La reproduction du moteur Orbo de Steorn par JL Naudin

La reproduction du moteur Orbo de Steorn par JL Naudin
créé le 26 décembre 2009 - JLN Labs - Mis à jour le 2 Mars 2010
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Le nouveau moteur de Steorn présenté le 15 décembre 2009 par Sean McCarthy à Dublin est composé d'un rotor équipé d'aimants au néodyme et d'un stator comportant des tores en ferrite bobinés.

Les aimants du rotor sont attirés par le matériau ferromagnétique du tore l'énergie magnétique potentielle est transformée en énergie cinétique de rotation. La ferrite va se polariser magnétiquement se transformant temporairement en aimant de polarité opposée à celle de l'aimant du rotor. Il y a donc attraction, l'aimant se rapproche de la ferrite, mais l'empêche de s'en éloigner. Lorsque l'énergie potentielle magnétique est minimale et que l'énergie cinétique est maximale (point le plus proche de l'aimant en face du tore), une impulsion de dépolarisation est envoyée dans la bobine torique changeant l'orientation des domaines magnétiques (domaines de Weiss) de
la ferrite, ce qui permet de libérer l'aimant.

Je rappelle que le champ magnétique extérieur d'une bobine torique est nul, elle est assimilée à une bobine de longueur infinie. Il n'y a pas d'interaction directe du champ magnétique du tore avec le champ magnétique des aimants du rotor. Le champ magnétique de la bobine torique sert uniquement à dépolariser temporairement l'aimantation de la ferrite du tore. Ainsi donc, la force magnétique d'attraction du rotor devient asymétrique, l'énergie potentielle magnétique en phase d'approche de l'aimant du rotor est inférieure à l'énergie potentielle magnétique en phase d'éloignement. Il y a donc cet effet de "regauging magnétique" longuement expliqué par Tom Bearden.

Pour résumer, nous avons là un système "non-réciproque" et asymétrique. Il n'y pas de force contre électromotrice (Back-emf) dans les bobines toriques du stator produite par la rotation du rotor. Le courant nécessaire à la dépolarisation temporaire des domaines magnétiques de la ferrite est indépendant du couple mécanique produit sur l'arbre du moteur.

A partir des élements publiés sur l'internet par Steorn, j'ai donc décidé de reproduire ce moteur magnétique et de vérifier dans un premier temps les observations et mesures présentées dans la vidéo du 15 décembre 2009 par Sean McCarthy à Dublin.

Les expériences proposées ici et leurs explications sont seulement uniquement basées sur mon interprétation personnelle du principe de fonctionnement de l'Orbo à partir des vidéos et des photos présentées au public par Sean McCarthy à Dublin et peuvent être différentes des explications officielles de Steorn. Ces expériences présentées ici sont le résultat de toutes mes recherches à propos du moteur Orbo de Steorn.

Le capteur à effet Hall utilisé précédement pour le déclenchement des bobines a été remplacé par un capteur optique pour un réglage plus précis du timing.

Spécifications techniques d'une bobine toroïdale:
Tore en matériau ferromagnétique (grade 3E25),
inductance spécifique Al=3820 (23x14x7 mm)
bobiné CW avec 7.5 m de fil de cuivre de 4/10 mm
Inductance max = 235 mH (loin de l'aimant)
Inductance min = 58.6 mH (proche de l'aimant)
Résistance de la bobine = 1.4 ohms

Caratéristiques des aimants:
4 paires de 2 aimants NdFeB (Bremag 27) de 27 MGoe (208 kJ/m3) polarisation N-S vers l'exterieur.
Dimension de chaque aimant : diamètre 22 mm, épaisseur 10 mm

Caratéristiques du rotor:
Coque en plastique: diamètre extérieur = 100 mm, hauteur = 50 mm
Espace entre le rotor et les bobines statoriques = 3 mm

Le dernier modèle V3 est actuellement en cours de test. Le design est encore plus proche de celui présenté à Dublin
le 15 décembre 2009 par Steorn...

Dans ce test, seulement les deux bobines toroïdales statoriques 1 et 3 sont utilisées pour faire tourner le moteur. La vitesse de rotation (RPM) est mesurée avec un tachymètre optique et le moteur est éclairé avec une lampe halogène alimentée en tension continue (batterie) alors que toutes les lampes alimentées en tension alternative sont éteintes dans le labo. Lorsque la vitesse de rotation maximale est établie (690 RPM), les bobines statoriques 2 et 4 connectées en série sont court-circuitées et la vitesse de rotation est mesurée.

A la vitesse maximale et stable (690 tours/minute), lorsque les bobines toroïdales statoriques 2 et 4 sont court-circuitées via l'interrupteur, il n'y a AUCUN CHANGEMENT mesurable dans la vitesse de rotation du moteur. Mettre en court-circuit les bobines toroïdales statoriquse n'a donc aucun effet sur la vitesse de rotation du moteur de Steorn.

