CH720329A2 - Ensemble pour faire varier l'inductance. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un ensemble (500) pour faire varier l'inductance, l'ensemble (500) comprenant un stator conçu pour produire au moins une paire de pôles magnétiquement opposés, une ligne s'étendant d'un pôle de l'au moins une paire de pôles magnétiques à un pôle restant de l'au moins une paire de pôles définissant une première direction, et un rotor adjacent au stator. Le rotor comprend un corps de rotor (310) formé à partir d'un premier matériau ayant une première perméabilité magnétique effective, le corps de rotor (310) définissant une pluralité d'évidements s'étendant parallèlement à un axe de rotation (302) du rotor, l'axe de rotation (302) s'étendant le long de la première direction, et une pluralité de barres (350) formées à partir d'un second matériau et disposées à l'intérieur de la pluralité d'évidements, le second matériau présentant une seconde perméabilité magnétique effective, une rotation du rotor autour de l'axe de rotation (302) provoque une alternance périodique d'inductance de l'ensemble.

Description

Renvoi aux applications connexes

[0001] La présente demande revendique la priorité de la demande de brevet US n° 63/290 764 intitulée „SYSTEM FOR PARAMETRIC RESONANT VARYING INDUCTANCE“, déposée le 12 décembre 2021, dont l'intégralité est incorporée ici à titre de référence.

Domaine technique

[0002] La présente divulgation concerne le domaine des composants électriques à inductance variable, et notamment un inducteur à résonance paramétrique.

Arrière-plan

[0003] Dans de nombreuses technologies, les dispositifs inductifs tels que les moteurs, les actionneurs linéaires, les solénoïdes et les bobines d'induction reposent sur la génération d'un champ magnétique pour effectuer une action de motorisation, de transformation et/ou d'induction ou une attraction ou une répulsion magnétique. Dans des approches connues, lesdits dispositifs inductifs et d'autres dispositifs fonctionnant en coopération avec ceux-ci ne récupèrent pas et/ou ne réutilisent pas nécessairement l'énergie du champ magnétique. En effet, dans de nombreuses technologies, le champ magnétique est traité comme une nuisance à diminuer.

[0004] Cependant, dans certains travaux proposés antérieurs, il est proposé que l'excitation des oscillations dans un système oscillant électrique puisse être effectuée par le biais de l'induction d'énergie de champ magnétique (On The Parametric Excitation Of Electric Oscillations, LI Mandelstam, N.D. Papalexi, Université de Californie, 1934)

[0005] Par conséquent, des ensembles de systèmes et de composants électriques pour recycler l'énergie du champ magnétique sont souhaitables.

Résumé

[0006] Un aspect de la présente divulgation consiste à fournir un ensemble pour faire varier l'inductance, l'ensemble comprenant un stator conçu pour produire au moins une paire de pôles magnétiquement opposés, une ligne s'étendant d'un pôle de l'au moins une paire de pôles magnétiques à un pôle restant de l'au moins une paire de pôles définissant une première direction, et un rotor adjacent au stator. Le rotor inclut un corps de rotor formé à partir d'un premier matériau ayant une première perméabilité magnétique effective, le corps de rotor définissant une pluralité d'évidements s'étendant parallèlement à un axe de rotation du rotor, l'axe de rotation s'étendant le long de la première direction, et une pluralité de barres formées à partir d'un second matériau, chaque barre étant disposée à l'intérieur d'un de la pluralité d'évidements, le second matériau ayant une seconde perméabilité magnétique effective, le rotor étant agencé par rapport au stator de telle sorte que la rotation du rotor autour de l'axe de rotation provoque une alternance périodique d'inductance de l'ensemble.

[0007] Dans au moins un mode de réalisation, la pluralité de barres forme une partie d'une surface extérieure du rotor.

[0008] Dans au moins un mode de réalisation, la pluralité de barres s'étend sensiblement parallèlement à l'axe de rotation de telle sorte qu'une barre donnée de la pluralité de barres fait périodiquement face à des pôles magnétiquement opposés de l'au moins une paire de pôles magnétiques simultanément.

[0009] Dans au moins un mode de réalisation, la première perméabilité magnétique effective est au moins dix fois inférieure à la seconde perméabilité magnétique effective.

[0010] Dans au moins un mode de réalisation, le premier matériau est un matériau non ferromagnétique.

[0011] Dans au moins un mode de réalisation, le second matériau est un matériau ferromagnétique.

[0012] Dans au moins un mode de réalisation, le stator comprend au moins une bobine de fil, l'au moins une paire de pôles magnétiques est formée par l'au moins une bobine.

[0013] Dans au moins un mode de réalisation, l'au moins une bobine de fil est une bobine de fil unique produisant une paire de pôles magnétiques unique.

[0014] Dans au moins un mode de réalisation, l'au moins une bobine de fil inclut une pluralité de bobines de fil, la pluralité de bobines de fil sont connectées en série, et chaque bobine de fil de la pluralité de bobines produit une paire de pôles magnétiquement opposés.

[0015] Dans au moins un mode de réalisation, la pluralité de bobines fait simultanément face à une barre de la pluralité de barres lors de la rotation du rotor autour de l'axe de rotation, chaque bobine faisant face à une barre respective de la pluralité de barres.

