WO2010040919A1 - Machine rotative a losange deformable a dispositif electromagnetique - Google Patents

Machine rotative a losange deformable a dispositif electromagnetique Download PDF

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WO2010040919A1
WO2010040919A1 PCT/FR2009/001197 FR2009001197W WO2010040919A1 WO 2010040919 A1 WO2010040919 A1 WO 2010040919A1 FR 2009001197 W FR2009001197 W FR 2009001197W WO 2010040919 A1 WO2010040919 A1 WO 2010040919A1
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machine
fluid
rotor
electromagnetic device
stator
Prior art date
Application number
PCT/FR2009/001197
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English (en)
Inventor
Vincent Genissieux
Jean-Thomas Collomb
Original Assignee
Vincent Genissieux
Jean-Thomas Collomb
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Filing date
Publication date
Application filed by Vincent Genissieux, Jean-Thomas Collomb filed Critical Vincent Genissieux
Publication of WO2010040919A1 publication Critical patent/WO2010040919A1/fr

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/40—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and having a hinged member
    • F01C1/44—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and having a hinged member with vanes hinged to the inner member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0057—Driving elements, brakes, couplings, transmission specially adapted for machines or pumps
    • F04C15/008—Prime movers

Definitions

  • the present invention relates to a rotary machine with deformable rhombus.
  • a rotary machine generally comprises a stationary assembly or stator and a movable assembly or rotor having a diamond shape articulated at its vertices and rotating around its center, able to deform during its rotation.
  • Each side of the diamond determines, with the internal profile having a generally oval shape of the stator, a chamber of variable volume during the movement of the rotor.
  • the sides of the articulated diamond are materialized by plates called pistons having an outer surface, preferably of curvilinear shape. These pistons are sometimes provided, in their area of contact with the internal profile of the stator, sealing segments.
  • Such a machine can be used as a combustion engine, turbine, compressor, pump, etc. It has the advantage of having a fixed center of gravity, thus being able to avoid vibrations, to be able to reach compressions equivalent to those of piston engines, to have a higher flow rate than piston engines, to have a higher pressure ratio to the turbines and to be simpler than most generally known machines performing the same functions.
  • MRLD Deformable diamond rotating machines
  • a stator generally consisting of a cylindrical non-circular enclosure (it includes a cylinder whose direction is not a circle) external to the diamond-shaped rotor.
  • the rotor comprises a plurality (most often four) of rotary elements articulated together at their adjacent edges in a pivot connection of an axis parallel to the longitudinal axis passing through the center of the enclosure, each of the rotating elements. delimiting with the inner wall of the chamber a chamber or cavity of variable volume.
  • These machines have been described for a long time, but they are hardly used. Like the Wankel engine, well known to those skilled in the art, these machines had been imagined first as a combustion engine.
  • the patent FR 1 404 453 J.
  • Saint-Hilaire describes a rotary internal combustion engine with deformable rhombus by detailing its structure, but without explaining how its sealing is ensured in the operating conditions of an internal combustion engine, without detailing the materials able to withstand the pressures and temperatures in such a machine, nor give solutions concerning the expansion of the materials, or the compensation of the functional clearances.
  • MRLD rotary deformation machine
  • patent application EP 1 092 838 (Sanchez Talero) describes a rotary combustion engine whose stator is provided with electromagnets on its periphery, electromagnets intended to cooperate with magnets integrated in the pistons.
  • Such an electromagnetic device should make it possible to achieve an attraction or repulsion of a piston, or even to function as an electromagnetic brake rotor. It should be noted, however, that such a magnet device is incompatible with operation by internal combustion engine, the temperature of which greatly exceeds the Curie point of the magnets.
  • patent application FR 2 911 631 discloses an explosion engine or a gas injection engine having a stator receiving a deformable diamond rotor formed of articulated plates each comprising an electromagnet.
  • the electromagnet would be powered by positively or negatively polarized parts located at the periphery of the central shaft of the engine.
  • the operation of a generator using it is not described in this document.
  • this document is silent as to how current is generated, used or transferred within the machine. The purpose of the use and operation of this electromagnet are not described either.
  • the electric machine that is introduced there will also be of limited size, and therefore of limited power.
  • the volume available for an electric machine in such a central zone is small compared to the cubic capacity of the MRLD, which implies that the electric power will be a limiting factor for the machine which could pass a much higher fluid power of this machine.
  • machine according to WO 2004/070169 This power of the electric machine will be even more limited if there is no provision for the evacuation of calories produced by Joule effect in its windings to preserve the integrity of the machine or its performance ..
  • the problem that the present invention aims to solve is to propose a deformable diamond rotary machine operating as a direct energy converter, free of any external leakage, made with a minimum of moving parts, in a simple manner, with integrated components, and reliable in the while offering improved energy efficiency.
  • Another object of the invention is to propose a deformable diamond rotary machine, of compact and simplified construction, with a reduced total mass, while having a match between the mechanical power and the optimum electrical power with respect to the volume of the machine, or having an improved conversion efficiency, while being able to ensure good sealing and good electrical insulation when it is traversed at the same time by one or more fluids and by electrical conductors, while ensuring direct conversion functions of various forms of energy.
  • Another object of the invention is to propose a deformable diamond rotating machine adapted to work with a fluid and at the same time to allow the passage of an electric current through its components, while being robust, of simplified construction and capable of be carried out economically.
  • Another object of the invention is to provide a rotary deformable diamond machine capable of having an autonomous operation without drive by mechanical actuation system of its components.
  • Another object of the invention is to propose a deformable diamond rotating machine capable of directly converting the mechanical and / or thermal energy of the fluid passing through its cavities of variable volume into electrical energy, or vice versa, and this by reducing the mass total of the machine, compared to a rotary machine with deformable rhombus of the state of the art accompanied by an electric machine having equivalent power and / or equivalent displacement.
  • Another aim of the invention is to propose a deformable diamond rotating machine, optimally exploiting cavities with variable volume external to the diamond and cavities with a variable volume internal to the diamond, able to directly convert the mechanical energy and / or thermal fluid through its internal and external variable volume cavities into electrical energy, or vice versa.
  • Another object of the invention is to propose a rotary deformable diamond machine (MRLD), able to directly convert the mechanical and / or thermal energy of the fluid passing through its cavities with variable volume into electrical energy, or vice versa, so as to for most design variants, the stator of the MRLD and / or a central ring forming a stator are fixed while the deformable rhombus is rotatable, or conversely so that the deformable rhombus is fixed in rotation while the stator and / or the central ring are movable in rotation.
  • MRLD rotary deformable diamond machine
  • Another object of the invention is to propose a deformable diamond rotating machine capable of directly converting the mechanical and / or thermal energy of the fluid passing through its cavities of variable volume into electrical energy, or vice versa, and whose level of integration allows the evacuation out of the machine of all or part of the calories produced by Joule effect in the devices carrying an electric current inside the machine, thanks to at least one fluid passing through its cavities with variable volume or a fluid ensuring a good heat exchange.
  • Another object of the invention is to propose a deformable diamond rotating machine, the integration of devices for conducting the electric current or currents inside said machine, optimizing the internal volume of or limiting the bulk of said machine.
  • a rotary deformable diamond machine comprising a rotor which is a deformable rhombus in contact, with or without play, with the inner surface of an enclosure and / or with the outer surface of a crown central forming a stator, said deformable rhombus comprising a plurality of connected pistons, and preferably four pistons connected, one after the other, by an articulation pivoting axis parallel to the longitudinal axis of the enclosure and thus forming a closed chain; means for connecting the machine to at least one fluid circuit passing through the external and / or internal variable volume cavities of the machine; said machine being able to function as a pump and / or compressor and / or hydraulic motor and / or pneumatic motor and / or turbine and / or metering and / or grinding of a fluid, of any nature whatsoever, passing through its cavities said machine being characterized in that: the rotor comprises at least a first electromagnetic device whose operation is related to the deformation of the diamond; - And
  • the rotary machine with deformable rhombus (MRLD) of the invention thus comprises a deformable rhombus inside an enclosure surrounding the rhombus, thus located outside thereof, or which deforms on the outside of the a central crown located inside the diamond.
  • the deformable rhombus is mobile and thus forms the rotor of the machine, the external diamond chamber and / or the central ring internal to the diamond are fixed in rotation.
  • the rhombus is fixed in rotation, but deforms with respect to the enclosure external to the rhombus and / or to the central ring which are then rotatable .
  • Variable volume cavity comprises a cavity whose volume varies during the relative movement of the rotor relative to the stator.
  • Hydraulic engine includes a hydraulic motor that can work with any liquid, such as water, oil, etc.
  • Pneumatic motor includes a pneumatic motor that can operate with any gas, such as air, steam, refrigerant gas, etc.
  • An electromagnetic device of the invention comprises a device of the type chosen from: a magnet, a coil, a squirrel cage, an electromagnet, an electrostatic device, a piezoelectric device, a device comprising a ferromagnetic fluid, a coil of induction, a thermoelectric converter, an electrical resistance.
  • said at least one electromagnetic device of the machine is able to directly convert the mechanical or thermal energy of the fluid obtained by the variation of at least one thermodynamic parameter of this fluid, coming from a circuit of fluid supply of the machine, passing into cavities with variable volume of the machine.
  • a change in volume of the cavity containing the fluid may have the effect of varying the pressure or the velocity of the fluid which causes the rotation of the rotor, respectively the deformation of the diamond, which is then directly transformed into electrical energy by one or several electromagnetic devices integrated in the machine, for example an electromagnet, coils, etc.
  • a variation of volume and therefore of the pressure of the fluid can also induce a variation of the temperature thereof, temperature variation which is transformed into electrical energy by an electromagnetic device, which can be in this case a thermoelectric converter built into the machine.
  • said at least one electromagnetic device can be supplied with electrical energy to cause a rotation of the rotor, for example by providing the rotor and the stator with electromagnetic devices interacting in the manner of an electric motor to allow transit fluid in the variable volume cavities of the machine.
  • the machine comprises an electromagnetic device that transforms its electrical supply energy into thermal energy (for example an electrical resistance or a Peltier effect device)
  • the thermal energy generated is directly transferred to the fluid present in the variable volume cavities of the machine to vary one of its thermodynamic parameters.
  • an electromagnetic device can provide calories to a cooled gas during its expansion, and this in order to heat it and thus increase its pressure, while the relaxation thus optimized causes the rotation of the rotor which it provides electrical energy to the terminals of another electromagnetic device.
  • the machine is thus used as a direct energy converter, the energy of the fluid passing directly to the electromagnetic devices and vice versa.
  • the energy efficiency of such a machine is improved, in particular by the integration of all its components in the same mechanical structure, without the need to pass through an intermediate converter and thus avoiding mechanical or fluidic losses.
  • the machine of the invention fulfills both the functions of a rotary machine with deformable rhombus and the functions of an electric machine by producing, in the same assembly, an electric machine and a rotating machine with deformable rhombus , without using intermediate means of mechanical conversion of the effort that sometimes prove difficult to achieve. Since the electric machine does not need to convert the forces induced by the magnetic fields it produces into a shaft rotation, the rotary deformable diamond machine (MRLD) does not need to convert the movement of the diamond into rotation of the generator rotor drive shaft, it results in a gain in efficiency of the machine and this for a remarkable compactness.
  • MRLD rotary deformable diamond machine
  • the forces induced by the magnetic field have a radially oriented main component in the case where the rotor of the machine comprises at least a second electromagnetic device co-operating, via the rotational movement of the rotor, with a third electromagnetic device belonging to the stator or the crown. Central.
  • Failure to convert the rotational movement of the rotor causes a gain in efficiency of at least 2%.
  • the efficiency gain due to the fact that the machine does not need seals to seal at the motor shaft can be up to 20%. It is thus possible to obtain a sealed machine without any external leakage, the seal between the inside and the outside of the machine being of static type, in the absence of surfaces in relative movement between the inside and the outside of the machine. the machine.
  • the electrotechnical and mechanical performance of the machine is improved because there is no rotating shaft seal that can cause friction losses.
  • the machine of the invention can have a reversible operation, which can either convert the electrical power supply of the electromagnetic device (s) of the machine into mechanical and / or thermal energy transmitted to the fluid by the mechanical components of the machine (particularly by its pistons), or to convert the mechanical and / or thermal energy of the fluid entering the machine into electrical energy at the terminals of the or its electromagnetic devices.
  • the rotor comprises at least a first electromagnetic device whose operation is linked to the deformation of the diamond; and / or the rotor comprises at least a second electromagnetic device co-operating, via the rotational movement of the rotor, with a third electromagnetic device belonging to the stator or to the central ring; and / or the machine comprises at least a fourth electromagnetic device arranged to come into thermal contact with the fluid in the variable volume cavities of the machine, so that the machine is able to convert the mechanical energy produced during the movement of the rotor driven by said fluid, and / or the thermal energy recovered during the passage of said fluid in the machine, electrical energy at the terminals of an electrical circuit to which at least one of said electromagnetic devices is connected, and / or converting the electrical energy of an electrical supply circuit of at least one of said electromagnetic devices into mechanical energy of deformation of the diamond and / or thermal energy of the fluid.
  • electromagnetic devices are advantageously integrated into the elements of a rotary machine with a deformable rhombus and produce an electromagnetic field.
  • Such an integration also makes it possible to simplify the sealing system of the assembly, especially with respect to a solution which would combine, for example, an electric machine in a pump, such as a water pump.
  • the mass of the deformable diamond rotating machine assembly integrating at least a second electromagnetic device cooperating with at least a third electromagnetic device of the machine thus obtained is reduced in relation to the mass of a unit such as that of the WO 2004/070169 which is obtained by a juxtaposition of two different machines.
  • the mass of the rotatable deformable diamond machine assembly incorporating at least a second electromagnetic device cooperating with at least one at least one third electromagnetic device of the machine thus obtained may be less than the mass of a rotary machine with deformable rhombus having the same cavities with variable volume, but having no electromagnetic device.
  • geometry and volume of identical mechanical components in both machines, the components of the machine of the invention being preferably made of ferromagnetic materials and conductive materials (less dense), they will be lighter than the same components consisting solely and uniformly of iron-based alloys.
  • pistons incorporating an overmolded squirrel cage can provide both structural strength and electrical conduction within the machine of the invention.
  • a first electromagnetic device is associated with the deformation of the rhombus so that it can produce an electric current when it is moved by the deformation of the rhombus or that it can produce, when it is supplied with electrical energy , a mechanical force used to control the deformation of the diamond.
  • a second electromagnetic device is integrated in the rotor to cooperate, in particular via the rotational movement of the rotor, with a third electromagnetic device belonging to the stator, the interaction of the magnetic fields between the rotor and the stator producing either a electrical energy, ie a displacement force in rotation relative to one another.
  • a fourth electromagnetic device integrated in the machine can directly produce electrical energy when it is in thermal contact with the fluid, or conversely, when it is powered, it transforms electrical energy into energy. thermal it transmits to the fluid.
  • a rotary deformable diamond machine allows, when traversed by one or more liquids, to function both as an electric motor and pump or, conversely, as an engine hydraulic and electric generator.
  • the machine When the machine is working with a gas, it can then operate, both as an electric motor and compressor or, conversely, as a pneumatic turbine and electric generator.
  • the fluid used is water at room temperature or steam, or even another liquid or gas, whose operating temperature in the machine's variable volume cavities remains below about 150 ° C.
  • said first electromagnetic device is an electromagnet arranged inside the rotor while being connected to the diamond.
  • An electromagnet comprises a fixed yoke, an excitation coil and a movable armature.
  • the effect of the magnetic force of such an electromagnet is used to produce a diamond-patterned motion, or conversely, the motion resulting from the deformation of the diamond is used to produce a magnetic force and thus an electric current at the terminals. of the electromagnet.
  • the working stroke can be linear (the working stroke is rectilinear, the effect of the magnetic force being used to produce a rectilinear motion, or conversely, the rectilinear motion is used to produce a magnetic force) or it can be of the type rotary (the working stroke is an angular movement). It can be single-acting (the movement in one direction is provided by the magnetic force and the return by a spring) or double-acting (the working stroke is performed on both sides of a neutral position).
  • the electromagnet receives a power supply and controls the deformation of the diamond allowing the machine to operate as a pump and / or compressor and / or metering and / or grinding a fluid (charged or not) through its cavities.
  • the passage of fluid in the cavities causes the rotation of the rotor and the deformation of the diamond which is converted into electrical energy recovered at the terminals of said electromagnet.
  • said electromagnet is a linear jack or a linear suction pad.
  • a linear jack type electromagnet generally comprises a plunger core and is a device allowing a greater displacement of its armature (for example a stroke of the order of 5 to 50 mm) for a lower force of attraction (for example, order of 10 to 100 N).
  • a suction-type electromagnet is an electromagnetic device, generally without a core, capable of producing a significant attraction force (for example of the order of 100 N to 1000 N) for maintaining a ferromagnetic piece facing a low displacement thereof (for example of the order of 0.1 mm to 1 mm).
  • said electromagnet is connected at one of its ends to a first pivoting articulation of the rhombus or to a first intrados face of a piston and the other end is connected to or co-operates with a second pivoting joint, opposite to the first, or to a central carcass respectively to or with a second intrados face located vis-à-vis the first.
  • the electromagnet can either comprise a plunger core that moves inside a coil, or comprise a fixed core coil cooperating by electromagnetic interaction with a piece vis-à-vis made of a ferromagnetic material or with another suction cup vis-à-vis belonging to the diamond.
  • said electromagnet is an O-ring jack mounted with one of its ends on the intrados face of a piston, the other end cooperating with the intrados face of an adjacent piston.
  • said electromagnet is a toroidal suction cup pivotally mounted on the intrados face of a piston.
  • a toroidal cup can then cooperate with a piece made of a ferromagnetic material of the diamond, for example with the intrados face of a piston or with a pivoting joint.
  • four suction cups are pivotally mounted in the center of the inner surfaces of the pistons, said suction cups being caused to cooperate with each other during the deformation of the diamond.
  • said second electromechanical device is a squirrel cage whose bars are integrated in the pistons of the rhombus and said squirrel cage cooperates with integrated windings. to the stator forming the third electromagnetic device.
  • the squirrel cage or other electromagnetic devices could have been more effectively done by biasing the conductors to improve the regularity of operation or by using very good conductors to improve performance, while presenting the same principle of operation than this second embodiment.
  • the machine according to this solution is of the asynchronous electric machine type having a fluid treatment function and is more particularly suitable for operation at high rotational speed and whose speed does not depend directly on the frequency of the electrical current across its components.
  • the electrical energy supply of the stator windings creates currents induced by the magnetic field which rotate the rotor causing the machine to function as a pump and / or compressor and / or metering device and / or fluid mill (loaded or not) crossing its cavities.
  • the magnetization and rotational drive of the rotor squirrel cage creates induced currents in the stator windings so that the machine functions as a fluid turbine and electric generator.
  • said second electromechanical device comprises at least one magnet or at least one coil supplied with direct current (or equivalent), said magnet or said coil co-operating with minus a coil integrated in the stator forming the third electromagnetic device.
  • the machine according to this solution is of the synchronous electric machine type having a fluid treatment function and is more particularly suitable for reversible machines, operating at high speed of rotation and whose speed is directly related to the frequency of the electrical current across its components.
  • said second electromagnetic device comprises at least one magnet integrated in a rhombic piston.
  • said second electromagnetic device comprises at least one magnet integrated in a pivoting articulation of the diamond.
  • the passage of the fluid in the cavities of the machine causes the rotation of the rotor producing at the terminals of the stator coils an electric current whose frequency is determined by the speed of rotation of the rotor, causing the machine to have an electrical generator operation.
  • an electric current is applied across the terminals of the stator coils, the frequency of which determines the speed of rotation of the rotor, the machine then functioning as an electric motor for driving the rotor, allowing operation of the machine as a pump and / or compressor. and / or doser and / or grinder of a fluid (charged or not) passing through its cavities.
  • said fluid is a conductive fluid used for the passage of the current in the machine.
  • the machine comprises dynamic seals which serve as electrical contacts between the rotor and the stator, in the manner of the brushes in a conventional electric motor.
  • the machine comprises a fourth electromagnetic device arranged within the machine so that it is in thermal contact with the fluid passing through one or several cavities with variable volume of the machine.
  • a fourth electromagnetic device has a direct action on the heat exchange with the fluid treated by the machine, its operation being directly related to the temperature variation of said fluid.
  • said fourth electromagnetic device is a thermoelectric device.
  • Such a thermoelectric member is made of two conductive materials of different natures and connected by junctions at their ends which, when subjected to a temperature difference, produce an electric potential difference at their junctions (operation based on Seebeck effect).
  • thermoelectric member thus allows a reversible conversion between the thermal energy of the fluid and the electrical energy applied to the junctions.
  • the fourth electromagnetic device is an electrical resistance, for example an electric ceramic heater block. This device then transforms the electrical energy applied to the terminals of its supply circuit in thermal energy by Joule effect. This device does not have reversible operation.
  • the fourth electromagnetic device is an induction coil and the fluid flowing in the machine is a ferromagnetic fluid.
  • the coil When supplied with electricity, the coil induces a current in the ferromagnetic fluid passing through the variable volume cavities of the machine and causes it to overheat.
  • This device does not have reversible operation.
  • the object of the invention is also achieved with a machine of the invention operating as a drain pump, two-stage pump or as a dam pump turbine.
  • FIGS. 1 to 7 illustrate a machine made according to a first embodiment of the invention, in which FIGS. 1a and 1b are diagrammatic cross-sectional views of a machine made according to a first embodiment of the invention, illustrating moreover, a first exemplary embodiment;
  • FIGS. 2a and 2b are perspective views of a machine produced according to a second embodiment of the invention.
  • Figures 3a and 3b are schematic sectional views of a machine made according to a third embodiment of the invention
  • Figures 4a and 4b are schematic sectional views of a machine made according to a fourth embodiment of the invention.
  • FIGS. 5a and 5b are perspective views of a fifth embodiment of the invention.
  • FIGS. 6a and 6b are schematic sectional views of a machine made according to a sixth embodiment of the invention.
  • - Figure 7 is a perspective view of a machine made according to a seventh embodiment of the invention.
