225,5 mm R2 =298,4 mm R3 =356,7 mm R4 =406,7 mm R5 =451,2 mm R6 =491,7 mm s [088] Les cellules 24 photovoltaïques élémentaires étant limitées en taille, les rangées Al -A6 éloignées du centre peuvent rapidement excéder les dimensions obtenues par les procédés de fabrication actuels. Pour obtenir la surface nécessaire, les Figures 12a et 12b montrent qu'une rangée Al -A6 peut être constituée de plusieurs cellules 24 connectées en parallèle. Io Ainsi, chaque rangée Al -A6, composée d'un assemblage de plusieurs cellules 24 de surface réduite, se comporte comme une grande et unique cellule. [89] Il est à remarquer que pour des puissances importantes, la première rangée Al peut, elle-même, être constituée de plusieurs cellules 24 ls connectées en parallèle. Il suffit, pour respecter la condition de la surface constante, que les rangées suivantes A2-A6 soient composées d'un nombre suffisant de cellules élémentaires 24. [90] Les rangées Al -A6 sont ensuite connectées en série de manière à constituer les zones 26 et 29 qui, comme montré à la Figure 13a, recouvrent 20 entièrement une platine 33 supportant le moteur 15. Ainsi, toute la surface disponible autour du moteur 15 est utilisée de manière optimale par les cellules 24. [91] La multiplication des cellules 24 accroît le diamètre du disque obturateur 28. Or, un disque 28 de grand diamètre, de faible épaisseur et 25 seulement soutenu en son centre, à tendance à fléchir. Pour éviter qu'il ne vienne frotter sur les cellules 24 une solution consiste à soutenir l'obturateur au moyen de galets 35 fixé à sa périphérie. La figure 13a montre que des galets 35 solidaires du disque 28, maintiennent ce dernier à une distance constante de la platine 33 supportant les cellules 24. 30 [092] Cette réalisation a toutefois l'inconvénient de pénaliser l'inertie du disque 28 en lui rajoutant la masse des galets 35 à sa périphérie. Pour éviter cela, une solution consiste à rendre les galets 35 solidaires de la platine 33, comme montré à la figure 13b. [93] Ces solutions sont réservées de préférence à des moteurs lents et à fort couple car le rapport entre le diamètre des galets 35 et celui du disque s 28 est tel que les galets 35 seraient entraînés à des vitesses de rotation considérables. Dans un exemple, un disque de 1 m de diamètre tournant à 1000 tr/mn communiquerait une vitesse de rotation de 20000 tr/mn à des galets 35 d'un diamètre de 50mm. Pour éviter une usure rapide des roulements à billes des galets 35, une solution consiste à faire en sorte que Io le disque 28 ne repose sur les galets 35 qu'à de faibles vitesses. A cet effet, comme montré en pointillés sur la Figure 13b, le disque 28 est muni, à sa périphérie, de volets inclinés 36 dont l'effet aérodynamique tend à soulever le disque 28 dès que la vitesse devient significative. Ainsi les galets 35 n'entrent en action qu'aux moments du « décollage » et de I«< atterrissage » ls du disque 28, c'est-à-dire lorsque les vitesses de rotation son faibles. [94] La vitesse du moteur 15 est fonction à la fois de la valeur du couple résistant qui lui est appliqué, et de l'ensoleillement. Or certaines applications peuvent exiger que la vitesse de rotation demeure constante dans une plage donnée. Une solution, pour réguler la vitesse, consiste à agir 20 sur le courant produit par les secteurs 23 de cellules en modifiant leur surface éclairée. [95] A cet effet, comme montré sur les Figures 14a-14b, le disque 28 est muni, de quatre plaques 37, de préférence opaques, pouvant coulisser librement dans des glissières 38 au dessus des ouvertures 31. A l'arrêt, ces 25 plaques 37 sont retenues vers le centre par quatre ressorts 39. Sous l'action combinée de la vitesse de rotation et de leur masse, les plaques 37, en étant tirés vers l'extérieur, réduisent la surface éclairée. Le courant produit diminue, le moteur 15 ralenti, et les plaques 37 ont alors tendance à revenir vers le centre. La vitesse du moteur 15 se stabilise lorsque la force centripète 30 compense très exactement la force exercée par les ressorts 39. Cette vitesse peut être ajustée en modifiant, soit la masse des plaques 37, soit la raideur des ressorts 39. [096] Dans les pays où le soleil reste bas sur l'horizon, il peut être intéressant d'incliner les cellules 24 photovoltaïques, en direction du soleil afin de récupérer le maximum d'énergie. Mais, si comme dans le cas du pompage de l'eau d'un puits, la puissance mécanique est transmise s verticalement cela oblige à interposer un organe de transmission, tel que des pignons coniques, entre l'axe 20.2 de sortie du moteur 15 et un arbre qui est entraîné par le moteur 