[0016] Dans au moins un mode de réalisation, l'ensemble est connecté électriquement à un condensateur, formant ainsi un circuit électrique, et une vitesse de rotation du rotor autour de l'axe de rotation est fixée de telle sorte qu'une fréquence de l'alternance de l'inductance de l'ensemble est deux fois une fréquence propre du circuit électrique.

[0017] Dans au moins un mode de réalisation, l'ensemble comprend en outre un actionneur couplé fonctionnellement au rotor pour assurer la rotation du rotor.

[0018] Dans au moins un mode de réalisation, le premier matériau est choisi dans un groupe de matériaux comprenant le bois, les matières plastiques, l'aluminium et le laiton.

[0019] Dans au moins un mode de réalisation, le second matériau est choisi dans un groupe de matériaux comprenant la ferrite et le permalloy.

[0020] Dans au moins un mode de réalisation, le stator a une forme cylindrique creuse s'étendant le long de la première direction, l'au moins une paire de pôles magnétiquement opposés étant produite sur une surface intérieure du stator, et le rotor tourne à l'intérieur du stator.

[0021] Dans au moins un mode de réalisation, le corps de rotor a une forme cylindrique s'étendant le long de la première direction et centré à l'intérieur du stator.

[0022] Dans au moins un mode de réalisation, la pluralité d'évidements s'étend sensiblement le long d'au moins une majorité d'une longueur du corps de rotor sur une surface extérieure arrondie de celui-ci et la pluralité d'évidements sont définis à égale distance les uns des autres.

[0023] Dans au moins un mode de réalisation, le rotor est disposé suffisamment près du stator pour que l'au moins une paire de pôles magnétiquement opposés interagisse magnétiquement avec le corps de rotor et la pluralité de barres lors de la rotation du rotor autour de l'axe de rotation.

[0024] Un autre aspect de la présente divulgation consiste à fournir un ensemble pour faire varier l'inductance, l'ensemble comprenant au moins une bobine de fil conçue pour produire, en utilisation, une paire de pôles magnétiquement opposés, un composant à perméabilité magnétique variable comprenant une première partie formée à partir d'un premier matériau ayant une première perméabilité magnétique effective, et une seconde partie formée à partir d'un second matériau ayant une seconde perméabilité magnétique effective, le composant à perméabilité magnétique variable étant fonctionnellement connecté à un actionneur qui, lors de l'actionnement du composant à perméabilité magnétique variable, provoque une disposition périodiquement alternée du premier matériau et du second matériau devant l'au moins une bobine de fil de telle sorte que les pôles magnétiquement opposés font simultanément face à l'un des premier et second matériaux, faisant ainsi varier périodiquement une inductance de l'au moins une bobine de fil.

[0025] Dans au moins un mode de réalisation, la première perméabilité magnétique effective est au moins dix fois inférieure à la seconde perméabilité magnétique effective.

[0026] Dans au moins un mode de réalisation, le second matériau est un matériau ferromagnétique.

[0027] Dans au moins un mode de réalisation, le premier matériau est un matériau non ferromagnétique.

[0028] Dans au moins un mode de réalisation, l'au moins une bobine de fil inclut une pluralité de bobines de fil connectées en série, et la pluralité de bobines est disposée de telle sorte que, lors du mouvement du composant à perméabilité magnétique variable, la pluralité de bobines font simultanément face à des parties de la seconde partie du composant à perméabilité magnétique variable.

[0029] Dans au moins un mode de réalisation, l'au moins une bobine de fil est connectée électriquement à un condensateur, formant ainsi un circuit électrique, une fréquence de la disposition alternée du premier matériau et du second matériau devant l'au moins une bobine de fil étant deux fois une fréquence propre du circuit électrique.

[0030] Dans au moins un mode de réalisation, le premier matériau est choisi dans un groupe de matériaux comprenant le bois, les matières plastiques, l'aluminium et le laiton.

[0031] Dans au moins un mode de réalisation, le second matériau est choisi dans un groupe de matériaux comprenant la ferrite et le permalloy.

[0032] Les mises en oeuvre de la présente technologie ont chacune au moins l'un des objets et/ou aspects mentionnés ci-dessus, mais ne les ont pas nécessairement tous. Il convient de comprendre que certains aspects de la présente technologie qui ont résulté de la tentative d'atteindre l'objet mentionné ci-dessus peuvent ne pas satisfaire cet objet et/ou peuvent satisfaire d'autres objets non spécifiquement cités ici.

[0033] Des caractéristiques, aspects et avantages supplémentaires et/ou alternatifs des mises en oeuvre de la présente technologie ressortiront de la description suivante, des dessins joints et des revendications annexées

Brève description des figures

[0034] Les caractéristiques et avantages de la présente divulgation ressortiront de la description détaillée suivante, prise en combinaison avec les dessins annexés, dans lesquels :

[0035] la figure 1 est un diagramme schématique d'un ensemble pour faire varier l'inductance selon un mode de réalisation de la présente technologie ;

[0036] la figure 2 est un diagramme schématique de l'ensemble de la figure 1 mis en oeuvre dans un circuit électrique ;

[0037] la figure 3A est une vue en perspective d'un rotor d'un ensemble pour faire varier l'inductance selon un autre mode de réalisation de la présente technologie ;

[0038] la figure 3B est une vue en perspective du rotor de la figure 3A, avec une barre de matériau disposée à l'intérieur ;

[0039] la figure 4 est une vue en perspective d'un stator d'un ensemble pour faire varier l'inductance selon un autre mode de réalisation de la présente technologie ;

[0040] la figure 5 illustre un diagramme schématique en coupe transversale d'un ensemble pour faire varier l'inductance incluant le rotor des figures 3A, 3B et le stator de la figure 4 ;

[0041] la figure 6 est un diagramme schématique de l'ensemble de la figure 5 mis en oeuvre dans un circuit électrique selon un autre mode de réalisation de la présente technologie ; et

[0042] la figure 7 un diagramme électrique de l'ensemble de la figure 5 mis en oeuvre dans un circuit électrique selon encore un autre mode de réalisation de la présente technologie.

