Brevet FR2403678A1 — publié le 19790413

La présente invention concerne un moteur magnétique dont la pièce mobile,ou rotor, comporte des aimants permanents. On sait que ce type d'appareil comporte en outre une pièce fixe, ou stator, qui présente en particulier au moins une paire de piles de signes opposer. En effet ce stator est polarisé et élaboré en un matériau magnétique. Pour réaliser le déplacement rotorique (fonction motrice d'un arbre calé sur le rotor, par exemple un arbre de transmission mécanique), le moteur doit Outre muni deux système assurant l'inversion de la polarité des aimants permanents rotoriques, chaque fois qu'ils passent devant un pele du stator, par exemple tous les 1800 (cas général d'un rotor rotatif). L'inversion de polarité permet d'ajouter les forces d'attraction (entre piles de signes opposés) et de répulsion (entre piles de meme signe) créées dans l'entrefer de part et d'autre des piles fixes du stator. Dans tous les dispositifs connus, on utilise des aimants rotoriques qui peuvent être facilement magnétisés et dQ- magnétisés. Ils sont élaborés en des matériaux très influença- bles électro-magnétiquement pour permettre le changement de polarité des aimants ou anzloguex , solidaires du rotor. La présente invention a pour but de réaliser un nouveau système d'inversion de polarités relatives, en utilisant un dispositif mécanique ou électro-mécanique qui ne modifie pas l'xtat magnétique au sein de la matière constituant chaque super-aimant rotorique. Un moteur magnétique selon l'invention comprend un stator et un rotor composé d'un noyau en acier doux ou analoque qui porte, sur sa portion destinée à se déplacer devant les piles du stator, des pièces aimantées et polarisées, et il est caractérisé en ce que la (ou les) pièce aimantée est montée à pivotement sir le rotor, cette pièce étant élaborée en un matériau supra-magnétique, sa magnétisation n'étant pas influencée par les masses polaires du stator, tandis que des moyens sont prévus pour provoquer, au niveau de chaque pôle du statuer, le pivotement de la pièce aimantée dont 1 une des extrémités polarisées est en saillie dans l'entrefer entre le rotor et le stator, ce pivotement réalisé par des moyens mécaniques ou électro-mécaniques changeant l'extrémité circulant dans l'entrefer, si bien qu'on réalise une inversion relative de polarité par renversement de la (ou des) pièce aimantée du rotor, sans modifier l'état magnétique de ladite pièce. Suivant uns autre caractéristique, chaque pièce aimantée rotorique se présente sous la forme dtun barreau,élaboré en une terre rare, articulé, dans sa partie centrale, sur un axe ou analogue porté par le rotor. Ce rotor est, par exemple, un disque en acier deux, calé sur un arbre central de transmission et susceptible de tourner à l'intérieur d'une masse magnétisée, fixe, et constituant le stator qui comporte deux pâles, à savoir un pôle nord et un pôle sud diamétralement opposés. Les moyens de pivotement du barreau sont disposés de telle façon que le rotor est en traction avant l'axe des pôles statoriques et en répulsion après le passage dudit axe, les forces de traction et de répulsion s'ajoutant l'une à l'autre pour assurer la rotation du disque rotorique. Suivant une autre caractéristique, les moyens de pivotement comprennent des organes fixes solidaires du stator et des organes mécaniques portés par le rotor, ces organes étant disposés pour s'engager réciproquement au niveau des piles statoriques et provoquer le pivotement des barreaux portés par le rotor, ce qui inverse l'effet magnétique prépondérant quand un barreau en super-aimant franchit-l'axe des pales du stator. Suivant une caractéristique supplémentaire, le rotor peut être constitué par un empilement d'un grand nombre de disques, tous calés sur le m8me arbre et comportant chacun un nombre élevé de petits barreaux pivotants en super-aimants. Suivant d'autres caractéristiques, le pivotement des barreaux est provoqué par l'action directe et purement mécanique des moyens du stator sur chaque barreau, ou par une impulsion mécanique sur un dispositif auxiliaire solidaire d'un ou plusieurs barreaux eux meme calés sur un même arbre , ou encore par une impulsion électro-mécanique qui ne modifie pas l'état magnétique au réseau de barreaux en super-aimant. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Fig. 1 est une coupe médiane d'un moteur magnétique selon l'invention. Fig. 2 est une 1 coupe suivant II-II (fig. 1) Fig. 3 est une 2 coupe suivant III-III (fig. t) Fig. 4 illustre un moyen mécanique de renversement de polarité par coulissement des super-aimants rotoriques. Fig. 5 montre une variante comportant des moyens électro-mécaniques. Fig. 6 est une variante de construction du rotor. Fig. 7 illustre un système mécanique extérieur commandant le basculement de plusieurs barreaux. Le moteur magnétique illustré en fig. 1 comprend un stator 1 qui définit un pôle sud S et un p81e nord N diamétralement opposés. Un rotor 2 est constitué par un disque rotatif 3 calé sur un arbre 4. A la périphérie du disque, on monte des petits barreaux 5 en super-aimants. Ces barreaux sont magnétisés en usine pour définir, chacun, un p8le nord n et un p81e sud s . L'environnement magnétique dans lequel circulent ces barreaux ne permet pas de les influencer, c'est-à-dire d'inver- ser, au sein de chaque barreau, la polarité des extrémités. Dans le mode de construction représenté sur les fig. 1 à 3, chaque super-aimant 5 est articulé,par sa partie centrale,autour d'un axe de pivotement 6 porté par le rotor 3. De part et d'autre de cet axe, on prévoit, dans la périphérie du rotor, des surfaces d'appui 7 et 8 pour la face intérieure du barreau considéré qui est susceptible de pivoter dans un alvéole tel que 9. Bien entendu, cette construction n'est pas limitative, ainsi qu'on le verra plus lots. Par exemple, les axes 6 peuvent être solidaires des super-aimsnts 5 en terre rare et montés dans des paliers ou roulements portés par le rotor qui peut, lui-mme, être suffisamment épais pour comporter plusieurs lignes de super-aimants qui forment alors un réseau d'éléments magnétiques non influençables et de puissance magnétique sensiblement plus élevée que dans les moteurs connus à ce jour. Sur le trajet circulaire des super-aimants 5 du disque 3, on fixe des organes métalliques 10 et 11, solidaires du stator et positionnés chacun au niveau d'un des piles stator riques. Il peut s'agir, par exemple, de dispositifs métalliques présentant une surface incurvée contre laquelle vient s'engager une extrémité (polarisée) d'un barreau rotorique. Cette surface est incurvée dans des sens identiques au pôle nord N et au pale sud S. Chaque surface présente une double courbure (fig. 1 à 3) et remplit une fonction de déflecteur mécanique. Ce moteur magnétique est du type de ceux dans lesquels la polarité du rotor rotatif doit être inversée à chaque passage au niveau des polos N et S du stator, afin d'additionner les forces de traction et de répulsion magnétiques avant et après la ligne d'axe 12 des pâles. Lorsqu'en utilise des aimants permanents portés par la périphérie du rotor, un dispositif connu consiste à démagné tiser puis remagnétiser en sens inverse le rotor à l'aide de super-aimants élaboras en une terre rare. L'inversion de polarité est réalisée par inflaence magnétique. Ce système interdit l'emploi d'un matériau magnétique non inflsençable et capable de fournir une puissance supérieure. La présente invention évite cet inconvénient en réalisant un renversement relatif de polarité entre les pales statoriques d'une part et les piles retoriques d'autre part. Le fonctionnement du dispositif de renversement de polarité sera bien compris en considérant les figures 1 à 3 a) on suppose que le rotor ou disque 3 tourne dans le sens indiqué par la flèche t3 (fig. 2 et 3). Un barreau en super-aimant 5 est en appui sur son siège arrière 8, son p8le nord n venant en saillie dans l'entrefer 14. b) quand le barreau 5 s'approche du pôle S, il est soumis à une attraction (flèche 15) qui l'attire vers ledit pôle S du stator, en entretenant la rotation du disque. c) le barreau 5 stengage alors dans le déflecteur fixe 10 du stator. Ce déflecteur présente une double courbure: l'une orientée dans le sens de rotation, l'autre incurvée vers l'avant du