Le présent document concerne la présentation de trois appareils expérimentaux qui ont servis de références pour la rédaction du brevet N 13/02068 faisant description d un procédé nouveau de générateur électrique ci dessous dénommé «Générateur Torique» ou «GT4B» ou «GT20B» ou «GT40B». Le premier appareil (Photo A1), est constitué d une rampe de fer muni d aimants permanents de type Néodyme constituant un inducteur. Photo A1 (Zone 1, Zone 2, Zone 3, voir texte du brevet) Il comporte également une bobine (Photo A2), constituant l induit. Lorsque la bobine est déplacée dans l axe longitudinal de la rampe, une force électromotrice est générée dans l induit (voir texte du brevet). (Photo A2)
Le deuxième appareil (Photo B1) dénommé «GT4B» comporte un cylindre en acier de 4 cm de haut et de 7,5 cm de diamètre, muni de deux séries de sept aimants permanent de type Néodyme, identiques à ceux du premier appareil et constituant un rotor inducteur bipolaire aux polarités Nord. Photo B1
Il comporte également 4 bobines (Photo B2) constituant les induits du stator. Photo B2 Il comporte également un moteur d entraînement du rotor de type 1,5 à 3 Volts muni d un réducteur de vitesse 3/1. Lorsque le rotor tourne à la vitesse stabilisée de 2400 Tr/mn la force électromotrice générée par l appareil est de 40 Volts. Les 4 bobines constituant les induits du stator du «GT4B» sont connectées entre elles comme indiqué au schéma Fig. 1 pour chaque paires de bobines diamétralement opposées. Fig. 1
Le troisième appareil dénommé «GT20B» comporte un cylindre en acier (Photo C1) de 4 cm de haut et de 8,7 cm de diamètre, muni de deux séries de huit aimants permanent de type Néodyme, de rémanence identiques à ceux des deux appareils déjà évoqués et constituant un rotor inducteur bipolaire aux polarités Nord. Photo C1 Il comporte également 20 bobines constituant les induits du stator (Photos C2 et C3). Photo C2
Photo C3 Vue du «GT20B» avec son câblage. (Photo C4). Photo C4
Les 20 bobines constituant les induits du stator du «GT20B» sont connectées entre elles comme indiqué au schéma Fig. 2 pour chaque paires de bobines diamétralement opposées. Ainsi les 10 paires sont regroupées en deux groupes de 5 paires soit deux groupes de 10 bobines en série de 1 à 15 et de 6 à 20. Fig. 2
Photo C5 Vue du câblage du «GT20B» (Photo C5), comme indiqué au schéma Fig. 2. Photo C6 Vue d un autre câblage possible pour le «GT20B» (Photo C6). Dans ce cas toutes les bobines sont connectées en parallèle. Le «GT20B» comporte également un moteur d entraînement du rotor de type 6 à 15 Volts muni d un réducteur de vitesse 3/1 (Photo C4).
Avec le câblage décrit au schéma Fig. 2 et lorsque le rotor tourne à la vitesse stabilisée de 2400 Tr/mn, la force électromotrice générée par l appareil est de 200 Volts. En modifiant le câblage décrit au schéma Fig. 2, de telle sorte que toutes les bobines soient en série et lorsque le rotor tourne à la vitesse stabilisée de 2400 Tr/mn, la force électromotrice générée par l appareil est alors de 400 Volts. Photo C7 Dans ce cas de câblage (Photo C7), 10 bobines sont connectées en parallèle et les 10 autres en série, comme indiqué au schéma Fig. 3 ci-dessous. Fig. 3
Une façon de mettre en évidence la possibilité de la machine à améliorer le rendement par limitation de la réaction de l induit, consiste à considérer deux cas de figure, selon que le générateur est équipé du câblage correspondant au schéma Fig. 3, ci-dessous nommé P ou à celui du schéma Fig. 3, ci-dessous nommé S. Pour le câblage P les paramètres sont les suivants : - Résistance de la charge Rp = 500 Ohms. - Intensité du courant dans la charge Ip = 0.020 Ampères. - Tension aux bornes de la charge Up = 10 Volts. - Vitesse de rotation du rotor Vp = 2100 Tr/mn Pour le câblage S les paramètres sont les suivants : - Résistance de la charge Rs = 10000 Ohms. - Intensité du courant dans la charge Is = 0.005 Ampères. - Tension aux bornes de la charge Us = 40 Volts. - Vitesse de rotation du rotor Vs = 2100 Tr/mn De la comparaison de ces valeurs il résulte que : - Pour une vitesse de rotation donnée de 2100 Tr/mn, prise en référence, les deux types de câblage P et S, permettent de générer une puissance électrique identique. - La valeur en Ohm de la charge Rs utilisée dans le cas du câblage S est 20 fois supérieure à celle du câblage P. - La tension en Volt mesurée aux bornes de la charge Rs dans le cas du câblage S est 4 fois supérieure à celle du câblage P. - L intensité en Ampère mesurée circulant dans la charge Rs est 4 fois inférieure à celle mesurée dans la charge Rp. Par conséquent, dans le cas du câblage S, le travail mécanique résistant de la force électromagnétique (voir brevet page 13) ou réaction de l induit, est inférieur à celui qui se manifeste dans le cas du câblage P.