  • Figures 8a and 8b illustrate by schematic perspective views a machine made according to a second embodiment of the invention
  • Figures 9 to 11 illustrate a machine made according to a third embodiment of the invention, wherein: Figures 9a and 9b are schematic perspective views of a machine made according to a first variant of the third embodiment;
  • FIGS. 12 to 14 illustrate, by schematic perspective views, exemplary embodiments of the machine of the invention, in which:
  • FIG. 12a is a perspective view of a machine according to a second exemplary embodiment of the invention and FIG. 12b a three-dimensional cross-sectional view of the machine of FIG. 12a made with a plane passing through the stator coils;
  • Figures 12c and 12d are plan views in cross section showing the machine of Figure 12a in two operating positions;
  • FIG. 13a is a cross-sectional planar view and
  • FIG. 13b is a three-dimensional cross-sectional view showing an alternative embodiment of the machine of FIG. 12a;
  • FIGS. 14a and 14b are perspective views of a machine according to a third exemplary embodiment, represented in two of its operating positions, and FIGS. 14c and 14d are plane cross-sectional views of the machine of FIGS. 14b.
  • FIGS. 15 to 16 illustrate a machine made according to a fourth embodiment of the invention, in which: FIG. 15a is a perspective view of a machine made according to a first variant of the fourth embodiment and FIG. 15b is a axial sectional view of the machine of FIG. 15a; Figure 16 is a schematic axial sectional view of a machine made according to another variant of the fourth embodiment.
  • the invention relates to a rotary deformable diamond machine (MRLD) comprising a stator 2 having a generally tubular shape of approximately oval section, whose profile is in accordance with the geometric rules imposed by the deformation of the diamond during its rotation and of which the inner surface defines an enclosure 1 for receiving a rotor 3 which is a deformable rhombus 4.
  • the enclosure 1 has a major axis, which is along a segment passing through the center of the section of way to connect two ends facing the enclosure and which has the largest transverse dimension, and a small axis which is in a segment passing through the center of the section and being perpendicular to the previous.
  • the deformable rhombus 4 is a set of four pistons 6 interconnected by pivot links, materialized by pivoting joints 7, and which form a chain closed on itself.
  • the rotor 3 which is the rotating part of the machine is generally the diamond 4, but it is possible, in a variant, to drive the chamber 1 in rotation which rotates relative to the rhombus 4 fixed in rotation but whose sides are deformed (on comprises by side the segment which connects, in a plane perpendicular to the axis of rotation of the machine, the axes of two adjacent pivot links).
  • the projections of the axes of pivotal connections of the pistons in a plane perpendicular to the axis of rotation of the machine represent the vertices 5 of the diamond.
  • the segment that connects two opposing vertices 5 forms a diagonal of the rhombus.
  • Diagonal also includes a part or mechanical link built in the following according to this segment.
  • a piston 6 is a workpiece having a shape, preferably a steering cylinder portion parallel to the axis of rotation of the machine.
  • the surfaces located at the two ends of this piece each provide a part of a rotational axis pivot connection parallel to the axis of rotation of the machine.
  • the segment that connects two midpoints of opposite sides of the rhombus, including two opposed pistons, forms a median of the rhombus.
  • median also a part or mechanical connection built according to this segment. The intersection of the diagonals or medians of the diamond defines the center of the machine.
  • rotation shaft or central shaft of the machine By rotation shaft or central shaft of the machine, it comprises a part or a set of mechanical parts to recover the rotational movement of the rotor or the stator via a suitable mechanical transmission system.
  • the machine also has two lateral closure flanges, arranged perpendicularly to the machine rotation shaft and bearing against the front and rear faces of the stator and the rotor.
  • fluid inlet orifice 12 and fluid outlet orifice 13 comprise channels which may for example be axial (through the closing side walls or the shaft if there is one), radial (to through the enclosure 1 or the central crown 44), etc.
  • the extrados face 9 of the piston 6 comprises the external surface of the piston 6, located outside the rhombus 4, and by the intrados face 11 of the piston 6, the internal surface of the piston 6, located at the inside of the diamond 4.
  • the extrados face 9 of a piston 6 defines with the enclosure 1 and the lateral closure flanges an external cavity 8.
  • a fluid circuit is connected to the machine, the entrance into the outer chambers being illustrated, for example, by an orifice 12 in communication with the input or upstream circuit of the machine, and the fluid outlet being illustrated, for example, by an orifice 13 which is, him, in communication with an output circuit or downstream of the machine.
  • the intrados faces 11 of the pistons 6 define, with their connecting joints 7 and with the lateral closure flanges, an internal cavity 10.
  • the intrados faces 11 of the pistons 6 define, with their connecting joints 7, the outer surface of the inner ring 44 and the lateral closure flanges, a peripheral internal cavity 48.
  • the invention uses the geometric properties of the rotary diamond machine deformable device provided with one or more electromagnetic devices 14,15,16 using, in a first mode of operation of the machine, the deformation movement of the diamond 4 or that of rotation of the rotor 3 to induce an electric, magnetic or electromagnetic field and thus create an electric current to power the start of the machine or its operation as an electric generator.
  • the electromagnetic device or devices 14, 15, 16 control a deformation of the diamond 4 or a rotation of the rotor 3, which leads to the entrainment of a fluid in the external cavities 8 and / or the internal cavities 10 and / or peripheral internal cavities 48 of the machine.
  • the machine comprises a first electromagnetic device 14 which is an electromagnet 17.
  • FIGS. 1a and 1b show schematic sectional views of the machine of the invention according to a first embodiment, the lateral flanges closing the machine being removed for clarity.
  • the machine according to this variant uses an electromagnet 17 arranged along the diagonal of the deformable rhombus 4.
  • the electromagnet 17 shown in FIGS. 1a and 1b is a linear jack 18 with a straight plunger core 20.
  • the linear jack 18 comprises a yoke 21, a movable core 20 in rectilinear motion inside a linear excitation coil 22.
  • the yoke 21 is made integral, by its end with a pivoting joint 7 of the diamond, and the end of the core 20 is integral with the opposite articulation, the electromagnet 17 thus connecting two pivoting joints vis-a-vis according to one of the diagonals of the diamond 4.
  • a second cylinder 18 of the same type as the first can be arranged, being offset axially relative to the first) so as to connect the two other pivoting joints 7 along the second diagonal of the diamond 4.
  • Figure 1a shows the machine of the i nvention comprising an electromagnet 17 of linear jack type 18 which is in the most elongated position, along the major axis of the chamber 1, the diamond 4 being itself in the most crushed position.
  • FIG. 1b illustrates the machine of FIG. 1a, but where the diamond has rotated inside the enclosure 1 and the electromagnet is in the most retracted position, being aligned along the minor axis of the profile of the pregnant 1.
  • the machine of FIGS. 1a and 1b converts the mechanical energy of the fluid into electrical energy.
  • a fluid for example water from a water circuit connected to the machine
  • the mechanical energy of the fluid is transmitted to the rotor which is thus rotated inside the enclosure.
  • the rotation of the diamond will actuate the electromagnet 17, which performs two oscillations per revolution.
  • This will induce a current in the excitation coil 22 thereof, which current can then be stored for starting the machine, so that its operation is completely autonomous and does not require launching if the diamond is not not in a dead point.
  • the current at the terminals of the electromagnet can, moreover, be used to generate electricity and reinject it on the network, or to generate electrical pulses.
  • the machine of FIGS. 1a and 1b converts the electrical energy into mechanical energy of the fluid.
  • the electromagnet 17 is supplied with electrical energy, in particular by a conventional sinusoidal power supply network or more generally alternative (to different forms of signals).
  • the alternating current flows through the excitation coil 22 of the electromagnet, which successively attracts, then pushes back, the rectilinear mobile core 21 of the linear jack 18.
  • the successive contractions and detents of the assembly control the variation of the distance between two opposite peaks 5 of the diamond 4, which allows to drive the machine, provided that it is launched in one of the two directions of rotation during the transient startup phase.
  • the direction of rotation of the machine is chosen as a function of the fluid flow direction.
  • FIGS. 2a and 2b illustrate a machine of the invention according to a second variant embodiment, operating on the same principle as the previous one, but comprising four electromagnets 17 arranged in groups of two on each of the diagonals of the diamond 4.
  • the machine comprises four linear jacks 18 with a plunger core whose linear excitation coils 22 are mounted in a common central carcass 23.
  • the linear cylinders 18 are identical, each cylinder having a straight plunger core 20, one end of which is integral with a pivoting joint 7 and the free end slides inside its linear excitation coil 22 contained in a housing of the carcass 23.
  • each linear cylinder 18 accompanies by its movement the deformation of the rhombus 4, two rectilinear plunger cores 20 aligned on the same diagonal sliding in the same direction, but in the opposite direction with respect to the other. Similar to the machine of Figures 1a and 1b, this machine can function as a power converter, while having a more regular and more flexible operation, because the electromagnets of a diagonal can make up for any lack of symmetry in the functioning of the electromagnets of the other diagonal.
  • FIGS. 1a, b and 2a, b The solution shown in FIGS. 1a, b and 2a, b is more particularly suitable for machines with high displacement, low pressure and reversible operation.
  • FIG. 3a and 3b show schematic sectional views of the machine of the invention according to a third embodiment, the side flanges closing the machine being removed for clarity.
  • the machine according to this variant uses an electromagnet 17 which is a linear suction cup 19 arranged on the intrados face 11 of a piston 6. More particularly, the closed end of the frame 24 of the linear suction cup 19 is fixed in the central region. of the lower surface 11 of a piston 6, so that the central axis of the linear suction cup 19 is aligned with the median of the diamond 4 (FIG 3b) and that the suction cup can attract, at its open end ( opposed to that of fixing) the intrados face 11 of a piston 6 vis-à-vis.
  • FIG. 3a shows the machine of the invention comprising an electromagnet 17 of the linear suction cup type 19 located in the position closest to a piston 6 facing each other, the diamond 4 being, in its position, the more crushed.
  • FIG. 3b illustrates the machine of FIG. 3a, but where the diamond has rotated inside the enclosure 1 and the linear suction cup 19 is in the furthest position of the piston 6 opposite, the diamond 4 having the shape of a square.
  • the machine of FIGS. 3a and 3b converts the mechanical energy of a fluid, passing into the external cavities 8 and / or the internal cavities 10, into electrical energy.
  • a fluid for example water from a water circuit connected to the machine
  • the mechanical energy of the fluid is transmitted to the rotor which is thus rotated inside the enclosure.
  • the rotation of the diamond will actuate the electromagnet 17, which performs four oscillations per revolution.
  • the machine of FIGS. 3a and 3b converts electrical energy into mechanical energy of the fluid.
  • the electromagnet 17 is supplied with electrical energy, in particular by a conventional sinusoidal power supply network or more generally alternative (to different forms of signals).
  • the alternating current flows through the excitation coil 25 of the linear suction cup 19, which successively attracts, then pushes back, the piston 6 (movable relative to the electromagnet 17) situated opposite the free end of the suction cup.
  • the successive contractions and detents of the assembly control the variation of the distance between two opposite sides of the rhombus 4, which makes it possible to drive the machine, provided that it is launched in one of the two directions of rotation during the phase transient startup.
  • the direction of rotation of the machine is chosen as a function of the fluid flow direction.
  • the suction pad 19 can be attached to one of the rhombic joints to attract, respectively push back the opposite joint, rather than 'be fixed on the underside of the pistons.
  • FIGS. 3a and 3b The solution of FIGS. 3a and 3b is more particularly suitable for low-displacement and high-pressure machines.
  • FIGS 4a and 4b show schematic sectional views of the machine of the invention according to a fourth embodiment, the lateral flanges closing the machine being removed for clarity.
  • the machine according to this variant uses a rotating ring-type electromagnet 17 comprising a curvilinear plunger core 27 having a circular movement inside a toroidal excitation coil 29 contained in a toric bolt 28.
  • the toric bolt 28 is fixed on the intrados face 11 of one of the pistons 6 and the curvilinear plunger core 27 is fixed, it, on the intrados face 11 of a piston 6 connected.
  • the curvilinear plunger 27 describes an arcuate movement within a toric excitation coil 29 contained in the toric yoke 28, an arc whose center goes through the pivot axis of the pivoting joint 7 connecting the two associated pistons 6 supporting the toric jack 26.
  • FIG. 4a shows the machine of the invention comprising an electromagnet 17 of toric jack type 26 located in the most deployed position, the diamond 4 being, in its most crushed position, its diagonal facing the jack 26 being aligned along the major axis of the enclosure 1.
  • Figure 4b illustrates the machine of Figure 4a, but where the diamond 4 has rotated inside the chamber 1 and the toric jack 26 is in the most retracted position , the diagonal opposite the cylinder being aligned along the small axis of the profile of the enclosure 1.
  • the machine of Figures 4a and 4b converts the mechanical energy of the fluid into electrical energy.
  • a fluid for example water from a water circuit connected to the machine
  • a fluid arrives through an inlet port 12 in one of the outer cavities 8 of the machine and emerges through an orifice
  • the mechanical energy of the fluid is transmitted to the rotor which is thus rotated inside the enclosure.
  • the rotation of the diamond will actuate the electromagnet 17, in particular the toric jack 26, which performs two oscillations per revolution.
  • This will induce a current in the toric excitation coil 29 thereof, which current can then be used for starting the machine, so that its operation is thus completely autonomous and does not require launching if the diamond does not. is not in a dead point.
  • the current at the terminals of the electromagnet can optionally be used to generate electricity and reinject it on the network, or to generate electrical pulses.
  • the machine of FIGS. 4a and 4b converts the electrical energy into mechanical energy of the fluid.
  • the electromagnet 17 is supplied with electrical energy, in particular by a conventional sinusoidal power supply network or more generally alternative (to different forms of signals).
  • the alternating current flows through the toric excitation coil 29 of the toric jack 26, which successively attracts, then pushes back, the curvilinear movable core 27 of the toric jack 26.
  • the successive contractions and detents of the assembly control the variation of the crushing angle of the diamond, which allows to drive the machine, provided that it is launched in one of the two directions of rotation during the transient phase of startup.
  • the direction of rotation of the machine is chosen as a function of the fluid flow direction.
  • FIGS. 5a and 5b illustrate a machine of the invention according to a fifth variant embodiment, operating on the same principle as the machine produced according to the fourth variant, but having four identical electromagnets 17, each being of the toric jack type 26, arranged around a pivoting joint 7 of the diamond 4.
  • the machine comprises two toric cylinders 26 with a curvilinear plunger core 27 whose toric excitation coils 29 are mounted in a toric yoke 28.
  • one of the toric cylinders 26 comprises a return spring 30 disposed inside the yoke 28 and coming into contact with the movable end of the yoke 28.
  • Curvilinear Plunger 27 is disposed inside the yoke 28 and coming into contact with the movable end of the yoke 28.
  • each curvilinear plunger core 27 describes an arcuate movement inside its toric excitation coil 29 contained in the toric yoke 28, a circular arc whose center passes through the pivot axis of the pivoting joint 7 connecting the two associated pistons 6 supporting the toric jack 26.
  • the machine illustrated in FIGS. 5a and 5b can operate as a power converter, while having a more regular and more flexible operation, because the actions of the electromagnets complement each other during the rotation.
  • a ring electromagnet 26 may be arranged around each pivoting joint 7 of the rhombus 4.
  • FIGS 6a and 6b show schematic sectional views of the machine of the invention according to a sixth embodiment, the lateral flanges closing the machine being removed for clarity.
  • the machine according to this variant uses four electromagnets 17 which are toric suction cups 31a to 31d, each being pivotally mounted on the intrados face 11 of a piston 6, in the center thereof. More particularly, each toroidal cup 31a to 31d has an O-ring 32a to 32d which is generally toroidal in shape.
  • Each toric armature 32a to 32d is held at its base by a support 33a to 33d pivotally mounted about an axis parallel to the longitudinal axis of the chamber 1, on a lower face of a piston 6.
  • the four toroidal cups 31a to 31d have identical shapes and dimensions and are arranged inside the internal cavity 10 of the machine, so that the free ends of their respective armatures 32a to 32d are find one in the extension of the other on the same center circle passing through the longitudinal axis of the enclosure 1.
  • FIG. 6a shows the machine of the invention comprising four electromagnets 17 of the toroidal type 31a at 31d being equidistant from one another, the diamond 4 having taken the form of a square.
  • FIG. 6b illustrates the machine of FIG. 6a, but where the diamond 4 has rotated inside the enclosure 1 and the toroidal cups 31a and 31b are in contact and the suction cups 31c and 31d are also in contact, but a good distance from the two previous ones. To improve the guidance, the suction cups are guided by a torus that connects the suction cups to each other. In a first mode of operation, the machine of FIGS. 6a and 6b converts the mechanical energy of a fluid, passing into the external cavities 8, into electrical energy.
  • a fluid for example water from a water circuit connected to the machine
  • a fluid arrives through an inlet port 12 in one of the outer cavities 8 of the machine and emerges through an orifice
  • the mechanical energy of the fluid is transmitted to the rotor which is thus rotated inside the enclosure.
  • the rotation of the diamond will actuate each toric cup 31a to 31d by moving them towards each other.
  • Each toroidal cup performs two oscillations per revolution. This will induce a current in the excitation coil of each toroidal cup, which current is certainly lower than that of the variant cylinders, but sufficient to be then used for starting the machine, so that the operation of the machine is completely autonomous and does not require launching if the diamond is not in a neutral position.
  • each toroidal cup 31a to 31d is supplied with electrical energy, in particular by a conventional sinusoidal power supply network or more generally alternative (to different forms of signals).
  • the alternating current traverses, on a first alternation of the current, the excitation coils of each toroidal cup 31a to 31d, which will initially attract each other the toroidal cups 31a and 31b which, at the same time, push back the suction cups neighboring toric (in particular the suction pad 31 d pushes the suction cup 31a and the suction cup 31 c pushes the suction cup 31b).
  • FIG. 7 illustrates a machine of the invention according to a seventh embodiment variant, operating on the same principle as the previous one, but where the four toroidal cups 31a to 31d are slidably mounted on a central O-piece 34 which is, it, fixed in rotation by two rods 35 and 36.
  • the rods 35 and 36 are diagonal rods, each connecting two opposite peaks 5 of the rhombus 4.
  • the successive attractions and repulsions of the assembly control the variation of the angle of rotation of the medians of the diamond, which allows to drive the machine, provided it is launched in one of the two directions of rotation during the transient phase of startup.
  • FIGS. 6a, b and 7 The solution shown in FIGS. 6a, b and 7 is more particularly suitable for medium displacement and low pressure fluid machines.
  • the machine comprises the revolution cylinder closed by the side flanges and encompassing the outer profile of the stator of the machine according to a conventional embodiment or encompassing the most eccentric piece relative to the axis of rotation.
  • the machine For low engine size, it comprises a machine whose external cavities 8 generate a displacement per revolution which is less than 1/5 th of the volume of the machine; an average engine corresponds to a machine whose external cavities 8 generate a displacement per revolution of about 1/5 'th of the volume of the machine and a large displacement is a machine whose external cavities 8 generate a displacement per revolution which represents more than 1/5 'th of the volume of the machine.
  • a pressure of less than about 10 bar is understood.
  • high pressure it includes a pressure greater than about 10 bar.
  • the machine comprises a second electromagnetic device 15 which is a squirrel cage 37 integrated in the rotor 3 of the machine and co-operating with windings 39 mounted on the stator 2 which form a third electromagnetic device 16.
  • Inlet openings 12 and 13 allow the circulation of a fluid in the outer cavities 8 of the machine, from a fluid circuit connected to the machine (not shown in the drawings).
  • Such a machine is an asynchronous or induction machine allowing at the same time a treatment of one or more fluids.
  • the squirrel cage rotor 37 is preferably powered by a three-phase alternating current, but can be satisfied with a single-phase current modified by suitable electronic components (the armature of this motor consists of four fixed windings 39 , mounted on the periphery of the stator 2.
  • the rotor 3 consists of four pistons 6, in each piston being inserted a series of large conductors 38.
  • the conductors 38 are arranged in line in the piston 6 being uniformly distributed between the two joints 7.
  • it is possible to optimize the arrangement of the conductors by bringing them closer to the stator induction coils 16, by tilting the conductors for more regularity and with larger sections for limit losses and improve performance).
  • the conductors 38 can serve as reinforcement for a molding operation of the piston with an electrically insulating material, overmoulding also fills the optimum profile of the piston and thus ensures sealing through the piston.
  • the three-phase current flowing in the windings 39 of the stator 2 creates a rotating magnetic field which induces a current in the conductors 38 of the squirrel cage 37.
  • the magnetic reaction between this rotary field and the conductors 38 causes the rotor 3 to rotate. rotor must rotate at a different speed than the magnetic field, to induce a current in it.
  • asynchronous motor which drives the rotor 3 in rotation and allows the operation of the machine as a pump or compressor or doser or grinder of the fluid (loaded or not) passing through its external cavities 8 and / or 10.
  • the machine can have a reversible operation, its operation as an electric current generator by using a rotor drive by a fluid passing through its external cavities is generally inefficient, it is preferable to use it in as an electric motor driving a fluid. This is suitable for machines running at a high speed of rotation, from about 1500 to 7500 rpm.
  • the deformation of the diamond is calculated so as to obtain a fine radial air gap.
  • the air gap of the machine is limited to about 10% of the length of one side of the diamond.
  • the conductors 38 of the squirrel cage 37 can be slightly inclined relative to the axis of rotation of the machine, so that the number of conductors 38 present in the same stator phase is constant regardless of the angular position of the squirrel cage 37.
  • This design variant (not shown in the figures) makes it possible to reduce the variation of the reluctance of the magnetic circuit during the rotation, and thus to reduce the torque oscillations.
  • the windings 39 are integrated in the rotor 3 and the squirrel cage 37 is integrated in the stator 2.
  • the windings 39 can be arranged in the inner cavity 10 of the rotor 3, for example by being integrated in a fixed rotating central ring. These windings 39 of the central ring can then induce a current in the conductors 38 of the squirrel cage 37 integrated in the rotor 3, alone or in combination with the windings 39 of the stator 2.
  • two squirrel stands 37 electrically independent, can be integrated in the rotor 3 or in the stator 2 (for example, one in the chamber the second in the central ring).
  • the outer cage arranged radially closest to the air gap, and generally made of more resistive materials, has a low magnetic dispersion and allows to obtain a larger torque during the startup phase.
  • the inner cage arranged radially further from the air gap, and generally made of less resistive materials, is more active at a steady state.