TEST 2: INDUCTANCE des bobines statoriques en fonction de la position angulaire de l'aimant du rotor

L'objectif de cette expérience est de mesurer la variation d'inductance des bobines statoriques toroïdales du moteur Steorn V3 en fonction de la position angulaire de l'aimant du rotor. Cette inductance est mesurée avec un inductancemètre Voltcraft LCR 9063 tous les 5° de 0° à 180°. Les 4 bobines toroïdales sont connectées en série.

Spécifications techniques d'une bobine toroïdale:
Tore en matériau ferromagnétique (grade 3E25),
inductance spécifique Al=3820 (23x14x7 mm)
bobiné CW avec 7.5 m de fil de cuivre de 4/10 mm

Caratéristiques des aimants:
4 paires de 2 aimants NdFeB (Bremag 27) de 27 MGoe (208 kJ/m3) polarisation N-S vers l'exterieur.
Dimension de chaque aimant : diamètre 22 mm, épaisseur 10 mm

La résistance totale des quatre bobines toroïdales connectées en série est de 4.5 ohms

Sur le diagramme ci-dessus, la position des bobines statoriques, des aimants et de la zone où les bobines sont alimentées est clairement indiquée.

RESULTAT des TESTS: Vous constaterez sur le diagramme ci-dessus, que, dans cette reproduction du moteur de Steorn V3, l'inductance des bobines toroïdales statoriques chute considérablement de 963 mH à 190 mH lors de l'approche des aimants vers les bobines statoriques. Cet effet de variation d'inductance a été pleinement démontré par Sean McCarthy sur son moteur Orbo lors de la présentation "Cop>1" à Dublin le 12 Janvier 2010...

TEST 3: Comment supprimer la Force Contre ElectroMotrice (Back EMF) dans les bobines toroïdales statoriques ?

L'objectif de ce test est de démontrer qu'une Force Contre ElectroMotrice (Back EMF) peut être induite dans les bobines toroïdales statoriques lorsque les bobines sont placées au-dessus et au-dessous de la ligne neutre magnétique des aimants du rotor en mouvement. Vous constaterez qu'il existe une position très précise où la Force Contre ElectroMotrice induite peut être complètement annulée.

Pour réaliser cette expérience, j'ai utilisé ma version 3 du moteur de Steorn avec ses 4 bobines toroïdales statoriques. J'ai ajouté une cinquième bobine toroïdale comme sonde Back EMF. Cette bobine peut se déplacer le long d'un guide parallèle à l'axe de rotation du rotor magnétique, au-dessus et au-dessous de la ligne neutre magnétique. Le rotor contient 4 paires d'aimants NdFeB avec leur pôle Nord et Sud orientés vers l'extérieur ( le pôle Nord étant celui du dessus et le pôle Sud étant celui du dessous)

RESULTATS DU TEST: Cette expérience simple confirme que, lorsque les bobines toroïdales statoriques sont placées au-dessus ou au-dessous de la ligne neutre magnétique du rotor, une Force Contre ElectroMotrice peut être mesurée. Cette experiences confirme aussi qu'il existe une position très précise où la Force Contre ElectroMotrice peut être complètement annulée, cela se produit lorsque les bobines toroïdales statoriques sont placées exactement en ligne avec la ligne neutre magnétique des aimants du rotor en mouvement.

TEST 4: Reproduction réussie des impulsions de type Orbo dans le moteur Steorn V4

Maintenant, mon nouveau design des bobines toroïdales du moteur V4 reproduit exactement la même forme des impulsions de tension et de courant
que la version Orbo originale de Steorn présentée par Sean McCarthy...
Vous pouvez constater que la montée de courant est très rapide, à inductance égale, et que le haut de la courbe est PLAT et HORIZONTAL....

Il est très intéressant de noter que le courant est constant pendant 72% de l'impulsion alors que l'inductance des bobines statoriques varie de 246 mH à 916 mH...

TEST 5: Nouvelles mesures après un ajustement précis et un réalignement des bobines toroïdales sur la ligne neutre

L'impulsion a été précisement réajustée avec une résistance variable de forte puissance et les bobines toroïdales finement réalignées sur la ligne neutre magnétique.
Le résultat est maintenant indéniable, regardez la courbe de courant et la courbe de puissance, le courant grimpe très vite et ensuite la courbe devient très plate et horizontale alors que l'inductance des bobines toroïdales statoriques varie. Ainsi donc, il n'y a pas de FCEM induite par la rotation du rotor, il n'y a pas de pic de puissance sur la courbe de puissance calculée en temps réel par l'oscilloscope numérique....

TEST 6: Mesure de la Rémanence Magnétique Visqueuse (VRM) du noyau ferromagnétique

L'objet de ce test est de mesurer décroissance de la Rémanence Magnétique Visqueuse (VRM) du noyau ferromagnétique de mon moteur Steorn Orbo v4.1 par rapport au temps.

Lorsque l'aimant du rotor, librement attiré par le matériau ferromagnétique, s'éloigne du tore, ce matériau ferromagnétique reste temporairement magnétisé avec une polarité inverse à celle de l'aimant le quittant à cause de l'effet de Rémanence Magnétique Visqueuse. Lorsque le prochain aimant approchera ce noyau magnétisé, il subira une force d'attraction plus importante grâce à cette magnétisation temporaire et donc gagnera plus d'énergie cinétique.

