FR3055072A1 - Dispositif amplificateur de couple - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif amplificateur de couple comprenant : - un support (2), - un arbre rotatif (3) monté mobile sur le support (2), - un dispositif de mise en rotation (4) adapté pour entrainer l'arbre rotatif (3) en rotation autour d'un axe principal (X), caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux modules magnétiques (10, 20) installés en série, lesquels modules magnétiques (10, 20) comportent chacun un rotor solidaire de l'arbre rotatif (3) et un stator solidaire du support (2), - chacun des rotors comportant une face interne et une face externe, la face interne étant pourvue d'un premier secteur d'aimants permanents, les deux faces s'étendant perpendiculairement à l'axe de l'arbre rotatif (3), - chacun des stators comportant une face interne positionnée en vis-à-vis de la face interne du rotor, et une face externe, les deux faces s'étendant perpendiculairement à l'axe de l'arbre rotatif (3), ladite face interne étant pourvue d'un deuxième secteur d'aimants permanents, l'entraînement des rotors par le dispositif de mise en rotation (4) entraine cycliquement un vis-à-vis des premier et deuxième secteurs d'aimants générant une force magnétique de répulsion (FR), laquelle force magnétique (FR) est adaptée pour augmenter l'inertie du rotor.
Description
Description
Domaine technique de l’invention.
L’invention a pour objet un dispositif amplificateur de couple ainsi que son procédé de fonctionnement.
Elle concerne Se domaine technique général des amplificateurs de couple, et plus précisément les amplificateurs de couple associés à un arbre rotatif.
État de la technique.
Il est connu de l’état de Sa technique, l’utilisation d’un volant d’inertie associé à l’arbre rotatif d’une machine tournante permettant d’augmenter le couple en sortie de ladite machine tournante. Dans une telle configuration, le volant d'inertie est une masse (disque, anneau, cylindre, éventuellement couplés en un système contrarotatif...) liée à la partie animée d’un mouvement de rotation, répartie autour d’un axe de telle sorte qu'elle confère à la machine tournante une plus grande inertie en rotation, dans le but de rendre plus régulier le régime de fonctionnement, en s'opposant aux à-coups dus au moteur entraînant le dispositif ou au récepteur consommant l'énergie transmise.
L’augmentation de l’inertie du volant permet d’augmenter son énergie cinétique rotationnelle après que Se mouvement de celui-ci ait été initié par le
-2 moteur. Une augmentation d’énergie cinétique entraîne donc une augmentation du couple appliqué au dispositif.
Un tel dispositif peut par exemple être utilisé avec un système récepteur tel 5 qu’un concasseur permettant de broyer la roche entraîné par des moteurs électriques dont le fonctionnement est régulier. Toutefois, une des applications les plus intéressantes consiste à l’utiliser en tant que composant mécanique dans la chaîne d’un système de production d’énergie. Un tel dispositif pouvant aussi bien se retrouver dans un système de production d’énergie électrique, qu’hydraulique, ou encore éolienne.
Le principe d’un tel dispositif repose sur le stockage et Sa restitution d’énergie cinétique. Bien que les dispositifs existants permettent déjà d’augmenter Se couple, ils présentent certains inconvénients. En effet, plus la masse est répartie loin de l’axe, plus l’inertie est grande. Suivant les besoins nécessaires du moteur ou de l’élément récepteur, Ses dimensions du volant d’inertie telles que sa masse et/ou sa position par rapport à l’axe de rotation peuvent rendre sa mise en œuvre et son utilisation difficile. Ainsi, un volant d’inertie présentant une masse élevée et des dimensions importantes, lorsqu’il tourne à vitesse élevée, entraîne de fortes contraintes sur les roulements et/ou l’arbre rotatif, risquant d’entraîner des défaillances.
De plus, l’énergie nécessaire à la mise en rotation d’un tel volant d’inertie est très importante puisqu’il faut déplacer une masse particulièrement élevée. En outre, le volant d’inertie devant présenter des dimensions conséquentes, il présente un encombrement important.
L’invention vise à remédier à cet état des choses. En particulier, un objectif de l’invention est de proposer un dispositif permettant d’augmenter le couple appliqué à un système récepteur installé en sortie dudit dispositif.
-3Un autre objectif est de limiter l’encombrement et la masse du dispositif amplificateur de manière à faciliter son exploitation et limiter les coûts de revient.
Divulgation de l'invention.