  • the squirrel cage 37 integrated in the rotor 3 can be replaced by coils thus constituting a wound rotor. -Resum between them via rings, said coils are connected in series with electrical resistances thus allowing a variation of the electrical resistance of the rotor 3 which then allows a rotor start.
  • the machine comprises a second electromagnetic device 15 which is a magnet or a coil (supplied with direct current) integrated in the rotor 3 of the machine and cooperating with windings mounted on the stator 2 which form a third electromagnetic device 16.
  • Inlets 12 and 13 allow the circulation of a fluid in the external cavities 8 of the machine, from a fluid circuit connected to the machine (not shown in the drawings). ).
  • Such a machine is a synchronous machine at the same time allowing treatment of a fluid which is more particularly suitable for machines operating at high rotation speed, directly related to the frequency of the electric supply current and which are completely reversible.
  • the rotor 3 of the machine comprises magnets 40 of parallelepiped shape.
  • two permanent magnets 40 are integrated in each piston 6, preferably overmolded inside a piston 6 made of it an electrically insulating material.
  • the two magnets 40 of a piston 6 are arranged, the first with its pole N facing the pivot joint 7 closest and the second with its pole S facing its pivoting joint 7 closest.
  • the stator comprises eight windings 41 arranged on its periphery.
  • the magnets 40 create a constant magnetic field, the direction of which varies slightly according to the deformation of the diamond.
  • the deformation of the diamond is calculated so as to obtain a fine radial air gap.
  • the radial air gap of the machine is limited to about 10% of the length of one side of the diamond.
  • the machine may comprise a different number of magnets; it may comprise magnets arranged on the periphery of the stator, the windings then being integrated with the rotor.
  • the windings may be arranged in the internal cavity of the rotor, for example by being fixed on a central ring fixed in rotation. These windings of the central ring can then induce a current in the rotor, alone or in combination with the windings of the stator 2.
  • the winding of the stator is divided into three parts and supplied with current three-phase alternative. The variation of these three current waves in the stator causes a magnetic reaction of the magnets and rotates the rotor at a constant speed determined by the frequency of the alternating current of the power supply.
  • a single-phase power source may also be considered.
  • FIGS. 10a and 10b illustrate a second embodiment variant of the machine according to the third embodiment, but wherein the rotor 3 comprises coils 42 instead of permanent magnets.
  • the rotor 3 comprises four rotor coils 42, supplied with direct current and interacting with four stator coils 43 fed with three-phase or single-phase alternating current.
  • FIGS. 11a and 11b illustrate a third embodiment of the machine according to the third embodiment in which magnets 40, or coils 42, are integrated in the pivoting joints 7.
  • the pivoting joints 7 being in contact with the inner surface 1 or having a small clearance with it, this solution has the advantage of having a small radial gap and thus to obtain a more efficient machine.
  • the pivoting joints 7 are made to roll without sliding inside the enclosure 1. Their rotation is caused by the magnets 40 (or the coils 42) which align their polarities on the magnetic field created by the coils 41 or 45.
  • the inner or central ring 44 is optional in this case.
  • the pivots of the pivoting joints 7 roll on the outer wall of the central ring 44.
  • the outer ring forming the chamber 1 is optional in this case.
  • the pivoting joint 7 with magnet 40 can be connected to a piston 6 or to a transmission device (not shown in the figures) and have a limited rotation. In this case, the pivots slide while being guided by the central inner ring 44 or by the external one (one understands that forming the enclosure 1) or both.
  • the stator coils 43 and center ring coils 45 drive the rotor, causing the machine to operate as a synchronous machine, similar to that described with reference to Figs. 9a and 9b.
  • the power supply circuits of the machine of the invention are adapted to the type of machine.
  • Magnetic synchronous machines and asynchronous machines with squirrel cage can dispense with mobile electrotechnical devices.
  • the side seals of the pistons are electric contact pads with a track integrated in one of the side flanges of the machine and flush with the surface thereof, this track being also realized in a conductive material.
  • Cooling, lubricating or other fluid may be used as an electrical conductor to facilitate the passage of electricity from the stator to the rotor; indeed, a deformable conductor and shear like a liquid is insensitive to relative movements. It is also possible to connect induction coils through ducts in the machine parts that would behave like electrical wires.
  • Example 1 relates to a drain pump 46 which is made according to the first variant of the first embodiment of the invention shown in Figures 1a and 1b.
  • the electromagnet 17 is a linear jack 18 arranged along the diagonal of the deformable rhombus 4.
  • the jack is preferably wrapped in a bellows which is sealed to the fluid so as to avoid short circuits with the fluid pumped into the external cavities 8 of the machine.
  • Two lateral closing flanges (not shown in the figures) are provided so as to each bear on one of the front faces of the stator and thus close the assembly to ensure total static sealing of the machine.
  • the electromagnet 17 is supplied with a single-phase alternating current preferably at a frequency of 50 Hz, and it carries out a stroke of approximately 20 mm.
  • the electromagnet 17 has a power of about 100 W 1 it is easily integrated into a cube having a 60mm side, which represents the volume of the internal cavity 10 of the machine.
  • the size of such a machine is a cylinder having a diameter of about 120 mm and a height of about 100 mm.
  • the starting phase of the machine is facilitated by the arrangement of a device for stopping the rotor in a preferred position (not shown in the figures).
  • a simple start-up electronics checks the polarity of the current when the machine is turned on.
  • the oscillations of its cylinder cause cyclic deformation of the diamond, which causes a rotation of the rotor at about 1500 rpm.
  • the machine discharges through one of the outlet orifices 13 the fluid arriving in its external cavity 8 through one of the inlet ports 12 upstream at an overpressure of about 0.5 bar and a flow rate of about 30 L / min. Internal leaks depend on the nature of the pumped fluid and the pressure conditions, but they are limited to 10% of the nominal flow rate.
  • the machine stops and blocks the passage of the fluid without having to resort to an additional solenoid valve, which reduces the costs of such a pump. Moreover, because of the reduced number of parts with simple geometry, the structure of the pump is simplified and the production costs decreased. This gives a compact assembly, built around the electromechanical actuator located in the central part of the machine.
  • the stator 2 and the rhombus 4 are preferably made of a plastic material by an injection technique in order to reduce its weight and to be able to achieve the whole in large series for a low cost.
  • Such a solution is more particularly suitable for use in household appliances, for example as a pump for a washing machine, or as domestic blowers, or other.
  • Example 2 illustrated in Figures 12 and 13 is a two-stage pump 47 made according to a second embodiment of the invention, the principle of which has been described with reference to Figures 8a and 8b and whose numbers of The pump illustrated in FIGS. 12a to 12d is an asynchronous machine whose stator 2 comprises coils on its periphery, in particular four pairs of windings 39.
  • the rotor 3 includes a squirrel cage 37, the bars 38 of which are conductive reinforcements made of an electrically conductive material, for example steel and constitute, in an advantageous embodiment, the overmolding frames of the pistons 6.
  • the rotor is a rhombus 4 composed of pistons 6 interconnected by pivoting joints 7.
  • the pivoting joints 7 are cylinders made of an electrically conductive material, for example solid stainless steel, which provide electrical conduction between adjacent pistons.
  • the pumped fluid is conductive, for example comprising particles of magnetic material suspended in water, and in this case the pivots of the pivoting joints 7 are produced. in an insulating plastic material.
  • the bars 38 of the squirrel cage 37 are interconnected via a conductive cable which passes through the pivot, which conductor is protected by a sealed bellows which then deforms depending on the crushing of the rhombus.
  • the machine further comprises a central ring 44 provided with coils 49, in particular two parallel rows of four pairs of coils 49 also having the role of an electric machine stator, complementary to the windings 39 of the stator 2.
  • the fixed part of the machine is therefore formed of an inner or central ring 44 and an outer ring or stator 2 being each made of steel strip in which are mounted the windings 39, respectively the coils 49 of induction copper wire (in an exemplary embodiment) coated with insulation.
  • the surfaces in contact with the diamond are covered with a jacket made of an electrically insulating material.
  • the lateral closing flanges (not shown in the drawings) rest on both crowns to ensure a total static seal.
  • the flanges are discs made of a plastic material in which are arranged the inlet and discharge ports. They can be stiffened by metal reinforcements.
  • FIGS. 12 and 13 show the machine with a profile (of the enclosure 1 and the central ring 44) much more deformed than in reality, to make more visible the deformations of the diamond during its rotation and the variations volume external cavities 8 and internal peripheral 48 of the machine.
  • the deformation of the diamond 4 of the invention is calculated and limited so as to limit the radial gap between the diamond 4 and the profile of the chamber 1 of the stator 2, and that of the central ring 44
  • the deformation of the rhombus is limited to approximately 10% of the length of one side of the rhombus so as to obtain a small radial air gap, limiting the electromagnetic losses.
  • the operation of the machine is close to that of an asynchronous squirrel cage motor, but where the cage is deformable.
  • the coils 39 of the stator 2 create a rotating magnetic field which induces a current in the squirrel cage 37 of the diamond 4.
  • Each pair of windings 39 or coils 49 may be powered by single phase current more or less out of phase thanks to capacitors or more advanced control electronics.
  • windings and coils are made in a manner known to those of conventional asynchronous machines and will not be described here in more detail.
  • the machine can even more easily be supplied with three-phase without electronics with suitable windings, for example three pairs of windings 39 on the stator 2 and three pairs of coils 49 on the central ring 44 as shown in FIGS. 13a and 13b.
  • suitable windings for example three pairs of windings 39 on the stator 2 and three pairs of coils 49 on the central ring 44 as shown in FIGS. 13a and 13b.
  • the number of pole pairs varies depending on the control electronics and the desired rotation speed.
  • the windings of the central inner ring are optional and serve to complete the action of the windings of the outer ring (forming the chamber 1) if they have an angular offset, or to better direct the magnetic flux, or to reinforce the action of the windings of the outer ring.
  • the windings of the inner ring can replace the windings of the outer ring which then becomes optional.
  • the sizing of the windings is very close to that of a simple asynchronous electric machine because the radial air gap remains low, preferably limited to about 10% of the length of the diamond side and overmoulding of an electrically insulating material of the pistons disturbs that very little behavior of the machine.
  • the fluid is pumped both by the external cavities 8, as well as by the peripheral internal cavities 48.
  • Two external cavities 8 work together to the left and to the right of the machine, as seen with respect to a vertical plane passing through the longitudinal axis of the machine.
  • two peripheral internal cavities 48 work together to the left and to the right of the machine, but being in phase opposition and offset by 90 ° relative to the external cavities 8.
  • the working fluid for example air, arrives via a circuit connected to one of the lateral closure flanges in the one of the external cavities 8, and is then discharged through an orifice (not shown in the figures) through the piston 6 which closes this cavity, to arrive in a peripheral internal cavity 48, where it performs a further pumping cycle before to be pushed outward through an orifice of the opposite side flange.
  • the overpressure generated by the machine is 3 bar for a flow rate of 500 L / min.
  • the speed of rotation of the machine is 3000 rpm.
  • the engine capacity of the machine is approximately 170 cnWtour, a variation of
  • the machine has the dimensions of a cylinder having a diameter of about 500 mm and a height of about 300 mm.
  • the average diameter of the stator profile 2 is of the order of 300 mm and that of the central ring 44 of the order of 200 mm.
  • the electric power is of the order of 3.5 kW.
  • Example 3 illustrated in FIGS. 14a to 14d, relates to a dam turbine-pump 50 made according to a third embodiment of the invention, the principle of which has been described with reference to Figures 10a and 10b and whose reference numbers having the same function have been preserved and reported in Figures 14a to 14d.
  • the major advantage of a rotary deformable diamond machine (MRLD) in this type of application is to adapt to very variable flow rates.
  • the most suitable machine for this type of application is a deformable rhombic rotary machine (MRLD) of the synchronous type because the coupling with the electrical network is simpler to carry out and does not require any power electronics during startup and the coupling to the network.
  • MRLD deformable rhombic rotary machine
  • the stator of the electric machine is here formed of a central ring 44 provided with three rows of four pairs of coils 51 and the stator 2 provided with four pairs of coils 43.
  • the lateral closure flanges (not shown in the drawings). 'support both the chamber 1 and the central ring 44 of the stator 2 to ensure a total static seal.
  • the machines adapted to this type of application have sufficiently large sizes to be able to easily install, in fluid-tight manner, rotating electrical connections.
  • the cavities used for turbining the water of the machine are the internal peripheral cavities 48 left, internal 48 right, external 8 left and external 8 straight.
  • the cavities are loaded or otherwise short-circuited to adapt the speed of rotation of the machine to the available flow.
  • FIGS. 14a to 14d show the machine with a profile (of the enclosure 1 and the central crown 44) much more deformed than in reality in order to highlight the deformations of the diamond 4 during of its rotation as well as the volume variations of the cavities 8 and 48.
  • the deformation of the diamond 4 of the invention is calculated and limited so as to limit the radial gap between the diamond 4 and the profile of the chamber 1 of the stator 2, and that of the central ring 44
  • diamond deformation value it is understood the difference between the length of the major axis and that of the small axis of the chamber 1 (or in a variant of the axes of the central ring 44).
  • the deformation of the rhombus is limited to 10% of the length of one side of the rhombus, so as to obtain a radial air gap equal to about 10% of the length of one side of the rhombus.
  • the machine is represented with coils distributed over a circle which makes it possible to accentuate the geometry of the profile of the enclosure.
  • stator 2 and the central ring 44 are made of an insulating-coated steel strip in which induction coils 43 and 51, made of copper wire (in an exemplary embodiment) coated with copper, are mounted. 'insulating.
  • the rhombus 4 is composed of the pistons 6 connected by pivoting joints 7.
  • the pivots or pivoting joints 7 are stainless steel cylinders covered with a low friction coefficient of insulation.
  • the pistons 6 are made of an insulating steel strip and then overmolded with a plastic material having electrical insulating properties.
  • the lateral closing flanges are plastic discs in which are arranged the inlet and discharge ports. They can be lined with steel plates to stiffen the walls during pressurization.
  • the machine is presented with four pairs of windings or coils 43 on the stator 2, respectively three rows of four pairs of coils 51 on the central ring 44, and a coil 42 inside each of the pistons 6 forming the rotor 3
  • Each pair of stator coil 43 or 51 may be powered by more or less phase-shifted single-phase current through capacitors or more sophisticated control electronics.
  • the windings and coils are made in known manner to those of conventional synchronous machines and will not be described here in more detail.
  • the machine can even more easily be supplied with three-phase power, without control electronics, with suitable windings, for example six pairs of windings on the stator 2, three rows of six pairs of windings on the central ring 44, and one single row of coils 42 per piston 6.
  • suitable windings for example six pairs of windings on the stator 2, three rows of six pairs of windings on the central ring 44, and one single row of coils 42 per piston 6.
  • the number of pairs of poles varies depending on the control electronics and the desired rotational speed.
  • the windings 51 of the central ring 44 may be omitted.
  • the dimensioning of the windings is very close to that of a simple synchronous electric machine because the air gap remains low, it is limited to about 10% of the length of one side of the diamond, and the overmolding of electrically insulating material of the pistons does not disturbs only the behavior of the machine.
  • the nominal speed of rotation of the machine is about 1500 rpm.
  • the power of the machine is of the order of 0.5 MW for a waterfall of about
  • the turbine machine has a nominal flow rate of approximately 0.2 m 3 / s (with minimum displacement) up to a flow rate of approximately 1 m 3 / s (maximum displacement) by adapting its capacity almost continuously.
  • the machine has the dimensions of a cylinder having a diameter of about 1m and a height of about 0.5m.
  • the seal between the inside and the outside of the machine is of static type (in the absence of surfaces in relative motion), the machine does not show any external leakage.
  • the electrotechnical performance of the machine is less dependent on the pressure, because there is no rotating shaft seal that can cause friction losses.
  • the machine can operate at its nominal speed at several flow rates.
  • MRLD rotary machine with deformable diamond
  • the maintenance cost is lower because the machine has simple geometric profiles and can therefore use stronger materials that are better suited to erosion, corrosion, cavitation ...
  • the machine has a volumetric machine behavior, which makes it easier to start.
  • a fourth electromagnetic device 52 arranged to come into thermal contact with the fluid which passes through the variable volume cavities of the machine, makes it possible to directly transform heat from the fluid into electricity at the same time. terminals of its electrical circuit or to exchange calories with said fluid when applying an electric current to the terminals of the electric circuit of the fourth electromagnetic device.
  • a machine made according to a fourth embodiment comprises such a fourth electromagnetic device 52 and is illustrated, by way of example in Figures 15a, 15b and 16.
  • FIGS. 15a and 15b illustrate a machine of the invention comprising fourth electromagnetic devices 52 which are in this case made in the form of thermoelectric members 55.
  • thermoelectric member 55 knowing that in order to impose or exploit a temperature difference, a thermoelectric member requires two temperature levels, advantageously used the many accesses possible within the machine, which easily make it possible to ensure that thermal contact stress to be established between the thermoelectric member and the fluid treated by the machine.
  • thermoelectric elements being able, for example, to be integrated in the rotor 3 of the machine (in particular in the pistons 6, or the pivoting joints 7) or in the stator 2 (in particular within the enclosure 1, the closing side walls, or the central ring 44).
  • the thermoelectric member can impose or exploit a temperature difference between the intrados 11 of a piston 6 (which gives access to the internal cavities 10 and internal peripheral 48) and the extrados 9 of a piston 6 (which gives access to the outer cavities 8).
  • thermoelectric member may impose or exploit a temperature difference between the inside of the machine (access to the cavities 8, 10 and 48) and the outside of the machine .
  • thermoelectric member may impose or exploit a temperature difference between the inside of the machine (access to the cavities 8) and the outside of the machine.
  • thermoelectric member may impose a temperature difference between the inside of the machine (access to the cavities 48) and the outside of the machine.
  • thermoelectric members With regard to the dimensioning of the thermoelectric members, according to the pairs of materials used, the thermoelectric members will be able to withstand and exploit or impose temperature differences of 1 or 2 ° C up to differences in temperatures up to about 500 0 C (the machine must be dimensioned so that these electrical, magnetic or electromagnetic components and their insulators can withstand the temperature of the fluid carried by the machine).
  • the constituent materials of these thermoelectric members preferably have good electrical conductivity and low thermal conductivity.
  • organs come in different forms, for example flexible plates, blocks, nanostructured foams ...
  • thermoelectric devices The overall efficiency of such thermoelectric devices is currently of the order of 10%.
  • thermoelectric member 55 is made in the form of a flexible plate, a first thermoelectric member 55 being fixed on the lateral intake flange 53, outside thereof, and a second thermoelectric member 55 being fixed on the lateral discharge flange 54 of fluid passing through the machine, outside the discharge flange 54.
  • the lateral inlet flanges 53 and discharge 54 are each made of a thermally conductive material and are in contact with the fluid passing through the variable volume cavities of the machine.
  • the machine furthermore comprises a central cavity 44 comprising coils 49, a rhombus 4 moving outside this central cavity 44, the pistons of the rhombus 4 enclosing a squirrel cage device 37, and a stator 2 comprising windings 39, the operation of these components has been better explained with reference to Figures 12a to 12d.
  • the thermoelectric members 55 use the temperature difference existing between that of the fluid inside the machine and, preferably, that of a cooling air flow coming from a fan (not shown in FIGS. figures) for the transform directly into electricity at the terminals of its electrical circuit or, when it is supplied with electricity, to move calories towards the fluid passing through the machine.
  • FIG 16 schematically illustrates another embodiment of a machine according to the fourth embodiment of the invention.
  • the machine comprises a stator 2 inside which is arranged a rotor 3 which is a deformable rhombus 4 having four pistons 6 connected by pivoting joints 7.
  • each piston 6 incorporates an electrical resistance which is formed in form an electric heater block 56 of a suitable ceramic material.
  • the electric heating blocks 56 are connected to an electrical supply circuit and produce heat during the passage of the current, which heat is directly transmitted to the fluid flowing in the outer cavities 8 of the machine.
  • the stator 2 can integrate one or more induction coils 57 which, when they are supplied with electricity, induce a current in a ferromagnetic fluid 58 flowing in the external cavities 8 of the machine.
  • the machine produced according to this variant may comprise the induction coils 57 cooperating with the ferromagnetic fluid 58 to supply the heat to the fluid 58 alone or in combination with the electric heating blocks 56 previously described.
  • the mechanical energy required for the machine is provided using the first 14 and / or second 15 and third 16 electromagnetic devices.
  • the fourth electromagnetic device 52 (which may be an electrical resistance, an induction coil when the fluid is ferromagnetic, or a thermoelectric member) then allows the gas to be heated even more in order to increase the pressure, if it is provided. still more electrical energy, or, conversely, (when using a thermoelectric organ) to lower the temperature of the fluid to recover electrical energy.
  • the mechanical energy required for the machine is, for example, provided by the injection of a gas under pressure, followed by its relaxation in the machine.
  • the electrical energy is then mainly recovered by the first electromagnetic devices 14 and / or second 15 and third 16 electromagnetic devices.
  • the fourth electromagnetic device 52 (for example a thermoelectric device) makes it possible to exploit this difference in temperature to recover even more electrical energy, or, conversely (by using an electrical resistance or an induction coil when the fluid is ferromagnetic, or a thermoelectric member) to raise the temperature of the fluid to recover more mechanical energy.
  • a hot gas is introduced into the machine, a fourth electromagnetic device 52 (for example a thermoelectric device) then makes it possible to exploit this high temperature to recover from the heat. 'electric energy.
  • the gas is also cooled which has the effect of reducing its pressure and thus causing rotation of the diamond sufficiently to maintain the flow.
  • thermoelectric device in the machine makes it possible, on the one hand, to improve the efficiency of the compression by recovering electrical energy and, d on the other hand, to make the compression isothermal by lowering the temperature of the compressed gas.
  • the thermoelectric members thus exploit the difference in temperature between the compressed gas that heats up during compression and the air outside the machine that is at ambient temperature.
  • thermoelectric member may consist of a flexible plate glued to the outside of the machine on the flat areas and without conduits of the closing side walls.
  • the walls serve as a hot spring.
  • the cold source is a forced air stream on the free faces of the thermoelectric member.
  • the ventilation of the wall is also used for cooling the electric motor.