TEST 7: Test de charge avec une bobine secondaire connectée à une lampe à Leds de forte puissance

L'objet de ce test est de mesurer l'effet de charge du moteur Orbo V4 sur le courant d'entrée des bobines toroïdales statoriques. Ainsi, une bobine secondaire a été connectée à 45° de la position TDC. Cette bobine secondaire est une bobine plate à air (600 mH) connectée à une lampe, équipée de Leds de forte puissance, utilisée comme charge.

Le courant d'entrée circulant à travers les bobines toroïdales statoriques est mesuré avec un ampèremètre analogique.

RESULTATS DU TEST: A pleine vitesse de rotation, si la lampe à Leds de puissance est ALLUMEE, il n'y a pas de changement dans le courant mesuré à l'entrée des bobines toroïdales statoriques.

A pleine vitesse, avec la lampe à Leds ETEINTE, le courant mesuré à travers les bobines toroïdales statoriques est de 400 mA.

Si la lampe à Leds de puissance est ALLUMEE, le courant mesuré à travers les bobines toroïdales statoriques est toujours de 400 mA.

Ci-dessous, vous trouverez la vidéo du test de charge avec la lampe à Leds de forte puissance avec un ampèremètre analogique:

Ci-dessous, vous trouverez la vidéo du test de charge avec la lampe à Leds de forte puissance avec un ampèremètre numérique:

Félicitations à Larsko, il a construit un reproduction du moteur Orbo avec une mécanique quasiment sans frottements. Ses mesures, lors des tests en charge, ont démontrés un effet de sur-unité.

Le tore en ferrite utilisé est un F-87A-H de perméabilité de 15000. Chaque bobine (de 640mH, Rdc=0.5 ohm) a 200 tours (7.92m) de fil de cuivre de 0.574mm diamètre. Lorsque le moteur fonctionne l'inductance totale des 4 bobines connectées en série varie de 2300 mH à 2400 mH.

Puissance d'entrée à vide: 4 volt * 31mA = 0.124 watt. La puissance est dissipée par effet Joule. Vitesse de rotation 1551 tours/minute
Puissance en charge: 4 volt * 32 mA = 0,128 watt. La puissance d'entrée augmente seulement de 0,004 watt.... Vitesse de rotation 1240 tours/minute
Charge en sortie sur 9 Leds = 7.72 V * 2.99 mA = 0.023 W

Delta Power = 23 mW - 4 mW = 19 mW ---> 19/4= 4.75 ?

Commentaires de Jean-Louis Naudin : Dans la reproduction du moteur Orbo par Lasko, il important de signaler que le facteur 4.75 N'EST PAS UN COP ou une expression du rendement du dispositif. La chose la plus importante à noter dans cette bonne reproduction de l'Orbo par Larsko est que, lorsque 23 mW est récupéré à la sortie, il n'y a seulement que 4 mW qui est extrait à l'entrée... C'est un bon exemple de non-réciprocité.

Commentaires de JL Naudin: Pourquoi ce brevet ci-dessous est-il très intéressant pour le moteur Orbo ?

Ce brevet, ci-dessous, est très intéressant car il dit que dans une bobine torique normale, chaque couche bobinée est équivalente à une bobine plate d'une spire dont l'axe est parallèle à l'axe du tore. Ainsi, une bobine toroïdale d'une couche est vue extérieurement comme une bobine plate virtuelle d'une spire et donc capable de capter de l'induction hors du tore. Pour contrer cet effet parasite, la seule chose à faire est, pour chaque couche de la bobine toroïdale, de bobiner une spire le long de la circonférence du tore de manière à produire un champ magnétique contraire à cette bobine plate virtuelle. Ainsi donc, la bobine toroïdale statorique sera totalement insensible aux champs magnétiques extérieurs et donc insensible à la FCEM produite par le mouvement des aimants du rotor, c'est un des points clé du principe de l'Orbo...

Patent number: US5565835 (click on the picture to read the patent )

SUBSTANTIAL NULLIFICATION OF EXTERNAL MAGNETIC FIELDS AND LORENTZ FORCES REGARDING TOROIDAL INDUCTORS

Inventor: Lawrence R. Groehl
Assignee: The United States of America as represented by the Secretary of the Army, Washington, D.C.
Appl. No.: 260,151
Filed: Jun. 13,1994

Main and supplemental windings are combined in a toroidal inductor to subntially nullify Lorentz Forces on the main winding and the magnetic field thereof which passes externally from the inductor.

BACKGROUND OF THE INVENTION

Use of inductors or coils is well know as for storing electrical energy. As the electromagnetic parameters of inductors increase however, severe problems are encountered therewith, for example in power distribution systems of electric utilities. Because of Lorentz Forces which result from the interaction of currents with magnetic fields, structural integrity becomes a primary consideration. Magnetic fields which radiate externally from many inductors are also an important consideration because energy losses result therefrom, and a hazard to life and equipment.

Ci-dessous, la vidéo de la présentation de Steorn du 15 décembre 2009 à dublin

Je n'ai aucun partenariat avec Steorn Ltd. Orbo est une marque déposée par Steorn