[0043] Il convient de comprendre que dans tous les dessins annexés et les descriptions correspondantes, des caractéristiques similaires sont identifiées par des caractères de référence similaires. En outre, il convient également de comprendre que les dessins et les descriptions qui en découlent sont destinés à des fins d'illustration uniquement et que de telles divulgations ne sont pas destinées à limiter la portée des revendications.

Description détaillée

[0044] Divers modes de réalisation représentatifs de la technologie divulguée seront décrits plus en détail ci-après en référence aux dessins annexés, dans lesquels des modes de réalisation représentatifs sont représentés. Cependant, la technologie présentement divulguée peut être mise en oeuvre sous de nombreuses formes différentes et ne doit pas être interprétée comme étant limitée aux modes de réalisation représentatifs présentés ici. Au lieu de cela, ces modes de réalisation représentatifs sont fournis de manière à ce que la divulgation soit minutieuse et complète, et transmette entièrement la portée de la présente technologie à l'homme du métier. Dans les dessins, les tailles et les tailles relatives des couches et des régions peuvent être exagérées pour plus de clarté. Des chiffres identiques désignent des éléments identiques dans l'ensemble du document. Et, sauf définition contraire, tous les termes techniques et scientifiques utilisés ici ont la même signification que celle couramment comprise par l'homme du métier concerné par les modes de réalisation décrits.

[0045] La présente divulgation introduit un ensemble pour faire varier l'inductance. Dans un premier mode de réalisation, l'ensemble inclut au moins une bobine de fil conçue pour produire, en utilisation, une paire de pôles magnétiquement opposés. L'ensemble inclut également un composant à perméabilité magnétique variable incluant une première et une seconde partie ayant respectivement une première et une seconde perméabilité magnétique effective. Le composant à perméabilité magnétique variable est actionné de telle sorte que les première et seconde parties sont périodiquement disposées en alternance devant l'au moins une bobine de fil, faisant ainsi varier périodiquement une inductance de l'au moins une bobine de fil. Dans un mode de réalisation, l'ensemble est connecté en série à un condensateur, formant ainsi un circuit électrique résonnant ayant une fréquence propre, le composant à perméabilité magnétique variable étant actionné de telle sorte que la fréquence de la disposition alternée des première et seconde parties devant l'au moins une bobine de fil est deux fois la fréquence propre du circuit électrique. Dans certains cas, la disposition alternée étant deux fois la fréquence propre provoque une amplification de puissance de résonance dans le circuit électrique. Le circuit électrique peut en outre être connecté à une charge pour lui fournir de la puissance électrique.

[0046] Dans le même mode de réalisation ou un autre, l'ensemble peut inclure un stator conçu pour produire au moins une paire de pôles magnétiquement opposés, et un rotor incluant un corps de rotor et une pluralité de barres disposées sur le corps de rotor, les barres ayant une perméabilité magnétique effective différente d'une perméabilité magnétique effective du corps de rotor. Lors de la rotation du rotor devant l'au moins une paire de pôles magnétiquement opposés, une inductance de l'ensemble varie périodiquement. Dans un mode de réalisation, l'ensemble est connecté électriquement à un condensateur en série, formant ainsi un circuit électrique résonant. Dans ce mode de réalisation, la fréquence d'alternance de l'inductance de l'ensemble peut être fixée à deux fois une fréquence propre du circuit électrique, provoquant ainsi une amplification de puissance de résonance dans le circuit électrique. Le circuit électrique peut en outre être connecté à une charge pour lui fournir de la puissance électrique. Des modes de réalisation illustratifs de l'ensemble sont décrits plus en détail ci-dessous.

[0047] D'une manière générale, la présente divulgation introduit un ensemble ayant une inductance qui oscille autour d'une valeur moyenne d'inductance, l'ensemble étant conçu pour permettre un réglage fin d'une fréquence des oscillations. La fréquence des oscillations peut être réglée pour générer une résonance dans un circuit électrique, provoquant ainsi une amplification de puissance de résonance dans le circuit électrique.

[0048] En se référant maintenant aux dessins, la figure 1 est un diagramme schématique d'un ensemble 10 pour faire varier l'inductance. L'ensemble 10 inclut une bobine de fil 110 enroulée autour d'un noyau en forme de U 120. Plus précisément, la bobine de fil 110 est enroulée autour d'une partie centrale 126 du noyau en forme de U 120, la partie centrale 126 s'étendant entre une première extrémité 122 et une seconde extrémité 124 du noyau en forme de U 120. La bobine de fil 110 peut être formée de cuivre.