Le quatrième appareil dénommé «GT40B» comporte un cylindre (Photo D1) de 24 cm de haut et de 16.6 cm de diamètre, muni de 192 aimants permanents de type Néodyme de rémanence identiques à ceux des trois appareils déjà évoqués et constituant un rotor inducteur quadripolaire aux polarités Nord. Photo D1 Le rotor est constitué d un axe central en acier de diamètre 16mm, lequel supporte un empilement de 24 ronds de bois de 1 cm d épaisseur cerclés par 24 anneaux en acier de 1 cm d épaisseur (Photo D2). Ces pièces sont obtenues par découpe au laser. Photo D2
Il comporte également 40 bobines constituant les induits du stator (Photos D3, D4 et D5) Photos D3 Photos D4 Photos D5
Vue du «GT40B» avec son câblage. (Photo D6) Photo D6
Les 40 bobines constituant les induits du stator du «GT40B» sont connectées entre elles comme indiqué au schéma Fig. 4. Fig. 4 Photo D7 Vue du câblage du «GT40B» (Photo D7), comme indiqué au schéma Fig. 4.
Cette configuration de câblage en série et parallèle (Fig. 4) permet d obtenir mécaniquement la nécessaire synchronisation des bobines en série de façon à obtenir l effet élévateur de tension. Dans le cas de cette machine les bobines en série sont connectées, par groupes de quatre, selon un décalage angulaire de 90 en correspondance avec son rotor quadripolaire. Les dites séries de quatre bobines sont elles même connectées en parallèle. Pour cette configuration de câblage en série et parallèle (Fig. 4), les paramètres sont les suivants : - Résistance de la charge R = 940 Ohms. - Tension aux bornes de la charge U = 250 Volts. - Vitesse de rotation du rotor V = 1500 Tr/mn - Entraînement en prise directe sur l axe du rotor par une moteur type 63C2 Mono. Volt 230/50HZ - 0,25 Kw(0,35cv) - B5/B3-3000 tr/mn. De ces valeurs il résulte que la puissance électrique dissipée par la charge obtenue avec la formule P = U² / R = 66.5 Watts. Cette configuration de câblage préfigure de ce que pourrait être un Générateur de plus grande puissance qui serait constitué de plusieurs tores en parallèle sur un même axe de rotation dont les bobines qui les constituent seraient connectées en série. Dans le cas suivant les 40 bobines constituant les induits du stator du «GT40B» sont connectées entre elles en série comme indiqué ci-dessous au schéma Fig. 5. Fig. 5
Photo D8 Vue du câblage du «GT40B» (Photo D8), comme indiqué au schéma Fig. 5. Pour cette configuration de câblage en série (Fig. 5), les paramètres sont les suivants : - Résistance de la charge R = 60000 Ohms. - Tension aux bornes de la charge U = 2400 Volts. - Vitesse de rotation du rotor V = 1500 Tr/mn - Entraînement en prise directe sur l axe du rotor par une moteur type 63C2 Mono. Volt 230/50HZ - 0,25 Kw(0,35cv) - B5/B3-3000 tr/mn. De ces valeurs il résulte que la puissance électrique dissipée par la charge obtenue avec la formule P = U² / R = 96 Watts. En comparant la puissance électrique dissipée par la charge dans le cas de la configuration de câblage en série et parallèle (Fig. 4), avec celle dissipée par la charge dans le cas de la configuration de câblage en série (Fig. 5), on constate que à vitesse de rotation identique le meilleur résultat est obtenu avec la configuration de câblage en série de l ensemble des bobines du générateur.
