FR2458932A1

FR2458932A1 - ELECTRIC MACHINE WITH RECIPROCATING MOVEMENT THAT CAN OPERATE AS A MOTOR OR AS A GENERATOR

Info

Publication number: FR2458932A1
Application number: FR8012515A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-06-06
Filing date: 1980-06-05
Publication date: 1981-01-02
Also published as: AU5911280A; DE3021475A1; NL8003328A; GB2054977A; IT1127492B; IT8048873A0; JPS5629455A

Abstract

LA MACHINE ELECTRIQUE QUI PEUT FONCTIONNER EN TANT QUE MOTEUR OU GENERATEUR COMPREND DES MOYENS 14, 18 POUR PRODUIRE DEUX CHAMPS MAGNETIQUES QUI S'OPPOSENT MUTUELLEMENT, UN NOYAU MAGNETIQUE 32 EST PLACE DANS LE CHAMP MAGNETIQUE ET UN BOBINAGE 33 ENTOURE LE NOYAU. LE NOYAU EST RELIE PAR L'INTERMEDIAIRE DE TIGES D'ENTRAINEMENT 34, 36 A UN CONVERTISSEUR 12 DE TELLE MANIERE QUE LE MOUVEMENT ALTERNATIF DU BOBINAGE EST TRANSFORME EN UN MOUVEMENT ROTATIF PAR LE CONVERTISSEUR, OU VICE VERSA. DES MOYENS DE COMMUTATION 56 COMMANDENT OU CONTROLENT LE SENS DU PASSAGE DU COURANT A TRAVERS LE BOBINAGE POUR OBTENIR UNE ACTION MOTRICE OU GENERATRICE.THE ELECTRIC MACHINE WHICH CAN OPERATE AS A MOTOR OR GENERATOR INCLUDES MEANS 14, 18 FOR PRODUCING TWO MAGNETIC FIELDS WHICH ARE MUTUALLY OPPOSED, A MAGNETIC CORE 32 IS PLACED IN THE MAGNETIC FIELD AND A COIL 33 SURROUNDING THE CORE. THE CORE IS CONNECTED THROUGH DRIVE RODS 34, 36 TO A CONVERTER 12 SO THAT THE ALTERNATIVE MOVEMENT OF THE WINDING IS TRANSFORMED TO A ROTARY MOVEMENT BY THE CONVERTER, OR VICE VERSA. SWITCHING MEANS 56 COMMAND OR CONTROL THE DIRECTION OF CURRENT PASSING THROUGH THE WINDING TO OBTAIN A MOTOR OR GENERATOR ACTION.

Description

La présente invention concerne une machine élec-The present invention relates to an electric machine

trique qui, selon son mode d'utilisation, peut fonctionner en tant que moteur ou en tant que générateur, et en stick which, depending on its mode of use, can function as a motor or as a generator, and

particulier en tant que générateur de courant de diver- especially as a generator of various current

ses formes d'onde. E.R. Laithwaite a proposé un moteur linéaire synchrone auto-oscillant qui présente l'inconvénient d'une longueur de course excessive et qui, d'une manière plus sérieuse, est incapable de démarrer par lui-même its waveforms. E.R. Laithwaite proposed a self-oscillating synchronous linear motor which has the disadvantage of an excessive stroke length and which, more seriously, is unable to start by itself

lorsqu'il est associé à un convertisseur linéaire-rotatif. when combined with a linear-rotary converter.

L'invention a pour objet une machine électrique qui comprend: - des moyens pour établir un champ magnétique, - des moyens d'entraînement, et - un bobinage relié aux moyens d'entraînement et déplaçable de manière alternative dans le champ magnétique, le bobinage comprenant auhoins une paire de bornes pour la liaison vers un appareil qui détermine le passage d'un courant à travers The subject of the invention is an electrical machine which comprises: - means for establishing a magnetic field, - drive means, and - a coil connected to the drive means and movable alternately in the magnetic field, the coil comprising at least a pair of terminals for connection to an apparatus which determines the flow of current through

le bobinage.the winding.

