EP4363722A1 - Dispositif generateur de flux fluidique - Google Patents

Dispositif generateur de flux fluidique

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Publication number
EP4363722A1
EP4363722A1 EP22747364.2A EP22747364A EP4363722A1 EP 4363722 A1 EP4363722 A1 EP 4363722A1 EP 22747364 A EP22747364 A EP 22747364A EP 4363722 A1 EP4363722 A1 EP 4363722A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flange
stator
rods
membrane
rod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22747364.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Harold GUILLEMIN
Vincent Randon
Lucas COMITI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Finx
Original Assignee
Finx
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Finx filed Critical Finx
Publication of EP4363722A1 publication Critical patent/EP4363722A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/0009—Special features
    • F04B43/0018—Special features the periphery of the flexible member being not fixed to the pump-casing, but acting as a valve
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H11/00—Marine propulsion by water jets
    • B63H11/02—Marine propulsion by water jets the propulsive medium being ambient water
    • B63H11/04—Marine propulsion by water jets the propulsive medium being ambient water by means of pumps
    • B63H11/06—Marine propulsion by water jets the propulsive medium being ambient water by means of pumps of reciprocating type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F7/00—Pumps displacing fluids by using inertia thereof, e.g. by generating vibrations therein
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/34—Reciprocating, oscillating or vibrating parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
    • H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system

Definitions

  • the present invention relates to a device for generating fluid flow, preferably hydraulic, for example a hydraulic thruster, a pump, a fan or a mixer, the device comprising at least one actuator whose movable part performs an alternating linear translational movement.
  • Fluidic flow generator devices are known, in particular hydraulic flow generator devices.
  • the invention proposes a fluid flow generating device extending in a longitudinal direction (L), characterized in that it comprises:
  • At least one actuator configured to set the at least one membrane in alternating translational motion
  • the fluidic flow generator device has the advantages of offering a small number of parts, a reduced size, avoiding the blocking of objects, of the algae type, in a propulsion chamber which would be composed of flanges and allow a back and forth movement at high frequency. This arrangement also makes it possible to provide a fluidic flow generator device offering a low manufacturing and maintenance cost.
  • said device may comprise one or more of the following characteristics: - the at least one flange is arranged on a transverse face, the at least one membrane having a flange face facing the at least one flange, the outer face being opposite the flange face;
  • each flange being arranged at a separate end of the frame or of the actuator.
  • a flange is meant a wall positioned transversely with respect to a longitudinal direction corresponding to the flow of the fluid flow, in particular hydraulic. Each flange cooperates with at least one membrane in order to locally pressurize the fluid present in order to locally produce an increase in flow with respect to the surrounding medium.
  • each flange is arranged at a longitudinal end of the frame or of the actuator.
  • Each flange can be rigid, or flexible having a certain elasticity. It can have various shapes, for example rectangular, cylindrical, circular, elliptical, discoidal, tubular. It may include hollows, asperities or lips allowing a rise in pressure.
  • Each flange is made or consists of one or more specific materials, for example marine, food, biocompatible, or hydrocarbons.
  • the flange comprises one or more of the following materials: PBT, ASA, ABS, PVC, PTFE, PEEK, PA, PET, PE, Aluminum, Stainless steel, elastomer.
  • a flange can be a hull element of a watercraft, for example a hull element of a boat.
  • each membrane can have various shapes, for example rectangular, cylindrical, circular, elliptical, discoidal, tubular.
  • Each membrane is composed or consists of one or more specific materials, for example marine, food, biocompatible, or hydrocarbons.
  • each membrane comprises one or more of the following materials: elastomer, rubber, polyurethane, EPDM, silicone, PTFE, or even plastics, or metals.
  • Each membrane is arranged to be moved in translation in a rectilinear and alternating manner along the longitudinal axis of the device.
  • Each membrane is designed to oscillate with a predetermined frequency and amplitude.
  • said device may further comprise one or more of the following characteristics:
  • the at least one flange has a tubular section extending coaxially to the longitudinal axis, this characteristic making it possible to achieve a Venturi effect
  • the at least one membrane has a central opening, preferably the diameter of which is greater than the diameter of the tubular section of a flange;
  • Water minus one actuator is arranged on or in the frame so that the device has a free central zone. This characteristic allows in particular a fluid to cross the flow-generating device longitudinally.
  • the flow generator device does not comprise a wall facing the outer face of the water minus a membrane.
  • the flow-generating device does not include a wall extending transversely and facing the outer face of the water minus a membrane.
  • the flow generator device does not comprise a side wall extending around, in particular radially, Water minus a flange and Water minus a membrane.
  • the aforementioned wall or walls make it possible to guide the flow of the flow-generating devices, in particular of the propeller(s) devices, and can improve the flow parameters.
  • the at least one actuator can be or comprise an electromagnetic machine.
  • the electromagnetic machine comprises a fixed part, called the stator, and a moving part.
  • stator is meant the fixed part of the electromagnetic machine. It is fixed to the frame of the machine.
  • the stator consists of a stack of sheet metal plates made of ferromagnetic materials, preferably soft iron, and a winding of a conductive wire. The stator generates the electromagnetic field when an electric current passes through the conductor wire.
  • the at least one actuator is an electromagnetic machine comprising:
  • stator arranged to create a magnetic field, comprising at least two stator elements arranged around the longitudinal axis and extending in a circumferential or orthoradial direction with respect to the longitudinal axis,
  • linearly movable part comprising at least two separate rods movable along respective drive axes, and spaced apart along a circumference extending around the longitudinal axis, each rod comprising at least one magnetic element, each rod being disposed between two stator elements and magnetically movable relative to the at least two stator elements.
  • each stator element is meant a part of the stator generating a portion of the electromagnetic field.
  • each stator element comprises a central stack of sheet metal plates, which is surrounded by a winding, and two air gap stacks, each air gap stack being placed at one end of the central stack.
  • each stator element has at least one rectilinear or arcuate portion.
  • Each air gap stack has a distal end which is intended to be arranged facing a rod.
  • the distal end of an air gap stack has a shape which is arranged to partially surround a rod of the mobile part.
  • the distal end has a shape complementary to the shape of the rod.
  • each stator element connects two rods, each rod being spaced from a distal end by an air gap.
  • each stator element comprises a set of at least two distinct stacks of sheet metal plates spaced apart longitudinally so as to produce two portions of distinct magnetic circuits.
  • the sheets can be fed by one or more coils.
  • the linearly movable part comprises at least two magnetic rods.
  • Each rod comprises at least one magnetic element or consists of a magnetic element.
  • the moving part of the machine can include any movable part that can carry or be made up of at least one magnetic element.
  • the at least one magnetic element is integrated into the outer casing of the rod or of said part, or it has a general external shape identical to the rod or of said part.
  • each rod comprises at least two pairs of alternating poles.
  • each rod comprises at least four pairs of alternating poles.
  • each rod comprises several opposite magnetic poles.
  • a pair of poles is meant a device having a north pole and a south pole.
  • a pole pair is preferably a magnet.
  • each rod comprises or corresponds to at least one permanent magnet.
  • Two pairs of alternating poles are understood to mean two devices as defined above arranged head to tail or in such a way that each pole of a first pair is arranged facing each other with a pole of opposite polarity of the second pair. , or adjacent pair.
  • each rod comprises at least one permanent magnet
  • the latter occupies at least 50%, preferably at least 75% of the cross section of said rod.
  • each permanent magnet may have a shape substantially identical to the shape of said rod. In the case where the movable rod comprises several magnets, these are aligned coaxially along the drive axis of said rod.
  • each rod comprises a spacer arranged between two pairs of poles.
  • each rod includes a spacer arranged between two magnets. This characteristic makes it possible to define a force or an amplitude of movement of the rod carrying said spacer.
  • the spacers can be magnetizable or non-magnetic, depending on the strength and amplitude desired.
  • each rod is made of a ferromagnetic material and of a non-magnetic material.
  • the permanent magnet(s) are removed from the moving part of the machine.
  • one out of two magnets can be replaced by a magnetic core, the other is non-magnetic.
  • the coil of the electromagnet of a stator element is mounted so as to operate with positive current only and is short-circuited in the opposite case. This allows each rod in oscillatory mode to be alternately attracted by the electromagnetic field of the stator, then repelled, for example by the force of means for returning to position, preferably a spring.
  • Reminder means are described below.
  • the at least two rods of the movable part can be spaced along a circle whose longitudinal axis is the center.
  • the at least two rods can be spaced equidistantly along a circle whose longitudinal axis is the center.
  • the rods are parallel to each other and to the longitudinal axis.
  • each rod can have different shapes. According to a cross section, each rod can have a shape, parallelepipedic, rectangular, hexagonal, cylindrical or circular.
  • the volume delimited by the at least two stator elements and the at least two rods is free at the center. No parts are located within the central part of the machine. This allows various advantages such as:
  • the at least one actuator is an electromagnetic machine comprising:
  • stator arranged to create a magnetic field, comprising at least two facing stator elements
  • At least one magnetic element associated with the at least two rods, the at least one magnetic element being arranged between the two stator elements and magnetically movable relative to the at least two stator elements,
  • each stator element is meant a part of the stator generating an electromagnetic field.
  • each stator element comprises a stack of sheet metal plates comprising at least two teeth.
  • each stator element comprises a stack of sheet metal plates comprising at least one notch.
  • the sheet metal plates can be fed by one or more coils.
  • the stator elements are arranged in pairs or pairs in order to produce one or more magnetic circuits. They are spaced apart so as to insert at least one magnetic element between the teeth and able to move magnetically under the effect of the magnetic field passing through said teeth.
  • each stator element comprises a stack of sheet metal plates comprising three teeth, so as to produce an “E” shaped pattern.
  • the two notches are occupied by a winding of electric wires.
  • the stator elements can comprise an unlimited number of longitudinally aligned teeth.
  • the linearly movable part comprises at least two magnetic rods, the rods being arranged on either side of the pair of stator elements.
  • the rods can have a rectangular, preferably square, or cylindrical, preferably circular cross-section.
  • the moving part further comprises at least one magnetic element intended to be moved under the effect of the magnetic field of the stator.
  • the at least one magnetic element is connected to the two rods.
  • the at least one magnetic element is placed between the two rods.
  • the at least one magnetic element is not completely integrated into the rods.
  • each magnetic element extends radially or perpendicularly with respect to the two rods.
  • the mobile part comprises at least one magnetic element connected to two rods.
  • said means comprise
  • a magnetic element part arranged to fix the at least one magnetic element, and thus mechanically couple the at least one magnetic element to a rod.
  • the rod part surrounds the outer casing of a rod and is connected to the latter by means of holding in position in order to drive the rod during the displacement of the at least one magnetic element.
  • the magnetic element part comprises a cavity or a recess in order to receive an end or a portion of the at least one magnetic element, such as a mounting of the key type in a groove.
