WO2021028760A1 - Système de vis-écrou magnétiques - Google Patents

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WO2021028760A1
WO2021028760A1 PCT/IB2020/057145 IB2020057145W WO2021028760A1 WO 2021028760 A1 WO2021028760 A1 WO 2021028760A1 IB 2020057145 W IB2020057145 W IB 2020057145W WO 2021028760 A1 WO2021028760 A1 WO 2021028760A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nut
screw
polarity
magnets
helices
Prior art date
Application number
PCT/IB2020/057145
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English (en)
Inventor
Frédéric STREIFF
Original Assignee
Ee-Gine
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.)
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2207/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to arrangements for handling mechanical energy
    • H02K2207/03—Tubular motors, i.e. rotary motors mounted inside a tube, e.g. for blinds

Definitions

  • the field of the invention is that of the design and production of screw and nut systems interacting by magnetic connection without mechanical contact, in particular to allow the transformation of a rotary movement into a linear (rectilinear) movement, or vice versa.
  • Magnetic screw-nut techniques and devices without mechanical contacts make it possible to transform a rotary movement into a linear movement and vice versa, a linear movement into a rotary movement.
  • These devices consist of a nut and a screw which interact magnetically, and thus allow the conversion of motion and the transmission of forces.
  • These magnetic screws and nuts avoid mechanical contacts, such as encountered for example in ball screws or satellite roller screws, and thus:
  • a magnetic screw and nut system conventionally comprises a nut inside which a screw is housed.
  • the screw carries a succession of permanent magnets arranged to essentially form a helix, the successive magnets having reversed polarities.
  • the nut carries a succession of electromagnets arranged to essentially form a helix, the successive magnets having reversed polarities.
  • the pitch of the screw and that of the nut i.e. the pitch of their propellers, are identical.
  • the propellers which are formed by the juxtaposition of a plurality of magnets, are difficult and expensive to produce.
  • the helices thus formed by the juxtaposition of a plurality of magnets in reality constitute pseudo-helices having discontinuous profiles and not “perfect” helices, in particular taking into account the geometric tolerances of each magnet and their precision. assembly. This induces negative impacts both in terms of the precision of the movement generated at the level of the screw, and in terms of the forces likely to be transmitted to the screw.
  • the helix carried by the screw no longer consists of a juxtaposition of magnets. Rather, it is formed by means of a magnet arranged helically on the surface of the screw, also called a helical magnet.
  • the nut carries either a helix formed by means of a magnet arranged helically on the surface of the screw as for the screw, or else formed from the juxtaposition of a plurality of magnets with reverse polarity as in the first technique mentioned above.
  • the rotating drive of the nut generates by magnetic interaction without mechanical contact a translational movement of the screw inside the nut, the screw being locked in rotation.
  • the aim of the invention is in particular to provide a solution to one or more of these various problems.
  • an objective of the invention is to provide a magnetic screw-nut system which is simpler to manufacture than the systems according to the prior art.
  • the invention aims, according to at least one embodiment, to provide such a system with better precision in terms of controlling the relative displacement of the screw and the nut.
  • Another objective of the invention is, according to at least one embodiment, to provide such a system which can allow the transmission of a significant force to that of the screw or the nut which is driven in motion.
  • Another objective of the invention is, according to at least one embodiment, to provide such a system which is flexible in terms of capacity to transmit forces, that is to say of which the value of the forces can be modified quite easily. efforts transmitted.
  • Another object of the invention is, according to at least one embodiment, to provide a magnetic screw-nut system which is economical to manufacture.
  • the invention relates to a magnetic screw-nut system comprising:
  • said nut carrying two helices made of magnetic material extending helically parallel to one another around said axis, said nut carrying at least one magnet, placed at the outer periphery of said helices, the north pole of said magnet being connected to one of said helices and its south pole being connected to the other of said helices such that said helices are respectively north and south polarized;
  • said screw carrying two helices made of magnetic material extending helically parallel to one another around said axis, said screw carrying at least one magnet, placed at the inner periphery of said helices, the north pole of said lover being connected to one of said helices and its south pole is connected to the other of said helices such that said helices are respectively north and south polarized;
  • the pitch of said propellers of said nut being substantially equal to the pitch of said propellers of said screw.
  • the invention relates to a magnetic screw-nut system, the helices of which do not consist of a juxtaposition of magnets or helical magnets.
  • the nut and the screw each comprise two helices, one connected to the north pole of a magnet of simple form and the other connected to the south pole of a magnet of form simple.
  • a magnetic interaction between the nut and the screw is thus obtained in a simple and economical manner, the propellers being simple and economical to manufacture as well as the magnets which can have any shape.
  • the continuously shaped propellers ensure good continuity of the relative movement of the screw and the nut and thus guarantee good precision and good transmission of forces.
  • the force transmission capacity could also be modified by changing other intrinsic properties of magnets such as the material they are made of, their remanence, etc.
  • said nut and said screw comprise a plurality of magnets in even number, the polarities of successive magnets being reversed.
  • said magnets are distributed essentially uniformly around said axis.
  • the numbers of magnets of said screw and of said nut are equal or different.
  • said screw and / or said nut comprises pads of magnetic material of north polarity and pads of magnetic material of south polarity, each pad of north polarity being in contact with the end of north polarity of at least one of said magnets and with the helix of corresponding north polarity, and each pad of south polarity being in contact with the end of south polarity of at least one of said magnets and with the helix of corresponding south polarity.
  • each pad is in contact with each winding of the corresponding helix.
  • said magnets of said screw and / or of said nut have ortho-radial magnetization.
  • said magnets of said screw and / or of said nut are radially magnetized.
  • each pad of north polarity is in contact with the north poles of two consecutive magnets and the windings of the helix of corresponding north polarity
  • each pad of south polarity is in contact with the south poles of two consecutive magnets and windings of the helix of corresponding south polarity.
  • each pad of north polarity is in contact with the north pole of a magnet and the windings of the helix of corresponding north polarity
  • each pad of south polarity is in contact with the south pole of the magnet and the windings of the propeller of corresponding south polarity.
  • an air gap is formed between the contiguous components of different polarity of said nut and of said screw.
  • each helix and / or each pad comprises recesses respectively shaped at the level of the corresponding pads and / or windings of different polarity to at least partially delimit said air gaps.
  • the surface of the helices of said nut oriented towards said screw has an alternation of hollows and projections in the direction of said screw.
  • the surface of the helixes of said screw oriented towards said nut has an alternation of hollows and projections in the direction of said nut.
  • the hollows and projections of the helices of north polarity of said nut and / or of said screw are angularly offset along said axis from those of the helices of south polarity of said nut and / or said screw.
  • the hollows and projections of the helices of north polarity of said nut and / or of said screw are angularly offset along said axis from those of the helices of south polarity of said nut and / or of said screw such that the projections of north polarity and the south polarity valleys are aligned along said axis while the south polarity protrusions and north polarity valleys are aligned along said axis.
  • the hollows and projections of the helices of north polarity of said nut and / or of said screw are aligned along said axis with those of the helices of south polarity of said nut and / or of said screw such that the protrusions of polarity north and the protrusions of south polarity are aligned along said axis while the valleys of south polarity and valleys of north polarity are aligned along said axis.
  • the length of the pads along said axis is greater than or equal to that of said magnets along said axis.
  • each stud is situated respectively essentially in the plane of the ends of the end windings of the helices of said nut and / or of said screw.
  • said propellers are made in one piece or consist of several propeller portions.
  • the pitch of the propellers of said screw is not constant over its entire length.
  • the propellers of said screw comprise at least two portions of different pitch.
  • the invention also relates to a device for generating electric current comprising an electric generator provided with a rotor and a stator, and a system according to any one of the above variants, in which said nut or said screw is connected. to said rotor, a translation of said nut or of said screw inducing a rotation of said rotor and a generation of electric current by said generator.
  • the invention also relates to a device for generating a linear displacement comprising an electric motor provided with a stator and a rotor, and a system according to any one of the above variants, in which said nut or said screw is linked to said rotor, a rotation of said screw or of said nut by means of said motor generating a linear displacement of said nut or of said screw.
  • the magnets of said nut constitute the magnets of said rotor.
  • FIG. 1 illustrates a perspective view of an example of a system according to the invention with ortho-radial magnets
  • FIG. 2 illustrates a partial perspective view of a nut of the system of FIG. 1;
  • Figure 3 illustrates a perspective view of a propeller of the nut of Figure 2;
  • FIG. 4 illustrates a perspective view of the assembly of two propellers of the nut of FIG. 2;
  • FIG. 5 illustrates the assembly of FIG. 4 with studs
  • FIG. 6 illustrates a partial perspective view of a screw of the system of FIG. 1;
  • FIG. 7 illustrates a perspective view of a screw of the system of FIG. 1;
  • FIG. 8 illustrates a partial view of the screw of FIG. 7 from which the helix of south polarity and the associated stud have been removed;
  • Figure 9 illustrates a perspective view of a propeller of the screw of Figure 7;
  • Figure 10 illustrates a perspective view of another helix of the screw of Figure 7;
  • Figure 11 illustrates the assembly of the propellers of Figures 9 and 10;
  • FIG. 12 illustrates the assembly of the propellers of FIGS. 9 and 10 with studs
  • Figure 13 illustrates a cross-sectional view of the system of Figure 1;
  • FIG. 14 illustrates a cross-sectional view of the system of FIG. 1 offset by half a helix pitch along the X axis relative to that of FIG. 13;
  • Figure 15 illustrates the interaction between a helix of the screw and a helix of the nut of the system of Figure 1;
  • FIG. 16 illustrates the interaction between the other helix of the screw (than that illustrated in FIG. 15) and the other helix of the nut of the system of FIG. 1;
  • FIG. 17 illustrates a perspective view of an example of a system according to the invention with radial magnets
  • Figure 18 illustrates a partial perspective view of a nut of the system of Figure 17;
  • Figure 19 illustrates a partial assembly of the nut of Figure 18
  • Figure 20 illustrates a partial assembly of the nut of Figure 18
  • Figure 21 illustrates a partial assembly of a screw of a system of Figure 17
  • Figure 22 illustrates a perspective view of a screw of the system of Figure 17;
  • Figure 23 illustrates a perspective view of a propeller of the screw of Figure 22
  • Figure 24 illustrates the assembly of two propellers of the screw of Figure 22
  • Figure 25 illustrates a cross-sectional view of the system of Figure 17
  • FIG. 26 illustrates a cross-sectional view of the system of FIG. 17 offset by half a helix pitch along the X axis from that of FIG. 25;
  • FIG. 27 illustrates a perspective view of a variant of a system according to the invention
  • Figure 28 illustrates a partial perspective view of the nut of a system of Figure 27;
  • Figure 29 illustrates a perspective view of a propeller of the nut of Figure 28
  • Figure 30 illustrates a perspective view of the assembly of two propellers of the nut of Figure 28;
  • FIG. 31 illustrates a perspective view of another assembly of two propellers as a variant of FIG. 28;
  • Figure 32 illustrates a perspective view of the screw of a system of Figure 27;
  • Figure 33 illustrates a perspective view of a propeller of the screw of Figure 32
  • FIG. 34 illustrates an alternative assembly of the propellers of the screw of FIG. 32
  • Figure 35 illustrates a partial view of a screw with a helix arrangement as shown in Figure 34;
  • Figure 36 illustrates a cross-sectional view of the system of Figure 27;
  • FIG. 37 illustrates a cross-sectional view of the system of FIG. 27 offset from that of FIG. 36 along the X axis;
  • Figure 38 illustrates the interaction between a helix of the screw and a helix of the nut of the system of Figure 27;
  • Figure 39 illustrates the interaction between the other helix of the screw (than that shown in Figure 38) and the other helix of the nut of the system of Figure 27;
  • FIG. 40 illustrates a perspective view of a linear motor comprising a system according to the invention
  • Figure 41 illustrates the stator and rotor of the motor of Figure 40
  • Figure 42 illustrates a partial cross-sectional view of the system of Figure 40
  • FIG. 43 illustrates a partial cross-sectional view of the system of FIG. 40 offset from that of FIG. 42 along the X axis;
  • FIG. 44 illustrates the variation as a function of time of the speed of a press and of the force developed by the latter during a forming operation (for example by stamping or the like);
  • FIG. 45 schematically illustrates a magnetic screw-nut system with variable-pitch screw
  • Figure 46 illustrates a perspective view of a variable pitch propeller.
  • such a system comprises a screw 1 and a nut 2 provided to interact magnetically without direct mechanical contact.
  • the screw 1 is housed inside the nut 2, one and the other being separated by an air gap 3, for example consisting of air or vacuum.
  • the screw and nut have essentially the same pitch to ensure motion conversion, i.e. their propellers have essentially the same pitch within geometric tolerances.
  • the screw 1 comprises a shaft 10 which extends along an axis X.
  • This shaft 10 is made of a non-magnetic material such as, for example, non-magnetic steel or the like.
  • the screw 1 includes magnets 11. These magnets 11 are permanent. Alternatively, they could be energized windings acting as electromagnets. In that case :
  • magnets are for example made of SmCo (Samarium Cobalt) or NdFeB (Neodymium Iron Boron) to maximize performance, but they can be made of other suitable materials.
  • the magnets 11 have a section in the form of a ring portion, in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the shaft 10, and extend longitudinally along the longitudinal axis of the shaft 10. They may alternatively have a different shape. (eg parallelepiped, trapezoid, etc.) rather than the essentially tile shape shown.
  • each magnet can be segmented into a plurality of magnets.
  • the magnets 11 have ortho-radial magnetization.
  • the polarized ends of the magnets lie in planes passing through the X axis. They could however be oriented differently, in particular be inclined, for example if the studs extend along axes inclined relative to the axis. 'X axis and located in planes parallel to the X axis.
  • the magnets are in this embodiment in an even number and distributed all around the outer periphery of the shaft 10 and in an essentially uniform manner. This might not be the case, however, even if such a distribution is preferred.
  • a single magnet could be implemented with a magnetic pad in contact with its end of north polarity and the helix of north polarity and a magnetic pad in contact with its end of south polarity and the helix of south polarity, as this will emerge more clearly later.
  • a pad 12, 13 is interposed between the consecutive magnets 11.
  • Each pad 12, 13 is made of a magnetic material such as, for example, machined, molten or sintered metal or the like.
  • the North (N) and South (S) polarity of the magnets 11 is alternated on either side of each pad 12, 13.
  • Each pad 12, 13 is therefore located at the interface between the ends of the same polarity of two magnets. 11 consecutive, and is in contact with them.
  • the pads 12 in contact with the north polarity ends of the magnets 11 which surround it have a north polarity.
  • the pads 13 in contact with the south polarity ends of the magnets 11 which surround it have a south polarity.
  • the studs here extend along the X axis. However, they could extend otherwise, in particular along axes inclined with respect to the X axis and located in planes parallel to the X axis.
  • the pads and the magnets are secured on the side of their inner surface to the outer surface of the shaft, preferably by gluing. Any other suitable securing solution can be implemented.
  • the shaft is made of non-magnetic material, no air gap is left between the studs and the shaft or between the magnets and the shaft without risk of a magnetic short circuit between the magnets. In this way, the magnetic fluxes from the magnets 11 pass through the pads 12, 13 to magnetize them.
  • the shaft could alternatively be made from a magnetic material, provided that an air gap is left between the shaft and the pads and magnets.
  • the screw 1 comprises a north polarized helix 14 and a south polarized helix 15 placed at the outer periphery of the pads 12, 13 and magnets 11. Their interior surface is secured to the pads of the same polarity, for example by gluing or the like.
  • the propellers 14, 15 are made of a magnetic material (for example of machined, molten or sintered metal, etc.). They run parallel to each other in a helical fashion around the X axis of shaft 10. They have the same diameter.
  • Each helix 14, 15 comprises a plurality of windings 140, 150, each winding forming a turn around the shaft 10.
  • the propellers 14 and 15 have identical lengths along the X axis.
  • the helices 14, 15 are separated from each other by an air gap 16.
  • the consecutive windings 140, 150 of the helices 14, 15 are separated by an air gap 16. This air gap prevents looping back of the field. magnetic between the propellers 14, 15 and must be larger than the air gap 3.
  • the north polarized propeller 14 is in contact with the north polarized pads 12 in contact with the north polarity ends of the magnets 11.
  • the south polarized propeller 15 is in contact with the south polarized pads 13 in contact with the south polarity ends of the magnets 11.
  • the propellers are thus magnetized by the pads.