Supplémentairement et conformément à l'invention, les moyens formant le champ magnétique comprennent des moyens permettant d'établir un premier champ magnétique Additionally and in accordance with the invention, the means forming the magnetic field comprise means making it possible to establish a first magnetic field.

et des moyens permettant d'établir un second champ ma- and means for establishing a second ma-

gnétique, le second champ magnétique étant sensiblement colinéaire avec le premier champ magnétique et étant de genetic, the second magnetic field being substantially collinear with the first magnetic field and being of

direction générale opposée à celle du premier champ ma- general direction opposite to that of the first field ma-

gnétique, -le bobinage pouvant se déplacer de manière magnetic, the winding being able to move so

alternative entre les premier et second champs magnétiques. alternative between the first and second magnetic fields.

Dans le premier cas considéré, on utilise une source d'énergie électrique reliée à la paire de bornes, In the first case considered, an electrical energy source connected to the pair of terminals is used,

la relation de polarité entre la source d'énergie élec- the polarity relationship between the electric power source

trique et les premier et second champs magnétiques étant stick and the first and second magnetic fields being

telle qu'une action motrice est induite dans le bobinage. such that a driving action is induced in the winding.

Selon les paramètres de la machine électrique, la source d'énergie électrique peut être une source de courant alternatif. Cependant, lorsque la source d'énergie électrique est une source de courant continu, la machine Depending on the parameters of the electric machine, the source of electrical energy can be an alternating current source. However, when the source of electrical power is a source of direct current, the machine

comprend des moyens de commutation permettant de comman- includes switching means for controlling

der ou contr8ler la direction de passage du courant à der or control the direction of current flow to

travers le bobinage.through the winding.

Les moyens d'entraînement peuvent être reliés à The drive means can be connected to

tout dispositif qui doit être entraîné par le moteur. any device that must be driven by the engine.

Les moyens d'entraînement qui assurent un mouvement al- The drive means which provide an al-

ternatif peuvent être reliés directement à des disposi- can be connected directly to devices

tifs tels que des pompes à piston et cylindre, des marteaux piqueurs, etc. Cependant, si un mouvement rotatif est nécessaire, such as piston and cylinder pumps, jackhammers, etc. However, if a rotary movement is necessary,

on utilise un convertisseur linéaire-rotatif, conver- we use a linear-rotary converter, conver-

tisseur qui est entrainé par les moyens d'entraînement alternatifs. weaver who is trained by alternative drive means.

Lorsque la machine est utilisée en tant que géné- When the machine is used as a general

rateur, elle comprend des organes reliés aux moyens d'en- rator, it includes organs connected to the means of

trainement pour produire le mouvement alternatif du bobinage de telle sorte qu'une force électro-motrice est induite dans ce bobinage et apparait sur la paire de bornes. Lesdits organes peuvent, par exemple, être un convertisseur rotatif-linéaire, mais il est clair que n'importe quelle source d'énergie appropriée peut être utilisée. Supplémentairement et conformément à l'invention, la machine électrique comprend au moins un noyau qui fournit un trajet magnétique pour les premier et second champs magnétiques, le bobinage entourant le noyau et pouvant se déplacer de manière alternative le long de celui-ci. Le noyau peut, pour augmenter le rendement de l'installation, être réalisé à partir d'une matière de drag to produce the alternating movement of the winding so that an electromotive force is induced in this winding and appears on the pair of terminals. Said members can, for example, be a rotary-linear converter, but it is clear that any suitable energy source can be used. Additionally and in accordance with the invention, the electric machine comprises at least one core which provides a magnetic path for the first and second magnetic fields, the coil surrounding the core and being able to move alternately along the latter. The core can, to increase the efficiency of the installation, be made from a material of

forte qualité magnétique.strong magnetic quality.

Les premier et second champs magnétiques peuvent être produits à l'aide d'électro-aimants mais, dans une forme préférée de l'invention, on utilise respectivement The first and second magnetic fields can be produced using electromagnets but, in a preferred form of the invention, respectively used

un premier et un second aimant permanent. first and second permanent magnets.