  • said means comprise a cavity or a recess arranged on the circumference or on an outer face of a rod, such as a mounting of the key type in a groove.
  • Each magnetic element includes at least one pair of alternating poles.
  • each magnetic element comprises at least two pairs of alternating poles.
  • each magnetic element comprises at least four pairs of alternating poles.
  • each magnetic element comprises several opposite magnetic poles.
  • the at least one magnetic element comprises or is at least one permanent magnet.
  • the magnet(s) may have different geometric shapes.
  • each magnet has a generally rectangular shape.
  • each magnet has a cross section of rectangular shape. This embodiment has the advantage of proposing a small thickness relative to the length and/or the width in order to maximize the active magnetization surface.
  • each magnet is rectilinear.
  • each magnet is curved or is concave.
  • the linearly movable part comprises a spacer arranged between two pairs of poles.
  • a spacer is arranged between two magnets. This characteristic makes it possible to define a force and/or an amplitude of movement of the rods connected to said magnets. Spacers can be magnetizable or non-magnetic, depending on the strength and amplitude desired.
  • the at least one magnetic element consists of a ferromagnetic material.
  • the permanent magnet(s) are removed from the moving part of the machine.
  • the machine may further comprise at least one position return means so as to return the at least one magnetic element to the initial position.
  • the stator comprises at least four stator elements forming two pairs of two stator elements arranged around a longitudinal axis and extending in a circumferential or orthoradial direction with respect to the longitudinal axis, and wherein the linearly movable part comprises four rods forming two pairs of two rods.
  • a pair of stator elements associated with a pair of rods and at least one magnetic element is also called a module.
  • the electromagnetic machine can thus comprise one or more modules.
  • the at least two pairs of stator elements are spaced apart along a circle whose longitudinal axis is the center.
  • the at least two pairs of rods of the movable part can be spaced apart along a circle whose longitudinal axis is the center.
  • the at least two rods may be spaced equidistantly along a circle whose longitudinal axis is the center.
  • the rods are parallel to each other and to the longitudinal axis.
  • each rod can have different shapes.
  • each rod can have a shape, parallelepipedic, rectangular, hexagonal, cylindrical or circular.
  • stator elements are arranged so as to define a free central zone.
  • the volume delimited by the at least two stator elements and the at least two rods is free at the center. No parts are located within the central part of the machine. This allows various advantages such as:
  • the stator comprises twelve stator elements forming six pairs of stator elements
  • the mobile part comprises twelve rods, forming six pairs of rods.
  • the linearly movable part comprises two permanent magnets cooperating with each pair of stator elements.
  • the pairs of stator elements and the associated moving part are arranged in phase opposition in an alternating manner.
  • Three pairs of stator elements are 180 degrees out of phase with the other three pairs of stator elements.
  • the rods move at a frequency between 10 and 150 Hz (hertz).
  • the device may include the following features.
  • the electromagnetic machine comprises means for guiding in translation, for example bearings, bearings, slideways and/or bushings.
  • the guide means can cooperate with the rods, the at least one magnetic element, preferably the magnet or magnets, and/or the coupling means.
  • the electromagnetic machine comprises means for sealing the stator and/or the at least two rods with respect to the external environment.
  • the sealing means includes rod sealing means.
  • rod sealing means Preferably two rod sealing means are associated with each rod, each means being disposed at one end of the rod. They protect the air gap around each rod.
  • a single rod sealing means is provided, for example a bellows.
  • the means of sealing must protect the machine against the saline atmosphere, the polluted atmosphere or fresh or saline water during immersion.
  • the sealing means can be O-rings, sliding elements providing sealing, flexible bellows (elastomer or metal), or mechanical or a combination of these.
  • the seals can be the following: scraper seal, buffer seal, single-acting seal, double-acting seal, lip seal(s) (or oil seal), spring seal. It is possible to use these seals alone or to combine them in order to obtain different functions, for example to filter the impurities, to carry out a pre-sealing in order to obtain a submerged chamber and therefore a lubrication of the guide linings then another seal allowing complete sealing.
  • the machine in particular the stator or each wound stator element, can be resin-coated for example with an epoxy or silicone resin.
  • the at least two rods of the moving part can be surrounded by an oil bath, offering the advantage of holding the pressure in the event of deep immersion, or of permanently lubricating and cooling the system.
  • the electromagnetic machine may comprise at least one position return means associated with at least one rod.
  • the machine comprises a means of return to position by rod.
  • a position return means is an elastic return means, for example a spring, preferably a metal spring, in particular steel.
  • each rod performs a back and forth movement, it may be advantageous to favor the kinetics of one of the two movements.
  • an electromagnetic machine according to the invention having movable rods oscillating on a pole pitch or being driven in displacement by control electronics, does not require means for returning the movable rods. However, it may be interesting to add some in order to optimize the performance of the machine.
  • a spring could be placed at a first end of a movable rod and/or at a second end, opposite the first end, of said movable rod.
  • This characteristic makes it possible to absorb the kinetic energy during a first phase of the inversion of the movement in order to store it as potential energy and then to retransmit it to said movable rod during the second phase of inversion.
  • These return means also make it possible to avoid any movement of too great an amplitude, not controlled, which could lead to premature wear of the machine, or to an involuntary exit of one or more mobile rods from the machine.
  • the oscillation frequency of the rod is the same as the resonance frequency of the system, in order to consume as little energy as possible for setting it in motion.
  • the electromagnetic machine comprises power electronics and/or control means so that the movement of the rods of the moving part is controlled in open loop by the power electronics. Control would be done by means of power electronics making it possible to ripple a voltage at different frequencies, such as an inverter that can vary the effective voltage and the frequency.
  • the machine comprises at least one sensor, such as for example a moving part displacement sensor, or even a current sensor.
  • the power electronics and/or the control means control(s) the movement of the rods of the moving part in a closed loop using information from the at least one sensor.
  • the machine comprises a temperature sensor so as to measure the temperature of said machine, preferably connected directly to the control electronics. It can also be protected against overheating with a thermal fuse.
  • These two components are preferably mounted at the periphery of the coil and advantageously at its center, because the coil is the main component diffusing the heat.
  • the control means make it possible to control each module independently, or in a synchronized manner or not with other modules, and/or in such a way as to eliminate unbalance, for example by controlling the oscillation of two modules in phase opposition.
  • the device can comprise several actuators.
  • the at least one actuator can be of any type: electric (linear, or rotary with movement converting parts), thermal, compressed air, mechanical (manual, as for pedal boats).
  • the fluid flow generator device is a hydraulic flow generator device.
  • said device can be a pump, a mixer, a thruster, in particular a hydraulic thruster for nautical craft.
  • a hydraulic thruster for the propulsion of nautical craft comprising a flow generator device according to one or more of the characteristics of the first aspect.
  • the device operates in motor mode.
  • the device comprises control means, or controller, arranged to control the device in motor mode.
  • a hydrogenerator comprising a flow generating device according to one or more of the characteristics of the first aspect.
  • the device operates in generator mode.
  • the device comprises control means, or controller, arranged to control the device in generator mode.
  • Figure 1 is a perspective view of a hydraulic thruster according to a first embodiment
  • Figure 2 is a longitudinal sectional view of a hydraulic thruster according to the first embodiment, the thruster comprising an electromagnetic machine according to the previous figure, and a single flange having a central opening and a single discoidal membrane having an opening central;
  • Figure 3 is a perspective view of a hydraulic thruster according to a second embodiment, the thruster comprising a single solid flange and comprising a conical tail and a single membrane having an opening;
  • Figure 4 is a longitudinal sectional view of a hydraulic thruster according to the second embodiment, according to the previous figure;
  • Figure 5 is a cross-sectional view of a hydraulic thruster according to Figures 3 and 4 and an electromagnetic machine according to one embodiment, the machine comprising four pairs of stator elements and four pairs of rods;
  • Figure 6 is a side view of an electromagnetic machine according to an embodiment comprising upstream rods and downstream rods;
  • Figure 7 is a side view of an electromagnetic machine according to an embodiment comprising rods both upstream and downstream;
  • Figure 8 is a side view of a nautical propulsion assembly comprising a hydraulic thruster according to Figure 1;
  • Figure 9 is a perspective view of an electromagnetic machine with cyclic linear motion according to one embodiment of the invention in which each rod of the movable part comprises two permanent magnets, the machine being seen without its frame;
  • Figure 10 is a perspective view of a mechanical assembly according to one embodiment, the assembly comprising a machine according to the previous figure and two dicoidal membranes, each membrane being disposed at one end of the machine;
  • Figure 11 is a perspective view in longitudinal section of a mechanical assembly comprising an electromagnetic machine according to a second embodiment in which each rod of the movable part comprises four permanent magnets;
  • each rod further comprising two magnetic spacers ticks, a spacer between two adjacent permanent magnets;
  • Figure 13 is a zoom of the machine of the previous figure, a rod of the movable part, carrying four permanent magnets, being seen in an enlarged manner;
  • Figure 14 is a perspective view of an electromagnetic machine with cyclic linear motion according to another type of embodiment of the invention, in which the machine comprises six pairs of stator elements and six pairs of rods arranged relative to each other so as to form a circle, the frame being shown;
  • Figure 15 is a perspective view of a module of an electromagnetic machine with cyclic linear motion according to a first embodiment of the invention, in which the machine comprises a pair of stator elements and a pair of rods , the frame not being shown;
  • Figure 16 is a side view of two stator elements facing each other, each comprising a winding of electric wires, said elements being in accordance with the previous figure;
  • Figure 17 is a perspective view of a linearly movable part according to one embodiment, comprising two permanent magnets arranged between two rods;
  • Figure 18 is a front view of a hydraulic thruster according to a third embodiment, the thruster comprising an electromagnetic machine according to another embodiment, and a single flange having a central opening and a single discoidal membrane having an opening central;
  • Figure 19 is a side view of a thruster according to the previous figure.
  • FIG. 1 there is presented a first embodiment of a fluid flow generator device. Said device is in particular arranged to be submerged.
  • the fluid flow generator device is a hydraulic thruster 100.
  • Figure 2 is a sectional view of a hydraulic thruster comprising an electric actuator, in particular an electromagnetic machine which will be described below, a flange L1 and a membrane M1, said flange and said membrane being arranged on the same end, said downstream end, of the machine coaxially with respect to the longitudinal axis L.
  • the opposite end, said upstream end, has no wall preventing the circulation of a flux in the central zone 10 of the electromagnetic machine.
  • the thruster has the general shape of a tube.
  • the flange L1 has a central opening so that a flow can pass through it.
  • the flange L1 has a first face, called the connection face, arranged to be connected to one end of an electromagnetic machine, and a second face, called the outer face, opposite the connection face.
