Système homopolaire à multi-rotors orbitaux

SYSTEME UNIPOLAIRE A MULTI ROTORS ORBITAUX
ROSCHIN VLADIMIR, GODIN SERGEI
26 mai 2006
Résumé: une machine à multi rotors orbitaux emploie des aimants
cylindriques électriquement conducteurs (20) axialement parallèles,
disposés circulairement autour de l'axe vertical de l'anneau du stator
central (23). Un roulement (33) assure la rotation à chaque extrémité de
chaque aimant à un plateau terminal correspondant circulaire
électriquement conducteur (31, 32), chacun légèrement plus large que le
stator (23). Un axe électriquement conducteur (21) situé dans le centre du
stator (23) attache solidement le plateau circulaire haut (31), et un
roulement isolé électriquement (44) attache le centre du plateau terminal
circulaire bas (32) à un cylindre intérieur coaxial (43), situé entre l'axe (21)
et le stator (23).
Documents relatifs :
Cette application est sensiblement la même que l’application déposée aux
États-Unis sous le numéro de série non provisoire 10/673,022 déposée le
27 septembre 2003, avec sensiblement les mêmes caractéristiques et par
les mêmes inventeurs.
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne généralement le domaine du courant
continu, des moteurs et générateurs électriques, qui fonctionnent sans
avoir besoin de commutation et/ou de rectification, et plus
particulièrement des machines homopolaire à multi rotors qui tirent leurs
EMF (force électromotrice) des aimants en co-rotation et de disques
métalliques.
CARACTÈRE TECHNIQUE
Le caractère technique de cette invention réside dans le mode inventif qui
comprend la production d'électricité en courant continu par la co-rotation
d'une pluralité d'aimants et d'un disque métallique ayant une multitude
d'applications industrielles. Elle comprend une machine homopolaire
améliorée avec des aimants électriquement conducteurs, axés
parallèlement, cylindriques, équilibrés dynamiquement, disposés en cercle
autour de l'axe vertical de l'anneau du stator central.
CONTEXTE
En 1831, Michael Faraday découvrit qu'un aimant cylindrique suspendu
par un fil et dont le bas touchait un bain de mercure pouvait produire de
l'électricité si un second contact électrique était fait à la périphérie du
milieu de l'aimant et si on le faisait tourner sur son axe. Son expérience
était une machine homopolaire d'une seule pièce, depuis, l'aimant et le
conducteur ont été réunis. Ces générateurs de Faraday ont également été
appelés générateurs acycliques, unipolaires ou homopolaires car aucune
commutation ou alternance des pôles magnétiques n’est nécessaire pour
cette machine, pour produire de l'électricité. Le type de production
électrique est le plus souvent en courant continu (DC), sauf si des moyens
spécifiques sont conçus pour fournir une interruption de la conduction
radiale et ainsi simuler le courant alternatif (AC). Historiquement, le DC a
été développé par Thomas Edison au début du 20ème siècle au même
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moment le AC a été développé par Nikola Tesla et Georges Westinghouse.
Dans l'avenir, le DC va revenir à la mode avec l'émergence des câbles
supraconducteurs à température ambiante. Par conséquent, de très
efficace générateurs homopolaires seront sollicités pour satisfaire la
future demande du marché en électricité à courant continu.
Les générateurs homopolaires ont généralement un seul disque ou un
tambour tournant dans un champ magnétique stationnaire muni de
contacts glissants. Les contacts glissants présentent toutefois souvent des
résistances élevées. La construction et l'exploitation de machines
homopolaires sont déjà bien connues par exemple pour la propulsion de
navires électriques ou de canons à rails. Ces machines comprennent des
moteurs et générateurs électriques dans lesquels le courant électrique
s’écoule sur un conducteur situé dans un champ magnétique pendant la
rotation du rotor de la machine.
Dans le cas d'un moteur homopolaire, le courant développera une force J
X B perpendiculaire à la direction de son écoulement sur le conducteur et
ceci due au champ magnétique. Dans le cas d'un générateur homopolaire,
une tension dépendante de la vitesse de rotation, du champ magnétique,
et du rayon, est induite dans un conducteur en mouvement dans le
champ magnétique. Lorsque le courant est tiré de la génératrice
homopolaire, il développe également une force J X B pour la même raison
que le moteur, mais celle-ci est appelée retour de couple ou réaction
d'armature. Des informations générales, incluant les principes de base
utilisés pour réduire le retour de couple, peuvent être trouvés dans le
manuel homopolaire de Thomas Valone.
L'art premier comprend rarement des machines homopolaires d'une seule
pièce qui font tourner l'aimant avec le disque. Le concept de contacts
roulants est encore moins connu. L'élimination de contacts glissants est
montrée dans le "Générateur homopolaire Planétaire", IBM Bulletin de
divulgation technique, Vol. 17, N ° 6, p. 1786-87, novembre 1974 H.D.
Varadarajan.
En utilisant une ceinture conductrice ou des contacts roulants pour
obtenir le courant à partir d'un flux de champ magnétique coupant le
rotor, il y a un champ magnétique annulaire à travers lequel le rotor
effectue un mouvement planétaire.