Conformément à l'invention, les premier et second aimants permanents sont respectivement constitués par de According to the invention, the first and second permanent magnets are respectively constituted by

premier et second aimantsannulaires coaxiaux et le bo- first and second coaxial ring magnets and the bo-

binage est situé dans l'alésage des aimants annulaires, hoeing is located in the bore of the annular magnets,

les premier et second aimants annulaires étant de pré- the first and second annular magnets being pre-

férence respectivement formés d'un empilage d'aimants annulaires individuels. Les aimants annulaires indivi- duels peuvent être choisis de force magnétique différente de manière à obtenir différentes caractéristiques pour la machine. Par exemple, l'utilisation d'aimants de force différente dans le mode de fonctionnement en générateur respectively formed of a stack of individual annular magnets. The individual ring magnets can be chosen with different magnetic strength so as to obtain different characteristics for the machine. For example, the use of magnets of different strength in the generator operating mode

influence la forme de l'onde du courant de sortie appa- influences the waveform of the output current

raissant sur la paire de bornes alors que, dans le mode de fonctionnement en moteur, la puissance de sortie falling on the pair of terminals while, in the motor operating mode, the output power

mécanique est modifiée.mechanics is changed.

Diverses autres caractéristiques de l'invention Various other features of the invention

ressortent, d'ailleurs, de la description détaillée qui emerge, moreover, from the detailed description which

suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au follows. An embodiment of the object of the invention is shown, by way of nonlimiting example, at

dessin annexé.attached drawing.

La figure unique du dessin annexé illustre un The single figure in the accompanying drawing illustrates a

moteur électrique conforme à la présente invention. electric motor according to the present invention.

Le dessin montre un moteur électrique qui comprend un bottier ou culasse magnétique 10 et un ensemble à The drawing shows an electric motor which includes a magnetic case or cylinder head 10 and a set with

manivelle et commutateur 12.crank and switch 12.

La culasse 10 comprend un premier empilage 14 d'ai- The cylinder head 10 comprises a first stack 14 of ai-

mants annulaires individuels 16 disposés en série, c'est- individual annular mantles 16 arranged in series, that is

à-dire que les aimants adjacents présentent des faces polaires nord et sud en regard, et un empilage analogue 18 d'aimants annulaires 20. Les deux empilages 14 et 18 sont disposés avec des pôles sud opposés et établissent, ainsi, deux champs magnétiques sensiblement co-linéaires et de direction opposée. Les empilages sont séparés par l'intermédiaire d'une entretoise annulaire non magnétique that is to say that the adjacent magnets have opposite north and south polar faces, and a similar stack 18 of annular magnets 20. The two stacks 14 and 18 are arranged with opposite south poles and thus establish two substantially magnetic fields co-linear and opposite direction. Stacks are separated by a non-magnetic annular spacer

22. Les empilages ainsi assemblés sont reliés par l'in- 22. The stacks thus assembled are connected by the

termédiaire de gros aimants 24 et 26, respectivement su- large magnets 24 and 26, respectively above

périeurs et inférieurs, qui présentent les polarités indiquées au dessin et qui aident, par conséquent, à concentrer les champs magnétiques provenant des empilages 14 et 18 à l'intérieur de l'alésage de la culasse. Pour une raison analogue, on utilise de petits noyaux 28 et perior and inferior, which have the polarities indicated in the drawing and which therefore help to concentrate the magnetic fields coming from the stacks 14 and 18 inside the breech bore. For a similar reason, small nuclei 28 and

D30 qui sont situés au milieu des aimants 24 et respecti- D30 which are located in the middle of the magnets 24 and respecti-

vement 26 et qui sont de polarité nord. Un noyau 32 de matière magnétique est situé au 26 and which are of north polarity. A core 32 of magnetic material is located at the

milieu de l'alésage délimité dans la culasse et un bobi- middle of the bore delimited in the cylinder head and a bobi-

nage 33 enroulé sur une bobine entoure le noyau. La bo- swim 33 wound on a reel surrounds the core. The bo-

bine est en contact étroit avec le noyau 32 mais peut bine is in close contact with the core 32 but can

se déplacer librement par rapport à celui-ci. move freely relative to it.