  • the L1 flange has a cone-shaped inner surface or nozzle, the largest diameter of the internal surface corresponding to the internal diameter of the electromagnetic machine.
  • the flange further comprises a tubular portion Fil projecting from the outer face.
  • the membrane Ml has the shape of a ring and comprises an armature MAI connected to all the distal ends of the rods of the electromagnetic machine, see figure 1.
  • the membrane Ml has a central opening through which the tubular portion Fil of the flange Fl s extends.
  • the membrane M1 has a flange face oriented towards the flange and an outer face opposite the flange face oriented towards the external environment.
  • the device in particular the hydraulic thruster, is designed to operate without any element, part or appendage being connected or added at a distance from the rear face of said device or said thruster.
  • FIG. 3 and 4 there is shown a second embodiment of a hydraulic thruster.
  • the present thruster is closed at each end. At least one wall closes off the central zone of the electromagnetic machine, so that the thruster has a generally oblong and/or ovoid shape.
  • the flange Fl does not have a central opening.
  • the flange Fl has a first face, called the connection face, arranged to be connected to one end of an electromagnetic machine, and a second face, called the outer face, opposite the connection face.
  • the flange further comprises a conical portion F12 projecting from the external face, the diameter of the cone being reduced from the external face to the tip of the conical portion.
  • the conical portion crosses the central opening of the membrane Ml, see figures 3 and 4.
  • FIGs 4 and 5 show one type of embodiment of an actuator.
  • the actuator is an electromagnetic machine.
  • 1a electromagnetic machine comprises a stator and a moving part comprising magnetic rods cooperating magnetically with the stator.
  • the stator comprises four pairs of stator elements 31, 32, 33 and 34, the pair 31 of stator elements being associated with the pairs of rods 41a, 41b, the pair 32 of stator elements being associated with the pairs of rods 42a, 42b, the pair 33 of stator elements being associated to the pairs of rods 43a, 43b, the pair 34 of stator elements being associated with the pairs of rods 44a, 44b.
  • the electromagnetic machine extends along a longitudinal axis L.
  • the respective drive axes of the rods are parallel to the longitudinal axis L of the machine.
  • the four modules are arranged along a circle whose longitudinal axis L is the center.
  • the four electromagnetic modules are spaced equidistantly. Each electromagnetic module can be controlled independently of the others.
  • the electromagnetic machine will
  • FIG. 6 presents an embodiment of an electromagnetic machine, in particular combinable with one of the modes or types of embodiment which will be described later.
  • the electromagnetic machine includes pairs of upstream rods extending from a first end of the machine.
  • the machine further comprises pairs of downstream rods extending from a second end, opposite the first end, of the electromagnetic machine.
  • upstream rods are shown extending along the axes E3a, E3b, E5a, E5b, E2a, E2b, E6a, E6b.
  • upstream rods extending along the axes Ela, Elb, E4a, E4b. This embodiment makes it possible to place a membrane at each longitudinal end of a device.
  • FIG. 7 presents another embodiment of an electromagnetic machine, in which each pair of rods passes through the frame of the machine in the same way as an upstream pair of rods and a downstream pair of rods.
  • Figure 8 shows an application in which the hydraulic thruster according to the first embodiment is connected to a steering and control device of a boat.
  • Figures 18 and 19 show another application in which the hydraulic thruster in a minimalist version is connected to a central base of a boat.
  • the thruster includes control means and/or power electronics so that the motor is capable of being used in a wide range of use cases.
  • the motor can be powered via the mains, a solar panel network or any other AC or DC energy installation or in an energy storage system by connecting it through power electronics to regulate and enslave the electric current.
  • the motor can fulfill different use cases: in a case of power supply by a direct voltage, the motor is servo-controlled in position. It will therefore keep a precise and repeatable position according to the electrical voltage value provided. If an alternating voltage is supplied, the motor will be speed-controlled.
  • the value of the electrical voltage makes it possible to adjust the amplitude of the travel of the mobile bars.
  • the frequency of the electrical signal makes it possible to adjust the operating frequency of the motor.
  • FIGS. 9 to 13 present a first type of embodiment of an actuator, in particular of an electromagnetic machine 1 with cyclic linear motion extending along a longitudinal axis L.
  • an electromagnetic machine 1 with cyclic linear motion extending along a longitudinal axis L.
  • the frame of the machine is not shown in Figures 9 and 10.
  • the machine comprises a static part 3, called a stator, arranged to create an electromagnetic field.
  • the stator comprises six stator elements 31, 32, 33, 34, 35 and 36.
  • Each stator element comprises a stack of sheet metal plates surrounded by an electrical winding.
  • the six stator elements 31, 32, 33, 34, 35, 36 are arranged around the longitudinal axis L and extend in a circumferential direction T with respect to the longitudinal axis L so that the field lines are circumferential passing through all the stator elements.
  • the machine comprises a linearly movable part 4. It comprises six separate rods 41, 42, 43, 44, 45, 46 movable along respective drive axes E1, E2, E3, E4, E5, E6.
  • the rods are spaced equidistantly along a circumference extending around the longitudinal axis L. This arrangement makes it possible to leave the central zone 10 free.
  • the central zone has a tubular shape.
  • Each rod has a circular cross section so that each rod has the shape of a bar.
  • the word rod or bar can be used interchangeably.
  • Each rod is disposed between two stator elements. Only an air gap separates each rod from the two stator elements.
  • Each rod includes two permanent magnets aligned along the rod's drive axis and arranged head-to-tail from a polarity perspective. Each magnet occupies substantially the entire cross section of the rod and has a circular cross section.
  • the rods are magnetically movable relative to the stator elements.
  • each rod of the mobile part comprises four permanent magnets, only the rods 43 and 46 are visible.
  • rod 43 includes permanent magnets 63a, 63b, 63c, 63d
  • rod 46 includes permanent magnets 66a, 66b, 66c, 66d.
  • Each permanent magnet has the shape of a tube arranged to fit onto a cylindrical core of each rod.
  • This arrangement allows the bars to be driven by the stator by following the current magnetic fields produced by the latter.
  • the alignment of the poles with respect to the stator allows the bars to operate in phase or in phase opposition with respect to each other.
  • the alignment of the bars is maintained thanks to the magnetic forces of the magnets.
  • the presence of guide means or additional support parts is not essential, within the framework of a minimalist and/or the least expensive embodiment.
  • two guide pieces preferably cylindrical, serving as a translation guide for each bar, will be fixed on the ends of each bar.
  • These guide parts are advantageously made of non-magnetic materials in order to minimize magnetic field leakage.
  • These two parts have the other function of connecting part to any effector or moving part that needs to be set in motion.
  • stator element 35 comprises two stator sub-elements 35a, 35b and stator element 34 comprises two stator sub-elements 34a, 34b.
  • stator element 34 comprises two stator sub-elements 34a, 34b.
  • the associated rod comprises four permanent magnets 64a, 64b, 64c and 64d, see Figure 13.
  • the permanent magnets 64a, 64b are provided to be opposite the stator sub-elements 35a and 34a, and the permanent magnets 64c, 64d are provided to face the stator sub-elements 35b and 34b.
  • Figures 10 to 12 show a flow generator device comprising two membranes. Each membrane is made of plastic, elastomer or metallic material so as to produce a hydraulic thruster, the electromagnetic machine operating in motor.
  • the rods 42, 44 and 46 are linked and controlled simultaneously so as to form a first sub-motor, said upstream motor, and the rods 41, (43 and 45 not visible) are linked and controlled from so as to form a second sub-motor, called the downstream motor.
  • the ends of the rods 42, 44 and 46 are fixedly connected to an armature carrying a membrane M1, called the upstream membrane.
  • the ends of the rods 41, (43 and 45 not visible) are fixedly connected to an armature carrying a membrane M2, called the downstream membrane.
  • the membranes have a discoid shape but can have other shapes.
  • the sub-motors are electrically phase shifted by 180° (degrees) so that the membranes M1 and M2 are actuated in phase opposition.
  • the magnets are inverted which allows the magnetic field to be quite circular and not to find itself opposed to the field of the following coil.
  • the upstream membrane is located in a proximal position relative to the frame 2 of the machine.
  • the position of the rod is such that the permanent magnet 64a is opposite the stator sub-elements 35a and 34a and the permanent magnet 64c is opposite the stator sub-elements 35b and 34b because the magnetic fluxes induced in the air gaps, between on the one hand the stator sub-elements 35a and 34a and on the other hand the stator sub-elements 35b and 34b, are sufficient to achieve a polarity, for example a north pole, on one side and an opposite polarity, for example a south pole, on the other side. As each permanent magnet has reverse polarity, magnetic fluxes pass through the permanent magnets and hold them in position.
  • the magnetic fluxes in the air gaps are reversed so that each pole of a permanent magnet faces an identical polarity, achieving a repulsion force and a translation of the stem.
  • the magnetic fluxes manage to cross the adjacent permanent magnets, of opposite polarities, 64b and 64d so that an attractive force carries out the translation of the rod. It follows that the new position of the rod is such that the permanent magnet 64b is vis-à-vis the stator sub-elements 35a and 34a and the permanent magnet 64d is vis-à-vis the sub- stator elements 35b and 34b.
  • the upstream membrane M1 is then located in a distal position.
  • a spacer is arranged between two adjacent permanent magnets of opposite polarity.
  • a spacer 164 is disposed between the permanent magnets 64a and 64b, and a spacer 264 is disposed between the permanent magnets 64c and 64d.
  • Figures 14 to 17 present a second type of actuator, in particular a second type of electromagnetic machine.
  • FIG 14 shows an electromagnetic machine including six electromagnetic modules, one electromagnetic module will be described below.
  • the electromagnetic machine comprises a stator and a moving part comprising magnetic rods cooperating magnetically with the stator.
  • the stator comprises six pairs of stator elements 31, 32, 33, 34, 35 and 36, the pair 31 of stator elements being associated with the pairs of rods 41a, 41b, the pair 32 of stator elements being associated to the pairs of rods 42a, 42b, the pair 33 of stator elements being associated with the pairs of rods 43a, 43b, the pair 34 of stator elements being associated with the pairs of rods 44a, 44b, the pair 35 of elements of stator being associated with the pairs of rods 45a, 45b, the pair 36 of stator elements being associated with the pairs of rods 46a, 46b.
  • the electromagnetic machine extends along a longitudinal axis L.
  • the respective drive axes of the rods are parallel to the longitudinal axis L of the machine.
  • the six modules are arranged along a circle whose longitudinal axis L is the center. The three electromagnetic modules are spaced equidistantly.
  • the module comprises a static part 31, called a stator, arranged to create an electromagnetic field.
  • the stator comprises two stator elements 31a and 31b, forming a pair of stator elements.
  • Each stator element comprises a stack of sheet metal plates arranged to form an "E" shaped pattern.
  • Each stator element includes three teeth and two notches.