La solution proposée par l’invention est un dispositif amplificateur de couple comprenant :
- un support,
- un arbre rotatif monté mobile sur Se support,
- un dispositif de mise en rotation adapté pour entraîner l’arbre rotatif en rotation autour d’un axe principal.
Le dispositif est remarquable en ce qu’il comporte au moins deux modules magnétiques installés en série, lesquels modules magnétiques comportent chacun un rotor solidaire de l’arbre et un stator solidaire du support,
- chacun des rotors comportant une face interne et une face externe, la face interne étant pourvue d’un premier secteur d’aimants permanents, les deux faces s’étendant perpendiculairement à l’axe de l’arbre rotatif,
- chacun des stators comportant une face interne positionnée en vis-à-vis de la face interne du rotor, et une face externe, les deux faces s’étendant perpendiculairement à l’axe de l’arbre rotatif, ladite face interne étant pourvue d’un deuxième secteur d’aimants permanents, l’entraînement des rotors par Se dispositif de mise en rotation entraîne cycliquement un vis-à-vis des premier et deuxième secteurs d’aimants générant une force magnétique de répulsion, laquelle force magnétique est adaptée pour augmenter l’inertie du rotor.
Un tel dispositif permet d’augmenter le rendement énergétique du dispositif amplificateur en exploitant la composante tangentielle de la force de répulsion et/ou sa composante axiale. La seule énergie ayant un coût véritable étant celle
-4 délivrée par le dispositif de mise en rotation, une diminution de cette énergie permet à l’utilisateur d’effectuer des économies importantes.
D’autres caractéristiques avantageuses de l’invention sont listées cidessous. Chacune de ces caractéristiques peut être considérée seule ou en combinaison avec les caractéristiques remarquables définies ci-dessus, et faire l’objet, le cas échéant, d’une ou plusieurs demandes de brevet divisionnaires :
- la force de répulsion peut comprendre :
o une composante tangentielle résistive par rapport à la rotation du rotor, lorsque le premier secteur d’aimants permanents approche du deuxième secteur d’aimants permanents, o une composante tangentielle motrice par rapport à la rotation du rotor, lorsque le premier secteur d’aimants permanents s’éloigne du deuxième secteur d’aimants permanents, o une composante axiale tendant à repousser le premier secteur d’aimant permanent à l’écart du deuxième secteur d’aimants permanents le long de l’axe principal,
- au moins un des modules magnétiques peut se composer en outre d’un dispositif de déplacement axial adapté pour faire varier la distance entre Sa face interne du stator et la face interne du rotor entre une distance axiale minimale à une distance axiale maximale,
- la distance axiale peut être minimale lorsque le premier secteur d’aimants permanents est aligné angulairement avec le deuxième secteur d’aimants permanents, et Sa distance axiale peut être maximale lorsque le premier secteur d’aimants permanents est diamétralement opposé au deuxième secteur d’aimants permanents,
- Se dispositif de déplacement axial peut comporter une came fixée sur le support et/ou le stator, ladite came définissant un chemin de came, et un galet solidaire du rotor adapté pour suivre ledit chemin de came,
- Se premier secteur d’aimants permanents et/ou le deuxième secteur d’aimants permanents peuvent se présenter sous la forme d’une pluralité
-5d’aimants permanents adjacents, positionnés de sorte à former un arc de cercle, ledit arc de cercle étant centré sur l’axe de l’arbre rotatif et s’étendant sur une plage angulaire inférieure à 360°,
- la plage angulaire peut être inférieure à 180°,
- le deuxième secteur d’aimants situé sur la face interne du rotor d’un deuxième module magnétique peut être diamétralement opposé au deuxième secteur d’aimants situé sur la face interne du rotor d’un premier module magnétique,
- le support et/ou le rotor et/ou le stator peuvent être fabriqués dans un matériau amagnétique.
- le premier secteur d’aimants et/ou le deuxième secteur d’aimants peut être constitué d’une pluralité d’aimants permanents adjacents présentant chacun une face active.