Test d évaluation du rendement brut du «GT40B» équipé de son câblage en série (Fig. 5). Dans ce cas les paramètres sont les suivants : - Résistance de la charge R = 83000 Ohms. - Tension aux bornes de la charge U = 2360 Volts. - Vitesse de rotation du rotor V = 1600 Tr/mn. - Entraînement du rotor par un moteur type «RE 850», de marque MFA, de puissance 80 Watts, muni d un réducteur de vitesse de rapport 3/1. De ces valeurs il résulte que la puissance électrique dissipée par la charge obtenue avec la formule P = U² / R = 67 Watts. Le coefficient de rendement brut «η», c'est-à-dire compte non tenu de la consommation du moteur, est le rapport entre la puissance mécanique transmise par le moteur au rotor du générateur et la puissance électrique dissipée par la charge. Soit η = 67 / 80 = 83% Ce résultat expérimental est à considérer en tenant compte du fait que le générateur ici dénommé «GT40B» est une machine de nature expérimentale et de facture artisanale dont les paramètres pourraient être considérablement améliorés. Notamment l intensité du champ magnétique d induction, la précision mécanique des éléments constitutifs, la vitesse de rotation ainsi que la réduction de la section de fil utilisé pour le bobinage des induits du stator associée au refroidissement de ceux-ci de façon à réduire la résistivité du fil de bobinage (c.f. Brevet). Approche théorique explicative chiffrée. Considérant 4 valeurs de tension électrique Uv1, Uv2, Uv3, Uv4, obtenues à partir de 4 vitesses V1, V2, V3, V4, de rotation du rotor d un Générateur Torique théorique. Considérant de plus une intensité «I» constante de valeur 2 Ampères circulant dans une résistance pure «R», on calculera pour chaque vitesse de rotation la puissance électrique dissipée par chaque résistance Rv1, Rv2, Rv3, Rv4, en utilisant la formule «P = U² / R». On calculera de plus l augmentation différentielle «R» des valeurs de résistance comparées d une vitesse à la suivante, ainsi que l augmentation différentielle «U²» des valeurs de tension élevées au carré. Pour V1 les paramètres sont les suivants : Uv1= 10 Volts Iv1= 2 Ampères Rv1= Uv1 / Iv1= 5 Ohms Pv1= U²v1 / Rv1= 20 Watts
Pour V2 les paramètres sont les suivants : Uv2= 20 Volts Iv2= 2 Ampères Rv2= Uv2 / Iv2 = 10 Ohms Pv2= U²v2 / Rv2 = 40 Watts R = Rv2 / Rv1 = 2 U² = U²v2 / U²v1 = 4 Pour V3 les paramètres sont les suivants : Uv3 = 40 Volts Iv3 = 2 Ampères Rv3 = Uv3 / Iv3 = 20 Ohms Pv3 = U²v3 / Rv3 = 80 Watts R = Rv3 / Rv2 = 2 U² = U²v3 / U²v2 = 4 Pour V4 les paramètres sont les suivants : Uv4 = 80 Volts Iv4 = 2 Ampères Rv4 = Uv4 / Iv4 = 40 Ohms Pv4 = U²v4 / Rv4 = 160 Watts R = Rv4 / Rv3 = 2 U² = U²v4 / U²v3 = 4 On constate : Que «U²» constant est toujours deux fois supérieure à «R» constant. Que de la vitesse «V1» à la vitesse «V4», la puissance électrique dissipée par la charge «Rv4» a été multipliée par huit. Que du fait de l intensité «I» restée constante, le travail mécanique résistant de la force électromagnétique ou «réaction d induit» est resté constant.
Tableau comparatif Légende du tableau : Les valeurs qui figurent dans ce tableau concernent uniquement le cas de la configuration de câblage en série de toutes les bobines de chaque machine. Les valeurs concernant la machine dénommée «GT400B» ont été établies par extrapolation des valeurs obtenues expérimentalement avec la machine dénommée «GT40B». Seul le nombre de bobine ainsi que la taille du diamètre du rotor a été augmenté. Nb.B : nombre de bobines par machine. Eq.B : nombre équivalent de bobines par machine. Le gabarit de bobine pris en référence (c.f. photo B2) est celui de la machine ci dessus dénommée «GT20B». Concernant les machines «GT40B» et «GT400B» la dimension des bobines utilisées (c.f. photo D3) équivaut à 6 fois le gabarit de référence. D.rotor : diamètre des rotors des machines en mètre (m). V.ang. : vitesse angulaire en tours par seconde (Tr/s). V.cir. : vitesse circonférentielle en mètre par seconde (m/s). U.part. : tension partielle en volt mesurée identique sur chacune des bobines (V). f.é.m. : force électromotrice ou tension totale des machines en Volt. Cette valeur est obtenue par multiplication de la valeur de la tension partielle mesurée identique sur chacune des bobines constituant le stator par le nombre de bobines constituant le dit stator.
Aperçu des contraintes de développement du procédé. Parmi les caractéristiques spécifiques du Générateur Torique l effet élévateur de la tension totale par multiplication de la tension partielle est sans doute le plus important. L établissement d un réglage consistant à limiter l intensité du courant généré au profit de l amplification de la force électromotrice permet de limiter le travail mécanique résistant de la force électromagnétique. Il est nécessaire par conséquent que les paramètres de dimensions géométriques, d intensité du champ magnétique inducteur ou encore de la vitesse circonférentielle, soient tels que la puissance électrique du Générateur Torique permette l établissement de ce réglage. C est dire que le facteur échelle à une grande importance, parce qu il concerne autant la tension que l intensité. En fait ce procédé élévateur de tension n a pas de limite théorique. Ainsi plus la machine est puissante et plus la valeur relative de l intensité optimale de un ampère par rapport à celle de la force électromotrice est réduite. Usages envisageables. - Des Générateurs Toriques à l échelle des Générateurs Annulaires du type de ceux fabriqués par la société ENERCON permettraient de générer directement de l énergie électrique de haute tension. http://www.enercon.de/unternehmen/produktion/ - Récupération d énergie inertielle. - Chauffage par conducteurs résistifs. - Hydrolyse de l eau déminéralisée. - Dispositif dynamo électrique polyvalent pour des laboratoires ou dans une station spatiale. En utilisant les diverses possibilités de câblage du Générateur Torique, on recherchera à exploiter de façon optimale la source d énergie mécanique disponible (lente et forte ou rapide et faible), en adaptant au mieux le câblage du Générateur Torique.