  • thermoelectric devices In operation, when the inlet temperature of the fluid in the machine (which temperature is also the external temperature) is approximately 20 ° C., the temperature at the end of compression without a thermoelectric element is approximately 50 ° C. In place of thermoelectric devices (at current performance) can reduce this temperature to about 40 ° C and generate an electrical power of about 5OW on a compressor of 3.5kW.

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Abstract

Machine rotative à losange déformable comportant un rotor (3) qui est un losange déformable (4) en contact, avec ou sans jeu, avec la surface interne d'une enceinte (1) et/ou avec la surface externe d'une couronne centrale (44) formant un stator, ledit losange déformable (4) comprenant une pluralité de pistons (6) reliés, et de préférence quatre pistons reliés, l'un à la suite de l'autre, par une articulation pivotante (7) d'axe parallèle à l'axe longitudinal de l'enceinte (1) et formant ainsi une chaîne fermée; des moyens de raccordement de la machine à au moins un circuit de fluide transitant dans les cavités à volume variable externes (8) et/ou internes (10,48) de la machine; ladite machine étant apte à fonctionner comme pompe et/ou compresseur et/ou moteur hydraulique et/ou moteur pneumatique et/ou turbine et/ou doseur et/ou broyeur d'au moins un fluide traversant ses cavités (8,10,48). Selon l'invention: le rotor (3) comprend au moins un premier dispositif électromagnétique (14) dont le fonctionnement est lié à la déformation du losange (4); et/ou le rotor (3) comprend au moins un deuxième dispositif électromagnétique (15) coopérant, via le mouvement relatif de rotation du rotor (3) par rapport au stator, avec un troisième dispositif électromagnétique (16) appartenant à l'enceinte (1) du stator et/ou à la couronne centrale (44); et/ou la machine comprend au moins un quatrième dispositif électromagnétique (52) agencé pour venir en contact thermique avec le fluide dans les cavités à volume variable de la machine, et ledit au moins un dispositif électromagnétique (14,15,16,52) est apte à convertir directement l'énergie mécanique et/ou thermique du ou des fluides transitant dans lesdites cavités à volume variable de la machine en énergie électrique aux bornes d'un circuit électrique auquel est relié ledit au moins dispositif électromagnétique (14,15,16,52) et/ou à convertir directement l'énergie électrique d'alimentation dudit dispositif électromagnétique (14,15,16,52) en énergie mécanique et/ou thermique du ou des fluides transitant dans les cavités à volume variable de la machine.

Description

MACHINE ROTATIVE A LOSANGE DEFORMABLE A DISPOSITIF
ELECTROMAGNETIQUE Domaine de l'invention
La présente invention concerne une machine rotative à losange déformable. Une telle machine comporte généralement un ensemble fixe ou stator et un ensemble mobile ou rotor ayant une forme de losange articulé à ses sommets et tournant autour de son centre, apte à se déformer lors de sa rotation. Chaque côté du losange détermine, avec le profil interne ayant une forme générale ovale du stator, une chambre de volume variable lors du mouvement du rotor. Les côtés du losange articulé sont matérialisés par des plaques appelées pistons ayant une surface extérieure, de préférence, de forme curviligne. Ces pistons sont parfois munis, dans leur zone de contact avec le profil interne du stator, de segments d'étanchéité.
Une telle machine peut être utilisée en tant que moteur à combustion, turbine, compresseur, pompe, etc. Elle présente l'avantage d'avoir un centre de gravité fixe, pouvant ainsi éviter les vibrations, de pouvoir atteindre des compressions équivalentes à celles des moteurs à pistons, d'avoir un débit plus important que les moteurs à pistons, d'avoir un rapport de pression supérieur aux turbines et d'être plus simple que la plupart des machines généralement connues remplissant les mêmes fonctions.
Etat de la technique
Les machines rotatives à losange déformable (MRLD) possèdent un stator généralement constitué d'une enceinte cylindrique non circulaire (on comprend un cylindre dont la courbe directrice n'est pas un cercle) extérieure au rotor en forme de losange. Le rotor comporte une pluralité (le plus souvent quatre) d'éléments rotatifs articulés entre eux au niveau de leurs bords adjacents selon une liaison pivot d'un axe parallèle à l'axe longitudinal passant au centre de l'enceinte, chacun des éléments rotatifs délimitant avec la paroi intérieure de l'enceinte une chambre ou cavité à volume variable. Ces machines ont été décrites depuis longtemps, mais elles ne sont guère utilisées. A l'instar du moteur Wankel, bien connu de l'homme du métier, ces machines avaient été imaginées d'abord comme moteur à combustion. Le brevet FR 1 404 453 (J. Lemaitre), le brevet US 3,196,854 (A. Novak), le brevet FR 2 145 133 (J. Martin Artajo) la demande de brevet WO 01/88341 (P. Szorenyi), le brevet CA 997998 (E. Steinbrink) et la demande de brevet FR 2 493 397 (JP. Ambert) décrivent l'idée et la conception théorique d'un tel moteur. La demande de brevet WO 2004/070169 (G. Saint-Hilaire) décrit un moteur à combustion interne rotatif à losange déformable en détaillant sa structure, mais sans expliquer comment est assurée son étanchéité dans les conditions de fonctionnement d'un moteur à explosion, sans non plus détailler les matériaux aptes à tenir les pressions et températures dans une telle machine, ni donner de solutions concernant la dilatation des matériaux, ou la compensation des jeux fonctionnels. D'autres moteurs à explosion de type machine rotative à losange déformable (MRLD) sont décrits par exemple dans les documents EP 1 295 012 B1 (Nivesh SA), et US 3,387,596 (L. Niemand).
Il a été suggéré dans certains documents d'utiliser un tel moteur pour entraîner un générateur électrique. Cela est décrit par exemple dans la demande de brevet WO 86/00370 (I. Contiero).
D'autres documents décrivent des dispositifs magnétiques ou électromagnétiques intégrés dans une machine rotative. Ainsi, la demande de brevet EP 1 092 838 (Sanchez Talero), décrit un moteur rotatif à combustion dont le stator est muni d 'électroaimants sur sa périphérie, électroaimants destinés à coopérer avec des aimants intégrés dans les pistons. Un tel dispositif électromagnétique devrait permettre de réaliser une attraction ou répulsion d'un piston, voire même de fonctionner comme frein électromagnétique du rotor. Il faut toutefois remarquer qu'un tel dispositif à aimants est incompatible avec le fonctionnement en moteur à combustion interne, dont la température dépasse de beaucoup le point Curie des aimants.
Par ailleurs, la demande de brevet FR 2 911 631 (Ph. Kuzdzal) décrit un moteur à explosion ou à injection de gaz sous pression comportant un stator recevant un rotor à losange déformable formé de plaques articulées comportant chacune un électroaimant. Selon ce document, Pélectroaimant serait alimenté par des parties polarisées positivement ou négativement situées à la périphérie de l'arbre central du moteur. Mise à part une illustration et une description très sommaires de l'alimentation d'un tel électroaimant, le fonctionnement d'un générateur l'utilisant n'est nullement décrit dans ce document. De surcroît, ce document est muet quant à la manière dont le courant est généré, utilisé ou transféré au sein de la machine. Le but de l'utilisation et le fonctionnement de cet électroaimant ne sont pas non plus décrits.
La demande de brevet WO 2004/070169, déjà mentionnée, évoque la possibilité d'utiliser le centre vide de la machine pour y placer les composants d'un générateur électrique, voire pour y placer un moteur électrique, alors que les cavités périphériques servent de moteur à combustion, compresseur ou pompe. Ce document évoque seulement la possibilité d'utiliser l'espace interne vide d'une machine rotative à losange déformable pour y placer une deuxième machine électrique, mais sans décrire les liens fonctionnels ou structurels existants entre les éléments des deux machines. En effet, si le seul but est de gagner de la place, l'agencement d'une machine à l'intérieur d'une autre n'engendre pas obligatoirement d'interaction interne entre les deux, d'autant plus qu'aucun mode de réalisation concret n'est donné pour illustrer ce concept. De surcroît, le volume d'une telle zone centrale libre étant relativement restreint par rapport au volume global de la machine de type MRLD, la machine électrique qui y serait introduite sera elle aussi de taille limitée, et, par conséquent, de puissance limitée. Autrement dit, le volume disponible pour une machine électrique dans une telle zone centrale est faible comparé à la cylindrée de la MRLD, ce qui implique que la puissance électrique sera un facteur limitant pour la machine qui pourrait faire transiter une puissance fluide très supérieure de cette machine selon le document WO 2004/070169. Cette puissance de la machine électrique sera d'autant plus limitée s'il n'est pas prévu de moyens permettant l'évacuation des calories produites par effet Joule dans ses enroulements pour préserver l'intégrité de la machine ou son rendement.. Enfin, on note également que ce type de juxtaposition, d'une machine électrique au sein d'une quasiturbine pose d'importants problèmes d'étanchéité et de conduction électrique et thermique entre les composants d'une machine et ceux de l'autre, problèmes qui ne sont pas abordés dans le document WO 2004/070169. Par ailleurs, cette association ne permet que peu d'optimisation au sens de l'intégration des mécanismes et/ou de ses fonctions ; ainsi, à titre d'exemple, la masse totale des deux machines ainsi associées sera très proche de la somme des masses de chacune des deux machines non associées et le rendement ne sera pas amélioré. De plus, l'introduction d'une machine électrique dans la zone centrale d'une quasiturbine, limite l'utilisation des cavités internes au losange comme une ou plusieurs cavités à volume variable aptes à assurer une ou plusieurs fonctions sur le ou les fluides la (ou les) traversant, et, plus particulièrement, condamne la possibilité d'utilisation de la cavité centrale à volume variable.
On connaît par ailleurs, un article Internet de Willie333, issu d'un blog, intitulé « Electric Diesel Quasiturbine », qui énonce l'idée d'une quasiturbine hybride qui fonctionnerait comme un moteur Diesel, et dont les pistons intégreraient des aimants puissants qui induiraient un courant dans une bobine enroulée autour du moteur. Or, de tels aimants intégrés aux pistons se trouvent à proximité de la chambre de combustion qui atteint de hautes températures en fonctionnement, lors de la combustion du carburant. De ce fait, un tel dispositif à aimants devient inopérant dès que les températures de la machine avoisinent ou dépassent le point de Curie des aimants. Par ailleurs, cet article ne mentionne nullement d'éventuels systèmes de refroidissement ou d'isolation thermique associés à une quasiturbine dont l'intégration serait difficile à réaliser de par les contraintes de fonctionnement lourdes de ses composants et, surtout, de par la construction déjà complexe d'une telle machine.
Le problème que la présente invention vise à résoudre est de proposer une machine rotative à losange déformable fonctionnant comme convertisseur énergétique direct, exempte de toute fuite externe, réalisée avec un minimum de pièces mobiles, de manière simple, à composants intégrés, et fiable dans le temps, tout en présentant un rendement énergétique amélioré.
Un autre but de l'invention est de proposer une machine rotative à losange déformable, de construction compacte et simplifiée, d'une masse totale réduite, tout en présentant une adéquation entre la puissance mécanique et la puissance électrique optimale par rapport au volume de la machine, ou présentant un rendement de conversion amélioré, tout en pouvant assurer une bonne étanchéité et une bonne isolation électrique lorsqu'elle est traversée en même temps par un ou plusieurs fluides et par des conducteurs électriques, tout en assurant des fonctions de conversion directe de diverses formes d'énergie.
Un autre but de l'invention est de proposer une machine rotative à losange déformable apte à travailler avec un fluide et en même temps à permettre le passage d'un courant électrique à travers ses composants, tout en étant robuste, de construction simplifiée et pouvant être réalisée de manière économique.
Un autre but de l'invention est de proposer une machine rotative à losange déformable apte à avoir un fonctionnement autonome, sans entraînement par système d'actionnement mécanique de ses composants.
Un autre but de l'invention est de proposer une machine rotative à losange déformable, apte à convertir directement l'énergie mécanique et/ou thermique du fluide traversant ses cavités à volume variable en énergie électrique, ou inversement, et ceci en réduisant la masse totale de la machine, par rapport à une machine rotative à losange déformable de l'état de la technique accompagnée d'une machine électrique ayant une puissance équivalente et/ou une cylindrée équivalente.
Un autre but de l'invention est de proposer une machine rotative à losange déformable, exploitant de manière optimisée des cavités à volume variables externes au losange et des cavités à volume variable internes au losange, apte à convertir directement l'énergie mécanique et/ou thermique du fluide traversant ses cavités à volume variable internes et externes en énergie électrique, ou inversement.
Un autre but de l'invention est de proposer une machine rotative à losange déformable (MRLD), apte à convertir directement l'énergie mécanique et/ou thermique du fluide traversant ses cavités à volume variable en énergie électrique, ou inversement, de manière à ce que, pour la plupart des variantes de conception, le stator de la MRLD et/ou une couronne centrale formant un stator soient fixes alors que le losange déformable est mobile en rotation, ou à l'inverse de manière à ce que le losange déformable soit fixe en rotation alors que le stator et/ou la couronne centrale sont mobiles en rotation.
Un autre but de l'invention est de proposer une machine rotative à losange déformable, apte à convertir directement l'énergie mécanique et/ou thermique du fluide traversant ses cavités à volume variable en énergie électrique, ou inversement, et dont le niveau d'intégration permet l'évacuation hors de la machine, de tout ou partie des calories produites par effet Joule dans les dispositifs véhiculant un courant électrique à l'intérieur de la machine, grâce à au moins un fluide transitant dans ses cavités à volume variable ou un fluide assurant un bon échange thermique.
Un autre but de l'invention est de proposer une machine rotative à losange déformable, dont l'intégration des dispositifs destinés à conduire le ou les courants électriques à l'intérieur de ladite machine, optimise le volume interne de ou limite l'encombrement de ladite machine.
Objet de l'invention
Le but de l'invention est atteint avec une machine rotative à losange déformable comportant un rotor qui est un losange déformable en contact, avec ou sans jeu, avec la surface interne d'une enceinte et/ou avec la surface externe d'une couronne centrale formant un stator, ledit losange déformable comprenant une pluralité de pistons reliés, et de préférence quatre pistons reliés, l'un à la suite de l'autre, par une articulation pivotante d'axe parallèle à l'axe longitudinal de l'enceinte et formant ainsi une chaîne fermée ; des moyens de raccordement de la machine à au moins un circuit de fluide transitant dans les cavités à volume variable externes et/ou internes de la machine ; ladite machine étant apte à fonctionner comme pompe et/ou compresseur et/ou moteur hydraulique et/ou moteur pneumatique et/ou turbine et/ou doseur et/ou broyeur d'un fluide, de quelle que nature que ce soit, traversant ses cavités, ladite machine étant caractérisée en ce que : le rotor comprend au moins un premier dispositif électromagnétique dont le fonctionnement est lié à la déformation du losange; - et/ou que le rotor comprend au moins un deuxième dispositif électromagnétique coopérant, via le mouvement relatif de rotation du rotor par rapport au stator, avec un troisième dispositif électromagnétique appartenant à l'enceinte du stator et/ou à la couronne centrale; et/ou que la machine comprend au moins un quatrième dispositif électromagnétique agencé pour venir en contact thermique avec le fluide dans les cavités à volume variable de la machine, et en ce que : ledit au moins un dispositif électromagnétique est apte à convertir directement l'énergie mécanique et/ou thermique du ou des fluides transitant dans lesdites cavités à volume variable de la machine en énergie électrique aux bornes d'un circuit électrique auquel est relié ledit au moins un dispositif électromagnétique et/ou à convertir directement l'énergie électrique d'alimentation dudit dispositif électromagnétique en énergie mécanique et/ou thermique du ou des fluides transitant dans les cavités à volume variable de la machine.
La machine rotative à losange déformable (MRLD) de l'invention comprend donc un losange déformable à l'intérieur d'une enceinte entourant le losange, située donc à l'extérieur de celui-ci, ou qui se déforme à l'extérieur d'une couronne centrale située donc à l'intérieur du losange. Lorsque le losange déformable est mobile et forme donc le rotor de la machine, l'enceinte externe au losange et/ou la couronne centrale interne au losange sont fixes en rotation. Dans un autre mode de fonctionnement envisagé dans le cadre de l'invention, le losange est fixe en rotation, mais se déforme par rapport à l'enceinte externe au losange et/ou à la couronne centrale qui, elles, sont alors mobiles en rotation. Par cavité à volume variable, on comprend une cavité dont le volume varie lors du mouvement relatif du rotor par rapport au stator. Ainsi, cela peut être obtenu avec une déformation du losange lorsqu'il tourne à l'intérieur ou à l'extérieur d'une enceinte ou couronne fixes, ou lorsque l'enceinte ou couronne tournent par rapport au losange fixe en rotation. Par axe longitudinal, on comprend l'axe de rotation de la machine parallèle à la directrice de l'enceinte, enceinte qui est généralement symétrique par rapport à cet axe longitudinal.
Par moteur hydraulique on comprend un moteur hydraulique pouvant fonctionner avec tout liquide, tel l'eau, l'huile, etc.
Par moteur pneumatique on comprend un moteur pneumatique pouvant fonctionner avec tout gaz, tel de l'air, de la vapeur, un gaz réfrigérant, etc.
Par dispositif électromagnétique de l'invention, on comprend un dispositif du type choisi parmi : un aimant, une bobine, une cage d'écureuil, un électroaimant, un dispositif électrostatique, un dispositif piézoélectrique, un dispositif comprenant un fluide ferromagnétique, une bobine d'induction, un convertisseur thermoélectrique, une résistance électrique.
Selon l'invention, ledit au moins un dispositif électromagnétique de la machine est apte à convertir directement l'énergie mécanique ou thermique du fluide obtenue par la variation d'au moins un paramètre thermodynamique de ce fluide, en provenance d'un circuit d'alimentation en fluide de la machine, en passant dans des cavités à volume variable de la machine. Ainsi, une variation de volume de la cavité contenant le fluide, peut avoir comme effet la variation de la pression ou de la vitesse du fluide qui entraîne la rotation du rotor, respectivement la déformation du losange, transformée alors directement en énergie électrique par un ou plusieurs dispositifs électromagnétiques intégrés à la machine, par exemple un électroaimant, des bobines, etc.. Une variation de volume et donc de la pression du fluide peut également induire une variation de la température de celui-ci, variation de température qui est transformée en énergie électrique par un dispositif électromagnétique, qui peut être dans ce cas un convertisseur thermoélectrique intégré à la machine.
Selon l'invention également, ledit au moins un dispositif électromagnétique peut être alimenté en énergie électrique pour provoquer une rotation du rotor, par exemple en munissant le rotor et le stator de dispositifs électromagnétiques interagissant de la manière d'un moteur électrique pour permettre le transit du fluide dans les cavités à volume variable de la machine. Lorsque la machine comporte un dispositif électromagnétique qui transforme son énergie électrique d'alimentation en énergie thermique (par exemple une résistance électrique ou un dispositif à effet Peltier), l'énergie thermique générée est directement transférée au fluide présent dans les cavités à volume variable de la machine pour varier l'un de ses paramètres thermodynamiques.
En fonction de la conception envisagée pour la machine, plusieurs dispositifs électromagnétiques peuvent être agencés dans la machine pour fonctionner simultanément, dans certains cas avec des effets complémentaires. Ainsi, à titre d'exemple, un dispositif électromagnétique peut fournir des calories à un gaz refroidi lors de sa détente, et ce afin de le réchauffer et donc d'augmenter sa pression, tandis que la détente ainsi optimisée entraîne la rotation du rotor qui, lui, fournit de l'énergie électrique aux bornes d'un autre dispositif électromagnétique. La machine est ainsi utilisée comme convertisseur direct d'énergie, l'énergie du fluide passant directement aux dispositifs électromagnétiques et vice-versa. Le rendement énergétique d'une telle machine se trouve amélioré, notamment de par l'intégration de tous ses composants dans une même structure mécanique, sans avoir besoin de passer par un convertisseur intermédiaire et en évitant donc les pertes mécaniques ou fluidiques.
En effet, la machine de l'invention remplit, à la fois les fonctions d'une machine rotative à losange déformable et les fonctions d'une machine électrique en réalisant, dans un même ensemble, une machine électrique et une machine rotative à losange déformable, sans utiliser des moyens intermédiaires de conversion mécanique de l'effort qui s'avèrent parfois complexes à réaliser. Comme la machine électrique n'a pas besoin de convertir les forces induites par les champs magnétiques qu'elle produit en une rotation d'arbre et la machine rotative à losange déformable (MRLD) n'a pas besoin de convertir le mouvement du losange en rotation d'arbre d'entraînement de rotor de générateur, il en résuite un gain de rendement de la machine et ceci pour une compacité remarquable. Les forces induites par le champ magnétique ont une composante principale orientée radialement au cas où le rotor de la machine comprend au moins un deuxième dispositif électromagnétique coopérant, via le mouvement de rotation du rotor, avec un troisième dispositif électromagnétique appartenant au stator ou à la couronne centrale.
Le fait de ne pas convertir le mouvement du rotor en rotation provoque un gain de rendement de minimum 2%. Le gain de rendement dû au fait que la machine n'a pas besoin de joints pour assurer l'étanchéité au niveau de l'arbre moteur peut aller jusqu'à 20%. On peut ainsi obtenir une machine étanche, sans aucune fuite externe, l'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur de la machine étant de type statique, en l'absence de surfaces en mouvement relatif entre l'intérieur et l'extérieur de la machine. De surcroît, les performances électrotechniques et mécaniques de la machine sont améliorées du fait qu'il n'y a pas de joint d'arbre en rotation pouvant provoquer des pertes par frottement.
Il est toutefois possible, dans une variante, de coupler la partie mobile de la machine mécaniquement via un arbre de transmission si on a besoin de transmettre un mouvement à la machine ou depuis la machine, les pertes par frottement devrant alors être prises en considération lors du dimensionnement de la machine.
La machine de l'invention peut avoir un fonctionnement réversible, pouvant soit convertir l'énergie électrique d'alimentation du ou des dispositifs électromagnétiques de la machine en énergie mécanique et/ou thermique transmise au fluide par les composants mécaniques de la machine (notamment par ses pistons), soit convertir l'énergie mécanique et/ou thermique du fluide entrant dans la machine en énergie électrique aux bornes du ou de ses dispositifs électromagnétiques.