Deux tiges d'entraînement 34 et 36 s'étendent Two drive rods 34 and 36 extend

depuis la bobine et sont reliées à une bielle 38 par l'in- from the coil and are connected to a connecting rod 38 by the

termédiaire d'une liaison 40.through a link 40.

La bielle 38 est reliée au mécanisme 12 par l'in- The connecting rod 38 is connected to the mechanism 12 by the

termédiaire d'une broche 42. Le mécanisme comprend une manivelle 44, un arbre 46 qui est monté sur des paliers 48 et 50, un volant 52 monté sur l'arbre et une poulie intermediate of a spindle 42. The mechanism comprises a crank 44, a shaft 46 which is mounted on bearings 48 and 50, a flywheel 52 mounted on the shaft and a pulley

de sortie 54. Un ensemble à disques 56 formant commuta- output 54. A disc assembly 56 forming a switching

teur, monté sur l'arbre 46, est relié à une source de courant continu 58 et, par l'intermédiaire de lignes tor, mounted on the shaft 46, is connected to a DC source 58 and, via lines

d'alimentation 60, à une paire de bornes 62 et respecti- power supply 60, to a pair of terminals 62 and respective

vement 64. La paire de bornes est, à son tour, reliée au bobinage 33 par l'intermédiaire de conducteurs montés vement 64. The pair of terminals is, in turn, connected to the winding 33 by means of conductors mounted

sur les tiges d'entraînement 34 et 36. on the drive rods 34 and 36.

Le sens de passage du-courant depuis la source 58 vers le bobinage 33, par l'intermédiaire des lignes 60, est contrôlé ou commandé par l'intermédiaire de l'ensemble formant commutateur 56 en relation de la polarité du champ magnétique à l'intérieur de la culasse 10 et de la position géométrique du bobinage 33, et cela en accord The direction of flow of the current from the source 58 to the winding 33, via the lines 60, is controlled or controlled via the switch assembly 56 in relation to the polarity of the magnetic field at inside of the cylinder head 10 and of the geometrical position of the winding 33, and this in agreement

avec les lois électromagnétiques bien connues, pour pro- with the well-known electromagnetic laws, to pro-

duire une action motrice sur le bobinage 33. Le bobinage 33 se déplace ainsi de manière alternative le long du duire a driving action on the winding 33. The winding 33 thus moves alternately along the

noyau 32 et l'action de manivelle du mécanisme 12 conver- core 32 and the crank action of mechanism 12 conver-

tit le mouvement linéaire du bobinage 33 en un mouvement tit the linear movement of the winding 33 in one movement

rotatif qui peut être prélevé au niveau de la poulie 54. rotary which can be taken from the pulley 54.

Dans un essai effectué sur un petit modèle du moteur selon l'invention, on a obtenu une vitesse de In a test carried out on a small model of the engine according to the invention, a speed of

700 tours par minute à la sortie du mécanisme à manivelle. 700 revolutions per minute at the output of the crank mechanism.

La puissance de sortie, mesurée par un test au frein de Prony, était de 2, 2 watts. La tension d'entrée était de 6,75 volts et le courant d'entrée de 1,5 ampères. L'énergie d'entrée était ainsi de 10,125 watts et le moteur présentait un rendement d'ensemble de The output power, measured by a Prony brake test, was 2.2 watts. The input voltage was 6.75 volts and the input current was 1.5 amps. The input energy was thus 10,125 watts and the motor had an overall efficiency of

2,2/10,125 = 22 %.2.2 / 10.125 = 22%.

Pour des motifs de comparaison un essai semblable a été réalisé sur un petit moteur à courant continu de type habituel. Avec une tension d'entrée de 9 volts, le moteur tirait 0,4 ampères, c'est-à-dire 3,6 watts. La vitesse de sortie était de 600 tours par minute et la puissance de sortie de 0,47 watts, donnant un rendement For reasons of comparison, a similar test was carried out on a small DC motor of the usual type. With an input voltage of 9 volts, the motor drew 0.4 amps, that is to say 3.6 watts. The output speed was 600 rpm and the output power was 0.47 watts, giving an output

de 0,47/3,6 = 13 %.0.47 / 3.6 = 13%.

