La géométrie et la cinématique qui sous tendent le concept que je développe dans les lignes qui suivent n’est pas nouvelle. Ce qui l’est en revanche concerne son traitement, aussi bien par la définition précise des problèmes posés que par les solutions apportées (lire jusqu’au bout).
Parmi les problèmes et solutions en question ;
1°) Contournement de l’impossibilité de replacer les éléments qui génèrent le mouvement par attraction ou répulsion entre eux en utilisant moins d’énergie que ce qu’ils ont développé au cours de ce mouvement par un paradoxe dit de « mouvement invisible ». Il s’agit ici de créer les conditions d’un mouvement physique « réel » en même temps qu’une immobilité totale « ressentie » par les éléments en question.
2°) Contournement de la difficulté à privilégier un sens d’action entre deux éléments soumis à une force attractive ou répulsive ; l’un des deux doit être rattaché à un « référentiel » (ou pseudo référentiel) suffisamment stable afin de pouvoir pousser ou tracter l’autre.

Note : Ce design étant basé sur un moteur « à pistons », il convient pour une efficacité optimum que la force qui s’exercera sur ces derniers change de sens en synchronisme avec leur déplacement. Je considère cette optimisation comme un problème non majeur mais dont la résolution est souhaitable. De plus, il s’avère que cette solution s’inscrit naturellement lors de la résolution des deux problèmes sus mentionnés. Je n’allais donc pas faire l’impasse dessus.

3 problèmes, 3 solutions ; (que pour des raisons de clarté je vais exposer dans le désordre)

Alors que je « jouais » le 29__09__2011 avec la base d’une maquette qui n’a pas aboutie, j’ai été surpris une nouvelle fois par le peu d’énergie nécessaire au maintien de la rotation du rotor, même si les freins moteurs ne sont pas négligeables.
Des détails de « La bête » :
__ 3 ensembles cylindre/piston/nielle/vilebrequin orientés à 120°
__ course de piston de 25 mm
__ diamètre rotor de 220 mm









Cela m’a également remis en tête « l’idée de base » de ce moteur qui « exclue totalement toute interaction tangentielle directe entre les pistons et la (les) piste(s) magnétique(s) ».
La seule chose importante à faire est de soumettre les pistons alternativement à une force de poussée puis une force de traction, point barre. Pour cela, il me fallait trouver une « astuce » qui permet un retournement de la direction de la force à moindre coût. Voilà la clé de voûte de cette mécanique.
J’avais oublié un temps ce pré requis que je m’étais fixé au tout début et cela m’a entraîné dans des développements hasardeux et contre productifs. J’ai donc décidé de revenir aux fondamentaux.

Voici la manière dont je pense être parvenu à une solution viable ;
(Solution N° 3)
__ Les pistons se voient dotés d’un axe transversal recevant la poussée/traction de l’élément moteur (il faut imaginer que la vis qui traverse la barre verticale du té en plexi est liée au piston).


__ Le système moteur lui, sera constitué d’un basculeur en forme de té, dont la branche « motrice » est verticale lorsqu’on regarde le moteur posé à plat. Cette dernière sera terminée par une fourche (alésage sur la photo mais j’avais rien d’autre disponible que ces morceaux de plexi) qui enserrera la barre transversale d’entraînement du piston associé. Chaque branche horizontale se verra dotée d’un aimant pendant que l’articulation sera centrée sur la jonction des trois branches. Comme sur la photo, les bras seront dirigés radialement, un des bras pointant vers l’extérieur, et l’autre vers l’axe de rotation du rotor.
Le schéma ci-dessous décrit cette situation :