  • Each stator element 31a, 31b further comprises an electric winding 311, 312 inserted into the notches of a stack of sheet metal plates so as to form a loop.
  • the stator elements 31a, 31b are arranged facing each other and spaced apart by a distance enabling at least one magnetic element of the mobile part to be inserted and by an air gap distance.
  • the stator elements have a general shape and a rectangular cross section and extending straight.
  • the module comprises a linearly movable part performing an alternating rectilinear translation movement.
  • the movable part comprises two separate rods 41a, 41b movable along respective drive axes Ela, Elb, said axes extending along an axis or a longitudinal direction. They are arranged on either side of the stator 31, in particular between the two portions of windings, in the shape of a semicircle, extending outside the stacks of sheet metal plates.
  • the rods 41a, 41b have a circular cross section.
  • the movable part comprises two permanent magnets 61a, 61b arranged between the two rods 41a, 41b. Permanent magnets have a rectangular shape.
  • the two magnets 61a, 61b are longitudinally spaced so that the two magnets can align with two consecutive teeth of a stator element.
  • the mobile part further comprises coupling means 51a, 51b between permanent magnets 61a, 61b and rods 41a, 41b.
  • Each coupling means 51a, 51b comprises a rod part arranged to be fixed to a rod so as to be integral in translation.
  • the shank portion surrounds the outer shell of a shank.
  • Each coupling means 51a, 51b comprises a magnetic element part arranged to receive and fix the two magnets and thus mechanically couple the magnets to a rod.
  • the machine comprises two guide pieces 80, preferably cylindrical, serving as a translation guide for each rod.
  • the two guide pieces are fixed on the longitudinal ends of the frame.
  • These guide parts are advantageously made of non-magnetic materials in order to minimize magnetic field leakage.
  • These two parts have the other function of connecting part to any effector or moving part that needs to be set in motion.
  • Each type of electromagnetic machine makes it possible to provide high-frequency linear motion, in particular up to 500 cycles per second, i.e. operation at 500 Hz.

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Abstract

L'invention présente un dispositif générateur de flux fluidique (100) s'étendant selon une direction longitudinale (L), caractérisé en ce qu'il comprend : - un bâti, - au moins un flasque (F1) disposé sur une face transversale, - au moins une membrane (M1) s'étendant transversalement et disposée en vis-à-vis de l'au moins un flasque, l'au moins une membrane présentant une face de flasque en vis-à-vis de l'au moins un flasque, et une face extérieure opposée à la face de flasque, - au moins un actionneur (1) configuré pour mettre en mouvement de translation alternatif l'au moins une membrane, - aucune paroi venant en vis-à-vis de la face extérieure de l'au moins une membrane.

Description

DISPOSITIF GENERATEUR DE FLUX FLUIDIQUE
La présente invention concerne un dispositif générateur de flux fluidique, de préférence hydraulique, par exemple un propulseur hydraulique, une pompe, un ventilateur ou un mélangeur, le dispositif comprenant au moins un actionneur dont la partie mobile réalise un mouvement de translation linéaire alternatif.
Il est connu des dispositifs générateur de flux fluidique, en particulier des dispositifs générateur de flux hydraulique.
Cependant, il est ainsi désireux de proposer une solution simple, économique, écologique, permettant un réglage de la puissance et/ou du débit, et offrant un encombrement réduit.
OBJET DE L’INVENTION
A cet effet, et selon un premier aspect, l’invention propose un dispositif générateur de flux fluidique s’étendant selon une direction longitudinale (L), caractérisé en ce qu’il comprend :
- un bâti,
- au moins un flasque,
- au moins une membrane s’étendant transversalement et disposé en vis-à-vis de l’au moins moins un flasque, l’au moins une membrane présentant une face extérieure orientée vers l’extérieur du dispositif,
- au moins un actionneur configuré pour mettre en mouvement de translation alternatif l’au moins une membrane,
- aucune paroi venant en vis-à-vis de la face extérieure de Tau moins une membrane.
Le dispositif générateur de flux fluidique selon l’invention a pour avantages de proposer un faible nombre de pièces, un encombrement réduit, d’éviter le blocage d’objets, du type algues, dans une chambre de propulsion qui serait composée de flasques et de permettre un mouvement de va et vient à haute fréquence. Cet agencement permet en outre de proposer un dispositif générateur de flux fluidique offrant un faible coût de fabrication et de maintenance.
Selon des variantes de réalisation, ledit dispositif peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l’au moins un flasque est disposé sur une face transversale, l’au moins une membrane présentant une face de flasque en vis-à-vis de l’au moins un flasque, la face extérieure étant opposée à la face de flasque ;
- un seul flasque et une seule membrane ;
- un seul flasque et un couple de membranes disposées l’une derrière l’autre, de préférence de manière coaxiale, pouvant fonctionner en phase ou en opposition ;
- au moins deux flasques et au moins deux membranes, chaque flasque étant disposé à une extrémité distincte du bâti ou de l’actionneur.
On entend par un flasque, une paroi positionnée transversalement par rapport à une direction longitudinale correspondant à l’écoulement du flux fluidique, en particulier hydraulique. Chaque flasque coopère avec au moins une membrane afin de mettre en pression localement le fluide en présence afin de produire localement une augmentation de débit par rapport au milieu environnant.
De préférence, chaque flasque est disposé à une extrémité longitudinale du bâti ou de l’actionneur.
Chaque flasque peut être rigide, ou souple possédant une certaine élasticité. Il peut présenter diverses formes, par exemple rectangulaire, cylindrique, circulaire, elliptique, discoïdale, tubulaire. Il peut comprendre des creux, des aspérités ou des lèvres permettant une montée en pression. Chaque flasque est composé ou est constitué d’un ou plusieurs matériaux spécifiques, par exemple du marins, alimentaires, biocompatibles, ou hydrocarbures. Par exemple, le flasque comprend l’un ou plusieurs des matériaux suivants : PBT, ASA, ABS, PVC, PTFE, PEEK, PA, PET, PE, Aluminium, Inox, elastomère.
Selon un mode de réalisation particulier, un flasque peut être un élément de coque de véhicule nautique, par exemple un élément de coque d’un bateau.
De préférence, chaque membrane peut présenter diverses formes, par exemple rectangulaire, cylindrique, circulaire, elliptique, discoïdale, tubulaire. Chaque membrane est composée ou est constituée d’un ou plusieurs matériaux spécifiques, par exemple du marins, alimentaires, biocompatibles, ou hydrocarbures. Par exemple, chaque membrane comprend l’un ou plusieurs des matériaux suivants : élastomère, caoutchouc, polyuréthane, EPDM, silicone, PTFE, ou même plastiques, ou métalliques.
Chaque membrane est agencée pour être déplacée en translation de manière rectiligne et alternative le long de l’axe longitudinal du dispositif. Chaque membrane est prévue pour osciller avec une fréquence et une amplitude prédéterminées.
Selon des variantes de réalisation, ledit dispositif peut en outre comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- l’au moins un flasque présente une section tubulaire s’étendant de manière coaxiale à l’axe longitudinal, cette caractéristique permettant de réaliser un effet Venturi ;
- l’au moins une membrane présente une ouverture centrale, de préférence dont le diamètre est supérieure au diamètre de la section tubulaire d’un flasque ;
- Eau moins un flasque et Eau moins une membrane présentent respectivement une forme ovale, ou
- Eau moins un flasque et Eau moins une membrane présentent respectivement une forme circulaire.
De préférence, Eau moins un actionneur est agencé sur ou dans le bâti de manière que le dispositif présente une zone centrale libre. Cette caractéristique permet en particulier à un fluide de traverser longitudinalement le dispositif générateur de flux.
De manière préférentielle, le dispositif générateur de flux ne comprend pas de paroi en vis-à- vis de la face extérieure de Eau moins une membrane. En particulier, le dispositif générateur de flux ne comprend pas de paroi s’étendant transversalement et en vis-à-vis de la face extérieure de Eau moins une membrane. De préférence, le dispositif générateur de flux ne comprend pas de paroi latérale s’étendant autour, en particulier radialement, de Eau moins un flasque et Eau moins une membrane.
La paroi ou les parois précitées permettent de guider le flux des dispositifs générateur de flux, en particulier des dispositifs à hélice(s), et peuvent améliorer des paramètres de flux. L’au moins un actionneur peut être ou comprendre une machine électromagnétique. La machine électromagnétique comprend une partie fixe, dite stator, et une partie mobile.
On entend par stator, la partie fixe de la machine électromagnétique. Il est fixé au bâti de la machine. De préférence, le stator est constitué d’un empilement de plaques de tôle en matériaux ferromagnétiques, préférentiellement en fer doux, et d’un bobinage d’un fil conducteur. Le stator génère le champ électromagnétique lors du passage d’un courant électrique dans le fil conducteur.
Selon un premier mode de réalisation, l’au moins un actionneur est une machine électromagnétique comprenant :
- un stator agencé pour créer un champ magnétique, comprenant au moins deux éléments de stator disposés autour de l’axe longitudinal et s’étendant dans une direction circonférentielle ou orthoradiale par rapport à l’axe longitudinal,
- une partie mobile linéairement, comprenant au moins deux tiges distinctes mobiles selon des axes d’entraînement respectifs, et espacées le long d’une circonférence s’étendant autour de l’axe longitudinal, chaque tige comprenant au moins un élément magnétique, chaque tige étant disposée entre deux éléments de stator et déplaçable magnétiquement par rapport aux au moins deux éléments de stator.
On entend par élément de stator, une partie du stator générant une portion du champ électromagnétique. De préférence, chaque élément de stator comprend un empilement central de plaques de tôle, qui est entouré d’un bobinage, et deux empilements d’entrefer, chaque empilement d’entrefer étant disposé à une extrémité de l’empilement central. Selon la forme de la machine, chaque élément de stator présente au moins une portion rectiligne ou en arc de cercle. Chaque empilement d’entrefer présente une extrémité distale qui est prévue pour être disposée en vis-à-vis avec une tige. L’extrémité distale d’un empilement d’entrefer présente une forme qui est agencée pour entourer partiellement une tige de la partie mobile. De préférence, l’extrémité distale présente une forme complémentaire à la forme de la tige. Par exemple dans le cas de tige de forme cylindrique, l’extrémité distale d’un empilement d’entrefer présente une forme concave. Pour ce qui précède et pour la suite de la description, chaque élément de stator relie deux tiges, chaque tige étant espacée d’une extrémité distale par un entrefer. De préférence, chaque élément de stator comprend un ensemble d’au moins deux empilements distincts de plaques de tôle espacés longitudinalement de manière à réaliser deux portions de circuits magnétiques distincts.
Par exemple, les tôles peuvent être alimentées par une ou plusieurs bobines.
