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Générateur électrique à aimants permanents doté d'un
collecteur de flux magnétique
L'invention concerne le domaine des alternateurs
pour la production d'une tension électrique dans une
bobine d'une partie induite.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Plus précisément, l'invention concerne un
alternateur comprenant une partie d'induction et une
partie induite mobiles l'une par rapport à l'autre selon
au moins un sens de déplacement. La partie d'induction
comporte des première et seconde séries d'aimants, chacun
des aimants de ces séries d'aimants comportant un pôle
nord et un pôle sud, les aimants de la première série
d'aimants ayant leurs pôles nord orientés selon un même
premier sens d'orientation, les aimants de la seconde
série d'aimants ayant leurs pôles nord orientés selon un
même second sens d'orientation opposé par rapport audit
premier sens d'orientation, les aimants des première et
seconde séries d'aimants étant disposés de manière à
former une alternance d'aimants de la première série
d'aimants et d'aimants de la seconde séries d'aimants. La
partie induite comporte un noyau et une bobine entourant
ce noyau.
On a constaté qu'à faible vitesse de déplacement
relative entre les parties d'induction et induite, la
tension électrique générée dans la bobine est faible et
il serait utile d'augmenter cette tension électrique.
OBJET DE L'INVENTION
L'invention a pour objet de fournir un
alternateur particulièrement adapté pour générer des
tensions électriques lorsque la vitesse de déplacement
relative entre parties d'induction et induite est faible.
RESUME DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de cet objet,
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l'invention concerne principalement un alternateur
comprenant une partie d'induction et une partie induite
mobiles l'une par rapport à l'autre selon au moins un
sens de déplacement;
- la partie d'induction comportant des première
et seconde séries d'aimants, chacun des aimants de ces
séries d'aimants comportant un pôle nord N et un pôle sud
S, les aimants de la première série d'aimants ayant leurs
pôles nord N orientés selon un même premier sens
d'orientation, les aimants de la seconde série d'aimants
ayant leurs pôles nord N orientés selon un même second
sens d'orientation opposé par rapport audit premier sens
d'orientation, les aimants des première et seconde séries
d'aimants étant disposés de manière à former une
alternance d'aimants de la première série d'aimants et
d'aimants de la seconde séries d'aimants ;
- la partie induite comportant un noyau et une
bobine entourant ledit noyau.
L'alternateur selon l'invention est
essentiellement caractérisé en ce que la partie induite
présente un premier collecteur s'étendant depuis le noyau
entre un plan dans lequel s'étend une première face
polaire de la bobine et certains au moins des aimants des
première et seconde séries d'aimants, ce premier
collecteur comportant des dents espacées entre elles de
manière que lors du déplacement relatif de la partie
induite par rapport à la partie d'induction selon ledit
au moins un sens de déplacement, l'alternateur adopte
alternativement des première et seconde configurations
distinctes l'une de l'autre, dans la première
configuration, les dents du premier collecteur étant
respectivement en vis-à-vis d'aimants appartenant
exclusivement à la première série d'aimants et dans la
seconde configuration, ces dents du premier collecteur
étant respectivement en vis-à-vis d'aimants appartenant
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exclusivement à la seconde série d'aimants.
Pour la compréhension de l'invention, ledit sens
d'orientation d'un pôle nord d'un aimant est déterminé
par un vecteur (axe orienté) passant par les pôles nord
et sud de cet aimant et dont le sens va du pôle sud vers
le pôle nord.
Pour la compréhension de
l'invention,
l'expression une alternance d'aimants de la première
série d'aimants et d'aimant de la seconde séries
d'aimants signifie que l'on a une succession d'aimants
des première et seconde séries d'aimants et que sur cette
succession d'aimants :
- chaque aimant d'une majorité des aimants de la
première série d'aimants est intercalé entre deux aimants
voisins de la seconde série d'aimants ; et
- chaque aimant d'une majorité des aimants de la
seconde série d'aimants est intercalé entre deux aimants
voisins de la première série d'aimants.
En d'autres termes l'alternance d'aimants est une
répétition d'un motif principal constitué d'un aimant de
la première série d'aimants disposé à côté d'un aimant de
la seconde série d'aimants.
Dans la première configuration, comme les dents
du premier collecteur sont respectivement en vis-à-vis
d'aimants appartenant exclusivement à la première série
d'aimants, ces dents du premier collecteur sont alors
écartées des aimants de la seconde série d'aimants, et
donc pas en vis-à-vis des aimants de la seconde série
d'aimants.
De même, dans la seconde configuration, comme les
dents du premier collecteur sont respectivement en vis-à-
vis d'aimants appartenant exclusivement à la seconde
série d'aimants, ces dents du premier collecteur sont
alors écartées des aimants de la première série d'aimants
et donc pas en vis-à-vis des aimants de la première série
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d'aimants.
L'alternateur selon l'invention fonctionne de la
manière suivante :
- lorsque l'alternateur est en première
configuration, les dents du premier collecteur sont alors
exclusivement en face d'aimants de la première série
d'aimants et sont alors écartées des aimants de la
seconde série d'aimants (en première configuration, la
distance moyenne entre les dents du premier collecteur et
les aimants de la première série d'aimants est inférieure
à la distance moyenne entre ces dents et les aimants de
la seconde série d'aimants), dans cette première
configuration les flux magnétiques des aimants de la
première série d'aimants en face de dents du premier
collecteur sont collectés par ces dents pour passer au
travers du noyau et y former un flux magnétique principal
présentant une première orientation ;
- lorsque l'alternateur est en seconde
configuration, les dents du premier collecteur sont alors
exclusivement en face d'aimants de la seconde série
d'aimants et sont écartées des aimants de la première
série d'aimants (en seconde configuration, la distance
moyenne entre les dents du second collecteur et les
aimants de la seconde série d'aimants est inférieure à la
distance moyenne entre ces dents et les aimants de la
première série d'aimants), dans cette seconde
configuration les flux magnétiques des aimants de la
seconde série d'aimants en face de dents du premier
collecteur sont collectés par ces dents pour passer au
travers du noyau et y former un flux magnétique principal
présentant une seconde orientation qui est de sens
contraire à ladite première orientation.
Par conséquent, lorsque l'on déplace la partie
d'induction par rapport à la partie induite ou vice
versa, l'alternateur passe alternativement entre ses
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première et seconde configurations ce qui entraine une
variation d'intensité et de sens d'orientation du flux
magnétique dans le noyau de la partie induite. Ainsi,
pour des vitesses significatives de déplacement relatif
5 entre les parties induites et d'induction, on constate
que l'alternance de changement de configuration de
l'alternateur provoque l'apparition d'une tension
alternative aux bornes de la bobine. Cette tension
électrique aux bornes de la bobine dépend de la quantité
de flux magnétique et de la vitesse de la variation de ce
flux magnétique dans le noyau. Grâce au collecteur de
l'alternateur selon l'invention qui comporte plusieurs
dents polaires, on augmente la quantité de flux passant
par le noyau et pour une vitesse donnée de déplacement
relatif entre parties induite et d'induction, on augmente
la vitesse de variation de ce flux.
Le fait que les dents du premier collecteur
soient espacées entre elles pour pouvoir être placées
entre la bobine et l'alternance d'aimants et
exclusivement en vis-à-vis des aimants de la première
série d'aimants (lorsque l'alternateur est en première
configuration) ou exclusivement en vis-à-vis des aimants
de la seconde série d'aimants (lorsque l'alternateur est
en seconde configuration) permet de collecter plusieurs
flux magnétiques des aimants d'une même série d'aimants
pour les acheminer vers un même noyau à l'intérieur de la
bobine électrique. Il n'est pas nécessaire d'avoir autant
de bobines que de dents ce qui est important pour limiter
la longueur de fil de bobines et ainsi limiter la
résistance électrique des bobines. A basse vitesse de
déplacement entre les parties induite et d'induction, la
tension aux bornes de la bobine est faible. En limitant
la résistance de la bobine, on favorise le passage du
courant ce qui fait que l'alternateur est mieux adapté
aux basses vitesses car il limite les pertes par effet
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Joule et augmente ainsi le rendement. Par vitesse
déplacement relative entre parties d'induction et induite
est faible, on entend une vitesse de déplacement générant
moins de 10 alternances entre première et seconde
configurations par minute.
Comme le flux magnétique passant à l'intérieur de
la bobine est supérieur aux flux magnétiques
individuellement induits par chaque aimant d'une même
série d'aimants. L'alternateur selon l'invention permet
aussi d'obtenir une quantité de flux magnétique
supérieure à la quantité de flux individuellement
produite par l'un quelconque des aimants.