  • the pads 12, 13 act as distributors of the magnetic fluxes produced by the magnets 11 and concentrate these fluxes to distribute them towards the propellers 14, 15.
  • each pad 12, 13 is in contact with each winding 140, 150 of identical polarity.
  • An air gap 17 is formed between each magnet 11 and the inner contour of each helix 14, 15. This allows the magnetic flux from the magnets 11 to pass through the pads 12, 13.
  • An air gap 18 is formed between each pad 12 of north polarity and each winding 150 of the helix of south polarity 15.
  • An air gap 19 is formed between each pad 13 of south polarity and each winding 140 of the helix of north polarity 14.
  • Air gaps prevent magnetic short circuits. They can be made of vacuum, air or non-magnetic material such as a resin or the like.
  • the helices 14 and 15 therefore have different polarities.
  • the thicknesses of the air gaps 17, 18 and 19 must be greater than that of the air gap 3 so that the magnetic fluxes created by the magnets 11 and conveyed by the magnetic pads 12, 13 then by the helices 14, 15 cross the air gap 3 and interact with the nut to provide motion conversion.
  • the air gaps 18 and 19 are here formed by notches 141, 151, or recesses, adapted to the shape of the corresponding propeller. These notches are provided for this purpose at the inner periphery of the propellers 14, 15.
  • the air gaps could be formed in any other suitable alternative manner.
  • the notches 141 are made on the windings 140 of the helix 14 of north polarity to the right, i.e. at the level of the pads 13 of south polarity.
  • the notches 151 are made on the windings 150 of the helix 15 of south polarity to the right of the pads 12 of north polarity.
  • the notches 141 and 151 are therefore offset by a polar pitch corresponding to the angular distance between the consecutive pads of different polarity.
  • the notches could be made on the pads rather than on the propellers or on the pads and the propellers.
  • the length of the pads 12, 13 along the X axis can be less than, equal to or greater than that of the magnets along the X axis. However, it will preferably be greater in order to optimize the creation of magnetic flux from the magnets because the air gaps 18 and 19 modify the axial length along the X axis of the flux created by the magnets 11. In this case, each pad 12, 13 will extend longitudinally on either side beyond the corresponding magnet.
  • the pads 12, 13 may be offset from each other along the X axis or their end surface inclined so that the opposite ends of each pad are respectively located essentially in the plane of the ends of the windings 140, 150 of end, that is to say those located at the opposite ends of the helices 14, 15. This allows them to better follow the active length of the helices.
  • the contact surface of a pad 12, 13 with the corresponding helix is preferably greater than its contact surfaces with the magnets 11.
  • the pitch of screw 1 is equal to the sum of the thickness along the X axis of a winding 140 with north polarity, that of a winding 150 with south polarity and two air gaps 16.
  • the shaft 10 makes it possible to make all of the magnets 11 and magnetic pads 12, 13 mechanically integral, and to transmit the transverse force. Since the shaft is non-magnetic, there is no magnetic short circuit between the magnets. The magnetic fluxes from the magnets 11 then pass through the magnetic pads 12, 13 and allow the helices 14, 15 to be magnetized, which respectively constitute north and south magnetic pads.
  • the propellers provide alternating polarity.
  • the nut 2 comprises a cylindrical casing 20 which extends along the axis X.
  • This casing 20 is made of a non-magnetic material such as, for example, non-magnetic steel or the like.
  • the nut 2 includes magnets 21. These magnets 21 are permanent. Alternatively, they could be excitation coils acting as electromagnets. In that case :
  • magnets are for example made of SmCo or NdFeB to maximize performance, but can be made of other suitable materials.
  • the magnets 21 have a section in the form of a ring portion, in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the casing 20, and extend longitudinally along the longitudinal axis X of the casing 20. They may alternatively have a different shape (for example parallelepiped, trapezoid, etc.) rather than the essentially tiled shape shown.
  • each magnet can be segmented into a plurality of magnets.
  • the magnets 21 have ortho-radial magnetization.
  • the polarized ends of the magnets lie in planes parallel to the longitudinal axis of the casing passing through the X axis. They could however be oriented differently, in particular be inclined, for example if the studs extend. along axes inclined with respect to the X axis and located in planes parallel to the X axis.
  • the magnets are in this embodiment in an even number and distributed all around the inner periphery of the housing 20 and this, in an essentially uniform manner. This might not be the case, however, although such a distribution is preferred.
  • a single magnet could be implemented with a magnetic pad in contact with its end of north polarity and the helix of north polarity and a magnetic pad in contact with its end of south polarity and the helix of south polarity, as this will emerge more clearly later.
  • a pad 22, 23 is interposed between the consecutive magnets 21.
  • Each pad 22, 23 is made of a magnetic material such as, for example, machined, molten or sintered metal or the like.
  • each pad 22, 23 is therefore located at the interface between the ends of the same polarity of two consecutive magnets 21, and is in contact with these.
  • the pads 22 in contact with the north polarity ends of the magnets 21 which surround it have a north polarity.
  • the pads 23 in contact with the south polarity ends of the magnets 21 which surround it have a south polarity.
  • the studs here extend along the X axis. However, they could extend otherwise, in particular along axes inclined with respect to the X axis and located in planes parallel to the X axis.
  • the pads and the magnets are secured on the side of their outer surface to the inner surface of the casing 20, preferably by gluing. Any other suitable securing solution can be implemented.
  • the casing 20 being made of non-magnetic material, no air gap is left between the pads and the casing or between the magnets and the casing without any risk of a magnetic short circuit between the magnets. In this way, the magnetic fluxes from the magnets 21 pass through the pads 22, 23 to magnetize them.
  • the casing could alternatively be made of a magnetic material provided that an air gap is provided between the casing and the pads and magnets.
  • the nut 2 comprises a north polarized helix 24 and a south polarized helix 25 placed at the inner periphery of the pads 22, 23 and magnets 21. Their outer surface is secured to the pads of the same polarity, for example by gluing or the like.
  • the propellers 24, 25 are made of a magnetic material (for example of machined, molten or sintered metal, etc.). They extend parallel to each other in a helical fashion around the X axis of housing 20.
  • Each helix 24, 25 includes a plurality of windings 240, 250, each winding forming a turn around the longitudinal axis of the housing 20.
  • the propellers 24 and 25 have identical lengths along the X axis.
  • the helices 24, 25 are separated from each other by an air gap 26.
  • the consecutive windings 240, 250 of the helices 24, 25 are separated by an air gap 26. This air gap prevents the field from being looped back. magnetic between the helices 24, 25 and must therefore be larger than the air gap 3.
  • the north polarized propeller 24 is in contact with the north polarized pads 22 in contact with the north polarity ends of the magnets 21.
  • the south polarized propeller 25 is in contact with the south polarized pads 23 in contact with the south polarity ends of the magnets 21.
  • the helices are thus magnetized by the pads which act as distributors of the magnetic fluxes produced by the magnets 21 and concentrate these fluxes to distribute them towards the helices 24, 25.
  • each pad 22, 23 is in contact with each winding 240, 250 of identical polarity.
  • An air gap 27 is formed between each magnet 21 and the outer contour of each helix 24, 25. This allows the magnetic flux from the magnets 21 to pass through the pads 22, 23.
  • An air gap 28 is formed between each pad 22 of north polarity and each winding 250 of the helix of south polarity 25.
  • An air gap 29 is formed between each pad 23 of south polarity and each winding 240 of the helix of north polarity 24.
  • Air gaps prevent magnetic short circuits. They can be made of vacuum, air or non-magnetic material such as a resin or the like.
  • the helices 24 and 25 therefore have different polarities.
  • the thicknesses of the air gaps 27, 28 and 29 must be greater than that of the air gap 3 so that the magnetic fluxes created by the magnets 21 and conveyed by the magnetic pads 22, 23 then by the helices 24, 25 cross the air gap 3 and interact with the screw to provide motion conversion.
  • the air gaps 28 and 29 are here formed by notches 241, 251, or recesses, adapted to the shape of the corresponding propeller. These notches are provided for this purpose at the outer periphery of the helices 24, 25.
  • the air gaps could be formed in any other suitable alternative manner.
  • the notches 241 are formed on the windings 240 of the helix 24 of north polarity to the right of the pads 23 of south polarity.
  • the notches 251 are made on the windings 250 of the helix 25 of south polarity to the right of the pads 22 of north polarity.
  • the notches 241 and 251 are therefore offset by a polar pitch corresponding to the angular distance between the consecutive pads of different polarity.
  • the notches could be made on the pads rather than on the propellers or on the pads and the propellers.
  • the length of the pads 22, 23 along the X axis may be less than, equal to or greater than that of the magnets along the X axis. However, it will preferably be greater in order to optimize the creation of magnetic flux from the magnets because the air gaps 28 and 29 modify the axial length along the X axis of the flux created by the magnets 21. In this case, each pad 22, 23 will extend longitudinally on either side beyond the corresponding magnet.
  • the pads 22, 23 can be offset from each other along the X axis or their end surfaces be inclined so that the opposite ends of each pad are respectively located essentially in the plane of the ends of the windings 240, 250 d 'end, that is to say those located at the opposite ends of the helices 24, 25. This allows them to better follow the active length of the helices.
  • the contact surface of a pad 22, 23 with the corresponding helix is preferably greater than its contact surfaces with the magnets 21.
  • the pitch of nut 2 is equal to the sum of the thickness along the X axis of a winding 240 with north polarity, that of a winding 250 with south polarity and two air gaps 26.
  • the housing 20 makes it possible to make all of the magnets 21 and magnetic pads 22, 23 mechanically integral, and to transmit the torque. Since the housing is non-magnetic, there is no magnetic short circuit between the magnets. The magnetic fluxes of the magnets 21 then pass through the magnetic pads 22, 23 and make it possible to magnetize the helices 24, 25 which respectively constitute north and south magnetic pads.
  • the propellers provide alternating polarity.
  • such a system comprises a screw 1 and a nut 2 provided to interact magnetically without direct mechanical contact.
  • the screw 1 is housed inside the nut 2, the one and the other being separated by an air or vacuum gap 3 for example.
  • the screw and nut have essentially the same pitches to ensure motion conversion, i.e. their propellers have essentially the same pitches, with geometric tolerances.
  • the screw 1 comprises a shaft 10 which extends along an X axis.
  • This shaft 10 is made of a magnetic material such as for example magnetic steel or the like.
  • the screw 1 includes magnets 11. These magnets 11 are permanent. Alternatively, they could be excitation coils acting as electromagnets. In that case :
  • magnets are for example made of SmCo or NdFeB to maximize performance, but can be made of other suitable materials.
  • the magnets 11 have a section in the form of a ring portion, in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the shaft 10, and extend longitudinally along the longitudinal axis of the shaft 10. They may alternatively have a different shape. (eg parallelepiped, trapezoid, etc.) rather than the essentially tile shape shown.
  • each magnet can be segmented into a plurality of magnets.
  • the magnets 11 have radial magnetization.
  • the opposite surfaces of the magnets taken in a direction orthogonal O to the longitudinal axis X have different polarities.
  • the magnets could however be oriented differently.
  • This type of magnets may be preferred to magnets with ortho-radial magnetization, for example depending on the size and performance required.
  • Screw 1 includes a north polarized propeller 14 and a south polarized propeller 15.
  • the propellers 14, 15 are made of a magnetic material (for example of machined, molten or sintered metal, etc.). They run parallel to each other in a helical fashion around the X axis of shaft 10. They have the same diameter.
  • Each helix 14, 15 comprises a plurality of windings 140, 150, each winding forming a turn around the shaft 10.
  • the propellers 14 and 15 have identical lengths along the X axis.
  • the propellers 14, 15 are separated from each other by an air gap 16.
  • the consecutive windings 140, 150 of the propellers 14, 15 are separated by an air gap 16. This air gap prevents looping back of the field. magnetic between the propellers and must therefore be larger than the air gap 3.
  • the magnets are in this embodiment in an even number and distributed all around the outer periphery of the shaft 10 and in a substantially uniform manner. This might not be the case, however, even if such a distribution is preferred. At least two magnets must be implemented with a magnetic pad in contact with the north polarity end of one of the magnets and the north polarity helix and a magnetic pad in contact with the south polarity end of the other magnet and the helix of south polarity, as will emerge more clearly later.
  • the screw 1 comprises magnetic pads 12, 13 made of magnetic material. Each magnetic pad is interposed between the outside face of a magnet and the inside of the propellers.
  • the magnetic pads 12 in contact with the north polarity end of the corresponding magnets are north polarity.
  • the magnetic pads 13 in contact with the south polarity end of the corresponding magnets are south polarity.
  • the studs here extend along the X axis. However, they could extend otherwise, in particular along axes inclined with respect to the X axis and located in planes parallel to the X axis.
  • the magnets are secured on the side of their inner surface to the outer surface of the shaft, preferably by gluing. Any other suitable securing solution can be implemented.
  • the pads are secured on the side of their inner surface to the outer surface of the magnets, preferably by gluing. Any other suitable securing solution can be implemented.
  • the north polarized propeller 14 is in contact with the north polarized pads 12 in contact with the north polarity ends of the magnets 11.
  • the south polarized propeller 15 is in contact with the south polarized pads 13 in contact with the south polarity ends of the magnets 11.
  • the propellers are thus magnetized by the pads.
  • the pads act as distributors of the magnetic fluxes produced by the magnets and concentrate these fluxes to distribute them towards the propellers.
  • the inner surface of the helices is secured to the outer surface of the pads of the same polarity, preferably by gluing or the like.
  • each pad is in contact with each coil of the helix of identical polarity.
  • An air gap 37 is formed between the consecutive magnets and between the consecutive pads to prevent short circuits between the magnets.
  • An air gap 38 is formed between each pad 12 of north polarity and each winding 150 of the helix of south polarity 15.
  • An air gap 39 is formed between each pad 13 of south polarity and each winding 140 of the helix of north polarity 14.
  • Air gaps prevent magnetic short circuits. They can be made of vacuum, air or non-magnetic material such as a resin or the like.
  • the helices 14 and 15 therefore have different polarities.
  • the thicknesses of the air gaps 37, 38 and 39 must be greater than that of the air gap 3 so that the magnetic fluxes created by the magnets 11 and conveyed by the magnetic pads 12, 13 then by the helices 14, 15, cross the air gap 3 and interact with the nut to provide motion conversion.
  • the air gaps 38 and 39 are here formed by notches 141, 151, or recesses, adapted to the shape of the corresponding propeller. These notches are provided for this purpose at the inner periphery of the propellers 14, 15.
  • the air gaps could be formed in any other suitable alternative manner.
  • the notches 141 are formed on the windings 140 of the helix 14 of north polarity to the right of the pads 13 of south polarity.
  • the notches 151 are made on the windings 150 of the helix 15 of south polarity to the right of the pads 12 of north polarity.
  • the notches 141 and 151 are therefore offset by a polar pitch corresponding to the angular distance between the consecutive pads of different polarity.
  • the notches could be made on the pads rather than on the propellers or on the pads and the propellers.
  • the length of the pads 12, 13 along the X axis can be less than, equal to or greater than that of the magnets along the X axis. However, it will preferably be greater in order to optimize the creation of magnetic flux from the magnets because the air gaps 38 and 39 modify the axial length along the X axis of the flux created by the magnets 11. In this case, each pad 12, 13 will extend longitudinally on either side beyond the corresponding magnet.
  • the pads 12, 13 may be offset from each other along the X axis or their end surfaces may be inclined such that the opposite ends of each pad are respectively located essentially in the plane of the ends of the windings 140, 150 d 'end, that is to say those located at the opposite ends of the helices 14, 15. This allows them to better follow the active length of the helices.
  • the contact surface of a pad 12, 13 with the corresponding helix is preferably greater than its contact surfaces with the magnets 11.
  • the pitch of screw 1 is equal to the sum of the thickness along the X axis of a winding 140 with north polarity, that of a winding 150 with south polarity and two air gaps 16.
  • the shaft 10 makes it possible to make all of the magnets 11 and magnetic pads 12, 13 mechanically integral, and to transmit the transverse force. As the shaft is made of magnetic material, it loops back the magnetic fields produced by the magnets. The magnetic fluxes of the magnets then pass through the pads with which they are in contact and make it possible to magnetize the helices which respectively constitute north and south magnetic pads.
  • the propellers alternate polarity.
  • the nut 2 comprises a cylindrical casing 20 which extends along the X axis.
  • This casing 20 is made of a magnetic material.