[0049] Le noyau en forme de U 120 est façonné pour orienter le champ magnétique d'une manière donnée. Des formes alternatives du noyau 120 sont envisagées dans des modes de réalisation alternatifs, cet aspect n'est pas limitatif. Le noyau en forme de U 120 peut être constitué, par exemple, sans limitation, de permalloy ou de Mu-métal (Ni-Fe). Dans le cadre de la présente divulgation, une perméabilité magnétique effective d'un matériau formant le noyau en forme de U 120 est notée µr0.

[0050] Lorsqu'un courant électrique circule dans la bobine de fil 110, un champ magnétique est généré par la bobine de fil 110, représenté par trois lignes de champ magnétique représentées sur la figure 1, avec une paire de pôles magnétiquement opposés formée aux extrémités du noyau en forme de U 120. Dans l'exemple illustratif de la figure 1, un pôle magnétique Nord est produit à la première extrémité 122 et un pôle magnétique Sud est produit à la seconde extrémité 124. La polarité des pôles magnétiques aux première et seconde extrémités 122, 124 du noyau en forme de U 120 dépend d'une direction du courant électrique dans la bobine de fil 110.

[0051] L'ensemble 10 inclut en outre un composant à perméabilité magnétique variable 200 disposé devant les première et seconde extrémités 122, 124 du noyau en forme de U 120. Le composant à perméabilité magnétique variable 200 inclut une première partie 210 formée à partir d'un premier matériau ayant une première perméabilité magnétique effective et une seconde partie 220 formée à partir d'un second matériau ayant une seconde perméabilité magnétique effective. Des exemples illustratifs du composant à perméabilité magnétique variable 200 sont décrits plus en détail ci-dessous. Dans le cadre de la présente divulgation, une perméabilité magnétique effective du premier matériau est notée µr1, et une perméabilité magnétique effective du second matériau est notée µr2. Dans ce mode de réalisation, les premier et second matériaux sont sélectionnés de telle sorte que l'un des premier et second matériaux présente une perméabilité magnétique effective significativement supérieure à l'autre des premier et second matériaux. À titre d'exemple, les premier et second matériaux peuvent être choisis de telle sorte que µr2≥ 10 µr1. Dans ce mode de réalisation, le premier matériau est un matériau non ferromagnétique et le second matériau est un matériau ferromagnétique.

[0052] Le composant à perméabilité magnétique variable 200 est fonctionnellement connecté à un actionneur (non représenté) qui, lors de l'actionnement du composant à perméabilité magnétique variable 200, provoque une disposition périodiquement alternée du premier et du second matériau devant les première et seconde extrémités 122, 124 du noyau en forme de U 120 simultanément. Dans le cadre de la présente divulgation, une fréquence de ladite alternance est notée f1À titre d'exemple, sur une position du composant à perméabilité magnétique variable 200 sur la figure 1, la seconde partie 220 devant à la fois les première et seconde extrémités 122, 124. En d'autres termes, les pôles magnétiquement opposés produits par la bobine de fil 110 sont tous deux simultanément devant le premier ou le second matériau du composant à perméabilité magnétique variable 200.

[0053] Comme le matériau disposé devant les pôles magnétiquement opposés de la bobine de fil 110 varie périodiquement, le champ magnétique produit par l'ensemble 10 est périodiquement modifié. Plus spécifiquement, le champ magnétique exerce une force magnétique sur le composant à perméabilité magnétique variable 200 qui est contrée par l'actionnement du composant à perméabilité magnétique variable 200. La force magnétique peut être exprimée par : Fmag= V(M. B) où B est le champ magnétique et M est un moment magnétique induit dans le composant à perméabilité magnétique variable 200. Le positionnement alterné périodique des premier et second matériaux devant les première et seconde extrémités 122, 124 provoque ainsi une alternance périodique de l'inductance de l'ensemble 10.

[0054] Plus précisément, l'inductance de l'ensemble alterne périodiquement entre une valeur d'inductance élevée Lmaxet une valeur d'inductance faible Lminà la fréquence f1, les valeurs d'inductance élevée et d'inductance faible étant exprimées par : où µ0est la perméabilité magnétique de l'espace libre, N est un nombre de spires dans la bobine de fil 110, A0est une zone d'une section transversale de la bobine de fil 110, A1est une zone d'une section transversale de la première partie 210, A2est une zone d'une section transversale de la seconde partie 220, l0est une longueur du noyau en forme de U 120, l1est une longueur de la première partie 210 et l2est une longueur de la seconde partie 220. Dans l'exemple illustratif de la figure 1, l0, l1et l2sont égaux.

[0055] Dans certains modes de réalisation, l'ensemble 10 pourrait inclure une pluralité de bobines de fil similaires à la bobine de fil 110 et connectées en série, chaque bobine de fil produisant une paire respective de pôles magnétiquement opposés. Dans un tel mode de réalisation, les bobines de fil 110 sont disposées de manière à ce que l'une des première et seconde parties 210, 220 du composant à perméabilité magnétique variable 200 soit alternativement devant la totalité des pôles magnétiques produits simultanément. Un mode de réalisation illustratif d'un ensemble pour faire varier l'inductance incluant une pluralité de paires de pôles magnétiquement opposés est décrit plus en détail ci-dessous.