La partie mobile linéairement, comprend au moins deux tiges magnétiques. Chaque tige comprend au moins un élément magnétique ou est constituée d’un élément magnétique. Alternativement aux tiges, la partie mobile de la machine peut comprendre toute pièce déplaçable pouvant porter ou être constituée d’au moins un élément magnétique. L’au moins un élément magnétique est intégré dans l’enveloppe extérieure de la tige ou de ladite pièce, ou il présente une forme générale extérieure identique à la tige ou à ladite pièce.
De préférence chaque tige comprend au moins deux paires de pôles alternés. Selon une variante de réalisation, chaque tige comprend au moins quatre paires de pôles alternés. De préférence, chaque tige comprend plusieurs pôles magnétiques opposés.
On entend par une paire de pôles, un dispositif présentant un pôle nord et un pôle sud. Une paire de pôle est de préférence un aimant. Par exemple, chaque tige comprend ou correspond à au moins un aimant permanent. On entend par deux paires de pôles alternés, deux dispositifs tels que définis ci-avant disposés tête-bêche ou de manière que chaque pôle d’une première paire est disposé en vis-à-vis avec un pôle de polarité inverse de la deuxième paire, ou paire adjacente.
Selon un mode de réalisation dans lequel chaque tige comprend au moins un aimant permanent, ce dernier occupe au moins 50%, de préférence au moins 75% de la section transversale de ladite tige. En outre chaque aimant permanent peut présenter une forme sensiblement identique à la forme de ladite tige. Dans le cas où la tige mobile comprend plusieurs aimants, ceux-ci sont alignés de manière coaxiale le long de l’axe d’entraînement de ladite tige.
De préférence, chaque tige comprend une entretoise disposée entre deux paires de pôles. Dans le cas où la tige mobile comprend plusieurs aimants, chaque tige comprend une entretoise disposée entre deux aimants. Cette caractéristique permet de définir une force ou une amplitude de mouvement de la tige portant ladite entretoise. Les entre toises peuvent être magnétisables ou amagnétiques, cela dépend de la force et de l’amplitude souhaitée.
Selon un autre mode de réalisation, chaque tige est constituée d’un matériau ferromagnétique et d’un matériau amagnétique. Le ou les aimants permanents sont supprimés de la partie mobile de la machine. Ainsi, un aimant sur deux peut être remplacé par un noyau magnétique, l’autre est amagnétique. La bobine de l’électro- aimant d’un élément de stator est montée de manière à fonctionner en courant positif uniquement et est court-circuitée dans le cas inverse. Ceci permet à chaque tige en régime oscillatoire d’être alternativement attirée par le champ électromagnétique du stator, puis repoussée par exemple par la force de moyens de rappel en position, de préférence un ressort. Des moyens de rappel sont décrits ci-après. Ce mode de réalisation permet de proposer une machine particulièrement simplifiée et peu coûteuse.
Selon n’importe quel type de tige, les au moins deux tiges de la partie mobile peuvent être espacées le long d’un cercle dont l’axe longitudinal est le centre. De manière préférentielle, les au moins deux tiges peuvent être espacées de manière équidistante le long d’un cercle dont l’axe longitudinal est le centre.
De préférence, les tiges sont parallèles entre elles et par rapport à l’axe longitudinal.
Les tiges peuvent présenter différentes formes. Selon une section transversale, chaque tige peut présenter une forme, parallélépipédique, rectangulaire, hexagonale, cylindrique ou circulaire.
De préférence, le volume délimité par les au moins deux éléments de stator et les au moins deux tiges est libre au centre. Aucune pièce ne se trouve au sein de la partie centrale de la machine. Cela permet différents avantages comme par exemple :
- permettre le passage d’une pièce ou d’un fluide (notamment caloporteur) au centre,
- gagner en volume et en poids, ce qui est important pour des systèmes embarqués,
- permettre une meilleure préhension de la machine lors de sa manutention, ou encore
- améliorer les performances thermiques de la machine via un meilleur refroidissement. Selon un deuxième mode de réalisation, l’au moins un actionneur est une machine électromagnétique comprenant :
- un stator agencé pour créer un champ magnétique, comprenant au moins deux éléments de stator en vis-à-vis,
- une partie mobile linéairement, comprenant :
-au moins deux tiges distinctes mobiles selon des axes d’entraînement respectifs, chaque tige étant disposée à une extrémité des deux d’éléments de stator,
-au moins un élément magnétique associé aux au moins deux tiges, l’au moins un élément magnétique étant disposé entre les deux éléments de stator et déplaçable magnétiquement par rapport aux au moins deux éléments de stator,
-des moyens de couplage entre l’au moins un élément magnétique et les tiges.
On entend par élément de stator, une partie du stator générant un champ électromagnétique. De préférence, chaque élément de stator comprend un empilement de plaques de tôle comprenant au moins deux dents. De manière préférentielle, chaque élément de stator comprend un empilement de plaques de tôle comprenant au moins une encoche. Par exemple, les plaques de tôles peuvent être alimentées par une ou plusieurs bobines. Les éléments de stator sont disposés par paire ou couple afin de réaliser un ou plusieurs circuits magnétiques. Ils sont espacés l’un de l’autre de manière à insérer au moins un élément magnétique entre les dents et pouvant se déplacer magnétiquement sous l’effet du champ magnétique passant par lesdites dents.
Selon un mode de réalisation, chaque élément de stator comprend un empilement de plaques de tôle comprenant trois dents, de manière à réaliser un motif en forme de « E ». Les deux encoches sont occupées par un bobinage de fils électriques. Selon d’autres modes de réalisation, les éléments de stator peuvent comprendre un nombre illimité de dents alignés longitudinalement.
La partie mobile linéairement comprend au moins deux tiges magnétiques, les tiges étant disposées de part et d’autre du couple d’éléments de stator. Les tiges peuvent présenter une section transversale rectangulaire, de préférence carré, ou cylindrique, de préférence circulaire.
La partie mobile comprend en outre au moins un élément magnétique destiné à être déplacé sous l’effet du champ magnétique du stator. L’au moins un élément magnétique est relié aux deux tiges. De préférence, l’au moins un élément magnétique est disposé entre les deux tiges. L’au moins un élément magnétique ne s’intégre pas complètement dans les tiges. Selon un mode de réalisation, chaque élément magnétique s’étend radialement ou perpendiculairement par rapport aux deux tiges. Selon un mode de réalisation préféré, la partie mobile comprend au moins un élément magnétique raccordé à deux tiges.
Selon un mode de réalisation des moyens de couplage, lesdits moyens comprennent
- une partie de tige agencée pour être fixée à une tige,
- une partie d’élément magnétique agencée pour fixer l’au moins un élément magnétique, et ainsi coupler mécaniquement l’au moins un élément magnétique à une tige.
De préférence, la partie de tige entoure l’enveloppe extérieure d’une tige et est reliée à celle-ci par des moyens de maintien en position afin d’entraîner la tige lors du déplacement de l’au moins un élément magnétique. De manière préférentielle, la partie d’élément magnétique comprend une cavité ou un évidement afin de recevoir une extrémité ou une portion de l’au moins un élément magnétique, tel un montage du type clavette dans une rainure.
Selon un autre mode de réalisation des moyens de couplage, lesdits moyens comprennent une cavité ou un évidement agencé(e) sur la circonférence ou sur une face extérieure d’une tige, tel un montage du type clavette dans une rainure.
Chaque élément magnétique comprend au moins une paire de pôles alternés. De préférence chaque élément magnétique comprend au moins deux paires de pôles alternés. Selon une variante de réalisation, chaque élément magnétique comprend au moins quatre paires de pôles alternés. De préférence, chaque élément magnétique comprend plusieurs pôles magnétiques opposés.
On entend par une paire de pôles, un dispositif présentant un pôle nord et un pôle sud. Une paire de pôle est de préférence un aimant. On entend par deux paires de pôles alternés, deux dispositifs tels que définis ci-avant disposés tête-bêche ou de manière que chaque pôle d’une première paire est disposé en vis-à-vis avec un pôle de polarité inverse de la deuxième paire, ou paire adjacente. Selon un mode de réalisation, l’au moins un élément magnétique comprend ou est au moins un aimant permanent. Le ou les aimants peuvent présenter différentes formes géométriques. De préférence, chaque aimant présente une forme générale rectangulaire. De manière préférentielle, chaque aimant présente une section transversale de forme rectangulaire. Ce mode de réalisation a pour avantage de proposer une épaisseur faible par rapport la longueur et/ou la largeur afin de maximiser la surface active de magnétisation. Selon une première variante, chaque aimant est rectiligne. Selon une deuxième variante, chaque aimant est courbé ou est concave.
De préférence, la partie mobile linéairement comprend une entretoise disposée entre deux paires de pôles. Dans le cas où la partie mobile comprend plusieurs aimants, une entretoise est disposée entre deux aimants. Cette caractéristique permet de définir une force et/ou une amplitude de mouvement des tiges reliées auxdits aimants. Les entretoises peuvent être magnétisables ou amagnétiques, cela dépend de la force et de l’amplitude souhaitée.
Selon un autre mode de réalisation, l’au moins un élément magnétique est constituée d’un matériau ferromagnétique. Le ou les aimants permanents sont supprimés de la partie mobile de la machine. La machine peut comprendre en outre au moins un moyen de rappel en position de manière à ramener dans la position initiale l’au moins un élément magnétique.
Selon un mode de réalisation particulier, le stator comprend au moins quatre éléments de stator formant deux couples de deux éléments de stator disposés autour d’un axe longitudinal et s’étendant dans une direction circonférentielle ou orthoradiale par rapport à l’axe longitudinal, et dans laquelle la partie mobile linéairement comprend quatre tiges formant deux couples de deux tiges. Pour ce qui précède et pour la suite de la description, un couple d’éléments de stator associé à un couple de tiges et au moins un élément magnétique est également appelé module. La machine électromagnétique peut ainsi comprendre un ou plusieurs modules.
De préférence, les au moins deux couples d’éléments de stator sont espacés le long d’un cercle dont l’axe longitudinal est le centre.
Selon n’importe quel type de tige, les au moins deux couples de tiges de la partie mobile peuvent être espacées le long d’un cercle dont l’axe longitudinal est le centre. De manière préférentielle, les au moins deux tiges peuvent être espacées de manière équidistante le long d’un cercle dont l’axe longitudinal est le centre.
De préférence, les tiges sont parallèles entre elles et par rapport à l’axe longitudinal.
Selon n’importe quel mode de réalisation, les tiges peuvent présenter différentes formes. Selon une section transversale, chaque tige peut présenter une forme, parallélépipédique, rectangulaire, hexagonale, cylindrique ou circulaire.
