WO2022229185A1 - Motor with creation of angular momentum - Google Patents

Motor with creation of angular momentum Download PDF

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WO2022229185A1
WO2022229185A1 PCT/EP2022/061053 EP2022061053W WO2022229185A1 WO 2022229185 A1 WO2022229185 A1 WO 2022229185A1 EP 2022061053 W EP2022061053 W EP 2022061053W WO 2022229185 A1 WO2022229185 A1 WO 2022229185A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
rotation
coupling
rockers
axis
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/061053
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French (fr)
Inventor
Marc MEDALE
Jean-Paul Domen
Original Assignee
Université D'aix Marseille
Centre National De La Recherche Scientifique
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Filing date
Publication date
Application filed by Université D'aix Marseille, Centre National De La Recherche Scientifique filed Critical Université D'aix Marseille
Publication of WO2022229185A1 publication Critical patent/WO2022229185A1/en

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • B64G1/409Unconventional spacecraft propulsion systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/28Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using inertia or gyro effect

Definitions

  • the present invention relates to motors, in particular for equipping and orienting a satellite.
  • the invention relates in particular to an engine and to a method of operating such an engine.
  • the invention also relates to a satellite orientation system comprising a motor according to the invention.
  • all motors rotating a mobile around an axis comprise a stator, or a frame, exerting a torque on a rotor integral with a rotating axis on which a load, a pump, an airplane, ship or airship propeller is adjusted, or even the input pinion of a gearbox or the shaft of a power unit generator.
  • the orientation maneuvers of the satellites are indeed carried out, in a known manner, using rocket engines which eject gas outside the satellite along two parallel axes located on either side of the center of gravity of this satellite and in opposite directions.
  • This operation implies a lifetime of the satellite limited by the quantity of gas carried away.
  • this gas is stored in a reservoir which constitutes a much greater mass than that of the gas which it contains.
  • Application DE 10161830 describes an energy conversion method and device using the gravitational and magnetic fields of the earth to move several weights of equal mass around a circular path.
  • US Patent 6,345,789 presents a method and apparatus for providing propulsive force to a dynamic body without having to interact with an external mass. This method is based on an internal exchange of kinetic energy working in concert with the influence of an auxiliary force such as gravity.
  • the present invention aims to meet this need and achieves this, in whole or in part, thanks to a motor, intended in particular to equip and orient a satellite, comprising: a rotor rotating around an axis of rotation, at least two articulated balances around a shaft fixed to the rotor and extending along an axis distinct from the axis of rotation of the rotor, said at least two rockers being rotatable around the shaft, at least one transfer system comprising at least one element fixed to the rotor and being configured to slow down each of said pendulums when during its rotation around the axis of the shaft it passes through said at least one element fixed to the rotor, so that the force which slows down each of said pendulums generates by reaction an opposing force whose moment around the axis of rotation accelerates the rotor, and a pendulum coupling and separation system configured such that said at least two pendulums are positioned with respect to each other according to at least two coupling configurations and a transit configuration in which at least
  • said at least two pendulums see their speed of rotation increase in the direction of rotation of the rotor, as they move away from the axis of said rotor, this increase corresponds to a angular momentum created;
  • the first of said at least two balance wheels is propelled in the direction of rotation of the rotor by a calibrated separation pulse, the following one or more of said at least two balance wheels being propelled by reaction in the direction of rotation opposite to the direction of rotation of the rotor and at a rotational speed value lower than that of the first balance wheel, so that the angular momentum transferred by said calibrated separation pulse, to the first of said at least two balance wheels alone is at least equal to kinetic moment created during the coupling of said at least two balance wheels preceding the transit configuration and materialized by the increase in the speed of rotation of said at least two balance wheels in the coupling configuration and
  • balance articulated around a shaft we mean a mechanical part articulated around a shaft, not passing through its center of mass.
  • calibrated separation pulse it should be understood that, in the transit configuration, said first of said balance wheels is propelled in the direction of rotation of the rotor at a sufficiently high speed to enable it on the one hand to cross said at least one element fixed to the rotor of said at least one transfer system, and, on the other hand, to reach the coupling of said at least two pendulums after the transit configuration, and that this speed is low enough for this coupling to take place without bouncing.
  • the first of said at least two pendulums is defined by its position at the head of the hitch.
  • the first pendulum When the first pendulum is propelled by the calibrated separation impulse, it has acquired an angular momentum at least equal to that created by the pendular fall of the coupled pendulums then it crosses the transfer system, which generates the transfer of a part of the kinetic moment acquired by said front balance beam towards the rotor. And finally it joins the other pendulum(s) to tackle it in last position, which will allow the following sequence to unfold identically.
  • the motor according to the invention it is in particular possible to use the motor according to the invention to equip and orient a satellite, without resorting to gas jets.
  • the engine according to the invention thus makes it possible to dispense with this gas and the mass of the tank containing it, without imposing a limit on the lifetime of the satellite.
  • Said at least two pendulums must be at least partially coplanar.
  • said at least two pendulums cannot intersect or overlap, thus mutually limiting the amplitude of their relative movement between two coupling positions.
  • the coupling and separation system must be designed such that the n balancers are positioned relative to each other according to n possible coupling configurations and the configurations of transit correspond to the transition from one coupling configuration to the next.
  • Said at least two balance wheels in particular when the engine comprises two balance wheels, can each comprise a flywheel centered on the axis of the shaft.
  • Said at least one transfer system may comprise at least one conductive and non-magnetic element of elongated shape fixed to the rotor, in particular a rail, and at least one slowing down magnet fixed to each balance.
  • Each slowing magnet is configured to produce eddy currents traversing said at least one conductive element when said slowing magnet passes through said at least one conductive element.
  • Said at least one conductive element is, imperatively, devoid of ferromagnetic material.
  • Said at least one conductive element can form an area comprised between a circle with a smaller radius and a circle with a larger radius than the arc of a circle traversed by the centers of said slowing down magnets around the axis of the shaft.
  • Said at least one conductive element may have a U-shaped section.
  • each slowing down magnet is positioned to cross said at least one rail between the two bars of the U, and oriented to maximize the eddy currents that its passage induces.
  • a detection sensor may be able to identify the position of said first balance wheel and to trigger the calibrated separation pulse, sent into the coupling and separation system, of said at least two balance wheels.
  • Said detection sensor can be optical, magnetic, capacitive and/or mechanical.
  • Each pendulum can comprise a magnet and a coil configured to couple with the magnet of another pendulum, among the pendulum(s) which are contiguous to it, when said at least two pendulums are in one of said at least two configurations of coupling.
  • the calibrated separation pulse can be obtained by a short electric current pulse in the coil integral with a pendulum producing a magnetic field opposite to the magnetic field of the magnet integral with the pendulum to which it is coupled.
  • the coupling and separation system may comprise, for each rocker arm, an element configured to trigger the calibrated separation pulse, for example with a mechanical, hydraulic, electrical and/or pneumatic pulse.
  • said control system can be fixed on the rotor.
  • the control system can calibrate the separation pulse as a function of various parameters, for example as a function of the speed of rotation of the rotor, of the speed of said at least two balance wheels, of the inertia of said at least two balance wheels, of the number pendulums and/or centrifugal acceleration on the axis of the shaft.
  • the rotor can be integral with the rotor of an auxiliary electric motor, in particular reversible, that is to say usable as a starter and as an electric generator.
  • Said auxiliary electric motor can be configured to supply a starting torque to the rotor, and to supply a resistive torque during nominal operation of the motor, in order to maintain it at constant speed and to transmit, in doing so, the angular moment created to the object on which its stator is fixed.
  • the torque supplied by the motor varying in proportion to the fifth power of its dimensions and to the square of its rotational speed of the rotor, the rotational speed of the rotor can be adapted to the dimensions chosen according to the torque required.
  • the calibrated separation pulse transfers to the first of said at least two pendulums at least the angular momentum created during step a) by the complete coupling.
  • Step d) once coupled with the next balancer(s), the first balancer loses its “first” quality, which is instantly transferred to the old second balancer in the previous configuration.
  • Step a) describes the pendular fall of said at least two balance wheels, in which the speed of rotation of said at least two balance wheels is increasing.
  • step b) When said at least one transfer system comprises at least one conductive and non-magnetic element of elongated shape fixed to the rotor, in particular a rail, and at least one slowing down magnet fixed to each balance, step b) must be carried out at a predefined angular position in which the deceleration magnet of said first balance wheel is close to said at least one conductive and non-magnetic element.
  • Step b) can only be performed when the detection sensor of the coupling and separation system identifies the position of said first balance wheel, regardless of the detection mode used.
  • Steps a) to d) are repeated throughout the nominal operation of the motor.
  • each balance wheel is alternately the first balance wheel from one repetition to the other of steps a) to d).
  • Another subject of the invention is a satellite orientation system comprising at least one motor according to the invention.
  • the stator of the latter is fixed to the satellite, possibly by means of a gimbal assembly in order to be able to orient the angular momentum vector created and then transferred to the satellite in any direction.
  • Figure 1 schematically shows, in top view, an example of a motor according to the invention
  • FIG 2 is a block diagram of an example of a method according to the invention
  • Figure 3 is a view similar to Figure 1 of an example of a motor according to the invention in a coupling configuration
  • Figure 4 is a view similar to Figure 1 of an example of an engine according to the invention in a transit configuration just after separation, before the passage of the first rocker in said at least one element fixed on the rotor of said at least one transfer system,
  • Figure 5 is a view similar to Figure 1 of an example of a motor according to the invention in a transit configuration after the passage of the first rocker arm in said at least one element fixed to the rotor of said at least one transfer system,
  • Figure 6 is a view similar to Figure 1 of an example of an engine according to the invention in a transit configuration just before the coupling of said rockers,
  • Figure 7 shows, schematically, in cross section, a motor variant according to the invention
  • Figure 8 shows, schematically, in perspective, another engine variant according to the invention.
  • Figure 9 illustrates, schematically, in top view, another device variant according to the invention in a coupling configuration
  • Figure 10 is a view similar to Figure 10 of an engine according to the invention in a transit configuration
  • FIG 11 schematically represents a satellite orientation system according to the invention.
  • the motor 1 comprises a rotor 10 rotating around an axis O of rotation.
  • the rotor 10 is, in this example, of circular shape with a diameter of 30 cm.
  • rotor 10 rotates at a speed W, equal in this example to 60 rpm.
  • the motor 1 comprises, in the example described, two rockers 20 articulated around a shaft 15 fixed to the rotor 10 and extending along an axis A parallel to the axis O of rotation of the rotor 10.
  • the two rockers 20 are mobile in rotation around the axis A.
  • the axis A is located at a non-zero distance R from the axis O of rotation of the rotor 10, in this example at a distance R of 50 mm.
  • the pendulums 20 are circular sectors of 45° coplanar.
  • the motor 1 also comprises a transfer system 30 comprising an element 40 fixed to the rotor 10, in this example an elongated, conductive and non-magnetic aluminum rail 41 with a U-shaped section.
  • the transfer system 30 also comprises, fixed to each balance 20, a deceleration magnet 23.
  • the deceleration magnets 23 are placed in the front corner 25 of each balance 20, relative to the direction of rotation of the rotor 10.
  • the rail 41 forms an area comprised between a circle with a smaller radius and a circle with a larger radius than the arc of a circle traversed by the centers of said slowing down magnets 23 around the axis A of the shaft. 15, so that said magnets 23 are entirely inside the zone defined by the rail 41 when they pass through said zone.
  • the rail 41 is fixed at a point of the rotor 10 located at a maximum distance from the axis O of rotation of the rotor 10.