De préférence, le rotor comprend au moins un premier dispositif électromagnétique dont le fonctionnement est lié à la déformation du losange; et/ou le rotor comprend au moins un deuxième dispositif électromagnétique coopérant, via le mouvement de rotation du rotor, avec un troisième dispositif électromagnétique appartenant au stator ou à la couronne centrale; et/ou la machine comprend au moins un quatrième dispositif électromagnétique agencé pour venir en contact thermique avec le fluide dans les cavités à volume variable de la machine, de manière à ce que la machine soit apte à convertir l'énergie mécanique, produite lors du mouvement du rotor entraîné par ledit fluide, et/ou l'énergie thermique récupérée lors du passage dudit fluide dans la machine, en énergie électrique aux bornes d'un circuit électrique auquel est relié au moins l'un desdits dispositifs électromagnétiques, et/ou à convertir l'énergie électrique d'un circuit électrique d'alimentation d'au moins l'un desdits dispositifs électromagnétiques en énergie mécanique de déformation du losange et/ou en énergie thermique du fluide.
Ces dispositifs électromagnétiques sont avantageusement intégrés dans les éléments d'une machine rotative à losange déformable et produisent un champ électromagnétique. Une telle intégration permet par ailleurs de simplifier le système d'étanchéité de l'ensemble, notamment par rapport à une solution qui associerait, par exemple, une machine électrique dans une pompe, telle que pompe à eau.
L'intégration complète des composants électriques et des dispositifs électromagnétiques dans les organes mécaniques de la machine rotative à losange déformable de l'invention permet de conserver l'encombrement de celle-ci à l'identique, de garantir les mêmes possibilités d'exploitation optimale des cavités externes à volume variable et/ou des cavités internes à volumes variable, avec les mêmes possibilités de design optimisé de ces cavités, notamment concernant leur géométrie, leur cylindrée ou leur volume mort, que si la machine MRLD ne comportait pas lesdits composants et dispositifs.
Par ailleurs, la masse de l'ensemble machine rotative à losange déformable intégrant au moins un deuxième dispositif électromagnétique coopérant avec au moins un troisième dispositif électromagnétique de la machine ainsi obtenue se trouve diminuée par rapport à la masse d'un ensemble tel que celui du document WO 2004/070169 qui est, lui, obtenu par une juxtaposition de deux machines différentes. La masse de l'ensemble machine rotative à losange déformable intégrant au moins un deuxième dispositif électromagnétique coopérant avec au moins un au moins un troisième dispositif électromagnétique de la machine ainsi obtenue peut être inférieure à la masse d'une machine rotative à losange déformable ayant les mêmes cavités à volume variable, mais ne comportant aucun dispositif électromagnétique. En effet, à géométrie et volume des composants mécaniques identiques dans les deux machines, les composants de la machine de l'invention étant, de préférence, constitués de matériaux ferromagnétiques et de matériaux conducteurs (moins denses), ils seront moins lourds que les mêmes composants constitués uniquement et uniformément d'alliages à base de fer.
On note également que la masse peut-être réduite car des composants identiques peuvent assurer plusieurs fonctions. Par exemple, les pistons intégrant une cage d'écureuil surmoulée peuvent assurer à la fois la résistance structurelle et la conduction électrique au sein de la machine de l'invention.
De surcroît, de par l'absence de moyens intermédiaires de conversion mécanique dans la machine de l'invention, son rendement est plus élevé que celui d'une machine hybride obtenue par juxtaposition de deux machines différentes du type décrit dans le document WO 2004/070169. La puissance électrique d'une machine de l'invention se trouve également augmentée, car l'espace dédié aux organes électrotechniques bénéficie d'un diamètre environ deux fois supérieur, et également de par le fait que les calories produites par effet Joule dans les enroulements de la partie électrique ou par le fonctionnement général de la machine peuvent être plus facilement évacuées par le ou les fluides véhiculés dans les cavités à volume variable de la machine de l'invention. Il est donc possible de faire transiter plus de puissance dans la machine tout en préservant le rendement et l'intégrité de celle-ci.
Ainsi, un premier dispositif électromagnétique est associé à la déformation du losange de manière à ce qu'il peut produire un courant électrique lorsqu'il est mû par la déformation du losange ou qu'il peut produire, lorsqu'il est alimenté en énergie électrique, un effort mécanique utilisé pour commander la déformation du losange. Toujours selon l'invention, un deuxième dispositif électromagnétique est intégré au rotor pour coopérer, notamment via le mouvement de rotation du rotor, avec un troisième dispositif électromagnétique appartenant au stator, l'interaction des champs magnétiques entre le rotor et le stator produisant soit une énergie électrique, soit un effort de déplacement en rotation de l'un par rapport à l'autre. Egalement selon l'invention, un quatrième dispositif électromagnétique intégré à la machine peut produire directement de l'énergie électrique lorsqu'il est en contact thermique avec le fluide, voire inversement, lorsqu'il est alimenté, il transforme l'énergie électrique en énergie thermique qu'il transmet au fluide.
Ainsi, avec une telle solution, une machine rotative à losange déformable (MRLD) permet, lorsqu'elle est traversée par un ou plusieurs liquides, de fonctionner à la fois en tant que moteur électrique et pompe ou, à l'inverse, comme moteur hydraulique et générateur électrique. Lorsque la machine travaille avec un gaz, elle peut alors fonctionner, à la fois comme moteur électrique et compresseur ou, à l'inverse, comme turbine pneumatique et générateur électrique. Le fluide utilisé est de l'eau à la température ambiante ou de la vapeur, voire un autre liquide ou gaz, dont la température de travail dans les cavités à volume variable de la machine reste inférieure à environ 150 0C afin de protéger les aimants et les matériaux électriquement isolants de la machine (mise à part le cas d'une machine sans aimants et utilisant des matériaux isolants à hautes températures), ou de préférence une température de travail inférieure au point de Curie des aimants lorsque l'on utilise des matériaux isolants résistants à plus hautes températures.
Par ailleurs, une conception correcte des dispositifs électriques mis en place au sein de la machine, par exemple en choisissant leur fréquence d'oscillation, leur déphaseurs et leur câblage, on arrive à simplifier les bobinages et éviter le recours à des courants multiphasés. Ceci simplifie la réalisation de la machine et en réduit sensiblement les coûts de fabrication.
De surcroît, en l'absence d'arbre de transmission, on n'a pas besoin d'adapter des joints d'étanchéité en rotation et l'étanchéité de la machine s'en trouve améliorée.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention, ledit premier dispositif électromagnétique est un électroaimant agencé à l'intérieur du rotor en étant relié au losange.
On aurait pu, certes utiliser d'autres types d'actionneurs, par exemple du type piézoélectrique, mais on préfère toutefois les électroaimants pour leur capacité de produire des poussées importantes pour des courses assez faibles tout en pouvant être réalisés pour un faible coût. Un électroaimant comprend une culasse fixe, une bobine d'excitation et une armature mobile. L'effet de la force magnétique d'un tel électroaimant est utilisé pour produire un mouvement imprimé au losange, ou à l'inverse, le mouvement issu de la déformation du losange est utilisé pour produire une force magnétique et donc un courant électrique aux bornes de l'électroaimant. Il peut être linéaire (la course de travail est rectiligne, l'effet de la force magnétique étant utilisé pour produire un mouvement rectiligne, ou à l'inverse, le mouvement rectiligne est utilisé pour produire une force magnétique) ou il peut être du type rotatif (la course de travail est un mouvement angulaire). Il peut être à simple effet (le mouvement dans un sens est assuré par la force magnétique et le retour par un ressort) ou à double effet (la course de travail est effectuée de part et d'autre d'une position neutre).
Avantageusement, l'électroaimant reçoit une alimentation en énergie électrique et commande la déformation du losange permettant à la machine de fonctionner comme pompe et/ou compresseur et/ou doseur et/ou broyeur d'un fluide (chargé ou non) traversant ses cavités. Selon un autre fonctionnement avantageux de la machine de l'invention, le passage du fluide dans les cavités entraîne la rotation du rotor et la déformation du losange qui est transformée en énergie électrique récupérée aux bornes dudit électroaimant.
De préférence, ledit électroaimant est un vérin linéaire ou une ventouse linéaire. Un électroaimant de type vérin linéaire comporte généralement un noyau plongeur et est un dispositif permettant un déplacement plus important de son armature (par exemple une course de l'ordre de 5 à 50 mm) pour une force d'attraction moindre (par exemple de l'ordre de 10 à 100 N). Un électroaimant de type ventouse est un dispositif électromagnétique, généralement sans noyau, apte à produire une force d'attraction importante (par exemple de l'ordre de 100 N à 1000 N) pour maintenir une pièce ferromagnétique en vis-à-vis pour un déplacement faible de celle-ci (par exemple de l'ordre de 0,1 mm à 1 mm).
Avantageusement, ledit électroaimant est relié, à l'une de ses extrémités à une première articulation pivotante du losange ou à une première face intrados d'un piston et l'autre extrémité est reliée à ou coopère avec une deuxième articulation pivotante, opposée à la première, ou à une carcasse centrale, respectivement à ou avec une deuxième face intrados située en vis-à-vis de la première. Ainsi, l'électroaimant peut soit comporter un noyau plongeur qui se déplace à l'intérieur d'une bobine, soit comporter une bobine à noyau fixe coopérant par interaction électromagnétique avec une pièce en vis-à-vis réalisée en un matériau ferromagnétique ou avec une autre ventouse en vis-à-vis appartenant au losange.
De préférence, ledit électroaimant est un vérin torique monté avec l'une de ses extrémités sur la face intrados d'un piston, l'autre extrémité coopérant avec la face intrados d'un piston adjacent.
Avantageusement, ledit électroaimant est une ventouse torique montée pivotante sur la face intrados d'un piston. Une telle ventouse torique peut alors coopérer avec une pièce en un matériau ferromagnétique du losange, par exemple avec la face intrados d'un piston ou avec une articulation pivotante. Dans une variante préférée de réalisation, quatre ventouses sont montées pivotantes au centre des faces intrados des pistons, lesdites ventouses étant amenées à coopérer entre elles lors de la déformation du losange. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, qui peut être combiné avec le premier, ledit deuxième dispositif électromécanique est une cage d'écureuil dont les barreaux sont intégrés dans les pistons du losange et ladite cage d'écureuil coopère avec des enroulements intégrés au stator formant le troisième dispositif électromagnétique.
On aurait pu, certes, réaliser la cage d'écureuil ou les autres dispositifs électromagnétiques de manière plus efficace en mettant les conducteurs de biais pour améliorer la régularité du fonctionnement ou en utilisant de très bons conducteurs pour améliorer le rendement, tout en présentant le même principe de fonctionnement que ce deuxième mode de réalisation.
La machine selon cette solution est du type machine électrique asynchrone ayant une fonction de traitement de fluide et convient plus particulièrement au fonctionnement à haute vitesse de rotation et dont la vitesse ne dépend pas directement de la fréquence du courant électrique aux bornes de ses composants.
De préférence, l'alimentation en énergie électrique des bobinages du stator crée des courants induits par le champ magnétique qui mettent en rotation le rotor faisant que la machine fonctionne comme pompe et/ou compresseur et/ou doseur et/ou broyeur du fluide (chargé ou non) traversant ses cavités.
Pour utiliser cette machine en turbine de fluide et génératrice électrique, il faut magnétiser la cage d'écureuil avec une alimentation classique ou une batterie de condensateurs.
La magnétisation et l'entraînement en rotation de la cage d'écureuil du rotor crée des courants induits dans les enroulements du stator de manière que la machine fonctionne comme turbine de fluide et génératrice électrique.
Dans un troisième mode de réalisation de l'invention, qui peut être combiné avec le premier, ledit deuxième dispositif électromécanique comprend au moins un aimant ou au moins une bobine alimentée en courant continu (ou équivalent), ledit aimant ou ladite bobine coopérant avec au moins une bobine intégrée au stator formant le troisième dispositif électromagnétique.
La machine selon cette solution est du type machine électrique synchrone ayant une fonction de traitement de fluide et convient plus particulièrement aux machines réversibles, fonctionnant à haute vitesse de rotation et dont la vitesse est directement liée à la fréquence du courant électrique aux bornes de ses composants.
Avantageusement, ledit deuxième dispositif électromagnétique comprend au moins un aimant intégré dans un piston du losange.
De préférence, ledit deuxième dispositif électromagnétique comprend au moins un aimant intégré dans une articulation pivotante du losange.
Avantageusement, le passage du fluide dans les cavités de la machine entraîne la rotation du rotor produisant aux bornes des bobines du stator un courant électrique dont la fréquence est déterminée par la vitesse de rotation du rotor, faisant que la machine a un fonctionnement générateur électrique.
De préférence, on applique aux bornes des bobines du stator un courant électrique dont la fréquence détermine la vitesse de rotation du rotor, la machine fonctionnant alors comme moteur électrique d'entraînement du rotor, permettant un fonctionnement de la machine comme pompe et/ou compresseur et/ou doseur et/ou broyeur d'un fluide (chargé ou non) traversant ses cavités.
Avantageusement, ledit fluide est un fluide conducteur, servant au passage du courant dans la machine. Ainsi, on peut réaliser une partie du circuit électrique de la machine (voir la totalité dans certains cas), afin de gagner de la place, ou de ne plus avoir de pièces d'usure de type balais, afin d'augmenter la fiabilité et la durée de vie, ou de générer de l'électricité et la réinjecter sur le réseau.
De préférence, la machine comporte des joints dynamiques qui servent de contacts électriques entre le rotor et le stator, à la manière des balais dans un moteur électrique classique.
Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, qui peut être combiné avec les précédents, la machine comporte un quatrième dispositif électromagnétique agencé au sein de la machine de manière à ce qu'il soit en contact thermique avec le fluide qui traverse une ou plusieurs cavités à volume variable de la machine. Un tel quatrième dispositif électromagnétique a une action directe sur l'échange de chaleur avec le fluide traité par la machine, son fonctionnement étant directement lié à la variation de température dudit fluide. Selon une première variante de réalisation du quatrième mode de réalisation de l'invention, ledit quatrième dispositif électromagnétique est un organe thermoélectrique. Un tel organe thermoélectrique est réalisé à base de deux matériaux conducteurs de natures différentes et liés par des jonctions à leurs extrémités qui, lorsqu'ils sont soumis à une différence de température, produisent une différence de potentiel électrique à leurs jonctions (fonctionnement basé sur l'effet Seebeck). A l'inverse, lorsque les jonctions des conducteurs précédents sont soumis à une différence de potentiel électrique, il apparaît une différence de température entre leurs jonctions (fonctionnement basé sur l'effet Peltier). Un tel organe thermoélectrique permet donc une conversion réversible entre l'énergie thermique du fluide et l'énergie électrique appliquée aux jonctions.
Selon une seconde variante du quatrième mode de réalisation de l'invention, le quatrième dispositif électromagnétique est une résistance électrique, par exemple un bloc chauffant électrique en céramique. Ce dispositif transforme alors l'énergie électrique appliquée aux bornes de son circuit d'alimentation en énergie thermique, par effet Joule. Ce dispositif ne présente pas de fonctionnement réversible.
Selon une tierce variante du quatrième mode de réalisation de l'invention, le quatrième dispositif électromagnétique est une bobine d'induction et le fluide circulant dans la machine est un fluide ferromagnétique. Lorsque alimentée en électricité, la bobine induit un courant dans le fluide ferromagnétique traversant les cavités à volume variable de la machine et provoque son échauffement. Ce dispositif ne présente pas de fonctionnement réversible.
L'objet de l'invention est également atteint avec une machine de l'invention fonctionnant comme pompe de vidange, pompe à deux étages ou comme turbine- pompe de barrage.
Description des figures
Les figures 1 à 7 illustrent une machine réalisée selon un premier mode de réalisation de l'invention, où les figures 1a et 1 b sont des vues schématiques en coupe d'une machine réalisée selon une première variante de réalisation de l'invention, illustrant par ailleurs un premier exemple de réalisation ;
- les figures 2a et 2b sont des vues en perspective d'une machine réalisée selon une deuxième variante de réalisation de l'invention ;
- les figures 3a et 3b sont des vues schématiques en coupe d'une machine réalisée selon une troisième variante de réalisation de l'invention ; les figures 4a et 4b sont des vues schématiques en coupe d'une machine réalisée selon une quatrième variante de réalisation de l'invention ;
- les figures 5a et 5b sont des vues en perspective d'une cinquième variante de réalisation de l'invention ;
- les figures 6a et 6b sont des vues schématiques en coupe d'une machine réalisée selon une sixième variante de réalisation de l'invention ; - la figure 7 est une vue en perspective d'une machine réalisée selon une septième variante de réalisation de l'invention ;
Les figures 8a et 8b illustrent par des vues schématiques en perspective une machine réalisée selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
Les figures 9 à 11 illustrent une machine réalisée selon un troisième mode de réalisation de l'invention, où : les figures 9a et 9b sont des vues schématiques en perspective d'une machine réalisée selon une première variante du troisième mode de réalisation ;
- les figures 10a et 10b sont des vues schématiques en perspective d'une machine réalisée selon une deuxième variante du troisième mode de réalisation ; - les figures 11a et 11 b sont des vues schématiques en perspective d'une machine réalisée selon une troisième variante du troisième mode de réalisation ; Les figures 12 à 14 illustrent par des vues schématiques en perspective, des exemples de réalisation de la machine de l'invention, où :
- la figure 12a est une vue en perspective d'une machine selon un deuxième exemple de réalisation de l'invention et la figure 12b une vue tridimensionnelle en coupe transversale de la machine de la figure 12a réalisée avec un plan passant par les bobines du stator ; les figures 12c et 12d sont des vues planes en coupe transversale montrant la machine de la figure 12a en deux positions de fonctionnement ; - la figure 13a est une vue plane en coupe transversale et la figure 13b une vue tridimensionnelle en coupe transversale montrant une variante de réalisation de la machine de la figure 12a ;
- les figures 14a et 14b sont des vues en perspective d'une machine selon un troisième exemple de réalisation, représentée dans deux de ses positions de fonctionnement et les figures 14c et 14d sont des vues planes en coupe transversale de la machine des figures 14a et 14b. Les figures 15 à 16 illustrent une machine réalisée selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, où : la figure 15a est une vue en perspective d'une machine réalisée selon une première variante du quatrième mode de réalisation et la figure 15b est une vue en coupe axiale de la machine de la figure 15a ; la figure 16 est une vue schématique en coupe axiale d'une machine réalisée selon une autre variante du quatrième mode de réalisation.
Liste des repères
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Description de l'invention
L'invention concerne une machine rotative à losange déformable (MRLD) comportant un stator 2 ayant une forme générale tubulaire de section environ ovale, dont le profil est en accord avec les règles géométriques imposées par la déformation du losange au cours de sa rotation et dont la surface interne définit une enceinte 1 de réception d'un rotor 3 qui est un losange déformable 4. Tel que vu en section transversale, l'enceinte 1 présente un grand axe, qui est selon un segment passant par le centre de la section de manière à relier deux extrémités en vis-à-vis de l'enceinte et qui présente la plus grande dimension transversale, et un petit axe qui est selon un segment passant par le centre de la section et étant perpendiculaire à la précédente. Le losange déformable 4 est un ensemble de quatre pistons 6 reliés entre eux par des liaisons pivot, matérialisées par des articulations pivotantes 7, et qui forment une chaîne refermée sur elle-même. Le rotor 3 qui est la partie tournante de la machine est généralement le losange 4, mais on peut, dans une variante, entraîner l'enceinte 1 en rotation qui tourne par rapport au losange 4 fixe en rotation mais dont les côtés se déforment (on comprend par côté le segment qui relie, dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de la machine, les axes de deux liaisons pivot adjacentes). Les projections des axes de liaisons pivots des pistons dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de la machine représentent les sommets 5 du losange. Le segment qui relie deux sommets 5 opposés forme une diagonale du losange. On comprend, dans ce qui suit, par diagonale également une pièce ou liaison mécanique construite selon ce segment.
Un piston 6 est une pièce ayant une forme, de préférence, de portion de cylindre de directrice parallèle à l'axe de rotation de la machine. Les surfaces situées aux deux extrémités de cette pièce assurent chacune une partie d'une liaison pivot d'axe de rotation parallèle à l'axe de rotation de la machine. Le segment qui relie deux points médians des côtés opposés du losange, notamment de deux pistons opposés, forme une médiane du losange. On comprend, dans ce qui suit, par médiane également une pièce ou liaison mécanique construite selon ce segment. L'intersection des diagonales ou des médianes du losange définit le centre de la machine.
Par arbre de rotation ou arbre central de la machine, on comprend une pièce ou un ensemble de pièces mécaniques permettant de récupérer le mouvement de rotation du rotor ou du stator via un système de transmission mécanique adapté. La machine comporte également deux flasques latéraux de fermeture, disposés perpendiculairement à l'arbre de rotation de la machine et qui prennent appui contre les faces frontales avant et arrière du stator et du rotor.
Dans ce qui suit, on comprend par orifice entrée fluide 12 et orifice sortie fluide 13, des canaux qui peuvent par exemple être axiaux (à travers les parois latérales de fermeture ou l'arbre s'il y en a un), radiaux (à travers l'enceinte 1 ou la couronne centrale 44), etc.
Dans ce qui suit, on comprend par la face extrados 9 du piston 6 la surface externe du piston 6, située à l'extérieur du losange 4, et par la face intrados 11 du piston 6, la surface interne du piston 6, située à l'intérieur du losange 4. La face extrados 9 d'un piston 6 définit avec l'enceinte 1 et les flasques latéraux de fermeture une cavité externe 8. Un circuit de fluide est raccordé à la machine, l'entrée dans les chambres externes étant illustrée, à titre d'exemple, par un orifice 12 en communication avec le circuit d'entrée ou amont de la machine, et la sortie de fluide étant illustrée, à titre d'exemple, par un orifice 13 qui est, lui, en communication avec un circuit de sortie ou aval de la machine. Les faces intrados 11 des pistons 6 définissent, avec leurs articulations de liaison 7 et avec les flasques latéraux de fermeture, une cavité interne 10.
Les faces intrados 11 des pistons 6 définissent, avec leurs articulations de liaison 7, la surface externe de la couronne interne 44 et les flasques latéraux de fermeture, une cavité interne périphérique 48.