[0056] La figure 2 est un diagramme de l'ensemble 10 connecté électriquement à un condensateur 20 ayant une capacité C, formant ainsi un circuit électrique résonnant 50. Un composant 30 ayant une résistivité R dans le circuit électrique 50 représente la résistivité inhérente interne du circuit électrique résonant 50 (c'est-à-dire une résistivité de l'ensemble 10, du condensateur 20 et des fils électriques connectant les composants du circuit électrique 50). En effet, l'ensemble 10 ayant une inductance L(t), le circuit électrique résonant 50 résonne à une fréquence propre notée f0. La fréquence propre f0dépend au moins en partie des valeurs de la résistivité R, de la capacité C et d'une inductance moyenne Lavde l'ensemble 10. Dans ce mode de réalisation, Lav= (Lmax+ Lmin)/2. De plus, une énergie collectée dans l'ensemble 10 peut être exprimée par : E(t) = L(t). i(t)<2>où i(t) est le courant électrique circulant dans le circuit 50.

[0057] En utilisation, un actionnement du composant à perméabilité magnétique variable 200 modifie le champ magnétique produit par la bobine de fil 110. En l'absence d'un dispositif de génération de puissance dans le circuit électrique 50, des charges aléatoires dans le circuit 50 dues à des fluctuations statistiques peuvent encore générer un champ magnétique ayant une amplitude relative suffisamment élevée pour être périodiquement altérée par la perméabilité magnétique variable disposée devant la bobine de fil 110 lors de l'actionnement du composant à perméabilité magnétique variable 200. L'énergie d'actionnement du composant à perméabilité magnétique variable 200 est ainsi convertie en énergie magnétique à travers l'ensemble 10 et peut être ultérieurement stockée par le condensateur 20 sous forme d'énergie électrostatique.

[0058] Dans ce mode de réalisation, le condensateur C est généralement vide de charge au démarrage de l'actionnement du composant à perméabilité magnétique variable 200. Autrement dit, une charge Q(t) stockée par le condensateur est nulle : Q(t = 0) = 0. Dans des modes de réalisation alternatifs, le condensateur peut être chargé avant l'actionnement du composant à perméabilité magnétique variable 200 : Q(t = 0) = Q0> 0.

[0059] Dans ce mode de réalisation, la fréquence fi de disposition alternée du premier et du second matériau devant les première et seconde extrémités 122, 124 (c'est-à-dire la fréquence de variation de l'inductance L(t) de l'ensemble 10) est fixée à deux fois la fréquence propre du circuit électrique 50, tel que : f1= 2f0.

[0060] Les figures 3A et 3B sont une vue en perspective d'un rotor 300 d'un ensemble pour faire varier l'inductance tel que l'ensemble 10. Dans ce mode de réalisation, le rotor 300 inclut un corps de rotor 310 constitué d'un premier matériau ayant une première perméabilité magnétique effective. Le premier matériau fabriqué est, par exemple et sans limitation, formé de bois, de matières plastiques, d'aluminium, ou de laiton. D'une manière générale, dans ce mode de réalisation, le premier matériau peut être n'importe quel matériau rigide non ferromagnétique ayant une perméabilité magnétique relative effective proche de 1. Le corps de rotor 310 est constitué d'une seule pièce intégrale du premier matériau dans ce mode de réalisation mais peut être constitué de différentes pièces dans des modes de réalisation alternatifs. À titre d'exemple, le corps de rotor 310 peut être formé en utilisant des techniques de moulage par injection.

[0061] Dans ce mode de réalisation, le rotor 300 a une forme cylindrique s'étendant le long d'une direction principale définie le long d'un axe de rotation 302. En utilisation, le rotor 300 est actionné par un actionneur (par exemple un moteur) pour tourner autour de l'axe de rotation 302. Le corps de rotor 310 définit en son sein une pluralité d'évidements 320 s'étendant sur une surface extérieure arrondie du corps de rotor 310 sur au moins une majorité d'une longueur H1du corps de rotor. Les évidements 320 définissent une forme s'étendant sensiblement rectangulaire, s'étendant parallèlement à l'axe de rotation 302. Dans ce mode de réalisation, les évidements 320 sont définis à égale distance les uns des autres sur la surface extérieure arrondie 304. Plus précisément, les distances entre deux évidements 320 consécutifs le long de la surface extérieure arrondie 304 et orthogonalement à l'axe de rotation 302 sont égales entre elles.

[0062] Comme représenté au mieux sur la figure 3B, le rotor 300 inclut également une pluralité de barres 350 (dont une seule est illustrée) formées d'un second matériau ayant une seconde perméabilité magnétique effective. Les barres 350 sont contenues dans les évidements 320 de telle sorte que chacune des barres 350 est disposée à l'intérieur d'un respectif des évidements 320. Les barres 350 peuvent être maintenues dans les évidements par des éléments de fixation, de la colle ou n'importe quel autre composant approprié pour maintenir les barres 350 à l'intérieur des évidements 320.

[0063] Le second matériau est choisi parmi un groupe de matériaux incluant la ferrite et le permalloy. D'une manière générale, dans ce mode de réalisation, le second matériau peut être n'importe quel matériau rigide ferromagnétique sans propriétés de magnétisation permanente et ayant une perméabilité magnétique effective supérieure à 1000. Dans ce mode de réalisation, le second matériau formant les barres 350 est un matériau ferromagnétique et la seconde perméabilité magnétique effective est au moins dix fois supérieure à la première perméabilité magnétique effective du corps de rotor 310. Dans un mode de réalisation alternatif, le rotor 300 pourrait avoir un évidement 320 unique et une barre 350 unique disposée à l'intérieur de l'évidement 320 unique. Un nombre d'évidements 320 et de barres 350 n'est pas limitatif.