  • Each slowing down magnet 23 is configured to produce eddy currents traversing the rail 41 when said magnet 23 is moving in the U-shaped section of the rail 4L
  • the transfer system 30 is configured to slow down each of the pendulums 20 when it is rotating around the axis A of the shaft 15 and when the slowing down magnet 23 crosses the rail 41, so that the force which slows down the pendulums 20 generate by reaction an opposite force which accelerates the rotor 10.
  • the engine 1 also includes a coupling and separation system 35 for the rocker arms 20 configured such that the two rocker arms 20 are positioned, in this example, relative to each other according to two coupling configurations and a transit configuration in which the two rockers 20 are separated from each other and moving from one coupling configuration to the other.
  • the rotor 10 and the pendulums 20 in the coupled configuration rotate in the same direction.
  • Figure 1 illustrates a first coupling configuration for rockers 20a and 20b and Figure 6 a second coupling configuration in which the position of rockers 20a and 20b is reversed.
  • Figure 5 illustrates a transit configuration.
  • the coupling and separation system 35 comprises on each balance 20 a magnet 22 and a coil 21.
  • the coil 21 of a balance 20 is configured to couple with the magnet 22 of the adjacent balance when the Rockers 20 are in a mating configuration and to repel magnet 22 upon separation.
  • the two pendulums 20 have the same speed and are accelerating in the direction of rotation of the rotor 10, under the action of the centrifugal acceleration due to its speed W of rotation.
  • the speed of rotation acquired by the two pendulums 20 due to their pendular fall between their coupling and their separation corresponds to an angular momentum created around the axis A.
  • the first of the two balances 20, in the example of FIG. 1 the balance 20a is propelled by a calibrated separation pulse in the direction of rotation of the rotor 10.
  • the balance 20b is therefore propelled by reaction in the direction of rotation opposite to the direction of rotation of the rotor 10 and at a rotational speed value lower than that of the first balance, so that the angular momentum transferred by said separation pulse calibrated to the first of the two rockers 20 alone is at least equal to the angular momentum created by the acceleration of the two rockers 20 during their movement in one of the coupling configurations.
  • the coupling and separation system 35 is configured to propel the first pendulum towards the rail 41 of the transfer system 30 by transferring to it an angular moment greater than that which the pendular fall of the two pendulums 20 in the configuration of mating has created.
  • said first balance wheel can go up to the next coupling after having transferred to the rotor 10, during its passage through the transfer system 30. It is the angular moment created by said previous pendular fall which produces a motor torque driving the rotor 10 in rotation.
  • a detection sensor 11 is fixed to the rotor 10. This sensor is intended to identify the position of said first balance wheel at which the calibrated separation pulse will intervene, in this case to identify the passage of a magnet of slowdown 23.
  • the detection sensor 11 is therefore, in this example, magnetic.
  • control system 38 can measure, using an accelerometer not shown in this figure, the centrifugal acceleration that prevails at the place where this accelerometer is placed, and, once this acceleration has been measured, calculate the centrifugal acceleration on the shaft axis 15.
  • control system 38 calibrates the separation pulse as a function of various parameters, including the speed W of rotation of the rotor 10, the speed of the pendulums 20, the inertia and the unbalance of the pendulums 20, and the centrifugal acceleration near the shaft 15.
  • Motor 1 shown in Figure 1 operates by implementing the method shown in Figure 2.
  • the two balances 20 are coupled together in one of the two coupling configurations using said coupling system and separation 35. They are rotating at the same rotational speed w relative to the rotor 10 around the axis A of the shaft 15 throughout the time that they are coupled. Under the action of the centrifugal acceleration which prevails when the rotor 10 is rotating, this speed co increases and this increase in speed corresponds to a creation of angular momentum.
  • the coupling and separation system 35 propels the first of the two rockers 20, in this example the rocker arm 20a, in the direction of rotation of the rotor 10 by a calibrated separation pulse.
  • This calibrated separation pulse launches the two balance wheels 20 into the transit configuration.
  • this calibrated separation pulse is triggered when the detection sensor 11 locates the slowing down magnet 23 of the balance 20a.
  • the separation pulse is produced by an electric current pulse in the coil 21 of the first balance, that is to say the balance 20a.
  • the next balance wheel in this example the balance wheel 20b, is propelled in the direction of rotation opposite to the direction of rotation of the rotor 10.
  • the value of the rotation speed coi of the first balance wheel is greater in modulus than the value of the rotation speed C02 of the following balance wheel(s).
  • the calibrated separation pulse makes it possible, in this example, to transfer to the first pendulum an angular momentum greater than the angular momentum created during the descent of the coupled pendulums.
  • the angular momentum of the first pendulum is thus greater than that created in step a.
  • step c the first balance, in this example the balance 20a, was slowed down by the transfer system 30 when the deceleration magnet 23 of the first balance crossed the rail 4L
  • the value of the speed coi of the first balance, after it has passed through the rail 41, is sufficient to allow it to join the second balance and couple there without rebound.
  • the two rockers 20 meet and couple through the coupling and separation system 35, the two rockers 20 thus coupled being again in rotation in the direction of rotation of the rotor 10 and can start again for a stage a.
  • the separation impulse is calibrated to propel the first pendulum with enough angular momentum to cross rail 41, but limited, however, to prevent a rebound during the next coupling.
  • step a the position of the pendulums 20 is reversed with respect to their position in step a.
  • Steps a through d are repeated throughout rated motor operation
  • each pendulum 20 is alternately the first pendulum during the progress of each sequence of steps a to d.
  • FIGS. 7 to 10 Other examples of motor 1 according to the invention have been illustrated in FIGS. 7 to 10.
  • the rotor 10 is integral with the rotor of a reversible auxiliary electric motor 50 (that is to say, which can be used as a generator).
  • Said auxiliary electric motor 50 supplies a starting torque to the rotor 10, the latter supplies it in return with a torque when this auxiliary electric motor 50 is used as a generator during nominal operation of the motor 1.
  • the stator of the auxiliary electric motor 50 used as a generator exerts the same torque on the object to which it is attached, this object possibly being a satellite, and, in doing so, the generator produces an electric current whose power is necessarily lower than that consumed by motor 1.
  • the motor 1 comprises a casing 51 surrounding the auxiliary electric motor 50 and the rotor 10.
  • the rotor 10 has, in this example, the shape of a box closed at its longitudinal ends.
  • Figure 8 illustrates another example of motor 1 according to the invention.
  • the coil 21, the magnet 22 and the deceleration magnet 23 of a single balance 20 have been shown, for reasons of clarity of the drawing.
  • the pendulums 20 are circular sectors of 90°, and the slowing down magnets 23 are carried by a piece in the shape of a racket 24.
  • each rocker arm 20 is articulated around the shaft 15 by a rotary commutator 45 and an angular position sensor 42 for each rocker arm 20 makes it possible to determine when to trigger the separation pulse.
  • the two balances 20 further each comprise a flywheel 60.
  • each pendulum 20 is a circular sector of 45°.
  • the rockers 20 are in a coupling configuration and in Figure 10, the rockers 20 are in a transit configuration.
  • FIG 11 An example of an orientation system 110 of a satellite 100 comprising at least one motor 1 according to the invention, as shown in Figure 7.
  • Each main axis of inertia of the satellite can include such a motor or have the possibility, thanks to a gimbal assembly, of orienting the axis of the motor.
  • the motor may comprise a different number of rockers, for example greater than three rockers.

Abstract

The invention relates to a motor comprising a rotor rotating about an axis of rotation, at least two rockers articulated about a shaft attached to the rotor and centred about an axis separate from the axis of rotation of the rotor, at least one transfer system comprising at least one element attached to the rotor and being configured to slow down each of said rockers when the latter are rotating about the axis of the shaft and pass through said at least one element attached to the rotor, so that the rockers are subjected to a force opposed to their movement and in response exert a force, the momentum of which about the axis of rotation of the rotor accelerates the rotor, and a rocker separation/coupling system configured so that said at least two rockers can couple in at least two coupling configurations and separate for a transit configuration allowing them to pass from one coupling configuration to the next.

Description

Description Description
Titre : Moteur à création de moment cinétique Domaine technique Title: Momentum Creation Engine Technical Field
La présente invention concerne les moteurs, notamment pour équiper et orienter un satellite. L’invention concerne en particulier un moteur et un procédé de fonctionnement d’un tel moteur. L’invention concerne encore un système d’orientation d’un satellite comportant un moteur selon l’invention. The present invention relates to motors, in particular for equipping and orienting a satellite. The invention relates in particular to an engine and to a method of operating such an engine. The invention also relates to a satellite orientation system comprising a motor according to the invention.
Technique antérieure Prior technique
Actuellement, tous les moteurs faisant tourner un mobile autour d’un axe, qu’ils soient électriques, thermiques ou encore pneumatiques, à turbine ou à pistons, comportent un stator, ou un bâti, exerçant un couple sur un rotor solidaire d’un axe en rotation, sur lequel on vient ajuster une charge, une pompe, une hélice d’avion, de navire, ou de ballon dirigeable, ou encore le pignon d’entrée d’une boîte de vitesse ou l’arbre d’un groupe électrogène. Currently, all motors rotating a mobile around an axis, whether electric, thermal or even pneumatic, turbine or piston, comprise a stator, or a frame, exerting a torque on a rotor integral with a rotating axis on which a load, a pump, an airplane, ship or airship propeller is adjusted, or even the input pinion of a gearbox or the shaft of a power unit generator.
Dans de tels moteurs, un couple est exercé sur le stator en réaction au couple exercé sur le rotor. Pour équilibrer ce couple de réaction, il est nécessaire de rendre le stator, ou bâti, solidaire en rotation de la Terre, directement ou par l’intermédiaire du véhicule que le moteur met en mouvement quand c’est le cas, ou, quand ce n’est pas possible, d’apporter une énergie supplémentaire pour contrebalancer ce couple, comme c’est le cas, par exemple, pour un hélicoptère, et de dépenser alors une puissance mécanique non négligeable. La raison de ce type de fonctionnement s’appelle « principe de conservation du moment cinétique ». In such motors, a torque is exerted on the stator in response to the torque exerted on the rotor. To balance this reaction torque, it is necessary to make the stator, or frame, integral in rotation with the Earth, directly or through the intermediary of the vehicle that the engine sets in motion when this is the case, or, when this is not possible, to provide additional energy to counterbalance this torque, as is the case, for example, for a helicopter, and then to expend a not insignificant mechanical power. The reason for this type of operation is called the principle of conservation of angular momentum.
Dans le cas d’un satellite, en suivant ce principe de conservation du moment cinétique, pour mettre en rotation et orienter un satellite autour de son centre de gravité il est nécessaire d’entraîner en rotation un rotor tournant dans le sens opposé au sens de rotation désiré pour le satellite ou bien d’utiliser une propulsion par un jet de gaz, notamment pour désaturer le rotor. In the case of a satellite, following this principle of conservation of angular momentum, to rotate and orient a satellite around its center of gravity it is necessary to rotate a rotor rotating in the opposite direction to the direction of rotation. desired rotation for the satellite or to use propulsion by a jet of gas, in particular to desaturate the rotor.