Par ailleurs étant donné que le flux provient de
plusieurs aimants et est collecté via plusieurs dents du
collecteur, l'alternateur selon l'invention permet de
réduire le pas polaire entre deux aimants successifs
d'une même série d'aimants tout en amplifiant le flux
magnétique passant au travers du noyau grâce à la
collecte de flux de plusieurs aimants.
Grâce au collecteur, il n'est pas nécessaire
d'avoir une bobine par dent, mais on peut avoir une seule
bobine entourant un seul noyau. Par rapport au cas où
l'on aurait une bobine par dent, l'invention permet une
réduction du nombre de bobines nécessaires et par
conséquent une réduction de la longueur de conducteur
électrique nécessaire à la production de bobine de
l'alternateur.
On note que pour une vitesse de déplacement
donnée de la partie induite par rapport à la partie
d'induction, la fréquence de la tension électrique FEM
(Force Electromotrice) aux bornes de la bobine dépend du
nombre d'alternances entre aimants des première et
seconde séries, c'est-à-dire du nombre d'alternances
entre première et seconde configurations. Cette tension
électrique, Force Electromotrice FEM, s'exprime selon la
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loi :
FEM = N*30/3t ;
où N est le nombre de spires de la bobine et
30/3t est la variation de flux magnétique dans le noyau
dans le temps t.
Par ailleurs, la fréquence f de variation de flux
magnétique au travers de la bobine pour un déplacement à
vitesse constante de la partie d'induction par rapport à
la partie induite est déterminée par la formule :
f est la fréquence de variation du flux ;
est la vitesse du déplacement relatif entre la
partie d'induction et la partie induite ; et
P est le pas polaire, c'est-à-dire la distance
entre deux axes polaires d'aimants successifs de la même
série d'aimants (un axe polaire est l'axe de symétrie de
l'aimant le long duquel se trouvent les pôles nord et sud
de l'aimant, cet axe polaire passant par les pôles nord
et sud de l'aimant).
Comme l'usage du collecteur permet une réduction
du pas polaire p associée à une augmentation de flux
magnétique collecté, on constate que pour une vitesse
constante de déplacement de la partie induite par rapport
à la partie d'induction, l'invention permet d'augmenter
cette fréquence f sans être obligé de réduire l'amplitude
de variation de flux magnétique dans le noyau. Cet
avantage est constaté avec des collecteurs présentant un
nombre de dents compris entre deux et une valeur optimale
de nombre de dent à partir de laquelle les fuites de flux
résultant d'une augmentation du nombre de dents
dégraderaient la performance de l'alternateur. Ce nombre
optimum dépend des matériaux et formes choisies pour
réaliser l'alternateur. Ainsi, à vitesse de déplacement
constante 51:, l'invention permet une augmentation de la
fréquence f de variation de la tension électrique FEM aux
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bornes de la bobine et une augmentation de l'amplitude de
cette tension.
Dans un mode de réalisation préférentiel de
l'invention, le noyau est disposé à l'intérieur de la
bobine, le premier collecteur s'étend à l'extérieur de la
bobine, une portion centrale du premier collecteur étant
située entre le noyau et certains des aimants des
première et seconde séries d'aimants et deux portions
latérales du premier collecteurs étant respectivement
disposées de part et d'autre de la portion centrale du
premier collecteur, ces portions latérales étant en vis-
à-vis de la première face polaire de la bobine, entre
cette bobine et des aimants des première et seconde
séries d'aimants, chaque portion centrale ou latérale du
premier collecteur portant au moins une des dents de ce
premier collecteur.
Grâce à aux portions latérales du premier
collecteur, on augmente la surface du collecteur se
trouvant en vis-à-vis d'aimants d'une même série
d'aimants, ce qui permet d'augmenter le flux magnétique
collecté et transféré vers le noyau. Les portions
latérales du collecteur sont respectivement placées de
part et d'autre de la portion centrale du premier
collecteur et s'étendent en dehors de la bobine de
manière que lorsque l'alternateur se trouve dans sa
première configuration :
- au moins une dent appartenant à une portion
latérale du premier collecteur s'étend longitudinalement
entre la première face polaire de la bobine et un des
aimants de la première série d'aimants ; et
- au moins une dent appartenant à l'autre portion
latérale du premier collecteur s'étend longitudinalement
entre la première face polaire de la bobine et un autre
des aimants de la première série d'aimants.
Les dents des portions latérales du premier
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collecteur sont telles que lorsque l'alternateur se
trouve dans l'une quelconque de ses première ou seconde
configurations, chaque dent d'une portion latérale du
premier collecteur présente une majeure portion de sa
profondeur P2 qui s'étend entre un des aimants et la
bobine.
Les dents des portions latérales du premier
collecteur permettent de collecter des flux magnétiques
en avant et en arrière de la portion centrale du premier
collecteur lors de son déplacement selon son au moins un
sens de déplacement.
Cette caractéristique de l'invention permet de
collecter un flux magnétique en avant et en arrière de la
portion centrale du premier collecteur et de conduire ces
flux vers la portion centrale du collecteur puis vers le
noyau à l'intérieur de la bobine. Pour augmenter le flux
magnétique collecté, il n'est pas nécessaire d'augmenter
la taille de la bobine, seule la longueur du collecteur
est augmentée par ces portions latérales qui comportent
des dents.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la
bobine comporte une seconde face polaire, les première et
seconde faces polaires de la bobine étant situées de part
et d'autre de la bobine, l'alternateur comportant en
outre un second collecteur s'étendant autour de la
bobine, depuis un côté du noyau situé du côté de cette
seconde face polaire de la bobine, une portion de ce
second collecteur comportant des dents espacées entre
elles de manière que lorsque l'alternateur est dans l'une
desdites première ou seconde configurations les dents du
second collecteur soient alors respectivement en vis-à-
vis d'aimants appartenant exclusivement à l'une desdites
séries d'aimants. Par ailleurs, dans ce mode de
réalisation, les dents des premier et second collecteurs
sont conformées de manière que lorsque les dents du
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premier collecteur sont exclusivement en vis-à-vis de
pôles nord des aimants alors les dents du second
collecteur sont exclusivement en vis-à-vis de pôles sud
des aimants et inversement.
5 En
d'autres termes lorsque les dents du premier
collecteur sont exclusivement en vis-à-vis de pôles nord
alors les dents du second collecteur sont exclusivement
en face de pôles sud et inversement et lorsque les dents
du premier collecteur sont exclusivement en vis-à-vis de
10 pôles
sud alors les dents du second collecteur sont
exclusivement en vis-à-vis de pôles nord.
Par ces caractéristiques les premier et second
collecteurs forment une boucle magnétique permettant une
circulation de flux entre plusieurs pôles nord d'aimants
et plusieurs pôles sud d'aimants, le flux de ces aimants
étant collecté par les dents des premier et second
collecteurs et étant conduit par ces collecteurs vers le
noyau de la bobine.
Idéalement, les dents du second collecteur
s'étendent entre la première face polaire et une face de
l'alternance d'aimants des première et seconde séries
d'aimants, les dents du second collecteur étant espacées
des dents du premier collecteur et ces dents du second
collecteur s'étendant entre les dents du premier
collecteur de manière que lorsque l'alternateur est placé
dans l'une quelconque de ses première ou seconde
configurations, les dents du premier collecteur sont en
vis-à-vis d'aimants appartenant à l'une desdites première
ou seconde séries d'aimants, les dents du second
collecteur étant alors en vis-à-vis d'aimants appartenant
à l'autre desdites première ou seconde séries d'aimants.
En ayant les dents des premier et second
collecteurs entre la première face polaire de la bobine
et une des faces de l'alternance d'aimants on obtient un
alternateur compact et pouvant fonctionner avec une seule
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face de l'alternance d'aimants.
Idéalement, les premier et second collecteurs
comportent le même nombre de dents. Idéalement chaque
dent des premier et second collecteurs présente une
surface d'échange de flux magnétique, cette surface
d'échange étant la surface de la dent en vis-à-vis de
l'aimant lorsque l'alternateur est dans l'une de ses
première ou seconde configurations.
Idéalement toutes les surfaces d'échange de flux
sont égales entre elles et la somme des surfaces
d'échange des dents du premier collecteur est égale à la
somme des surfaces d'échange des dents du second
collecteur. Cette caractéristique permet de limiter la
perte magnétique liée à une insuffisance de surface
d'échange de l'un des collecteurs constituant la bouche
magnétique.
