Brevet FR2660497A1 — publié le 19911004

La présente invention concerne un coupleur magnétique et plus particulièrement un coupleur magnétique à torsion. Le principe du coupleur magnétique à torsion est utilisé, dans un grand nombre d'applications, lorsqu'une isolation entre un organe menant à torsion et un organe mené correspondant est importante Par exemple un appareil prévu pour faire circuler des liquides corrosifs à l'intérieur d'un conteneur étanche comporte une pompe à l'intérieur du conteneur et un moteur situé à l'extérieur du conteneur afin d'entraîner la pompe La rotation de l'organe menant du moteur est transformée en une rotation de l'organe mené de la pompe par un coupleur magnétique à torsion, de l'organe menant à l'organe mené Aucune partie du moteur ne vient en contact avec une partie quelconque de la pompe Le coupleur magnétique à torsion élimine la nécessité de joints d'étanchéité dynamiques (c'est-àdire des joints qui viennent en contact avec des parties mobiles), ce qui supprime une source commune de fuites du système. Si on se réfère à la figure 1 du dessin annexé, on voit qu'un coupleur magnétique à torsion 8 suivant la technique antérieure est constitué d'un organe mené 10 et d'un organe menant 12 Les deux organes mené 10 et menant 12 tournent autour d'un axe central commun 14 qui est perpendiculaire à la vue en coupe transversale de la figure 1 Une pluralité d'aimants 16-21, qui sont polarisés dans une seule direction, sont disposés autour de la circonférence externe de l'organe mené 10 De la même façon une pluralité d'aimants 22-27, qui sont polarisés dans une seule direction, sont disposés autour de la circonférence interne de l'organe menant 12 Les flèches représentées sur les aimants 16-27 représentent la polarité de ces aimants 16-27, ces flèches s'étendant du pôle Sud au pôle Nord de chacun des aimants 16- 27 Chacun des aimants 16-27 est polarisé dans le sens radial, c'est-àdire que les gradients de polarité des aimants 16-27 sont parallèles à des rayons qui s'étendent à partir de l'axe de rotation 14 de manière à recouper les aimants 16-27 Les polarités des aimants 16-21 alternent tout autour de la circonférence de l'organe mené 10 De la même façon les polarités des aimants 22-27 alternent autour de la circonférence de l'organe menant 10 (c'est-à-dire qu'un aimant ayant un pôle Nord tourné vers l'intérieur est flanqué, de chaque côté, par des aimants ayant un pôle Nord dirigé vers l'extérieur et vice versa). L'organe mené 10 a un noyau ferromagnétique 30 qui est situé à l'intérieur des aimants 16-21, dans le sens radial Le noyau 30 facilite le passage du flux magnétique entre les aimants 16-21, adjacents dans le sens circonférentiel, de l'organe mené 10 Par exemple le flux magnétique passe de l'aimant 16 à l'aimant 21 à travers le noyau 30 De la même façon l'organe menant 12 a un noyau ferromagnétique 32 qui est situé à l'extérieur des aimants 22-27, dans le sens radial Le noyau 12 facilite le passage du flux magnétique entre les aimants 22-27, voisins dans le sens circonférentiel, de l'organe menant 12 Par exemple le flux magnétique passe de l'aimant 27 vers l'aimant 22, à travers le noyau 32 La valeur de la force magnétique tangentielle à laquelle est soumis l'organe mené 10, en réponse à la rotation de l'organe menant 12, dépend de la quantité de flux magnétique qui passe entre des aimants, voisins dans le sens circonférentiel, de l'organe mené 10 et de l'organe menant 12 Par conséquent les noyaux 30,32, qui augmentent le passage du flux magnétique entre des aimants voisins dans le sens circonférentiel, accroissent la force de torsion subie par l'organe mené 10 Cependant les noyaux 30,32 augmentent le poids et le nombre des parties du coupleur magnétique à torsion 8 L'accroissement du poids de l'organe mené 10 entraîne une augmentation de l'inertie de cet organe mené 10 d'ou une diminution du rendement de n'importe quelle force de torsion agissant sur l'organe mené 10. Il existe d'autres types de coupleur magnétique à torsion qui n'utilisent pas des noyaux Les