Brevet FR3147611A1 — publié le 20241011

Une boîte de vitesse (1) magnétique comprenant : un rotor (6) menant ; un rotor (2) mené coaxial au rotor menant ; et un modulateur (4), interposé entre le rotor (6) menant et le rotor (2) mené et coaxial au rotor (6) menant et au rotor (2) mené, le modulateur (4) comprenant au moins une pièce ferromagnétique. Le rotor (6) menant et le rotor (2) mené comprennent chacun une pluralité de secteurs magnétiques (8) dont la polarité est pilotée pour former un premier nombre déterminé de pôles magnétiques sur le rotor (6) menant et un deuxième nombre déterminé de pôles magnétiques sur le rotor (2) mené. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 BOITE DE VITESSE MAGNETIQUE L’invention concerne le domaine des boîtes de vitesse magnétiques. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE D’une manière connue, un réducteur mécanique est un système d’engrenages dont le rapport de transmission est inférieur à un. Un réducteur comprend classiquement au moins deux engrenages, un arbre d’entrée et un arbre de sortie. Un mouvement de rotation est appliqué sur l’arbre d’entrée, avec un couple d’entrée et une vitesse d’entrée donnés. Typiquement, le réducteur permet d’obtenir un couple de sortie et une vitesse de sortie différents du couple d’entrée et de la vitesse d’entrée. Ainsi, typiquement un réducteur peut permettre d’augmenter un couple de sortie par rapport au couple d’entrée, ou d’augmenter une vitesse de sortie par rapport à la vitesse d’entrée. D’une manière connue, une boîte de vitesse mécanique est un système comprenant une pluralité de réducteurs mécaniques, la boîte de vitesse permettant de choisir entre plusieurs rapports de réduction. Les réducteurs mécaniques sont des systèmes anciens et bien connus pour leur robustesse. Cependant, les réducteurs mécaniques peuvent être assez encombrants de par la taille des engrenages qui les composent. En outre, la rotation des différents engrenages peut être bruyante. Pour répondre à ces différentes problématiques, des réducteurs magnétiques ont été développés. D’une manière classique, un réducteur magnétique comprend : - Un rotor externe constitué d’une couronne ferromagnétique et d’un nombre donné d’aimants déposés sur sa surface interne. - Un rotor menant constitué d’une couronne ferromagnétique et d’un nombre d’aimants différent du nombre d’aimants du rotor mené, les aimants étant déposés sur la surface externe de la couronne. - Des modulateurs constitués de pièces ferromagnétiques. Leur nombre est déterminé par la combinaison du nombre de pôles du rotor menant et du nombre de pôles du rotor mené. D’une manière classique le choix du nombre d’aimants (et donc de pôles magnétiques) sur la couronne externe et sur la couronne interne, et le choix du nombre de pièces ferromagnétiques des modulateurs, permettent de déterminer un rapport de réduction du réducteur (tout comme le choix du nombre de dents et du diamètre permet de déterminer le rapport de réduction d’un réducteur mécanique). De tels réducteurs magnétiques sont particulièrement performants et peuvent être moins encombrants et plus silencieux que des réducteurs mécaniques. Cependant, l’architecture connue des réducteurs magnétiques ne permet pas d’envisager un système de boîte de vitesse permettant de faire varier un rapport de réduction. Ainsi, dans ce contexte, il est nécessaire de fournir une boîte de vitesse magnétique permettant de faire varier un rapport de réduction, tout en étant plus silencieuse et moins encombrante que des boîtes de vitesse mécaniques de l’art antérieur. A cet effet, selon un premier aspect, il est proposé une boîte de vitesse magnétique comprenant : (i) un rotor menant ; (ii) un rotor mené coaxial au rotor menant ; et (iii) un modulateur, interposé entre le rotor menant et le rotor mené et coaxial au rotor menant et au rotor mené, le modulateur comprenant au moins une pièce ferromagnétique. De plus, le rotor menant et le rotor mené comprennent chacun une pluralité de secteurs magnétiques dont la polarité est pilotée pour former un premier nombre déterminé de pôles magnétiques sur le rotor menant et un deuxième nombre déterminé de pôles magnétiques sur le rotor mené. Ainsi, il est proposé une boîte de vitesse magnétique permettant de faire varier un rapport de réduction, tout en étant plus silencieuse et moins encombrante que des boîtes de vitesse mécaniques de l’art antérieur. En effet, le pilotage de la polarité des secteurs magnétiques permet de modifier le rapport de réduction de la