15. Or, en sortie du moteur 15, le couple à transmettre étant important les pignons sont sujet à de l'usure. Au contraire, le couple à transmettre au disque 28 obturateur est faible. Io [097] La Figure 15 présente une solution qui consiste à désolidariser le moteur 15 proprement dit (le stator 17 et le rotor 20), de l'ensemble de commutation 21 formé par la couronne 22 de cellules 24 photovoltaïques et le disque obturateur 28, et à interposer un couple de pignons coniques 40 entre l'arbre 20.2 du moteur (associé au rotor 20) et un arbre 41 ls d'entraînement du disque 28 obturateur. La couronne 22 de cellules est reliée au stator 17 par l'intermédiaire d'une liaison électrique référencée 43. [98] La Figure 15 montre que le moteur 15, tout en restant horizontal, d'une part transmet la puissance au mécanisme récepteur (p. ex. une pompe reliée à l'arbre 20.2) sans intermédiaire, d'autre part imprime le mouvement 20 au disque obturateur 28 qui lui ne nécessite qu'une faible énergie. Ainsi, non seulement les pignons coniques 40 sont de petites dimensions, mais, étant peu sollicités, ils ne s'usent que très lentement. [99] Une variante de ce dispositif consiste à remplacer le couple de pignons 40 par un dispositif à cardans, ou tout autre dispositif 25 d'accouplement adapté. [0100] La figure 16 montre une variante de réalisation dans laquelle l'ensemble du stator 17 et du rotor 20 est séparé du dispositif de commutation 21 composé de la couronne 22 de cellules et du disque 28 obturateur. On fait alors appel à la liaison électrique 43 entre la couronne 22 30 de cellules et le stator 17 ainsi qu'à une liaison 45 mécanique au moyen d'un arbre qui transmet le mouvement du rotor 20 au disque 28 obturateur. [0101] Dans cette configuration, le couple à transmettre est celui seulement nécessaire à l'entraînement du disque 28. Une telle réalisation est particulièrement avantageuse pour certaines applications telles que le pompage de l'eau dans un puits profond. s [0102] Bien que dans la configuration précédente le couple à transmettre soit faible, il nécessite néanmoins que, pour des distances importantes entre l'ensemble stator 17 et rotor 20 et la couronne 22 de cellules, l'arbre 45 soit dimensionné en conséquence. Ceci d'autant qu'il faut vaincre l'inertie du disque 28 obturateur au démarrage. Io [0103] Comme montré sur la Figure 17, une solution pour réduire le diamètre de l'arbre 45 consiste à disposer un moteur 46 secondaire de faible puissance près du disque 28 obturateur pour entraîner le disque 28. Ce moteur 46 est alimenté par la couronne 22 de cellules. Le moteur 46 ne sert qu'à entraîner le disque 28, tandis que le moteur principal 15 sert à fournir la ls puissance motrice (pour du pompage par exemple). L'arbre 45 de liaison n'est utilisé que pour assurer le synchronisme entre l'ensemble stator 17 et rotor 20 et le dispositif de commutation 21. Le couple étant théoriquement nul entre l'ensemble stator 17 et rotor 20 et le moteur 46 secondaire, le diamètre de l'arbre 45 peut être réduit au minimum de sa tenue mécanique. En 20 variante, on peut même envisager la suppression de l'arbre 45. [0104] La réalisation des Figure 4 et 5 dans laquelle on met en oeuvre des cellules de la couronne 22 connectées en série avec les cellules supplémentaires 23' en permanence exposées au soleil trouve toutefois ses limites car il est difficile d'augmenter exagérément le diamètre du disque 28 25 obturateur sans engendrer certains problèmes mécaniques de construction. [0105] Le moteur peut présenter des limites liées à la tension inverse que peuvent supporter les cellules de commutation de la couronne 22 (environ 30 V), et à l'intensité du courant qui les traverse. [0106] Une manière de contourner la limitation due à la tension inverse 30 consiste à confier la commutation du courant, non plus aux cellules de la couronne 22, mais à un dispositif auxiliaire 46 qui prend la forme de transistors de puissance, par exemple de type MOSFET. [0107] Les secteurs 23 de la couronne 22 disposée sous l'obturateur, ne servent à délivrer que la tension nécessaire à la commande des transistors 46 de puissance. Les transistors 46 jouent ensuite le rôle de commutateurs de courants de forte intensité. s [0108] Selon le mode de réalisation de la Figure 19a, on connecte chaque secteur 23 à la grille d'un transistor 46. [0109] Pour optimiser le fonctionnement des transistors 46, on applique sur sa grille (ou sa base) un courant s'établissant rapidement d'amplitude suffisante. A cet effet, comme montré à la Figure 19b, on installe un étage 48 io d'amplification à transistors, par exemple à transistors bipolaires, entre chaque secteur 23 et son transistor 46 de puissance correspondant. [0110] De préférence, la puissance est fournie par les cellules supplémentaires 23' constamment éclairées. 2s