Les fortes contraintes résultant de la force centrifuge du rotor planétaire
massif et déséquilibré est un net désavantage, interdisant l'utilisation à
grande vitesse. Ainsi, seul un faible taux de rotation est possible avec la
conception d'IBM.
La "Machine homopolaire à courant continu" US. patent N° 5.587.618 de
Hathaway, démontre un concept analogue de mouvement relatif entre une
brosse conductrice en orbite autour d’une armature fixe magnétisée en
forme de disque.
Toutefois, la conception est un peu lourde pour être pratiquée.
Science Applications International Corporation revendique un moteur
générateur homopolaire à double disque muni d’une ceinture
conductrice, dans le brevet US. N ° 5.241.232 de Reed qui réinvente
apparemment la "dynamo électrique Machine" du brevet US N° 406.968
brevetée par nul autre que Nikola Tesla en 1889, qui a également deux
rotors magnétiques unipolaires reliés par une ceinture conductrice. La
machine unipolaire à double ceinture résout un des problèmes qui
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touchent le domaine, en offrant deux contacts glissants à basse vitesse
sur la surface de l'essieu. Toutefois, la présente invention ne nécessite
qu'un seul contact glissant sur l'essieu. Ces machines à ceinture
conductrice montrent aussi, en principe, la notion de multi rotors à
mouvement planétaire, par le processus de transformation de
coordonnées, puisque le mouvement relatif est la clé du fonctionnement
d'un générateur homopolaire. La notion de contact roulant est montrée
avec la « dynamo électrique Machine » de Dalen US. N° 645943, où deux
disques tournent dans des directions opposées en étant en contact l'un
avec l'autre à leur périphérie. Toutefois, l'essieu de chaque disque doit
rester en place fixe, alors que dans la présente invention, chaque axe est
en mouvement orbital.
Les machines homopolaires peuvent fonctionner tant comme des moteurs
que comme des volants d’inertie, et utilisées comme dispositifs de
stockage d'énergie. D'abord utilisés dans les applications de transport
dans les années 1950, les volants d’inertie des autobus ont été conçus
pour qu’ils accélèrent à chaque arrêt. Les rotors composites actuels ont
été développés pour tourner à des révolutions élevées (100.000 tours par
seconde), et la vitesse est limitée par la résistance à la traction de la jante
du rotor. En utilisant une conception multi rotor, la force centrifuge d'un
grand disque peut être considérablement réduite, en maintenant toujours
la production de stockage à haute énergie. En utilisant des paliers
magnétiques, la friction sur l'axe du rotor peut être réduite suffisamment
pour que ce rotor puisse conserver la plupart de l'énergie pendant
plusieurs jours. Le rotor planétaire IBM/Varadarajan est déséquilibré et a
un faible taux de coupe du flux magnétique en raison de sa conception de
champ magnétique annulaire. La machine à courant continu d’Hathaway
a beaucoup de matière conductrice déséquilibrée en orbite autour du
disque central magnétisé, ce qui limite la vitesse de rotation. Les
conceptions à ceinture conductrice peuvent être soumises à l'oxydation et
au glissement, exigeant même une courroie de distribution dentée sur
chaque essieu. Avec la plupart des modèles de générateurs homopolaires à
disque, par opposition à ceux à tambour, les contacts glissants sont la
plus importante contribution à la résistance inhibant la puissance de la
machine. La résistance interne est la seule limite à la capacité de sortie
d'un générateur homopolaire et il est important de réduire toutes les
sources de résistance interne pour obtenir la puissance maximale pour un
couple d'entrée donné. Plutôt que d'utiliser des charbons à haute
résistance, des brosses d'argent graphité à résistance moyenne ou de
dangereux liquides conducteurs tels que le mercure, la soudure à basse
température, ou du sodium potassium, il est nécessaire d'éliminer
complètement les frottements des contacts glissants à la périphérie à
haute vitesse du rotor aimanté. En outre, plutôt que de maintenir deux
contacts glissants qui contribuent à la friction et à la résistance, même
dans les concepts et modèles roulants et à ceinture, il est nécessaire de
réduire le nombre à un seul contact glissant à haut rendement. La
présente invention répond à ces deux besoins.
RÉSUMÉ :
La présente invention produit de l'électricité directe par co-rotation d'une
pluralité d'aimants et d'un disque métallique. Elle comprend une machine
homopolaire améliorée composée d’aimants dynamiquement équilibrés,
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axés parallèlement, cylindriques, électriquement conducteurs, disposés en
cercle autour de l'axe vertical de l'anneau du stator central. Une telle
conception peut être référencée comme une génération distribuée dans
laquelle chaque aimant du rotor génère seulement une fraction du
courant qui est transmis par la machine. Ainsi, les paliers conducteurs
communiquant avec le centre de chaque extrémité des aimants rotors,
peuvent transporter seulement un dixième ou moins du courant total.