L'invention utilise les propriétés géométriques de la machine rotative à losange déformable munie d'un ou plusieurs dispositifs électromagnétiques 14,15,16 utilisant, dans un premier mode de fonctionnement de la machine, le mouvement de déformation du losange 4 ou celui de rotation du rotor 3 pour induire un champ électrique, magnétique ou électromagnétique et créer ainsi un courant électrique permettant d'alimenter le démarrage de la machine ou alors son fonctionnement en tant que générateur électrique. Selon un deuxième mode de fonctionnement, le ou les dispositifs électromagnétiques 14,15,16 commandent une déformation du losange 4 ou une rotation du rotor 3, ce qui conduit à l'entraînement d'un fluide dans les cavités externes 8 et/ou les cavités internes 10 et/ou les cavités internes périphériques 48 de la machine.
Dans un premier mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 1 à 7, la machine comprend un premier dispositif électromagnétique 14 qui est un électroaimant 17.
Les figures 1a et 1 b représentent des vues schématiques en coupe de la machine de l'invention selon une première variante de réalisation, les flasques latéraux de fermeture de la machine étant retirés pour plus de clarté. La machine selon cette variante utilise un électroaimant 17 agencé selon la diagonale du losange déformable 4. L'électroaimant 17 représenté sur les figures 1a et 1b est un vérin linéaire 18 à noyau plongeur rectiligne 20. Le vérin linéaire 18 comporte une culasse 21 , un noyau 20 mobile en mouvement rectiligne à l'intérieur d'une bobine d'excitation linéaire 22. La culasse 21 est rendue solidaire, par son extrémité d'une articulation pivotante 7 du losange, et l'extrémité du noyau 20 est solidaire de l'articulation opposée, l'électroaimant 17 reliant ainsi deux articulations pivotantes en vis-à-vis selon l'une des diagonales du losange 4. Dans une variante (non représentée sur les dessins), un deuxième vérin 18 du même type que le premier peut être agencé, en étant décalé axialement par rapport au premier) de manière à relier les deux autres articulations pivotantes 7 selon la deuxième diagonale du losange 4. La figure 1a représente la machine de l'invention comportant un électroaimant 17 de type vérin linéaire 18 qui se trouve dans la position la plus allongée, suivant le grand axe de l'enceinte 1 , le losange 4 étant, lui, dans la position la plus écrasée. La figure 1b illustre la machine de la figure 1a, mais où le losange a tourné à l'intérieur de l'enceinte 1 et l'électroaimant est dans la position la plus rétractée, en étant aligné suivant le petit axe du profil de l'enceinte 1.
Dans un premier mode de fonctionnement, la machine des figures 1a et 1b convertit l'énergie mécanique du fluide en énergie électrique. Pour ceci, un fluide (par exemple de l'eau en provenance d'un circuit d'eau raccordé à la machine) arrive par un orifice d'entrée 12 dans l'une des cavités externes 8 de la machine et ressort par un orifice de sortie 13. L'énergie mécanique du fluide est transmise au rotor qui est ainsi entraîné en rotation à l'intérieur de l'enceinte. La rotation du losange va actionner l'électroaimant 17, qui effectue deux oscillations par tour. Ceci va induire un courant dans la bobine d'excitation 22 de celui-ci, courant qui peut être ensuite stocké pour le démarrage de la machine, faisant que son fonctionnement est ainsi complètement autonome et ne nécessite pas de lancement si le losange n'est pas dans un point mort. Le courant aux bornes de l'électroaimant peut, par ailleurs, être utilisé pour générer de l'électricité et la réinjecter sur le réseau, ou pour générer des impulsions électriques.
Dans un deuxième mode de fonctionnement, la machine des figures 1a et 1b convertit l'énergie électrique en énergie mécanique du fluide. Pour ceci, l'électroaimant 17 est alimenté en énergie électrique, notamment par une alimentation électrique sinusoïdale classique du réseau ou plus généralement alternative (à différentes formes de signaux). Le courant alternatif parcourt la bobine d'excitation 22 de l'électroaimant, ce qui va successivement attirer, puis repousser, le noyau mobile rectiligne 21 du vérin linéaire 18. Les contractions et détentes successives de l'ensemble commandent la variation de la distance entre deux sommets 5 opposés du losange 4, ce qui permet d'entraîner la machine, à condition qu'elle soit lancée dans un des deux sens de rotation lors de la phase transitoire de démarrage. Il est à noter que le sens de rotation de la machine est choisi en fonction du sens de circulation du fluide.
Les figures 2a et 2b illustrent une machine de l'invention selon une deuxième variante de réalisation, fonctionnant sur le même principe que la précédente, mais comportant quatre électroaimants 17 agencés par groupe de deux sur chacune des diagonales du losange 4. Tel que mieux visible à la figure 2b, la machine comprend quatre vérins linéaires 18 à noyau plongeur dont les bobines d'excitation linéaires 22 sont montées dans une carcasse 23 centrale commune. Les vérins linéaires 18 sont identiques, chaque vérin comportant un noyau plongeur rectiligne 20 dont une extrémité est solidaire d'une articulation pivotante 7 et l'extrémité libre coulisse à l'intérieur de sa bobine d'excitation linéaire 22 contenue dans un logement de la carcasse 23. Le noyau plongeur 20 de chaque vérin linéaire 18 accompagne par son mouvement la déformation du losange 4, deux noyaux plongeurs rectilignes 20 alignés sur une même diagonale coulissant dans une même direction, mais en sens opposé l'un par rapport à l'autre. De manière similaire à la machine des figures 1a et 1b, cette machine peut fonctionner comme convertisseur d'énergie, tout en présentant un fonctionnement plus régulier et plus souple, car les électroaimants d'une diagonale peuvent rattraper d'éventuels manques de symétrie dans le fonctionnement des électroaimants de l'autre diagonale.
La solution présentée aux figures 1a,b et 2a, b convient plus particulièrement aux machines à forte cylindrée, basse pression et à fonctionnement réversible.
Les figures 3a et 3b représentent des vues schématiques en coupe de ia machine de l'invention selon une troisième variante de réalisation, les flasques latéraux de fermeture de la machine étant retirés pour plus de clarté. La machine selon cette variante utilise un électroaimant 17 qui est une ventouse linéaire 19 agencée sur la face intrados 11 d'un piston 6. Plus particulièrement, l'extrémité fermée de l'armature 24 de la ventouse linéaire 19 est fixée dans la région médiane de la face intrados 11 d'un piston 6, de manière à ce que l'axe central de la ventouse linéaire 19 soit aligné selon la médiane du losange 4 (fig. 3b) et que la ventouse puisse attirer, à son extrémité ouverte (opposée à celle de fixation) la face intrados 11 d'un piston 6 en vis- à-vis. La figure 3a représente la machine de l'invention comportant un électroaimant 17 de type ventouse linéaire 19 se trouvant dans la position la plus proche d'un piston 6 en vis-à-vis, le losange 4 étant, lui, dans la position la plus écrasée. La figure 3b illustre la machine de la figure 3a, mais où le losange a tourné à l'intérieur de l'enceinte 1 et la ventouse linéaire 19 est dans la position la plus éloignée du piston 6 en vis-à-vis, le losange 4 ayant la forme d'un carré.
Dans un premier mode de fonctionnement, la machine des figures 3a et 3b convertit l'énergie mécanique d'un fluide, passant dans les cavités externes 8 et/ou les cavités internes 10, en énergie électrique. Pour ceci, un fluide (par exemple de l'eau en provenance d'un circuit d'eau raccordé à la machine) arrive par un orifice d'entrée 12 dans l'une des cavités externes 8 de la machine et ressort par un orifice de sortie 13. L'énergie mécanique du fluide est transmise au rotor qui est ainsi entraîné en rotation à l'intérieur de l'enceinte. La rotation du losange va actionner l'électroaimant 17, qui effectue quatre oscillations par tour. Ceci va induire un courant dans la bobine d'excitation 25 de celui-ci, courant qui est, certes, plus faible que celui de la variante précédente, mais suffisant pour être ensuite utilisé pour le démarrage de la machine, faisant que le fonctionnement de la machine est complètement autonome et ne nécessite pas de lancement si le losange n'est pas dans un point mort. Dans un deuxième mode de fonctionnement, ia machine des figures 3a et 3b convertit l'énergie électrique en énergie mécanique du fluide. Pour ceci, l'électroaimant 17 est alimenté en énergie électrique, notamment par une alimentation électrique sinusoïdale classique du réseau ou plus généralement alternative (à différentes formes de signaux). Le courant alternatif parcourt la bobine d'excitation 25 de la ventouse linéaire 19, ce qui va successivement attirer, puis repousser, le piston 6 (mobile par rapport à l'électroaimant 17) situé en face de l'extrémité libre de la ventouse. Les contractions et détentes successives de l'ensemble commandent la variation de la distance entre deux côtés opposés du losange 4, ce qui permet d'entraîner la machine, à condition qu'elle soit lancée dans un des deux sens de rotation lors de la phase transitoire de démarrage. Il est à noter que le sens de rotation de la machine est choisi en fonction du sens de circulation du fluide. Dans une variante non représentée sur les figures, on peut agencer plusieurs électroaimants de type ventouse linéaire 19 à l'intérieur de la cavité interne 10 de la machine, par exemple une ventouse linéaire 19 peut être agencée sur la face intrados 11 de chaque piston 6 pour attirer, respectivement repousser le piston opposé. Cette solution permet un meilleur équilibrage des masses à l'intérieur de la machine. Dans une variante où le losange présente une faible déformation, et où la puissance à fournir par la ventouse est faible, la ventouse 19 peut être fixée à l'une des articulations du losange pour attirer, respectivement repousser l'articulation opposée, plutôt que d'être fixée sur l'intrados des pistons.
La solution des figures 3a et 3b convient plus particulièrement aux machines à faible cylindrée et haute pression.
Les figures 4a et 4b représentent des vues schématiques en coupe de la machine de l'invention selon une quatrième variante de réalisation, les flasques latéraux de fermeture de la machine étant retirés pour plus de clarté. La machine selon cette variante utilise un électroaimant 17 de type vérin torique 26 rotatif comportant un noyau plongeur curviligne 27 ayant un mouvement circulaire à l'intérieur d'une bobine d'excitation torique 29 contenue dans une culasse torique 28. La culasse torique 28 est fixée sur la face intrados 11 de l'un des pistons 6 et le noyau plongeur curviligne 27 est fixé, lui, sur la face intrados 11 d'un piston 6 connexe. Lors du mouvement du rotor entraînant la déformation du losange 4, le noyau plongeur curviligne 27 décrit un mouvement en arc de cercle à l'intérieur d'une bobine d'excitation torique 29 contenue dans la culasse torique 28, arc de cercle dont le centre passe par l'axe de pivotement de l'articulation pivotante 7 reliant les deux pistons connexes 6 supportant le vérin torique 26.
La figure 4a représente la machine de l'invention comportant un électroaimant 17 de type vérin torique 26 se trouvant dans la position la plus déployée, le losange 4 étant, lui, dans la position la plus écrasée, sa diagonale faisant face au vérin 26 étant alignée selon le grand axe de l'enceinte 1. La figure 4b illustre la machine de la figure 4a, mais où le losange 4 a tourné à l'intérieur de l'enceinte 1 et le vérin torique 26 est dans la position la plus rétractée, la diagonale en face du vérin étant alignée selon le petit axe du profil de l'enceinte 1. Dans un premier mode de fonctionnement, la machine des figures 4a et 4b convertit l'énergie mécanique du fluide en énergie électrique. Pour ceci, un fluide (par exemple de l'eau en provenance d'un circuit d'eau raccordé à la machine) arrive par un orifice d'entrée 12 dans l'une des cavités externes 8 de la machine et ressort par un orifice de sortie 13. L'énergie mécanique du fluide est transmise au rotor qui est ainsi entraîné en rotation à l'intérieur de l'enceinte. La rotation du losange va actionner l'électroaimant 17, notamment le vérin torique 26, qui effectue deux oscillations par tour. Ceci va induire un courant dans la bobine d'excitation torique 29 de celui-ci, courant qui peut être ensuite utilisé pour le démarrage de la machine, faisant que son fonctionnement est ainsi complètement autonome et ne nécessite pas de lancement si le losange n'est pas dans un point mort. Le courant aux bornes de l'électroaimant peut éventuellement être utilisé pour générer de l'électricité et la réinjecter sur le réseau, ou pour générer des impulsions électriques.
Dans un deuxième mode de fonctionnement, la machine des figures 4a et 4b convertit l'énergie électrique en énergie mécanique du fluide. Pour ceci, l'électroaimant 17 est alimenté en énergie électrique, notamment par une alimentation électrique sinusoïdale classique du réseau ou plus généralement alternative (à différentes formes de signaux). Le courant alternatif parcourt la bobine d'excitation torique 29 du vérin torique 26, ce qui va successivement attirer, puis repousser, le noyau mobile curviligne 27 du vérin torique 26. Les contractions et détentes successives de l'ensemble commandent la variation de l'angle d'écrasement du losange, ce qui permet d'entraîner la machine, à condition qu'elle soit lancée dans un des deux sens de rotation lors de la phase transitoire de démarrage. Il est à noter que le sens de rotation de la machine est choisi en fonction du sens de circulation du fluide.
Les figures 5a et 5b illustrent une machine de l'invention selon une cinquième variante de réalisation, fonctionnant sur le même principe que la machine réalisée selon la quatrième variante, mais comportant quatre électroaimants 17 identiques, chacun étant de type vérin torique 26, agencé autour d'une articulation pivotante 7 du losange 4. Tel que mieux visible à la figure 5b, la machine comprend deux vérins toriques 26 à noyau plongeur curviligne 27 dont les bobines d'excitation toriques 29 sont montées dans une culasse torique 28. De surcroît, un des vérins torique 26 comprend un ressort de rappel 30 disposé à l'intérieur de la culasse 28 et venant en contact avec l'extrémité mobile du noyau plongeur curviligne 27. Le ressort de rappel 30 permet de rendre instable la position de point mort de la machine (quand le losange est un carré) et favoriser le déplacement vers la position la plus écrasée du losange. De manière similaire à la variante illustrée dans les figures 4a et 4b, lors du mouvement du rotor entraînant la déformation du losange 4, chaque noyau plongeur curviligne 27 décrit un mouvement en arc de cercle à l'intérieur de sa bobine d'excitation torique 29 contenue dans la culasse torique 28, arc de cercle dont le centre passe par l'axe de pivotement de l'articulation pivotante 7 reliant les deux pistons connexes 6 supportant le vérin torique 26. Ainsi, la machine illustrée dans les figures 5a et 5b peut fonctionner comme convertisseur d'énergie, tout en présentant un fonctionnement plus régulier et plus souple, car les actions des électroaimants se complètent au cours de la rotation. Dans une autre variante, non illustrée aux dessins, un électroaimant torique 26 peut être agencé autour de chaque articulation pivotante 7 du losange 4.
La solution présentée aux figures 4a, b et 5a, b convient plus particulièrement aux machines à forte cylindrée, basse pression et à fonctionnement réversible.
Les figures 6a et 6b représentent des vues schématiques en coupe de la machine de l'invention selon une sixième variante de réalisation, les flasques latéraux de fermeture de la machine étant retirés pour plus de clarté. La machine selon cette variante utilise quatre électroaimants 17 qui sont des ventouses toriques 31a à 31 d, chacune étant montée pivotante sur la face intrados 11 d'un piston 6, au centre de celle-ci. Plus particulièrement, chaque ventouse torique 31a à 31 d comporte une armature torique 32a à 32d qui a une forme générale de portion de tore. Chaque armature torique 32a à 32d est tenue à sa base par un support 33a à 33d monté à possibilité de pivotement, autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal de l'enceinte 1 , sur une face intrados d'un piston 6. Les quatre ventouses toriques 31a à 31 d ont des formes et dimensions identiques et sont agencées à l'intérieur de la cavité interne 10 de la machine, de manière à ce que les extrémités libres de leur armatures 32a à 32d respectives se trouvent l'une dans le prolongement de l'autre sur un même cercle de centre passant par l'axe longitudinal de l'enceinte 1.
La figure 6a représente la machine de l'invention comportant quatre électroaimants 17 de type ventouse torique 31a à 31 d se trouvant à égale distance l'un de l'autre, le losange 4 ayant pris la forme d'un carré. La figure 6b illustre la machine de la figure 6a, mais où le losange 4 a tourné à l'intérieur de l'enceinte 1 et les ventouses toriques 31a et 31b sont en contact et les ventouses 31c et 31 d sont également en contact, mais à bonne distance des deux précédentes. Pour améliorer le guidage, les ventouses sont guidées par un tore qui relie les ventouses entre elles. Dans un premier mode de fonctionnement, la machine des figures 6a et 6b convertit l'énergie mécanique d'un fluide, passant dans les cavités externes 8, en énergie électrique. Pour ceci, un fluide (par exemple de l'eau en provenance d'un circuit d'eau raccordé à la machine) arrive par un orifice d'entrée 12 dans l'une des cavités externes 8 de la machine et ressort par un orifice de sortie 13. L'énergie mécanique du fluide est transmise au rotor qui est ainsi entraîné en rotation à l'intérieur de l'enceinte. La rotation du losange va actionner chaque ventouse torique 31a à 31d en les déplaçant les unes vers les autres. Chaque ventouse torique effectue deux oscillations par tour. Ceci va induire un courant dans la bobine d'excitation de chaque ventouse torique, courant qui est, certes, plus faible que celui de la variante à vérins, mais suffisant pour être ensuite utilisé pour le démarrage de la machine, faisant que le fonctionnement de la machine est complètement autonome et ne nécessite pas de lancement si le losange n'est pas dans un point mort.
Dans un deuxième mode de fonctionnement, la machine des figures 6a et 6b convertit l'énergie électrique en énergie mécanique du fluide. Pour ceci, chaque ventouse torique 31a à 31 d est alimentée en énergie électrique, notamment par une alimentation électrique sinusoïdale classique du réseau ou plus généralement alternative (à différentes formes de signaux). Le courant alternatif parcourt, sur une première alternance du courant, les bobines d'excitation de chaque ventouse torique 31a à 31d, ce qui va, dans un premier temps attirer mutuellement les ventouses toriques 31a et 31 b qui, en même temps repoussent les ventouses toriques voisines (notamment la ventouse 31 d repousse la ventouse 31a et la ventouse 31 c repousse la ventouse 31b). Ainsi, avec une telle construction, les effets d'attraction et de répulsion des quatre ventouses sont cumulés. Sur l'autre alternance, à l'inversion du courant, les actions des ventouses sont inversées et deux autres couples des ventouses se forment entre les ventouses 31a et 31 d qui s'attirent et repoussent le couple formé par les ventouses 31 b et 31c. Les attractions et répulsions successives de l'ensemble commandent la variation de la distance entre deux sommets 5 opposés du losange 4, ce qui permet d'entraîner la machine, à condition qu'elle soit lancée dans un des deux sens de rotation lors de la phase transitoire de démarrage. Il est à noter que le sens de rotation de la machine est choisi en fonction du sens de circulation du fluide.
La figure 7 illustre une machine de l'invention selon une septième variante de réalisation, fonctionnant sur le même principe que la précédente, mais où les quatre ventouses toriques 31a à 31 d sont montées coulissantes sur une pièce torique centrale 34 qui est, elle, maintenue fixe en rotation par deux tiges 35 et 36. Les tiges 35 et 36 sont des tiges diagonales, chacune reliant deux sommets 5 opposés du losange 4. Dans cette variante de réalisation, les attractions et répulsions successives de l'ensemble commandent la variation de l'angle de rotation des médianes du losange, ce qui permet d'entraîner la machine, à condition qu'elle soit lancée dans un des deux sens de rotation lors de la phase transitoire de démarrage.
La solution présentée aux figures 6a, b et 7 convient plus particulièrement aux machines à moyenne cylindrée et basse pression du fluide.
Par volume de la machine, on comprend le cylindre de révolution fermé par les flasques latéraux et englobant le profil externe du stator de la machine selon une réalisation classique ou englobant la pièce la plus excentrée par rapport l'axe de rotation.
Par faible cylindrée, on comprend une machine dont les cavités externes 8 génèrent une cylindrée par tour qui représente moins de 1/5ieme du volume de la machine ; une moyenne cylindrée correspond à une machine dont les cavités externes 8 génèrent une cylindrée par tour de l'ordre de 1/5'eme du volume de la machine et une forte cylindrée est une machine dont les cavités externes 8 génèrent une cylindrée par tour qui représente plus de 1/5'eme du volume de la machine.
Par basse pression, on comprend une pression inférieure à environ 10 bar. Par haute pression, on comprend une pression supérieure à environ 10 bar.
Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention illustré de manière schématique sur les figures 8a et 8b, la machine comprend un deuxième dispositif électromagnétique 15 qui est une cage d'écureuil 37 intégrée au rotor 3 de la machine et coopérant avec des enroulements 39 montés sur le stator 2 qui forment un troisième dispositif électromagnétique 16. Des ouvertures d'entrée 12 et de sortie 13 permettent la circulation d'un fluide dans les cavités externes 8 de la machine, à partir d'un circuit de fluide raccordé à la machine (non représenté sur les dessins). Une telle machine est une machine asynchrone ou à induction permettant en même temps un traitement d'un ou plusieurs fluides.