  • the nut 2 includes magnets 21. These magnets 21 are permanent. Alternatively, they could be excitation coils acting as electromagnets. In that case :
  • magnets are for example made of SmCo or NdFeB to maximize performance, but can be made of other suitable materials.
  • the magnets 21 have a section in the form of a ring portion, in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the casing 20, and extend longitudinally along the longitudinal axis of the casing 20. They may alternatively have a different shape (for example parallelepipedal , trapezoid, etc.) rather than the essentially tile shape shown.
  • each magnet can be segmented into a plurality of magnets.
  • the magnets 21 have radial magnetization.
  • the opposite surfaces of the magnets taken in a direction orthogonal O to the longitudinal axis X have different polarities.
  • the magnets could however be oriented differently.
  • This type of magnets may be preferred to magnets with ortho-radial magnetization, for example depending on the size and / or performance required.
  • Nut 2 includes a north polarized helix 24 and a south polarized helix 25.
  • the propellers 24, 25 are made of a magnetic material (for example of machined, molten or sintered metal, etc.). They extend parallel to each other in a helical manner around the X axis of the housing 20. They have the same diameter.
  • Each helix 24, 25 includes a plurality of windings 240, 250, each winding forming a turn around the X axis of the housing 20.
  • the propellers 24 and 25 have identical lengths along the X axis.
  • the propellers 24, 25 are separated from each other by an air gap 26.
  • the consecutive windings 240, 250 of the propellers 24, 25 are separated by an air gap 26. This air gap prevents looping back of the field. magnetic between the propellers and must therefore be larger than the air gap 3.
  • the magnets are in this embodiment in an even number and distributed all around the inner periphery of the housing 20 and this, in an essentially uniform manner. This might not be the case, however, even if such a distribution is preferred. At least two magnets must be implemented with a magnetic pad in contact with the north polarity end of one of the magnets and the north polarity helix and a magnetic pad in contact with the south polarity end of the other magnet and the helix of south polarity, as will emerge more clearly later.
  • the nut 2 comprises magnetic pads 22, 23 of magnetic material. Each magnetic pad is interposed between the inside face of a magnet and the outside of the propellers.
  • the magnetic pads 22 in contact with the north polarity end of the corresponding magnets are north polarity.
  • the magnetic pads 23 in contact with the south polarity end of the corresponding magnets are south polarity.
  • the studs here extend along the X axis. However, they could extend otherwise, in particular along axes inclined with respect to the X axis and located in planes parallel to the X axis.
  • the magnets are secured on the side of their outer surface to the inner surface of the casing, preferably by gluing. Any other suitable securing solution can be implemented.
  • the pads are secured on the side of their outer surface to the inner surface of the magnets, preferably by gluing. Any other suitable securing solution can be implemented.
  • the north-polarized helix 24 is in contact with the north-polarized pads 22, themselves in contact with the north-polarity ends of the magnets 21.
  • the south-polarized propeller 25 is in contact with the south-polarized pads 23 themselves in contact with the south-polarity ends of the magnets 21.
  • the propellers are thus magnetized by the pads.
  • the pads act as distributors of the magnetic fluxes produced by the magnets and concentrate these fluxes to distribute them towards the propellers.
  • the outer surface of the propellers is secured to the inner surface of the pads of the same polarity, preferably by gluing or the like.
  • each pad is in contact with each coil of the helix of identical polarity.
  • An air gap 47 is formed between the consecutive magnets and between the consecutive pads to prevent short circuits between the magnets.
  • An air gap 48 is formed between each pad 22 of north polarity and each winding 250 of the helix of south polarity 25.
  • An air gap 49 is formed between each pad 23 of south polarity and each winding 240 of the helix of north polarity 24.
  • Air gaps prevent magnetic short circuits. They can be made of vacuum, air or non-magnetic material such as a resin or the like.
  • the helices 24 and 25 therefore have different polarities.
  • the thicknesses of the air gaps 47, 48 and 49 must be greater than that of the air gap 3 so that the magnetic fluxes created by the magnets 21 and conveyed by the magnetic pads 22, 23 then by the helices 24, 25 cross the air gap 3 and interact with the screw to provide motion conversion.
  • the air gaps 48 and 49 are here formed by notches 241, 251, or recesses, adapted to the shape of the corresponding propeller. These notches are provided for this purpose at the outer periphery of the helices 24, 25.
  • the air gaps could be formed in any other suitable alternative manner.
  • the notches 241 are formed on the windings 240 of the helix 24 of north polarity to the right of the pads 23 of south polarity.
  • the notches 251 are made on the windings 250 of the helix 25 of south polarity to the right of the pads 22 of north polarity.
  • the notches 241 and 251 are therefore offset by a polar pitch corresponding to the angular distance between the consecutive pads of different polarity.
  • the notches could be made on the pads rather than on the propellers or on the pads and the propellers.
  • the length of the pads 22, 23 along the X axis may be less than, equal to or greater than that of the magnets along the X axis. However, it will preferably be greater in order to optimize the creation of magnetic flux from the magnets because the air gaps 48 and 49 modify the axial length along the X axis of the flux created by the magnets 21. In this case, each pad 22, 23 will extend longitudinally on either side beyond the corresponding magnet.
  • the pads 22, 23 can be offset from each other along the X axis or their end surfaces be inclined so that the opposite ends of each pad are respectively located essentially in the plane of the ends of the windings 240, 250 d 'end, that is to say those located at the opposite ends of the helices 24, 25. This allows them to better follow the active length of the helices.
  • the contact surface of a pad 22, 23 with the corresponding helix is preferably greater than its contact surfaces with the magnets 21.
  • the pitch of nut 2 is equal to the sum of the thickness along the X axis of a winding 240 with north polarity, that of a winding 250 with south polarity and two air gaps 26.
  • the housing 20 makes it possible to make all of the magnets 21 and magnetic pads 22, 23 mechanically integral, and to transmit the torque.
  • the casing 20 being made of a magnetic material, it allows the magnetic fields produced by the magnets to be looped back. The magnetic fluxes of the magnets then pass through the pads with which they are in contact and make it possible to magnetize the helices which respectively constitute north and south magnetic pads.
  • the propellers alternate polarity.
  • each winding 140 of the helix of north polarity 14 of the screw 1 is attracted by the corresponding winding 250 of the helix of south polarity 25 of the nut 2
  • each winding 150 of the south polarity helix 15 of the screw 1 is attracted by the corresponding winding 240 of the north polarity helix 24 of the nut 2.
  • Nut and screw cooperate or interact magnetically. The relative movements of the screw and the nut are therefore made without contact between them and result from the forces of magnetic attraction and repulsion between them.
  • the system comprises means for locking the screw in rotation along the X axis and guiding it in translation along the X axis while the nut is free to rotate along the X axis but not in translation.
  • Such means are known and are not described in detail.
  • a rotational movement of the nut 2 around the screw 1 generates a translational movement of the screw 1 along the X axis.
  • a translational movement of the screw along the X axis generates a rotation of the 'nut around the X axis.
  • the system comprises means for locking the nut in rotation along the X axis and guiding it in translation along this axis, while the screw is free to rotate along the X axis but blocked in translation.
  • Such means are known per se and are not described in detail.
  • a rotational movement of the screw 1 inside the nut 2 generates a translational movement of the nut 2 along the X axis.
  • a translational movement of the nut along the X axis causes the screw to rotate around the X axis.
  • the technique according to the invention has many advantages, including in particular:
  • Each propeller can be formed in one piece and constitute a single unit.
  • each helix to be formed by the juxtaposition of a plurality of helix portions.
  • one or some propellers could be in one piece and the other one or more composed of a plurality of propeller portions.
  • a variant is presented in relation to FIGS. 27 to 39.
  • the surface of the propellers 24, 25 of the nut 2 oriented towards the screw 1 has an alternation of hollows 242, 252 and projections 243, 253 in the direction of the screw 1.
  • the surface of the propellers 14, 15 of the screw 1 facing towards the nut 2 has an alternation of recesses 142, 152 and projections 143, 153 towards the nut 2.
  • the hollows 242 and projections 243 of the north polarity helix 24 of the nut 2 can be angularly offset along the X axis from those of the south polarity helix 25 of the nut 2 such that the protrusions of north polarity 243 and the south polarity troughs 252 are aligned along the X axis while the south polarity protrusions 253 and the north polarity troughs 242 are aligned along the X axis (see Figure 31).
  • the recesses 142 and projections 143 of the helix of north polarity 14 of the screw 1 are angularly offset along the axis of those of the helix of south polarity 15 of the screw 1 so that the projections of north polarity 143 and the south polarity valleys 152 are aligned along the X axis while the south polarity protrusions 153 and the north polarity valleys 142 are aligned along the X axis (see Figure 34).
  • the recesses 242 and protrusions 243 of the north polarity helix 24 of nut 2 may be aligned with those of the south polarity helix 25 of nut 2 so that the north polarity protrusions 243 and the protrusions of south polarity 253 are aligned along the X axis while the south polarity troughs 252 and the north polarity troughs 242 are aligned along the X axis (see Figures 28 and 30).
  • the recesses 142 and protrusions 143 of the north polarity helix 14 of the screw 1 are aligned with those of the south polarity helix 15 of the screw 1 so that the north polarity protrusions 143 and protrusions of south polarity 153 are aligned along the X axis while the south polarity troughs 152 and north polarity troughs 142 are aligned along the X axis (cf. FIG. 32).
  • valleys and protrusions of the north polarity helix of the nut may be angularly offset from those of the south polarity helix of the nut to any position intermediate between the two extreme positions described above.
  • valleys and protrusions of the north polarity helix of the screw may be angularly offset from those of the south polarity helix of the screw in any position intermediate between the two extreme positions described above.
  • the patterns of these projections and hollows should preferably be regular along the helical profile to avoid discontinuities in the transmission of movement.
  • the profiles of the hollows and protrusions on a helix can be different in terms of geometry (shape and dimensions).
  • the recesses and protrusions have substantially rectangular sections for illustration. Their sections could however be different, for example trapezoidal, with rounded edges....
  • the shape and / or dimensions of the projections may be different from those of the hollows.
  • the shapes and / or dimensions of the recesses and projections of the screw may be different from those of the recesses and projections of the nut.
  • propellers are made of magnetic materials (steel for example) and can be machined.
  • notches at the level of the nut and the screw make it possible to vary the reluctance of the magnetic circuit on the one hand between the north propeller of the screw and the south propeller of the nut and on the other hand between the south helix of the screw and the north helix of the nut along the helical profile of the screw and nut.
  • These notches can reduce the average value of the magnetic field in the air gap between the screw and the nut compared to a device without notches, but they make it possible to increase the catching effect and thus the transmission of forces between the nut 1 and screw 2 for a given volume.
  • a screw can include ortho-radial magnets and the nut can include radial magnets or vice versa.
  • the assembly means for connecting the various components to each other will be chosen so as to avoid or limit air gaps when they are not desired.
  • One of the applications of the invention consists of an electrical machine which can operate either as a linear motor (conversion of electrical energy into mechanical energy characterized by linear movement), or as a generator (conversion of mechanical energy characterized by movement linear into electrical energy).
  • the invention can, for example, be used in the fields of robotics, machine tools including industrial presses, and the production of electricity from, in particular, the recovery of wave energy.
  • FIGS. 40 to 43 An example of application is presented in relation to FIGS. 40 to 43.
  • the principle described in relation to these figures, although concerning the second embodiment, can equally well be implemented in any of the embodiments described as well as their variants.
  • the magnets in the nut constitute the magnets of the rotor of a rotating electrical machine. It may for example be a stepping motor, a variable reluctance motor, a synchronous motor or the like.
  • the casing 20 houses the stator 50 of an electric machine.
  • the housing 20 allows in particular the mechanical connection between the stator 50 and the rest of the electrical machine (not shown), such a housing is commonly encountered in electrical machines.
  • the stator 50 comprises notches 51 in which a coil is present. The winding is not shown.
  • the stator 50 is a conventional stator of a rotating electrical machine, for example that of a so-called "brushless" motor in English.
  • stator has twenty-four notches 51 but this number is not restrictive to the application of the invention. It may vary in particular as a function of the desired characteristics of the electric machine, the number of phases and the number of poles.
  • the stator 50 could for example be composed of stacked magnetic sheets such as those commonly encountered in rotating electrical machines or of magnetic powder (for example: SMC, Soft Magnetic Composites). However, other suitable materials could be used. It could also still be a machine stator of the so-called "ironless" type in English. In general, the stator 50 could be of any type.
  • Nut 2 acts as a rotor interacting with stator 50.
  • An air gap 53 is formed between the face of the magnets 21 facing the stator and the coils of the stator.
  • Magnetic flux from the north pole of a magnet 21 crosses the air gap 53 to pass into the stator 50 and loop back with the south pole of the next magnet 21.
  • this magnetic flux passes through the housing 20 but is ultimately not exploited, while in the application described here, this magnetic flux is exploited by passing through the stator 50.
  • the flux from the magnets 21 passes through the stator 50 as described above, then passes through the magnetic pads 22, 23, then through the propellers 24, 25 (which are therefore magnetized) to loop back with the magnets 11 of the screw 1.
  • the magnets 21 act with the stator winding to drive the nut carrying the north 24 and south 25 propellers in rotation.
  • the propeller of south polarity 25 of the nut can interact with the propeller 14 of north polarity. of the screw.
  • the north polarity helix 24 of the nut can interact with the south polarity helix 15 of the screw.
  • the screw 1 follows a linear movement.
  • the screw 1 which follows a linear movement, drives the nut 2 in rotation.
  • the magnets 21 of the rotating nut 2 create a rotating magnetic field in the stator 50.
  • the advantage of this structure is to obtain a compact electric machine, a linear motion motor from a conventional rotary electric machine structure, and an electric generator producing electric energy from a linear motion.
  • a system according to the invention can be implemented in other applications, in particular the following.
  • the invention relates to a device for generating electric current.
  • the invention relates to a device for generating linear motion, also called a linear motor.
  • FIGS. 44 to 46 a variant of a magnetic screw-nut system is presented, the screw of which has a variable pitch.
  • Certain mechanical systems make it possible to generate a thrust force, such as for example industrial presses.
  • the shaft of the actuator transmitting the thrust be driven during its stroke by a phase of then approach by a work phase.
  • the speed of the jack may be faster than during the work phase, and the force developed during the approach phase may be lower compared to the forces required during the work phase.
  • Figure 44 illustrates the variation in the speed of the jack and the forces exerted by it during a pressing operation.
  • the displacement in two phases is obtained by modulating the speed of the electric motor for this purpose.
  • the characteristics (mechanical, lubrication) of the screw-nut must therefore be provided over their entire length.
  • the variant discussed below proposes a solution for making it possible to vary the speed of a screw and the forces transmitted by the latter without modifying the speed of the nut or of the screw depending on whether the nut or the screw is leading.
  • This variant is applicable to one or the other of the magnetic screw-nut variants according to the invention. It can also be implemented in the context of any magnetic screw-nut of the prior art such as those described in the paragraph relating to the prior art, for example. In general, this variant applies to any type of magnetic screw-nut system comprising a screw and a nut able to interact magnetically with one another.
  • FIG. 45 schematically illustrates a magnetic screw-nut system, the screw of which has a variable pitch.
  • Such a system includes:
  • the nut has a constant pitch along its length.
  • the screw has a variable pitch along its length.
  • the screw has two portions, namely a portion P1 and a portion P2.
  • the pitch of the propellers of portion P1 is smaller than that of the propellers of portion P2.
  • Portion P1 of the screw has the right amount of magnets to transmit the desired forces.
  • the pitch of portion P1 corresponds to the pitch of the nut.
  • the P2 portion includes:
  • the screw For a given rotational speed of the nut, the screw translates at a faster speed by generating lower forces on portion P2 and at a slower speed by generating greater forces on portion P1.
  • the nut turns faster on portion P2 while transmitting less torque and turns less quickly on portion P1 while transmitting more torque.
  • This variant of the invention therefore makes it possible to generate a system that can operate with a fast approach speed and a slower working speed at the exit for a given speed of the driving element (nut or screw).
  • Other configurations with more than two portions and / or a different distribution of portions are possible.
  • Figure 46 illustrates a perspective view of an exemplary variable-pitch screw propeller 442.
  • the portion P1 with a smaller pitch is longer than that of the portion P2 with a larger pitch.
  • the opposite situation on the lengths could be possible.
  • the portions P1 and P2 could be of the same length.
  • the screw could comprise over its length more than two consecutive portions of different pitches, non-consecutive portions possibly having equal pitches.
