Brevet FR2848739A1 — publié le 20040618

Dispositif d'entraînement en rotation La présente invention concerne un dispositif d'entraînement rotatif. Plus particulièrement, elle concerne un dispositif d'entraînement 5 rotatif selon un axe de rotation (R), notamment pour l'assistance à un turbocompresseur à gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Ce dispositif permet, par exemple, une assistance au turbocompresseur actuel dans les phases de transitoire. Les turbocompresseurs actuels ont comme inconvénient un manque 1o de réactivité du turbocompresseur dans la phase transitoire. En effet, durant ces phases transitoires, l'inertie intrinsèque d'un turbocompresseur provoque une perte de performance. Le but de l'invention consiste à proposer un dispositif d'entraînement en rotation permettant notamment d'améliorer les 15 performances d'un turbocompresseur ou d'un compresseur électrique. Ce but est atteint par un dispositif d'entraînement rotatif selon un axe de rotation, notamment pour l'assistance à un turbocompresseur, comportant une partie fixe, le stator, délimitant au moins une zone de passage dans laquelle une partie mobile, le rotor, est guidée en rotation, 20 caractérisé en ce que la partie mobile est composée de plusieurs aimants permanents dont l'axe d'attraction magnétique est alterné et sensiblement parallèle à l'axe de rotation du rotor, la partie fixe comporte une pluralité de modules d'entraînement créant chacun un champ magnétique d'intensité variable selon une direction parallèle à l'axe de rotation dans au moins une 25 zone dite de passage, la partie mobile étant montée pour tourner dans la zone de passage. Selon une autre particularité, les modules d'entraînement sont agencés autour de la partie mobile et enveloppe la zone de passage. Selon une autre particularité, chaque module d'entraînement comprend un conducteur de champ, constitué d'un circuit composé d'un matériau ferromagnétique, et au moins une bobine électrique. Selon une autre particularité, au moins un conducteur de champ 5 présente une section droite comportant une base en forme de tronc de pyramide, aux deux bords opposés de laquelle s'étendent deux bras, chaque bras comprenant une première partie en forme de tronc de pyramide qui s'étend sensiblement perpendiculairement à la base et une seconde partie sensiblement en forme de tronc de pyramide incliné, qui est incliné par 10 rapport à la première partie. Selon une autre particularité, les deux secondes parties inclinées de chaque conducteur de champ s'étendent l'une vers l'autre, et présentent à leur extrémité libre un surface, les deux surfaces étant agencées de façon à former un entrefer. Selon une autre particularité, la partie mobile composée d'aimants permanents occupe la majeure partie de l'entrefer des différents modules d'entraînement. Selon une autre particularité, les conducteurs de champ sont des profilés. Selon une autre particularité, la partie mobile est un cylindre creux composé d'aimants permanents d'axe de révolution l'axe de rotation (R). Selon une autre particularité, le stator comprend six modules d'entraînement et le rotor quatre aimants formant une couronne d'aimants d'angle 90 . Selon une autre particularité, les dimensions des conducteurs de champs sont choisies pour que la réluctance entre ces conducteurs de champ doit être grande par rapport à la réluctance de l'entrefer pour limiter l'interaction entre ces conducteurs de champ. Selon une autre particularité, les six modules d'entraînement 30 présentent aux aimants, au niveau de l'entrefer, des surfaces de formes sectorielles dont l'angle correspond sensiblement au tiers de l'angle couvert par chaque aimant de la couronne cet angle permettant alors d'inverser le flux magnétique pour la bobine concernée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à 5 la lecture de la description qui va suivre en référence aux dessins dans lesquels - la figure 1 représente une vue de dessus du dispositif d'entraînement selon l'invention. - la figure 2 représente une vue de dessus de la partie fixe du 10 dispositif - les figures 3A et 3B représentent le détail d'un module d'entraînement. On note que le dispositif d'entraînement selon l'invention peut aussi bien fonctionner verticalement qu'horizontalement. On a représenté figure 1 à 3B un dispositif d'entraînement rotatif suivant un axe de rotation (R). Le dispositif 1 d'entraînement rotatif est composé d'une partie fixe comprenant une pluralité de modules d'entraînement 10 à 15 qui délimitent une fente dans laquelle une partie 2 mobile, composée d'une pluralité aimants assemblés 16 à 19, peut tourner 20 indéfiniment autour de son axe confondu avec l'axe de rotation (R) du dispositif. La partie mobile se compose, par exemple, de quatre aimants permanents 16 à 19, en terre rare de type NdFeB. La partie mobile 2 forme par exemple un cylindre creux dont l'axe longitudinal est confondu avec 25 l'axe de rotation (R). Un matériau amagnétique peut constituer l'intérieur du cylindre pour permettre un couplage mécanique avec l'arbre à entraîner en rotation. Selon la variante de réalisation