En fonctionnement moteur, le rotor à cage d'écureuil 37 est préférentiellement alimenté par un courant alternatif triphasé, mais peut se satisfaire d'un courant monophasé modifié par des composants électroniques adéquats (l'induit de ce moteur se compose de quatre enroulements 39 fixes, montés sur la périphérie du stator 2. Le rotor 3 est constitué de quatre pistons 6, dans chaque piston étant insérée une série de gros conducteurs 38. Les conducteurs 38 sont disposés en ligne dans le piston 6 en étant uniformément répartis entre les deux articulations pivotantes 7. Toutefois, dans une variante avantageuse de l'invention, il est possible d'optimiser la disposition des conducteurs en les rapprochant des bobines d'induction statoriques 16, en inclinant les conducteurs pour plus de régularité et avec de plus grosses sections pour limiter les pertes et améliorer le rendement). Les conducteurs 38 peuvent servir d'armature pour une opération de surmoulage du piston avec un matériau électriquement isolant, ce surmoulage remplit aussi le profil optimal du piston et assure donc l'étanchéité à travers le piston. Le courant triphasé passant dans les enroulements 39 du stator 2 crée un champ magnétique rotatif qui induit un courant dans les conducteurs 38 de la cage d'écureuil 37. La réaction magnétique entre ce champ rotatif et les conducteurs 38 fait tourner le rotor 3. Le rotor doit tourner à une vitesse différente de celle du champ magnétique, pour induire un courant dans celui-ci. C'est le fonctionnement d'un moteur asynchrone qui entraîne le rotor 3 en rotation et permet le fonctionnement de la machine en tant que pompe ou compresseur ou doseur ou broyeur du fluide (chargé ou non) transitant dans ses cavités externes 8 et/ou ses cavités internes 10. Bien que la machine puisse avoir un fonctionnement réversible, son fonctionnement en tant que générateur de courant électrique en utilisant un entraînement du rotor par un fluide passant à travers ses cavités externes est généralement peu performant, on préfère l'utiliser en tant que moteur électrique d'entraînement d'un fluide. Ceci convient aux machines tournant à une grande vitesse de rotation, d'environ 1500 à 7500 tr/min.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la déformation du losange est calculée de manière à obtenir un entrefer radial fin. L'entrefer de la machine est limité à environ 10% de la longueur d'un côté du losange.
Avantageusement, les conducteurs 38 de la cage d'écureuil 37 peuvent être légèrement inclinés par rapport à l'axe de rotation de la machine, afin que le nombre de conducteurs 38 présents sous une même phase statorique soit constant quelle que soit la position angulaire de la cage d'écureuil 37. Cette variante de conception (non représentée sur les figures) permet de diminuer la variation de la réluctance du circuit magnétique au cours de la rotation, et ainsi de diminuer les oscillations de couple.
Dans une variante, on peut également envisager de réaliser des enroulements inclinés par rapport à l'axe de rotation de la machine.
Dans une variante (non représentée sur les figures), les enroulements 39 sont intégrés dans le rotor 3 et la cage d'écureuil 37 est intégrée au stator 2. Dans encore une autre variante (non représentée sur les figures), les enroulements 39 peuvent être agencés dans la cavité interne 10 du rotor 3, par exemple en étant intégrés dans une couronne centrale fixe en rotation. Ces enroulements 39 de la couronne centrale pouvant alors induire un courant dans les conducteurs 38 de la cage d'écureuil 37 intégrée dans le rotor 3, seuls ou en combinaison avec les enroulements 39 du stator 2. Dans encore une autre variante (non représentée sur les figures), deux cages d'écureuil 37, électriquement indépendantes, peuvent être intégrées dans le rotor 3 ou dans le stator 2 (par exemple une dans l'enceinte la seconde dans la couronne centrale). La cage externe, agencée radialement au plus proche de l'entrefer, et généralement constituée de matériaux plus résistifs, possède une faible dispersion magnétique et permet d'obtenir un couple plus important pendant la phase de démarrage. La cage interne, agencée radialement plus en retrait de l'entrefer, et généralement constituée de matériaux moins résistifs, est davantage active à un régime établi. Dans encore une autre variante (non représentée sur les figures), la cage d'écureuil 37 intégrée dans le rotor 3, peut être remplacé par des bobines constituant ainsi un rotor bobiné. -Reliées entre elles via des bagues, lesdites bobines sont montées en série avec des résistances électriques permettant ainsi une variation de la résistance électrique du rotor 3 ce qui autorise alors un démarrage rotorique.
D'autres variantes de ce deuxième mode de réalisation peuvent être avantageusement réalisées par combinaison de certaines variantes décrites, sans sortir du cadre des revendications..
Dans un troisième mode de réalisation de l'invention illustré de manière schématique sur les figures 9 à 11 , la machine comprend un deuxième dispositif électromagnétique 15 qui est un aimant ou une bobine (alimentée en courant continu) intégrés au rotor 3 de la machine et coopérant avec des enroulements montés sur le stator 2 qui forment un troisième dispositif électromagnétique 16. Des ouvertures d'entrée 12 et de sortie 13 permettent la circulation d'un fluide dans les cavités externes 8 de la machine, à partir d'un circuit de fluide raccordé à la machine (non représenté sur les dessins). Une telle machine est une machine synchrone permettant en même temps un traitement d'un fluide qui convient plus particulièrement aux machines fonctionnant à grande vitesse de rotation, directement liée à la fréquence du courant électrique d'alimentation et qui sont complètement réversibles.
Selon une première variante de ce troisième mode, et tel que mieux visible aux figures 9a et 9b, le rotor 3 de la machine comporte des aimants 40 de forme parallélépipédique. Dans l'exemple représenté, deux aimants permanents 40 sont intégrés dans chaque piston 6, de préférence surmoulés à l'intérieur d'un piston 6 réalisé, lui en un matériau électriquement isolant. Les deux aimants 40 d'un piston 6 sont agencés, le premier avec son pôle N faisant face à l'articulation pivotante 7 la plus proche et le deuxième avec son pôle S faisant face à son articulation pivotante 7 la plus proche. Le stator comprend huit enroulements 41 agencés sur sa périphérie. Les aimants 40 créent un champ magnétique constant, dont la direction varie faiblement selon la déformation du losange. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la déformation du losange est calculée de manière à obtenir un entrefer radial fin. L'entrefer radial de la machine est limité à environ 10% de la longueur d'un côté du losange.
Dans des variantes non illustrées sur les dessins, la machine peut comporter un nombre différent d'aimants ; elle peut comporter des aimants agencés sur la périphérie du stator, les enroulements étant alors intégrés au rotor. Dans encore une autre variante (non représentée sur les figures), les enroulements peuvent être agencés dans la cavité interne du rotor, par exemple en étant fixés sur une couronne centrale fixe en rotation. Ces enroulements de la couronne centrale peuvent alors induire un courant dans le rotor, seuls ou en combinaison avec les enroulements du stator 2. A titre d'exemple, en fonctionnement moteur, l'enroulement du stator est divisé en trois parties et alimenté en courant alternatif triphasé. La variation de ces trois ondes de courant dans le stator provoque une réaction magnétique des aimants et fait tourner le rotor à une vitesse constante déterminée par la fréquence du courant alternatif de l'alimentation. Une source d'alimentation de puissance monophasée peut également être envisagée.
Les figures 10a et 10b illustrent une deuxième variante de réalisation de la machine selon le troisième mode de réalisation, mais où le rotor 3 comprend des bobines 42 à la place des aimants permanents. Dans l'exemple représenté, le rotor 3 comprend quatre bobines de rotor 42, alimentées en courant continu et qui interagissent avec quatre bobines de stator 43 alimentées en courant alternatif triphasé ou monophasé.
Les figures 11a et 11 b illustrent une troisième variante de réalisation de la machine selon le troisième mode de réalisation où des aimants 40, ou les bobines 42,sont intégrés dans les articulations pivotantes 7. Les articulations pivotantes 7 étant en contact avec la surface interne de l'enceinte 1 ou présentant un faible jeu avec celle-ci, cette solution présente l'avantage d'avoir un faible entrefer radial et donc d'obtenir une machine plus efficace.
Les articulations pivotantes 7 sont réalisées de manière à rouler sans glissement à l'intérieur de l'enceinte 1. Leur rotation est provoquée par les aimants 40 (ou les bobines 42) qui alignent leurs polarités sur le champ magnétique créé par les bobines 41 ou 45. La couronne interne ou centrale 44 est facultative dans ce cas.
Dans une variante de réalisation de l'invention, les pivots des articulations pivotantes 7 roulent sur la paroi externe de la couronne centrale 44. La couronne externe formant l'enceinte 1 est facultative dans ce cas. Dans une autre variante, l'articulation pivotante 7 à aimant 40 (ou à bobine 42) peut être reliée à un piston 6 ou à un dispositif de transmission (non représenté sur les figures) et avoir une rotation limitée. Dans ce cas, les pivots glissent en étant guidés par la couronne interne centrale 44 ou par celle externe (on comprend celle formant l'enceinte 1) ou les deux. Les bobines stator 43 et bobines couronne centrale 45 entraînent le rotor, faisant que la machine fonctionne comme une machine synchrone, de manière similaire à celle décrite en référence aux figures 9a et 9b.
Les circuits d'alimentation électrique de la machine de l'invention sont adaptés au type de machine.
Ainsi, les machines synchrones à aimant et les machines asynchrones à cage d'écureuil peuvent se dispenser de dispositifs électrotechniques mobiles.
La mise en place de dispositifs électrotechniques sur les parties mobiles de la machine, par exemple dans le cas d'une machine synchrone, suppose également la mise en place de câbles avec des liaisons qui assurent le contact malgré le mouvement, par exemple via des contacts tournants, tout en assurant l'étanchéité par rapport au fluide véhiculé par la machine. Mise à part les circuits électriques et leurs raccords électriques généralement connus pour les machines électriques, on peut utiliser des solutions spécialement adaptées à une machine rotative à losange déformable (MRLD). Ainsi, il est possible d'utiliser les différents joints qui assurent l'étanchéité interne de la machine (joints latéraux, radiaux, disposés au niveau des pistons ou de leurs articulations pivotantes...) comme des patins de contact électrique (par exemple des joints en graphite sont particulièrement adaptés à ce fonctionnement). Par exemple, les joints latéraux des pistons (ou des articulations pivotantes) sont des patins de contact électrique avec une piste intégrée dans un des flasques latéraux de la machine et affleurant à la surface de celle-ci, cette piste étant réalisée elle aussi dans un matériau conducteur. On peut utiliser un fluide de refroidissement, de lubrification ou d'autres comme conducteur électrique, afin de faciliter le passage de l'électricité du stator au rotor ; en effet, un conducteur déformable et cisaillable comme un liquide est insensible aux mouvements relatifs. Il est aussi possible de relier des bobines d'induction en passant par des conduites aménagées dans les pièces de la machine qui se comporteraient comme des fils électriques.
Plusieurs exemples de réalisation de l'invention selon le premier, deuxième et troisième mode de réalisation seront décrits dans ce qui suit.
L'exemple 1 est relatif à une pompe de vidange 46 qui est réalisée selon la première variante du premier mode de réalisation de l'invention représentée aux figures 1a et 1b. L'électroaimant 17 est un vérin linéaire 18 agencé selon la diagonale du losange déformable 4. Le vérin est de préférence enveloppé dans un soufflet qui est rendu étanche au fluide pour éviter ainsi les courts-circuits avec le fluide pompé dans les cavités externes 8 de la machine. Deux flasques latéraux de fermeture (non illustrés aux figures) sont prévus de manière à prendre appui chacun sur l'une des faces frontales du stator et fermer ainsi l'ensemble afin d'assurer une étanchéité statique totale de la machine. De surcroît, comme tous les composants en mouvement de la machine sont fermés dans une enceinte présentant une bonne étanchéité statique et qu'il n'y a aucune pièce interne mobile reliée à une autre à l'extérieur de la machine, la machine peut se satisfaire d'une l'étanchéité statique sans qu'il y ait de fuite externe. Il n'y a donc pas besoin de systèmes d'étanchéité dynamiques souvent complexes et consommateurs d'énergie. L'électroaimant 17 est alimenté en un courant alternatif monophasé de préférence à une fréquence de 50 Hz, et il effectue une course d'environ 20 mm. L'électroaimant 17 a une puissance d'environ 100 W1 il est facilement intégré dans un cube ayant un côté de 60mm, qui représente le volume de la cavité interne 10 de la machine. L'encombrement d'une telle machine est un cylindre ayant un diamètre d'environ 120 mm et une hauteur d'environ 100 mm. La phase de démarrage de la machine est facilitée par l'agencement d'un dispositif d'arrêt du rotor dans une position préférentielle (non représenté sur les figures). De plus, une électronique de démarrage simple contrôle la polarité du courant lors de la mise sous tension de la machine. Ainsi, lors du démarrage de la machine, on est sûr de ne pas être à un point mort de la machine, et de partir dans le bon sens de rotation. Ensuite, lors de l'alimentation de l'électroaimant, les oscillations de son vérin provoquent des déformations cycliques du losange, ce qui entraîne une rotation du rotor à environ 1500 tr/min. La machine refoule par l'un des orifices de sortie 13 le fluide arrivant dans sa cavité externe 8 par l'un des orifices d'entrée 12 en amont à une surpression d'environ 0,5 bar et un débit d'environ 30 L/min. Les fuites internes dépendent de la nature du fluide pompé et des conditions de pression, mais elles restent limitées à 10 % du débit nominal.
Lorsque l'on coupe l'alimentation électrique aux bornes de l'électroaimant 17, la machine s'arrête et bloque le passage du fluide et ceci sans avoir à recourir à une électrovanne supplémentaire, ce qui réduit les coûts d'une telle pompe. Par ailleurs, de par le nombre réduit de pièces à géométrie simple, la structure de la pompe est simplifiée et les coûts de réalisation diminués. On obtient ainsi un ensemble compact, construit autour de l'actionneur électromécanique situé dans la partie centrale de la machine. Le stator 2 et le losange 4 sont de préférence réalisés en un matériau plastique par une technique d'injection afin de diminuer son poids et de pouvoir réaliser l'ensemble en grande série pour un faible coût.
Une telle solution convient plus particulièrement à une utilisation dans l'électroménager, par exemple comme pompe pour un lave-linge, ou comme surpresseurs domestiques, ou autre.
L'exemple 2, illustré aux figures 12 et 13 est relatif à une pompe à deux étages 47 réalisée selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, dont le principe a été décrit en référence aux figures 8a et 8b et dont les numéros de référence ayant une même fonction ont été conservés et reportés sur les figures 12 et 13. La pompe illustrée aux figures 12a à 12d est une machine asynchrone dont le stator 2 comporte des bobines sur sa périphérie, notamment quatre paires d'enroulements 39. Le rotor 3 intègre une cage d'écureuil 37, dont les barreaux 38 sont des armatures conductrices réalisées en un matériau électriquement conducteur, par exemple de l'acier et constituent, dans un mode avantageux de réalisation, les armatures de surmoulage des pistons 6. Le rotor est un losange 4 composé de pistons 6 reliés entre eux par des articulations pivotantes 7. Les articulations pivotantes 7 sont des cylindres en un matériau électriquement conducteur, par exemple de l'acier inoxydable plein, qui assurent la conduction électrique entre pistons adjacents.
Dans une variante de réalisation de l'invention (non illustrée dans les figures), le fluide pompé est conducteur, par exemple comportant des particules de matériau magnétique en suspension dans l'eau, et dans ce cas les pivots des articulations pivotantes 7 sont réalisés en un matériau plastique isolant. Les barreaux 38 de la cage d'écureuil 37 sont reliés entre eux via un câble conducteur qui traverse le pivot, conducteur qui est protégé par un soufflet étanche qui se déforme alors en fonction de l'écrasement du losange. La machine comporte, de plus, une couronne centrale 44 munie de bobines 49, notamment deux rangées parallèles de quatre paires de bobines 49 ayant également un rôle de stator de machine électrique, venant en complément des enroulements 39 du stator 2. La partie fixe de la machine est donc formée d'une couronne intérieure ou centrale 44 et d'une couronne extérieure ou stator 2 en étant réalisées chacune en feuillard d'acier dans lesquelles sont montées les enroulements 39, respectivement les bobines 49 d'induction en fil de cuivre (dans un exemple de réalisation) enrobé d'isolant. Les surfaces en contact avec le losange sont recouvertes d'une chemise en un matériau électriquement isolant. Les flasques latéraux de fermeture (non représentés sur les dessins) s'appuient à la fois sur les deux couronnes pour garantir une étanchéité statique totale. Les flasques sont des disques réalisés en une matière plastique dans lesquels sont aménagés les orifices d'admission et de refoulement. Ils peuvent être rigidifiés par des armatures métalliques. La machine convenant le mieux à ce type d'application est une machine rotative à losange déformable (MRLD) avec cage d'écureuil, car les bobines ne sont jamais en contact avec le fluide et ne subissent donc pas d'action électrochimique du fluide. De plus, les bobines à alimenter sont immobiles et facilement accessibles par l'extérieur de la machine sans poser de difficultés pour garantir l'étanchéité. Les figures 12 et 13 présentent la machine avec un profil (de l'enceinte 1 et de la couronne centrale 44) bien plus déformé qu'en réalité, afin de rendre plus visibles les déformations du losange au cours de sa rotation ainsi que les variations de volume des cavités externes 8 et internes périphériques 48 de la machine. Toutefois, la déformation du losange 4 de l'invention est calculée et limitée afin de permettre de limiter l'entrefer radial qui existe entre le losange 4 et le profil de l'enceinte 1 du stator 2, ainsi que celui de la couronne centrale 44. A titre d'exemple, la déformation du losange est limitée à environ 10% de la longueur d'un côté du losange de manière à obtenir un entrefer radial faible, limitant les pertes électromagnétiques. Le fonctionnement de la machine est proche de celui d'un moteur asynchrone à cage d'écureuil, mais où la cage est déformable. En effet, les bobines 39 du stator 2 créent un champ magnétique tournant qui induit un courant dans la cage d'écureuil 37 du losange 4. Chaque paire d'enroulements 39 ou bobines 49 peut être alimentée par du courant monophasé plus ou moins déphasé grâce à des condensateurs ou une électronique de commande plus perfectionnée. Les enroulements et bobines sont réalisés de manière connue à ceux des machines asynchrones classiques et ne seront pas décrits ici plus en détail. Dans une variante de réalisation de cet exemple, la machine peut encore plus facilement être alimentée en triphasé sans électronique avec des enroulements adaptés, soit par exemple trois paires d'enroulements 39 sur le stator 2 et trois paires de bobines 49 sur la couronne centrale 44, tel que visible aux figures 13a et 13b. Le nombre de paires de pôles varie en fonction de l'électronique de commande et de la vitesse de rotation souhaitée.
Les enroulements de la couronne interne centrale sont facultatifs et ont pour rôle de compléter l'action des enroulements de la couronne externe (formant l'enceinte 1) s'ils ont un décalage angulaire, ou de mieux diriger le flux magnétique, ou de renforcer l'action des enroulements de la couronne externe. Toutefois les enroulements de la couronne intérieure peuvent remplacer les enroulements de la couronne extérieure qui devient alors facultative.
Le dimensionnement des enroulements est très proche de celui d'une machine électrique asynchrone simple car l'entrefer radial reste faible, de préférence limité à environ 10 % de la longueur du côté du losange et le surmoulage en un matériau électriquement isolant des pistons ne perturbe que très peu le comportement de la machine.
Selon cet exemple de réalisation, le fluide est pompé à la fois par les cavités externes 8, ainsi que par les cavités internes périphériques 48. Deux cavités externes 8 fonctionnent ensemble à gauche et à droite de la machine, tel que vu par rapport à un plan vertical passant par l'axe longitudinal de la machine. De manière similaire, deux cavités internes périphériques 48 fonctionnent ensemble à gauche et à droite de la machine, mais en étant en opposition de phase et décalées de 90° par rapport aux cavités externes 8. Le fluide de travail, par exemple de l'air, arrive par un circuit raccordé à l'un des flasques latéraux de fermeture dans l'une des cavités externes 8, et est ensuite refoulé par un orifice (non représenté sur les figures) à travers le piston 6 qui ferme cette cavité, pour arriver dans une cavité interne périphérique 48, où il effectue encore un cycle de pompage avant d'être refoulé vers l'extérieur à travers un orifice du flasque latéral de fermeture opposé.
La surpression engendrée par la machine est de 3 bar pour un débit de 500 L/min.
La vitesse de rotation de la machine est de 3000 tr/min. La cylindrée de la machine est d'environ 170 cnWtour, soit une variation de volume de
14 cm3 pour les cavités externes 8 et de 7 cm3 pour les cavités internes périphériques
48.
La machine a l'encombrement d'un cylindre ayant un diamètre d'environ 500 mm et une hauteur d'environ 300 mm. Le diamètre moyen du profil du stator 2 est de l'ordre de 300 mm et celui de la couronne centrale 44 de l'ordre de 200 mm.
La puissance électrique est de l'ordre de 3,5 kW.
Les fuites internes dépendent de la nature du fluide pompé et des conditions de pression, mais elles restent limitées à 10 % du débit nominal. L'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur de la machine étant de type statique (en l'absence de surfaces en mouvement relatif), la machine ne présente aucune fuite externe. De surcroît, les performances électrotechniques de la machine dépendent moins de la pression, car il n'y a pas de joint d'arbre en rotation pouvant provoquer des pertes par frottement. Par ailleurs, de par l'absence d'accouplements magnétiques entre la partie moteur électrique et la partie pompe, le coût de la machine est beaucoup diminué.
On note également une bonne résistance chimique de la machine, car la structure mécanique de la machine est très simple et robuste et peut se réaliser avec de une grande variété matériaux possibles. Il s'ensuit également une fiabilité accrue de la machine, car le nombre de pièces étant restreint, le risque de panne est, par conséquent, moindre et la maintenance est également simplifiée, car la simplicité et la robustesse de la machine limitent le nombre de contrôles à effectuer.
L'efficacité énergétique est accrue car la conversion énergétique est très simple et directe.
L'exemple 3, illustré aux figures 14a à 14d est relatif à une turbine-pompe de barrage 50 réalisée selon un troisième mode de réalisation de l'invention, dont le principe a été décrit en référence aux figures 10a et 10b et dont les numéros de référence ayant une même fonction ont été conservés et reportés sur les figures 14a à 14d. L'intérêt majeur d'une machine rotative à losange déformable (MRLD) dans ce type d'application est de s'adapter à des débits très variables. La machine convenant le mieux à ce type d'application est une machine rotative à losange déformable (MRLD) de type synchrone car le couplage avec le réseau électrique est plus simple à réaliser et ne nécessite pas d'électronique de puissance lors du démarrage et de l'accouplement au réseau. Le stator de la machine électrique est ici formé d'une couronne centrale 44 munie de trois rangée de quatre paires de bobines 51 et du stator 2 munie de quatre paires de bobines 43. Les flasques latéraux de fermeture (non représentés sur les dessins) s'appuient à la fois sur l'enceinte 1 et la couronne centrale 44 du stator 2 pour garantir une étanchéité statique totale. Les machines adaptées à ce type d'application ont des tailles suffisamment grandes pour pouvoir aisément installer, de manière étanche au fluide, des connexions électriques tournantes.