[0064] À titre d'exemple, le composant à perméabilité magnétique variable 200 de l'ensemble 10 pour faire varier l'inductance peut être mis en oeuvre comme le rotor 300 dans un mode de réalisation non limitatif de la présente technologie.

[0065] La figure 4 est une vue en perspective d'un stator 400 d'un ensemble pour faire varier l'inductance selon un mode de réalisation de la présente technologie. Le stator 400 est conçu pour produire au moins une paire de pôles magnétiquement opposés. Pour ce faire, le stator 400 inclut, dans ce mode de réalisation, au moins une bobine de fil 410 qui, lors de la circulation d'un courant électrique à l'intérieur, produit au moins une paire correspondante de pôles magnétiquement opposés. La bobine de fil 410 peut être formée de cuivre. Dans le mode de réalisation illustratif de la figure 4, le stator 400 inclut six bobines de fil 410 (dont une seule est visible). Chaque bobine de fil 410 forme une paire de pôles magnétiquement opposés pendant le fonctionnement, chaque paire formant spécifiquement un pôle Nord (non visible) et un pôle Sud 424. Les six bobines de fil 410 sont connectées en série. Le stator 400 peut inclure un nombre différent de bobines de fil 410 dans des modes de réalisation alternatifs, incluant par exemple une bobine de fil 410 unique.

[0066] Dans le mode de réalisation illustré, le stator 400 a une forme cylindrique creuse s'étendant le long d'une direction principale définie le long d'un axe principal 402, une longueur H2du stator 400 étant définie le long de l'axe principal 402. De plus, le stator 400 définit, sur une surface interne 430 de celui-ci, une pluralité de noyaux d'inductance qui peuvent être de forme similaire au noyau en forme de U 120 de l'ensemble 10 (voir figure 5) conçus pour maintenir les bobines de fil 410. Chaque noyau d'inductance 405 a une bobine correspondante parmi les bobines de fil 410 enroulée autour d'une partie principale de celui-ci. Les bobines de fil 410 sont équidistantes le long de la surface interne 430 et orthogonalement à l'axe principal 402.

[0067] Dans ce mode de réalisation, les bobines de fil 410 sont enroulées et les noyaux d'inductance 405 sont façonnés de telle sorte qu'une ligne s'étendant d'un pôle de chaque paire de pôles magnétiques à un pôle restant de la même paire de pôles s'étend parallèlement à l'axe principal 402. En d'autres termes, une distance entre les pôles magnétiquement opposés de chaque paire s'étend le long de la hauteur H2du stator 400 (c'est-à-dire le long de la direction principale définie par l'axe principal 402).

[0068] La figure 5 est un diagramme schématique d'un ensemble 500 pour faire varier l'inductance incluant le rotor 300 et le stator 400. Plus précisément, le rotor 300 est disposé à l'intérieur du stator 400 de telle sorte que l'axe de rotation 302 du rotor 300 est aligné avec l'axe principal 402. Le rotor 300 est ainsi centré à l'intérieur du stator 400 et tourne, en utilisation, autour de l'axe principal 402 du stator 400. L'ensemble 500 peut en outre inclure un actionneur 550 couplé de manière fonctionnelle au rotor 300 pour assurer la rotation du rotor 300 autour de l'axe de rotation 302. Le couplage fonctionnel entre l'actionneur 550 et le rotor 300 pourrait inclure, par exemple et sans s'y limiter, des paliers magnétiques pour réduire le frottement lors de la transmission d'une force de couplage de l'actionneur 550 au rotor 300. L'actionneur 550 peut être par exemple un moteur électrique, un moteur alternatif, une hélice ou n'importe quel agencement de pales tournant en raison d'un flux d'un fluide (par exemple de l'air ou de l'eau) contre celui-ci. La rotation du rotor 300 peut être par exemple provoquée, par le biais de l'actionneur 550, par la convection naturelle de l'air ambiant traversant l'actionneur 550 et induisant une rotation de celui-ci. La rotation du rotor 300 peut être assurée par un autre composant d'actionnement dans des modes de réalisation alternatifs.

[0069] Dans ce mode de réalisation, le nombre de barres 350 incluses dans le rotor 300 est égal à un nombre de paires de pôles magnétiquement opposés produites par le stator 400. Le nombre de barres 350 peut être supérieur au nombre de paires de pôles magnétiquement opposés dans des modes de réalisation alternatifs.