Description des figures.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d’un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d’exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels :
- la figure 1a est une représentation schématique d’un dispositif amplificateur de couple conforme à l’invention,
- la figure 1b est une vue simplifiée du dispositif de la figure 1b, le support n’étant pas représenté,
- les figures 2a et 2b sont des représentations schématiques des modules magnétiques utilisés dans l'invention,
- la figure 3 est une représentation simplifiée d’un module magnétique présent dans le dispositif de la figure 1a,
-6- la figure 4a est une représentation schématique d’un module magnétique du dispositif de la figure 1a, les secteurs d’aimants permanents du rotor et du stator étant alignés angulairement,
- la figure 4b est une représentation schématique d’un module magnétique du dispositif de la figure 1a, les secteurs d’aimants permanents du rotor et du stator étant décalés angulairement,
- la figure 4c est une représentation schématique d’un module magnétique du dispositif de la figure 1a, les secteurs d’aimants permanents du rotor et du stator étant diamétralement opposés,
- la figure 5 est une vue de face d’un rotor appartenant à un module magnétique et illustrant le secteur d’aimants permanents prévu sur sa face interne,
- la figure 6 est une vue de face d’un stator appartenant à un module magnétique et illustrant le secteur d’aimants permanents prévu sur sa face interne,
- les figures 7a à 12a sont des représentations schématiques en trois dimensions des différentes étapes de rotation et/ou translation d’un dispositif conforme à l’invention, ledit dispositif étant équipé d’un dispositif de déplacement axial,
- les figures 7b à 12b sont respectivement des vues de face des dispositifs représentés sur les figures 7a à 12a.
Modes préférés de réalisation de l’invention.
Les figures 1a et 1b représentent un dispositif amplificateur 1 conforme à l’invention comprenant un support 2, un arbre rotatif 3 monté en rotation et/ou en translation sur le support 2 autour et le long d’un axe principal X. Un dispositif de mise en rotation 4 est relié à l’arbre rotatif 3 au niveau d’une première partie d’arbre 30, ladite partie 30 étant montée en rotation autour de l’axe X sur le support 2, de manière à pouvoir être entraînée en rotation autour de l’axe principal
-7X dans un sens de rotation donné S. Ce dispositif de mise en rotation 4 est préférentiellement un moteur électrique (ou encore moteur d’assistance), mais peut également se présenter sous Sa forme de pales d’éoliennes, d’un système hydraulique, ou encore sous la forme d’une aube.
Un système récepteur (non représenté) installé en sortie de l’arbre rotatif 3, est rattaché à une deuxième partie d’arbre 31 montée en rotation et/ou en translation autour et le long de l’axe principal X sur le support 2. Le couple appliqué audit système récepteur est supérieur à celui appliqué par le dispositif de mise en rotation au niveau de la première partie d’arbre 30. Ce système récepteur peut être, par exemple, un mécanisme de conversion du mouvement combiné (rotation et translation dans le cas décrit plus avant dans la description, ou le dispositif amplificateur 1 comporte au moins un module magnétique 20) en un mouvement de rotation pur couplé à un alternateur. L’ensemble formé par Se dispositif de mise en rotation 4, l’amplificateur de couple, le mécanisme de conversion du mouvement et l’alternateur forment alors le système de production d’énergie.
Le dispositif amplificateur 1 comporte également au moins deux modules magnétiques 10, 20, tel que celui représenté sur les figures 2a, 2b, 4a, 4b et 4c, chacun composé d’un stator 12, 22 solidaire du support 2, et d’un rotor 11, 21 solidaire de l’arbre rotatif 3.
Sur les figures annexées, chacun des rotors 11, 21 est réalisé sous la forme d’un disque rotatif présentant une face interne 111,211 et une face externe 112, 212 opposées l’une à l’autre dans la direction de l’axe principal X. Les deux faces interne 111, 211 et externe 112, 212 s’étendent perpendiculairement audit axe principal X.
De manière similaire, sur Ses figures annexées, chacun des stators 12, 22 est réalisé sous la forme d’une plaque solidaire du support 2 présentant une face
-8interne 121, 221 et une face externe 122, 222 opposées l’une à l’autre dans la direction de S’axe principal X et s’étendant perpendiculairement audit axe principal X.
Chacune des faces internes 111, 211 des rotors 11, 21 se trouve en vis-àvis de chacune des faces internes 121, 221 des stators 12, 22. La face interne 111, 211 de chacun des rotors 11, 21 est équipée d’un premier secteur d’aimants permanents 13, 23. Ce premier secteur 13, 23 se présente préférentiellement sous la forme d’un arc de cercle ou d’une portion d’anneau centré sur l’axe principal X. Cet arc de cercle a un rayon R pouvant avoir une valeur comprise entre 4 cm et 1 m. II s’étend sur une plage angulaire aRi inférieure à 360°, préférentiellement inférieure à 180°. Parallèlement, la face interne 121, 221 de chacun des stators 12, 22 est équipée d’un deuxième secteur d’aimants permanents 14, 24 se présentant également sous la forme d’un arc de cercle de rayon correspondant au rayon R du premier secteur d’aimants 13, 23. De manière identique, le deuxième secteur d’aimants 14, 24 s’étend sur une plage angulaire aSi inférieure à 360°, préférentiellement inférieure à 180°. Cette plage angulaire permet au rotor 11, 21 de récupérer assez d’énergie cinétique.