boîte de vitesse. En outre, l’utilisation astucieuse de secteurs magnétiques dont la polarité est pilotée permet d’utiliser un nombre réduit de rotors ce qui permet de réduire l’encombrement de la boîte de vitesse par rapport à une boîte de vitesse mécanique. Enfin, la boîte de vitesse magnétique présente un fonctionnement plus silencieux qu’une boîte de vitesse à engrenages connue. Selon une disposition particulière, chaque rotor comprend une première couronne ferromagnétique présentant une pluralité de lamelles radiales, chaque lamelle radiale étant adaptée pour recevoir un aimant ou un électroaimant pour former un secteur magnétique. Selon une disposition particulière, au moins un secteur magnétique comprend un aimant fixé sur une lamelle radiale. Selon une disposition particulière, au moins un secteur magnétique comprend un électroaimant présentant une bobine enroulée autour d’une lamelle radiale présentant un aimant, la polarité du secteur magnétique étant pilotée en changeant un sens de circulation d’un courant dans l’électroaimant. Selon une disposition particulière, au moins l’un des rotors comprend au moins deux couronnes ferromagnétiques coaxiales, la première couronne ferromagnétique comprenant une première série d’aimants disposés radialement autour de la première couronne ferromagnétique et la deuxième couronne ferromagnétique comprenant une deuxième série d’aimants disposés radialement autour de la deuxième couronne ferromagnétique, la première couronne ferromagnétique et la deuxième couronne ferromagnétique pivotent l’une par rapport à l’autre pour modifier l’alignement des aimants de la deuxième série avec les aimants de la première série, l’alignement d’un aimant de la deuxième série avec un aimant de la première série formant un secteur magnétique et une modification de l’alignement des aimants de la deuxième série avec les aimants de la première série permettant de modifier la polarité des secteurs magnétiques. Selon une disposition particulière, la boîte de vitesse comprend une couronne intermédiaire en matériau ferromagnétique, disposée entre la première couronne et la deuxième couronne, coaxiale à la première couronne et la deuxième couronne, et présentant une troisième série d’aimants, la deuxième couronne ferromagnétique et la couronne intermédiaire pivotent l’une par rapport à l’autre pour modifier l’alignement des aimants de la deuxième série avec les aimants de la troisième série, l’alignement d’un aimant de la deuxième série avec un aimant de la troisième série formant un secteur magnétique et une modification de l’alignement des aimants de la deuxième série avec les aimants de la troisième série permettant de modifier la polarité des secteurs magnétiques. Selon une disposition particulière, la première couronne et la deuxième couronne sont concentriques. Selon une disposition particulière, la couronne intermédiaire est concentrique à la première couronne et la deuxième couronne. Selon une disposition particulière, le modulateur est fixe par rapport à la boîte de vitesse. Selon une disposition particulière, le modulateur est libre en rotation par rapport à la boîte de vitesse. Selon une disposition particulière, le rotor menant, le rotor mené et le modulateur sont concentriques. Les caractéristiques de l’invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’au moins un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : illustre schématiquement une boîte de vitesse selon un mode de réalisation de l’invention ; illustre schématiquement un rotor selon un mode de réalisation de l’invention ; illustre schématiquement une première couronne d’un rotor selon un mode de réalisation de l’invention ; illustre schématiquement une deuxième couronne d’un rotor selon un mode de réalisation de l’invention ; illustre schématiquement une couronne intermédiaire d’un rotor selon un mode de réalisation de l’invention ; illustre des secteurs magnétiques selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; illustre une boîte de vitesse selon un mode de réalisation de l’invention ; illustre schématiquement une première couronne d’un rotor selon un mode de réalisation de l’invention ; illustre schématiquement une deuxième couronne d’un rotor selon un mode de réalisation de l’invention ; illustre schématiquement une couronne intermédiaire d’un rotor selon un mode de réalisation de l’invention. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION Bo î te de vitesse magnétique En référence à la , selon un premier aspect, il est proposé une boîte de vitesse 1 magnétique comprenant : (i) un rotor 6 menant ; (ii) un rotor 2 mené coaxial au rotor 6 menant ; et (iii) un modulateur 4, interposé entre le rotor 6 menant et le rotor 2 mené et coaxial au rotor 6 menant et au rotor 2 mené, le modulateur 4 comprenant au moins une pièce ferromagnétique. En outre, le rotor 6 menant et le rotor 2 mené comprennent chacun une pluralité de secteurs magnétiques 8 qui seront décrits ci-après. La polarité de chaque secteur magnétique 8 est pilotée pour former un premier nombre déterminé de pôles magnétiques sur le rotor 6 menant et un deuxième nombre déterminé de pôles magnétiques sur le rotor 2 mené. Il est précisé que dans le présent document, par pilotage de la polarité, il est entendu une capacité à modifier une polarité entre une polarité sud et une polarité nord. Ainsi, en d’autres termes, le pilotage de la polarité de chaque secteur magnétique 8 permet de faire varier le nombre de pôles magnétiques sur chaque rotor 2 et 6, ce qui permet de modifier le rapport de réduction de la boîte de vitesse 1. En effet, d’une manière schématique, le nombre de pôles magnétiques 8 de chaque rotor 2et 6 de la boîte de vitesse 1 peut être comparé au nombre de dents d’une roue dentée dans un système d’engrenages. Ainsi, la modification du nombre de pôles magnétiques permet de modifier le rapport de réduction de la boîte de vitesse 1. Plus précisément, les règles mathématiques connues pour calculer un rapport de réduction d’un système d’engrenages, s’appliquent par extension à la boîte de vitesse 1 magnétique en remplaçant l’expression d’un nombre de dents par le nombre de pôles magnétiques. Cependant, par rapport à une boîte de vitesse mécanique classique comprenant un nombre restreint de rapports de réduction (du fait des contraintes de volume des engrenages), la boîte de vitesse 1 selon l’invention propose un nombre élevé de rapports de réduction possibles. En effet, en fonction de la polarité choisie pour chaque secteur magnétique 8 et en fonction de la polarité choisie pour les secteur magnétiques 8 voisins, il est possible d’avoir un pôle magnétique comprenant plus ou moins de secteurs magnétiques 8. En d’autres termes, plusieurs secteurs magnétiques 8 peuvent être regroupés pour former un même pôle magnétique. Cette disposition technique permet donc de faire varier le nombre de pôles magnétiques de chaque rotor 2 et 6, sans modifier les dimensions de chaque rotor 2 et 6. En sus, l’utilisation de secteurs magnétiques 8 dont la polarité est pilotée permet de changer de rapport de réduction plus silencieusement qu’avec un système d’engrenage, et d’une manière générale, la boîte de vitesse 1 magnétique selon l’invention présente un fonctionnement plus silencieux qu’une boîte de vitesse 1 mécanique connue. En outre, le pilotage de la polarité des secteurs magnétiques 8 permet avantageusement de pouvoir obtenir une pluralité de rapports de réduction en utilisant seulement deux rotors 2 et 6. Cette disposition technique permet à la boîte de vitesse 1 selon l’invention d’être bien plus compacte qu’une boîte de vitesse à engrenages de l’art antérieur. Toutefois, il est précisé qu’il serait possible d’avoir plus de deux rotors 2 et 6 coaxiaux. Tel que schématisé sur la , chaque rotor 2 ou 6 comprend une première couronne 10 ferromagnétique présentant une pluralité de lamelles radiales, chaque lamelle radiale étant adaptée pour recevoir un aimant ou un électroaimant pour former un secteur magnétique 8. De plus, chaque secteur magnétique 8 comprend un aimant fixé sur la lamelle radiale. Premier mode de réalisation d’un secteur magnétique Selon un premier mode de réalisation, schématisé sur les figures 2 à 5, au moins l’un des rotors comprend trois couronnes 10, 12 et 14 coaxiales (tel que cela sera précisé ci-après, en plus d’être coaxiales, les couronnes 10, 12 et 14 peuvent être concentriques) en matériau ferromagnétique : la première couronne 10, une deuxième couronne 14 et une couronne intermédiaire 12. Telle que schématisée sur la , la première couronne 10 ferromagnétique comprend une première série d’aimants 16 disposés radialement autour de la première couronne 10 ferromagnétique. Selon le mode de réalisation ici présenté, les aimants 16 de la première série sont orientés selon une première polarité. Telle que schématisée sur la , la deuxième couronne 14 comprend une deuxième série d’aimants 20 disposés radialement autour de la deuxième couronne 14 ferromagnétique. Selon le mode de réalisation ici présenté, les aimants 20 de la deuxième couronne 