aimants et le noyau de l'organe mené sont remplacés par une bague magnétique polarisée dans plusieurs directions tandis que les aimants et le noyau de l'organe menant sont remplacés par une autre bague magnétique polarisée dans plusieurs directions. Cependant les bagues qui sont polarisées dans plusieurs directions de manière à se rapprocher de la polarité radiale alternative d'une pluralité d'aimants polarisés dans une seule direction, ne peuvent pas être fabriquées à partir de matériaux magnétiques anisotropiques qui sont par ailleurs désirables pour certaines applications. Un but de la présente invention est d'utiliser des aimants à polarisation unidirectionnelle afin de fournir un coupleur magnétique à torsion sans noyau. Suivant la présente invention l'un des organes d'un coupleur magnétique à torsion ou ses deux organes ont des aimants, polarisés dans la direction radiale, qui sont disposés autour de la circonférence du ou des organes et entre lesquels sont interposés des aimants polarisés dans la direction tangentielle. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en coupe transversale schématique d'un coupleur magnétique à torsion suivant la technique antérieure. La figure 2 est une vue en coupe transversale schématique d'un coupleur magnétique à torsion suivant l'invention, dans un état d'équilibre. La figure 3 est une vue en coupe transversale schématique d'un coupleur magnétique à torsion suivant l'invention dans un état d'équilibre, laquelle illustre le trajet du flux magnétique à travers le coupleur. La figure 4 est une vue en coupe schématique d'un coupleur magnétique à torsion suivant l'invention dans un état de déséquilibre. Si on se réfère à la figure 2, on y voit un coupleur magnétique à torsion 36 suivant l'invention lequel est constitué d'un organe mené 40 et d'un organe menant 42 qui sont séparés par une matière non magnétique 44 L'organe mené est une partie d'un système étanche (non représenté) dans lequel au moins une partie du système est étanchée par la matière non magnétique 44 L'organe mené 40 et l'organe menant 42 sont coaxiaux et tournent ainsi autour d'un axe commun 46 qui se trouve au centre des deux organes 40,42. L'axe commun 46 est perpendiculaire à la vue en coupe transversale de la figure 2. L'organe mené 40 est constitué de six aimants 48-53 en forme de secteur de cercle, polarisés radialement dans une seule direction, et de six aimants 54-59 en forme de secteur de cercle inverse, à polarisation tangentielle dans une seule direction, disposés suivant une séquence alternée autour de la circonférence de l'organe mené 40 La direction de la polarisation des aimants 48-53 polarisés radialement est parallèle à des lignes radiales s'étendant à partir de l'axe de rotation 46 La direction de la polarisation des aimants 54-59 polarisés tangentiellement est perpendiculaire à des lignes radiales s'étendant à partir de l'axe de rotation 46. Les flèches sur chacun des aimants 48-59 indiquent la direction de la polarité des aimants 48-59, les flèches étant orientées du pâle Sud vers le pôle Nord de chacun des aimants 48-59. L'organe menant 42 est constitué de six aimants 60-65 en forme de secteur de cercle inverse, à polarisation radiale dans une seule direction, et de six aimants 66-71 en forme de secteur de cercle, à polarisation tangentielle dans une seule direction, disposés suivant une séquence alternée autour de la circonférence de l'organe menant 42 La direction de la polarisation des aimants 60-71 est représentée par des flèches sur les aimants 60-71, en utilisant la même convention que celle indiquée précédemment. Si on se réfère à la figure 3, on voit que les trajets des flux à l'intérieur du coupleur magnétique 36 sont illustrés par une pluralité de lignes de flux 72-77 Le flux magnétique passe à travers les aimants 48-71 du pôle Sud vers le pôle Nord Par conséquent les flèches des aimants 4871, qui indiquent la polarité de chacun des aimants 48-71, représentent également la direction du passage du flux à travers chacun des aimants 4871 On notera que le flux