Chacun des secteurs d’aimants permanents 13, 23, 14, 24 présente une face active 130, 230, 140, 240 s’étendant en regard de Sa face interne 111, 211, 121,221 du rotor 11,21 ou stator 12, 22 auquel il est associé.
Dans un mode de réalisation préféré représenté sur les figures 5 et 6, Ses secteurs d’aimants permanents 13, 23, 14, 24 se présentent sous la forme d’une pluralité d’aimants permanents individuels adjacents 132, 132’, 132”, 232, 232’, 232”, 142, 142’, 142”, 242, 242’, 242”. Chacun de ces aimants individuels est, préférentiellement, de forme cubique, mais peut éventuellement se présenter sous la forme de n’importe quel autre parallélépipède, ou sous toute autre forme, comme par exemple un secteur angulaire ou encore un disque. Ils présentent une face active positionnée de manière à s’étendre en regard de la face interne 111,
-9211, 121, 221 du rotor 11, 21 ou stator 12, 22 associé. Les aimants individuels 132, 132’, 132”, 232, 232’, 232”, 142, 142’, 142”, 242, 242’, 242” sont agencés de manière à définir les secteurs d’aimants 13, 23, 14, 24 en forme d’arc de cercle présents sur chacun des rotors 11,21 et des stators 12, 22.
Sur le figure 5, le secteur d’aimants 13, 23 présent sur chacun des rotors 11, 21 comprend préférentiellement trois rangées d’aimants individuels permanents 132, 132’, 132”, 232, 232’, 232”, agencés en arc de cercle de rayon R. Le secteur d’aimants 14, 24 agencé sur chacun des stators 12, 22 associé (figure 4), comprend également trois rangées d’aimants individuels permanents 142, 142’, 142”, 242, 242’, 242” arrangés en arc de cercle de même rayon R. Une telle configuration permet d’obtenir un vis-à-vis cyclique des faces actives 130, 230, 140, 240 des secteurs d’aimants 13, 23, 14, 24 des rotors 11, 21 et des stators 12, 22 lors de la rotation desdits rotors 11,21.
Les faces actives 130, 230, 140, 240 des premiers et deuxième secteurs d’aimants 13, 23, 14, 24, disposés respectivement sur les rotors 11, 21 et sur les stators 12, 22 de chacun des modules magnétiques 10, 20, possèdent la même polarité de sorte qu’il existe des forces de répulsion magnétiques Fr s’exerçant entre les rotors 11, 21 et les stators 12, 22 au sein des différents modules magnétiques 10, 20.
Un aimant permanent individuel 132, 232, 142, 242 se présente préférentiellement sous la forme d’un cube mais peut éventuellement être sous toute autre forme de parallélépipède. Il possède une face active 130, 230, 140, 240 ayant une certaine polarité, et une face inactive 131, 231, 141, 241 opposée à Sa face active 130, 230, 140, 240, et présentant une polarité opposée. Les propriétés de la face inactive 131, 231, 141, 241 ne sont pas exploitées puisque celle-ci vient en contact avec la face interne 111,211, 121, 221 du rotor 11,21 ou du stator 12, 22.
-10Les aimants individuels 132’, 132”, 232’, 232”, 142’, 142”, 242’, 242” (décrits plus avant dans Sa description) situés aux extrémités du secteur d’aimant 13, 23, 14, 24 peuvent être identiques à ceux décrits dans le paragraphe précédent. Ils peuvent, par exemple, avoir une forme ou une épaisseur différente.
Lorsqu’un rotor 11, 21 est entraîné en rotation par le dispositif de mise en rotation 4, et comme décrit successivement sur les figures 2a et 2b, la face active 130, 230 du premier secteur d’aimants 13, 23 présent sur la face interne 111, 211 dudit rotor 11, 21, entre cycliquement en vis-à-vis avec Sa face active 140, 240 du second secteur d’aimants 14, 24 présent sur la face interne 121, 221 du stator 12, 22, Ces faces actives 130, 230, 140, 240 présentant la même polarité, une force magnétique de répulsion Fr est générée entre elles. Cette force magnétique de répulsion Fr comprend, pour chaque module magnétique 10, 20 :
- une composante tangentielle Fp.t résistive par rapport à la rotation du rotor
11, 21 lorsque le premier secteur d’aimants 13, 23 approche du deuxième secteur d’aimants 14, 24 dans le sens de rotation,
- une composante tangentielle Frj motrice par rapport à la rotation du rotor 11, 21 lorsque le premier secteur d’aimants 13, 23 s’éloigne du deuxième secteur d’aimants 14, 24 dans le sens de rotation.