disque. d) le rotor continuant sa rotation, le barreau 5 est repoussé par la surface incurvée 10a ; il pivote autour de son axe 6, glisse le long de la surface déflectrice pour finalement venir en appui sur son siège avant 7. Ces mouvements sont illustrés par les flèches 16 (fig. 2) et t7 (fig. 1). e) lorsque le barreau 5 considéré a franchi l'axe polaire 12 du stator, ces mouvements, dus à des moyens mécani ques,ont "escamotés le pôle nord et amené en saillie,dans l'nn- trefer 14, le ple sud s . On a alors un effet de répulsion entre deux pâles de même signe (flèche t8). Ce dispositif mécanique a provoqué une inversion de polarité sans modifier l'état magnétique du barreau, dont la position après le franchissement de l'axe polaire 12, est vue sur la figure 2 et eXtraits interrompus sur la figure 1. Le phénomène mécanique se répète au niveau du p8le N, par l'intermédiaire du déflecteur 11 qui provoque le pivotement du barreau dans le sens indiqué par la fleche 19(fig. 19, qn notera que les déflecteurs 10 et 11 sont positionnés l'un en avant du plan du disque et l'autre en arrière de ce plan pour agir sur l'extrémité nord ou sud du barreau 5 en super-aimant (fig. 1). Bien entendu, le dispositif mécanique utilisé et décrit précédemment n'est pas limitatif. I1 n'a été donné qu'à titre d'exemple, mais il pourrait être remplacé par un système d'un type quelconque connu permettant de modifier l'interaction entre le rotor et le statuer, chaque fois que le rotor accomplit un demi-tour. Par exemple, le dispositif employé peut comporter un levier 20,fixé au rotor, coudé, relié par une de ses extrémités au super-aimant, tandis que son autre extrémité coopère avec une surface profilée fixée au stator à la hauteur de l'un des pâles. Le super-aimant est un barreau 21 suiceptible de coulisser dans un plan perpendiculaire à celui du disque. Le barreau aimanté coulissant peut aussi se déplacer sous I1 effet de moyens élastiques 22 actionnés dans un sens ou dans l'autre par une butée telle que 23 fixée au stator. Ces moyens purement mécaniques sont schématisés sur a figure 4. On peut aussi utiliser un dispositif électro-mécanique tel que ce lui représenté sur la figure 5. Le coulissement axial des barreaux est obtenu en alimentant en courant polarisé deux bobinages enroulés sur un tube en matériau non magnétique 24, porté par le disque-rotor et à l'intérieur duquel peut se déplacer le barreau 25. Les contacts des bobinages sont ali mentés au passage devant chaque pôle N ou S pour provoquer le coulissement du barreau 25 dont l'un des pôles s ou n est neutralisé par le disque en acier doux jusqu'aux contacts suivants 26 (situés en regard du ptle statorique opposé).Les figures 4 et 5 représentent les barreaux en super-aimant après renversement de polarité (forces de répulsion) Tout ce qui a été décrit précédemment pour un disque rotorique est également valable par exemple pour un empilement de disques 27, 28.. tous calés sur un même arbre. Dans le cas où les super-aimants 29 sont montés à pivotemeqt, ils peuvent être disposée en ligne suivant des génératrices de l'empile- ment. Les barreaux 29 sont, sur une même génératrice, tous calés sur un arbre 30 capable de pivoter par rapport aux disques rotoriques, lesquels sont selidflrisés par des moyens d'un type quelconque connu, tel que 32. Chaque disque est séparé de ses voisins par des plaquettes 31 qui portent les paliers (ou analogues) des arbres 30 (figure 6). Le dispositif mécanique de renversement de polarité peut alors castre monté en bout de l'arbre 30 considéré. I1 comprend, par exemple, comme illustré sur la figure 7, un doigt 33 solidaire de l'arbre 30 et engageant un déflecteur 34, fixe, solidaire du stator et positionné à l'extérieur du moteur, au niveau d'un p81e statorique. La rotation d'un arbre 30 entraîne le renversement simultané de tous les super-aimants d'une génératrice. On comprend qu'un des avantages essentiels de ce système mécanique (ou électro-mécanique) est de permettre le rehversement de polarité sans modifier l'état magnétique des barreaux rotoriques. Ceux-ci peuvent donc être élaborés en un matériau (une terre rare) dont la magnétisation