Dans un mode réalisation particulier de
réalisation de l'alternateur selon l'invention, les
aimants des première et seconde séries d'aimants sont
respectivement disposés sur une pièce magnétiquement
perméable, les pôles nord des aimants de la première
série d'aimants et les pôles sud des aimants de la
seconde série d'aimants étant en vis-à-vis de cette pièce
magnétiquement perméable, les dents du second collecteur
étant espacées des dents du premier collecteur et ces
dents du second collecteur s'étendant entre les dents du
premier collecteur de manière que lorsque l'alternateur
est placé dans l'une quelconque de ses première ou
seconde configurations, les dents du premier collecteur
sont en vis-à-vis d'aimants appartenant à l'une desdites
première ou seconde séries d'aimants, les dents du second
collecteur étant alors en vis-à-vis d'aimants appartenant
à l'autre desdites première ou seconde séries d'aimants.
Dans ce mode de réalisation, les dents des
premier et second collecteurs sont disposées en vis-à-vis
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d'une même face de l'alternance des aimants des première
et seconde séries d'aimants, l'autre face de cette
alternance étant en vis-à-vis de la pièce magnétiquement
perméable qui supporte ces aimants de l'alternance
d'aimants. Ce mode de réalisation est intéressant si l'on
cherche à minimiser la hauteur d'encombrement de la
partie induite.
Les matériaux utilisables pour produire la pièce
magnétiquement perméable 16 de la figure 2a ou de la
figure 11c sont du fer doux à basse teneur en carbone, un
alliage fer/silicium et/ou fer/cobalt.
Alternativement au précédent mode de réalisation
de l'alternateur, on peut faire en sorte que les aimants
des première et seconde séries d'aimants forment une
piste d'aimants présentant des première et seconde faces
opposées de la piste d'aimants, les dents du premier
collecteur étant situées en vis-à-vis de la première face
de la piste d'aimants et les dents du second collecteur
étant disposée en vis-à-vis de la seconde face de la
piste d'aimants et les dents des premier et second
collecteur étant conformées de manière que lorsque
l'alternateur est dans l'une de ses première ou seconde
configurations, les dents des premier et second
collecteurs sont alors en vis-à-vis d'aimants appartenant
à la même desdites première ou seconde séries d'aimant.
Dans ce mode de réalisation, le premier
collecteur est en vis-à-vis de la première face de la
piste d'aimants alors que le second collecteur s'étend
autour de cette piste d'aimants pour venir en vis-à-vis
de la seconde face de la piste d'aimants. Comme les dents
des premier et second collecteurs ne sont plus
intercalées, ce mode de réalisation permet de réduire
l'espace entre deux dents successives d'un même
collecteur et par conséquent il permet de réduire le pas
polaire de l'alternateur. La réduction du pas polaire
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peut être recherchée lorsque l'on souhaite avoir un
alternateur capable de fonctionner à très basse vitesse
de déplacement relatif entre parties d'induction et
partie induite (plus le pas polaire est faible et plus
augmente la fréquence de l'alternance entre première et
seconde configurations).
Dans un mode de réalisation préférentiel, la
bobine est enroulée autour d'un noyau et est de forme
rectangulaire lorsque vue en section dans un plan
perpendiculaire à une direction de flux magnétique
passant dans le noyau lorsque l'alternateur est dans
l'une de ses première ou seconde configurations.
Pour une section intérieur de bobine donnée, la
longueur de fil de bobine la plus faible est obtenue avec
une bobine carré lorsque vue en coupe selon un plan de
coupe perpendiculaire au flux traversant le noyau. Cette
forme idéale carrée est préférentielle par rapport à une
forme traditionnellement circulaire car elle permet de
réduire la longueur de fil de bobine et par conséquent la
résistance électrique de la bobine. Ce mode de
réalisation et particulièrement intéressant à basse
vitesse de déplacement relatif entre les parties induite
et d'induction.
Selon ce mode de réalisation, le noyau peut être
de forme rectangulaire, préférentiellement carré, lorsque
vue en section dans le plan perpendiculaire à la
direction de flux magnétique passant dans le noyau
lorsque l'alternateur est dans l'une de ses première ou
seconde configurations. Le fait que la bobine
rectangulaire, préférentiellement carré, soit formée /
enroulée autour du noyau
rectangulaire,
préférentiellement carré, permet de limiter les vides
entre bobine et noyau ce qui facilite l'atteinte de
l'objectif de réduction de la longueur de fil de bobine.
Enfin, l'invention concerne une hydrolienne
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comportant un support de membrane et une membrane portée
par ce support de membrane, cette membrane étant agencée
pour onduler lorsqu'elle est plongée dans un écoulement
de fluide. Cette hydrolienne est essentiellement
caractérisée en ce que la membrane est reliée à au moins
un alternateur selon l'invention, cette liaison entre la
membrane et l'alternateur étant telle que lorsque la
membrane ondule, elle génère un déplacement relatif entre
les parties d'induction et induite de l'au moins un
alternateur.
Plus généralement, l'alternateur peut être
utilisé en combinaison avec tout type d'hydrolienne.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention ressortiront clairement de la description qui
en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement
limitatif, en référence aux dessins annexés, dans
lesquels:
- la figure 1 présente une vue en perspective
d'un premier mode de réalisation d'alternateur 1 selon
l'invention;
- la figure la représente le second collecteur 15
de l'alternateur de la figure 1, ce second collecteur
étant réalisé par un empilement de tôles permettant le
passage de flux magnétique entre les tôles, certaines de
ces tôles formant un cadre dont un côté forme une dent
10b du second collecteur 15 et d'autres tôles forment un
cadre ouvert sur un de ses côtés, ces dernières tôles
étant conformées pour réaliser un calage inter dentaire;
- la figure lb représente le noyau 9 de
l'alternateur et le premier collecteur 10 de
l'alternateur de la figure 1 avec ses dents 10a espacées
d'un pas constant d'espacement Pxl;
- la figure lc représente la partie induite 3 de
l'alternateur 1 de la figure 1 sans son second collecteur
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15 ;
- la figure 2a est une vue en coupe de
l'alternateur 1 de la figure 1, cette coupe étant dans un
plan de déplacement Pc relatif des parties induite 3 et
5 d'induction 2 l'une par rapport à l'autre, alors que
l'alternateur est en seconde configuration ;
- la figure 2b est une vue en coupe de
l'alternateur 1 de la figure 1, dans un plan de coupe
dans lequel s'étend une dent 10a du premier collecteur
10 10, l'alternateur étant en seconde configuration ;
- la figure 2c est une vue en coupe de
l'alternateur de la figure 1, dans un plan de coupe
parallèle à celui de la figure 2b et dans lequel s'étend
une dent 10b du second collecteur 15, l'alternateur 1
15 étant toujours en seconde configuration ;
- la figure 3a est une vue en coupe de
l'alternateur de la figure 1, dans le plan de déplacement
Pc alors que l'alternateur est en première configuration
avec les dents 10a en vis-à-vis d'aimants de la première
série 5a et les dents 10b en vis-à-vis d'aimants de la
seconde série 5b ;
- la figure 3b est identique à la figure 2b, mais
ici l'alternateur est passé en première configuration ;
- la figure 3c est identique à la figure 2c, mais
ici l'alternateur est passé en première configuration ;
- la figure 4 présente un alternateur 1 selon un
mode de réalisation où l'on a deux parties induites 3, 3'
respectivement placées en vis-à-vis de faces opposées de
la piste d'aimants 8 de la partie d'induction 2 ;
- la figure 5a présente une vue en coupe de
l'alternateur de la figure 4, dans le plan de déplacement
Pc, la première partie induite 3 de cet alternateur 1
étant placée en première configuration;
- la figure 5b présente une vue identique à celle
de la figure 5a, alors que la seconde partie induite 3'
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de l'alternateur est placée dans sa première
configuration, c'est-à-dire que ses dents 10a de son
premier collecteur sont en vis-à-vis d'amants de la
première série 5a;
- la figure 5c présente une vue identique à celle
de la figure 5a, alors que la première partie induite de
l'alternateur est placée dans sa seconde configuration;
- la figure 5d présente une vue identique à celle
de la figure 5a, alors que la seconde partie induite 3'
de l'alternateur est placée dans sa seconde
configuration, ces figures 5a, 5b, Sc, 5d illustrent
respectivement les configurations successivement adoptées
par l'alternateur lors d'un cycle complet de
l'alternateur, le cycle inverse se produisant en
inversant le sens de déplacement 4;
- la figure 6a est une vue éclatée d'un
alternateur selon l'invention où l'on voit les dents 10a,