Les manœuvres d’orientation des satellites sont en effet effectuées, de manière connue, à l’aide de moteurs fusées qui éjectent du gaz en dehors du satellite selon deux axes parallèles situés de part et d’autre du centre de gravité de ce satellite et dans des sens opposés. Ce fonctionnement implique une durée de vie du satellite limitée par la quantité de gaz emporté. En outre, ce gaz est stocké dans un réservoir qui constitue une masse bien plus importante que celle du gaz qu’il contient. The orientation maneuvers of the satellites are indeed carried out, in a known manner, using rocket engines which eject gas outside the satellite along two parallel axes located on either side of the center of gravity of this satellite and in opposite directions. This operation implies a lifetime of the satellite limited by the quantity of gas carried away. In addition, this gas is stored in a reservoir which constitutes a much greater mass than that of the gas which it contains.
Les demandes US 2005/169756 et US 2005/109138 décrivent des dispositifs utilisant l'inertie pour déplacer des objets. Applications US 2005/169756 and US 2005/109138 describe devices using inertia to move objects.
La demande DE 10161830 décrit une méthode et un dispositif de conversion d'énergie utilisant les champs gravitationnels et magnétiques de la terre pour déplacer plusieurs poids de masse égale autour d'une trajectoire circulaire. Application DE 10161830 describes an energy conversion method and device using the gravitational and magnetic fields of the earth to move several weights of equal mass around a circular path.
Le brevet US 6 345 789 présente une méthode et un appareil pour fournir une force de propulsion à un corps dynamique sans avoir à interagir avec une masse externe. Cette méthode est basée sur un échange interne d'énergie cinétique fonctionnant de concert avec l'influence d'une force auxiliaire telle que la gravité. US Patent 6,345,789 presents a method and apparatus for providing propulsive force to a dynamic body without having to interact with an external mass. This method is based on an internal exchange of kinetic energy working in concert with the influence of an auxiliary force such as gravity.
Il existe ainsi un besoin de développer un moteur permettant d’exercer un couple sans utiliser de stator, afin d’éviter le besoin de reprise du couple d’un tel stator et la masse emportée associée. There is thus a need to develop a motor making it possible to exert a torque without using a stator, in order to avoid the need for taking up the torque of such a stator and the associated carried mass.
Il existe également un besoin de développer un moteur permettant de mettre en rotation et d’améliorer la durée de vie d’un satellite, tout en diminuant sa masse. There is also a need to develop an engine to rotate and improve the life of a satellite, while reducing its mass.
Exposé de l’invention Disclosure of Invention
Moteur Engine
La présente invention vise à répondre à ce besoin et y parvient, en tout ou partie, grâce à un moteur, destiné notamment à équiper et orienter un satellite, comportant : un rotor tournant autour d’un axe de rotation, au moins deux balanciers articulés autour d’un arbre fixé au rotor et s’étendant selon un axe distinct de l’axe de rotation du rotor, lesdits au moins deux balanciers étant mobiles en rotation autour de l’arbre, au moins un système de transfert comportant au moins un élément fixé sur le rotor et étant configuré pour ralentir chacun desdits balanciers lorsqu’au cours de sa rotation autour de l’axe de l’arbre il traverse ledit au moins un élément fixé sur le rotor, de sorte que la force qui ralentit chacun desdits balanciers engendre par réaction une force opposée dont le moment autour de l’axe de rotation accélère le rotor, et un système d’accouplement et de séparation des balanciers configuré de telle sorte que lesdits au moins deux balanciers se positionnent les uns par rapport aux autres selon au moins deux configurations d’accouplement et une configuration de transit dans laquelle au moins un balancier est séparé de(s) l’autre(s) et en mouvement d’une configuration d’accouplement vers la suivante. The present invention aims to meet this need and achieves this, in whole or in part, thanks to a motor, intended in particular to equip and orient a satellite, comprising: a rotor rotating around an axis of rotation, at least two articulated balances around a shaft fixed to the rotor and extending along an axis distinct from the axis of rotation of the rotor, said at least two rockers being rotatable around the shaft, at least one transfer system comprising at least one element fixed to the rotor and being configured to slow down each of said pendulums when during its rotation around the axis of the shaft it passes through said at least one element fixed to the rotor, so that the force which slows down each of said pendulums generates by reaction an opposing force whose moment around the axis of rotation accelerates the rotor, and a pendulum coupling and separation system configured such that said at least two pendulums are positioned with respect to each other according to at least two coupling configurations and a transit configuration in which at least one pendulum is separated from (s) the other(s) and moving from one mating configuration to the next.
Ledit système d’accouplement et de séparation est réalisé de telle sorte que : Said coupling and separation system is made in such a way that:
• dans les configurations d’accouplement, lesdits au moins deux balanciers voient leur vitesse de rotation augmenter dans le sens de rotation du rotor, au fur et à mesure qu’ils s’éloignent de l’axe dudit rotor, cette augmentation correspond à un moment cinétique créé; • in the coupling configurations, said at least two pendulums see their speed of rotation increase in the direction of rotation of the rotor, as they move away from the axis of said rotor, this increase corresponds to a angular momentum created;
• dans la configuration de transit, le premier desdits au moins deux balanciers est propulsé dans le sens de rotation du rotor par une impulsion de séparation calibrée, le ou les suivants desdits au moins deux balanciers étant propulsé(s) par réaction dans le sens de rotation opposé au sens de rotation du rotor et à une valeur de vitesse de rotation inférieure à celle du premier balancier, de sorte que le moment cinétique transféré par ladite impulsion de séparation calibrée, au seul premier desdits au moins deux balanciers soit au moins égal au moment cinétique créé pendant l’accouplement desdits au moins deux balanciers précédent la configuration de transit et matérialisé par l’augmentation de la vitesse de rotation desdits au moins deux balanciers dans la configuration d’accouplement et • in the transit configuration, the first of said at least two balance wheels is propelled in the direction of rotation of the rotor by a calibrated separation pulse, the following one or more of said at least two balance wheels being propelled by reaction in the direction of rotation opposite to the direction of rotation of the rotor and at a rotational speed value lower than that of the first balance wheel, so that the angular momentum transferred by said calibrated separation pulse, to the first of said at least two balance wheels alone is at least equal to kinetic moment created during the coupling of said at least two balance wheels preceding the transit configuration and materialized by the increase in the speed of rotation of said at least two balance wheels in the coupling configuration and
• après avoir été propulsé par l’impulsion de séparation calibrée, ledit premier balancier traverse ledit système de transfert, à cette occasion il est ralenti par ledit au moins un système de transfert, et une partie de son moment cinétique est ainsi transférée au rotor ce qui constitue le couple moteur dudit rotor.• after being propelled by the calibrated separation pulse, said first balance wheel passes through said transfer system, on this occasion it is slowed down by said at least one transfer system, and part of its angular momentum is thus transferred to the rotor this which constitutes the driving torque of said rotor.
Par « balancier articulé autour d’un arbre », on entend une pièce mécanique articulée autour d’un arbre, ne passant pas par son centre de masse. By “balance articulated around a shaft”, we mean a mechanical part articulated around a shaft, not passing through its center of mass.
Par « impulsion de séparation calibrée », il faut comprendre que, dans la configuration de transit, ledit premier desdits balanciers est propulsé dans le sens de rotation du rotor à une vitesse suffisamment élevée pour lui permettre d’une part de traverser ledit au moins un élément fixé sur le rotor dudit au moins un système de transfert, et, d’autre part, d’atteindre l’accouplement desdits au moins deux balanciers après la configuration de transit, et que cette vitesse est suffisamment faible pour que cet accouplement se fasse sans rebond. By "calibrated separation pulse", it should be understood that, in the transit configuration, said first of said balance wheels is propelled in the direction of rotation of the rotor at a sufficiently high speed to enable it on the one hand to cross said at least one element fixed to the rotor of said at least one transfer system, and, on the other hand, to reach the coupling of said at least two pendulums after the transit configuration, and that this speed is low enough for this coupling to take place without bouncing.
Une fois défini le sens de rotation de l’attelage, on définit « le premier desdits au moins deux balanciers », par sa position en tête d’attelage. Once the direction of rotation of the hitch has been defined, “the first of said at least two pendulums” is defined by its position at the head of the hitch.
Lorsque le rotor est en rotation autour de son axe, lesdits au moins deux balanciers accouplés voient leur vitesse de rotation autour de l’axe de l'arbre autour duquel ils sont articulés augmenter du fait de leur « chute pendulaire », cette augmentation de leur vitesse de rotation correspond à un moment cinétique créé. When the rotor is rotating around its axis, said at least two coupled balance wheels see their speed of rotation around the axis of the shaft around which they are articulated increase due to their "pendulum fall", this increase in their rotational speed corresponds to an angular moment created.
Lorsque le premier balancier est propulsé par l’impulsion de séparation calibrée, il a acquis un moment cinétique au moins égal à celui créé par la chute pendulaire des balanciers accouplés puis il traverse le système de transfert, ce qui engendre le transfert d’une partie du moment cinétique acquis par ledit balancier avant vers le rotor. Et enfin il rejoint le ou les autres balanciers pour s’y atteler en dernière position, ce qui permettra le déroulement de la séquence suivante à l’identique. When the first pendulum is propelled by the calibrated separation impulse, it has acquired an angular momentum at least equal to that created by the pendular fall of the coupled pendulums then it crosses the transfer system, which generates the transfer of a part of the kinetic moment acquired by said front balance beam towards the rotor. And finally it joins the other pendulum(s) to tackle it in last position, which will allow the following sequence to unfold identically.
Grâce à l’invention, il est donc possible de produire un couple sur un arbre sans prendre appui sur un stator ou un bâti. Thanks to the invention, it is therefore possible to produce a torque on a shaft without resting on a stator or a frame.
Il est en particulier possible d’utiliser le moteur selon l’invention pour équiper et orienter un satellite, sans recourir à des jets de gaz. Le moteur selon l’invention permet ainsi de se passer de ce gaz et de la masse du réservoir le contenant, sans imposer une limite à la durée de vie du satellite. It is in particular possible to use the motor according to the invention to equip and orient a satellite, without resorting to gas jets. The engine according to the invention thus makes it possible to dispense with this gas and the mass of the tank containing it, without imposing a limit on the lifetime of the satellite.
Balanciers Pendulums
Lesdits au moins deux balanciers doivent être au moins partiellement coplanaires. Dans ce cas, lesdits au moins deux balanciers ne peuvent pas se croiser, ni se superposer, limitant ainsi réciproquement l’amplitude de leur mouvement relatif entre deux positions d’accouplement. Said at least two pendulums must be at least partially coplanar. In this case, said at least two pendulums cannot intersect or overlap, thus mutually limiting the amplitude of their relative movement between two coupling positions.
Lesdits au moins deux balanciers peuvent être des secteurs circulaires de même masse, d’angle compris entre 10° et 170°, de préférence compris entre 30° et 90°. Dans ce cas, ils ont une latitude de mouvement égale à 360° moins la somme de la valeur de leurs secteurs angulaires. Lorsque lesdits aux moins deux balanciers sont des secteurs circulaires d’angle d’au moins 120°, le moteur ne comporte que deux balanciers. Lesdits au moins deux balanciers peuvent également avoir d’autres formes, par exemple une forme rectangulaire, circulaire, triangulaire, ou en T, sous réserve qu’il soit possible de définir un secteur angulaire qui les circonscrit. Said at least two pendulums can be circular sectors of the same mass, with an angle between 10° and 170°, preferably between 30° and 90°. In this case, they have a latitude of movement equal to 360° minus the sum of the value of their angular sectors. When said at least two rockers are circular sectors with an angle of at least 120°, the motor has only two rockers. Said at least two pendulums can also have other shapes, for example a rectangular, circular, triangular, or T-shaped shape, provided that it is possible to define an angular sector which circumscribes them.