  • the screw may for example comprise three consecutive portions numbered 1, 2 and 3, the portion No. 1 and No. 3 may have an identical pitch but the portion No. 2 have a different pitch.

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Abstract

La présente invention concerne un système de vis-écrous magnétiques comprenant : - un écrou apte à tourner ou à translater autour d'un axe; - une vis apte à interagir magnétiquement avec ledit écrou et à translater ou à tourner à l'intérieur dudit écrou selon ledit axe, un entrefer étant ménagé entre ladite vis et ledit écrou; ledit écrou portant deux hélices réalisées en matériau magnétique s'étendant parallèlement l'une à l'autre de manière hélicoïdale autour dudit axe, ledit écrou portant au moins un aimant, placé à la périphérie extérieure desdites hélices, le pôle nord dudit aimant étant relié à l'une desdites hélices et son pôle sud étant relié à l'autre desdites hélices de manière telle que lesdites hélices sont respectivement polarisées nord et sud; ladite vis portant deux hélices réalisées en matériau magnétique s'étendant parallèlement l'une à l'autre de manière hélicoïdale autour dudit axe, ladite vis portant au moins un aimant, placé à la périphérie intérieure desdites hélices, le pôle nord dudit amant étant relié à l'une desdites hélices et son pôle sud est relié à l'autre desdites hélices de manière telle que lesdites hélices sont respectivement polarisées nord et sud; le pas desdites hélices dudit écrou étant essentiellement égal au pas desdites hélices de ladite vis.

Description

Système de vis-écrou magnétiques 1. Domaine de l’invention
Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la réalisation de systèmes de vis et écrou interagissant par liaison magnétique sans contact mécanique notamment pour permettre la transformation d’un mouvement rotatif en un mouvement linéaire (rectiligne), ou inversement.
2. Art antérieur
Les techniques et dispositifs de vis-écrou magnétiques sans contacts mécaniques, encore appelés systèmes vis-écrou magnétiques, permettent de transformer un mouvement rotatif en un mouvement linéaire et inversement, un mouvement linéaire en un mouvement rotatif. Ces dispositifs sont constitués d’un écrou et d’une vis qui interagissent magnétiquement, et permettent ainsi la conversion du mouvement et la transmission d’efforts. Ces vis et écrous magnétiques évitent les contacts mécaniques, tels que rencontrés par exemple dans les vis à billes ou les vis à rouleaux satellites, et ainsi :
  • s’affranchissent plus facilement des dilatations thermiques,
  • sont moins bruyants,
  • ne nécessitent pas de lubrification,
  • évitent les pertes de rendement par frottement,
  • sont moins sensibles à l’environnement (poussières…).
Un système de vis et écrou magnétiques comprend classiquement un écrou à l’intérieur duquel est logée une vis.
Selon une première technique telle que celle décrite dans le document US-A1-2004/0041474, la vis porte une succession d’aimants permanents disposés pour former essentiellement une hélice, les aimants successifs ayant des polarités inversées. L’écrou porte une succession d’électro-aimants disposés pour former essentiellement une hélice, les aimants successifs ayant des polarités inversées.
Le pas de la vis et celui de l’écrou, i.e. le pas de leurs hélices, sont identiques.
L’alimentation des électroaimants de l’écrou, qui est immobile hormis en rotation, engendre la mise en rotation de la vis et sa translation à l’intérieur de l’écrou sans contact mécanique.
Cette technique, qui permet de constituer un moteur linéaire pour générer un mouvement combiné de rotation et de translation d’un élément selon un même axe, présente quelques inconvénients.
Notamment, les hélices, qui sont constituées par la juxtaposition d’une pluralité d’aimants, sont difficiles et coûteuses à réaliser.
En outre, les hélices ainsi constituées par la juxtaposition d’une pluralité d’aimants constituent en réalité des pseudo-hélices ayant des profils discontinus et non des hélices « parfaites » notamment compte tenu des tolérances géométriques de chaque aimant et de leur précision d’assemblage. Ceci induit des impacts négatifs tant en termes de précision du mouvement générer au niveau de la vis, qu’en termes d’efforts susceptibles d’être transmis à la vis.
Selon une deuxième technique, l’hélice portée par la vis n’est plus constituée d’une juxtaposition d’aimants. Elle est au contraire formée au moyen d’un aimant agencé hélicoïdalement à la surface de la vis, également appelé aimant hélicoïdal. L’écrou porte quant à lui soit une hélice formée au moyen d’un aimant agencé hélicoïdalement à la surface de la vis comme pour la vis, ou bien formée de la juxtaposition d’une pluralité d’aimants à polarité inversée comme dans la première technique mentionnée plus haut.
Dans cette configuration, l’entrainement en rotation de l’écrou engendre par interaction magnétique sans contact mécanique un déplacement en translation de la vis à l’intérieur de l’écrou, la vis étant bloquée en rotation.
La mise en œuvre d’aimants hélicoïdaux au niveau de la vis et de l’écrou permet d’améliorer la précision du déplacement de la vis à l’intérieur de l’écrou.
Toutefois, les aimants hélicoïdaux sont difficiles à produire et donc, particulièrement onéreux. Le coût de ces aimants induit que cette technique est limitée en termes de capacité à transmettre des efforts importants à la vis.
Les deux techniques de l’art antérieur discutées ci-dessus peuvent donc encore être améliorées dans la mesure où elles manquent de précision dans le mouvement de rotation et de translation, et permettent de générer uniquement des efforts limités à partir de la transformation d’un mouvement de rotation en un mouvement linéaire de translation, ou inversement.
3. Objectifs de l’invention
L’invention a notamment pour objectif d’apporter une solution à un ou plusieurs de ces différents problèmes.
En particulier, selon au moins un mode de réalisation, un objectif de l’invention est de fournir un système de vis-écrou magnétiques qui soit plus simple à fabriquer que les systèmes selon l’art antérieur.
Notamment, l’invention a pour objectif, selon au moins un mode de réalisation, de fournir à un tel système une meilleure précision en termes de maîtrise du déplacement relatif de la vis et de l’écrou.
Un autre objectif de l’invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un tel système qui puisse permettre la transmission d’un effort important à celui de la vis ou de l’écrou qui est entrainé en mouvement.
Un autre objectif de l’invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un tel système qui soit modulable en termes de capacité à transmettre des efforts, c’est-à-dire dont on puisse modifier assez facilement la valeur des efforts transmis.
Un autre objectif de l’invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un système de vis-écrou magnétiques qui soit économique à fabriquer.
4. Présentation de l’invention
L’invention concerne un système de vis-écrous magnétiques comprenant :
  • un écrou apte à tourner ou à translater autour d’un axe ;
  • une vis apte à interagir magnétiquement avec ledit écrou et à translater ou à tourner à l’intérieur dudit écrou selon ledit axe, un entrefer étant ménagé entre ladite vis et ledit écrou ;
ledit écrou portant deux hélices réalisées en matériau magnétique s’étendant parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour dudit axe, ledit écrou portant au moins un aimant, placé à la périphérie extérieure desdites hélices, le pôle nord dudit aimant étant relié à l’une desdites hélices et son pôle sud étant relié à l’autre desdites hélices de manière telle que lesdites hélices sont respectivement polarisées nord et sud ;
ladite vis portant deux hélices réalisées en matériau magnétique s’étendant parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour dudit axe, ladite vis portant au moins un aimant, placé à la périphérie intérieure desdites hélices, le pôle nord dudit amant étant relié à l’une desdites hélices et son pôle sud est relié à l’autre desdites hélices de manière telle que lesdites hélices sont respectivement polarisées nord et sud ;
le pas desdites hélices dudit écrou étant essentiellement égal au pas desdites hélices de ladite vis.
Ainsi, l’invention concerne un système de vis-écrou magnétiques dont les hélices ne sont pas constituées d’une juxtaposition d’aimants ou d’aimants hélicoïdaux.
Au contraire, selon le principe de l’invention, l’écrou et la vis comprennent chacun deux hélices, l’une reliée au pôle nord d’un aimant de forme simple et l’autre reliée au pôle sud d’un aimant de forme simple.
On obtient ainsi une interaction magnétique entre l’écrou et la vis de manière simple et économique, les hélices étant simples et économiques à fabriquer tout comme les aimants qui peuvent présenter une forme quelconque.
Les hélices de forme continue permettent d’assurer une bonne continuité du mouvement relatif de la vis et de l’écrou et ainsi, de garantir une bonne précision et une bonne transmission des efforts.
Il est également possible de faire évoluer simplement les capacités de transmission d’effort en modifiant des paramètres ou propriétés notamment dimensionnelles des aimants dans la mesure où les aimants sont de forme simple. La capacité de transmission d’effort pourrait également être modifiée en changeant d’autres propriétés intrinsèques des aimants comme par exemple la matière qui les compose, leur rémanence…
Selon une caractéristique possible, ledit écrou et ladite vis comprennent une pluralité d’aimants en nombre pair, les polarités des aimants successifs étant inversées.
Selon une caractéristique possible, lesdits aimants sont répartis essentiellement uniformément autour dudit axe.
Selon une caractéristique possible, les nombres d’aimants de ladite vis et dudit écrou sont égaux ou différents.
Selon une caractéristique possible, ladite vis et/ou ledit écrou comprend des plots en matériau magnétique de polarité nord et des plots en matériau magnétique de polarité sud, chaque plot de polarité nord étant en contact avec l’extrémité de polarité nord d’au moins un desdits aimants et avec l’hélice de polarité nord correspondante, et chaque plot de polarité sud étant en contact avec l’extrémité de polarité sud d’au moins un desdits aimants et avec l’hélice de polarité sud correspondante.
Selon une caractéristique possible, chaque plot est en contact avec chaque enroulement de l’hélice correspondante.
Selon une caractéristique possible, lesdits aimants de ladite vis et/ou dudit écrou sont à aimantation ortho-radiale.
Selon une caractéristique possible, lesdits aimants de ladite vis et/ou dudit écrou sont à aimantation radiale.
Selon une caractéristique possible, chaque plot de polarité nord est au contact des pôles nord de deux aimants consécutifs et des enroulements de l’hélice de polarité nord correspondante, et chaque plot de polarité sud est au contact des pôles sud de deux aimants consécutifs et des enroulements de l’hélice de polarité sud correspondante.
Selon une caractéristique possible, chaque plot de polarité nord est au contact du pôle nord d’un aimant et des enroulements de l’hélice de polarité nord correspondante, et chaque plot de polarité sud est au contact du pôle sud d’aimant et des enroulements de l’hélice de polarité sud correspondante.
Selon une caractéristique possible, un entrefer est ménagé entre les composants contigus de polarité différente dudit écrou et de ladite vis.
Selon une caractéristique possible, chaque hélice et/ou chaque plot comprend des évidements conformés respectivement au niveau des plots et/ou des enroulements correspondants de polarité différente pour délimiter au moins en partie lesdits entrefers.
Selon une caractéristique possible, la surface des hélices dudit écrou orientée vers ladite vis présente une alternance de creux et de saillances en direction de ladite vis.
Selon une caractéristique possible, la surface des hélices de ladite vis orientée vers ledit écrou présente une alternance de creux et de saillances en direction dudit écrou.
Selon une caractéristique possible, les creux et saillances des hélices de polarité nord dudit écrou et/ou de ladite vis sont décalés angulairement selon ledit axe de ceux des hélices de polarité sud dudit écrou et/ou de ladite vis.
Selon une caractéristique possible, les creux et saillances des hélices de polarité nord dudit écrou et/ou de ladite vis sont décalés angulairement selon ledit axe de ceux des hélices de polarité sud dudit écrou et/ou de ladite vis de telle sorte que les saillances de polarité nord et les creux de polarité sud sont alignés selon ledit axe alors que les saillances de polarité sud et les creux de polarité nord sont alignés selon ledit axe.
Selon une caractéristique possible, les creux et saillances des hélices de polarité nord dudit écrou et/ou de ladite vis sont alignés selon ledit axe avec ceux des hélices de polarité sud dudit écrou et/ou de ladite vis de telle sorte que les saillances de polarité nord et les saillances de polarité sud sont alignés selon ledit axe alors que les creux de polarité sud et les creux de polarité nord sont alignés selon ledit axe.
Selon une caractéristique possible, la longueur des plots selon ledit axe est supérieure ou égale à celle desdits aimants selon ledit axe.
Selon une caractéristique possible, les extrémités opposées de chaque plot se situent respectivement essentiellement dans le plan des extrémités des enroulements d’extrémité des hélices dudit écrou et/ou de ladite vis.
Selon une caractéristique possible, lesdites hélices sont monobloc ou constituées de plusieurs portions d’hélice.
Selon une caractéristique possible, le pas des hélices de ladite vis n’est pas constant sur toute sa longueur.
Dans ce cas, les hélices de ladite vis comprennent au moins deux portions de pas différent.
L’invention concerne également un dispositif de génération de courant électrique comprenant un générateur électrique muni d’un rotor et d’un stator, et un système selon l’une quelconque des variantes ci-dessus, dans lequel ledit écrou ou ladite vis est lié audit rotor, une translation dudit écrou ou de ladite vis induisant une rotation dudit rotor et une génération de courant électrique par ledit générateur.
L’invention concerne également un dispositif de génération d’un déplacement linéaire comprenant un moteur électrique muni d’un stator et d’un rotor, et un système selon l’une quelconque des variantes ci-dessus, dans lequel ledit écrou ou ladite vis est lié audit rotor, une rotation de ladite vis ou dudit écrou au moyen dudit moteur engendrant un déplacement linéaire dudit écrou ou de ladite vis.
Selon une variante possible, les aimants dudit écrou constituent les aimants dudit rotor.
5. Description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers, donnée à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
la figure 1 illustre une vue en perspective d’un exemple de système selon l’invention à aimants ortho-radiaux ;
la figure 2 illustre une vue partielle en perspective d’un écrou du système de la figure 1 ;
la figure 3 illustre une vue en perspective d’une hélice de l’écrou de la figure 2 ;
la figure 4 illustre une vue en perspective de l’assemblage de deux hélices de l’écrou de la figure 2 ;
la figure 5 illustre l’assemblage de la figure 4 avec des plots ;
la figure 6 illustre une vue partielle en perspective d’une vis du système de la figure 1 ;
la figure 7 illustre une vue en perspective d’une vis du système de la figure 1 ;
la figure 8 illustre une vue partielle de la vis de la figure 7 à laquelle l’hélice de polarité sud et le plot associé ont été retirés ;
la figure 9 illustre une vue en perspective d’une hélice de la vis de la figure 7 ;
la figure 10 illustre une vue en perspective d’une autre hélice de la vis de la figure 7 ;
la figure 11 illustre l’assemblage des hélices des figures 9 et 10 ;
la figure 12 illustre l’assemblage des hélices des figures 9 et 10 avec des plots ;
la figure 13 illustre une vue en coupe transversale du système de la figure 1 ;
la figure 14 illustre une vue en coupe transversale du système de la figure 1 décalée d’un demi pas d’hélice selon l’axe X par rapport à celle de la figure 13 ;
la figure 15 illustre l’interaction entre une hélice de la vis et une hélice de l’écrou du système de la figure 1 ;
la figure 16 illustre l’interaction entre l’autre hélice de la vis (que celle illustrée à la figure 15) et l’autre hélice de l’écrou du système de la figure 1 ;
la figure 17 illustre une vue en perspective d’un exemple de système selon l’invention à aimants radiaux ;
la figure 18 illustre une vue partielle en perspective d’un écrou du système de la figure 17 ;
la figure 19 illustre un assemblage partiel de l’écrou de la figure 18 ;
la figure 20 illustre un assemblage partiel de l’écrou de la figure 18 ;
la figure 21 illustre un assemblage partiel d’une vis d’un système de la figure 17 ;
la figure 22 illustre une vue en perspective d’une vis du système de la figure 17 ;
la figure 23 illustre une vue en perspective d’une hélice de la vis de la figure 22 ;
la figure 24 illustre l’assemblage de deux hélices de la vis de la figure 22 ;
la figure 25 illustre une vue en coupe transversale du système de la figure 17 ;
la figure 26 illustre une vue en coupe transversale du système de la figure 17 décalée d’un demi pas d’hélice selon l’axe X de celle de la figure 25 ;
la figure 27 illustre une vue en perspective d’une variante d’un système selon l’invention ;
la figure 28 illustre une vue partielle en perspective de l’écrou d’un système de la figure 27 ;
la figure 29 illustre une vue en perspective d’une hélice de l’écrou de la figure 28 ;
la figure 30 illustre une vue en perspective de l’assemblage de deux hélices de l’écrou de la figure 28 ;
la figure 31 illustre une vue en perspective un autre assemblage de deux hélices comme variante de la figure 28 ;
la figure 32 illustre une vue en perspective de la vis d’un système de la figure 27 ;
la figure 33 illustre une vue en perspective d’une hélice de la vis de la figure 32 ;
la figure 34 illustre une variante d’assemblage des hélices de la vis de la figure 32 ;
la figure 35 illustre une vue partielle d’une vis avec un arrangement d’hélices tel qu’illustré à la figure 34 ;
la figure 36 illustre une vue en coupe transversale du système de la figure 27 ;
la figure 37 illustre une vue en coupe transversale du système de la figure 27 décalée de celle de la figure 36 selon l’axe X ;
la figure 38 illustre l’interaction entre une hélice de la vis et une hélice de l’écrou du système de la figure 27 ;
la figure 39 illustre l’interaction entre l’autre hélice de la vis (que celle illustrée à la figure 38) et l’autre hélice de l’écrou du système de la figure 27 ;
la figure 40 illustre une vue en perspective d’un moteur linéaire comprenant un système selon l’invention ;
la figure 41 illustre le stator et le rotor du moteur de la figure 40 ;
la figure 42 illustre une vue partielle en coupe transversale du système de la figure 40 ;
la figure 43 illustre une vue partielle en coupe transversale du système de la figure 40 décalée de celle de la figure 42 selon l’axe X ;
la figure 44 illustre la variation en fonction du temps de la vitesse d’une presse et de l’effort développé par celle-ci au cours d’une opération de mise en forme (par exemple par emboutissage ou autre) ;
la figure 45 illustre de manière schématique un système vis-écrou magnétiques à vis à pas variable ;
la figure 46 illustre une vue en perspective d’une hélice à pas variable.