10b des premier et second collecteurs 10, 15 d'une des
parties induites 3 qui sont intercalées entre elles et en
vis-à-vis d'une même face de la partie d'induction 2, ici
les dents des collecteurs sont individuellement
détachables pour faciliter l'assemblage de l'alternateur
1;
- la figure 6b illustre une vue en coupe
partielle dans un plan A-A de déplacement de
l'alternateur de la figure 6a;
- la figure 6c présente des parties des premier
et second collecteurs 10, 15 destinées à être
respectivement mises en vis-à-vis des dents des
collecteurs présentées aux figures 6a et 6b ;
- la figure 6d présente l'alternateur de la
figure 6a complet, avec les collecteurs de ses deux
parties induites 3, 3' assemblés ;
- la figure 7a est une vue en perspective d'un
alternateur selon l'invention réalisé selon un autre mode
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de réalisation particulier dans lequel l'alternateur 1
comporte deux parties induites 3, 3' placées de part et
d'autre d'une piste d'aimants 17 de la partie d'induction
2, les premiers collecteurs des parties induites 3, 3'
sont formés d'une seule pièce comportant collecteurs 10,
et noyau 9 de bobine 11;
- la figure 7b est une vue de côté de
l'alternateur de la figure 7a où l'on voit le décalage
des dents 10a des premiers collecteurs par rapport aux
10 dents 10b des seconds collecteurs 15 ;
- la figure 7c est une vue en coupe C-C
longitudinale de l'alternateur des figures 7a et 7b alors
que sa première partie induite 3 est en seconde
configuration (le flux magnétique allant du noyau vers
15 les dents du premier collecteur) ;
- la figure 7d est une vue en coupe D-D
transversale de l'alternateur des figures 7a, 7b et 7c,
alors que sa première partie induite 3 est toujours en
seconde configuration, on voit que la boucle magnétique
passe du noyau 9 vers les dents 10a du premier collecteur
10 puis passe au travers d'aimants adjacents de la piste
d'aimants de la partie d'induction avant de remonter vers
le second collecteur 15 de la première partie induite 3
et enfin revenir vers le noyau 9 de cette première partie
induite 3 ;
- la figure 7e est une vue en coupe dans un plan
parallèle au plan de coupe transversale D-D de
l'alternateur, ici on comprend que, dans le mode de
réalisation de l'alternateur selon les figures 7a à 7e,
les dents 10a du premier collecteur d'une partie induite
3 donnée s'étendent dans des plans différents des plans
dans lesquels s'étendent les dents du second collecteur
15 de cette même partie induite donnée 3, une partie de
la boucle magnétique passant via des aimants adjacents de
la piste d'aimants 17 visibles à la figure 7c ;
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- la figure 8a est une vue en perspective d'une
portion d'alternateur selon l'invention, cet alternateur
étant réalisé selon un autre mode de réalisation
particulier, dans lequel l'alternateur 1 comporte d'une
part deux parties induites 3, 3' placées de part et
d'autre d'une piste d'aimants 17 d'une première partie
d'induction 2 et d'autre part deux autres parties
induites 3", 3"' placées de part et d'autre d'une piste
d'aimants 17' d'une seconde partie d'induction 2';
- la figure 8b présente une coupe longitudinale
B-B de deux des parties induites 3, 3' placées de part et
d'autre d'une des deux parties d'induction 2 de
l'alternateur de la figure 8a ;
- la figure 8c est une vue de dessus de
l'alternateur de la figure 8a où l'on voit les deux
pistes d'aimants 17, 17' parallèles entre elles et
s'étendant dans un même plan ;
- la figure 8d est une vue en perspective de
l'intégralité de l'alternateur partiellement représenté
aux figures 8a, 8b, 8c, ici deux des parties induites 3,
3" respectivement en vis-à-vis des deux pistes d'aimants
17, 17' parallèles entre elles sont reliées par une pièce
en forme de plaque 35 pour permettre une continuité
magnétique entre ces deux premières parties induites 3,
3", on voit aussi que deux autres 3', 3"' des quatre
parties induites respectivement en vis-à-vis des deux
pistes d'aimants parallèles 17, 17' sont reliées par une
autre pièce 35' en forme de plaque pour permettre une
continuité magnétique entre ces deux dernières parties
induites 3', 3"', une boucle magnétique pouvant ainsi
passer par ces quatre parties induites 3, 3', 3", 3"'
en traversant les deux pistes d'aimants 17, 17' ;
- la figure 8e présente une vue en coupe
longitudinale E-E de l'alternateur de la figure 8d dans
laquelle on voit que chaque dents des premiers
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collecteurs des parties induites 3, 3', 3", 3"'
respectivement placées en vis-à-vis d'une même piste
d'aimants sont toutes en vis-à-vis d'une même première ou
seconde série d'aimants de cette piste d'aimants ;
- la figure 8f est une vue en coupe transversale
F-F de l'alternateur des figures 8d, 8e, ce plan de coupe
F-F étant perpendiculaire au plan de coupe E-E, dans ce
plan de coupe F-F, on comprend que la boucle magnétique
formée à un instant donné dans l'alternateur 1 passe par
ses quatre parties induites 3, 3', 3", 3"' et par les
deux pistes d'aimants 17, 17' des parties d'induction
dont les séries d'aimants sont décalées entre elles pour
permettre ce bouclage
magnétique changeant
alternativement de sens lors du déplacement simultané des
parties induites par rapport aux parties d'induction;
- la figure 9 illustre un mode de réalisation
particulier d'alternateur 1 selon l'invention où la
partie d'induction 2 est formée d'un empilement d'aimants
6 chacun en forme de disque évidé en son centre et dont
les polarités N-S sont orientées radialement (les aimants
de la première série 5a ayant leurs pôles nord orientés
vers l'extérieur de la partie d'induction, les aimants de
la seconde série 5b ayant leurs pôles nord orientés vers
l'intérieur de la partie d'induction), ici, les parties
induites 3 identiques entre elles sont disposées en
étoile autour de la partie d'induction 2, les aimants 6
de l'alternance d'aimants 8 empilés sont séparés /
espacés entre eux par des entretoises 14, chaque aimant 6
en vis-à-vis d'une dent 10a d'un premier collecteur 10
est distant des dents 10b du second collecteur 15 et
inversement, chaque aimant 6 en vis-à-vis d'une dent 10b
du second collecteur 15 est distant des dents 10a du
premier collecteur 15, ici la génération de tension aux
bornes des bobines 11 se fait lors du déplacement relatif
des parties induites 3 par rapport à l'unique partie
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d'induction 2 selon un axe longitudinal de l'empilement
d'aimants, la rotation de cet empilement étant libre et
n'entrainant aucun changement de configuration de
l'alternateur 1, seule sa translation entrainant les
5 changement de configuration ;
- la figure 10 est un mode de réalisation de
l'alternateur selon l'invention qui est sensiblement
similaire à celui de la figure 9, mais dans ce mode
chaque second collecteur 3 est relié au noyau qui lui
10 correspond via une portion courbe 20 parallèle à
l'empilement d'aimants 6 en formes de disques, ce mode
permet d'optimiser la forme du collecteur pour augmenter
le ratio poids / puissance de l'alternateur par rapport à
l'alternateur de la figure 9 dont les second collecteurs
15 3 sont prismatiques;
- la figure 10a est une vue en coupe
longitudinale de l'alternateur 1 de la figure 10 dans un
plan de coupe où s'étend l'axe de révolution de
l'empilement d'aimants 6, on voit ici que quelle que soit
20 la configuration adoptée par l'alternateur 1, pour chaque
partie induite donnée 3, lorsque les dents 10a du premier
collecteur 10 sont exclusivement en vis-à-vis d'aimants 6
d'une des séries d'aimants 5b de la partie d'induction 2,
alors les dents 10b du second collecteur 3 sont
exclusivement en vis-à-vis d'aimants 5a de l'autre série
d'aimants, le flux magnétique F passant entre les dents
10a et 10b en traversant au moins deux entretoises 14 et
au moins trois aimants adjacents ;
- la figure 10b illustre une vue en coupe
transversale de l'alternateur 1 des figures 10 et 10a
selon un plan de coupe dans lequel on voit les trois
parties induites 3 réparties autour de la partie
d'induction 2, on voit ici que les dents 10a des premier
collecteur 10 et les dents 10b des seconds collecteurs 15
s'étendent toutes dans des plans perpendiculaires à l'axe
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de révolution de l'alternateur, mais pour toute partie
induite 3 donnée, on constate que la dent 10a du premier
collecteur 10 s'étend dans un plan distant du plan dans
lequel s'étendent les dents 10b du second collecteur 15,
une distance séparant ces plans entre eux de manière que
lorsque les dents 10a sont exclusivement en vis-à-vis
d'aimants d'une des première ou seconde séries alors les
dents 10b du second collecteur sont forcément
exclusivement en vis-à-vis d'aimants de l'autre des
première ou seconde séries et chaque dent 10a du premier
collecteur voisine d'une dent 10b du second collecteur 15
étant forcément en vis-à-vis d'aimants voisins de
