Présentation d'un nouveau concept

Le moteur à répulsion

Le moteur dit à répulsion est un concept peu connu

Il est dérivé à la base des moteurs universels.

Le principe:  Les bobinages inducteurs sont rendu indépendant du bobinage du rotor connecté d'habitude en série via le collecteur.
Nous nous retrouvons donc avec un moteur dont l'excitation est dite séparée.

La plus grosse partie du travail est donc faite.
Il ne reste plus maintenant qu'à court-circuiter les sorties du collecteur rotor, et alimenter les inducteurs en alternatif.

Que va t il se produire ?
Les inducteurs vont produire un champ magnétique variant au travers du rotor.
Le rotor étant bobiné et court-circuité il va se développer un courant dans le bobinage du rotor (ou induit).
(Cela ressemble de très près à un transformateur dont le secondaire est mobil). 

Se courant va s'opposer à la cause qui lui donne naissance,
il va produire un champ magnétique qui sera directement en opposition avec le champ créateur.

Ainsi le rotor sera en opposition magnétique direct avec le stator.
Il va se produire un couple de rotation de réaction.
Précisons que l'angle formé entre les induits et le collecteur rotor est important.

Jusque là tout semble logique,
mais une question me vient à l’esprit pourquoi ne pas utiliser ce courant de court circuit comme source d'alimentation d'un autre moteur.
Un moteur identique bien sur, et ainsi recommencer le cycle
Nous allons nous retrouver avec des moteurs poupées Russes.

Chaque moteur pourra être lié à un même arbre moteur lui même relié à un alternateur.
Cet alternateur va produire du courant,
Le but de la manœuvre est de mesurer le courant exploitable vis à vis du courant consommé.

Le courant récupéré sur chaque moteur doit être le plus grand possible afin d'avoisiner le courant de court circuit.
Plus le courant sera fort plus le couple moteur sera important.
Nous avons donc simplement à nous préoccuper du courant consommé par le premier moteur.
Le rendement de se type de moteur est correct, sans être exceptionnel, il avoisine les 70%

Reste à savoir si le courant récupérer sur chaque étage va combler le rendement manquant pour atteindre vectoriellement la sur unité.

Voici des images qui symbolisent le concept.

Le système est fonctionnel en 2 pôles mais également en 4 pôles ou plus.



Le couple que l'on va obtenir dépend du courant injecté dans les induit,
du courant de court circuit dans le rotor,
mais aussi de l'angle formé entre les poles inducteurs le court circuit via collecteur du rotor.



Information récupéré sur se Site

Voici deux simulations la première représente l'alimentation des induits uniquement.



Et la seconde avec court circuit de réaction du rotor.



Il apparait clairement que les flux sont en oppositions le rotor va chercher une position qui lui conviendra mieux,
il ne la trouvera jamais car la rotation va produire sont auto commutation.

****************************************************************************************************

Nous allons tenter de réaliser une maquette à partir d'un moteur universel de récupération.
La première opération à faire est de modifier le câblage (série entre inducteur et induit).
Le but est d'avoir trois bobinages distincts que nous pourrons réarranger à notre convenance.
Deux bobines sur le stator et une bobine commutée sur le rotor.
Techniquement, nous ferons le choix d'alimenter le rotor via les charbons,
Contrairement à la description faite plus haut le rotor deviendra l'inducteur.
Peut importe, le fonctionnement reste identique simplement les rôles sont intervertis.
La raison est que nous pourrons plus facilement manipuler les bobines induites.
A savoir enlever ou ajouter des spires etc.
Beaucoup plus simple à pratiquer sur une partie fixe pour un amateur, le rotor étant mobile en rotation,
parvenu à une certaine vitesse, la modification de celui-ci pourrait entrainer un déséquilibrage mécanique.

Quelques images des étapes de transformations






Voici l'image de la modification de l'axe des charbons affin d'obtenir du couple mécanique.


La valeur de l'angle va définir le sens de rotation, qui dans notre cas n'est pas important.


Le moteur monté sur un chassis, ainsi que l'autotransformateur d'alimentation qui va permetre de faire les premières mesures.


 
Une première vidéo est diponible ici
Elle à pour but de montrer que le moteur à répulsion est fonctionel.
Point de sur-unité à se stade certes, mais une première étape à été franchi.

_________________________________________

Voici le schéma qui va prendre place afin de faire des mesures courant consomé couple produit.

Le courant récupéré sur les induits du stator (secondaire) va être réintroduit dans le circuit d'alimentation du hacheur de courant du rotor (primaire).
Le générateur de tension continue va devoir apporter le delta manquant pour générer le couple suffisant à l'entrainement de la charge (alternateur).
Il restera à mesurer le courant réellement consommé au niveau du générateur et le courant extractible de l'alternateur.
Le résultat net fera le bilan.

Le bilan de concept ci-dessus n'est pas valable, la raison majeur est que le prélèvement de courant sur le stator diminue très fortement le couple moteur,
donc le rendement mécanique car le courant consommé reste constant.

La suite des mesure nous à mené vers l'exploitation du moteur en mode réluctance minimale.
La particularité de se mode est que nous pouvons nous permettre d'alimenter uniquement le rotor,
il cherche à se synchroniser avec le stator mais n'y parvient jamais relativement au collecteur qui auto commute les bobinages du rotor.