magnétique passe entre les aimants 48-71 en s'écoulant à partir du pôle Nord de l'un des aimants 48-71 vers le pôle Sud d'un autre des aimants 48-71. Les lignes de flux 72-77 montrent que le flux magnétique passe de l'organe menant 42 vers et dans l'organe mené 40 à travers les aimants 49, 51,53, polarisés dans le sens radial, dont les pôles Sud sont tournés radialement vers l'extérieur (indiqués ci-après comme étant des aimants à "face Sud") et que le flux magnétique sort de l'organe mené 40 à travers les aimants 48,50,52, polarisés dans le sens radial, dont les p 8 les Nord sont tournés radialement vers l'extérieur (appelés ci-après aimants à "face Nord") Les polarités des aimants 48-53 polarisés dans le sens radial alternent autour de la circonférence de l'organe mené 40, entre des faces Sud et des faces Nord Le flux magnétique qui pénètre dans l'organe mené 40, à travers les aimants 49,51,53 à faces Sud, sort de l'organe mené 40 à travers l'un ou l'autre des aimants 48,50,52 à faces Nord qui est adjacent, dans le sens circonférentiel, à un aimant correspondant parmi les aimants à faces Sud 49,51,53 Par exemples les lignes de flux 72,73 montrent que le flux magnétique qui pénètre dans l'organe mené 40, à travers l'aimant 49, sorte de l'organe mené 40 soit à travers l'aimant 48 (dans le cas de la ligne de flux 72) soit à travers l'aimant 50 (dans le cas de la ligne de flux 73) On notera que les deux aimants 48,50 à faces Nord sont adjacents, dans le sens circonférentiel, à l'aimant 49 à face Sud. Les aimants 48-53, polarisés dans le sens radial, de l'organe mené 40 sont séparés par les aimants 54-59, polarisés dans le sens tangentiel, interposés entre eux Le pôle Nord de chacun des aimants 54-59, polarisés dans le sens tangentiel, est plaqué contre les aimants à faces Nord 48,50, 52, polarisés dans le sens radial, tandis que le pôle Sud des aimants 5459, polarisés dans le sens tangentiel, est plaqué contre les aimants à faces Sud 49,51,53, polarisés dans le sens radial Cet agencement facilite le passage du flux magnétique entre les aimants à faces Sud 49,51,53 et les aimants à faces Nord 48,50,52 dans l'organe mené 40. Le flux magnétique passe, à partir de l'organe mené 40, vers et dans l'organe menant 42, à travers les aimants ,62,64, polarisés dans le sens radial, dont le pôle Sud est dirigé radialement vers l'intérieur (appelés ci-après aimants à "face Sud") Le flux magnétique sort de l'organe menant 42 à travers les aimants 61,63,65 polarisés dans le sens radial, dont les pôles Nord sont tournés radialement vers l'intérieur (appelés ci-après aimants à "face Nord") Les polarités des aimants 60-65, polarisés dans le sens radial, alternent autour de la circonférence de l'organe menant 42, entre les faces Sud et les faces Nord Le flux magnétique qui pénètre dans l'organe menant 42 à travers les aimants à faces Sud ,62,64, sort de l'organe menant à travers l'un ou l'autre des aimants à faces Nord 61,63, 65 qui est adjacent, dans le sens circonférentiel, à un aimant correspondant parmi les aimants à faces Sud 60,62,64 Par exemple les lignes de flux 73,74 montrent que le flux magnétique qui pénètre dans l'organe menant 42, à travers l'aimant 62, sort de l'organe menant 42 soit à travers l'aimant 61 (dans le cas de la ligne de flux 73) soit à travers l'aimant 63 (dans le cas de la ligne de flux 74) On notera que les deux aimants à faces Nord 61,63 sont adjacents, dans le sens circonférentiel, à l'aimant à face Sud 62. Les aimants 60-65, polarisés dans le sens radial, de l'organe menant 42 sont séparés par les aimants 66-71 polarisés dans le sens tangentiel Le pôle Nord de chacun des aimants 66-71, polarisés dans le sens tangentiel, est plaqué contre les aimants à faces Nord 61,63,65 polarisés dans le sens radial, tandis que le pôle Sud des aimants 66-71, polarisés dans le sens tangentiel, est plaqué contre les aimants à faces Sud 60,62,64, polarisés dans le sens radial. Cet agencement facilite le passage du flux magnétique entre les aimants à faces Sud 60,62,64 et les aimants à faces Nord 61,63,65 à