Dans un mode de réalisation de l’invention, le moteur comporte deux balanciers. Dans ce cas, le système d’accouplement et de séparation est conçu de telle sorte que lesdits au moins deux balanciers se positionnent l’un par rapport à l’autre selon deux configurations d’accouplement et selon une configuration de transit, définie comme le passage d’une configuration d’accouplement à l’autre. In one embodiment of the invention, the engine comprises two balance wheels. In this case, the coupling and separation system is designed such that said at least two balances are positioned relative to each other according to two coupling configurations and according to a transit configuration, defined as the change from one coupling configuration to another.
Lorsque le moteur comporte un nombre n de balanciers, le système d’accouplement et de séparation doit être conçu de telle sorte que les n balanciers se positionnent l’un par rapport à l’autre selon n configurations d’accouplement possibles et les configurations de transit correspondent au passage d’une configuration d’accouplement à la suivante. When the engine comprises a number n of balancers, the coupling and separation system must be designed such that the n balancers are positioned relative to each other according to n possible coupling configurations and the configurations of transit correspond to the transition from one coupling configuration to the next.
Lesdits au moins deux balanciers, en particulier lorsque le moteur comporte deux balanciers, peuvent comporter chacun un volant d’inertie centré sur l’axe de l’arbre. Said at least two balance wheels, in particular when the engine comprises two balance wheels, can each comprise a flywheel centered on the axis of the shaft.
Le moteur peut comporter un capteur de position angulaire pour chaque balancier. The motor may include an angular position sensor for each balance.
Chaque balancier peut être articulé autour de l’arbre par un collecteur tournant, notamment pour permettre une alimentation électrique. Each balance wheel can be articulated around the shaft by a rotating commutator, in particular to allow an electrical supply.
Système de transfert transfer system
Ledit au moins un système de transfert peut comporter au moins un élément conducteur et amagnétique de forme allongée fixé sur le rotor, notamment un rail, et au moins un aimant de ralentissement fixé sur chaque balancier. Chaque aimant de ralentissement est configuré pour produire des courants de Foucault parcourant ledit au moins un élément conducteur lorsque ledit aimant de ralentissement traverse ledit au moins un élément conducteur. Said at least one transfer system may comprise at least one conductive and non-magnetic element of elongated shape fixed to the rotor, in particular a rail, and at least one slowing down magnet fixed to each balance. Each slowing magnet is configured to produce eddy currents traversing said at least one conductive element when said slowing magnet passes through said at least one conductive element.
Ledit au moins un élément conducteur peut être réalisé en aluminium, en cuivre ou en carbone. Said at least one conductive element can be made of aluminum, copper or carbon.
Ledit au moins un élément conducteur est, impérativement, dépourvu de matériau ferromagnétique. Ledit au moins un élément conducteur peut former une zone comprise entre un cercle de rayon plus petit et un cercle de rayon plus grand que l’arc de cercle parcouru par les centres desdits aimants de ralentissement autour de l’axe de l’arbre. Said at least one conductive element is, imperatively, devoid of ferromagnetic material. Said at least one conductive element can form an area comprised between a circle with a smaller radius and a circle with a larger radius than the arc of a circle traversed by the centers of said slowing down magnets around the axis of the shaft.
Ledit au moins un élément conducteur peut avoir une section en U. Dans cas, chaque aimant de ralentissement est positionné pour traverser ledit au moins un rail entre les deux barres du U, et orienté pour maximiser les courants de Foucault que son passage induit. Said at least one conductive element may have a U-shaped section. In this case, each slowing down magnet is positioned to cross said at least one rail between the two bars of the U, and oriented to maximize the eddy currents that its passage induces.
Ledit au moins un élément conducteur peut être fixé au rotor à proximité du cercle parcouru par les centres desdits aimants de ralentissement autour de l’axe de l’arbre. De préférence, ledit au moins un élément conducteur est fixé en un point du rotor situé à une distance maximale de l’axe de rotation du rotor. Ainsi, lorsque ledit premier balancier est ralenti par ledit au moins un système de transfert, le moment de la force qu’exerce ledit premier balancier sur ledit au moins un élément conducteur entraîne le rotor en rotation, ce moment étant maximisé car la distance entre la force qui accélère le rotor et le centre de rotation du rotor, est maximisé. Said at least one conductive element can be fixed to the rotor near the circle traversed by the centers of said retardation magnets around the axis of the shaft. Preferably, said at least one conductive element is fixed at a point of the rotor located at a maximum distance from the axis of rotation of the rotor. Thus, when said first balance is slowed down by said at least one transfer system, the moment of the force exerted by said first balance on said at least one conductive element drives the rotor in rotation, this moment being maximized because the distance between the force that accelerates the rotor and the center of rotation of the rotor, is maximized.
Ledit au moins un élément dudit au moins un système de transfert fixé sur le rotor peut, en variante, être un amortisseur rotatif, par exemple hydraulique, électrique, pneumatique et/ou mécanique. Dans ce cas, chaque balancier peut comporter au moins un ergot permettant d’actionner cet amortissement. Said at least one element of said at least one transfer system fixed to the rotor can, as a variant, be a rotary damper, for example hydraulic, electric, pneumatic and/or mechanical. In this case, each balance may include at least one lug allowing this damping to be actuated.
Système d’accouplement et de séparation Coupling and separation system
Un capteur de détection peut être apte à repérer la position dudit premier balancier et à déclencher l’impulsion de séparation calibrée, envoyée dans le système d’accouplement et de séparation, desdits au moins deux balanciers. Ledit capteur de détection peut être optique, magnétique, capacitif et/ou mécanique. A detection sensor may be able to identify the position of said first balance wheel and to trigger the calibrated separation pulse, sent into the coupling and separation system, of said at least two balance wheels. Said detection sensor can be optical, magnetic, capacitive and/or mechanical.
Chaque balancier peut comporter un aimant et une bobine configurée pour s’accoupler avec l’aimant d’un autre balancier, parmi le ou les balanciers qui lui sont contigus, lorsque lesdits au moins deux balanciers sont dans l’une desdites au moins deux configurations d’accouplement. Each pendulum can comprise a magnet and a coil configured to couple with the magnet of another pendulum, among the pendulum(s) which are contiguous to it, when said at least two pendulums are in one of said at least two configurations of coupling.
Dans ce cas, l’impulsion de séparation calibrée peut être obtenue par une courte impulsion de courant électrique dans la bobine solidaire d’un balancier produisant un champ magnétique opposé au champ magnétique de l’aimant solidaire du balancier auquel il est accouplé. Le système d’accouplement et de séparation peut comporter, pour chaque balancier, un élément configuré pour déclencher l’impulsion de séparation calibrée, par exemple avec une impulsion mécanique, hydraulique, électrique et/ou pneumatique. In this case, the calibrated separation pulse can be obtained by a short electric current pulse in the coil integral with a pendulum producing a magnetic field opposite to the magnetic field of the magnet integral with the pendulum to which it is coupled. The coupling and separation system may comprise, for each rocker arm, an element configured to trigger the calibrated separation pulse, for example with a mechanical, hydraulic, electrical and/or pneumatic pulse.
Le moteur peut comporter un système de commande, notamment comprenant au moins un microcontrôleur, configuré pour repérer, grâce au capteur de détection ou au capteur de position angulaire, la position dudit premier balancier à laquelle doit s’effectuer l’impulsion de séparation calibrée et pour la calibrer, de sorte que l’accouplement desdits au moins deux balanciers après la configuration de transit se fasse sans rebond. Et ce en s’adaptant à la vitesse de rotation du rotor, donc à la valeur de l’accélération centrifuge qui règne au niveau de l’axe de l’arbre. The motor may comprise a control system, in particular comprising at least one microcontroller, configured to identify, by means of the detection sensor or the angular position sensor, the position of said first balance wheel at which the calibrated separation pulse must take place and to calibrate it, so that the coupling of said at least two pendulums after the transit configuration takes place without rebound. And this by adapting to the speed of rotation of the rotor, therefore to the value of the centrifugal acceleration which prevails at the level of the axis of the shaft.
Dans ce cas, ledit système de commande peut être fixé sur le rotor. In this case, said control system can be fixed on the rotor.
Le système de commande peut calibrer l’impulsion de séparation en fonction de différents paramètres, par exemple en fonction de la vitesse de rotation du rotor, de la vitesse desdits au moins deux balanciers, de l’inertie desdits au moins deux balanciers, du nombre de balanciers et/ou de l’accélération centrifuge sur l’axe de l’arbre. The control system can calibrate the separation pulse as a function of various parameters, for example as a function of the speed of rotation of the rotor, of the speed of said at least two balance wheels, of the inertia of said at least two balance wheels, of the number pendulums and/or centrifugal acceleration on the axis of the shaft.
Rotor et arbre Rotor and shaft
L’axe de l’arbre peut être parallèle à l’axe de rotation du rotor, aux imprécisions du montage près. The axis of the shaft can be parallel to the axis of rotation of the rotor, within the inaccuracies of the assembly.
Le rotor peut être solidaire du rotor d’un moteur électrique auxiliaire, notamment réversible, c’est-à-dire utilisable comme démarreur et comme générateur électrique. Ledit moteur électrique auxiliaire peut être configuré pour fournir un couple de démarrage au rotor, et pour fournir un couple résistant lors du fonctionnement nominal du moteur, afin de le maintenir à vitesse constante et de transmettre, ce faisant, le moment cinétique créé à l’objet sur lequel son stator est fixé. The rotor can be integral with the rotor of an auxiliary electric motor, in particular reversible, that is to say usable as a starter and as an electric generator. Said auxiliary electric motor can be configured to supply a starting torque to the rotor, and to supply a resistive torque during nominal operation of the motor, in order to maintain it at constant speed and to transmit, in doing so, the angular moment created to the object on which its stator is fixed.
Dans le cas d’une utilisation du moteur selon l’invention pour un objet de dimensions données, le diamètre du rotor est, de préférence, compris entre 1 et 50% du diamètre du cercle dans lequel ledit objet est inscrit. In the case of use of the motor according to the invention for an object of given dimensions, the diameter of the rotor is preferably between 1 and 50% of the diameter of the circle in which said object is inscribed.
Le couple fourni par le moteur variant proportionnellement à la puissance cinq de ses dimensions et au carré de sa vitesse de rotation du rotor, la vitesse de rotation du rotor peut être adaptée aux dimensions choisies en fonction du couple requis. The torque supplied by the motor varying in proportion to the fifth power of its dimensions and to the square of its rotational speed of the rotor, the rotational speed of the rotor can be adapted to the dimensions chosen according to the torque required.