Une telle configuration permet au rotors 11, 21 d’avoir une inertie de rotation augmentée en fonction des différentes forces de répulsion Fr existantes cycliquement entre les différents secteurs d’aimants 13, 23, 14, 24, entraînant ainsi une augmentation du couple exercé sur l’arbre rotatif 3 par rapport à celui d’entrée fourni par le dispositif de mise en rotation 4.
L’étendue angulaire aR, aS des secteurs d’aimants 13, 23, 14, 24 présents sur les faces internes 111, 211, 121, 221 de chacun des rotors 11, 21 et/ou des stators 12, 22, étant inférieure à 360°, préférentiellement inférieure à 180°, chaque module magnétique 10, 20 présente deux positions instables d’équilibre magnétique dans lesquelles les forces de répulsion Fr existant entre les faces . 11 .
actives des secteurs d’aimants 13, 23, 14, 24 positionnés sur Se rotor 11, 21 et sur le stator 12, 22 du module magnétique 10, 20 ne produisent pas d’effet vis-à-vis de l’arbre rotatif 3 ou du rotor 11,21 solidaire dudit arbre 3.
La première position d’équilibre magnétique est définie lorsque le secteur d’aimants 13, 23 présent sur le rotor 11, 21 est centré angulairement sur Se secteur d’aimants 14, 24 présent sur le stator 12, 22 (figures 3 et 4a). Dans cette position, le secteur d’aimants 13, 23 du rotor 11, 21 se trouve en vis-à-vis du secteur d’aimants 14, 24 du stator 12, 22, la bissectrice bR de la plage angulaire aR étant confondue avec la bissectrice bS de la plage angulaire aS. Dans cette position, la force de répulsion Fr entre les deux secteurs d’aimants 13, 23, 14, 24 comprend uniquement une composante axiale Fr,a qui s’étend dans la direction de l’axe principal X et tend à repousser le rotor 11, 21 à l’écart du stator 12, 22 dans ladite direction.
La deuxième position d’équilibre magnétique est atteinte lorsque le rotor 11, 21 a effectué, à partir de Sa première position d’équilibre, une rotation de 180° autour de l’axe principal X par rapport au stator 12, 22 associé (figure 4c). La force de répulsion Fr existant dans cette deuxième position possède une composante axiale Fr,3 s’étendant dans la direction de l’axe principal X et tendant à écarter le rotor 11, 21 du stator 12, 22 dans ladite direction, et une composante radiale Fr, r s’étendant dans la direction radiale perpendiculaire à la direction de l’axe principal X et tendant à écarter le rotor 11,21 du stator 12, 22 dans ladite direction radiale.
Dans toutes les autres positions angulaires comprises entre la première et la deuxième position d’équilibre, les forces de répulsion entre le secteur d’aimants 13, 23 du rotor 11, 21 et le secteur d’aimants 14, 24 du stator 12, 22, possèdent :
- une composante axiale Fr,3 s’étendant dans Sa direction de l’axe principal,
- une composante radiale Fr,r s’étendant dans la direction radiale,
- la composante tangentielle Fr,L décrite précédemment, s’étendant dans une direction tangentielle perpendiculaire aux directions axiale et radiale.
- 12La composante tangentielle Ffu est motrice lorsque le rotor 11, 21 est décalé angulairement dans le sens de rotation S par rapport à Sa première position d’équilibre. Elle reste motrice jusqu’à que le rotor 11, 21 atteigne la deuxième position d’équilibre magnétique décrite précédemment. A partir de cette deuxième position, Sa composante tangentielle Frj de la force de répulsion Fr devient résistive dans la mesure où elle est orientée dans un sens s’opposant au sens d’entrainement en rotation du rotor 11, 21, et par conséquent de l’arbre rotatif 3. La position dans laquelle la composante tangentielle Fr,î devient résistive est équivalente à un « mur magnétique ». Ce « mur magnétique » est franchi grâce à l’énergie d’entrainement en rotation du rotor 11, 21 ainsi qu’à son énergie cinétique.