14 présentent des polarités différentes, en alternance. Selon l’exemple ici représenté, plusieurs aimants consécutifs présentent la même polarité, selon un pas défini. En d’autres termes, sur la deuxième couronne 14, les polarités sont alternées selon un pas défini. Telle que schématisée sur la , la couronne intermédiaire 12 comprend une troisième série d’aimants 18 disposés radialement autour de la couronne intermédiaire 12. Selon le mode de réalisation ici présenté, les aimants 18 de la troisième série sont orientés selon une deuxième polarité différente de la polarité des aimants 16 de la première série. Il est précisé que selon une autre disposition, non représentée, il serait possible d’avoir uniquement deux couronnes. Selon cette disposition, la première couronne 10 présente alors une alternance de polarités. L’alignement d’un aimant 20 de la deuxième série avec un aimant 16 de la première série, ou 18 de la troisième série, forme un secteur magnétique 8 et une modification de l’alignement des aimants 20 de la deuxième série avec les aimants 16 de la première série, ou 18 de la troisième série, permettant de modifier la polarité des secteurs magnétiques. Il est précisé que selon un mode de réalisation, la couronne intermédiaire 12 et la deuxième couronne 14 sont en matériau ferromagnétique à grains orientés. Selon ce même mode de réalisation, la première couronne 10 est en matériau ferromagnétique à grains non orientés. Deuxième mode de réalisation d’un secteur magnétique Selon un deuxième mode de réalisation, schématisé sur la , chaque secteur magnétique 8 comprend en outre un électroaimant 22 présentant une bobine enroulée autour de la lamelle radiale présentant un aimant, la polarité du secteur magnétique 8 étant pilotée en changeant un sens de circulation d’un courant électrique dans l’électroaimant. Selon une disposition particulière, la bobine de l’électroaimant 22 n’est pas alimentée en permanence. Selon ce mode de réalisation, la bobine de l’électroaimant 22 fournit un courant impulsionnel qui permet de changer la polarité de l’aimant qu’elle entoure. Rotors et c ouronnes concentriques Selon le mode de réalisation présenté notamment sur les Figs. 2 à 5, les rotors 2 et 6 sont concentriques. De plus, selon ce même mode de réalisation, les couronnes 10, 12 et 14 sont elles aussi concentriques. Ce mode de réalisation permet très avantageusement d’avoir une structure peu épaisse selon la direction de l’axe de révolution des rotors 2 et 6. Rotors et c ouronnes co axiaux Selon le mode de réalisation présenté notamment sur les Figs. 7 à 10, les rotors 2 et 6 sont coaxiaux. Selon ce mode de réalisation, les rotors 2 et 6 et les couronnes 10, 12 et 14 de chaque rotor 2 ou 6 sont juxtaposés le long d’un même axe de révolution. Selon ce mode de réalisation la boite de vitesse 1 présente une structure peu encombrante selon une direction radiale. Ainsi, selon un mode de réalisation les rotors 2 et 6 et les couronnes 10, 12 et 14 sont juxtaposés de manière concentrique (et donc coaxiale). Selon un autre mode de réalisation, les rotors 2 et 6 et les couronnes 10, 12 et 14 sont juxtaposés de manière coaxiale sans être concentrique Modulateur Comme indiqué précédemment, la boîte de vitesse comprend un modulateur 4 interposé entre le rotor 6 menant et le rotor 2 mené. Le modulateur 4 est une couronne, un anneau, en matériau ferromagnétique (selon une disposition particulière le modulateur 4 n’est pas entièrement en matériau ferromagnétique). Selon une disposition particulière, le modulateur 4 est fixe par rapport au rotor 6 menant et au rotor 2 mené. En d’autres termes, selon cette disposition technique, le modulateur 4 est fixe par rapport à un bâti de la boîte de vitesse 1 (i.e. le modulateur 4 n’est pas mobile en rotation). Selon cette disposition, le modulateur 4 étant fixe, le rotor 6 menant et le rotor 2 mené tournent chacun dans un sens opposé. Selon une autre disposition particulière, le modulateur 4 est mobile en rotation par rapport au rotor 6 menant et au rotor 2 mené. En d’autres termes, selon cette disposition technique, le modulateur 4 tourne dans la boîte de vitesse 1. Selon cette disposition, le modulateur 4 étant mobile en rotation, le rotor 6 menant et le rotor 2 mené tournent chacun dans le même sens. Fonctionnement En fonctionnement, chaque rotor 2 et 6 peut être relié à un arbre. L’un des rotors 2 ou 6 est menant et l’autre est mené en rotation. Comme détaillé précédemment, la polarité de chaque secteur magnétique 8 est pilotée pour définir un