6. Description de modes de réalisation particuliers
6.1. Premier mode de réalisation : aimants à aimantation ortho-radiale
On présente, en relation avec les figures 1 à 16, un premier mode de réalisation d’un système de vis-écrou magnétiques selon l’invention.
Ainsi que cela est représenté sur ces figures, un tel système comprend une vis 1 et un écrou 2 prévus pour interagir magnétiquement sans contact mécanique direct. Pour cela, la vis 1 est logée à l’intérieur de l’écrou 2, l’un et l’autre étant séparé par un entrefer 3 par exemple constitué d’air ou de vide. La vis et l’écrou ont des pas essentiellement de même valeur pour assurer la conversion de mouvement, i.e. leurs hélices ont essentiellement le même pas aux tolérances géométriques près.
Vis
La vis 1 comprend un arbre 10 qui s’étend selon un axe X. Cet arbre 10 est réalisé dans un matériau amagnétique comme par exemple de l’acier amagnétique ou autre.
La vis 1 comprend des aimants 11. Ces aimants 11 sont permanents. Dans une variante, il pourrait s’agir de bobinages à excitation agissant comme des électroaimants. Dans ce cas :
  • lorsque ladite vis tourne, des contacts conducteurs d’électricité dits « glissants » (par exemple collecteur à bagues) pourront permettre d’alimenter ces électroaimants ;
  • lorsque ladite vis translate, les électroaimants pourront alternativement être alimentés au moyen de fils électriques conducteurs dont la longueur sera choisie en fonction de la course de déplacement relatif de la vis et de l’écrou.
Ces aimants sont par exemple réalisés en SmCo (Samarium Cobalt) ou en NdFeB (Neodyme Fer Bore) pour maximiser les performances mais ils peuvent être constitués d’autres matériaux adaptés.
Les aimants 11 ont une section en portion d’anneau, dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal de l’arbre 10, et s’étendent longitudinalement selon l’axe longitudinal de l’arbre 10. Ils pourront alternativement présenter une forme différente (par exemple parallélépipédique, trapèze…) plutôt que la forme essentiellement en tuile représentée.
Pour des questions de fabrication, de manipulation et d’assemblage des aimants, chaque aimant pourra être segmenté en une pluralité d’aimants.
Les aimants 11 ont une aimantation ortho-radiale.
Dans ce mode de réalisation, les extrémités polarisées des aimants se situent dans des plans passant par l’axe X. Elles pourraient toutefois être orientées différemment, notamment être inclinées, par exemple si les plots s’étendent selon des axes inclinés par rapport à l’axe X et situés dans des plans parallèles à l’axe X.
Les aimants sont dans ce mode de réalisation en nombre pair et répartis tout autour de la périphérie extérieure de l’arbre 10 et ce, de manière essentiellement uniforme. Ceci pourrait toutefois ne pas être le cas, même si une telle répartition est préférée. Un seul aimant pourrait être mis en œuvre avec un plot magnétique en contact de son extrémité de polarité nord et de l’hélice de polarité nord et un plot magnétique en contact de son extrémité de polarité sud et de l’hélice de polarité sud, comme cela ressortira plus clairement par la suite.
Un plot 12, 13 est interposé entre les aimants 11 consécutifs. Chaque plot 12, 13 est réalisé dans un matériau magnétique comme par exemple en métal usiné, fondue ou fritté ou autre.
La polarité Nord (N) et Sud (S) des aimants 11 est alternée de part et d’autre de chaque plot 12, 13. Chaque plot 12, 13 est donc situé à l’interface entre les extrémités de même polarité de deux aimants 11 consécutifs, et se trouve en contact avec celles-ci. Ainsi, les plots 12 en contact avec les extrémités de polarité nord des aimants 11 qui l’entourent présentent une polarité nord. De même, les plots 13 en contact avec les extrémités de polarité sud des aimants 11 qui l’entourent présentent une polarité sud.
Les plots s’étendent ici selon l’axe X. Ils pourraient toutefois s’étendre autrement notamment selon des axes inclinés par rapport à l’axe X et situés dans des plans parallèles à l’axe X.
Les plots et les aimants sont solidarisés du côté de leur surface intérieure à la surface extérieure de l’arbre, préférentiellement par collage. Toute autre solution de solidarisation adaptée pourra être mise en œuvre.
L’arbre étant réalisé en matériau amagnétique, aucun entrefer n’est ménagé entre les plots et l’arbre ni entre les aimants et l’arbre sans risque de court-circuit magnétique entre les aimants. De cette façon, les flux magnétiques des aimants 11 traversent les plots 12, 13 pour les magnétiser. L’arbre pourrait alternativement être réalisé dans un matériau magnétique sous réserve de ménager un entrefer entre l’arbre et les plots et aimants.
La vis 1 comprend une hélice polarisée nord 14 et une hélice polarisée sud 15 placées à la périphérie extérieure des plots 12, 13 et aimants 11. Leur surface intérieure est solidarisée aux plots de même polarité par exemple par collage ou autre.
Les hélices 14, 15 sont réalisées en matériau magnétique (par exemple en métal usiné, fondu ou fritté…). Elles s’étendent parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour de l’axe X de l’arbre 10. Elles présentent un même diamètre.
Chaque hélice 14, 15 comprend une pluralité d’enroulements 140, 150, chaque enroulement formant un tour autour de l’arbre 10.
Les hélices 14 et 15 présentent des longueurs identiques selon l’axe X.
Les hélices 14, 15 sont séparées l’une de l’autre par un entrefer 16. En d’autres termes, les enroulements 140, 150 consécutifs des hélices 14, 15 sont séparés par un entrefer 16. Cet entrefer empêche le rebouclage du champ magnétique entre les hélices 14, 15 et doit être plus grand que l’entrefer 3.
L’hélice polarisée nord 14 est en contact avec les plots 12 polarisés nord en contact avec les extrémités de polarité nord des aimants 11.
L’hélice polarisée sud 15 est en contact avec les plots 13 polarisés sud en contact avec les extrémités de polarité sud des aimants 11.
Les hélices sont ainsi magnétisées par les plots. Les plots 12, 13 agissent comme des répartiteurs de flux magnétiques produits par les aimants 11 et concentrent ces flux pour les distribuer vers les hélices 14, 15.
Préférentiellement, chaque plot 12, 13 est en contact avec chaque enroulement 140, 150 de polarité identique.
Un entrefer 17 est ménagé entre chaque aimant 11 et le contour intérieur de chaque hélice 14, 15. Ceci permet aux flux magnétiques des aimants 11 de bien passer par les plots 12, 13.
Un entrefer 18 est ménagé entre chaque plot 12 de polarité nord et chaque enroulement 150 de l’hélice de polarité sud 15.
Un entrefer 19 est ménagé entre chaque plot 13 de polarité sud et chaque enroulement 140 de l’hélice de polarité nord 14.
Les entrefers permettent d’éviter les courts-circuits magnétiques. Ils peuvent être constitués de vide, d’air ou de matériau amagnétique comme par exemple une résine ou autre.
Les hélices 14 et 15 présentent donc des polarités différentes.
Les épaisseurs des entrefers 17, 18 et 19 doivent être supérieures à celle de l’entrefer 3 afin que les flux magnétiques créés par les aimants 11 et véhiculés par les plots magnétiques 12, 13 puis par les hélices 14, 15 traversent l’entrefer 3 et interagissent avec l’écrou pour assurer la conversion de mouvement.
Les entrefer 18 et 19 sont ici constitués par des encoches 141, 151, ou évidements, adaptés à la forme de l’hélice correspondante. Ces encoches sont ménagées à cet effet à la périphérie intérieure des hélices 14, 15. Les entrefers pourraient être constitués de toute autre manière alternative adaptée.
Plus précisément, les encoches 141 sont ménagées sur les enroulements 140 de l’hélice 14 de polarité nord au droit, i.e. au niveau, des plots 13 de polarité sud. De même, les encoches 151 sont ménagées sur les enroulements 150 de l’hélice 15 de polarité sud au droit des plots 12 de polarité nord.
Les encoches 141 et 151 sont donc décalées d’un pas polaire correspondant à la distance angulaire entre les plots consécutifs de polarité différente.
De façon alternative, les encoches pourraient être ménagées sur les plots plutôt que sur les hélices ou sur les plots et les hélices.
La longueur des plots 12, 13 selon l’axe X peut être inférieure, égale ou supérieure à celle des aimants selon l’axe X. Toutefois, elle sera préférentiellement supérieure afin d’optimiser la création de flux magnétiques à partir des aimants car les entrefers 18 et 19 modifient la longueur axiale selon l’axe X du flux créé par les aimants 11. Dans ce cas, chaque plot 12, 13 s’étendra longitudinalement de part et d’autre au-delà de l’aimant correspondant.
Les plots 12, 13 peuvent être décalés les uns des autres selon l’axe X ou leur surface d’extrémité inclinées de manière telle que les extrémités opposées de chaque plot se situent respectivement essentiellement dans le plan des extrémités des enroulements 140, 150 d’extrémité, c’est-à-dire ceux situés aux extrémités opposées des hélices 14, 15. Ceci leur permet de mieux suivre la longueur active des hélices.
La surface de contact d’un plot 12, 13 avec l’hélice correspondante est préférentiellement supérieure à ses surfaces de contact avec les aimants 11.
Le pas de la vis 1 est égal à la somme de l’épaisseur selon l’axe X d’un enroulement 140 de polarité nord, de celle d’un enroulement 150 de polarité sud et de deux entrefers 16.
L’arbre 10 permet de rendre solidaire mécaniquement l’ensemble des aimants 11 et plots magnétiques 12, 13, et de transmettre l’effort transversal. Comme l’arbre est amagnétique, il n’y a pas de court-circuit magnétique entre les aimants. Les flux magnétiques des aimants 11 traversent alors les plots magnétiques 12, 13 et permettent de magnétiser les hélices 14, 15 qui constituent respectivement des plots magnétiques nord et sud. Les hélices assurent une alternance de polarité.
Écrou
L’écrou 2 comprend un carter 20 cylindrique qui s’étend selon l’axe X. Ce carter 20 est réalisé dans un matériau amagnétique comme par exemple de l’acier amagnétique ou autre.
L’écrou 2 comprend des aimants 21. Ces aimants 21 sont permanents. Dans une variante, il pourrait s’agir de bobinages d’excitation agissant comme des électroaimants. Dans ce cas :
  • lorsque l’écrou tourne, des contacts conducteurs d’électricité dits « glissants » (par exemple collecteur à bagues) pourront permettre d’alimenter ces électroaimants ;
  • lorsque l’écrou translate, les électroaimants pourront alternativement être alimentés au moyen de fils électriques dont la longueur sera choisie en fonction de la course de déplacement relatif de la vis et de l’écrou.
Ces aimants sont par exemple réalisés en SmCo ou en NdFeB pour maximiser les performances mais peuvent être constitués d’autres matériaux adaptés.
Les aimants 21 ont une section en portion d’anneau, dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du carter 20, et s’étendent longitudinalement selon l’axe longitudinal X du carter 20. Ils pourront alternativement présenter une forme différente (par exemple parallélépipédique, trapèze…) plutôt que la forme essentiellement en tuile représentée.
Pour des questions de fabrication, de manipulation et d’assemblage des aimants, chaque aimant pourra être segmenté en une pluralité d’aimants.
Les aimants 21 ont une aimantation ortho-radiale.
Dans ce mode de réalisation, les extrémités polarisées des aimants se situent dans des plans parallèles à l’axe longitudinal du carter passant par l’axe X. Elles pourraient toutefois être orientées différemment, notamment être inclinées, par exemple si les plots s’étendent selon des axes inclinés par rapport à l’axe X et situés dans des plans parallèles à l’axe X.
Les aimants sont dans ce mode de réalisation en nombre pair et répartis tout autour de la périphérie intérieure du carter 20 et ce, de manière essentiellement uniforme. Ceci pourrait toutefois ne pas être le cas, même si une telle répartition est préférée. Un seul aimant pourrait être mis en œuvre avec un plot magnétique en contact de son extrémité de polarité nord et de l’hélice de polarité nord et un plot magnétique en contact de son extrémité de polarité sud et de l’hélice de polarité sud, comme cela ressortira plus clairement par la suite.
Un plot 22, 23 est interposé entre les aimants 21 consécutifs. Chaque plot 22, 23 est réalisé dans un matériau magnétique comme par exemple en métal usiné, fondue ou fritté ou autre.
La polarité des aimants 21 est alternée de part et d’autre de chaque plot 22, 23. Chaque plot 22, 23 est donc situé à l’interface entre les extrémités de même polarité de deux aimants 21 consécutifs, et se trouve en contact avec celles-ci. Ainsi, les plots 22 en contact avec les extrémités de polarité nord des aimants 21 qui l’entourent, présentent une polarité nord. De même, les plots 23 en contact avec les extrémités de polarité sud des aimants 21 qui l’entourent, présentent une polarité sud.
Les plots s’étendent ici selon l’axe X. Ils pourraient toutefois s’étendre autrement notamment selon des axes inclinés par rapport à l’axe X et situés dans des plans parallèles à l’axe X.
Les plots et les aimants sont solidarisés du côté de leur surface extérieure à la surface intérieur du carter 20, préférentiellement par collage. Toute autre solution de solidarisation adaptée pourra être mise en œuvre.
Le carter 20 étant réalisé en matériau amagnétique, aucun entrefer n’est ménagé entre les plots et le carter ni entre les aimants et le carter sans risque de court-circuit magnétique entre les aimants. De cette façon, les flux magnétiques des aimants 21 traversent les plots 22, 23 pour les magnétiser. Le carter pourrait alternativement être réalisé dans un matériau magnétique sous réserve de ménager un entrefer entre le carter et les plots et aimants.
L’écrou 2 comprend une hélice polarisée nord 24 et une hélice polarisée sud 25 placées à la périphérie intérieure des plots 22, 23 et aimants 21. Leur surface extérieure est solidarisée aux plots de même polarité par exemple par collage ou autre.
Les hélices 24, 25 sont réalisées en matériau magnétique (par exemple en métal usiné, fondu ou fritté…). Elles s’étendent parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour de l’axe X du carter 20.
Chaque hélice 24, 25 comprend une pluralité d’enroulements 240, 250, chaque enroulement formant un tour autour de l’axe longitudinal du carter 20.
Les hélices 24 et 25 présentent des longueurs identiques selon l’axe X.
Les hélices 24, 25 sont séparées l’une de l’autre par un entrefer 26. En d’autres termes, les enroulements 240, 250 consécutifs des hélices 24, 25 sont séparés par un entrefer 26. Cet entrefer empêche le rebouclage du champ magnétique entre les hélices 24, 25 et doit en conséquence être plus grand que l’entrefer 3.