Dans un mode de réalisation préféré, de manière à diminuer la composante tangentielle résistive FR,tl les aimants 132’, 132”, 142’, 142”, 232’, 232”, 242’, 242” situés dans les portions latérales des secteurs d’aimants 13, 23, 14, 24 équipent d’une distance moindre que les aimants permanents 132, 142, 232, 242 situés dans la portion central de ces mêmes secteurs 13, 23, 14, 24. Grâce à ces dispositions, un « effet sifflet » permet de minimiser la composante tangentielle résistive FR,t et/ou augmenter la composante tangentielle motrice FR,t, de sorte à faciliter le passage du « mur magnétique ».
Dans une mode de réalisation préféré, au moins un des modules magnétiques 20 de l’invention exploite également la composante axiale FR,a des forces de répulsion Fr tendant à repousser le secteur d’aimants 23 présent sur la face interne 211 du rotor 21, à l’écart du secteur d’aimants 24 présent sur la face interne 221 du stator 22 associé. Ainsi, en plus du mouvement de rotation décrit précédemment, le rotor 21 présent dans le module magnétique 20, est libre de se déplacer axialement le long d’un dispositif de déplacement axial 5. La composante axiale FR,a a une direction s’étendant le long de l’axe principal X. Cette composante axiale FR.a est :
- 13- maximale lorsque Se premier secteur 23 est aligné angulairement avec le deuxième secteur d’aimants 24,
- minimale lorsque le premier secteur d’aimants 23 est diamétralement opposé au deuxième secteur d’aimants 24.
L’existence de cette composante axiale Fr,3 , entraîne un mouvement de translation T du rotor 21 le long de l’axe principal X. L’exploitation de ce mouvement de translation T (décrite plus avant dans la description) permet d’augmenter l’inertie du rotor 21 et ainsi générer une augmentation du couple par rapport à celle du dispositif de mise en rotation 4. La mise en place de cette exploitation nécessite l’utilisation du dispositif de déplacement axial 5, adapté pour déplacer le rotor 21 par rapport au stator 22 le long de l’axe principal X. La distance entre la face active du premier secteur d’aimants 23 et celle du deuxième secteur d’aimants 24, varie d’une distance minimale à une distance maximale. De manière parallèle au maximum et minimum de la composante axiale Fr,3 décrits précédemment, la distance est :
- minimale xmin lorsque le premier secteur d’aimants 23 est aligné avec Se deuxième secteur d’aimants 24,
- maximale Xmax lorsque le premier secteur d’aimants 23 est diamétralement opposé au deuxième secteur d’aimants 24.
Sur les figures 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b, 11a, 11b, 12a, 12b, le dispositif de déplacement axial 5 se compose d’une came 51 fixée sur le support 2 définissant un chemin de came, et d’un galet 52 solidaire du rotor 21 et adapté pour suivre le chemin de came.
Sur les figures annexées, la came 51 est hélicoïdale se présente sous la forme d’un manchon monté en rotation autour de l’arbre rotatif 3 et comportant une gorge hélicoïdale 510 dans laquelle est engagé le galet 52. La gorge hélicoïdale 510 définit le chemin de came qui comporte une position basse et une position haute reliée l’une à l’autre par deux parties de transition du chemin de
-14 came. Ces parties de transition se présentent préférentiellement sous la forme d’une pente ayant formant un angle inférieure ou égal à 45° avec Ses positions basse et haute, de manière à assurer une translation sans à-coups du rotor 21 lors de l’utilisation du module magnétique 20. Toutefois, ces parties peuvent éventuellement se présenter sous une autre forme, comme par exemple sous la forme d’une marche.
Lorsque le galet 52 est en position basse, la distance entre Sa face active du premier secteur d’aimants 23 et celle du deuxième secteur d’aimants 24 est minimale Xmin. Lorsque le galet 52 est en position haute, la distance entre la face active du premier secteur d’aimants 23 et celle du deuxième secteur d’aimants 24 est maximale xmax. Grâce à une telle configuration, le dispositif de déplacement axial 5 du rotor 21 est adapté pour augmenter et/ou diminuer la distance entre la face active 230 du premier secteur d'aimants 23 associé au rotor 21, et la face active 240 du second secteur d’aimants 24 associé au stator 22. L’augmentation de la distance depuis la distance minimale xmin jusqu’à la distance maximale étant due à la composante axiale Fr,3 de la force de répulsion Fr existant entre les deux secteurs d’aimants 23, 24.