[0070] Les barres 350 et les bobines de fil 410 sont disposées de telle sorte que, en utilisation (c'est-à-dire lors de la rotation du rotor 300 autour de l'axe de rotation 302), chaque barre 350 est disposée successivement et périodiquement devant chaque paire de pôles magnétiquement opposés produite par le stator 400 de telle sorte que les deux pôles d'une même paire sont simultanément devant la barre 350. En d'autres termes, les pôles magnétiques d'une même paire de pôles magnétiquement opposés produite par une même bobine des bobines de fil 410 sont périodiquement et simultanément devant une même barre des barres 350. De plus, dans ce mode de réalisation, les dimensions géométriques du rotor 300 et du stator 400 sont définies de telle sorte que, lors de la rotation du rotor 300 autour de l'axe de rotation 302, la surface externe arrondie 304 et la pluralité de barres 350 sont disposées suffisamment près des bobines de fil 410 et/ou à une première et une seconde extrémité des noyaux d'inductance définis par le stator 400 de telle sorte que les pôles magnétiquement opposés interagissent généralement magnétiquement avec le corps de rotor 310 et la pluralité de barres 350. À titre d'exemple, une distance, mesurée orthogonalement à l'axe de rotation 302, entre une bobine de fil 410 donnée et le rotor 300 est d'un millimètre. D'une manière générale, le rotor 300 est disposé à l'intérieur du stator 400 de telle sorte que, lors de la rotation du rotor 300 autour de l'axe de rotation 302, une amplitude de la force magnétique appliquée par l'une donnée des bobines de fil 410 sur une partie la plus proche du rotor 300 (c'est-à-dire l'une des barres 350 d'une partie du corps du rotor 310) lors de sa rotation est au-dessus d'un seuil prédéterminé, assurant ainsi une interaction magnétique entre les bobines de fil 410 et le rotor 300. En tant que tel, le rotor 300 peut être considéré comme adjacent au stator 400.

[0071] De plus, les barres 350 et les bobines de fil 410 sont disposées de telle sorte que, en utilisation, toutes les paires de pôles magnétiquement opposés produites par le stator 400 font face à l'une des barres 350 simultanément. Comme décrit pour l'ensemble 10 sur la figure 1, le même principe et les mêmes calculs s'appliquent à une inductance L'(t) de l'ensemble 500 pour faire varier l'inductance, de telle sorte que L'(t) varie périodiquement entre une valeur d'inductance élevée L'maxet une valeur de faible inductance L'min, qui peuvent être exprimées par : où µ0est la perméabilité magnétique de l'espace libre, µ'r0est une perméabilité magnétique effective du matériau formant le stator 400, µ'r2est une perméabilité magnétique effective du matériau formant les barres 350, µ'r1est une perméabilité magnétique effective du matériau formant le corps du rotor 310, N' est un nombre de spires dans les bobines de fil 410, m est un nombre de bobines de fil 410 (c'est-à-dire un nombre de paires de pôles magnétiquement opposés produites par le stator 400), A0' est une aire d'une section transversale des bobines de fil 410, A1' est une aire d'une section transversale du corps de rotor 310, A2' est une aire d'une section transversale d'une barre donnée 350, l0' est une longueur des noyaux d'inductance 405 le long de l'axe principal 402, l1' est une longueur du corps de rotor 310 le long de l'axe principal 402 et l2' est une longueur des barres 350 le long de l'axe principal 402.

[0072] Dans ce mode de réalisation, la perméabilité magnétique effective des noyaux d'inductance 405 et la perméabilité magnétique effective des barres 350 sont égales (c'est-à-dire µ'r0= µ'r2). De plus, l'aire d'une section transversale A'0des noyaux d'inductance 405 est égale à l'aire d'une section transversale A'2des barres 350. La valeur d'inductance élevée L'maxpeut donc être exprimée par :

[0073] Ainsi, l'inductance de l'ensemble 500 peut être exprimée par: où L'0est une valeur moyenne de l'inductance de l'ensemble 500, ΔL est une amplitude des variations de l'inductance telle que ΔL = (Lmax- Lmin)/2, ω1= 2πf1, f1étant une fréquence de variation de l'inductance de l'ensemble 500 et dépendant, entre autres, du nombre de bobines de fil 410. Dans ce mode de réalisation, f1= m'. frot, où frot= ωrot/2π, ωrotest une vitesse de rotation du rotor 300 autour de l'axe de rotation 302. Dans au moins certains modes de réalisation, m' est supérieur à m.

[0074] La figure 6 est un diagramme électrique de l'ensemble 500 connecté électriquement au condensateur 20 ayant une capacité C, formant ainsi un circuit électrique résonnant 60. Dans ce mode de réalisation, le composant 30 tient compte de la résistivité inhérente interne du circuit électrique résonnant 60 (c'est-à-dire une résistivité de l'ensemble 500, du condensateur 20 et des fils électriques connectant les composants du circuit électrique 60). En effet, l'ensemble 500 ayant une inductance L'(t), le circuit électrique résonnant 60 résonne à une fréquence propre notée f'0. La fréquence propre f'0dépend au moins en partie des valeurs de la résistivité R, de la capacité C et de l'inductance moyenne L'0de l'ensemble 500.

[0075] Dans ce mode de réalisation, la fréquence propre f'0peut être exprimée par :

[0076] L'énergie collectée par les bobines de fil 410 de l'ensemble 500 peut ainsi être exprimée par E(t) = L'0. i(t)<2>+ ΔL. cos (ω1t - ϕ). i(t)<2>, où i(t) est le courant électrique circulant dans le circuit 60 et ϕ est une phase constante arbitraire.

[0077] Dans ce mode de réalisation, la vitesse de rotation du stator 300 est réglée de telle sorte que f1= 2. f'0correspondant ainsi à une résonance du circuit électrique 60. Ainsi, l'énergie magnétique reçue par l'ensemble 500 est augmentée lorsque |i(t)| augmente lors de ses oscillations par rapport à une inductance non variable. L'énergie d'actionnement du rotor 300 est ainsi convertie en énergie magnétique à travers l'ensemble 500 et peut être ultérieurement stockée par le condensateur 20 sous forme d'énergie électrostatique.