De préférence, les éléments de stator sont disposés de manière à définir une zone centrale libre. Le volume délimité par les au moins deux éléments de stator et les au moins deux tiges est libre au centre. Aucune pièce ne se trouve au sein de la partie centrale de la machine. Cela permet différents avantages comme par exemple :
- permettre le passage d’une pièce ou d’un fluide (notamment caloporteur) au centre,
- gagner en volume et en poids, ce qui est important pour des systèmes embarqués,
- permettre une meilleure préhension de la machine lors de sa manutention, ou encore
- améliorer les performances thermiques de la machine via un meilleur refroidissement.
Selon un mode de réalisation particulier, le stator comprend douze éléments de stator formant six couples d’éléments de stator, et la partie mobile, comprend douze tiges, formant six couples de tiges. De préférence, la partie mobile linéairement comprend deux aimants permanents coopérant avec chaque couple d’éléments de stator.
De préférence, les couples d’éléments de stator et la partie mobile associée sont disposés en opposition de phase d’une manière alternée. Trois couples d’éléments de stator sont déphasés de 180 degrés par rapport aux trois autres couples d’éléments de stator. De préférence, les tiges se déplacent à une fréquence comprise entre 10 et 150 Hz (hertz).
Selon n’importe quel type de machine électromagnétique, le dispositif peut comprendre les caractéristiques suivantes.
De manière préférentielle, la machine électromagnétique comprend des moyens de guidage en translation, par exemple des roulements, des paliers, des glissières et/ou des coussinets. Les moyens de guidage peuvent coopérer avec les tiges, l’au moins un élément magnétique, de préférence le ou les aimants, et/ou les moyens de couplage.
De préférence, la machine électromagnétique comprend des moyens d’étanchéité du stator et/ou des au moins deux tiges par rapport au milieu extérieur.
Les moyens d’étanchéité comprennent des moyens d’étanchéité de tige. De préférence deux moyens d’étanchéité de tige sont associés à chaque tige, chaque moyen étant disposé à une extrémité de la tige. Ils permettent de protéger l’entrefer autour de chaque tige. Selon un mode de réalisation, un seul moyen d’étanchéité de tige est prévu, par exemple un soufflet.
Les moyens d’étanchéité doivent protéger la machine vis-à-vis de l’atmosphère saline, de l’atmosphère polluée ou de l’eau douce ou saline lors d’immersion. Par exemple, les moyens d’étanchéité peuvent être des joints toriques, des éléments de glissement assurant l’étanchéité, des soufflets souples (en élastomère ou métalliques), ou mécaniques ou une combinaison de ceux-ci. Les joints peuvent être les suivants : joint racleur, joint buffer, joint simple effet, joint double effet, joint à lèvre(s) (ou joint spi), joint à ressort. Il est possible d’utiliser ces joints seuls ou de les combiner afin d’obtenir différentes fonctions, par exemple filtrer les impuretés, effectuer une pré-étanchéité afin d’obtenir une chambre immergée et donc une lubrification des garnitures de guidage puis un autre joint permettant l’étanchéité complète.
De manière complémentaire, la machine, en particulier le stator ou chaque élément de stator bobiné, peut être enrésinée par exemple avec une résine époxy ou silicone. De manière encore complémentaire, les au moins deux tiges de la partie mobile peuvent être entourées d’un bain d’huile, offrant l’avantage de tenir la pression en cas d’immersion profonde, ou de lubrifier et refroidir le système en permanence.
En outre, la machine électromagnétique peut comprendre au moins un moyen de rappel en position associé à au moins une tige. Selon un mode de réalisation, la machine comprend un moyen de rappel en position par tige. De préférence, un moyen de rappel en position est un moyen de rappel élastique, par exemple un ressort, de préférence un ressort métallique, en particulier en acier. Bien que chaque tige réalise un mouvement de va et vient, il peut être intéressant de favoriser la cinétique de l’un des deux mouvements. En fonctionnement normal, une machine électromagnétique selon l’invention, ayant des tiges mobiles oscillant sur un pas polaire ou étant pilotées en déplacement par une électronique de commande, ne nécessite pas de moyen de rappel des tiges mobiles. Il peut cependant être intéressant d’en ajouter afin d’optimiser le rendement de la machine. Par exemple, un ressort pourrait être placé à une première extrémité d’une tige mobile et/ou à une deuxième extrémité, opposée à la première extrémité, de ladite tige mobile. Cette caractéristique permet d’absorber l’énergie cinétique durant une première phase de l’inversion du mouvement pour la stocker en énergie potentielle puis de la retransmettre à ladite tige mobile durant la seconde phase d’inversion. Ces moyens de rappel permettent aussi d’éviter tout mouvement de trop grande amplitude, non maîtrisé, pouvant mener à une usure prématurée de la machine, ou à une sortie involontaire d’une ou des tiges mobiles de la machine. Préférentiellement, la fréquence d’oscillation de la tige est la même que la fréquence de résonance du système, afin de consommer le moins d’énergie possible pour la mise en mouvement.
La machine électromagnétique comprend une électronique de puissance et/ou des moyens de commande de manière que le déplacement des tiges de la partie mobile soit piloté en boucle ouverte par l’électronique de puissance. Le pilotage se ferait au moyen d’une électronique de puissance permettant de faire onduler une tension à différentes fréquences comme par exemple un onduleur pouvant faire varier la tension efficace et la fréquence.
Selon un autre mode de réalisation, la machine comprend au moins un capteur, comme par exemple un capteur de déplacement de la partie mobile, ou encore un capteur de courant. L’électronique de puissance et/ou les moyens de commande commande(nt) le déplacement des tiges de la partie mobile en boucle fermée grâce aux informations de l’au moins un capteur.
De préférence, la machine comprend un capteur de température de manière à mesurer la température de ladite machine, relié directement de préférence à l’électronique de commande. Elle peut aussi être protégée contre le réchauffement excessif grâce à un fusible thermique. Ces deux composants sont montés préférentiellement à la périphérie de la bobine et avantageusement à son centre, car la bobine est le composant principal diffusant la chaleur. Les moyens de commande permettent de commander chaque module de manière indépendante, ou de manière synchronisée ou non avec d'autres modules, et/ou de manière à supprimer les balourds, par exemple en commandant l’oscillation de deux modules en opposition de phase.
Selon d’autres modes de réalisation, le dispositif peut comprendre plusieurs actionneurs. L’au moins un actionneur peut être de tous types : électriques (linéaires, ou rotatifs avec des pièces convertissant le mouvement), thermiques, à air comprimé, mécaniques (manuels, comme pour des pédalos).
De préférence, le dispositif générateur de flux fluidique est un dispositif générateur de flux hydraulique. Par exemple, ledit dispositif peut être une pompe, un mélangeur, un propulseur, en particulier un propulseur hydraulique pour engin nautique.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est prévu un propulseur hydraulique pour la propulsion d’engin nautique comprenant un dispositif générateur de flux selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect. Le dispositif fonctionne en mode moteur. Le dispositif comprend des moyens de contrôle, ou contrôleur, agencés pour commander le dispositif en mode moteur.
Selon un troisième aspect de l’invention, il est prévu un hydrogénérateur comprenant un dispositif générateur de flux selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect. Le dispositif fonctionne en mode générateur. Le dispositif comprend des moyens de contrôle, ou contrôleur, agencés pour commander le dispositif en mode générateur.
DESCRIPTION DES FIGURES
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant à des exemples non limitatifs de réalisation illustrés par les dessins annexés où :
• la figure 1 est une en perspective d’un propulseur hydraulique selon un premier mode de réalisation ;
• la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d’un propulseur hydraulique selon le premier mode de réalisation, le propulseur comprenant une machine électromagnétique conforme à la figure précédente, et un seul flasque présentant une ouverture centrale et une seule membrane discoïdale présentant une ouverture centrale ; • la figure 3 est une vue en perspective d’un propulseur hydraulique selon un deuxième mode de réalisation, le propulseur comprenant un seul flasque plein et comprenant une queue de forme conique et une seule membrane présentant une ouverture ;
• la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d’un propulseur hydraulique selon le deuxième mode de réalisation, conforme à la figure précédente ;
• la figure 5 est une vue en coupe transversale d’un propulseur hydraulique conforme aux figures 3 et 4 et d’une machine électromagnétique selon un mode de réalisation, la machine comprenant quatre couples d’éléments de stator et quatre couples de tiges ;
• la figure 6 est une vue de profil d’une machine électromagnétique selon un mode de réalisation comprenant des tiges amont et des tiges aval ;
• la figure 7 est une vue de profil d’une machine électromagnétique selon un mode de réalisation comprenant des tiges à la fois amont et aval ;
• la figure 8 est une vue de profil d’un ensemble de propulsion nautique comprenant un propulseur hydraulique conforme à la figure 1 ;
• la figure 9 est une vue en perspective d’une machine électromagnétique à mouvement linéaire cyclique selon un type de réalisation de l’invention dans lequel chaque tige de la partie mobile comprend deux aimants permanents, la machine étant vue sans son bâti ;
• la figure 10 est une vue en perspective d’un ensemble mécanique selon un mode de réalisation, l’ensemble comprenant une machine conforme à la figure précédente et deux membranes dicoïdales, chaque membrane étant disposé à une extrémité de la machine ;
• la figure 11 est une vue en perspective et en coupe longitudinale d’un ensemble mécanique comprenant une machine électromagnétique selon un deuxième mode de réalisation dans lequel chaque tige de la partie mobile comprend quatre aimants permanents ;
• la figure 12 est une vue conforme à la figure précédente, chaque tige comprenant en outre deux entretoises amagné tiques, une entretoise entre deux aimants permanents adjacents ;
• la figure 13 est un zoom de la machine de la figure précédente, une tige de la partie mobile, portant quatre aimants permanens, étant vue de manière agrandie ;
• la figure 14 est une vue en perspective d’une machine électromagnétique à mouvement linéaire cyclique selon un autre type de réalisation de l’invention, dans lequel la machine comprend six couples d’éléments de stator et six couples de tiges disposés l’un par rapport à l’autre de manière à former un cercle, le bâti étant représenté ;
• la figure 15 est une vue en perspective d’un module d’une machine électromagnétique à mouvement linéaire cyclique selon un premier mode de réalisation de l’invention, dans lequel la machine comprend un couple d’éléments de stator et un couple de tiges, le bâti n’étant pas représenté ;
• la figure 16 est une vue de profil de deux éléments de stator en vis-à-vis, chacun comprenant un bobinage de fils électriques, lesdits éléments étant conformes à la figure précédente ;
• la figure 17 est une vue en perspective d’une partie mobile linéairement selon un mode de réalisation, comprenant deux aimants permanents disposés entre deux tiges ;
• la figure 18 est une vue de face d’un propulseur hydraulique selon un troisième mode de réalisation, le propulseur comprenant une machine électromagnétique selon un autre mode de réalisation, et un seul flasque présentant une ouverture centrale et une seule membrane discoïdale présentant une ouverture centrale ;
• la figure 19 est une vue de côté d’un propulseur conforme à la figure précédente.