l'alternance d'aimants 6 ;
- la figure 10c illustre une vue en coupe
transversale de l'alternateur des figures 10, 10a, et 10b
selon un plan de coupe parallèle à celui de la figure 10c
mais dans lequel s'étendent les dents 10b des seconds
collecteurs 15, encore une fois on voit que les dents 10a
et 10b sont décalées dans le sens de l'empilement
d'aimants pour qu'elles soient respectivement en vis-à-
vis d'aimants appartenant à des séries 5a, 5b d'aimants 6
différentes, on comprend ici comment se forme la
continuité de la boucle magnétique visible aux figures
10a, 10b, chaque boucle magnétique s'étendant entre la
partie d'induction 2 et une partie induite 3 présentant
une portion s'étendant axialement dans la partie
d'induction 2 et le long de l'empilement d'aimants 6;
- la figure 11 présente un alternateur selon
l'invention dont une partie d'induction 2 de forme
cylindrique est montée à rotation par rapport à la partie
induite 3 selon un axe de rotation X-X confondu avec
l'axe de révolution de partie d'induction 2 ; Ici les
aimants 6 ont des formes de barreaux et sont disposés à
la périphérie de la partie d'induction 2, parallèlement à
l'axe X-X, les aimants des première et seconde séries
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d'aimants sont disposés en alternance avec leurs axes
polaires radiaux par rapport à l'axe X-X, les aimants de
la première série 5a ayant leurs pôles sud orientés vers
l'intérieur de la partie d'induction, c'est à dire vers
l'axe X-X et leurs pôles nord orientés vers l'extérieur
de la partie d'induction, les aimants de la seconde série
5b ayant leurs pôles nord orientés vers l'intérieur de la
partie d'induction et leurs pôles sud orientés vers
l'extérieur ;
- la figure 11a est une vue éclatée en
perspective d'une des deux parties induites 3 (ces deux
parties induites sont identiques entre elles) de
l'alternateur 1 de la figure 11, cette partie induite 3
est prévue pour être disposée face à la courbure de la
partie d'induction 2 de forme cylindrique, pour cela
cette partie induite présente ses dents 10a et 10b des
premier et second collecteurs respectifs parallèles à
l'axe X-X pour pouvoir échanger des flux magnétiques F
entre les dents de la partie induite et les aimants 6 ;
- la figure 11b est une vue en coupe de
l'alternateur de la figure 11, où une seule des deux
parties induites 3 est représentée ; Ici on voit que le
second collecteur 15 forme des boucles métalliques (une
boucle est un cadre) autour de la bobine 11, chacune de
ces boucles étant d'un côté formée par des dents 10b de
second collecteur et d'un autre côté opposé formée par
une portion de plaque 35 reliée au noyau 9 qui est lui-
même placé à l'intérieur de la bobine 11 ;
- la figure 11c est une vue en coupe transversale
de l'alternateur de la figure 11b selon un plan de coupe
K-K ; Ici on voit l'alternance des aimants 6 des première
et seconde séries d'aimants 5a, 5b et les dents 10a du
premier collecteur 10 qui collectent le flux F sortant
des pôles nord des aimants de la première série 5a et le
ramène vers le noyau 9 et les dents 10b du second
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collecteur 15 qui répartissent ce flux F sortant du noyau
9 vers les pôles sud d'aimants de la seconde série
d'aimants 5b ;
- la figure 11d illustre une vue en coupe
transversale de l'alternateur de la figure 11b selon un
plan de coupe J-J qui passe par une extrémité axiale du
second collecteur 15, on voit ici que le flux F sortant
du noyau transite vers les dents 10b du second collecteur
pour revenir vers les pôles sud des aimants de la seconde
série d'aimants 5b ;
- la figure 11e est identique à la figure 11b
mais ici l'alternateur n'est pas en première
configuration comme sur les figures 11b, 11c, 11d, mais
en seconde configuration, en effet sur cette figure 11b,
la partie d'induction 2 a pivoté par rapport à la partie
induite 3 selon le sens de déplacement 4 (ici ce sens de
déplacement est un sens antihoraire), les dents 10a du
premier collecteur 10 sont maintenant en face d'aimants 6
de la seconde série d'aimants 5b et les dents 10b du
second collecteur 15 sont en face d'aimants 6 de la
première série d'aimants 5a, l'alternateur 1 a donc
changé de configuration et le sens du flux magnétique F
s'est inversé par rapport au flux F des figures 11b, 11c,
11d ;
- la figure 11f est une vue en coupe K-K de
l'alternateur des figures 11b et 11e alors qu'il est en
seconde configuration, le flux F étant inversé par
rapport au flux F visible à la figure 11c;
- la figure 11g est une vue en coupe J-J de
l'alternateur des figures 11b et 11e alors qu'il est en
seconde configuration, le flux F étant inversé par
rapport au flux F visible à la figure 11d ;
- la figure 12 représente un autre mode de
réalisation d'alternateur 1 selon l'invention, ici le
mouvement relatif entre parties induite 3 et d'induction
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2 est un mouvement de translation selon un sens de
translation 4, dans ce mode de réalisation la partie
induite comporte toujours un premier collecteur 10 situé
entre le noyau 9 et l'alternance d'aimants 6, ce premier
collecteur 10 présentant toujours des dents 10a orientées
en vis-à-vis de l'alternance d'aimants 6 pour être
sélectivement placées en vis-à-vis d'une seule des séries
d'aimants, cette partie induite 3 présente un second
collecteur 15 qui s'étend depuis l'autre extrémité du
noyau 9 et passe de part et d'autre de la bobine 11
périphérique du noyau 9 jusqu'à venir en vis-à-vis des
aimants de l'alternance d'aimants 8, les dents 10b de ce
second collecteur 15 étant en vis-à-vis des mêmes aimants
que ceux en vis-à-vis desquels sont les dents 10a du
premier collecteur ; Chacun de ces aimants 6 en vis-à-vis
d'une dent 10a et d'une dent 10b est placé entre ces
dents 10a 10b ; Le flux magnétique F est réparti entre
les dents 10a et 10b et traverse la piste d'aimants 17 en
ne passant que par des aimants d'une même série
d'aimants ; Les aimants 6 de l'alternance sont ici
séparés entre eux par des entretoises 14 ;
- la figure 12a est une vue en coupe
longitudinale de l'alternateur de la figure 12 selon un
plan de coupe transversal des aimants 6 de l'alternance
qui ont des formes de barreaux parallèles entre eux et
s'étendant dans un plan, on voit ici que chaque aimants
placé en vis-à-vis d'une des dents 10a est aussi en vis-
à-vis d'une des dents 10b, ces dents 10a et 10b étant
face à des pôles opposés Nord Sud de cet aimant
permettant ainsi un bouclage magnétique au travers de
l'aimant et une collecte de flux F vers le noyau 9 ;
- la figure 12b est une vue en coupe transversale
de l'alternateur de la figure 12 dans un plan de coupe
perpendiculaire au sens de déplacement 4 et dans lequel
s'étend, selon sa longueur, un des aimants 6 de
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l'alternance d'aimants parallèles entre eux ;
- la figure 12c est une vue identique à celle de
la figure 12a mais ici les parties induite 3 et
d'induction 2 ont été déplacées l'une par rapport à
5 l'autre
par déplacement selon le sens 4 ; Contrairement
aux figures 12a et 12b qui présentent l'alternateur en
première configuration avec les dents des premier et
second collecteurs 10, 15 exclusivement en face d'aimants
de la première série d'aimants 5a, ici l'alternateur 1 se
10 trouve en seconde configuration avec les dents des
premier et second collecteur 10, 15 exclusivement en face
d'aimants 6 appartenant exclusivement à la seconde série
5b d'aimants 6 ; On voit qu'ici, le flux magnétique F est
de sens contraire à ce qu'il est à la figure 12a ;
15 - la
figure 12d est une vue en coupe transversale
de l'alternateur de la figure 12, identique à la coupe de
la figure 12b à la différence que l'alternateur est ici
dans sa seconde configuration, l'aimant en coupe
appartenant ici à la seconde série 5b d'aimants ;
20 - la
figure 13 représente une vue en perspective
d'une hydrolienne selon l'invention comportant plusieurs
alternateurs 1 selon l'invention implantés le long d'une
membrane 31 portée par un support de membrane 30 pour
permettre à cette membrane d'onduler dans un écoulement
25 de fluide 32, chaque alternateur 1 est relié
mécaniquement par des moyens de liaison 33 avec la
membrane pour que lors de l'ondulation, les parties
induite 3 et d'induction 2 de l'alternateur se déplacent
l'une par rapport à l'autre selon le sens de déplacement
pour ainsi générer une tension électrique aux bornes de
la bobine de l'alternateur ; Pour chaque alternateur ses
parties induite et d'induction sont liées mécaniquement
entre elles via des moyens de guidage linéaire de ces
parties l'une par rapport à l'autre ;
- la figure 14 illustre une vue de côté de
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l'hydrolienne de la figure 13.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Comme indiqué précédemment, l'invention concerne
essentiellement un alternateur 1 comprenant une partie
d'induction 2 et une partie induite 3 mobiles l'une par
rapport à l'autre selon au moins un sens de déplacement
4.