Procédé de fonctionnement L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fonctionnement d’un moteur tel que défini précédemment, comportant les étapes suivantes : a) lesdits au moins deux balanciers s’accouplent dans l’une desdites au moins deux configurations d’accouplement à l’aide dudit système d’accouplement et de séparation et se mettent en rotation relativement au rotor autour de l’axe de l’arbre, sous l’action de l’accélération centrifuge qui règne lorsque le rotor est en rotation, cette mise en rotation correspondant à une création de moment cinétique, b) à une position angulaire prédéfinie relativement à l’axe de l’arbre, le système d’accouplement et de séparation propulse le premier desdits au moins deux balanciers dans le sens de rotation du rotor par une impulsion de séparation calibrée, le ou les balanciers suivants étant propulsé(s) par réaction dans le sens opposé afin de se positionner dans la configuration de transit, de sorte que au moins le moment cinétique créé à l’étape a) soit reporté sur le premier balancier, c) le premier balancier est ralenti par ledit au moins un système de transfert de sorte qu’une partie du moment cinétique du premier balancier soit transférée au rotor, ce qui engendre un couple entraînant le rotor en rotation, et d) le premier balancier s’accouple au(x) balancier(s) suivant(s) par le biais du système d’accouplement et de séparation, lesdits au moins deux balanciers ainsi accouplés étant à nouveau en rotation dans le sens de rotation du rotor en ayant changé de position relative. Operation method Another subject of the invention, according to another of its aspects, in combination with the foregoing, is a method of operating an engine as defined previously, comprising the following steps: a) said at least two balance wheels couple in one of said at least two coupling configurations using said coupling and separation system and rotate relative to the rotor around the axis of the shaft, under the action of the acceleration centrifugal which prevails when the rotor is rotating, this rotation corresponding to a creation of angular momentum, b) at a predefined angular position relative to the axis of the shaft, the coupling and separation system propels the first said at least two balance wheels in the direction of rotation of the rotor by a calibrated separation pulse, the following balance wheel or wheels being propelled by reaction in the opposite direction in order to position themselves in the transit configuration, so that q ue at least the angular moment created in step a) is transferred to the first balance, c) the first balance is slowed down by said at least one transfer system so that part of the angular moment of the first balance is transferred to the rotor, which generates a torque driving the rotor in rotation, and d) the first balancer couples to the following balancer(s) via the coupling and separation system, said at least two pendulums thus coupled being again in rotation in the direction of rotation of the rotor having changed relative position.
Au cours de l’étape a), lesdits au moins deux balanciers sont en accélération dans le sens de rotation du rotor. During step a), said at least two balance wheels are accelerating in the direction of rotation of the rotor.
Au cours de l’étape b), l’impulsion de séparation calibrée transfère au premier desdits au moins deux balanciers au moins le moment cinétique créé au cours de l’étape a) par l’attelage complet. During step b), the calibrated separation pulse transfers to the first of said at least two pendulums at least the angular momentum created during step a) by the complete coupling.
Au cours de l’étape d), une fois accouplé avec le ou les balanciers suivants, le premier balancier perd sa qualité de « premier », laquelle est instantanément transférée à l’ancien deuxième balancier dans la configuration précédente. L’étape a) décrit la chute pendulaire desdits au moins deux balanciers, dans laquelle la vitesse de rotation desdits au moins deux balanciers est croissante. During step d), once coupled with the next balancer(s), the first balancer loses its “first” quality, which is instantly transferred to the old second balancer in the previous configuration. Step a) describes the pendular fall of said at least two balance wheels, in which the speed of rotation of said at least two balance wheels is increasing.
Lorsque ledit au moins un système de transfert comporte au moins un élément conducteur et amagnétique de forme allongée fixé sur le rotor, notamment un rail, et au moins un aimant de ralentissement fixé sur chaque balancier, l’étape b) doit être réalisée à une position angulaire prédéfinie dans laquelle l’aimant de ralentissement dudit premier balancier est à proximité dudit au moins un élément conducteur et amagnétique. When said at least one transfer system comprises at least one conductive and non-magnetic element of elongated shape fixed to the rotor, in particular a rail, and at least one slowing down magnet fixed to each balance, step b) must be carried out at a predefined angular position in which the deceleration magnet of said first balance wheel is close to said at least one conductive and non-magnetic element.
L’étape b) ne peut être réalisée que lorsque le capteur de détection du système d’accouplement et de séparation repère la position dudit premier balancier, quel que soit le mode de détection utilisé. Step b) can only be performed when the detection sensor of the coupling and separation system identifies the position of said first balance wheel, regardless of the detection mode used.
Les étapes a) à d) sont répétées tout au long du fonctionnement nominal du moteur. Steps a) to d) are repeated throughout the nominal operation of the motor.
Lorsque le moteur comporte deux balanciers, chaque balancier est alternativement le premier balancier d’une répétition à l’autre des étapes a) à d). When the motor has two balance wheels, each balance wheel is alternately the first balance wheel from one repetition to the other of steps a) to d).
Satellite Satellite
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, en combinaison avec ce qui précède, un système d’orientation d’un satellite comportant au moins un moteur selon l’invention. Another subject of the invention, according to another of its aspects, in combination with the above, is a satellite orientation system comprising at least one motor according to the invention.
Les caractéristiques énoncées ci-dessus pour le moteur s’appliquent au procédé de fonctionnement et au système d’orientation d’un satellite. The characteristics stated above for the motor apply to the method of operation and to the orientation system of a satellite.
Lorsque le moteur comporte un moteur électrique auxiliaire, le stator de celui-ci est fixé au satellite, éventuellement par l’intermédiaire d’un montage à cardans afin de pouvoir orienter le vecteur moment cinétique créé puis transféré au satellite selon n’importe quelle direction. When the engine includes an auxiliary electric motor, the stator of the latter is fixed to the satellite, possibly by means of a gimbal assembly in order to be able to orient the angular momentum vector created and then transferred to the satellite in any direction. .
Brève description des dessins Brief description of the drawings
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen des dessins annexés, sur lesquels : The invention can be better understood on reading the detailed description which follows, non-limiting examples of implementation thereof, and on examining the appended drawings, in which:
[Fig 1] la figure 1 représente, de manière schématique, en vue de dessus, un exemple de moteur selon l’invention, [Fig 1] Figure 1 schematically shows, in top view, an example of a motor according to the invention,
[Fig 2] la figure 2 est un schéma bloc d’un exemple de procédé selon l’invention, [Fig 3] la figure 3 est une vue similaire à la figure 1 d’un exemple de moteur selon l’invention dans une configuration d’accouplement, [Fig 2] Figure 2 is a block diagram of an example of a method according to the invention, [Fig 3] Figure 3 is a view similar to Figure 1 of an example of a motor according to the invention in a coupling configuration,
[Fig 4] la figure 4 est une vue similaire à la figure 1 d’un exemple de moteur selon l’invention dans une configuration de transit juste après la séparation, avant le passage du premier balancier dans ledit au moins un élément fixé sur le rotor dudit au moins un système de transfert, [Fig 4] Figure 4 is a view similar to Figure 1 of an example of an engine according to the invention in a transit configuration just after separation, before the passage of the first rocker in said at least one element fixed on the rotor of said at least one transfer system,
[Fig 5] la figure 5 est une vue similaire à la figure 1 d’un exemple de moteur selon l’invention dans une configuration de transit après le passage du premier balancier dans ledit au moins un élément fixé sur le rotor dudit au moins un système de transfert, [Fig 5] Figure 5 is a view similar to Figure 1 of an example of a motor according to the invention in a transit configuration after the passage of the first rocker arm in said at least one element fixed to the rotor of said at least one transfer system,
[Fig 6] la figure 6 est une vue similaire à la figure 1 d’un exemple de moteur selon l’invention dans une configuration de transit juste avant l’accouplement desdits balanciers, [Fig 6] Figure 6 is a view similar to Figure 1 of an example of an engine according to the invention in a transit configuration just before the coupling of said rockers,
[Fig 7] la figure 7 représente, de manière schématique, en coupe transversale, une variante de moteur selon l’invention, [Fig 7] Figure 7 shows, schematically, in cross section, a motor variant according to the invention,
[Fig 8] la figure 8 représente, de manière schématique, en perspective, une autre variante de moteur selon l’invention, [Fig 8] Figure 8 shows, schematically, in perspective, another engine variant according to the invention,
[Fig 9] la figure 9 illustre, de manière schématique, en vue du dessus, une autre variante de dispositif selon l’invention dans une configuration d’accouplement, [Fig 9] Figure 9 illustrates, schematically, in top view, another device variant according to the invention in a coupling configuration,
[Fig 10] la figure 10 est une vue similaire à la figure 10 d’un moteur selon l’invention dans une configuration de transit, et [Fig 10] Figure 10 is a view similar to Figure 10 of an engine according to the invention in a transit configuration, and
[Fig 11] la figure 11 représente, de manière schématique, un système d’orientation d’un satellite selon l’invention. [Fig 11] Figure 11 schematically represents a satellite orientation system according to the invention.
Description détaillée detailed description
Dans la suite de la description, les éléments identiques ou de fonctions identiques portent le même signe de référence. A des fins de concision de la présente description, ils ne sont pas décrits en regard de chacune des figures, seules les différences entre les modes de réalisation étant décrites. Sur les figures, les proportions réelles n’ont pas toujours été respectées, dans un souci de clarté. In the remainder of the description, identical elements or identical functions bear the same reference sign. For the purpose of conciseness of the present description, they are not described with regard to each of the figures, only the differences between the embodiments being described. In the figures, the actual proportions have not always been respected, for the sake of clarity.
On a illustré à la figure 1 un exemple de moteur 1 selon l’invention.There is illustrated in Figure 1 an example of motor 1 according to the invention.
Le moteur 1 comporte un rotor 10 tournant autour d’un axe O de rotation. Le rotor 10 est, dans cet exemple, de forme circulaire avec un diamètre de 30 cm. Lorsque le moteur 1 est en fonctionnement, le rotor 10 tourne à une vitesse W, égale dans cet exemple à 60 tr/min. The motor 1 comprises a rotor 10 rotating around an axis O of rotation. The rotor 10 is, in this example, of circular shape with a diameter of 30 cm. When the engine 1 is in operation, rotor 10 rotates at a speed W, equal in this example to 60 rpm.
Le moteur 1 comporte, dans l’exemple décrit, deux balanciers 20 articulés autour d’un arbre 15 fixé au rotor 10 et s’étendant selon un axe A parallèle à l’axe O de rotation du rotor 10. Les deux balanciers 20 sont mobiles en rotation autour de l’axe A. L’axe A est situé à une distance R non nulle de l’axe O de rotation du rotor 10, dans cet exemple à une distance R de 50 mm. The motor 1 comprises, in the example described, two rockers 20 articulated around a shaft 15 fixed to the rotor 10 and extending along an axis A parallel to the axis O of rotation of the rotor 10. The two rockers 20 are mobile in rotation around the axis A. The axis A is located at a non-zero distance R from the axis O of rotation of the rotor 10, in this example at a distance R of 50 mm.
Dans cet exemple, les balanciers 20 sont des secteurs circulaires de 45° coplanaires. In this example, the pendulums 20 are circular sectors of 45° coplanar.
Le moteur 1 comporte également un système de transfert 30 comportant un élément 40 fixé sur le rotor 10, dans cet exemple un rail 41 allongé, conducteur et amagnétique en aluminium avec une section en U. Le système de transfert 30 comporte également, fixé sur chaque balancier 20, un aimant de ralentissement 23. Les aimants de ralentissement 23 sont placés dans le coin avant 25 de chaque balancier 20, relativement au sens de rotation du rotor 10. The motor 1 also comprises a transfer system 30 comprising an element 40 fixed to the rotor 10, in this example an elongated, conductive and non-magnetic aluminum rail 41 with a U-shaped section. The transfer system 30 also comprises, fixed to each balance 20, a deceleration magnet 23. The deceleration magnets 23 are placed in the front corner 25 of each balance 20, relative to the direction of rotation of the rotor 10.
Dans cet exemple, le rail 41 forme une zone comprise entre un cercle de rayon plus petit et un cercle de rayon plus grand que l’arc de cercle parcouru par les centres desdits aimants de ralentissement 23 autour de l’axe A de l’arbre 15, de sorte que lesdits aimants 23 sont entièrement à l’intérieur de la zone définie par le rail 41 lorsqu’ils traversent ladite zone. Afin de maximiser le bras de levier, le rail 41 est fixé en un point du rotor 10 situé à une distance maximale de l’axe O de rotation du rotor 10. In this example, the rail 41 forms an area comprised between a circle with a smaller radius and a circle with a larger radius than the arc of a circle traversed by the centers of said slowing down magnets 23 around the axis A of the shaft. 15, so that said magnets 23 are entirely inside the zone defined by the rail 41 when they pass through said zone. In order to maximize the lever arm, the rail 41 is fixed at a point of the rotor 10 located at a maximum distance from the axis O of rotation of the rotor 10.