En référence au figures 1 et 2, il est présenté un premier mode de réalisation d’un dispositif générateur de flux fluidique. Ledit dispositif est en particulier agencé pour être immergé. Le dispositif générateur de flux fluidique est un propulseur hydraulique 100.
La figure 2 est une vue en coupe d’un propulseur hydraulique comprenant un actionneur électrique, en particulier une machine électromagnétique qui sera décrite en-dessous, un flasque L1 et une membrane Ml, ledit flasque et ladite membrane étant disposés sur une même extrémité, dite extrémité aval, de la machine de manière coaxiale par rapport à l’axe longitudinal L. L’extrémité opposée, dit extrémité amont, présente aucune paroi empêchant la circulation d’un flux dans la zone centrale 10 de la machine électromagnétique. Dans ce mode de réalisation, le propulseur présente la forme générale d’un tube.
Le flasque L1 présente une ouverture centrale de manière qu’un flux puisse la traverser. Le flasque L1 présente une première face, dite face de raccordement, agencée pour être reliée à une extrémité d’une machine électromagnétique, et une deuxième face, dite face externe, opposée à la face de raccordement. Le flasque L1 présente une surface interne en forme de cône ou de tuyère, le plus grand diamètre de la surface interne correspondant au diamètre interne de la machine électromagnétique. Le flasque comprend en outre une portion tubulaire Fil faisant saillie depuis la face externe.
La membrane Ml présente la forme d’un anneau et comprend une armature MAI reliée à toutes les extrémités distales des tiges de la machine électromagnétique, voir figure 1. La membrane Ml présente une ouverture centrale à travers laquelle la portion tubulaire Fil du flasque Fl s’étend. La membrane Ml présente une face de flasque orientée vers le flasque et une face extérieure opposée à la face de flasque orientée vers le milieu extérieur. Le dispositif, en particulier le propulseur hydraulique, est prévu pour fonctionner sans élément, pièce ou appendice venant se raccorder ou s’ajouter à distance de la face arrière dudit dispositif ou audit propulseur.
En référence aux figures 3 et 4, il est représenté un deuxième mode de réalisation d’un propulseur hydraulique. Par rapport au précédent mode de réalisation, le présent propulseur est fermé à chaque extrémité. Au moins une paroi ferme la zone centrale de la machine électromagnétique, de sorte que le propulseur présente une forme générale oblongue et/ou ovoïde.
Le flasque Fl ne présente pas d’ouverture centrale. Le flasque Fl présente une première face, dite face de raccordement, agencée pour être reliée à une extrémité d’une machine électromagnétique, et une deuxième face, dite face externe, opposée à la face de raccordement. Le flasque comprend en outre une portion conique F12 faisant saillie depuis la face externe, le diamètre du cône se réduisant de depuis la face externe jusqu’à la pointe de la portion conique. La portion conique traverse l’ouverture centrale de la membrane Ml , voir figures 3 et 4.
L’association d’un flasque Fl et d’une membrane Ml permet la propulsion du propulseur hydraulique.
Les figures 4 et 5 montrent un type de réalisation d’un actionneur. L’actionneur est une machine électromagnétique. En référence à la figure 5,1a machine électromagnétique comprend un stator et une partie mobile comprenant des tiges magnétiques coopérant magnétiquement avec le stator. Le stator comprend quatre couples d’éléments de stator 31, 32, 33 et 34, le couple 31 d’éléments de stator étant associé aux couples de tiges 41a, 41b, le couple 32 d’éléments de stator étant associé aux couples de tiges 42a, 42b, le couple 33 d’éléments de stator étant associé aux couples de tiges 43a, 43b, le couple 34 d’éléments de stator étant associé aux couples de tiges 44a, 44b. La machine électromagnétique s’étend selon un axe longitudinal L. Les axes d’entraînement respectifs des tiges sont parallèles à l’axe longitudinal L de la machine. En outre, les quatre modules sont disposés le long d’un cercle dont l’axe longitudinal L est le centre. Les quatre modules électromagnétiques sont espacés de manière équidistante. Chaque module électromagnétique peut être commandé indépendemment des autres. La machine électromagnétique sera décrit plus en détails ci-dessous.
La figure 6 présente un mode de réalisation d’une machine électromagnétique, en particulier combinable avec l’un des modes ou types de réalisation qui seront décrits par la suite. La machine électromagnétique comprend des couples de tiges amont s’étendant depuis une première extrémité de machine. La machine comprend en outre des couples de tiges aval s’étendant depuis une deuxième extrémité, opposée à la première extrémité, de la machine électromagnétique. Sur la figure 6, il est représenté des tiges amont s’étendant selon les axes E3a, E3b, E5a, E5b, E2a, E2b, E6a, E6b. Il est en outre représenté des tiges amont s’étendant selon les axes Ela, Elb, E4a, E4b. Ce mode de réalisation permet de disposer une membrane de chaque extrémité longitudinale d’un dispositif.
En variante, la figure 7 présente un autre mode de réalisation d’une machine électromagnétique, dans lequel chaque couple de tiges traverse le bâti de la machine de manière un couple de tiges amont et un couple de tiges aval.
La figure 8 montre une application dans laquelle le propulseur hydraulique selon le premier mode de réalisation est raccordé à un dispositif de direction et de commande d’un bateau.
Les figures 18 et 19 montrent une autre application dans laquelle le propulseur hydraulique dans une version minimaliste est raccordé à une embase centrale d’un bateau.
Le propulseur comprend des moyens de commande et/ou une électronique de puissance de manière que le moteur est capable d'être utilisé dans une large panoplie de cas d’utilisations. Par exemple, il peut être alimenté via le secteur, un réseau de panneau solaire ou toute autre installation d'énergie alternative ou continue ou dans un système de stockage d'énergie moyennant son branchement à travers une électronique de puissance permettant de réguler et d’asservir le courant électrique. Selon le type de signal de commande et sa forme, le moteur peut remplir différents cas d’utilisation : dans un cas d’alimentation par une tension électrique continue, le moteur est asservi en position. Il gardera donc une position précise et répétable suivant la valeur de tension électrique fournie. Dans le cas où une tension alternative est fournie, le moteur sera asservi en vitesse. La valeur de la tension électrique permet de régler l’amplitude de la course des barreaux mobiles. La fréquence du signal électrique permet quant à elle à régler la fréquence de fonctionnement du moteur.
Les figures 9 à 13 présentent un premier type de réalisation d’un actionneur, en particulier d’une machine électromagnétique 1 à mouvement linéaire cyclique s’étendant le long d’un axe longitudinal L. Afin de visualiser le maximum de pièces, le bâti de la machine n’est pas représenté sur les figures 9 et 10.
La machine comprend une partie statique 3, dite stator, agencée pour créer un champ électromagnétique. Le stator comprend six éléments de stator 31, 32, 33, 34, 35 et 36. Chaque élément de stator comprend un empilement de plaques de tôle entouré d’un bobinage électrique. Les six éléments de stator 31, 32, 33, 34, 35, 36 sont disposés autour de l’axe longitudinal L et s’étendent dans une direction circonférentielle T par rapport à l’axe longitudinal L de manière que les lignes de champs sont circonférentielles en passant par tous les éléments de stator.
La machine comprend une partie mobile linéairement 4. Elle comprend six tiges 41 , 42, 43, 44, 45, 46 distinctes mobiles selon des axes d’entraînement respectifs El, E2, E3, E4, E5, E6. Les tiges sont espacées de manière équidistante le long d’une circonférence s’étendant autour de l’axe longitudinal L. Cette disposition permet de laisser la zone centrale 10 libre. La zone centrale présente une forme tubulaire.
Chaque tige présente une section transversale circulaire de manière que chaque tige présente la forme d’un barreau. Pour la suite de description, on pourra utiliser indifféremment le mot tige ou barreau. Chaque tige est disposée entre deux éléments de stator. Seul un entrefer sépare chaque tige des deux éléments de stator. Chaque tige comprend deux aimants permanents alignés le long de l’axe d’entraînement de la tige et disposés tête-bêche du point de vue des polarités. Chaque aimant occupe sensiblement toute la section transversale de la tige et présente une section transversale circulaire. Les tiges sont déplaçables magnétiquement par rapport aux éléments de stator. Selon une variante de réalisation représentée par la figure 11 , chaque tige de la partie mobile comprend quatre aimants permanents, seules les tiges 43 et 46 sont visibles. En particulier, la tige 43 comprend les aimants permanents 63a, 63b, 63c, 63d, et la tige 46 comprend les aimants permanents 66a, 66b, 66c, 66d. Chaque aimant permanent présente la forme d’un tube agencé pour s’emboîter sur une âme cylindrique de chaque tige.
Cet agencement permet aux barreaux d'être piloté par le stator en suivant le champs magnétique courant produit par ce dernier. L’alignement des pôles par rapport au stator permet aux barreaux de fonctionner en phase ou en opposition de phase l’un par rapport aux autres. L’alignement des barreaux est maintenu grâce aux forces magnétiques des aimants. La présence de moyens de guidage ou de pièces supports supplémentaires n’est pas indispensable, dans le cadre d’un mode de réalisation minimaliste et/ou le moins coûteux.
De manière optionnelle, deux pièces de guidage, préférentiellement cylindriques, servant de guide de translation pour chaque barreau, viendront se fixer sur les extrémités de chaque barreau. Ces pièces de guidage sont avantageusement en matériaux amagnétique afin de minimiser les fuites de champ magnétique. Ces deux pièces ont comme autre fonction de pièce de liaison a tout effecteur ou partie mobile ayant besoin d'être mise en mouvement.
La présence de plusieurs tiges permet de délivrer une plus grande force à un effecteur. En outre, la présence de quatre aimants permanents au lieu de deux aimants permanents permet également de délivrer une plus grande force à un effecteur.
En référence aux figures 12 et 13, il est présenté un mode de réalisation particulier du stator dans lequel chaque élément de stator comprend deux sous éléments de stator de manière à réaliser deux circuits magnétiques parallèles. En référence à la figure 12, l’élément de stator 35 comprend deux sous-éléments de stator 35a, 35b et l’élément de stator 34 comprend deux sous- éléments de stator 34a, 34b. En outre la tige associée comprend quatre aimants permanents 64a, 64b, 64c et 64d, voir figure 13. Au cours du mouvement de ladite tige, les aimants permanents 64a, 64b sont prévus pour être en vis-à-vis des sous éléments de stator 35a et 34a, et les aimants permanents 64c, 64d sont prévus pour être en vis-à-vis des sous-éléments de stator 35b et 34b.