Les figures 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b, 11a, 11b, 12a et 12b illustrent les différentes étapes de fonctionnement d’un dispositif 1 comportant trois modules magnétiques 20 tels que celui décrit précédemment. Dans le mode de réalisation représenté, un dispositif de déplacement axial 5 est utilisé pour effectué le mouvement de translation des trois modules 20. Toutefois, un nombre différent de modules peut être utilisé, variant de 1 à 5. Sur les figures 7a et 7b, le galet 52 se trouve en position basse, la distance entre les deux secteurs d’aimants 23, 24 étant minimale xmin. Les stators 21 effectuant une rotation dans le sens S, le galet 52 se déplace dans la première partie de transition du chemin de came (figures 8a et 8b) pour se retrouver en position basse (figures 9a et 9b). Dans cette position, la distance xmax entre les deux secteurs d’aimants 23, 24 est maximale.
- 15Les figures 10a, 10b, 11a, 11b, 12a, 12b illustrent Se déplacement du galet 52 dans la gorge hélicoïdale 510 lorsque le rotor 21 se rapproche du stator 22, diminuant la distance entre les deux secteurs d’aimants 23, 24. Ainsi sur les figures 11a et 11b, le galet se déplace dans la deuxième partie de transition pour se retrouver dans la position basse représentée aux figures 12a et 12b.
Un mode de réalisation préféré de l’invention comporte les deux types de modules magnétiques 10, 20 décrits précédemment. En effet, l’utilisation simultanée des deux types de modules 10, 20 permet de créer un effet synergique, après optimisation de divers paramètres tels que le type d’aimants 132, 132', 132”, 142, 142’, 142”, 232, 232’, 232”, 242, 242’, 242”, le déphasage des secteurs d’aimants 14, 24, 13, 23 les uns par rapport aux autres... Ainsi, l’énergie cinétique accumulée dans un premier type de module 10, 20 permet de contrebalancer le passage du « mur magnétique » dans un deuxième type de module 10, 20. Cette caractéristique particulière permet d’encore diminuer l’énergie devant être fournie par le dispositif de mise en rotation 4, et donc de diminuer les coûts pour l’utilisateur.
Dans un tel mode de réalisation, le premier type de module magnétique 10 permet d’augmenter l’énergie cinétique du dispositif amplificateur alors que le deuxième type de module 20 permet d’obtenir essentiellement une augmentation du couple appliqué en sortie au système récepteur. L’énergie cinétique créée par le premier type de module 10 est transmise au deuxième type de module 20, engendrant ainsi la rotation de son rotor 21. Une telle configuration permet d’encore améliorer les performances du dispositif amplificateur puisque le dispositif de mise en rotation 4 n’est utilisé que pour initier la rotation des stators 11 présents dans le premier type de module magnétique 10.
L’agencement des différents éléments et/ou moyens et/ou étapes de l’invention, dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, ne doit pas être compris comme exigeant un tel agencement dans toutes les implémentations. En tout état de cause, on comprendra que diverses modifications peuvent être
- 16apportées à ces éléments et/ou moyens et/ou étapes, sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l’invention. En particulier :
- le type de came 5 utilisée peut être différent. Le chemin de came peut, par exemple se présenter sous la forme d’une rampe en arc de cercle centrée sur l’axe principal X,
- l’invention n’est pas limitée à un seul type de système récepteur, la deuxième partie de l’arbre 31 pouvant être adaptée pour être raccordée à n’importe quel type de systèmes pouvant bénéficier d’une augmentation du couple,
- le dispositif de mise en rotation 4 peut se présenter sous d’autres formes que celles décrites ci-dessus. N’importe quel dispositif permettant de mettre l’arbre 3 en rotation peut être utilisé,
- les aimants permanents individuels 132, 132’, 132”, 232, 232’, 232”, 142, 142’, 142”, 242, 242’, 242” peuvent avoir une forme différente de celle décrite précédemment. Ils peuvent, par exemple, se présenter sous la forme d’un disque ou encore d’un secteur angulaire.