Suite à cela j'ai cherché à mesurer les différences qui existes entre le moteur en mode répulsion et en mode réluctant,
Force à été de constater que le mode réluctant était bien meilleur que le mode répulsion.
Pour une vitesse et un couple identique le courant consommé en mode réluctance est quasiment deux fois plus faible.

Ensuite j'ai tenté de chercher une hypothèse alliant le fonctionnement de bon rendement du mode réluctance et la récupération de courant.
Voici le résultat, le système est sensiblement le même dans sa forme en revanche le mécanisme tire bien meilleur partie du hacheur.

Il y a une distinction très claire entre le front montant et descendant du courant injecter dans le rotor.
Sur le front montant le rotor cherche à se synchroniser avec le stator aucun courant ne circule dans les circuits secondaire car la diode empêche le courant de passer.
Nous somme donc en mode réluctance maximale le couple est élevé et le courant consommé faible.
sur le front descendant, le courant induit dans le stator peut cette fois circuler librement au travers de la diode,
Les champs sont synchroniser car la diminution d'un champ dans une bobine créer un courant qui tend à le faire perdurer.
Nous avons toujours une propension à la synchronisation du rotor sur le stator, mais cette fois le courant injecté dans le rotor est nul,
et l'induction dans le stator maximale, nous pouvons donc prélevé sans contrainte de grandeur ce courant et l'utiliser pour charger un condensateur de réserve.
Et éventuellement réintroduire cette source dans le circuit d'alimentation du hacheur alimentant le rotor.
l'hypothèses la plus probable sur l'utilisation du courant secondaire,
serait de surélevé la tension du hacheur.
Une tension issue d'un générateur externe type batterie, à laquelle on va ajouter la tension prélevée au secondaire.
Le gain de couple sera exploité via l'alternateur monté sur l'arbre moteur.

___________________________________________________________________

Une analyse poussée du mauvais endement du moteur en mode répulsion montre qu'au cours du signale alternatif le moteur subit un anti couple.
La répulsion à lieu lorsque le sourant croi uniquement en revanche lorsque le courant décroit le moteur fonctionne en mode Réluctance minimale.
Nous avons constaté que le moteur offre un sens de rotation inverse lorsqu'il est en mode réluctance et lorsqu'il est en mode répulsion.
Sur le front montant la répulsion apparait et tente de repousser le pôle du rotor, mais sur le front descendant la réaction du stator s'inverse et attire le pôle du rotor.
Le pilotage de rotor en mode Haché devrait permettre l'amélioration du rendement, la récupération sur le stator uniquement sur le front montant, du signal d'entré.
 Grâce à la mise en place d'une diode, va rendre possible de selectionner le court circuit uniquement sur la parti du signal qui nous interesse.
La limite du phénomène réside dans la perte inévitable du à la tension de chute de la diode en mode passant, de l'ordre du Volt.
Cela dit cela laisse un bonne espoir d'optimisation du rendement couple mécanique également pour le fonctionnement en mode réluctance.
Nous devrions être capable de concevoir un moteur à quatre pôles relier magnétiquement deux à deux.
Chacun des pôles sera muni d'un bobinage de récupération, les deux pôle utilisé pour la répulsion devrons être court circuités par une diode rapide de puissance.
Les bobines devrons comporter un grand nombre de spires afin de rendre négligeable la chute de tension de la diode passante.
Le courant de court circuit aura lieu sur le front montant de la commande du rotor.
Les deux autre paire de pôles devrons être munie d'une diode inverse vis à vis des deux première pôles.
Ainsi la récupération du courant aura lieu durant le front descendant de la commande du rotor.
Ce principe va permettre d'optimiser le rendement mécanique du moteur ainsi que de récupérer de l'energie au stator sans créer d'anticouple de rotation.

____________________________________________________________________

L'adjonction d'aimant peut apporter un plus au niveau du couple moteur,
Le moteur va devenir un hybride à savoir, utilisant l'opposition magnétique vis à vis d'un aimant et la réluctance minimale.



Le moteur devient en quelques sorte un faux 4 pôles deux pôle stator en tôle et deux autres pôles aimants.
Lorsque nous allons alimenter les bobines le flux des aimants passant au travers du rotor va être dévier
il va se produire un couple d'opposition entre le rotor et les aimants, le flux va dévier vers la zonr ferreuse seule voie de passage restante.



Nous allons obtenir un couple plus important car le rotor va être soumis à un push pull magnétique.

___________________________________________________________

Une après midi de mesures à permis d'évaluer quel était la meilleure configuration de câble pour obtenir la vitesse maximale et un courant minimal.
Ces tests sont fait sans aimants ajouter car cela représente une certaine difficulté de les installer sur le moteur.

Ce schéma représente le câblage le plus adéquat, le moteur tourne en mode répulsion.
Il permet d'obtenir une vitesse de rotation élevée pour une tension de 15V continu et un courant de l'ordre de 2A.
Le couple est correct le rapport cyclique est d'environ 50% et une fréquence de 200 Hz.
La suite du test consistera à travailler sur la localisation de la meilleure fréquence de travail.