Chaque aimant de ralentissement 23 est configuré pour produire des courants de Foucault parcourant le rail 41 lorsque ledit aimant 23 est en mouvement dans la section en U du rail 4L Each slowing down magnet 23 is configured to produce eddy currents traversing the rail 41 when said magnet 23 is moving in the U-shaped section of the rail 4L
Le système de transfert 30 est configuré pour ralentir chacun des balanciers 20 lorsqu’il est en rotation autour de l’axe A de l’arbre 15 et lorsque l’aimant de ralentissement 23 traverse le rail 41, de sorte que la force qui ralentit les balanciers 20 engendre par réaction une force opposée qui accélère le rotor 10. The transfer system 30 is configured to slow down each of the pendulums 20 when it is rotating around the axis A of the shaft 15 and when the slowing down magnet 23 crosses the rail 41, so that the force which slows down the pendulums 20 generate by reaction an opposite force which accelerates the rotor 10.
Le moteur 1 comporte également un système d’accouplement et de séparation 35 des balanciers 20 configuré de telle sorte que les deux balanciers 20 se positionnent, dans cet exemple, l’un par rapport à l’autre selon deux configurations d’accouplement et une configuration de transit dans laquelle les deux balanciers 20 sont séparés l’un de l’autre et en mouvement d’une configuration d’accouplement vers l’autre. The engine 1 also includes a coupling and separation system 35 for the rocker arms 20 configured such that the two rocker arms 20 are positioned, in this example, relative to each other according to two coupling configurations and a transit configuration in which the two rockers 20 are separated from each other and moving from one coupling configuration to the other.
Le rotor 10 et les balanciers 20 dans la configuration d’accouplement tournent dans le même sens. The rotor 10 and the pendulums 20 in the coupled configuration rotate in the same direction.
La figure 1 illustre une première configuration d’accouplement pour des balanciers 20a et 20b et la figure 6 une deuxième configuration d’accouplement dans laquelle la position des balanciers 20a et 20b est inversée. La figure 5 illustre une configuration de transit. Figure 1 illustrates a first coupling configuration for rockers 20a and 20b and Figure 6 a second coupling configuration in which the position of rockers 20a and 20b is reversed. Figure 5 illustrates a transit configuration.
Dans cet exemple, le système d’accouplement et de séparation 35 comporte sur chaque balancier 20 un aimant 22 et une bobine 21. La bobine 21 d’un balancier 20 est configurée pour s’accoupler avec l’aimant 22 du balancier contigu lorsque les balanciers 20 sont dans une configuration d’accouplement et pour repousser l’aimant 22 lors de la séparation. In this example, the coupling and separation system 35 comprises on each balance 20 a magnet 22 and a coil 21. The coil 21 of a balance 20 is configured to couple with the magnet 22 of the adjacent balance when the Rockers 20 are in a mating configuration and to repel magnet 22 upon separation.
Dans les configurations d’accouplement, les deux balanciers 20 ont la même vitesse et sont en accélération dans le sens de rotation du rotor 10, sous l’action de l’accélération centrifuge due à sa vitesse W de rotation. La vitesse de rotation acquise par les deux balanciers 20 du fait de leur chute pendulaire entre leur accouplement et leur séparation correspond à un moment cinétique créé autour de l’axe A. In the coupling configurations, the two pendulums 20 have the same speed and are accelerating in the direction of rotation of the rotor 10, under the action of the centrifugal acceleration due to its speed W of rotation. The speed of rotation acquired by the two pendulums 20 due to their pendular fall between their coupling and their separation corresponds to an angular momentum created around the axis A.
Dans la configuration de transit, le premier des deux balanciers 20, dans l’exemple de la figure 1 le balancier 20a, est propulsé par une impulsion de séparation calibrée dans le sens de rotation du rotor 10. Le suivant des deux balanciers, dans l’exemple de la figure 1 le balancier 20b, est donc propulsé par réaction dans le sens de rotation opposé au sens de rotation du rotor 10 et à une valeur de vitesse de rotation inférieure à celle du premier balancier, de sorte que le moment cinétique transféré par ladite impulsion de séparation calibrée au seul premier des deux balanciers 20 est au moins égal au moment cinétique créé par l’accélération des deux balanciers 20 pendant leur mouvement dans l’une des configurations d’accouplement. In the transit configuration, the first of the two balances 20, in the example of FIG. 1 the balance 20a, is propelled by a calibrated separation pulse in the direction of rotation of the rotor 10. The next of the two balances, in the example of FIG. 1, the balance 20b is therefore propelled by reaction in the direction of rotation opposite to the direction of rotation of the rotor 10 and at a rotational speed value lower than that of the first balance, so that the angular momentum transferred by said separation pulse calibrated to the first of the two rockers 20 alone is at least equal to the angular momentum created by the acceleration of the two rockers 20 during their movement in one of the coupling configurations.
Dans cet exemple, le système d’accouplement et de séparation 35 est configuré pour propulser le premier balancier vers le rail 41 du système de transfert 30 en lui transférant un moment cinétique supérieur à celui que la chute pendulaire des deux balanciers 20 dans la configuration d’accouplement a créé. De la sorte, ledit premier balancier peut remonter jusqu’à l’accouplement suivant après avoir transféré au rotor 10, lors de son passage dans le système de transfert 30. C’est le moment cinétique créé par ladite chute pendulaire précédente qui produit un couple moteur entraînant le rotor 10 en rotation. In this example, the coupling and separation system 35 is configured to propel the first pendulum towards the rail 41 of the transfer system 30 by transferring to it an angular moment greater than that which the pendular fall of the two pendulums 20 in the configuration of mating has created. In this way, said first balance wheel can go up to the next coupling after having transferred to the rotor 10, during its passage through the transfer system 30. It is the angular moment created by said previous pendular fall which produces a motor torque driving the rotor 10 in rotation.
Dans cet exemple, un capteur de détection 11 est fixé sur le rotor 10. Ce capteur est destiné à repérer la position dudit premier balancier à laquelle interviendra l’impulsion calibrée de séparation, en l’espèce à repérer le passage d’un aimant de ralentissement 23. Le capteur de détection 11 est donc, dans cet exemple, magnétique. In this example, a detection sensor 11 is fixed to the rotor 10. This sensor is intended to identify the position of said first balance wheel at which the calibrated separation pulse will intervene, in this case to identify the passage of a magnet of slowdown 23. The detection sensor 11 is therefore, in this example, magnetic.
Dans cet exemple, le moteur 1 comporte un système de commande 38 fixé sur le rotor 10, comprenant au moins un microcontrôleur, configuré pour repérer la position du premier balancier à laquelle doit s’effectuer la séparation et pour calibrer les impulsions de séparation, de sorte que l’accouplement des deux balanciers 20 après la configuration de transit se fasse sans rebond. In this example, motor 1 comprises a control system 38 fixed to rotor 10, comprising at least one microcontroller, configured to identify the position of the first balance wheel at which the separation must take place and to calibrate the separation pulses, so that the coupling of the two pendulums 20 after the transit configuration takes place without rebound.
Dans cet exemple, le système de commande 38 peut mesurer, à l’aide d’un accéléromètre non représenté sur cette figure l’accélération centrifuge qui règne à l’endroit où est placé cet accéléromètre, et, une fois cette accélération mesurée, calculer l’accélération centrifuge sur l’axe de l’arbre 15. In this example, the control system 38 can measure, using an accelerometer not shown in this figure, the centrifugal acceleration that prevails at the place where this accelerometer is placed, and, once this acceleration has been measured, calculate the centrifugal acceleration on the shaft axis 15.
Dans cet exemple, le système de commande 38 calibre l’impulsion de séparation en fonction de différents paramètres, dont la vitesse W de rotation du rotor 10, la vitesse des balanciers 20, l’inertie et le balourd des balanciers 20, et l’accélération centrifuge à proximité de l’arbre 15. In this example, the control system 38 calibrates the separation pulse as a function of various parameters, including the speed W of rotation of the rotor 10, the speed of the pendulums 20, the inertia and the unbalance of the pendulums 20, and the centrifugal acceleration near the shaft 15.
Le moteur 1 illustré sur la figure 1 fonctionne en mettant en œuvre le procédé illustré sur la figure 2. Motor 1 shown in Figure 1 operates by implementing the method shown in Figure 2.
Dans une première étape a, dont la figure 1 illustre le début et la figure 3 illustre la fin, les deux balanciers 20 sont accouplés entre eux dans l’une des deux configurations d’accouplement à l’aide dudit système d’accouplement et de séparation 35. Ils sont en rotation à la même vitesse de rotation w relativement au rotor 10 autour de l’axe A de l’arbre 15 pendant tout le temps qu’ils sont accouplés. Sous l’action de l’accélération centrifuge qui règne lorsque le rotor 10 est en rotation, cette vitesse co augmente et cette augmentation de vitesse correspond à une création de moment cinétique. In a first step a, of which FIG. 1 illustrates the beginning and FIG. 3 illustrates the end, the two balances 20 are coupled together in one of the two coupling configurations using said coupling system and separation 35. They are rotating at the same rotational speed w relative to the rotor 10 around the axis A of the shaft 15 throughout the time that they are coupled. Under the action of the centrifugal acceleration which prevails when the rotor 10 is rotating, this speed co increases and this increase in speed corresponds to a creation of angular momentum.
Comme illustré à la figure 4, dans une deuxième étape b, à une position angulaire prédéfinie, le système d’accouplement et de séparation 35 propulse le premier des deux balanciers 20, dans cet exemple le balancier 20a, dans le sens de rotation du rotor 10 par une impulsion de séparation calibrée. Cette impulsion de séparation calibrée lance les deux balanciers 20 dans la configuration de transit. As illustrated in FIG. 4, in a second step b, at a predefined angular position, the coupling and separation system 35 propels the first of the two rockers 20, in this example the rocker arm 20a, in the direction of rotation of the rotor 10 by a calibrated separation pulse. This calibrated separation pulse launches the two balance wheels 20 into the transit configuration.
Dans cet exemple, cette impulsion de séparation calibrée est déclenchée lorsque le capteur de détection 11 repère l’aimant de ralentissement 23 du balancier 20a. L’impulsion de séparation est produite par une impulsion de courant électrique dans la bobine 21 du premier balancier, c’est-à-dire le balancier 20a. In this example, this calibrated separation pulse is triggered when the detection sensor 11 locates the slowing down magnet 23 of the balance 20a. The separation pulse is produced by an electric current pulse in the coil 21 of the first balance, that is to say the balance 20a.
Par réaction à cette impulsion de séparation calibrée, le balancier suivant, dans cet exemple le balancier 20b, est propulsé dans le sens de rotation opposé au sens de rotation du rotor 10. By reaction to this calibrated separation pulse, the next balance wheel, in this example the balance wheel 20b, is propelled in the direction of rotation opposite to the direction of rotation of the rotor 10.
Après l’impulsion de séparation calibrée, la valeur de la vitesse coi de rotation du premier balancier est supérieure en module à la valeur de la vitesse C02 de rotation du ou des balancier(s) suivant(s). After the calibrated separation pulse, the value of the rotation speed coi of the first balance wheel is greater in modulus than the value of the rotation speed C02 of the following balance wheel(s).