Avant de poursuivre, je tiens à attirer l’attention sur plusieurs détails importants ;
a) j’ai représenté le jeu de fonctionnement entre fourche du basculeur et axe de piston de manière exagérée pour signifier son existence.
b) J’ai également représenté un « décentrage » entre chaque piste et son aimant respectif. Un peu comme si la piste était « en avance » afin de motiver l’aimant à la suivre. Nous verrons plus comment maintenir cette motivation intacte dans la solution N°2.
__ L’articulation des tés se fera sur des axes fixés au bâti (non représentés ici) de telle sorte que lorsque le piston se trouve à mi-course la branche motrice soit strictement à la verticale et bascule d’un côté ou de l’autre suivant que le piston se dirige vers le P.M.H. ou le P.M.B.
(Solution N° 1)
__ Deux pistes concentriques en acier ferromagnétique sont fixées sur deux parois cylindriques sur le rotor. Une de chaque côté du té. Leur géométrie est de telle sorte que la distance aimant/piste ne bouge jamais, pas plus que la reluctance, chaque variation de distance dans le plan vertical se trouvant exactement compensée par une autre variation dans le plan horizontal. Si cela exige une géométrie complexe au niveau des pistes, ce n’en est pas moins tout à fait réalisable avec les outils appropriés. Vue du dessus les pistes dessinent des ellipses assez proches du cercle avec deux « encoches » correspondant aux P.M.H. et P.M.B., alors que vue de côté elles ressemblent chacune à une sinusoïde aplatie.
Cette approche permet donc bien de créer un mouvement physique réel (la piste bouge par rapport à l’aimant) en maintenant une immobilité ressentie entre les deux éléments puisque leur distance relative reste invariable.
(Solution N°2) (La plus importante)
La non réciprocité :
Dans la création de l’effort générateur de mouvement, l’attraction entre aimant et piste peut déboucher sur deux actions possibles ;
a) Le basculeur « prend appui » sur la piste pour « pousser » ou « tracter » le piston.
b) Le basculeur « prend appui » sur le piston pour « agir » sur la piste.
Etant donné l’orientation radiale de la force d’attraction aimant/piste, cette dernière peut être considérée comme un élément parfaitement stable. Dans ces conditions, il ne fait aucun doute que le basculeur va « subir » totalement l’effet de cette force.
Mais cela n’élimine pas une action tangentielle du basculeur sur la piste. C’est ici qu’intervient un élément capital : le diamètre moyen des pistes. En effet, plus ce diamètre sera grand, plus la pente des pistes sera faible, avec pour conséquence un effet basculeur sur piste réduit.
Si la maquette dont j’ai montré les photos n’autorise pas un excellent rapport course de piston/diamètre moyen de piste, rien ne nous interdit de concevoir une machine beaucoup plus efficace. Par exemple en multipliant le diamètre moyen de piste par 5, et en utilisant le large espace séparant désormais les ensembles cylindre/piston pour en multiplier le nombre par 5 aussi, par exemple.
J’ai déterminé certaines valeurs possibles sur ma maquette en fonction de certains choix. Ainsi, en dessinant un basculeur « symétrique » (les 3 bras d’égale longueur) et compte tenu de la course de piston de 25 mm, cela engendrerai une distance position haute/position basse de la piste d’environ 20 mm. Sur un diamètre moyen de piste externe de 200 mm cela donne une pente de 15,7%, soit une valeur élevée. Mais sur un diamètre de 1000 mm on arrive à seulement 3,14%, soit une valeur qui permet d’accéder à la « non réversibilité » sur un système engrenage/vis sans fin. Hors, nous sommes exactement dans ce contexte.

On peut donc maintenant définir un dimensionnement « réaliste » d’un proto dont la probabilité de fonctionnement dépasse de loin tout ce que j’ai pu voir jusqu’à présent ;
__ Diamètre moyen de piste externe = 1000 mm
__ Nombre de cylindres/piston = 15 (ou plus)
__ Course de piston = 25 mm
__ Distance position haute/position basse des pistes = 20mm
__ Liaison engrenage central/vilebrequins par train d’engrenages
__ Réversibilité négative = 0
__ Basculeurs « symétriques » afin de retrouver sur la tige réceptrice de chaque piston une force plus ou moins égale à l’adition des forces exercées entre chaque couple aimant/piste (à l’allongement du bras de levier dû à l’utilisation de la fourche près, soit 90% en moyenne).
__ Course « utile » de chaque piston compte tenu des « zones faibles » (P.M.B.-P.M.H.) estimée à 80% de la course totale.
 Estimation du couple obtenu au niveau du rotor (hors pertes par frottements) 0,8*0,9*2*0,025*15*x mN (x = valeur unitaire de la force sur un couple aimant/piste en Newton), soit 0,54 mN si chaque couple aimant/piste développe une force de 1N.