Claims (10)
- Revendications1. Dispositif amplificateur de couple comprenant :- un support (2),- un arbre rotatif (3) monté mobile sur le support (2),- un dispositif de mise en rotation (4) adapté pour entraîner l’arbre rotatif (3) en rotation autour d’un axe principal (X), caractérisé en ce qu’il comporte au moins deux modules magnétiques (10, 20) installés en série, lesquels modules magnétiques (10, 20) comportent chacun un rotor (11, 21) solidaire de l’arbre rotatif (3) et un stator (12, 22) solidaire du support (2),- chacun des rotors (11, 21) comportant une face interne (111, 211) et une face externe (112, 212), la face interne (111, 211) étant pourvue d’un premier secteur d’aimants permanents (13, 23), les deux faces (111, 211, 112, 212) s’étendant perpendiculairement à l’axe de l’arbre rotatif (3),- chacun des stators (12, 22) comportant une face interne (121, 221) positionnée en vis-à-vis de la face interne (111, 211) du rotor (11, 21), et une face externe (122, 222), les deux faces (121, 221, 122, 222) s’étendant perpendiculairement à l’axe de l’arbre rotatif (3), ladite face interne (121, 221) étant pourvue d’un deuxième secteur d’aimants permanents (14, 24), l’entraînement des rotors (11, 21) par le dispositif de mise en rotation (4) entraîne cycliquement un vis-à-vis des premier (13, 23) et deuxième (14, 24) secteurs d’aimants générant une force magnétique de répulsion (Fr), laquelle force magnétique (Fr) est adaptée pour augmenter l’inertie du rotor (11,21).
- 2. Dispositif amplificateur de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que la force de répulsion (Fr) comprend :- une composante tangentielle (Fr,0 résistive par rapport à la rotation du rotor (11, 21), lorsque le premier secteur d’aimants permanents (13, 23) approche du deuxième secteur d’aimants permanents (14, 24),-18- une composante tangentielle (Fr,() motrice par rapport à la rotation du rotor (11, 21), lorsque le premier secteur d’aimants permanents (13, 23) s’éloigne du deuxième secteur d’aimants permanents (14, 24),- une composante axiale (Fr,3) tendant à repousser le premier secteur d’aimant permanent (13, 23) à l’écart du deuxième secteur d’aimants permanents (14, 24) le long de l’axe principal (X).
- 3. Dispositif amplificateur de couple selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que au moins un des modules magnétiques (20) se compose en outre d’un dispositif de déplacement axial (5) adapté pour faire varier la distance entre la face interne (221) du stator (22) et la face interne (211) du rotor (21) entre une distance axiale minimale (xmin) à une distance axiale maximale (Xmax).
- 4. Dispositif amplificateur de couple selon la revendication 3, caractérisé en ce que :- la distance axiale est minimale lorsque le premier secteur d’aimants permanents (23) est aligné angulairement avec le deuxième secteur d’aimants permanents (24),- la distance axiale est maximale lorsque le premier secteur d’aimants permanents (23) est diamétralement opposé au deuxième secteur d’aimants permanents (24).
- 5. Dispositif amplificateur de couple selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de déplacement axial (5) comporte une came (51) fixée sur le support (2) et/ou le stator (22), ladite came (51) définissant un chemin de came, et un galet (52) solidaire du rotor (21) adapté pour suivre ledit chemin de came.
- 6. Dispositif amplificateur de couple selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le premier secteur d’aimants permanents (13, 23) et/ou le deuxième secteur d’aimants permanents (14, 24) se présentent sous la forme-19d’une pluralité d’aimants permanents adjacents, positionnés de sorte à former un arc de cercle, ledit arc de cercle étant centré sur l’axe de l’arbre rotatif (3) et s’étendant sur une plage angulaire inférieure à 360°.
- 7. Dispositif amplificateur de couple selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plage angulaire est inférieure à 180°.
- 8. Dispositif amplificateur de couple selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le premier secteur d’aimants (23) situé sur la face interne (211) du rotor (21) d’un deuxième module magnétique (20) est diamétralement opposé au premier secteur d’aimants (13) situé sur la face interne (111) du rotor (11) d’un premier module magnétique (10)
- 9. Dispositif amplificateur de couple selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le support (2) et/ou le rotor (11, 21) et/ou le stator (12, 22) sont fabriqués dans un matériau amagnétique.
- 10. Dispositif amplificateur de couple selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le premier secteur d'aimants (13, 23) et/ou le deuxième secteur d’aimants (14, 24) est constitué d’une pluralité d’aimants permanents (132, 132’, 132”, 232, 232’, 232”, 142, 142’, 142”, 242, 242’, 242”) adjacents présentant chacun une face active (130,140, 230, 240).PL. 1/6PL. 2/6 12·22 121,221 111.211 11,21122, 22212· ?2 121,221 FpJ11’232JFR,r-131,231122,222R,a232 /141,241 •112,212EaJa141,241142,242 <140,240 ' R.rFR.a4 31,231212
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