L’hélice polarisée nord 24 est en contact avec les plots 22 polarisés nord en contact avec les extrémités de polarité nord des aimants 21.
L’hélice polarisée sud 25 est en contact avec les plots 23 polarisés sud en contact avec les extrémités de polarité sud des aimants 21.
Les hélices sont ainsi magnétisées par les plots qui agissent comme des répartiteurs de flux magnétiques produits par les aimants 21 et concentrent ces flux pour les distribuer vers les hélices 24, 25.
Préférentiellement, chaque plot 22, 23 est en contact avec chaque enroulement 240, 250 de polarité identique.
Un entrefer 27 est ménagé entre chaque aimant 21 et le contour extérieur de chaque hélice 24, 25. Ceci permet aux flux magnétiques des aimants 21 de bien passer par les plots 22, 23.
Un entrefer 28 est ménagé entre chaque plot 22 de polarité nord et chaque enroulement 250 de l’hélice de polarité sud 25.
Un entrefer 29 est ménagé entre chaque plot 23 de polarité sud et chaque enroulement 240 de l’hélice de polarité nord 24.
Les entrefers permettent d’éviter les courts-circuits magnétiques. Ils peuvent être constitués de vide, d’air ou de matériau amagnétique comme par exemple une résine ou autre.
Les hélices 24 et 25 présentent donc des polarités différentes.
Les épaisseurs des entrefers 27, 28 et 29 doivent être supérieures à celle de l’entrefer 3 afin que les flux magnétiques créés par les aimants 21 et véhiculés par les plots magnétiques 22, 23 puis par les hélices 24, 25 traversent l’entrefer 3 et interagissent avec la vis pour assurer la conversion de mouvement.
Les entrefer 28 et 29 sont ici constitués par des encoches 241, 251, ou évidements, adaptés à la forme de l’hélice correspondante. Ces encoches sont ménagées à cet effet à la périphérie extérieure des hélices 24, 25. Les entrefers pourraient être constitués de toute autre manière alternative adaptée.
Plus précisément, les encoches 241 sont ménagées sur les enroulements 240 de l’hélice 24 de polarité nord au droit des plots 23 de polarité sud. De même, les encoches 251 sont ménagées sur les enroulements 250 de l’hélice 25 de polarité sud au droit des plots 22 de polarité nord.
Les encoches 241 et 251 sont donc décalées d’un pas polaire correspondant à la distance angulaire entre les plots consécutifs de polarité différente.
De façon alternative, les encoches pourraient être ménagées sur les plots plutôt que sur les hélices ou sur les plots et les hélices.
La longueur des plots 22, 23 selon l’axe X peut être inférieure, égale ou supérieure à celle des aimants selon l’axe X. Toutefois, elle sera préférentiellement supérieure afin d’optimiser la création de flux magnétiques à partir des aimants car les entrefers 28 et 29 modifient la longueur axiale selon l’axe X du flux créé par les aimants 21. Dans ce cas, chaque plot 22, 23 s’étendra longitudinalement de part et d’autre au-delà de l’aimant correspondant.
Les plots 22, 23 peuvent être décalés les uns des autres selon l’axe X ou leurs surfaces d’extrémité être inclinées de manière telle que les extrémités opposées de chaque plot se situent respectivement essentiellement dans le plan des extrémités des enroulements 240, 250 d’extrémité, c’est-à-dire ceux situés aux extrémités opposées des hélices 24, 25. Ceci leur permet de mieux suivre la longueur active des hélices.
La surface de contact d’un plot 22, 23 avec l’hélice correspondante est préférentiellement supérieure à ses surfaces de contact avec les aimants 21.
Le pas de l’écrou 2 est égal à la somme de l’épaisseur selon l’axe X d’un enroulement 240 de polarité nord, de celle d’un enroulement 250 de polarité sud et de deux entrefers 26.
Le carter 20 permet de rendre solidaire mécaniquement l’ensemble des aimants 21 et plots magnétiques 22, 23, et de transmettre le couple. Comme le carter est amagnétique, il n’y a pas de court-circuit magnétique entre les aimants. Les flux magnétiques des aimants 21 traversent alors les plots magnétiques 22, 23 et permettent de magnétiser les hélices 24, 25 qui constituent respectivement des plots magnétiques nord et sud. Les hélices assurent une alternance de polarité.
6.2. Deuxième mode de réalisation : aimants à aimantation radiale
On présente, en relation avec les figures 17 à 26, un deuxième mode de réalisation d’un système de vis-écrou magnétiques selon l’invention.
Ainsi que cela est représenté sur ces figures, un tel système comprend une vis 1 et un écrou 2 prévus pour interagir magnétiquement sans contact mécanique direct. Pour cela, la vis 1 est logée à l’intérieur de l’écrou 2, l’une et l’autre étant séparés par un entrefer 3 d’air ou de vide par exemple. La vis et l’écrou ont des pas essentiellement de même valeur pour assurer la conversion de mouvement, i.e. leurs hélices ont des pas essentiellement de même valeur, aux tolérances géométriques près.
Vis
La vis 1 comprend un arbre 10 qui s’étend selon un axe X. Cet arbre 10 est réalisé dans un matériau magnétique comme par exemple de l’acier magnétique ou autre.
La vis 1 comprend des aimants 11. Ces aimants 11 sont permanents. Dans une variante, il pourrait s’agir de bobinages d’excitation agissant comme des électroaimants. Dans ce cas :
  • lorsque la vis tourne des contacts conducteurs d’électricité dits « glissants » (par exemple collecteur à bagues) pourront permettre d’alimenter ces électroaimants ;
  • lorsque la vis translate, les électroaimants pourront alternativement être alimentés au moyen de fils électriques dont la longueur sera choisie en fonction de la course de déplacement relatif de la vis et de l’écrou.
Ces aimants sont par exemple réalisés en SmCo ou en NdFeB pour maximiser les performances mais peuvent être constitués d’autres matériaux adaptés.
Les aimants 11 ont une section en portion d’anneau, dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal de l’arbre 10, et s’étendent longitudinalement selon l’axe longitudinal de l’arbre 10. Ils pourront alternativement présenter une forme différente (par exemple parallélépipédique, trapèze…) plutôt que la forme essentiellement en tuile représentée.
Pour des questions de fabrication, de manipulation et d’assemblage des aimants, chaque aimant pourra être segmenté en une pluralité d’aimants.
Les aimants 11 ont une aimantation radiale.
Dans ce mode de réalisation, les surfaces opposées des aimants prises dans une direction orthogonale O à l’axe longitudinal X (i.e. selon un rayon) présentent des polarités différentes. Les aimants pourraient toutefois être orientés différemment.
Ce type d’aimants peut être préféré aux aimants à aimantation ortho-radiale par exemple en fonction de l’encombrement et des performances requises.
La vis 1 comprend une hélice polarisée nord 14 et une hélice polarisée sud 15.
Les hélices 14, 15 sont réalisées en matériau magnétique (par exemple en métal usiné, fondu ou fritté…). Elles s’étendent parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour de l’axe X de l’arbre 10. Elles présentent un même diamètre.
Chaque hélice 14, 15 comprend une pluralité d’enroulements 140, 150, chaque enroulement formant un tour autour de l’arbre 10.
Les hélices 14 et 15 présentent des longueurs identiques selon l’axe X.
Les hélices 14, 15 sont séparées l’une de l’autre par un entrefer 16. En d’autres termes, les enroulements 140, 150 consécutifs des hélices 14, 15 sont séparés par un entrefer 16. Cet entrefer empêche de rebouclage du champ magnétique entre les hélices et doit en conséquence être plus grand que l’entrefer 3.
Les aimants sont dans ce mode de réalisation en nombre pair et répartis tout autour de la périphérie extérieure de l’arbre 10 et ce de manière essentiellement uniforme. Ceci pourrait toutefois ne pas être le cas, même si une telle répartition est préférée. Au moins deux aimants doivent être mis en œuvre avec un plot magnétique en contact l’extrémité de polarité nord de l’un des aimants et de l’hélice de polarité nord et un plot magnétique en contact de l’extrémité de polarité sud de l’autre aimant et de l’hélice de polarité sud, comme il ressortira plus clairement par la suite.
La polarité des aimants successifs est inversée. Ainsi, lorsqu’un aimant a sa face polarisée nord orientée vers l’arbre 10 et donc sa face polarisée sud orientée vers les hélices, alors l’aimant suivant a sa face polarisée sud orientée vers l’arbre 10 et donc sa face polarisée nord orientée vers les hélices.
La vis 1 comprend des plots magnétiques 12, 13 en matériau magnétique. Chaque plot magnétique est interposé entre la face extérieure d’un aimant et l’intérieur des hélices.
Les plots magnétiques 12 en contact avec l’extrémité de polarité nord des aimants correspondants, sont de polarité nord.
Les plots magnétiques 13 en contact avec l’extrémité de polarité sud des aimants correspondants, sont de polarité sud.
Les plots s’étendent ici selon l’axe X. Ils pourraient toutefois s’étendre autrement notamment selon des axes inclinés par rapport à l’axe X et situés dans des plans parallèles à l’axe X.
Les aimants sont solidarisés du côté de leur surface intérieure à la surface extérieure de l’arbre, préférentiellement par collage. Toute autre solution de solidarisation adaptée pourra être mise en œuvre.
Les plots sont solidarisés du côté de leur surface intérieure à la surface extérieure des aimants, préférentiellement par collage. Toute autre solution de solidarisation adaptée pourra être mise en œuvre.
L’hélice polarisée nord 14 est en contact avec les plots 12 polarisés nord en contact avec les extrémités de polarité nord des aimants 11.
L’hélice polarisée sud 15 est en contact avec les plots 13 polarisés sud en contact avec les extrémités de polarité sud des aimants 11.
Les hélices sont ainsi magnétisées par les plots. Les plots agissent comme des répartiteurs de flux magnétiques produits par les aimants et concentrent ces flux pour les distribuer vers les hélices.
La surface intérieure des hélices est solidarisée à la surface extérieure des plots de même polarité préférentiellement par collage ou autre.
Préférentiellement, chaque plot est en contact avec chaque enroulement de l’hélice de polarité identique.
Un entrefer 37 est ménagé entre les aimants consécutif et entre les plots consécutifs pour éviter les courts-circuits entre les aimants.
Un entrefer 38 est ménagé entre chaque plot 12 de polarité nord et chaque enroulement 150 de l’hélice de polarité sud 15.
Un entrefer 39 est ménagé entre chaque plot 13 de polarité sud et chaque enroulement 140 de l’hélice de polarité nord 14.
Les entrefers permettent d’éviter les courts-circuits magnétiques. Ils peuvent être constitués de vide, d’air ou de matériau amagnétique comme par exemple une résine ou autre.
Les hélices 14 et 15 présentent donc des polarités différentes.
Les épaisseurs des entrefers 37, 38 et 39 doivent être supérieures à celle de l’entrefer 3 afin que les flux magnétiques créés par les aimants 11 et véhiculés par les plots magnétiques 12, 13 puis par les hélices 14, 15, traversent l’entrefer 3 et interagissent avec l’écrou pour assurer la conversion de mouvement.
Les entrefer 38 et 39 sont ici constitués par des encoches 141, 151, ou évidements, adaptés à la forme de l’hélice correspondante. Ces encoches sont ménagées à cet effet à la périphérie intérieure des hélices 14, 15. Les entrefers pourraient être constitués de toute autre manière alternative adaptée.
Plus précisément, les encoches 141 sont ménagées sur les enroulements 140 de l’hélice 14 de polarité nord au droit des plots 13 de polarité sud. De même, les encoches 151 sont ménagées sur les enroulements 150 de l’hélice 15 de polarité sud au droit des plots 12 de polarité nord.
Les encoches 141 et 151 sont donc décalées d’un pas polaire correspondant à la distance angulaire entre les plots consécutifs de polarité différente.
De façon alternative, les encoches pourraient être ménagées sur les plots plutôt que sur les hélices ou sur les plots et les hélices.
La longueur des plots 12, 13 selon l’axe X peut être inférieure, égale ou supérieure à celle des aimants selon l’axe X. Toutefois, elle sera préférentiellement supérieure afin d’optimiser la création de flux magnétiques à partir des aimants car les entrefers 38 et 39 modifient la longueur axiale selon l’axe X du flux créé par les aimants 11. Dans ce cas, chaque plot 12, 13 s’étendra longitudinalement de part et d’autre au-delà de l’aimant correspondant.
Les plots 12, 13 peuvent être décalés les uns des autres selon l’axe X ou leurs surfaces d’extrémité être inclinées de manière telle que les extrémités opposées de chaque plot se situent respectivement essentiellement dans le plan des extrémités des enroulements 140, 150 d’extrémité, c’est-à-dire ceux situés aux extrémités opposées des hélices 14, 15. Ceci leur permet de mieux suivre la longueur active des hélices.
La surface de contact d’un plot 12, 13 avec l’hélice correspondante est préférentiellement supérieure à ses surfaces de contact avec les aimants 11.
Le pas de la vis 1 est égal à la somme de l’épaisseur selon l’axe X d’un enroulement 140 de polarité nord, de celle d’un enroulement 150 de polarité sud et de deux entrefers 16.
L’arbre 10 permet de rendre solidaire mécaniquement l’ensemble des aimants 11 et plots magnétiques 12, 13, et de transmettre l’effort transversal. L’arbre étant en matériau magnétique, il permet de reboucler les champs magnétiques produits par les aimants. Les flux magnétiques des aimants traversent alors les plots avec lesquels ils sont en contact et permettent de magnétiser les hélices qui constituent respectivement des plots magnétiques nord et sud. Les hélices assurent l’alternance de polarité.
Écrou
L’écrou 2 comprend un carter 20 cylindrique qui s’étend selon l’axe X. Ce carter 20 est réalisé dans un matériau magnétique.
L’écrou 2 comprend des aimants 21. Ces aimants 21 sont permanents. Dans une variante, il pourrait s’agir de bobinages d’excitation agissant comme des électroaimants. Dans ce cas :
  • lorsque l’écrou tourne, des contacts conducteurs d’électricité dits « glissants » (par exemple collecteur à bagues) pourront permettre d’alimenter ces électroaimants;
  • lorsque l’écrou translate, les électroaimants pourront alternativement être alimentés au moyen de fils électriques dont la longueur sera choisie en fonction de la course de déplacement relatif de la vis et de l’écrou.
Ces aimants sont par exemple réalisés en SmCo ou en NdFeB pour maximiser les performances mais peuvent être constitués d’autres matériaux adaptés.
Les aimants 21 ont une section en portion d’anneau, dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du carter 20, et s’étendent longitudinalement selon l’axe longitudinal du carter 20. Ils pourront alternativement présenter une forme différente (par exemple parallélépipédique, trapèze…) plutôt que la forme essentiellement en tuile représentée.
Pour des questions de fabrication, de manipulation et d’assemblage des aimants, chaque aimant pourra être segmenté en une pluralité d’aimants.
Les aimants 21 ont une aimantation radiale.
Dans ce mode de réalisation les surfaces opposées des aimants prises dans une direction orthogonale O à l’axe longitudinal X (i.e selon un rayon) présentent des polarités différentes. Les aimants pourraient toutefois être orientés différemment.
Ce type d’aimants peut être préféré aux aimants à aimantation ortho-radiale par exemple en fonction de l’encombrement et/ou des performances requises.
L’écrou 2 comprend une hélice polarisée nord 24 et une hélice polarisée sud 25.
Les hélices 24, 25 sont réalisées en matériau magnétique (par exemple en métal usiné, fondu ou fritté…). Elles s’étendent parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour de l’axe X du carter 20. Elles présentent un même diamètre.
Chaque hélice 24, 25 comprend une pluralité d’enroulements 240, 250, chaque enroulement formant un tour autour de l’axe X du carter 20.
Les hélices 24 et 25 présentent des longueurs identiques selon l’axe X.
Les hélices 24, 25 sont séparées l’une de l’autre par un entrefer 26. En d’autres termes, les enroulements 240, 250 consécutifs des hélices 24, 25 sont séparés par un entrefer 26. Cet entrefer empêche de rebouclage du champ magnétique entre les hélices et doit en conséquence être plus grand que l’entrefer 3.