Restent deux problèmes mineurs que j’aborde en cette fin de présentation même si les problèmes conceptuels sont résolus.

1°) La liaison branche motrice du basculeur/axe récepteur de poussée-traction : cette liaison impose un jeu minimum de fonctionnement. Il faudra impérativement prendre en compte le « rattrapage » de ce jeu lors des inversions de mouvement afin de définir la géométrie des pistes (notamment l’écart position haute/position basse, voir schéma ci-dessous). L’utilisation d’un roulement doit permettre de rester inférieur à 0,2 mm (voire moins).

2°) Le franchissement des « zones faibles » : c’est généralement là que les choses se gâtent vraiment. Pour passer les zones « d’entrée » et de « sortie » des P.M.B. et P.M.H., il y a obligation de « taper » dans le capital d’énergie cinétique accumulé dans le rotor étant donné que la force du basculement va décroître et passer par une valeur nulle avant de ré augmenter. Dans le meilleur des cas, il s’agit de vaincre au minimum les efforts dus aux frottements. La multiplication du nombre de cylindres minimise d’autant ce problème grâce à un nombre de pistons « moteurs » plus que suffisant (nombre impair préférable).

Approfondissement ; à la lecture de ce qui précède et dans une optique purement théorique, on imagine que la piste aux deux points d’inversion du sens d’action (P.M.B. et P.M.H.) devrait « sauter » brusquement d’une position de « je tire d’un côté » à une position « je tire de l’autre côté ». D’une part, il est impossible de faire passer la piste instantanément d’une position à l’autre, d’autre part il y a obligation de maintenir la distance aimant/piste constante (on ne peut pas passer par le plus court chemin). En conséquence, la piste doit effectuer une sorte de « détour » pour passer d’une position haute à une position basse et vice versa. Il va de soi que durant cette phase de « retournement » du sens d’action de la force d’attraction, on va voir son « potentiel utilisable » décroître, passer par zéro avant de croître à nouveau. C’est la rançon logique de maintenir cette force constante tout en inversant son sens d’action souhaitable. C’est la raison de la création de deux « zones non ou faiblement motrices ».
Du coup, on perd un peu de capacité motrice durant cette transition, mais je pense préférable de perdre une petite quantité de « potentiel moteur » au profit d’un passage « souple et lisse» des P.M.B. et P.M.H. que le contraire.
La figure ci-dessous grâce aux pointillés montre bien de combien les pistes devraient se déplacer dans un laps de temps n’excédant pas celui nécessaire au rattrapage de jeu. Brutal ! C’est pourquoi il convient d’anticiper.


Le postulat de départ de mouvement alternatif se trouve donc bien respecté, à une nuance près ; chaque piston voit alternativement s’exercer sur lui une poussée, suivie d’une petite période à effort nul, suivie d’une traction, suivie d’une petite période à effort nul, et le cycle recommence.

J’allais oublier un tout petit soucis, un détail ; l’accumulation inexorable d’énergie cinétique. En l’absence de « charge » et/ou de régulation, ce moteur est voué à une accélération infinie auto destructrice. Je verrai bien pour ce faire un système à double butée à ressort pour chaque piston. Ces butées réduisant la distance qui les sépare, il y aurait une dissymétrie progressive entre l’énergie que les ressorts accumulent et celle qu’ils « peuvent » restituer, d’où un effort de freinage que l’on pourrait réguler finement.