représentée, les quatre aimants 16 à 19 sont disposés de façon régulière autour de l'axe de rotation (R) pour former une couronne d'aimant d'angle 90 . L'axe de rotation (R) constitue également l'axe d'attraction magnétique des quatre aimants 16 à 19 permanents qui forment la partie 2 mobile. Les sens d'attraction magnétique des aimants permanent 16 à 19 sont alternés permettant d'obtenir une action d'attraction sur un aimant et 5 de répulsion sur l'aimant directement assemblé sur le précédent, créant alors une variation de flux, et donc un couple de rotation. Chaque aimant peut être, soit plein, soit fritté, pour réduire les courants de Foucault. La partie fixe comprend, par exemple, six modules d'entraînement 10 10 à 15 indépendants qui sont disposés autour de la partie 2 mobile en laissant la possibilité à celle-ci de se mouvoir à l'intérieur d'un entrefer 25 formé par les modules d'entraînement 10 à 15. Chaque module d'entraînement 10 à 15 comprend un conducteur de champ à une forme générale en C constituée d'une base 27 en forme de 15 tronc de pyramide à partir de laquelle, aux extrémités, se prolongent deux bras 21, 22. Ces bras 21, 22 étendent le module d'entraînement perpendiculairement à l'axe de rotation (R). Deux parties supplémentaires viennent prolonger ces deux bras 21, 22 grâce à deux pièces en forme de tronc de pyramide incliné 23, 24, qui étendent le module d'entraînement 20 jusqu'à la frontière d'une zone de passage de la partie 2 mobile dite entrefer 25. La partie 2 mobile vient ainsi fermer les circuits magnétiques formés par les modules d'entraînement 10 à 15 et occupe la majeur partie de l'entrefer 25 de chaque conducteur de champs. Selon une variante de réalisation, les conducteurs de champ sont réalisés à partir d'un profilé. Chaque circuit magnétique des six modules d'entraînement 10 à 15 est équipé d'une bobine électrique 40 à 45. Les bobines 40 à 45 sont composées de spires réalisées par des enroulements de fils électriques 30 parallèlement à l'axe de rotation (R). Chaque bobine 40 à 45 est destinée à piloter le circuit du conducteur de champs associé formant un module d'entraînement. Le dispositif selon l'invention est destiné à entraîner par exemple un turbocompresseur ou un compresseur électrique. Dans cette utilisation particulière, le rotor ou partie 2 mobile est relié à l'arbre du turbocompresseur ou du compresseur par un système qui n'est pas représenté. Ce système de fixation est prévu pour laisser seulement une liberté en rotation. Le guidage du rotor 2 par rapport au stator ou parti fixe n'est également pas représenté. La partie guidage et accroche à l'arbre sont réalisés avec un matériau amagnétique pour ne pas perturber le fonctionnement du dispositif. Lorsque le courant est injecté dans la bobine 40 à 45, le module d'entraînement 10 à 15 associé vient conduire un champ magnétique dans 15 l'entrefer 25 de direction parallèle à l'axe de rotation (R) et dont le sens dépend de celui du courant injecté. Chaque module d'entraînement 10 à 15 peut produire un couple soit d'attraction, soit de répulsion, résultant de l'interaction entre le champ magnétique provenant de la partie 2 mobile et celui provenant des modules d'entraînement 10 à 15. Ce couple a 20 sensiblement comme axe celui de rotation (R), son sens et son amplitude dépendant des sens et des amplitudes des champs magnétiques crées par les modules d'entraînement 10 à 15. Un des aimants de la partie 2 mobile peut être attiré dans un entrefer 25 lorsque le courant dans la bobine du module d'entraînement 25 correspondant produit un champ magnétique dans l'entrefer 25 de même sens que celui de l'aimant permanent et peut être repoussé lorsque les deux champs sont opposés, donc par inversion de courant. Les conducteurs de champ constituent un circuit magnétique ouvert seulement à l'endroit de l'entrefer 25 pour optimiser le parcours du flux. La 30 forme de tronc de pyramide incliné des conducteurs de champ permet d'augmenter l'induction au niveau de l'entrefer 25 ce qui augmente l'énergie créée. Le circuit magnétique des conducteurs de champ est constitué d'un matériau ferromagnétique plein ou fritté en poudre de fer, ou composé de 5 tôles ferromagnétiques empilées pour limiter l'effet des courants de Foucault. Les conducteurs de champ sont dimensionnés par ces paramètres * La hauteur de l'entrefer h - La surface de l'entrefer S La distance entre deux parties inclinées des troncs de pyramide de deux conducteurs de champ. La distance entre deux conducteurs de champ est dimensionnante car les conducteurs de champ interagissent entre eux. Ainsi les dimensions des conducteurs de champs sont choisies pour que la réluctance entre ces 15 conducteurs de champ doit être grande par rapport à la réluctance de l'entrefer pour limiter l'interaction entre ces conducteurs de champ. Les bobines 40 à 45 des modules d'entraînement 10 à 15 peuvent être toutes pilotées indépendamment. Dans un exemple de réalisation les bobines sont piloter par deux. Par exemple, sur la figure 3, les deux bobines des modules 11 et 14 sont pilotées de façon à créer le mouvement de rotation. Ces