Les figures 10 à 12 montrent un dispositif générateur de flux comprenant deux membranes. Chaque membrane est composée de matière plastique, élastomère ou métallique de manière à réaliser un propulseur hydraulique, la machine électromagnétique fonctionnant en mode moteur. En référence à la figure 10, les tiges 42, 44 et 46 sont liées et commandées simultanément de manière à former un premier sous-moteur, dit moteur amont, et les tiges 41, (43 et 45 non visibles) sont liées et commandées de manière à former un deuxième sous-moteur, dit moteur aval. Les extrémités des tiges 42, 44 et 46 sont reliées fixement à une armature portant une membrane Ml, dite membrane amont. Les extrémités des tiges 41, (43 et 45 non visibles) sont reliées fixement à une armature portant une membrane M2, dite membrane aval. Les membranes présentent une forme discoïdale mais peuvent présenter d’autres formes. Les sous-moteurs sont déphasés électriquement de 180° (degrés) de manière que les membranes Ml et M2 sont actionnées en opposition de phase. En particulier, les aimants sont inversés ce qui permet au champ magnétique d’être bien circulaire et de ne pas se retrouver opposé au champ de la bobine suivante.
Pour la suite de la description, il sera décrit le fonctionnement et/ou le mouvement d’une tige d’un sous-moteur.
En référence aux figures 12 et 13, la membrane amont se situe dans une position proximale par rapport au bâti 2 de la machine. La position de la tige est telle que l’aimant permanent 64a est en vis-à-vis des sous-éléments de stator 35a et 34a et l’aimant permanent 64c est en vis-à-vis des sous-éléments de stator 35b et 34b du fait que les flux magnétiques induits dans les entrefers, entre d’une part les sous-éléments de stator 35a et 34a et d’autre part les sous- éléments de stator 35b et 34b, sont suffisants pour réaliser une polarité, par exemple un pôle nord, d’un côté et une polarité inverse, par exemple un pôle sud, de l’autre côté. Comme chaque aimant permanent présente une polarité inverse, les flux magnétiques traversent les aimants permanents et les maintiennent en position.
Lors d’une commutation de courant dans les bobines, les flux magnétiques dans les entrefers sont inversés de manière que chaque pôle d’un aimant permanent est en vis-à-vis d’une polarité identique, réalisant une force de répulsion et une translation de la tige. Simultanément, les flux magnétiques parviennent à traverser les aimants permanents adjacents, de polarités inverse, 64b et 64d de manière qu’une force d’attraction réalise la translation de la tige. Il en résulte que la nouvelle position de la tige est telle que l’aimant permanent 64b est en vis-à-vis des sous- éléments de stator 35a et 34a et l’aimant permanent 64d est en vis-à-vis des sous-éléments de stator 35b et 34b. La membrane amont Ml se situe alors dans une position distale. Selon une variante de réalisation, une entretoise est disposée entre deux aimants permanents adjacents de polarité inverse. En référence à la figure 13, une entretoise 164 est disposée entre les aimants permanents 64a et 64b, et une entre toise 264 est disposée entre les aimants permanents 64c et 64d.
Les figures 14 à 17 présentent un deuxième type d’actionneur, en particulier un deuxième type de machine électromagnétique.
La figure 14 présente une machine électromagnétique comprenant six modules électromagnétiques, un module électromagnétique sera décrit ci-dessous. La machine électromagnétique comprend un stator et une partie mobile comprenant des tiges magnétiques coopérant magnétiquement avec le stator. Le stator comprend six couples d’éléments de stator 31, 32, 33, 34, 35 et 36, le couple 31 d’éléments de stator étant associé aux couples de tiges 41a, 41b, le couple 32 d’éléments de stator étant associé aux couples de tiges 42a, 42b, le couple 33 d’éléments de stator étant associé aux couples de tiges 43a, 43b, le couple 34 d’éléments de stator étant associé aux couples de tiges 44a, 44b, le couple 35 d’éléments de stator étant associé aux couples de tiges 45a, 45b, le couple 36 d’éléments de stator étant associé aux couples de tiges 46a, 46b. La machine électromagnétique s’étend selon un axe longitudinal L. Les axes d’entraînement respectifs des tiges sont parallèles à l’axe longitudinal L de la machine. En outre, les six modules sont disposés le long d’un cercle dont l’axe longitudinal L est le centre. Les trois modules électromagnétiques sont espacés de manière équidistante.
En référence aux figures 15, 16 et 17, il est présenté un module électromagnétique d’une machine électromagnétique 1 à mouvement linéaire cyclique.
Le module comprend une partie statique 31, dite stator, agencée pour créer un champ électromagnétique. En référence à la figure 16, le stator comprend deux éléments de stator 31a et 31b, formant un couple d’éléments de stator. Chaque élément de stator comprend un empilement de plaques de tôle agencé de manière à former un motif en forme de « E ». Chaque élément de stator comprend trois dents et deux encoches. Chaque élément de stator 31a, 31b comprend en outre un bobinage électrique 311, 312 inséré dans les encoches d’un empilement de plaques de tôle de manière à former une boucle. Les éléments de stator 31a, 31b sont disposés en vis-à-vis et espacés l’un de l’autre d’une distance permettant d’insérer au moins un élément magnétique de la partie mobile et d’une distance d’entrefer. En référence aux figures 15 et 16, les éléments de stator présentent une forme générale et une section transversale rectangulaire et s’étendant de manière rectiligne.
Le module comprend une partie mobile linéairement réalisant un déplacement de translation rectiligne alternatif. En référence aux figures 15 et 17, la partie mobile comprend deux tiges 41a, 41b distinctes mobiles selon des axes d’entraînement Ela, Elb respectifs, lesdits axes s’étendant selon un axe ou une direction longitudinale. Elles sont disposées de part et d’autre du stator 31, en particulier entre les deux portions de bobinages, en forme de demi-cercle, s’étendant en-dehors des empilements de plaques de tôle. Les tiges 41a, 41b présentent une section transversale circulaire. En référence à la figure 17, la partie mobile comprend deux aimants permanents 61a, 61b disposés entre les deux tiges 41a, 41b. Les aimants permanents présentent une forme rectangulaire. Ils sont agencés pour s’insérer entre les deux éléments de stator 31a, 31b de manière à se déplacer magnétiquement lors de la commutation des éléments de stator. Les deux aimants 61a, 61b sont espacés longitudinalement de manière que les deux aimants peuvent s’aligner avec deux dents consécutives d’un élément de stator.
La partie mobile comprend en outre des moyens de couplage 51a, 51b entre des aimants permanents 61a, 61b et les tiges 41a, 41b. Chaque moyen de couplage 51a, 51b comprend une partie de tige agencée pour être fixée à une tige de manière à être solidaire en translation. La partie de tige entoure l’enveloppe extérieure d’une tige. Chaque moyen de couplage 51a, 51b comprend une partie d’élément magnétique agencée pour recevoir et fixer les deux aimants et ainsi coupler mécaniquement les aimants à une tige.
De manière optionnelle, la machine comprend deux pièces de guidage 80, préférentiellement cylindriques, servant de guide de translation pour chaque tige. Les deux pièces de guidage se fixent sur les extrémités longitudinales du bâti. Ces pièces de guidage sont avantageusement en matériaux amagnétique afin de minimiser les fuites de champ magnétique. Ces deux pièces ont comme autre fonction de pièce de liaison a tout effecteur ou partie mobile ayant besoin d'être mise en mouvement. Chaque type de machine électromagnétique permet de fournir un mouvement linéaire à haute fréquence, en particulier jusqu’à 500 cycles par seconde, c’est à dire un fonctionnement à 500 Hz.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif générateur de flux fluidique (100) s’étendant selon une direction longitudinale (L), caractérisé en ce qu’il comprend :
- un bâti,
- au moins un flasque (Fl),
- au moins une membrane (Ml) s’étendant transversalement et disposée en vis-à-vis de l’au moins un flasque, l’au moins une membrane présentant une face extérieure orientée vers l’extérieur du dispositif,
- au moins un actionneur (1) configuré pour mettre en mouvement de translation alternatif l’au moins une membrane,
- aucune paroi venant en vis-à-vis de la face extérieure de l’au moins une membrane.
2. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l’au moins un flasque est disposé sur une face transversale, l’au moins une membrane présentant une face de flasque en vis-à-vis de l’au moins un flasque, la face extérieure étant opposée à la face de flasque.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant un seul flasque (Fl) et une seule membrane (Ml).
4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant un seul flasque (Fl) et un couple de membranes (Ml, M2) disposées l’une derrière l’autre.
5. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant au moins deux flasques et au moins deux membranes, chaque flasque étant disposé à une extrémité distincte du bâti ou de G actionneur,
6. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, l’au moins un flasque présente une section tubulaire (Fil) s’étendant de manière coaxiale à l’axe longitudinal (L).
7. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, l’au moins une membrane présente une ouverture centrale.
8. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, l’au moins un flasque et l’au moins une membrane présentent respectivement une forme ovale.
9. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un actionneur est agencé sur ou dans le bâti de manière que le dispositif présente une zone centrale libre.
10. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un actionneur électromagnétique comprend :
- un stator agencé pour créer un champ magnétique, comprenant au moins deux éléments de stator (31, 32, 33, 34, 35, 36) disposés autour de l’axe longitudinal (L) et s’étendant dans une direction circonférentielle ou orthoradiale par rapport à l’axe longitudinal,
- une partie mobile linéairement, comprenant au moins deux tiges (41, 42, 43, 44, 45, 46) distinctes mobiles selon des axes d’entraînement respectifs (El, E2, E3, E4, E5, E6), et espacées le long d’une circonférence s’étendant autour de l’axe longitudinal, chaque tige comprenant au moins un élément magnétique, chaque tige étant disposée entre deux éléments de stator et déplaçable magnétiquement par rapport aux au moins deux éléments de stator
11. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un actionneur électromagnétique comprend :
- un stator agencé pour créer un champ magnétique, comprenant au moins deux éléments de stator (31a, 31b, 32a, 32b, 33a, 33b, 34a, 34b, 35a, 35b, 36a, 36b) en vis- à-vis,
- une partie mobile linéairement, comprenant :
-au moins deux tiges (41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b, 44a, 44b, 45a, 45b, 46a, 46b) distinctes mobiles selon des axes d’entraînement respectifs (Ela, Elb, E2a, E2b, E3a, E3b, E4a, E4b, E5a, E5b, E6a, E6b), chaque tige étant disposée à une extrémité des deux d’éléments de stator, -au moins un élément magnétique (61a, 61b) associé aux au moins deux tiges, l’au moins un élément magnétique étant disposé entre les deux éléments de stator et déplaçable magnétiquement par rapport aux au moins deux éléments de stator,
-des moyens de couplage (51a, 51b) entre l’au moins un élément magnétique et les tiges.
12. Propulseur hydraulique pour la propulsion d’engin nautique caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif générateur de flux selon l’une des revendications précédentes.
13. Hydrogénérateur caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif générateur de flux selon l’une des revendications 1 à 11.
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