Les aimants sont dans ce mode de réalisation en nombre pair et répartis tout autour de la périphérie intérieure du carter 20 et ce, de manière essentiellement uniforme. Ceci pourrait toutefois ne pas être le cas, même si une telle répartition est préférée. Au moins deux aimants doivent être mis en œuvre avec un plot magnétique en contact l’extrémité de polarité nord de l’un des aimants et de l’hélice de polarité nord et un plot magnétique en contact de l’extrémité de polarité sud de l’autre aimant et de l’hélice de polarité sud, comme il ressortira plus clairement par la suite.
La polarité des aimants successifs est inversée. Ainsi, lorsqu’un aimant a sa face polarisée nord orientée vers le carter 20 et donc sa face polarisée sud orientée vers les hélices, alors l’aimant suivant a sa face polarisée sud orientée vers le carter 20 et donc sa face polarisée nord orientée vers les hélices.
L’écrou 2 comprend des plots magnétiques 22, 23 en matériau magnétique. Chaque plot magnétique est interposé entre la face intérieure d’un aimant et l’extérieur des hélices.
Les plots magnétiques 22 en contact avec l’extrémité de polarité nord des aimants correspondants, sont de polarité nord.
Les plots magnétiques 23 en contact avec l’extrémité de polarité sud des aimants correspondants, sont de polarité sud.
Les plots s’étendent ici selon l’axe X. Ils pourraient toutefois s’étendre autrement notamment selon des axes inclinés par rapport à l’axe X et situés dans des plans parallèles à l’axe X.
Les aimants sont solidarisés du côté de leur surface extérieure à la surface intérieur du carter, préférentiellement par collage. Toute autre solution de solidarisation adaptée pourra être mise en œuvre.
Les plots sont solidarisés du côté de leur surface extérieure à la surface intérieure des aimants, préférentiellement par collage. Toute autre solution de solidarisation adaptée pourra être mise en œuvre.
L’hélice polarisée nord 24 est en contact avec les plots 22 polarisés nord eux-mêmes en contact avec les extrémités de polarité nord des aimants 21.
L’hélice polarisée sud 25 est en contact avec les plots 23 polarisés sud eux-mêmes en contact avec les extrémités de polarité sud des aimants 21.
Les hélices sont ainsi magnétisées par les plots. Les plots agissent comme des répartiteurs de flux magnétiques produits par les aimants et concentrent ces flux pour les distribuer vers les hélices.
La surface extérieure des hélices est solidarisée à la surface intérieure des plots de même polarité préférentiellement par collage ou autre.
Préférentiellement, chaque plot est en contact avec chaque enroulement de l’hélice de polarité identique.
Un entrefer 47 est ménagé entre les aimants consécutifs et entre les plots consécutifs pour éviter les courts-circuits entre les aimants.
Un entrefer 48 est ménagé entre chaque plot 22 de polarité nord et chaque enroulement 250 de l’hélice de polarité sud 25.
Un entrefer 49 est ménagé entre chaque plot 23 de polarité sud et chaque enroulement 240 de l’hélice de polarité nord 24.
Les entrefers permettent d’éviter les courts-circuits magnétiques. Ils peuvent être constitués de vide, d’air ou de matériau amagnétique comme par exemple une résine ou autre.
Les hélices 24 et 25 présentent donc des polarités différentes.
Les épaisseurs des entrefers 47, 48 et 49 doivent être supérieures à celle de l’entrefer 3 afin que les flux magnétiques créés par les aimants 21 et véhiculés par les plots magnétiques 22, 23 puis par les hélices 24, 25 traversent l’entrefer 3 et interagissent avec la vis pour assurer la conversion de mouvement.
Les entrefer 48 et 49 sont ici constitués par des encoches 241, 251, ou évidements, adaptés à la forme de l’hélice correspondante. Ces encoches sont ménagées à cet effet à la périphérie extérieure des hélices 24, 25. Les entrefers pourraient être constitués de toute autre manière alternative adaptée.
Plus précisément, les encoches 241 sont ménagées sur les enroulements 240 de l’hélice 24 de polarité nord au droit des plots 23 de polarité sud. De même, les encoches 251 sont ménagées sur les enroulements 250 de l’hélice 25 de polarité sud au droit des plots 22 de polarité nord.
Les encoches 241 et 251 sont donc décalées d’un pas polaire correspondant à la distance angulaire entre les plots consécutifs de polarité différente.
De façon alternative, les encoches pourraient être ménagées sur les plots plutôt que sur les hélices ou sur les plots et les hélices.
La longueur des plots 22, 23 selon l’axe X peut être inférieure, égale ou supérieure à celle des aimants selon l’axe X. Toutefois, elle sera préférentiellement supérieure afin d’optimiser la création de flux magnétiques à partir des aimants car les entrefers 48 et 49 modifient la longueur axiale selon l’axe X du flux créé par les aimants 21. Dans ce cas, chaque plot 22, 23 s’étendra longitudinalement de part et d’autre au-delà de l’aimant correspondant.
Les plots 22, 23 peuvent être décalés les uns des autres selon l’axe X ou leurs surfaces d’extrémité être inclinées de manière telle que les extrémités opposées de chaque plot se situent respectivement essentiellement dans le plan des extrémités des enroulements 240, 250 d’extrémité, c’est-à-dire ceux situés aux extrémités opposées des hélices 24, 25. Ceci leur permet de mieux suivre la longueur active des hélices.
La surface de contact d’un plot 22, 23 avec l’hélice correspondante est préférentiellement supérieure à ses surfaces de contact avec les aimants 21.
Le pas de l’écrou 2 est égal à la somme de l’épaisseur selon l’axe X d’un enroulement 240 de polarité nord, de celle d’un enroulement 250 de polarité sud et de deux entrefers 26.
Le carter 20 permet de rendre solidaire mécaniquement l’ensemble des aimants 21 et plots magnétiques 22, 23, et de transmettre le couple. Le carter 20 étant en matériau magnétique, il permet de reboucler les champs magnétiques produits par les aimants. Les flux magnétiques des aimants traversent alors les plots avec lesquels ils sont en contact et permettent de magnétiser les hélices qui constituent respectivement des plots magnétiques nord et sud. Les hélices assurent l’alternance de polarité.
6.3. Fonctionnement
Les principes de fonctionnement d’un système selon les premier et deuxième modes de réalisation sont similaires.
Lorsque la vis 1 se trouve à l’intérieur de l’écrou 2, l’hélice de polarité nord 14 et l’hélice de polarité sud 15 de la vis 1 interagissent, ou coopèrent magnétiquement respectivement avec l’hélice de polarité sud 25 et l’hélice de polarité nord 24 de l’écrou 2. En d’autres termes, chaque enroulement 140 de l’hélice de polarité nord 14 de la vis 1 est attiré par l’enroulement 250 correspondant de l’hélice de polarité sud 25 de l’écrou 2, et chaque enroulement 150 de l’hélice de polarité sud 15 de la vis 1 est attiré par l’enroulement 240 correspondant de l’hélice de polarité nord 24 de l’écrou 2.
L’écrou et la vis coopèrent ou interagissent magnétiquement. Les déplacements relatifs de la vis et de l’écrou se font donc sans contact entre eux et résultent des efforts d’attraction et de répulsion magnétiques entre eux.
Selon une première configuration, le système comprend des moyens pour bloquer en rotation la vis selon l’axe X et la guider en translation selon l’axe X alors que l’écrou est libre en rotation selon l’axe X mais pas en translation. De tels moyens sont connus et ne sont pas décrits en détail.
Ainsi, un mouvement de rotation de l’écrou 2 autour de la vis 1 engendre un déplacement en translation de la vis 1 selon l’axe X. Inversement, un déplacement en translation de la vis selon l’axe X engendre une rotation de l’écrou autour de l’axe X.
Selon une deuxième configuration, le système comprend des moyens pour bloquer en rotation l’écrou selon l’axe X et le guider en translation selon cet axe, alors que la vis est libre en rotation selon l’axe X mais bloquée en translation. De tels moyens sont connus en soit et ne sont pas décrits en détail.
Ainsi, un mouvement de rotation de la vis 1 à l’intérieur de l’écrou 2 engendre un déplacement en translation de l’écrou 2 selon l’axe X. Inversement, un déplacement en translation de l’écrou selon l’axe X engendre une rotation de la vis autour de l’axe X.
6.4. Avantages
La technique selon l’invention présente de nombreux avantages au rang desquels notamment :
  • les aimants présentent une forme relativement simple indépendamment du profil hélicoïdal et des mouvements de translation et de rotation voulus : ils ont donc un coût de fabrication relativement faible ce qui réduit le coût d’un dispositif selon l’invention ;
  • le nombre d’aimants et le volume d’aimants peuvent être optimisés indépendamment du pas de l’hélice recherché : il est ainsi possible de faire varier facilement les capacités à fournir des efforts d’un système selon l’invention ;
  • les plots magnétiques assurant la conversion d’un mouvement rotatif en un mouvement de translation et vice-versa sont des pièces qui peuvent être usinées et qui peuvent présenter des côtes précises. Le profil hélicoïdal peut donc être précis, et assurer un positionnement précis en translation de la vis lorsque l’écrou tourne ou un positionnement précis en translation de l’écrou lorsque la vis tourne. Un système selon l’invention est donc précis ;
  • un système selon l’invention bénéficie d’un meilleur rendement énergétique que ceux de l’art antérieur du fait d’une meilleure conversion électromécanique de l’énergie grâce à l’absence de contact mécanique entre l’écrou et la vis et de l’optimisation du volume d’aimants utilisé . Le coût de fonctionnement d’un système selon l’invention est en conséquence plus faible que celui des systèmes de l’art antérieur.
6.5. Variantes
Chaque hélice pourra être formée d’un seul tenant et constituer un ensemble monobloc. Alternativement, chaque hélice pour être constituée par la juxtaposition d’une pluralité de portions d’hélice. Bien entendu, une ou certaines hélices pourront être monoblocs et la ou les autres composées d’une pluralité de portions d’hélice.
On présente en relation avec les figures 27 à 39 une variante.
La variante décrite ci-après l’est en relation avec le premier mode de réalisation. Elle peut toutefois tout aussi bien être mise en œuvre dans les premier et deuxième modes de réalisation.
Dans cette variante, la surface des hélices 24, 25 de l’écrou 2 orientée vers la vis 1 présente une alternance de creux 242, 252 et de saillances 243, 253 en direction de la vis 1.
La surface des hélices 14, 15 de la vis 1 orientée vers l’écrou 2 présente une alternance de creux 142, 152 et de saillances 143, 153 en direction de l’écrou 2.
Les creux 242 et saillances 243 de l’hélice de polarité nord 24 de l’écrou 2 peuvent être décalés angulairement selon l’axe X de ceux de l’hélice de polarité sud 25 de l’écrou 2 de telle sorte que les saillances de polarité nord 243 et les creux de polarité sud 252 sont alignés selon l’axe X alors que les saillances de polarité sud 253 et les creux de polarité nord 242 sont alignés selon l’axe X (cf. figure 31).
Dans ce cas, les creux 142 et saillances 143 de l’hélice de polarité nord 14 de la vis 1 sont décalés angulairement selon l’axe de ceux de l’hélice de polarité sud 15 de la vis 1 de telle sorte que les saillances de polarité nord 143 et les creux de polarité sud 152 sont alignés selon l’axe X alors que les saillances de polarité sud 153 et les creux de polarité nord 142 sont alignés selon l’axe X (cf. figure 34).
Les creux 242 et saillances 243 de l’hélice de polarité nord 24 de l’écrou 2 peuvent être alignés avec ceux de l’hélice de polarité sud 25 de l’écrou 2 de telle sorte que les saillances de polarité nord 243 et les saillances de polarité sud 253 sont alignés selon l’axe X alors que les creux de polarité sud 252 et les creux de polarité nord 242 sont alignés selon l’axe X (cf. figures 28 et 30).
Dans ce cas, les creux 142 et saillances 143 de l’hélice de polarité nord 14 de la vis 1 sont alignés avec ceux de l’hélice de polarité sud 15 de la vis 1 de telle sorte que les saillances de polarité nord 143 et les saillances de polarité sud 153 sont alignés selon l’axe X alors que les creux de polarité sud 152 et les creux de polarité nord 142 sont alignés selon l’axe X (cf. figure 32).
Les creux et saillances de l’hélice de polarité nord de l’écrou peuvent être décalés angulairement de ceux de l’hélice de polarité sud de l’écrou dans une position quelconque intermédiaire entre les deux positions extrêmes décrites plus haut.
Les creux et saillances de l’hélice de polarité nord de la vis peuvent être décalés angulairement de ceux de l’hélice de polarité sud de la vis dans une position quelconque intermédiaire entre les deux positions extrêmes décrites plus haut.
Il est possible que le type de décalage ou d’alignement des creux et saillances mis en œuvre sur l’écrou soit différent de celui mis en œuvre sur la vis. Il est toutefois préférable qu’il soit le même sur la vis et sur l’écrou.
Il est également possible que des creux et saillances soient mis en œuvre seulement sur l’écrou ou la vis mais cela n’est pas préféré.
Les motifs de ces saillances et creux doivent préférentiellement être réguliers le long du profil hélicoïdal pour éviter des discontinuités dans la transmission de mouvement.
Les profils des creux et des saillances sur une hélice peuvent être différents en termes de géométrie (forme et dimensions). Dans les modes de réalisation décrits, les creux et saillances ont des sections essentiellement rectangulaires à titre illustratif. Leurs sections pourraient toutefois être différentes, par exemple trapézoïdales, avec bord arrondis…. Sur une hélice, la forme et/ou dimensions des saillances pourront être différents de celles des creux. Les formes et/ou dimensions des creux et saillances de la vis pourront être différentes de celles des creux et saillances de l’écrou.
Ces creux et saillances sont possibles et relativement simples à mettre en œuvre car les hélices sont en matériaux magnétiques (acier par exemple) et peuvent être usinés.
Ces encoches au niveau de l’écrou et de la vis permettent de faire varier la reluctance du circuit magnétique d’une part entre l’hélice nord de la vis et l’hélice sud de l’écrou et d’autre part entre l’hélice sud de la vis et l’hélice nord de l’écrou le long du profil hélicoïdal de la vis et de l’écrou. Ces encoches peuvent réduire la valeur moyenne du champ magnétique dans l’entrefer entre la vis et l’écrou par rapport à un dispositif sans encoches, mais elles permettent d’augmenter l’effet d’accrochage et ainsi la transmission des efforts entre l’écrou 1 et la vis 2 pour un volume donné.
Les premier et deuxième modes de réalisation sont combinables entre eux. Ainsi, une vis peut comprendre des aimants ortho-radiaux et l’écrou peut comprendre des aimants radiaux ou inversement.
En prenant une direction radiale, l’intérieur est orienté vers la vis alors que l’extérieur est orienté vers l’écrou.
Les moyens d’assemblage pour relier les différents composants entre eux seront choisis de sorte à éviter ou limiter les entrefers lorsqu’ils ne seront pas souhaités.
6.6. Exemples d’applications
Une des applications de l’invention consiste en une machine électrique pouvant fonctionner soit en moteur linéaire (conversion d’une énergie électrique en une énergie mécanique caractérisée par un mouvement linéaire), soit en génératrice (conversion d’une énergie mécanique caractérisée par un mouvement linéaire en une énergie électrique).
L’invention peut par exemple s’utiliser dans les domaines de la robotique, des machines-outils dont les presses industrielles, et la production d’électricité à partir notamment de la valorisation de l’énergie houlomotrice.
On présente en relation avec les figures 40 à 43 un exemple d’application. Le principe décrit en relation avec ces figures, bien que concernant le deuxième mode de réalisation, peut indifféremment être mis en œuvre dans l’un quelconque des modes de réalisations décrits ainsi que leurs variantes.
Dans cet exemple, les aimants de l’écrou constituent les aimants du rotor d’une machine électrique tournante. Il peut par exemple s’agir d’un moteur pas à pas, d’un moteur à reluctance variable, d’un moteur synchrone ou autre.
Plus précisément, le carter 20 loge le stator 50 d’une machine électrique.
Le carter 20 permet notamment la liaison mécanique entre le stator 50 et le reste de la machine électrique (non représenté), un tel carter est couramment rencontré dans les machines électriques.
Le stator 50 comprend des encoches 51 dans lequel un bobinage est présent. Le bobinage n’est pas représenté. Le stator 50 est un stator classique de machine électrique tournante, par exemple celui d’un moteur dit « brushless » en langue anglaise.
Sur les figures, le stator possède vingt-quatre encoches 51 mais ce nombre n’est pas restrictif à l’application de l’invention. Il peut varier notamment en fonction des caractéristiques recherchées de la machine électrique, du nombre de phases et du nombre de pôles.