bobines peuvent être mises en parallèle ou en série. La limitation au niveau du courant dans les bobines est pour l'attraction, la limite de saturation du matériau ferromagnétique constituant 25 le module d'entraînement et pour la répulsion, la limite de désaturation de l'aimant permanent. Le dispositif peut se passer du capteur de position ou de vitesse en mesurant, dans les bobines non actives pendant le mouvement, soit, pendant que les deux bobines correspondantes sont alimentées, la force 30 contre électromotrice qui est proportionnelle à la vitesse. Le dispositif selon l'invention est moins sensible aux tolérances mécaniques que les systèmes à réluctance variable grâce à l'homogénéité du couple et l'absence de force autre que celle qui contribue au déplacement souhaité. On peut très bien utiliser également le principe magnétique du dispositif pour permettre un meilleur guidage de la partie mobile puisque l'aimant dans ce dispositif a une position d'équilibre au milieu. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit qu'à titre d'exemple, ainsi la présente invention n'est pas 10 limitée à l'application du turbocompresseur mais peut être envisageable comme alternateur lorsque le turbocompresseur ne fonctionne pas, ce qui pourrait permettre de réduire le cot de l'alternateur actuel, voir le supprimer. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'entraînement rotatif selon un axe de rotation (R), 5 notamment pour l'assistance à un turbocompresseur, caractérisé en ce qu'il comprend une partie fixe, le stator, délimitant au moins une zone de passage (25) dans laquelle une partie (2) mobile, le rotor, est guidée en rotation, la partie (2) mobile est composée de plusieurs aimants (16 à 19) permanents dont l'axe d'attraction magnétique est alterné et sensiblement 10 parallèle à l'axe de rotation (R) du rotor, la partie fixe comporte une pluralité de modules d'entraînement (10 à 15) créant chacun un champ magnétique d'intensité variable selon une direction parallèle à l'axe de rotation (R) dans au moins une zone (25) de passage, la partie 2 mobile étant montée pour tourner dans la zone de passage. 2. Dispositif d'entraînement rotatif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les modules (10 à 15) d'entraînement sont agencés autour de la partie (2) mobile et enveloppent la zone de passage. 3. Dispositif d'entraînement rotatif, selon les revendications 1 à 2, caractérisé en ce que chaque module d'entraînement (10 à 15) comprend 20 un conducteur de champ, constitué d'un circuit composé d'un matériau ferromagnétique, et au moins une bobine (40 à 45) électrique. 4. Dispositif d'entraînement rotatif, selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins un conducteur de champ présente une section droite comportant une base (27) en forme de tronc de pyramide, aux 25 deux bords opposés de laquelle s'étendent deux bras (21, 22), chaque bras comprenant une première partie en forme de tronc de pyramide qui s'étend sensiblement perpendiculairement à la base et une seconde partie (23, 24) sensiblement en forme de tronc de pyramide inclinée, qui est incliné par rapport à la première partie. 5. Dispositif d'entraînement rotatif, selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux secondes (23, 24) parties inclinées de chaque conducteur de champ s'étendent l'une vers l'autre, et présentent à leur extrémité libre une surface, les deux surfaces étant agencées de façon à former un entrefer (25). 6. Dispositif d'entraînement rotatif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie (2) mobile, composée d'aimants (16 à 19) permanents, occupe la majeure partie de la zone de passage (25) des différents modules d'entraînement (10 à 15). 7. Dispositif d'entraînement rotatif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les modules d'entraînement (10 à 15) comprennent des conducteurs de champs en forme de profilés. 8. Dispositif d'entraînement rotatif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la partie (2) mobile est un 15 cylindre creux composé d'aimants permanents d'axe de révolution confondu avec l'axe de rotation (R) 9. Dispositif d'entraînement rotatif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le stator comprend six modules d'entraînement (10 à 15) et le rotor comprend quatre aimants formant une 20 couronne d'aimants d'angle 900. 10. Dispositif d'entraînement rotatif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les modules d'entraînement (10 à 15) comprennent des conducteurs de champs dont les dimensions sont choisies pour que la réluctance entre ces conducteurs de champs soit 25 grande par rapport à la réluctance de la zone de passage de façon à limiter l'interaction entre ces conducteurs de champ. 11. Dispositif d'entraînement rotatif, selon la revendication 10, caractérisé en ce que les six modules d'entraînement présentent aux aimants, au niveau de l'entrefer, des surfaces de formes sectorielles dont 30 l'angle correspond sensiblement au tiers de l'angle couvert par chaque Silé, 10 aimant de la couronne cet angle permettant alors d'inverser le flux magnétique pour la bobine concernée.