rapport de réduction. En fonction des besoins durant l’utilisation de la boîte de vitesse 1, la polarité des secteurs magnétique 8 est pilotée pour, par exemple augmenter ou réduire le nombre de pôles magnétiques sur chaque rotor 2 et 6. D’une manière particulièrement avantageuse, le changement de rapport de réduction peut être effectué à l’arrêt ou lorsque les rotors 2 et 6 sont en rotation, sans qu’il soit nécessaire d’utiliser un système d’embrayage. Boîte de vitesse (1) magnétique comprenant : (i) un rotor (6) menant ; (ii) un rotor (2) mené coaxial au rotor menant ; et (iii) un modulateur (4), interposé entre le rotor (6) menant et le rotor (2) mené et coaxial au rotor (6) menant et au rotor (2) mené, le modulateur (4) comprenant au moins une pièce ferromagnétique ; la boîte de vitesse (1) étant caractérisée en ce que le rotor (6) menant et le rotor (2) mené comprennent chacun une pluralité de secteurs magnétiques (8) dont la polarité est pilotée pour former un premier nombre déterminé de pôles magnétiques sur le rotor (6) menant et un deuxième nombre déterminé de pôles magnétiques sur le rotor (2) mené. Boîte de vitesse (1) selon la revendication 1, dans laquelle chaque rotor (2, 6) comprend une première couronne (10) ferromagnétique présentant une pluralité de lamelles radiales, chaque lamelle radiale étant adaptée pour recevoir un aimant ou un électroaimant pour former un secteur magnétique (8). Boîte de vitesse (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle au moins un secteur magnétique (8) comprend un aimant fixé sur une lamelle radiale. Boîte de vitesse (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle au moins un secteur magnétique (8) comprend un électroaimant (22) présentant une bobine enroulée autour d’une lamelle radiale présentant un aimant, la polarité du secteur magnétique étant pilotée en changeant un sens de circulation d’un courant dans l’électroaimant (22). Boîte de vitesse (1) selon la revendication 3, dans laquelle au moins l’un des rotors (2, 6) comprend au moins deux couronnes ferromagnétiques coaxiales, la première couronne (10) ferromagnétique comprenant une première série d’aimants (16) disposés radialement autour de la première couronne (10) ferromagnétique et la deuxième couronne (14) ferromagnétique comprenant une deuxième série d’aimants (20) disposés radialement autour de la deuxième couronne (14) ferromagnétique, la première couronne (10) ferromagnétique et la deuxième couronne (14) ferromagnétique pivotent l’une par rapport à l’autre pour modifier l’alignement des aimants (20) de la deuxième série avec les aimants (16) de la première série, l’alignement d’un aimant (20) de la deuxième série avec un aimant (16) de la première série formant un secteur magnétique (8) et une modification de l’alignement des aimants (20) de la deuxième série avec les aimants (16) de la première série permettant de modifier la polarité des secteurs magnétiques (8). Boîte de vitesse (1) selon la revendication 5 comprenant une couronne intermédiaire (12) en matériau ferromagnétique, disposée entre la première couronne (10) et la deuxième couronne (14), coaxiale à la première couronne (10) et la deuxième couronne (14), et présentant une troisième série d’aimants (18), la deuxième couronne (14) ferromagnétique et la couronne intermédiaire (12) pivotent l’une par rapport à l’autre pour modifier l’alignement des aimants (20) de la deuxième série avec les aimants (18) de la troisième série, l’alignement d’un aimant (20) de la deuxième série avec un aimant (18) de la troisième série formant un secteur magnétique (8) et une modification de l’alignement des aimants (20) de la deuxième série avec les aimants (18) de la troisième série permettant de modifier la polarité des secteurs magnétiques (8). Boîte de vitesse (1) selon la revendication 5, dans laquelle la première couronne (10) et la deuxième couronne (14) sont concentriques. Boîte de vitesse (1) selon les revendications 6 et 7 en combinaison, dans laquelle la couronne intermédiaire (12) est concentrique à la première couronne (10) et la deuxième couronne (14). Boîte de vitesse (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le modulateur (4) est fixe par rapport à la boîte de vitesse (1). Boîte de vitesse (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le modulateur (4) est libre en rotation par rapport à la boîte de vitesse (1). Boîte de vitesse (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le rotor (6) menant, le rotor (2) mené et le modulateur (4) sont concentriques.