Selon le cas, ce sens de déplacement est soit :
- soit selon une direction rectiligne de
déplacement, comme sur les figures 1 à 10c et 12
à 14 ;
- soit selon une orientation horaire ou antihoraire
comme sur les figures 11 à 11g.
Les parties induite et d'induction sont reliées
entre elles par des moyens de guidage de ces parties
l'une par rapport à l'autre.
Dans le cas d'un sens de déplacement 4 selon une
direction rectiligne de déplacement, ces moyens de
guidage sont des moyens de guidage linéaire.
Dans le cas d'un sens de déplacement 4 horaire ou
antihoraire, ces moyens de guidage sont des moyens de
guidage en rotation.
Dans tous les modes de réalisation de
l'invention, on constate que la partie d'induction 2
comporte des première et seconde séries d'aimants 5a, 5b,
chacun des aimants 6 de ces séries d'aimants 5a, 5b
comportant un pôle nord N et un pôle sud S.
Les aimants 6 de la première série d'aimants 5a
ont leurs pôles nord N orientés selon un premier sens
d'orientation 7a qui est soit parallèle pour tous ces
aimants lorsque le mouvement relatif entre parties
d'induction et induite est linéaire (comme sur les
figures 1 à 8f et 12 à 14), soit radial centrifuge
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lorsque le mouvement relatif comporte une rotation (comme
sur les figures 9 à 11g).
Les aimants de la seconde série d'aimants 5b ont
leurs pôles nord N orientés selon un même second sens
d'orientation 7b opposé par rapport audit premier sens
d'orientation 7a. En l'occurrence, les aimants 6 de la
seconde série d'aimants 5b ont leurs pôles nord N
orientés selon un second sens d'orientation 7b qui est :
- soit parallèle pour tous ces aimants lorsque le
mouvement relatif entre parties d'induction et induite
est linéaire (comme sur les figures 1 à 8f et 12 à 14) ;
- soit radial centripète lorsque le mouvement
relatif comporte une possible rotation (comme sur les
figures 9 à 11g).
Les aimants 6 des première et seconde séries
d'aimants 5a, 5b sont disposés de manière à former une
alternance d'aimants 8 de la première série d'aimants 5a
et d'aimants de la seconde séries d'aimants 5b.
Dans tous les modes de réalisation de
l'invention, on constate que l'alternateur comporte au
moins une partie induite 3 comportant un noyau 9 et une
bobine électrique 11 entourant ce noyau 9. Cette au moins
une partie induite 3 comporte un premier collecteur 10
qui s'étend depuis le noyau 9 entre un plan dans lequel
s'étend une première face polaire 11a de la bobine 11 et
certains au moins des aimants 6 des première et seconde
séries d'aimants 5a, 5b.
Ce premier collecteur 10 comporte des dents 10a
espacées entre elles de manière que lors du déplacement
relatif de la partie induite 3 par rapport à la partie
d'induction 2 selon ledit au moins un sens de déplacement
4, l'alternateur 1 adopte alternativement des première et
seconde configurations distinctes l'une de l'autre. On
note que plusieurs tôles peuvent être empilées pour
former dents et noyau. Alternativement, on peut former
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l'ensemble collecteur(s) et noyau par moulage d'une seule
et même pièce.
Dans la première configuration, les dents 10a du
premier collecteur 10 sont respectivement en vis-à-vis
d'aimants 6 appartenant exclusivement à la première série
d'aimants 5a.
Dans la seconde configuration, ces dents 10a du
premier collecteur 10 sont respectivement en vis-à-vis
d'aimants appartenant exclusivement à la seconde série
d'aimants 5b.
Le premier collecteur 10 et le noyau 9
appartiennent à un même ensemble magnétique, c'est-à-dire
en ensemble dans lequel peut circuler un flux magnétique
formant une boucle magnétique. Comme on le voit sur les
figures 1, lb 2a, à 5d, 7a à 12d, ce collecteur 10 peut
être constitué par au moins une excroissance du noyau 9
s'étendant d'un côté de la bobine 11.
Alternativement, comme on le voit sur les figures
6a à 6d, ce premier collecteur 10 peut être constitué par
une pièce magnétique distincte du noyau 9 et en contact
contre ce noyau 9.
Comme on le voit dans tous les modes de
réalisation décrits :
- les dents 10a du premier collecteur 10 sont
espacées entre elles d'un pas d'espacement
constant des dents, dit premier pas d'espacement
Pxl ;
- les aimants de la première série d'aimants 5a
sont espacés entre eux d'un pas d'espacement
constant des aimants de la première série
d'aimants, dit second pas d'espacement Px2; et
- les aimants de la seconde série d'aimants 5b sont
espacés entre eux d'un pas d'espacement constant
des aimants de la seconde série d'aimants 5b, dit
troisième pas d'espacement Px3.
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On note que les second et troisième pas
d'espacement Px1, Px2 sont égaux entre eux et que le
premier pas d'espacement Px1 est choisi de manière qu'à
chaque instant lors du déplacement relatif des parties
induite 3 et d'induction 2 l'une par rapport à l'autre,
toute dent 10a du premier collecteur 5a présente une
surface instantanée en vis-à-vis d'un aimant d'une des
séries d'aimants 5a, 5b, ces surfaces instantanées des
dents 10a étant identiques entre elles.
Dans le cas d'une mobilité relative linéaire
entre parties induite et d'induction, ces pas Px1, Px2,
Px3 sont des distances.
Dans le cas d'une mobilité relative par rotation
entre parties induite et d'induction, ces pas Px1, Px2,
Px3 sont des angles.
Par ces caractéristiques des pas Px1, Px2, Px3,
lors d'un déplacement à vitesse relative constante entre
la partie induite 3 et la partie d'induction 2, on
constate que la tension aux bornes de la bobine 11 varie
selon une forme alternative de fréquence et d'amplitude
sensiblement constantes. Cette forme alternative est
proche d'un signal périodique triangulaire. Par ailleurs,
par ces caractéristiques de l'alternateur 1, on constate
que cette forme alternative de la tension ne dépend pas
du sens de déplacement relatif entre la partie induite 3
et la partie d'induction 2, mais uniquement de la vitesse
relative de ce déplacement.
L'alternateur 1 selon l'invention présente ainsi
une symétrie de fonctionnement indépendante du sens de
déplacement 4 relatif entre la partie d'induction et la
partie induite. Ainsi, indépendamment du sens de
déplacement 4, l'alternateur produit la même variation de
tension aux bornes de la bobine 11. Par conséquent,
l'alternateur peut être relié à un mécanisme
d'actionnement mécanique de l'alternateur forçant une
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inversion cyclique de son sens de déplacement.
Dans tous les modes de réalisation de
l'alternateur 1, le premier collecteur 10 présente un
nombre de dents 10a au moins égal à six dents et les
5 aimants
6 de l'alternance d'aimants 8 sont espacés entre
eux de telle manière que :
- lorsque l'alternateur est dans sa première
configuration (comme c'est le cas sur les figures 3a à
3c, 5a, 7c à 7e, 8e, 11b, 11c, 11d, 12a, 12b), chaque
10 dent
10a du premier collecteur est en vis-à-vis d'un
aimant correspondant de la première série d'aimants 5a ;
et de manière que
- lorsque l'alternateur 1 est dans sa seconde
configuration (comme c'est le cas sur les figures 2a à
15 2c, Sc,
10a à 10c, 11e à 11g, 12c à 12d) chaque dent 10a
du premier collecteur 10 est en vis-à-vis d'un aimant
correspondant 6 de la seconde série d'aimants 5b.
Ainsi, quelle que soit la position relative entre
la partie induite 3 et la partie d'induction 2, dès lors
20 que
l'alternateur 1 se trouve dans une de ses première ou
seconde configurations, on constate que le premier
collecteur concentre toujours vers le noyau 9 un flux
magnétique F provenant d'au moins six aimants 6 d'une
même série ce qui améliore le rendement de l'alternateur.