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Moteur (15) photovoltaïque comportant : - un stator (17) comprenant des bobines (18) formant les phases du s moteur, - un rotor (20) positionné à l'intérieur du stator (17), - un circuit (21) de commutation comportant au moins un secteur (23) composé d'une ou plusieurs cellules (24) photovoltaïque délimitant une zone (26) photovoltaïque principale, ce secteur (23) étant relié à une bobine, et un Io disque (28) obturateur lié en rotation avec le rotor (20) positionné au dessus du secteur (23), ce disque obturateur comportant au moins une fenêtre (31), caractérisé en ce que : - le secteur (23) comporte en outre une ou plusieurs cellules (24) photovoltaïques délimitant une zone (29) photovoltaïque secondaire, ls - la fenêtre (31) et les zones photovoltaïques principale (26) et secondaire (29) présentant une configuration telle que la zone (29) photovoltaïque secondaire n'est éclairée qu'à partir du moment où le disque (28) obturateur, après avoir complètement découvert la zone (26) photovoltaïque principale du secteur (23) commence de nouveau à masquer 20 cette zone (26) photovoltaïque principale.
2. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone (29) photovoltaïque secondaire occupe une surface moitié de celle de la zone (26) photovoltaïque principale.
3. 3. Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou les cellules (24) photovoltaïques de la zone (29) photovoltaïque secondaire sont branchées en parallèle de la ou des cellules (24) photovoltaïques de la zone (26) photovoltaïque principale. 30
4. 4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la zone (26) photovoltaïque principale et la zone (29) photovoltaïque secondaire présentent chacune la forme d'une portion de couronne, la fenêtre (31) présentant une forme qui est symétrique, par rapport à un axe 35 (X) passant par un côté (29.3) latéral délimitant la zone (29) photovoltaïque 2s 30secondaire, de la forme de l'ensemble des zones photovoltaïques principale (26) et secondaire (29).
5. 5. Moteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que s les zones photovoltaïques principale (26) et secondaire (29) sont délimitées par un bord supérieur (26.1, 29.1) et un bord inférieur (26.2, 29.2) en forme d'arc de cercle, ces arcs de cercle étant concentriques, le bord inférieur (29.2) de la zone (29) photovoltaïque secondaire correspondant partiellement au bord supérieur (26.1) de la zone (26) photovoltaïque principale. Io
6. 6. Moteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les zones photovoltaïques principale (26) et secondaire (29) étant délimitées par des bords latéraux (26.3, 26.4 ; 29.3, 29.4), un des bords latéraux (29.4) de la zone (29) photovoltaïque secondaire se trouve dans le prolongement ls d'un des bords latéraux (26.4) de la zone (26) photovoltaïque principale.
7. 7. Moteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la zone (26) photovoltaïque principale et/ou la zone (29) photovoltaïque secondaire sont constituées de rangées (A1-A6) de cellules (24) 20 photovoltaïques connectées en série, ces rangées (A1-A6) ayant une même surface (S1, S6).
8. 8. Moteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des galets (35) à sa périphérie pour soutenir le disque obturateur.
9. 9. Moteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un régulateur de vitesses formé de plaques (37) pouvant coulisser au dessus des ouvertures (31) du disque obturateur (28), ces plaques étant reliées au centre du disque par l'intermédiaire de ressorts.
10. 10. Moteur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le stator (17) et le rotor (20) du moteur étant désolidarisé de l'ensemble de commutation (21) formé par les cellules (24) photovoltaïques. 35
11. 11. Moteur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporteen outre un moteur (46) secondaire de faible puissance entraînant le disque (28) obturateur.
12. 12. Moteur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce s qu'il comporte des transistors (46) de puissance jouant le rôle de commutateurs de courants de forte intensité, chaque secteur (23) étant connecté à la grille d'un transistor (46).
13. 13. Moteur selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte Io un étage (48) d'amplification à transistors, par exemple à transistors bipolaires, entre chaque secteur (23) et son transistor (46) de puissance correspondant.