l'intérieur de l'organe menant 42. Les figures 2 et 3 représentent le coupleur magnétique à torsion 36 dans une position d'équilibre dans laquelle les aimants à faces Nord 48,50,52 de l'organe mené sont alignés avec les aimants à faces Sud 60,62,64 de l'organe menant 42 et les aimants à faces Sud 49,51,53 de l'organe mené 40 sont alignés avec les aimants à faces Nord 61,63,65 de l'organe menant 42 Dans la position d'équilibre les composantes tangentielles des flux magnétiques agissant sur l'organe mené 40 sont égales à zéro, ainsi qu'il est indiqué par les lignes de flux 72-73 La force magnétique tangentielle agissant sur l'organe mené 40 est proportionnelle au produit du flux tangentiel et du flux radial Puisqu'il n'y a pas de flux tangentiel agissant sur l'organe mené 40, dans la position d'équilibre, il n'y a aucune force tangentielle agissant sur l'organe mené 40 dans la position d'équilibre et par conséquent l'organe mené 40 est à l'arrêt On notera que, bien que les figures 2 et 3 montrent l'aimant 48 aligné avec l'aimant 60, une position d'équilibre similaire existe lorsque l'aimant 48 est aligné avec l'aimant 62 ou lorsque l'aimant 48 est aligné avec l'aimant 64. Si on se réfère à la figure 4, on voit que l'organe menant 42 est attaché physiquement à un moyen externe, tel qu'un moteur (non représenté), et est entraîné en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre Les positions angulaires relatives de l'organe mené 40 et de -l'organe menant 42 sur la figure 4 (c'est-à-dire le déplacement angulaire) entraînent l'existence de composantes tangentielles et radiales des flux magnétiques à l'endroit de l'organe mené 40, ainsi qu'il est indiqué par les lignes de flux 72-77 Une force tangentielle 78 qui agit sur l'organe mené 40, est proportionnelle au produit de la composante tangentielle du flux magnétique qui agit sur l'organe mené , et de la composante radiale du flux magnétique qui agit sur l'organe mené 40 La force tangentielle 78 amène l'organe mené 40 à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre (c'est-à-dire dans le même sens que l'organe menant 42) La force 78 agit sur l'organe mené 40 jusqu'à ce que cet organe mené 40 ait tourné et atteint une position d'équilibre dans laquelle les aimants à faces Sud 49, 51,53 de l'organe mené 40 se trouvent être alignés avec les aimants à faces Nord 61,63,65 de l'organe menant 42 et que les aimants à faces Nord 48,50,52 de l'organe mené 40 se trouvent être alignés avec les aimants à faces Sud 60,62,64 de l'organe menant 42 (c'est-à-dire la position représentée sur les figures 2 et 3) On notera que, tandis que l'organe mené 40 tourne et se rapproche de la position d'équilibre, l'amplitude de la force 78 diminue du fait que la composante tangentielle du flux magnétique qui agit sur l'organe mené 40 décroit. Une position de pseudo-équilibre existe dans laquelle les aimants à faces Sud 49,51,53 de l'organe mené 40 sont alignés avec les aimants à faces Sud 60,62,64 de l'organe menant 42 et les aimants à faces Nord 48,50,52 de l'organe mené 40 se trouvent alignés avec les aimants à faces Nord 61, 63,65 de l'organe menant 42 Cette position est dite "de pseudo-équilibre" du fait que, bien que la composante tangentielle résultante du flux magnétique qui agit sur l'organe mené 40, devienne égale à zéro, tout déplacement angulaire à partir de cette position produit une force magnétique tangentielle qui agit dans la même direction tangentielle que le déplacement, ce qui tend à augmenter l'amplitude de ce déplacement Par contre, dans le cas de la position d'équilibre la force tangentielle 78 agit dans la direction opposée au déplacement, en tendant ainsi à diminuer le déplacement et ramener par conséquent l'organe mené 40 vers la position d'équilibre. Lorsque l'organe menant 42 est écarté de la position d'équilibre (par exemple au moyen d'un moteur qui entraîne en rotation l'organe menant 42) les effets inertiels amènent l'organe mené 40 à prendre du retard en arrière de l'organe menant 42 Si l'organe menant 42 est entraîné en rotation à une