Ainsi, au cours de l’étape b, l’impulsion de séparation calibrée permet, dans cet exemple, de transférer au premier balancier un moment cinétique supérieur au moment cinétique créé lors de la descente des balanciers accouplés. Thus, during step b, the calibrated separation pulse makes it possible, in this example, to transfer to the first pendulum an angular momentum greater than the angular momentum created during the descent of the coupled pendulums.
Le moment cinétique du premier balancier est ainsi supérieur à celui créé à l’étape a. The angular momentum of the first pendulum is thus greater than that created in step a.
Comme illustré sur la figure 5, dans l’étape c, le premier balancier, dans cet exemple le balancier 20a, a été ralenti par le système de transfert 30 lorsque l’aimant de ralentissement 23 du premier balancier a traversé le rail 4L As illustrated in Figure 5, in step c, the first balance, in this example the balance 20a, was slowed down by the transfer system 30 when the deceleration magnet 23 of the first balance crossed the rail 4L
Le mouvement de l’aimant de ralentissement 23 a engendré des courants de Foucault dans le rail 41. Ces courants ont ralenti le premier balancier et engendré par réaction une force F opposée dont le moment autour de O accélère le rotor 10. Ainsi, une partie du moment cinétique du premier balancier a été transférée au rotor 10, et ce transfert a produit un couple moteur entraînant le rotor 10 en rotation. The movement of the slowing down magnet 23 has generated eddy currents in the rail 41. These currents have slowed down the first pendulum and generated by reaction an opposite force F whose moment around O accelerates the rotor 10. Thus, a part of the angular momentum of the first pendulum was transferred to the rotor 10, and this transfer produced a motor torque driving the rotor 10 in rotation.
En effet, lors du passage de l’aimant 23 solidaire du premier balancier, à travers le rail 41, il a exercé une impulsion F.dt, c’est-à-dire une force F, représentée sur la figure 5, pendant un temps dt sur le rail 4L Cette impulsion a transféré au rotor 10 une partie du moment cinétique dudit premier balancier et donc l’a ralenti. Indeed, during the passage of the magnet 23 integral with the first balance, through the rail 41, it exerted an impulse F.dt, that is to say a force F, shown in Figure 5, for a time dt on rail 4L This pulse transferred part of the angular momentum of said first balance wheel to rotor 10 and therefore slowed it down.
Sur la figure 5, la valeur de la vitesse coi du premier balancier, après son passage dans le rail 41, est suffisante pour lui permettre de rejoindre le second balancier et s’y accoupler sans rebond. Ensuite, comme illustré à la figure 6, les deux balanciers 20 se rejoignent et s’accouplent par le biais du système d’accouplement et de séparation 35, les deux balanciers 20 ainsi accouplés étant à nouveau en rotation dans le sens de rotation du rotor 10 et peuvent repartir pour une étape a. In FIG. 5, the value of the speed coi of the first balance, after it has passed through the rail 41, is sufficient to allow it to join the second balance and couple there without rebound. Then, as shown in Figure 6, the two rockers 20 meet and couple through the coupling and separation system 35, the two rockers 20 thus coupled being again in rotation in the direction of rotation of the rotor 10 and can start again for a stage a.
L’impulsion de séparation est calibrée pour propulser le premier balancier avec un moment cinétique suffisant pour traverser le rail 41, mais cependant limité, pour empêcher un rebond lors de l’accouplement suivant. The separation impulse is calibrated to propel the first pendulum with enough angular momentum to cross rail 41, but limited, however, to prevent a rebound during the next coupling.
Dans cet exemple, c’est l’aimant 22 du balancier 20a qui s’accouple avec la bobine 21 du balancier 20b dans une deuxième configuration d’accouplement. In this example, it is the magnet 22 of the balance 20a which couples with the coil 21 of the balance 20b in a second coupling configuration.
Dans cet exemple, après ces étapes, la position des balanciers 20 est inversée par rapport à leur position à l’étape a. In this example, after these steps, the position of the pendulums 20 is reversed with respect to their position in step a.
Les étapes a à d sont répétées tout au long du fonctionnement nominal du moteurSteps a through d are repeated throughout rated motor operation
1. 1.
Ainsi, dans cet exemple, chaque balancier 20 est alternativement le premier balancier pendant le déroulement de chaque séquence des étapes a à d. Thus, in this example, each pendulum 20 is alternately the first pendulum during the progress of each sequence of steps a to d.
On a illustré aux figures 7 à 10 d’autres exemples de moteur 1 selon l’invention.Other examples of motor 1 according to the invention have been illustrated in FIGS. 7 to 10.
Dans l’exemple de la figure 7, le rotor 10 est solidaire du rotor d’un moteur électrique auxiliaire 50 réversible (c’est-à-dire pouvant être utilisé en génératrice). Ledit moteur électrique auxiliaire 50 fournit un couple de démarrage au rotor 10, ce dernier lui fournit en retour un couple lorsque ce moteur électrique auxiliaire 50 est utilisé en génératrice lors du fonctionnement nominal du moteur 1. A cette occasion, le stator du moteur électrique auxiliaire 50 utilisé en génératrice exerce le même couple sur l’objet dont il est solidaire, cet objet pouvant être un satellite, et, ce faisant, la génératrice produit un courant électrique dont la puissance est forcément inférieure à celle consommée par le moteur 1. In the example of Figure 7, the rotor 10 is integral with the rotor of a reversible auxiliary electric motor 50 (that is to say, which can be used as a generator). Said auxiliary electric motor 50 supplies a starting torque to the rotor 10, the latter supplies it in return with a torque when this auxiliary electric motor 50 is used as a generator during nominal operation of the motor 1. On this occasion, the stator of the auxiliary electric motor 50 used as a generator exerts the same torque on the object to which it is attached, this object possibly being a satellite, and, in doing so, the generator produces an electric current whose power is necessarily lower than that consumed by motor 1.
Toujours dans cet exemple, le moteur 1 comporte un carter 51 entourant le moteur électrique auxiliaire 50 et le rotor 10. Le rotor 10 a, dans cet exemple, une forme de boîtier fermé à ses extrémités longitudinales. Still in this example, the motor 1 comprises a casing 51 surrounding the auxiliary electric motor 50 and the rotor 10. The rotor 10 has, in this example, the shape of a box closed at its longitudinal ends.
La figure 8 illustre un autre exemple de moteur 1 selon l’invention. Dans cet exemple, on a représenté la bobine 21, l’aimant 22 et l’aimant de ralentissement 23 d’un seul balancier 20, pour des raisons de clarté du dessin. Dans cet exemple les balanciers 20 sont des secteurs circulaires de 90°, et les aimants de ralentissement 23 sont portés par une pièce en forme de raquette 24. Figure 8 illustrates another example of motor 1 according to the invention. In this example, the coil 21, the magnet 22 and the deceleration magnet 23 of a single balance 20 have been shown, for reasons of clarity of the drawing. In this example the pendulums 20 are circular sectors of 90°, and the slowing down magnets 23 are carried by a piece in the shape of a racket 24.
Dans cet exemple, chaque balancier 20 est articulé autour de l’arbre 15 par un collecteur tournant 45 et un capteur de position angulaire 42 pour chaque balancier 20 permet de déterminer quand déclencher l’impulsion de séparation. Les deux balanciers 20 comportent en outre chacun un volant d’inertie 60. In this example, each rocker arm 20 is articulated around the shaft 15 by a rotary commutator 45 and an angular position sensor 42 for each rocker arm 20 makes it possible to determine when to trigger the separation pulse. The two balances 20 further each comprise a flywheel 60.
On a illustré aux figures 9 et 10 un exemple de moteur 1 selon l’invention comportant cinq balanciers 20. There is illustrated in Figures 9 and 10 an example of motor 1 according to the invention comprising five rockers 20.
Dans cet exemple, chaque balancier 20 est un secteur circulaire de 45°. Sur la figure 9, les balanciers 20 sont dans une configuration d’accouplement et sur la figure 10, les balanciers 20 sont dans une configuration de transit. In this example, each pendulum 20 is a circular sector of 45°. In Figure 9, the rockers 20 are in a coupling configuration and in Figure 10, the rockers 20 are in a transit configuration.
On a illustré à la figure 11 un exemple de système d’orientation 110 d’un satellite 100 comportant au moins un moteur 1 selon l’invention, tel que représenté en figure 7. There is illustrated in Figure 11 an example of an orientation system 110 of a satellite 100 comprising at least one motor 1 according to the invention, as shown in Figure 7.
Chaque axe principal d’inertie du satellite peut comporter un tel moteur ou avoir la possibilité grâce à un montage à cardans d’orienter l’axe du moteur. Each main axis of inertia of the satellite can include such a motor or have the possibility, thanks to a gimbal assembly, of orienting the axis of the motor.
L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits. The invention is not limited to the examples which have just been described.
En particulier, le rotor peut avoir un autre diamètre, dépendant de la vitesse nominale à laquelle il opère et du couple qu’il doit fournir In particular, the rotor can have another diameter, depending on the nominal speed at which it operates and the torque it must provide.
Le moteur peut comporter un nombre différent de balanciers, par exemple supérieur à trois balanciers. The motor may comprise a different number of rockers, for example greater than three rockers.