Le multi rotor homopolaire orbital ne comprend pas non plus de contacts
glissants à chaque jante de rotor magnétisé, mais utilise plutôt un moyen
de contact roulant approprié, fixé indépendamment des aimants et de
l'anneau du stator pour contacter intimement et permettre un roulement
non glissant entre les aimants en orbite et le stator. Les rotors magnétisés
maintiennent le synchronisme de rotation et une position relative égale
entre eux au moyen de roulements qui assurent la fixation en haut et en
bas de chaque aimant sur une plaque circulaire correspondante
électriquement conductrice.
L'énergie électrique est extraite, ou injectée s'il est utilisé comme un
moteur, grâce à des contacts sur le stator conducteur et sur l’essieu
conducteur situé au centre de la machine qui est fixé solidement à la
plaque circulaire supérieure qui tourne avec tous les rotors
individuellement magnétisés. Le seul contact mobile à courant élevé qui
est requis est un palier de butée électriquement conducteur qui supporte
l'axe central. Un palier de butée isolant sépare l'axe du centre du plateau
circulaire inférieur. Le stator, qui est bien sûr stationnaire, fourni le
deuxième moyen de contact grâce à une connexion électrique standard
sans avoir besoin de contact glissant à mouvement relatif. Le stator peut
être éventuellement magnétisé dans la direction opposée à celle des rotors
magnétiques, afin d'accroître la force coercitive ou la densité de flux
magnétique.
Les dessins constituent une partie de ce cahier des charges et notamment
des exemples de réalisation de l'invention, qui peut être réalisée sous
diverses formes. Il est entendu que dans certains cas, les différents
aspects de l'invention peuvent être montrés de manière exagérée ou
grossie afin de faciliter la compréhension de l'invention.
LE PROBLÈME
Le problème que cette invention permet de résoudre, est qu'elle génère une
puissance élevée en courant électrique continu sans besoin de
commutation et de rectification, autrement les pertes dues à la résistance
interne seraient élevées.
Les problèmes avec les dispositifs, processus et systèmes antérieurs
peuvent être catégorisés comme suit.
1. Exige une commutation ou une rectification pour générer un courant
électrique continu.
2. Utilise plusieurs brosses qui, souvent, sont en contact à grande vitesse.
3. Les machines ou systèmes homopolaires ne diffuse pas la génération
de champ d'énergie magnétique par les multi aimants du rotor en orbite.
4. Les pertes dues à la résistance interne sont généralement élevées.
5. Ni efficace ni rentable.
6. Ni simple, ni pratique pour la plupart des applications.
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OBJECTIFS
Malheureusement, aucun des dispositifs de l'art antérieur seuls ou en
combinaison, ne fournissent l'ensemble des objectifs établis par
l'inventeur de ce système tels qu'ils sont énumérés ci-dessous.
1. Il est un objectif de la présente invention de fournir des dispositifs, la
méthode et un système, pour la génération de courant électrique continu
de forte puissance, sans commutation ni rectification.
2. L'objectif principal de l'invention est de faire orbiter des multi rotors
cylindriques magnétiques en contact roulant, ce qui élimine les frictions
lors de la génération d'électricité directe.
3. Un autre objectif de l'invention est de fournir un rendement élevé, à
faible bruit et à faible résistance dans un générateur de courant élevé.
4. Un autre objectif de l'invention est qu’elle utilise des matériaux
facilement disponibles dans un agencement équilibré dynamiquement.
5. Un autre objectif de l'invention est la sécurité par des contraintes
internes réduites en comparaison aux machines homopolaires avec un
seul rotor.
6. Un autre objectif de cette invention est de fournir une production
répartie autour d'un noyau d'air.
7. Un autre objectif de cette invention est de fournir un moyen facile,
rapide, simple, pratique, pour générer plus efficacement et de manière
plus rentable de l'électricité en courant continu.
8. Un autre objectif de cette invention est de promouvoir et d'encourager
d'autres inventeurs à faire des recherches supplémentaires dans les
machines homopolaires en général, mais à aimants et disques co-rotatifs
en particulier.
9. Un autre objectif de cette invention est de fournir un système intégré et
souple.
10. Un autre objectif de cette invention est de fournir un système qui est
facilement utilisable et nécessite peu ou pas de formation pour la
fabrication et l'utilisation.
11. Un autre objectif de cette invention est qu'elle répond à toutes les
réglementations fédérales, étatiques, locales et autres directives des
normes privées, aux règlements et recommandations en matière de
sécurité, de l’environnement et la consommation d'énergie.
12. Un autre objectif de cette invention est qu'elle peut être faite de
matériaux modulaires standard et de composants qui sont aussi
facilement réparables.
D’autres avantages, objectifs et caractéristiques de cette invention,
résident dans sa simplicité, l'élégance du design, la facilité de fabrication,
de service et d'utilisation et même dans l'esthétique comme on le verra
dans la brève description suivante des dessins et la description détaillée
du meilleur mode de réalisation en relation avec les dessins ci joints.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
a) La figure 1 est un schéma technique d'un générateur homopolaire
typique.
b) La figure 2 est une perspective d'un rotor magnétisé et du stator.
c) La figure 3 est une vue complète en élévation de la machine à multi
rotors orbitaux.
d) La figure 4 est une vue en coupe de l'invention.
e) La figure 5 est une vue en plan du haut de l'invention.
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