Il est clair quesi le moteur conforme à l'inven- It is clear that if the engine conforms to the invention

tion n'est utilisé que dans le mode linéaire, les pertes par friction dans le mécanisme 12 sont alors éliminées tion is only used in the linear mode, the friction losses in the mechanism 12 are then eliminated

et le rendement est augmenté.and the yield is increased.

Si la machine est utilisée en tant que générateur, If the machine is used as a generator,

alors le bobinage 33 peut être déplacé-de manière alter- then the winding 33 can be moved alternately

native par l'intermédiaire du mécanisme 12. Un signal de sortie alternative est obtenu sur la paire de contacts 62 et 64 et ce signal peut être redressé, le cas échéant, native via mechanism 12. An alternative output signal is obtained on the pair of contacts 62 and 64 and this signal can be rectified, if necessary,

par l'intermédiaire de l'ensemble formant commutateur. through the switch assembly.

La vitesse du moteur est facilement contrôlée ou commandée en faisant varier la tension de la source 58 appliquée au bobinage 33, et la vitesse de l'arbre 46 peut The speed of the motor is easily controlled or controlled by varying the voltage of the source 58 applied to the winding 33, and the speed of the shaft 46 can

être pratiquement commandée ou contrôlée depuis des di- be practically controlled or controlled from different

zaines de tours par minute jusqu'à des vitesses de l'ordre zaines of revolutions per minute up to speeds of the order

de milliers de tours par minute. Un autre aspect de l'in- thousands of revolutions per minute. Another aspect of the in-

vention est que deux culasses 10, ou davantage, peuvent être reliées selon des configurations en V par exemple pour entraîner un seul mécanisme 12 de manière à obtenir It should be noted that two or more cylinder heads 10 can be connected in V-shaped configurations, for example to drive a single mechanism 12 so as to obtain

une puissance de sortie sensiblement constante. a substantially constant power output.

Il a également été trouvé en pratique que la ma- It has also been found in practice that the ma-

chine, en cours de fonctionnement, ne dissipait qu'une china, during operation, dissipated only one

chaleur minimale.minimum heat.

Claims

1 - Electric machine, characterized in that it comprises - means for establishing a magnetic field, - drive means, and - a coil connected to the drive means and

alternately movable in the magnetic field

tick, the winding comprising at least one pair of terminals

nes for the connection to a device which determines the step-

wise of a current through the winding.

2 - Electric machine according to claim 1,

characterized in that the means forming the ma-

genetics include means for establishing a

first magnetic field and means making it possible to

blir a second magnetic field, the second magnetic field

tick being substantially co-linear with the first magnetic field and being in a general direction opposite to that of the first magnetic field, the winding being able to move alternately between the first and

second magnetic fields.

3 - Electric machine according to claim 2, characterized in that it comprises a source of electrical energy connected to the pair of terminals, the polarity relationship between the source of electrical energy and the first and second magnetic fields being such that 'a

motor action is induced in the winding.

4 - Electric machine according to claim 3, characterized in that the source of electrical energy is a source of direct current and comprises switching means for controlling or controlling the direction

current flow through the winding.

- Electric machine according to one of claims 3 and 4, characterized in that it comprises a linear-rotary converter which is driven by the

alternative training means.

6 - Electric machine according to claim 2, characterized in that it comprises members connected to the drive means for producing an alternating movement of the winding so that an electromotive force is induced in this winding and appears

on the pair of terminals.

7 - Electric machine according to one of claims 2 to 6, characterized in that it comprises at least one core which provides a magnetic path for the magnetic fields, the winding surrounding the core and being able to move alternately the along

this one.

8 - Electric machine according to one of the claims

cations 2 to 7, characterized in that the means allow-

both establish the first and second magnetic fields include, respectively, a first and a second

permanent magnet.

9 - Electric machine according to claim 8, characterized in that the first and second permanent magnets are respectively formed by first and

second coaxial annular magnets and in that the coil

20. nage is placed in the bore of the annular magnets.

- Electric machine according to claim 9, characterized in that the first and second annular magnets are respectively formed by a stack

of a set of individual ring magnets.