Claims

Revendications Claims
1. Moteur (1), destiné notamment à équiper et orienter un satellite (100), comportant : 1. Engine (1), intended in particular to equip and orient a satellite (100), comprising:
- un rotor (10) tournant autour d’un axe de rotation (O), - a rotor (10) rotating around an axis of rotation (O),
- au moins deux balanciers (20) articulés autour d’un arbre (15) fixé au rotor (10) et s’étendant selon un axe (A) distinct de l’axe de rotation (O) du rotor (10), lesdits au moins deux balanciers (20) étant mobiles en rotation autour de l’arbre (15), - at least two rockers (20) articulated around a shaft (15) fixed to the rotor (10) and extending along an axis (A) distinct from the axis of rotation (O) of the rotor (10), said at least two rockers (20) being rotatable around the shaft (15),
- au moins un système de transfert (30) comportant au moins un élément (40) fixé sur le rotor (10) et étant configuré pour ralentir chacun desdits balanciers (20) lorsqu’au cours de sa rotation autour de l’axe (A) de l’arbre (15) il traverse ledit au moins un élément (40) fixé sur le rotor, de sorte que la force qui ralentit chacun desdits balanciers (20) engendre par réaction une force (F) opposée dont le moment autour de l’axe de rotation (O) accélère le rotor (10), et - at least one transfer system (30) comprising at least one element (40) fixed to the rotor (10) and being configured to slow down each of said rockers (20) when during its rotation around the axis (A ) of the shaft (15) it passes through said at least one element (40) fixed to the rotor, so that the force which slows down each of said rockers (20) generates by reaction an opposite force (F) whose moment around the axis of rotation (O) accelerates the rotor (10), and
- un système d’accouplement et de séparation (35) des balanciers (20) configuré de telle sorte que lesdits au moins deux balanciers (20) se positionnent les uns par rapport aux autres selon au moins deux configurations d’accouplement et une configuration de transit dans laquelle au moins un balancier (20) est séparé de(s) l’autre(s) et en mouvement d’une configuration d’accouplement vers la suivante, ledit système d’accouplement et de séparation (35) étant réalisé de telle sorte que : - a coupling and separation system (35) for the rockers (20) configured such that said at least two rockers (20) are positioned relative to each other according to at least two coupling configurations and one transit in which at least one pendulum (20) is separated from the other(s) and moving from one coupling configuration to the next, said coupling and separation system (35) being made such that:
¨ dans les configurations d’accouplement, lesdits au moins deux balanciers (20) voient leur vitesse de rotation augmenter dans le sens de rotation du rotor (10), au fur et à mesure qu’ils s’éloignent de l’axe (O) dudit rotor (10), cette augmentation correspond à un moment cinétique créé,¨ in the coupling configurations, said at least two pendulums (20) see their speed of rotation increase in the direction of rotation of the rotor (10), as they move away from the axis (O ) of said rotor (10), this increase corresponds to an angular momentum created,
¨ dans la configuration de transit, le premier desdits au moins deux balanciers (20) est propulsé dans le sens de rotation du rotor (10) par une impulsion de séparation calibrée, le ou les suivants desdits au moins deux balanciers (20) étant propulsé(s) par réaction dans le sens opposé au sens de rotation du rotor (10) et à une valeur de vitesse de rotation inférieure à celle du premier balancier, de sorte que le moment cinétique transféré par ladite impulsion de séparation calibrée au seul premier desdits au moins deux balanciers (20) soit au moins égal au moment cinétique créé pendant l’accouplement desdits au moins deux balanciers précédent la configuration de transit et matérialisé par l’augmentation de la vitesse de rotation desdits au moins deux balanciers (20) dans la configurations d’accouplement, et ¨ in the transit configuration, the first of said at least two balance wheels (20) is propelled in the direction of rotation of the rotor (10) by a calibrated separation pulse, the following one or more of said at least two balance wheels (20) being propelled (s) by reaction in the opposite direction to the direction of rotation of the rotor (10) and at a rotational speed value lower than that of the first balance wheel, so that the angular momentum transferred by said calibrated separation pulse to only the first of said at least two pendulums (20) is at least equal to the angular momentum created during the coupling of said at least two balance wheels preceding the transit configuration and materialized by the increase in the speed of rotation of said at least two balance wheels (20) in the coupling configuration, and
¨ après avoir été propulsé par l’impulsion de séparation calibrée, ledit premier balancier traverse ledit système de transfert (30), à cette occasion il est ralenti par ledit au moins un système de transfert (30), et une partie de son moment cinétique est ainsi transférée au rotor (10) ce qui constitue le couple moteur dudit rotor (10). ¨ after being propelled by the calibrated separation pulse, said first pendulum passes through said transfer system (30), on this occasion it is slowed down by said at least one transfer system (30), and part of its angular momentum is thus transferred to the rotor (10) which constitutes the driving torque of said rotor (10).
2. Moteur selon la revendication 1, dans lequel lesdits au moins deux balanciers (20) sont des secteurs circulaires de même masse, d’angle compris entre 10° et 170°, de préférence compris entre 30° et 90°. 2. Engine according to claim 1, wherein said at least two rockers (20) are circular sectors of the same mass, with an angle between 10° and 170°, preferably between 30° and 90°.
3. Moteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’axe (A) de l’arbre (15) est parallèle à l’axe de rotation (O) du rotor (10). 3. Motor according to claim 1 or 2, wherein the axis (A) of the shaft (15) is parallel to the axis of rotation (O) of the rotor (10).
4. Moteur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un système de transfert (30) comporte au moins un élément (40) conducteur et amagnétique de forme allongée fixé sur le rotor (10), notamment un rail (41), et au moins un aimant de ralentissement (23) fixé sur chaque balancier (20), chaque aimant de ralentissement (23) étant configuré pour produire des courants de Foucault parcourant ledit au moins un élément (40) conducteur lorsque ledit aimant de ralentissement (23) traverse ledit au moins un élément (40) conducteur. 4. Motor according to one of the preceding claims, wherein said at least one transfer system (30) comprises at least one conductive and non-magnetic element (40) of elongated shape fixed to the rotor (10), in particular a rail (41 ), and at least one deceleration magnet (23) fixed to each pendulum (20), each deceleration magnet (23) being configured to produce eddy currents flowing through said at least one conductive element (40) when said deceleration magnet (23) passes through said at least one conductive element (40).
5. Moteur selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un élément (40) conducteur forme une zone comprise entre un cercle de rayon plus petit et un cercle de rayon plus grand que l’arc de cercle parcouru par les centres desdits aimants de ralentissement (23) autour de l’axe (A) de l’arbre (15). 5. Motor according to the preceding claim, in which said at least one conductive element (40) forms an area comprised between a circle of smaller radius and a circle of larger radius than the arc of a circle traversed by the centers of said magnets of slowdown (23) around the axis (A) of the shaft (15).
6. Moteur selon l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel ledit au moins un élément (40) conducteur a une section en U. 6. Engine according to one of claims 4 or 5, wherein said at least one conductive element (40) has a U-section.
7. Moteur selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel ledit au moins un élément (40) conducteur est fixé au rotor (10) à proximité du cercle parcouru par les centres desdits aimants de ralentissement (23) autour de l’axe (A) de l’arbre (15), de préférence fixé en un point du rotor (10) situé à une distance maximale de l’axe (O) de rotation du rotor (10). 7. Motor according to any one of claims 4 to 6, wherein said at least one conductive element (40) is fixed to the rotor (10) near the circle traveled by the centers of said retardation magnets (23) around the axis (A) of the shaft (15), preferably fixed at a point of the rotor (10) located at a maximum distance from the axis (O) of rotation of the rotor (10).
8. Moteur selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel un capteur de détection (11) est apte à repérer la position dudit premier balancier et à déclencher l’impulsion de séparation calibrée, envoyée dans le système d’accouplement et de séparation (35), desdits au moins deux balanciers (20). 8. Motor according to any one of claims 4 to 7, wherein a detection sensor (11) is able to identify the position of said first balance and to trigger the calibrated separation pulse, sent into the coupling system and separation (35), said at least two rockers (20).
9. Moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque balancier (20) comporte un aimant (22) et une bobine (21) configurée pour s’accoupler avec l’aimant (22) d’un autre balancier (20), parmi le ou les balanciers qui lui sont contigus, lorsque lesdits au moins deux balanciers (20) sont dans l’une desdites au moins deux configurations d’accouplement. 9. Motor according to any one of the preceding claims, in which each balance (20) comprises a magnet (22) and a coil (21) configured to mate with the magnet (22) of another balance (20). ), among the rocker or rockers which are contiguous to it, when said at least two rockers (20) are in one of said at least two coupling configurations.
10. Moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système d’accouplement et de séparation comporte, pour chaque balancier, un élément configuré pour déclencher l’impulsion de séparation calibrée avec une impulsion mécanique, hydraulique, électrique et/ou pneumatique. 10. Motor according to any one of the preceding claims, in which the coupling and separation system comprises, for each rocker arm, an element configured to trigger the calibrated separation pulse with a mechanical, hydraulic, electrical and/or pneumatic.
11. Moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un capteur de position angulaire (42) pour chaque balancier (20). 11. Motor according to any one of the preceding claims, comprising an angular position sensor (42) for each balance (20).
12. Moteur selon la revendication 8 ou 11, comportant un système de commande (38), notamment comprenant au moins un microcontrôleur, configuré pour repérer, grâce au capteur de détection (11) ou au capteur de position angulaire (42), la position dudit premier balancier à laquelle doit s’effectuer l’impulsion de séparation calibrée et pour la calibrer, de sorte que l’accouplement desdits au moins deux balanciers (20) après la configuration de transit se fasse sans rebond. 12. Motor according to claim 8 or 11, comprising a control system (38), in particular comprising at least one microcontroller, configured to identify, by means of the detection sensor (11) or the angular position sensor (42), the position of said first pendulum at which the calibrated separation pulse must take place and to calibrate it, so that the coupling of said at least two pendulums (20) after the transit configuration takes place without rebound.
13. Moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque balancier (20) est articulé autour de l’arbre (15) par un collecteur tournant (45). 13. Motor according to any one of the preceding claims, in which each rocker arm (20) is articulated around the shaft (15) by a slip ring (45).
14. Moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le rotor (10) est solidaire du rotor d’un moteur électrique auxiliaire (50), réversible, ledit moteur électrique auxiliaire (50) étant configuré pour fournir un couple de démarrage au rotor (10) et pour fournir en retour un couple résistant lors du fonctionnement nominal du moteur (1), afin de le maintenir à vitesse constante et de transmettre, ce faisant, le moment cinétique créé à l’objet sur lequel son stator est fixé. 14. Motor according to any one of the preceding claims, in which the rotor (10) is integral with the rotor of an auxiliary electric motor (50), reversible, said auxiliary electric motor (50) being configured to provide a starting torque to the rotor (10) and to supply in return a resistive torque during the nominal operation of the motor (1), in order to maintain it at constant speed and to transmit, in doing so, the angular moment created to the object on which its stator is fixed.
15. Moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant deux balanciers (20). 15. Motor according to any one of the preceding claims, comprising two rockers (20).
16. Procédé de fonctionnement d’un moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant les étapes suivantes : a) lesdits au moins deux balanciers (20) s’accouplent dans l’une desdites au moins deux configurations d’accouplement à l’aide dudit système d’accouplement et de séparation (35) et se mettent en rotation relativement au rotor (10) autour de l’axe (A) de l’arbre (15), sous l’action de l’accélération centrifuge qui règne lorsque le rotor (10) est en rotation, cette mise en rotation correspondant à une création de moment cinétique, b) à une position angulaire prédéfinie relativement à l’axe de l’arbre, le système d’accouplement et de séparation (35) propulse le premier desdits au moins deux balanciers (20) dans le sens de rotation du rotor (10) par une impulsion de séparation calibrée, le ou les balanciers suivants étant propulsé(s) par réaction dans le sens opposé afin de se positionner dans la configuration de transit, de sorte que au moins le moment cinétique créé à l’étape a) soit reporté sur le premier balancier, c) le premier balancier est ralenti par ledit au moins un système de transfert (30) de sorte qu’une partie du moment cinétique du premier balancier soit transférée au rotor (10), ce qui engendre un couple entraînant le rotor (10) en rotation, et d) le premier balancier s’accouple au(x) balancier(s) (20) suivant(s) par le biais du système d’accouplement et de séparation (35), lesdits au moins deux balanciers (20) ainsi accouplés étant à nouveau en rotation dans le sens de rotation du rotor (10) en ayant changé de position relative. 16. A method of operating an engine according to any preceding claim, comprising the following steps: a) said at least two rockers (20) couple in one of said at least two coupling configurations to the using said coupling and separation system (35) and rotate relative to the rotor (10) around the axis (A) of the shaft (15), under the action of the centrifugal acceleration which prevails when the rotor (10) is rotating, this rotation corresponding to a creation of angular momentum, b) at a predefined angular position relative to the axis of the shaft, the coupling and separation system (35 ) propels the first of said at least two rockers (20) in the direction of rotation of the rotor (10) by a calibrated separation pulse, the following rocker or rockers being propelled by reaction in the opposite direction in order to position themselves in the transit configuration, so that at least the angular momentum ue created in step a) is transferred to the first balance, c) the first balance is slowed down by said at least one transfer system (30) so that part of the angular momentum of the first balance is transferred to the rotor ( 10), which generates a torque driving the rotor (10) in rotation, and d) the first pendulum couples to the next pendulum(s) (20) via the coupling system and separation (35), said at least two pendulums (20) thus coupled being again in rotation in the direction of rotation of the rotor (10) having changed relative position.
17. Système d’orientation (110) d’un satellite (100) comportant au moins un moteur (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 15. 17. Orientation system (110) of a satellite (100) comprising at least one motor (1) according to any one of claims 1 to 15.
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