vitesse constante, le coupleur 36 atteint éventuellement un état de régime permanent dans lequel l'organe mené 40 tourne à la même vitesse que l'organe menant 42, à condition que la charge s'exerçant sur l'organe mené 40 ne soit pas excessive Cependant, même en régime permanent, l'organe mené est décalé en arrière par rapport à l'organe menant 42 La valeur du retard est un déplacement angulaire qui est il suffisant pour produire une force tangentielle égale à la charge s'exerçant sur l'organe mené 40 Si le déplacement exigé pour produire la force correspondant à la charge amène l'organe mené 40 à tourner au-delà de la position de pseudo- équilibre, la charge est alors trop importante pour pouvoir être entraînée par le coupleur magnétique 36. L'invention peut être mise en oeuvre en utilisant plusieur aimants polarisés dans le sens tangentiel entre chaque paire d'aimants polarisés dans le sens radial De même, bien que l'invention soit représentée comme comportant un seul aimant, polarisé dans le sens radial, entre chaque paire d'aimants polarisés dans le sens tangentiel, l'invention peut être réalisée en pratique en prévoyant plusieur aimants polarisés dans le sens radial entre chaque paire d'aimants polarisés dans le sens tangentiel. L'invention peut être mise en pratique uniquement sur l'organe mené 40 en utilisant la technique antérieure pour l'organe menant 42, ou bien encore elle peut être utilisée uniquement sur l'organe menant 42 en utilisant un organe mené 40 suivant la technique antérieure Le nombre des aimants polarisés dans le sens radial et des aimants polarisés dans le sens tangentiel qui sont utilisés pour l'organe menant 42 ou pour l'organe mené 40, peut être modifié sans sortir du cadre de l'invention Les polarités des aimants radiaux 48-53 de l'organe mené 40 et des aimants radiaux 60-65 de l'organe menant 42 peuvent être agencées autrement que suivant une alternance de faces Nord et de faces Sud, ainsi qu'il est représenté, à condition que l'on modifie les polarités des aimants correspondants 54-59, polarisés dans le sens tangentiel, de l'organe mené 40 et des aimants correspondants 66-71, polarisés dans le sens tangentiel, de l'organe menant 42 Bien que l'organe mené 40 et l'organe menant 42 soient représentés comme étant coaxiaux, on comprendra que l'expression "coaxiaux" englobe le cas o l'axe de rotation de l'organe mené 40 et l'axe de rotation de l'organe menant 42 sont situés à proximité immédiate l'un de l'autre. L'invention peut être mise en oeuvre avec des aimants ayant des formes différentes des formes exactes des aimants 48-71 représentés sur les figures 2,3 et 4. REVENDICATIONS 1. Coupleur magnétique comprenant un organe mené ( 40) et un organe menant ( 42) coaxial avec l'organe mené ( 40) et disposé vers l'extérieur, dans le sens radial, par rapport à celui-ci, caractérisé en ce que l'organe menant ( 42) comporte des aimants ( 60-65) polarisés dans le sens radial, disposés autour de la circonférence de l'organe menant ( 42), et entre lesquels sont interposés des aimants ( 66-71) polarisés dans le sens tangentiel. 2. Coupleur magnétique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les aimants ( 60-65) polarisés dans le sens radial se présentent alternativement avec des faces Sud et des faces Nord. 3 Coupleur magnétique suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les pôles Nord des aimants ( 66-71) polarisés dans le sens tangentiel sont plaqués contre les aimants à faces Nord ( 61,63,65), polarisés dans le sens radial, et en ce que les pôles Sud des aimants ( 66-71), polarisés dans le sens tangentiel, sont plaqués contre les aimants à faces Sud ( 60,62,64) polarisés dans le sens radial. 4. Coupleur magnétique suivant la revendication 3 caractérisé en ce que le nombre des aimants ( 60-65), polarisés dans le sens radial, est égal à six. 5 Coupleur magnétique suivant la revendication 4 caractérisé en ce que les aimants ( 66-71), polarisés dans le sens tangentiel, ont la forme d'un secteur de cercle. 