initiale est intense, fournissant une puissance améliorée pavrapport aux dispositifs connus, ladite magnétisation n'étant alors plus influençable dans l'envirinnement magnétique constitué par les masses statorique et rotorique. Des essais ont montré qu'il est avantageux d'employer un nombre elevé de petits barreaux en super-aimant. Par exemple, si on dispose 1 200 aimants sur le pourtour d'un disque rotor, 2 d'entre eux subissent un renversement relatif de leurs polarités pendant que les 1 198 autres continuent de fournir une énergie magnétiqueJqui est transformée en énergie mécanique sur l'arbre du rotor. REVENDICATIONS 1 - Moteur magnétique comprenant un stator aimanté fixe à au moins deux pales, et un rotor constitué par un noyau qui perte au moins une pièce aimantée se déplaçant devant les p8les stator, caractérisé en ce que la pièce aimantée rotorique est déplacée par des moyens électro-mécanlques ou mécaniques fixés au niveau de chacun des pales statoriques pour provoquer l'inversion relative de polarité entre rotor et stator, cette inversion étant due au déplacement des pales d7un (ou des)aimant d /otor, sans qu'il y ait changement de l'état magnétique au sein de la matière constituant chaque aimant qui peut ainsi tre élaboré en une terre rare non magnétique ment influençable dans ltenvironnemont statorique. 2 - Moteur magnétique suivant la revendication ), caractérisé en ce que les moyens mécaniques du stator sont des sor- ted de déflecteurs qui provoquent le pivotement des aimants du rotor lesquels se présentent sous forme de barreau + olarisés montés, par leur partie centrale, sur une articulation portée par le rotor. 3 - Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor comprend au moins un disqae en acier doux, mobile an rotation à l'intérieur d'une masse statorique et muni, sur sa périphérie d'un ou plusieurs aimants permanents dont la po larité active ou prépondérante s'inverse mécaniquement au franchissement de l'axe polaire statorique, si bien que les forces antérieures d'attraction et les forces postérieures de répulsion stajoutent les unes aux autres 4 - Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque aimant permanent rotorique s'engage directement,par ses extrémités polarisées, dans des déflecteurs fixes qui les font basculer peut changer le signe du pôle en saillie dans un entrefer entre rotor et stator, ce qui inverse le sens des efforts magnétiques appliqués au rotor sans inversion de polarité au sein du barreau en terre rare ou super-aimant. 5 - Moteur suivant l'une quelconque des revendications préc8dentes, caractérisé en ce que les moyens mécaniques de pivotement des super-aimants du rotor provoquent un basculement de 1800 à chaque passage dudit super-aimant devant un pale statorique. 6 - Moteur magnétique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé ep ce que te rotor est constitué par un empilement de plusieurs diques ou noyaux identiques, calés sur un mtme arbre, munis de super-aimants qui sont disposés pour former un réseau de barreaux aimantés,suivant deux directions à savoir un réseau de génératrices parallèles a l'arbre du rotor et un réseau de lignes circulaires transversales, tandis que tous les barreaux d'un génératrice sont calés sur un dispositif commun de basculement commandé par l'engagement de moyens mécaniques solidaires du rptor et de moyens mécaniques solidaires du stator et positionnés à l'extérieur du moteur. 7 - Moteur suivant les revendications t et/ou 6, caractérisé en ce qu'un dispositif d'interaction mécanique équipe un (ou plusieurs) barreaux èn super-aimant, lesquels ne sont alors soumis + uBun effet mécanique direct, tel que choc ou frotte- ment. 8 - Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens mécaniques ou électr*-mécaniques utilisés ont pour effet de neutraliser le flux magnétique de l'un des piles en super-aimant, cette neutralisation utilisant par exemple la masse dtacier doux représentée par le noyau rotorique, cet effet pouvant ête obtenu par tous moyens appropriés tels que basculement , coulissement ou déplacement quelconque du barreau au moment de son passage en face d'un pole statorique.