25 Dans
tous les modes de réalisation de
l'invention, on constate que les dents 10a du premier
collecteur 10 et les aimants 6 des première et seconde
séries d'aimants 5a, 5b sont disposés de manière que
lorsque l'alternateur 1 se trouve dans sa première
30
configuration ou dans sa seconde configuration, chaque
dent 10a du premier collecteur disposée en vis-à-vis d'un
aimant qui lui correspond se trouve séparée de cet aimant
d'un espace d'entre fer. Comme illustré en particulier
sur les figures 2a et 6b, ces espaces d'entre fer ont
tous une même forme et la distance d'entre fer Ea est
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uniforme sur toute la profondeur d'entrefer. Idéalement,
les dents du premier collecteur et les aimants sont
conformés pour que toute dent du premier collecteur
disposée en vis-à-vis d'un aimant donné s'étende
parallèlement à cet aimant donné, l'espace d'entrefer
étant ainsi constant sur toute la profondeur de la dent.
Dans les modes de réalisation décrits aux figures
1, 2a à 8f, 11 à 12d, les aimants desdites première et
seconde séries d'aimants 5a, 5b présentent une même forme
de barreau. Chaque aimant en forme de barreau présente
une longueur de barreau, dite profondeur d'aimant Pl, et
une épaisseur de barreau dite épaisseur d'aimant El. Dans
ces modes, chaque pôle nord N et sud S d'un même aimant 6
s'étend le long de la forme en barreau, c'est-à-dire
selon la profondeur Pl, ces pôles nord et sud étant
séparés entre eux de l'épaisseur El du barreau.
Idéalement, chaque dent 10a du premier collecteur
présente une même largeur de dent L2 et une profondeur de
dent P2, seule sa hauteur pouvant varier. Chaque dent 10b
du second collecteur présente une même largeur de dent
L2' et une profondeur de dent P2', seule sa hauteur
pouvant varier. Les largeurs de dents L2, L2' sont
identiques entre elles et préférentiellement les
longueurs de dents P2, P2' sont aussi identiques entre
elles. Les profondeurs des dents P2 et P2' sont
parallèles aux profondeurs P1 des aimants en forme de
barreaux. Chaque aimant présente une largeur Li d'aimant
mesurée perpendiculairement à son épaisseur El. Les
dents 10a du premier collecteur sont uniformes entre
elles en termes dimensionnels. Les dents 10b du second
collecteur sont uniformes entre elles en termes
dimensionnels. Les aimants des première et seconde séries
d'aimants 5a, 5b sont uniformes entre eux en termes
dimensionnels. La largeur 11 des aimants est supérieure
aux largeurs L2, L2' des dents des premier et second
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collecteurs respectifs.
L'alternateur 1 comporte des moyens de guidage de
la partie induite par rapport à la partie d'induction
agencés pour guider le déplacement 4 relatif entre la
partie induite 3 et la partie d'induction 2. Ces moyens
de guidage sont tels que lors du déplacement relatif
entre la partie induite et la partie d'induction, toute
dent du premier ou second collecteur placée en vis-à-vis
d'un aimant présente sa profondeur de dent P2, P2'
parallèle à la profondeur P1 de l'aimant en vis-à-vis
duquel elle est placée. Les profondeurs P2 des dents sont
idéalement égales aux profondeurs P1 des aimants de
manière que le flux magnétique transite sur toute la
longueur de la dent et sur toute la longueur de l'aimant.
Plus précisément, dans le cas modes des figures 1
à 8f et 9, 10, 10a, 10b, 10c, 12, 12a, 12b, 12c, 12d, 13,
14, le moyen de guidage est un moyen de guidage en
translation linéaire (non représenté) agencé pour
réaliser un guidage en translation rectiligne selon une
direction de déplacement rectiligne des parties induite
et d'induction l'une par rapport à l'autre, le sens de
déplacement 4 est un sens parallèle à cette direction de
déplacement rectiligne.
Dans ces figures, le premier sens d'orientation
7a, qui pour chaque aimant de la première série d'aimants
va de son pôle sud S vers son pôle nord N, est orienté
perpendiculairement au sens de déplacement rectiligne 4.
Le second sens d'orientation 7b qui pour chaque aimant de
la seconde série d'aimants va de son pôle sud S vers son
pôle nord N est orienté perpendiculairement au sens de
déplacement rectiligne 4 et il est contraire au premier
sens 7a.
Dans le cas des modes des figures 11, 11a, 11b,
11c, 11d, 11e, 11f, 11g, le moyen de guidage est un moyen
de guidage en rotation (non représenté) autour d'un axe
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de rotation de l'alternateur X-X de l'alternateur. Le
sens de déplacement 4 est ici un sens horaire ou
antihoraire. Dans ces modes, les aimants des première et
seconde séries d'aimants ont leurs pôles nord orientés
radialement par rapport à l'axe de rotation X-X.
Pour chaque aimant de la première série
d'aimants, le premier sens d'orientation 7a va du pôle
sud S vers le pôle nord N et il est centrifuge.
Pour chaque aimant de la seconde série d'aimants,
le second sens d'orientation 7b va de son pôle sud S vers
son pôle nord N et il est centripète.
Dans des modes particuliers de réalisation de
l'invention, illustrés aux figures 2a, 3a, 5a à 5d, 6b,
7a, 7c,8b, 8e, 10a, 12a, 12c, on constate :
- que les dents 10a du premier collecteur 10 sont
disposées pour s'étendre depuis le noyau 9, en
direction de l'alternance d'aimants 8 des
première et seconde séries d'aimants 5a, 5b ;
- que le premier collecteur 10 comporte des cales
12 disposées pour maintenir un écartement entre
ces dents 10a, ces cales 12 et dents 10a du
premier collecteur 10, lorsque observées dans un
plan de coupe longitudinale Pc de l'alternateur 1
qui est parallèle audit sens de déplacement 4,
forment un profil crénelé s'étendant face à
l'alternance des aimants 8 ;
- que chaque créneau du profil crénelé du premier
collecteur 10 présente une largeur de créneau LO
qui correspond à la distance séparant deux dents
adjacentes du créneau et chaque dent 10a du
premier collecteur 10 présente une largeur de
dent L2 correspondant à une dimension de la dent
10a mesurée entre deux créneaux adjacents à cette
dent 10a ; et
- que chaque aimant 6 de l'alternance 8 présente
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une largeur d'aimant L1 correspondant à une
dimension de l'aimant 6 mesurée dans le plan de
coupe longitudinale Pc de l'alternateur 1 selon
une direction perpendiculaire à un axe polaire Xp
passant par les pôles N, S de l'aimant et chaque
largeur de créneau LO est supérieure à l'une
quelconque des largeurs des aimants L1 de
l'alternance d'aimants 8.
En d'autres termes, comme illustré aux figures
2a, 3a, 5a à 5d, 6b, 7a, 7c, 8b, 8e, 10a, 12a, 12c, les
dents 10a du premier collecteur 10, lorsque observées
dans le plan de section longitudinale Pc de l'alternateur
1, forment un profil crénelé. Les aimants des première et
seconde séries d'aimants 5a, 5b
s'étendant
perpendiculairement à ce plan Pc de manière que lors du
déplacement relatif entre la partie d'induction 2 et la
partie induite 3, les aimants 6 se déplacent le long du
profil crénelé et passent en alternance devant les
créneaux et les dents 10a. Comme la largeur LO des
créneaux est strictement supérieure à la largeur L1 des
aimants, un aimant ne peut à aucun moment se trouver
simultanément en vis-à-vis de deux dents 10a du premier
collecteur 10.
Dans ce mode particulier, les aimants 6 des
première et seconde séries 5a, 5b peuvent présenter tous
une même largeur d'aimant L1, les créneaux présentant
tous une même largeur de créneau LO et les dents 10a du
premier collecteur 10 présentant toutes une même largeur
de dent L2 et la largeur de dent L2 du premier collecteur
10 étant strictement inférieures à la largeur d'aimant
L1.
Pour une largeur de dents et un pas dentaire
donné, cette caractéristique permet de maximiser le
volume d'aimants et ainsi maximiser le flux F
potentiellement collectable par ces dents.
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Dans les modes de réalisation où l'alternateur
présente plusieurs parties induites 3, 3' placées de part
et d'autre de la piste d'aimants 17, comme sur les
figures 4, 5a, 5b, 5c, 5d, ces parties induites 3, 3'
5 sont
préférentiellement décalées les unes des autres d'un
quart de pas polaire p de manière que lorsqu'une des
parties induites est en première ou seconde
configuration, alors le flux magnétique F qui traverse
son noyau 9 est bouclé grâce à la présence de dents de
10 l'autre
partie induite qui sont décalées d'un quart de
pas polaire p. Ceci est visible aux figures 5a, 5b, Sc,
5d. Ce décalage peut aussi être appliqué aux variantes
rotatives de l'alternateur présentées aux figures 11 à
11g. On note que dans le cas où l'on a trois parties
15
induites liées entre elles et en vis-à-vis d'une même
partie d'induction, comme sur la figure 10, le décalage
entre les dents des parties induites peut être d'un tiers
de pas polaire p pour permettre une génération de courant
triphasé.