Le stator 50 pourra par exemple être composé de tôles magnétiques empilées telles que celles couramment rencontrées dans les machines électriques tournantes ou de poudre magnétique (par exemple : SMC, Soft Magnetic Composites). D’autres matériaux adaptés pourraient toutefois être utilisés. Il pourrait également encore s’agir d’un stator de machine de type dite « ironless » en langue anglaise. De manière générale, le stator 50 pourra être d’un type quelconque.
L’écrou 2 assure le rôle de rotor interagissant avec le stator 50.
Un entrefer 53 est ménagé entre la face des aimants 21 tournée vers le stator et les bobines du stator.
Le flux magnétique du pôle nord d’un aimant 21 aimant traverse l’entrefer 53 pour passer dans le stator 50 et se reboucler avec le pôle sud de l’aimant 21 suivant. Dans la configuration selon le deuxième mode de réalisation, ce flux magnétique passe dans le carter 20 mais n’est finalement n’est pas exploité, tandis que dans l’application décrite ici, ce flux magnétique est exploité en traversant le stator 50.
Le flux des aimants 21 passe par le stator 50 comme décrit ci-avant, puis passe par les plots magnétiques 22, 23, puis à travers les hélices 24, 25 (qui sont donc magnétisées) pour se reboucler avec les aimants 11 de la vis 1.
En mode moteur, la conversion d’énergie électrique entre les courants du bobinage porté par le stator et les champs magnétiques des aimants 21 permet la rotation de l’écrou 2. Ainsi, les hélices 24, 25 sont animées d’un mouvement de rotation.
En mode moteur, les aimants 21 agissent avec le bobinage du stator pour entraîner en rotation l’écrou portant les hélices nord 24 et sud 25. L’hélice de polarité sud 25 de l’écrou peut interagir avec l’hélice 14 de polarité nord de la vis. En même temps, l’hélice de polarité nord 24 de l’écrou peut interagir avec l’hélice 15 de polarité sud de la vis. De fait, la vis 1 suit un mouvement linéaire. Ainsi, il y a conversion d’une énergie électrique fournie au stator en énergie mécanique caractérisée par un mouvement linéaire à la vis 1.
En mode génératrice, la vis 1 qui suit un mouvement linéaire, entraîne en rotation l’écrou 2. Les aimants 21 de l’écrou 2 en rotation, créent un champ magnétique tournant dans le stator 50. Il y a donc une génération de tension électrique au niveau du bobinage porté par le stator. Ainsi, il y a conversion d’une énergie mécanique caractérisée par un mouvement linéaire de la vis en une énergie électrique.
L’avantage de cette structure est d’obtenir une machine électrique compacte, un moteur à mouvement linéaire à partir d’une structure classique de machine électrique rotative, et une génératrice électrique produisant de l’énergie électrique à partir d’un mouvement linéaire.
Un système selon l’invention peut être mis en œuvre dans d’autres applications, notamment les suivantes.
En mode générateur :
  • un mouvement linéaire de la vis peut engendrer un mouvement rotatif de l’écrou pour entraîner en rotation le rotor d’un générateur de courant électrique ; l’entraînement d’un rotor d’un générateur par l’écrou peut être direct comme dans l’application précédente ou si l’écrou coopère avec le rotor creux d’un générateur, ou indirect au moyen d’éléments de transmission (chaine, courroie, pignons …) ;
  • un mouvement linéaire de l’écrou peut engendrer un mouvement rotatif de la vis pour entrainer en rotation un rotor d’un générateur de courant électrique ; l’entrainement d’un rotor d’un générateur par la vis peut être direct si la vis est l’arbre du rotor du générateur ou coopère avec le rotor creux d’un générateur, ou indirect au moyen d’éléments de transmission (chaine, pignons, courroie…) .
L’invention concerne en ce sens un dispositif de génération de courant électrique.
En mode moteur :
  • un mouvement rotatif de la vis généré par un moteur peut engendrer un mouvement de translation de l’écrou ;
  • un mouvement rotatif de l’écrou généré par un moteur peut engendrer un mouvement de translation de la vis.
L’invention concerne en ce sens un dispositif de génération de mouvement linéaire, encore appelé moteur linéaire.
6.7. Variante à vis à pas variable
On présente en relation avec les figures 44 à 46 une variante d’un système vis-écrou magnétiques dont la vis a un pas variable.
Certains systèmes mécaniques permettent de générer un effort de poussée, comme par exemple les presses industrielles.
Afin d’optimiser les opérations de mise en forme au moyen d’un tel système, comme par exemple le formage de pièces, il peut être requis que l’arbre du vérin transmettant la poussée soit animé lors de sa course par une phase d’approche puis, par une phase de travail.
Au cours de la phase d’approche, la vitesse du vérin peut être plus rapide qu’au cours de la phase de travail, et l’effort développé lors de la phase d’approche peut être plus faible au regard des efforts nécessaires lors la phase de travail. Ce principe est illustré à la figure 44 qui illustre la variation de la vitesse du vérin et des efforts déployés par celui-ci au cours d’une opération de pressage.
Dans le domaine des presses utilisant des vérins hydrauliques, ce déplacement en deux phases nécessite la mise en œuvre de deux vérins, i.e. un petit vérin rapide pour la phase d’approche et un vérin plus lent mais développant des efforts plus importants pour la phase de travail.
Dans le domaine des presses utilisant des moteurs électriques rotatifs équipés de vis-écrou mécaniques, le déplacement en deux phases est obtenu en modulant à cet effet la vitesse du moteur électrique. Dans ce cas, les caractéristiques (mécaniques, lubrification) de la vis-écrou doivent donc être prévues sur toute leur longueur.
Dans ces cas, les systèmes sont compliqués et chers.
La variante discutée ci-après propose une solution pour permettre de faire varier la vitesse d’une vis et les efforts transmis par celle-ci sans modification de la vitesse de l’écrou ou de la vis selon que l’écrou ou la vis soit menant.
Cette variante est applicable à l’une ou l’autre des variantes de vis-écrou magnétiques selon l’invention. Elle peut également être mis en œuvre dans le cadre d’une vis-écrou magnétiques quelconque de l’art antérieur comme par exemple celles décrites dans le paragraphe dévolu à l’art antérieur. De manière générale, cette variante s’applique à tout type de système de vis-écrou magnétiques comprenant une vis et un écrou aptes à interagir magnétiquement entre eux.
La figure 45 illustre de manière schématique un système de vis-écrou magnétiques dont la vis est à pas variable.
Un tel système comprend :
  • un écrou 441 apte à tourner ou à translater autour d’un axe ;
  • une vis 440 apte à interagir magnétiquement avec l’écrou 441 et à translater ou à tourner à l’intérieur de l’écrou 441 selon l’axe.
L’écrou présente un pas constant tout le long de sa longueur. La vis présente un pas variable sur sa longueur.
Dans cette configuration, la vis présente deux portions, à savoir une portion P1 et une portion P2. Le pas des hélices de la portion P1 est plus petit que celui des hélices de la portion P2. La portion P1 de la vis comporte la quantité adéquate d’aimants pour transmettre les efforts souhaités. Le pas de la portion P1 correspond au pas de l’écrou.
La portion P2 comporte :
  • un pas d’hélice plus grand et différent du pas de la partie P1 et donc de l’écrou. ;
  • pas ou moins d’aimants que la partie P1 (le coût de fabrication est donc moins élevé).
Pour une vitesse de rotation donnée de l’écrou, la vis se translate à une vitesse plus rapide en générant des efforts plus faibles sur la portion P2 et à une vitesse plus lente en générant des efforts plus importants sur la portion P1.
Alternativement, pour une vitesse de translation donnée de la vis, l’écrou tourne plus vite sur la portion P2 en transmettant moins de couple et tourne moins vite sur la portion P1 en transmettant plus de couple.
Cette variante de l’invention permet donc de générer un système pouvant fonctionner avec une vitesse d’approche rapide et une vitesse de travail plus lente en sortie pour une vitesse donnée de l’élément menant (écrou ou vis). D’autres configurations avec plus de deux portions et/ou une répartition différente des portions sont possibles.
La coopération magnétique entre la vis et l’écrou sur la portion P2 est certes dégradée par rapport à la coopération magnétique de la vis et l’écrou sur la portion P1. Ceci n’est pas gênant car il n’y a pas de blocage contrairement à une vis-écrou mécanique où un changement significatif de pas provoque un coincement.
Le fait qu’il n’y ait pas d’aimants ou moins d’aimants sur la portion P2 n’est pas gênant pour la transmission des efforts car la valeur de ces derniers est plus faible et d’importance moindre, la vitesse étant privilégiée sur cette portion P2 contrairement à la portion P1 sur laquelle les efforts à transmettre sont privilégiés à la vitesse. Lorsque l’écrou est le rotor d’une machine électrique tournante -comme représenté en figure 40-, le flux magnétique traversant le stator de la machine électrique est moindre au niveau de la portion P2 et créé donc un défluxage de la machine. Ainsi, les caractéristiques intrinsèques de la machine (flux d’excitation diminué) sont modifiées et son rotor peut donc tourner plus vite pour une même tension d’alimentation du stator.
La figure 46 illustre une vue en perspective d’un exemple d’hélice 442 de vis à pas variable. Sur cette figure, la portion P1 de pas plus petit est plus longue que celle de la portion P2 de pas plus grand. La situation contraire sur les longueurs pourrait être possible. De la même façon, les portions P1 et P2 pourraient être de même longueur.
La vis pourrait comprendre sur sa longueur plus de deux portions consécutives de pas différents, des portions non consécutives pouvant avoir des pas égaux. La vis pourra par exemple comprendre trois portions consécutives numérotées 1, 2 et 3, la portion n°1 et n°3 pouvant avoir un pas identique mais la portion n°2 avoir un pas différent.

Claims (26)

  1. Système de vis-écrous magnétiques comprenant :
    • un écrou apte à tourner ou à translater autour d’un axe ;
    • une vis apte à interagir magnétiquement avec ledit écrou et à translater ou à tourner à l’intérieur dudit écrou selon ledit axe, un entrefer étant ménagé entre ladite vis et ledit écrou ;
    ledit écrou portant deux hélices réalisées en matériau magnétique s’étendant parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour dudit axe, ledit écrou portant au moins un aimant, placé à la périphérie extérieure desdites hélices, le pôle nord dudit aimant étant relié à l’une desdites hélices et son pôle sud étant relié à l’autre desdites hélices de manière telle que lesdites hélices sont respectivement polarisées nord et sud ;
    ladite vis portant deux hélices réalisées en matériau magnétique s’étendant parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour dudit axe, ladite vis portant au moins un aimant, placé à la périphérie intérieure desdites hélices, le pôle nord dudit aimant étant relié à l’une desdites hélices et son pôle sud est relié à l’autre desdites hélices de manière telle que lesdites hélices sont respectivement polarisées nord et sud ;
    le pas desdites hélices dudit écrou étant essentiellement égal au pas desdites hélices de ladite vis.
  2. Système selon la revendication 1 dans lequel ledit écrou et ladite vis comprennent une pluralité d’aimants en nombre pair, les polarités des aimants successifs étant inversées.
  3. Système selon la revendication 2 dans lequel lesdits aimants sont répartis essentiellement uniformément autour dudit axe.
  4. Système selon la revendication 2 ou 3 dans lequel les nombres d’aimants de ladite vis et dudit écrou sont égaux.
  5. Système selon la revendication 2 ou 3 dans lequel les nombres d’aimants de ladite vis et dudit écrou sont différents.
  6. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel ladite vis et/ou ledit écrou comprend des plots en matériau magnétique de polarité nord et des plots en matériau magnétique de polarité sud, chaque plot de polarité nord étant en contact avec l’extrémité de polarité nord d’au moins un desdits aimants et avec l’hélice de polarité nord correspondante, et chaque plot de polarité sud étant en contact avec l’extrémité de polarité sud d’au moins un desdits aimants et avec l’hélice de polarité sud correspondante.
  7. Système selon la revendication 6 dans lequel chaque plot est en contact avec chaque enroulement de l’hélice correspondante.
  8. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel lesdits aimants de ladite vis et/ou dudit écrou sont à aimantation ortho-radiale.
  9. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel lesdits aimants de ladite vis et/ou dudit écrou sont à aimantation radiale.
  10. Système selon les revendications 6 ou 7 et 8 dans lequel chaque plot de polarité nord est au contact des pôles nord de deux aimants consécutifs et des enroulements de l’hélice de polarité nord correspondante, et chaque plot de polarité sud est au contact des pôles sud de deux aimants consécutifs et des enroulements de l’hélice de polarité sud correspondante.
  11. Système selon les revendications 6 ou 7 et 9 dans lequel chaque plot de polarité nord est au contact du pôle nord d’un aimant et des enroulements de l’hélice de polarité nord correspondante, et chaque plot de polarité sud est au contact du pôle sud d’aimant et des enroulements de l’hélice de polarité sud correspondante.
  12. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 dans lequel un entrefer est ménagé entre les composants contigus de polarité différente dudit écrou et de ladite vis.
  13. Système selon la revendication 6 seule ou en combinaison avec l’une quelconque des revendications 7 à 12 dans lequel chaque hélice et/ou chaque plot comprend des évidements conformés respectivement au niveau des plots et/ou des enroulements correspondants de polarité différente pour délimiter au moins en partie lesdits entrefers.
  14. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 13 dans lequel la surface des hélices dudit écrou orientée vers ladite vis présente une alternance de creux et de saillances en direction de ladite vis.
  15. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 14 dans lequel la surface des hélices de ladite vis orientée vers ledit écrou présente une alternance de creux et de saillances en direction dudit écrou.
  16. Système selon la revendication 14 ou 15 dans lequel les creux et saillances des hélices de polarité nord dudit écrou et/ou de ladite vis sont décalés angulairement selon ledit axe de ceux des hélices de polarité sud dudit écrou et/ou de ladite vis.
  17. Système selon la revendication 16 dans lequel les creux et saillances des hélices de polarité nord dudit écrou et/ou de ladite vis sont décalés angulairement selon ledit axe de ceux des hélices de polarité sud dudit écrou et/ou de ladite vis de telle sorte que les saillances de polarité nord et les creux de polarité sud sont alignés selon ledit axe alors que les saillances de polarité sud et les creux de polarité nord sont alignés selon ledit axe.
  18. Système selon la revendication 14 ou 15 dans lequel les creux et saillances des hélices de polarité nord dudit écrou et/ou de ladite vis sont alignés selon ledit axe avec ceux des hélices de polarité sud dudit écrou et/ou de ladite vis de telle sorte que les saillances de polarité nord et les saillances de polarité sud sont alignés selon ledit axe alors que les creux de polarité sud et les creux de polarité nord sont alignés selon ledit axe.
  19. Système selon la revendication 6 seule ou en combinaison avec l’une quelconque des revendications 7 à 18 dans lequel la longueur des plots selon ledit axe est supérieure ou égale à celle desdits aimants selon ledit axe.
  20. Système selon la revendication 6 seule ou en combinaison avec l’une quelconque des revendications 7 à 19 dans lequel les extrémités opposées de chaque plot se situent respectivement essentiellement dans le plan des extrémités des enroulements d’extrémité des hélices dudit écrou et/ou de ladite vis.
  21. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 20 dans lequel lesdites hélices sont monobloc ou constituées de plusieurs portions d’hélice.
  22. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 21 dans lequel le pas des hélices de ladite vis n’est pas constant sur toute sa longueur.
  23. Système selon la revendication 22 dans lequel les hélices de ladite vis comprennent au moins deux portions de pas différents.
  24. Dispositif de génération de courant électrique comprenant un générateur électrique muni d’un rotor et d’un stator, et un système selon l’une quelconque des revendications 1 à 23, dans lequel ledit écrou ou ladite vis est lié audit rotor, une translation dudit écrou ou de ladite vis induisant une rotation dudit rotor et une génération de courant électrique par ledit générateur.
  25. Dispositif de génération d’un déplacement linéaire comprenant un moteur électrique muni d’un stator et d’un rotor, et un système selon l’une quelconque des revendications 1 à 23, dans lequel ledit écrou ou ladite vis est lié audit rotor, une rotation de ladite vis ou dudit écrou au moyen dudit moteur engendrant un déplacement linéaire dudit écrou ou de ladite vis.
  26. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 24 ou 25 dans lequel les aimants dudit écrou constituent les aimants dudit rotor.
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