Les cavités utilisées pour turbiner l'eau de la machine sont les cavités périphériques internes 48 gauches, internes 48 droites, externes 8 gauches et externes 8 droites. Les cavités sont mises en charge ou au contraire court-circuitées pour adapter la vitesse de rotation de la machine au débit disponible.
Comme dans l'exemple précédent, les figures 14a à 14d présentent la machine avec un profil (de l'enceinte 1 et de la couronne centrale 44) bien plus déformé qu'en réalité afin de mettre en valeur les déformations du losange 4 au cours de sa rotation ainsi que les variations de volume des cavités 8 et 48.
Toutefois, la déformation du losange 4 de l'invention est calculée et limitée afin de permettre de limiter l'entrefer radial qui existe entre le losange 4 et le profil de l'enceinte 1 du stator 2, ainsi que celui de la couronne centrale 44. Par valeur de déformation du losange, on comprend la différence entre la longueur du grand axe et celle du petit axe de l'enceinte 1 (ou dans une variante des axes de la couronne centrale 44). A titre d'exemple, la déformation du losange est limitée à 10% de la longueur d'un côté du losange, de manière à obtenir un entrefer radial égal à environ 10 % de la longueur d'un côté du losange. La machine est représentée avec des bobines réparties sur un cercle ce qui permet d'accentuer la géométrie du profil de l'enceinte. Toutefois, leur emplacement peut être différent afin d'avoir un entrefer moindre et quasi constant. Le fonctionnement de la machine est très proche de celui d'un moteur synchrone dans lequel le rotor serait déformable. En effet, les bobines 43 du stator 2 et les bobines 51 de la couronne centrale 44 créent un champ magnétique tournant sur lequel s'aligne le champ magnétique constant du rotor 3. Pour limiter les courts-circuits avec l'eau et les courant de Foucault, le stator 2 et la couronne centrale 44 sont réalisés en un feuillard d'acier recouvert d'isolant dans lesquelles sont montées des bobines d'induction 43, respectivement 51 , réalisées en fil de cuivre (dans un exemple de réalisation) enrobé d'isolant. Le losange 4 est composé des pistons 6 reliés par des articulations pivotantes 7. Les pivots ou articulations pivotantes 7 sont des cylindres d'acier inoxydable recouverts d'un isolant à bas coefficient de frottement. Les pistons 6 sont réalisés en un feuillard d'acier recouvert d'isolant, puis surmoulés par un matériau plastique ayant des propriétés d'isolant électrique. Les flasques latéraux de fermeture sont des disques plastiques dans lesquels sont aménagés les orifices d'admission et de refoulement. Ils peuvent être doublés de plaques d'acier pour rigidifier les parois lors de la mise sous pression. La machine est présentée avec quatre paires d'enroulement ou bobines 43 sur le stator 2, respectivement trois rangées de quatre paires de bobines 51 sur la couronne centrale 44, et une bobine 42 à l'intérieur de chacun des pistons 6 formant le rotor 3. Chaque paire de bobine 43, respectivement 51 de stator peut être alimenté par du courant monophasé plus ou moins déphasé grâce à des condensateurs ou une électronique de commande plus perfectionnée. Les enroulements et bobines sont réalisés de manière connue à ceux des machines synchrones classiques et ne seront pas décrits ici plus en détail. La machine peut encore plus facilement être alimenté en triphasé, sans électronique de commande, avec des enroulements adaptés, soit par exemple six paires d'enroulements sur le stator 2, trois rangées de six paires d'enroulements sur la couronne centrale 44, et une seule rangée de bobines 42 par piston 6. Le nombre de paires de pôles varie en fonction de l'électronique de commande et de la vitesse de rotation souhaitée.
Dans une variante de réalisation de la machine, les enroulements 51 de la couronne centrale 44 peuvent être omis.
Le dimensionnement des enroulements est très proche de celui d'une machine électrique synchrone simple car l'entrefer reste faible, il est limité à environ 10% de la longueur d'un côté du losange, et le surmoulage en matériau électriquement isolant des pistons ne perturbe que peu le comportement de la machine. La vitesse de rotation nominale de la machine est d'environ 1500 tr/min.
La puissance de la machine est de l'ordre de 0,5 MW pour une chute d'eau d'environ
50 m à un débit d'environ 1 m3/s.
La machine turbine un débit nominal d'environ 0,2 m3/s (à cylindrée minimale) jusqu'à un débit d'environ 1 m3/s (à cylindrée maximale) en adaptant de manière quasi continue sa cylindrée.
Le tableau ci-dessous donne, à titre indicatif, des valeurs calculées du débit et de la cylindrée de la machine lors des diverses phases de fonctionnement :
Figure imgf000042_0001
La machine a l'encombrement d'un cylindre ayant un diamètre d'environ 1m et une hauteur d'environ 0,5 m.
Les fuites internes dépendent des conditions de pression et de vitesse de rotation, mais elles restent limitées à 10 % du débit nominal.
L'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur de la machine étant de type statique (en l'absence de surfaces en mouvement relatif), la machine ne présente aucune fuite externe. De surcroît, les performances électrotechniques de la machine dépendent moins de la pression, car il n'y a pas de joint d'arbre en rotation pouvant provoquer des pertes par frottement.
De par la variation de sa cylindrée (voir tableau ci-dessus), la machine peut fonctionner à sa vitesse nominale à plusieurs débits.
Le coût de la machine est très réduit, car la machine rotative à losange déformable
(MRLD) a une structure mécanique simplifiée, peu de composants et un besoin de régulation très limité. En effet, la machine rotative à losange déformable (MRLD) est très compacte, parfaitement équilibrée et peut accepter des orifices d'admission ou de refoulement radiaux ou orthoradiaux (à travers le stator 2), ou axiaux à travers les flasques latéraux de fermeture. De surcroît, le coût de maintenance est moindre, car la machine a des profils géométriques simples et peut donc mettre en oeuvre des matériaux plus résistants qui sont mieux adaptés à l'érosion, la corrosion, la cavitation...
La machine a un comportement de machine volumétrique, ce qui facilite son démarrage.
Selon l'invention également, l'utilisation d'un quatrième dispositif électromagnétique 52, agencé pour venir en contact thermique avec le fluide qui transite dans les cavités à volume variable de la machine, permet de transformer directement de la chaleur du fluide en électricité aux bornes de son circuit électrique ou de d'échanger des calories avec ledit fluide lors de l'application d'un courant électrique aux bornes du circuit électrique de ce quatrième dispositif électromagnétique. Une machine réalisée selon un quatrième mode de réalisation comprend un tel quatrième dispositif électromagnétique 52 et est illustrée, à titre d'exemple aux figures 15a, 15b et 16.
Les figures 15a et 15b illustrent une machine de l'invention comportant des quatrièmes dispositifs électromagnétiques 52 qui sont dans ce cas réalisés sous forme d'organes thermoélectriques 55.
En ce qui concerne l'intégration des organes thermoélectriques 55 au sein de la machine, sachant qu'afin d'imposer ou d'exploiter une différence de température, un organe thermoélectrique nécessite deux niveaux de température, on utilise de manière avantageuse les nombreux accès possibles à l'intérieur de la machine, qui permettent facilement d'assurer cette contrainte de contact thermique devant être établi entre l'organe thermoélectrique et le fluide traité par la machine.
Plusieurs possibilités d'intégration d'un organe thermoélectrique au sein de la machine sont envisagés, les organes thermoélectriques pouvant, par exemple, être intégrés dans le rotor 3 de la machine (notamment dans les pistons 6, ou les articulations pivotantes 7) ou dans le stator 2 (notamment au sein de l'enceinte 1 , des parois latérales de fermeture, ou de la couronne centrale 44). Dans le cas d'une intégration dans le piston 6, l'organe thermoélectrique peut imposer ou exploiter une différence de température entre l'intrados 11 d'un piston 6 (qui donne accès aux cavités internes 10 et internes périphériques 48) et l'extrados 9 d'un piston 6 (qui donne accès aux cavités externes 8). Dans le cas d'une intégration dans les parois latérales de fermeture, l'organe thermoélectrique peut imposer ou exploiter une différence de température entre l'intérieur de la machine (accès aux cavités 8, 10 et 48) et l'extérieur de la machine. Dans le cas d'une intégration dans l'enceinte 1 , l'organe thermoélectrique peut imposer ou exploiter une différence de température entre l'intérieur de la machine (accès aux cavités 8) et l'extérieur de la machine.
Dans le cas d'une intégration dans la couronne centrale 44, l'organe thermoélectrique peut imposer une différence de température entre l'intérieur de la machine (accès aux cavités 48) et l'extérieur de la machine.
Concernant le dimensionnement des organes thermoélectriques, selon les couples de matériaux employés, les organes thermoélectriques seront aptes à résister et à exploiter ou à imposer des différences de température de 1 ou 2°C jusqu'à des différences de températures pouvant aller jusqu'à environ 5000C (la machine devrant être dimensionnée de manière à ce que ces composants électriques, magnétiques ou électromagnétiques et leurs isolants puissent résister à la température du fluide véhiculé par la machine). Les matériaux constituants de ces organes thermoélectriques ont, de préférence, une bonne conductivité électrique et une faible conductivité thermique.
Ces organes se présentent sous différentes formes, par exemple des plaques souples, des blocs, des mousses nanostructurées...
Le rendement global de tels organes thermoélectriques est actuellement de l'ordre de 10%.
Tel que visible aux figures 15a et 15b, un organe thermoélectrique 55 est réalisé sous forme d'une plaque souple, un premier organe thermoélectrique 55 étant fixé sur le flasque latéral d'admission 53, à l'extérieur de celui-ci, et un deuxième organe thermoélectrique 55 étant fixé sur le flasque latéral de refoulement 54 de fluide transitant dans la machine, à l'extérieur du flasque de refoulement 54. Les flasques latéraux d'admission 53 et de refoulement 54 sont réalisés chacun en un matériau thermiquement conducteur et sont en contact avec le fluide traversant les cavités à volume variable de la machine. La machine comporte par ailleurs une cavité centrale 44 comportant des bobines 49, un losange 4 se déplaçant à l'extérieur de cette cavité centrale 44, les pistons du losange 4 renfermant un dispositif à cage d'écureuil 37, et un stator 2 comportant des enroulements 39, le fonctionnement de ces composants a été mieux expliqué en référence aux figures 12a à 12d. En fonctionnement, les organes thermoélectriques 55 utilisent la différence de température existante entre celle du fluide à l'intérieur de la machine et, de préférence, celle d'un flux d'air de refroidissement en provenance d'un ventilateur (non représenté sur les figures) pour la transformer directement en électricité aux bornes de son circuit électrique ou, lorsqu'il est alimenté en électricité, de déplacer des calories vers le fluide transitant la machine.
La figure 16 illustre de manière schématique un autre exemple de réalisation d'une machine selon le quatrième mode de réalisation de l'invention. La machine comprend un stator 2 à l'intérieur duquel est agencé un rotor 3 qui est un losange déformable 4 comportant quatre pistons 6 reliés par des articulations pivotantes 7. Dans une première variante, chaque piston 6 intègre une résistance électrique qui est réalisée sous forme d'un bloc chauffant électrique 56 en un matériau céramique adaptée. Les blocs chauffants électriques 56 sont reliés à un circuit électrique d'alimentation et produisent de la chaleur lors du passage du courant, chaleur qui est directement transmise au fluide circulant dans les cavités externes 8 de la machine.
Dans une deuxième variante illustrée schématiquement sur la figure 16, le stator 2 peut intégrer une ou plusieurs bobines d'induction 57 qui, lorsqu'elles sont alimentées en électricité, induisent un courant dans un fluide ferromagnétique 58 circulant dans les cavités externes 8 de la machine. La machine réalisée selon cette variante peut comporter les bobines d'induction 57 coopérant avec le fluide ferromagnétique 58 pour fournir des calories au fluide 58 seules ou en combinaison avec les blocs chauffants électriques 56 précédemment décrits.
A titre d'exemple, plusieurs utilisations des quatrièmes dispositifs électromagnétiques sont envisageables, ceux-ci pouvant fonctionner en mode chauffage ou refroidissement du fluide transitant les cavités de la machine.
Ainsi, dans le cas d'une MRLD fonctionnant comme compresseur, l'énergie mécanique nécessaire à la machine est fournie à l'aide des premiers 14 et /ou deuxièmes 15 et troisièmes 16 dispositifs électromagnétiques. Lors de la compression, le gaz aura tendance à s'échauffer. Le quatrième dispositif électromagnétique 52 (qui peut être une résistance électrique ; une bobine d'induction lorsque le fluide est ferromagnétique ; ou un organe thermoélectrique) permet alors de réchauffer encore plus le gaz afin d'en augmenter la pression, si l'on fournit encore plus d'énergie électrique, ou, à l'inverse, (lorsque l'on utilise un organe thermoélectrique) d'abaisser la température du fluide pour récupérer de l'énergie électrique.
Dans le cas d'une MRLD du type d'une génératrice électrique, l'énergie mécanique nécessaire à la machine est, par exemple, fournie par l'injection d'un gaz sous pression, suivie de sa détente dans la machine. L'énergie électrique est alors principalement récupérée grâce aux premiers dispositifs électromagnétiques 14 et/ou deuxième 15 et troisième 16 dispositifs électromagnétiques. Lors de la détente, le gaz va avoir tendance à se refroidir. Le quatrième dispositif électromagnétique 52 (par exemple un organe thermoélectrique) permet alors d'exploiter cette différence de température pour récupérer encore plus d'énergie électrique, ou, à l'inverse (en utilisant une résistance électrique ; ou une bobine d'induction lorsque le fluide est ferromagnétique ; ou un organe thermoélectrique) d'élever la température du fluide pour récupérer plus d'énergie mécanique. Dans le cas d'une MRLD récupératrice d'énergie électrique sur une source chaude, on introduit un gaz chaud dans la machine, un quatrième dispositif électromagnétique 52 (par exemple un organe thermoélectrique) permet alors d'exploiter cette haute température pour récupérer de l'énergie électrique. Le gaz est également refroidi ce qui a pour effet de diminuer sa pression et donc d'entraîner la rotation du losange de manière suffisante pour entretenir le débit.
Dans le cas d'une MRLD fonctionnant comme compresseur bi-étagé, l'intégration d'un organe thermoélectrique dans la machine permet, d'une part, d'améliorer le rendement de la compression en récupérant de l'énergie électrique et, d'autre part, de rendre la compression isotherme en abaissant la température du gaz comprimé. Les organes thermoélectriques exploitent ainsi la différence de température entre le gaz comprimé qui s'échauffe lors de la compression et l'air extérieur à la machine qui est à température ambiante.
L'organe thermoélectrique peut être constitué d'une plaque souple collée à l'extérieur de la machine sur les zones planes et sans conduites des parois latérales de fermeture. Les parois servent donc de source chaude. La source froide est un courant d'air forcé sur les faces libres de l'organe thermoélectrique. La ventilation de la paroi sert aussi au refroidissement du moteur électrique.
En fonctionnement, lorsque la température d'admission du fluide dans la machine (température qui est aussi la température extérieure) est d'environ 200C, la température en fin de compression sans organe thermoélectrique est d'environ 500C. La mise en place de d'organes thermoélectriques (aux performances actuelles) permet d'abaisser cette température à environ 40°C et de générer une puissance électrique d'environ 5OW sur un compresseur de 3,5kW.
D'autres variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention telle que délimitée dans les revendications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine rotative à losange déformable comportant un rotor (3) qui est un losange déformable (4) en contact, avec ou sans jeu, avec la surface interne d'une enceinte (1) et/ou avec la surface externe d'une couronne centrale (44) formant un stator, ledit losange déformable (4) comprenant une pluralité de pistons (6) reliés, et de préférence quatre pistons reliés, l'un à la suite de l'autre, par une articulation pivotante (7) d'axe parallèle à l'axe longitudinal de l'enceinte
(1) et formant ainsi une chaîne fermée ; des moyens de raccordement de la machine à au moins un circuit de fluide transitant dans les cavités à volume variable externes (8) et/ou internes (10,48) de la machine ; ladite machine étant apte à fonctionner comme pompe et/ou compresseur et/ou moteur hydraulique et/ou moteur pneumatique et/ou turbine et/ou doseur et/ou broyeur d'au moins un fluide traversant ses cavités (8,10,48), ladite machine étant caractérisée en ce que : le rotor (3) comprend au moins un premier dispositif électromagnétique (14) dont le fonctionnement est lié à la déformation du losange (4) ; et/ou que le rotor (3) comprend au moins un deuxième dispositif électromagnétique (15) coopérant, via le mouvement relatif de rotation du rotor (3) par rapport au stator, avec un troisième dispositif électromagnétique (16) appartenant à l'enceinte (1) du stator et/ou à la couronne centrale (44) ; et/ou que la machine comprend au moins un quatrième dispositif électromagnétique (52) agencé pour venir en contact thermique avec le fluide dans les cavités à volume variable de la machine, et en ce que ledit au moins un dispositif électromagnétique (14,15,16,52) est apte à convertir directement l'énergie mécanique et/ou thermique du ou des fluides transitant dans lesdites cavités à volume variable de la machine en énergie électrique aux bornes d'un circuit électrique auquel est relié ledit au moins dispositif électromagnétique (14,15,16,52) et/ou à convertir directement l'énergie électrique d'alimentation dudit dispositif électromagnétique (14,15,16,52) en énergie mécanique et/ou thermique du ou des fluides transitant dans les cavités à volume variable de la machine.
2. Machine selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ledit premier dispositif électromagnétique (14) est un électroaimant (17) agencé à l'intérieur du rotor (3) en étant relié au losange (4).
3. Machine selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit électroaimant (17) reçoit une alimentation en énergie électrique et commande la déformation du losange (4) permettant à la machine de fonctionner comme pompe et/ou compresseur et/ou doseur et/ou broyeur d'un fluide traversant ses cavités.
4. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que le passage du fluide dans les cavités entraîne la rotation du rotor (3) et la déformation du losange (4) qui est transformée en énergie électrique récupérée aux bornes dudit électroaimant (17).
5. Machine selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que ledit électroaimant est un vérin linéaire (18) ou une ventouse linéaire (19).
6. Machine selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit électroaimant (17) est relié, à l'une de ses extrémités à une première articulation pivotante (7) du losange (4) ou à une première face intrados (11) d'un piston (6) et l'autre extrémité est reliée à ou coopère avec une deuxième articulation pivotante, opposée à la première, ou à une carcasse (24) centrale, respectivement à ou avec une deuxième face intrados située en vis-à-vis de la première.
7. Machine selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que ledit électroaimant est un vérin torique (26) monté avec l'une de ses extrémités sur la face intrados (11) d'un piston (6), l'autre extrémité coopérant avec la face intrados d'un piston (6) adjacent.
8. Machine selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit électroaimant est une ventouse torique (31a,31 b,31c,31d) montée pivotante sur la face intrados (11) d'un piston (6).
9. Machine selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'elle comporte quatre ventouses toriques (31a,31 b,31c,31d) montées pivotantes au centre des faces intrados (11 ) des pistons (6), lesdites ventouses étant amenées à coopérer entre elles lors de la déformation du losange (4).
10. Machine selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ledit deuxième dispositif électromécanique (15) est une cage d'écureuil (37) dont les barreaux sont intégrés dans les pistons (6) du losange (4) et que ladite cage d'écureuil (37) coopère avec des enroulements (39) intégrés au stator (2), et/ou avec des bobines (49) intégrées à la couronne centrale (44), formant le troisième dispositif électromagnétique (16).
11. Machine selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'alimentation en énergie électrique des enroulements (39) du stator (2) crée des courants induits par le champ magnétique qui mettent en rotation le rotor (3) faisant que la machine fonctionne comme pompe et/ou compresseur et/ou doseur et/ou broyeur du fluide traversant ses cavités.
12. Machine selon la revendication 10, caractérisée en ce que la magnétisation et l'entraînement en rotation de la cage d'écureuil (37) du rotor (3) crée des courants induits dans les enroulements (39) du stator (2), et/ou dans les bobines de la couronne centrale (44), de manière que la machine fonctionne comme turbine et/ou moteur hydraulique et/ou moteur pneumatique et génératrice électrique.
13. Machine selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ledit deuxième dispositif électromécanique (15) comprend au moins un aimant (40) ou au moins une bobine (42) alimentée en courant continu, ledit aimant ou ladite bobine coopérant avec au moins une bobine (43) intégrée au stator (2), et/ou avec au moins une bobine (51) intégrée à la couronne centrale (44), formant le troisième dispositif électromagnétique (16).
14. Machine selon la revendication 13, caractérisée en ce que ledit deuxième dispositif électromagnétique (15) comprend au moins un aimant (40), ou au moins une bobine (42) alimentée en courant continu, intégré dans un piston (6) du losange (4).
15. Machine selon la revendication 13, caractérisée en ce que ledit deuxième dispositif électromagnétique (15) comprend au moins un aimant (40), ou au moins une bobine (42) alimentée en courant continu, intégré dans une articulation pivotante (7) du losange (4).
16. Machine selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisée en ce que le passage du fluide dans les cavités (8,10,48) de la machine entraîne la rotation du rotor (3) produisant aux bornes des bobines (43) du stator (2), et/ou aux bornes des bobines (51) de la couronne centrale (44), un courant électrique dont la fréquence est déterminée par la vitesse de rotation du rotor (3).
17. Machine selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisée en ce que l'on applique aux bornes des bobines (43) du stator (2), et/ou aux bornes des bobines (51 ) de la couronne centrale (44), un courant électrique dont la fréquence détermine la vitesse de rotation du rotor (3) et permet un fonctionnement de la machine comme pompe et/ou compresseur et/ou doseur et/ou broyeur d'un fluide traversant ses cavités (8,10,48).
18. Machine selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ledit quatrième dispositif électromagnétique (52) est un organe thermoélectrique (55).
19. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un fluide conducteur électrique (refroidissement, lubrification ou fluide de travail) serve à conduire le courant dans la machine.
20. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des joints dynamiques qui servent de contacts électriques entre le rotor et le stator.
21. Pompe de vidange (46) comportant une machine selon l'une des revendications 1 , 2, 3, 5 ou 6.
22. Pompe à deux étages (47) comportant une machine selon l'une des revendications 1 , 10 ou 11.
23. Turbine - pompe de barrage (50) comportant une machine selon l'une des revendications 1 , 13, 14,15 ou 16.
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