20
L'alternateur des figures 5a, 5b, Sc, 5d comporte
plusieurs parties induites 3, 3' respectivement nommées
première et seconde parties induites 3, 3', ces parties
induites étant liées mécaniquement entre elles de manière
à se déplacer ensemble selon ledit sens de déplacement 4.
25 Les
premiers collecteurs 10a, 10a' de ces première et
seconde parties induites 3, 3' étant tels que lorsque les
dents de l'un de ces premier collecteur 10a, 10a' sont en
vis-à-vis d'aimants 6 appartenant exclusivement à la
première série d'aimants 5a ou à la seconde série
30
d'aimants 5b, alors les dents de l'autre de ces premiers
collecteurs 10a, 10a' sont décalées vis-à-vis des aimants
des première ou seconde séries d'aimants d'une valeur de
décalage :
- supérieure à un huitième de pas polaire p de
35 l'alternance d'aimants ; et préférentiellement
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- égale à d'un quart de pas polaire p de
l'alternance d'aimants.
Ce décalage permet de limiter l'effort magnétique
maximum s'opposant au déplacement de la partie
d'induction 2 par rapport aux première et seconde parties
induites 3, 3'.
Les aimants de l'alternance sont de forme
homogène et le pas polaire p correspond à la distance
entre deux axes polaires Xp d'aimants successifs de la
même série d'aimants.
L'axe polaire Xp d'un aimant est l'axe passant
par ses pôles sud S et nord N.
Dans le cas particulier des modes illustrés, où
les aimants des séries ont une même forme homogène, on
constate que le pas polaire p correspond aussi à deux
fois la largeur d'un aimant L1 mesurée selon le sens de
déplacement 4 à laquelle est ajoutée deux fois la
distance séparant deux aimants adjacents de l'alternance
d'aimants. La distance séparant deux aimants adjacents de
l'alternance correspond généralement à l'épaisseur des
entretoises 14 qui sont intercalées entre les aimants
adjacents de l'alternance d'aimants. Ces entretoises 14
sont aussi de forme homogène entre elles.
On note que les collecteurs 10, 15 et le noyau
peuvent être en un matériau permettant un bouclage
magnétique tel que du fer, un alliage fer-silicium et/ou
fer-cobalt. Préférentiellement, ces éléments sont en
tranches de ce matériau coupées dans le plan de la boucle
magnétique et ces tranches étant isolées entre elles, au
moins à certains endroits, par exemple par un vernis
électriquement résistant.
Typiquement, les aimants utilisés
dans
l'alternateur selon l'invention sont :
- en alliage néodyme/fer/bore ou en alliage
samarium/cobalt ce qui permet d'avoir des aimants
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à forte énergie ; ou
- en alliage ferrite ou aluminium/nickel/chrome ce
qui permet d'avoir des aimants moins chers mais à
plus faible énergie.
Les bobines sont en fil de cuivre ou cuivre avec
une âme aluminium ou en matériau de type graphène, ou en
fil cuivre recouvert d'argent.
De manière générale la section des dents vue dans
des plans de sections parallèles au sens d'orientation
7a, 7b des polarités peut aller en augmentant en suivant
le chemin du flux magnétique passant par la dent vers le
noyau 9. En particulier, chacune des dents des premier et
second collecteurs présente une section de dent vue dans
des plans de sections de la dent parallèles auxdits
premier et second sens d'orientation 7a, 7b qui va en
augmentant en suivant le chemin du flux magnétique
passant par la dent vers le noyau 9. Ceci est visible en
particulier pour les dents 10a des figures lc ou lia dont
la hauteur augmente en se rapprochant du noyau 9. Ceci
est aussi visible pour les dents 10b des figures 2c et
llb dont la hauteur augmente en suivant le chemin du flux
magnétique vers le noyau 9. Cette augmentation de hauteur
permet une augmentation de section qui permet d'optimiser
la géométrie de dent pour minimiser son poids tout en
limitant le risque de saturation magnétique et de fuite
de champ magnétique.
Comme indiqué précédemment et illustré aux
figures 13 et 14, l'invention concerne enfin une
hydrolienne comportant un support de membrane 30 portant
une membrane 31 agencée pour onduler lorsqu'elle est
plongée dans un écoulement de fluide 32. La membrane 31
est reliée mécaniquement à au moins un alternateur 1
selon l'un au moins des modes de réalisation de
l'invention. Cette liaison 33 entre la membrane 31 et
ledit au moins un alternateur 1 est telle que lorsque la
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membrane 31 ondule, elle génère alors un déplacement
relatif entre les parties d'induction 2 et induite 3 de
cet au moins un alternateur 1 pour ainsi générer une
tension électrique aux bornes de la bobine 11
d'alternateur.
Sur la figure 14, on voit ici que les
alternateurs 1 forment deux groupe d'alternateurs
respectivement disposés en vis-à-vis de faces opposées de
la membrane. Chaque alternateur est relié à la membrane
d'une part via un premier levier 33 s'étendant depuis un
endroit de la membrane 31 jusqu'à une articulation portée
par la partie induite 3 de l'alternateur 1 et d'autre
part via un second levier 33 s'étendant depuis un autre
endroit de la membrane 31 jusqu'à une articulation portée
par la partie induction 2 de l'alternateur 1. Chaque
groupe d'alternateur est formé de plusieurs alternateurs
alignés sensiblement parallèlement à la direction
d'ondulation privilégiée de la membrane 31, ce qui fait
qu'au fur et à mesure de la propagation de l'onde le long
de la membrane, les leviers se déplacent avec la membrane
et les extrémités de ces levier portant un même
alternateur soit se rapprochent l'un de l'autre soit
s'écartent l'un de l'autre. L'alternateur porté par un
couple de leviers a ainsi tendance à générer un courant
sous l'effet du déplacement relatif entre ses parties
induite et d'induction. Lors de ce déplacement,
l'alternateur passe alternativement de ses première à
seconde configurations et génère une tension alternative
aux bornes de sa bobine ; On constate que pour tout
alternateur donné de l'hydrolienne, le sens de
déplacement relatif 4 entre partie d'induction et partie
induite s'inverse périodiquement ce qui permet à
l'alternateur de produire une tension alternative dans
chacun des sens de déplacement 4. On note que les groupes
d'alternateurs peuvent être disposés de manière que les
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alternateurs soient disposés symétriquement par rapport à
la membrane de manière que lorsque la membrane est
courbée, l'alternateur se trouvant du côté intérieur de
la courbure soit alors raccourci alors que l'alternateur
situé du côté externe soit allongé. Il est aussi possible
que les groupes d'alternateurs situés en vis-à-vis des
faces opposées de la membrane soient décalés de manière à
ce que lors du déplacement de l'ondulation le long de la
membrane, deux alternateurs placés en vis-à-vis et de
côtés opposés de la membrane ne se trouvent jamais
simultanément en fin de course. Par fin de course d'un
alternateur, on entend la position adoptée par cet
alternateur lorsque le sens de déplacement de ses parties
induite et d'induction s'inverse, soit pour allonger soit
pour raccourcir l'alternateur. Ceci est utile pour
faciliter l'amorçage de la propagation de l'onde le long
de la membrane.
Cette hydrolienne peut comporter un circuit
convertisseur distant des alternateurs 1 et certaines au
moins des bobines des alternateurs sont reliées
électriquement au circuit convertisseur par
l'intermédiaire de conducteurs d'électricité. Ce circuit
convertisseur est alors agencé pour, à partir des
tensions électriques générées par une partie au moins des
bobines 11 qui lui sont reliées, générer un courant
électrique de sortie au niveau de bornes de sortie de cet
au moins un circuit convertisseur distant.
Un tel circuit convertisseur permet à
l'hydrolienne de continuer à fonctionner même si
certaines des bobines qui sont reliées au convertisseur
sont défectueuses. L'hydrolienne peut ainsi continuer à
fonctionner en mode dégradé, sans pour autant nécessiter
une opération de maintenance.
Un autre avantage de ce circuit convertisseur est
qu'il permet de cumuler de l'énergie électrique provenant
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de plusieurs bobines pour délivrer une puissance
électrique supérieure et régulée aux puissances
électriques individuellement produites par les bobines 5.
On note que ces alternateurs, peuvent être
5 disposés sur une seule face ou sur les deux faces de la
membrane.
Dans le cas où les convertisseurs 2 sont disposés
sur des faces opposées de la membrane, ils seront
préférentiellement alignés dans des plans parallèles au
10 plan de section longitudinale de membrane et seront
répartis symétriquement par rapport à ce plan s'étendant
à équidistance de côtés de la membrane.
Il est également possible que les bobines des
alternateurs 1 soient reliées au circuit convertisseur
15 pour générer des courants multi-phases.