6. Coupleur magnétique suivant la revendication 5 caractérisé en ce que les aimants ( 60-65), polarisés dans le sens radial, ont la forme d'un secteur de cercle inverse. 7. Coupleur magnétique comprenant un organe menant ( 42) et un organe mené ( 40) coaxial avec l'organe menant ( 42) et disposé vers l'intérieur, dans le sens radial, par rapport à celui-ci, caractérisé en ce que l'organe mené ( 40) comporte des aimants ( 48-53) polarisés dans le sens radial, disposés autour de la circonférence de l'organe mené ( 40), et entre lesquels sont interposés des aimants ( 54-59) polarisés dans le sens tangentiel. 8. Coupleur magnétique suivant la revendication 7 caractérisé en ce que les aimants ( 48-53) polarisés dans le sens radial se présentent alternativement avec des faces Sud et des faces Nord. 9. Coupleur magnétique suivant la revendication 8 caractérisé en ce que les pôles Nord des aimants ( 54-59), polarisés dans le sens tangentiel, sont plaqués contre les aimants à faces Nord ( 48,50,52), polarisés dans le sens radial, et en ce que les pôles Sud des aimants ( 54-59), polarisés dans le sens tangentiel, sont plaqués contre les aimants à faces Sud ( 49,51,53), polarisés dans le sens radial. 10. Coupleur magnétique suivant la revendication 9 caractérisé en ce que le nombre des aimants ( 48-53), polarisés dans le sens radial, est égal à six. 11. Coupleur magnétique suivant la revendication 10 caractérisé en ce que les aimants ( 54-59), polarisés dans le sens tangentiel, ont la forme d'un secteur de cercle inverse. 12. Coupleur magnétique suivant la revendication 11 caractérisé en ce que les aimants ( 48-53), polarisés dans le sens radial, ont la forme d'un secteur de cercle. 13. Coupleur magnétique caractérisé en ce qu'il comprend un organe menant ( 42) comportant des aimants ( 60- ) polarisés dans le sens radial, disposés autour de la circonférence de l'organe menant ( 42), et entre lesquels sont interposés des aimants ( 6671) polarisés dans le sens tangentiel, et un organe mené ( 40) coaxial avec l'organe menant ( 42) et disposé vers l'intérieur, dans le sens radial, par rapport à celui-ci, cet organe mené ( 40) comportant des aimants ( 48-53) polarisés dans le sens radial, disposés autour de la circonférence de l'organe mené ( 40), et entre lesquels sont interposés des aimants ( 54-59) polarisés dans le sens tangentiel. 14. Coupleur magnétique suivant la revendication 13 caractérisé en ce que les aimants ( 48-53; 60-65) polarisés dans le sens radial se présentent alternativement avec des faces Sud et des faces Nord. 15. Coupleur magnétique suivant la revendication 14 caractérisé en ce que les pôles Nord des aimants ( 54-59; 66- 71), polarisés dans le sens tangentiel, sont plaqués contre les aimants à faces Nord ( 48,50,52; 61,63,65), polarisés dans le sens radial, et en ce que les pôles Sud des aimants ( 54- 59; 66-71), polarisés dans le sens tangentiel, sont plaqués contre les aimants à faces Sud ( 49,51,53; 60,62,64) polarisés dans le sens radial. 16 Coupleur magnétique suivant la revendication 15 caractérisé en ce que le nombre des aimants ( 60-65), polarisés dans le sens radial, de l'organe menant ( 42) est égal a six. 17. Coupleur magnétique suivant la revendication 15 caractérisé en ce que le nombre des aimants ( 48-53), polarisés dans le sens radial, de l'organe mené ( 40) est égal à six. 18. Coupleur magnétique suivant la revendication 17 caractérisé en ce que les aimants ( 54-59), polarisés dans le sens tangentiel, de l'organe mené ( 40) ont la forme d'un secteur de cercle inverse. 19. Coupleur magnétique suivant la revendication 18 caractérisé en ce que les aimants ( 48-53), polarisés dans le sens radial, de l'organe mené ( 40) ont la forme d'un secteur de cercle. 20. Coupleur magnétique suivant la revendication 19 caractérisé en ce que les aimants ( 66-71), polarisés dans le sens tangentiel, de l'organe menant ( 42) ont la forme d'un secteur de cercle. 21 Coupleur magnétique suivant la revendication 20 caractérisé en ce que les aimants ( 60-65), polarisés dans le sens radial, de l'organe menant ( 42) ont la forme d'un secteur de cercle inverse.