[0078] Dans ce mode de réalisation, le condensateur C est vide de charge au démarrage de l'actionnement du composant à perméabilité magnétique variable 200. Autrement dit, une charge Q(t) stockée par le condensateur est nulle : Q (t = 0) = 0. Dans des modes de réalisation alternatifs, le condensateur peut être chargé avant l'actionnement du rotor 300 : Q(t = 0) = Q0> 0.

[0079] Comme le montre le mode de réalisation illustratif de la figure 7, le circuit électrique 60 inclut en outre une charge 700 à alimenter. La charge 700 peut être, par exemple, connectée parallèlement au condensateur 20 de telle sorte que l'énergie électrostatique est transférée du condensateur 20 à la charge 700. L'énergie électrique est ainsi fournie par le circuit 60 à la charge 700. La charge 700 peut être, par exemple et sans limitation, un moteur de voiture, ou n'importe quelle autre charge pouvant être alimentée en énergie électrique.

[0080] Dans au moins certains modes de réalisation, l'actionneur 550 assurant la rotation du rotor 300 autour de l'axe de rotation 302 est connecté électriquement au circuit 60 de telle sorte que l'entrée d'alimentation électrique de l'actionneur 550 est partiellement fournie par le circuit électrique 60 lui-même. À titre d'exemple, le circuit 60 peut être mis en oeuvre dans une éolienne, une énergie cinétique du vent fournissant, au moins en partie, l'énergie d'entrée de l'actionneur 550 de telle sorte que la rotation du rotor 300 autour de l'axe de rotation 302 peut être initiée. Par conséquent, des oscillations résonnantes du courant sont produites dans le circuit électrique 60, une énergie électrique collectée par le condensateur 20 peut en outre être transférée à la charge 700 (par exemple un moteur d'éolienne). En utilisation, l'énergie reçue de l'énergie cinétique du vent peut ainsi être utilisée pour faire fonctionner l'actionneur 550 de l'ensemble 500 et/ou être collectée pour son stockage, l'éolienne fonctionnant ainsi sans source d'alimentation électrique standard.

[0081] Il convient de comprendre que, bien que les modes de réalisation présentés ici aient été décrits en référence à des caractéristiques et structures spécifiques, il est clair que diverses modifications et combinaisons peuvent être apportées sans s'écarter de ces divulgations. La spécification et les dessins doivent, par conséquent, être considérés simplement comme une illustration des mises en oeuvre ou des modes de réalisation discutés et de leurs principes tels que définis par les revendications annexées, et sont considérés comme couvrant toutes les modifications, variations, combinaisons ou équivalents qui relèvent de la portée de la présente divulgation.

Claims (24)

1. Ensemble pour faire varier l'inductance, l'ensemble comprenant : un stator conçu pour produire au moins une paire de pôles magnétiquement opposés, une ligne s'étendant d'un pôle de l'au moins une paire de pôles magnétiques à un pôle restant de l'au moins une paire de pôles définissant une première direction ; et un rotor adjacent au stator, le rotor incluant : un corps de rotor formé à partir d'un premier matériau ayant une première perméabilité magnétique effective, le corps de rotor définissant une pluralité d'évidements s'étendant parallèlement à un axe de rotation du rotor, l'axe de rotation s'étendant le long de la première direction ; une pluralité de barres formées à partir d'un second matériau, chaque barre étant disposée à l'intérieur d'un de la pluralité d'évidements, le second matériau ayant une seconde perméabilité magnétique effective, le rotor étant agencé par rapport au stator de telle sorte que la rotation du rotor autour de l'axe de rotation provoque une alternance périodique d'inductance de l'ensemble.

2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de barres forme une partie d'une surface extérieure du rotor.

3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la pluralité de barres s'étend sensiblement parallèlement à l'axe de rotation de telle sorte qu'une barre donnée de la pluralité de barres fait périodiquement face à des pôles magnétiquement opposés de l'au moins une paire de pôles magnétiques simultanément.

4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première perméabilité magnétique effective est au moins dix fois inférieure à la seconde perméabilité magnétique effective.

5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le premier matériau est un matériau non ferromagnétique.

6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le stator comprend au moins une bobine de fil, l'au moins une paire de pôles magnétiques est formée par l'au moins une bobine.

7. Ensemble selon la revendication 6, dans lequel l'au moins une bobine de fil est une bobine de fil unique produisant une paire de pôles magnétiques unique.

8. Ensemble selon la revendication 6, dans lequel : l'au moins une bobine de fil inclut une pluralité de bobines de fil ; la pluralité de bobines de fil est connectée en série ; et chaque bobine de fil de la pluralité de bobines produit une paire de pôles magnétiquement opposés.

9. Ensemble selon la revendication 8, dans lequel la pluralité de bobines fait simultanément face à une barre de la pluralité de barres lors de la rotation du rotor autour de l'axe de rotation, chaque bobine faisant face à une barre respective de la pluralité de barres.

10. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel : l'ensemble est connecté électriquement à un condensateur, formant ainsi un circuit électrique ; et une vitesse de rotation du rotor autour de l'axe de rotation est fixée de telle sorte qu'une fréquence d'alternance de l'inductance de l'ensemble est deux fois une fréquence propre du circuit électrique.

11. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre un actionneur couplé fonctionnellement au rotor pour assurer la rotation du rotor.

12. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le premier matériau est choisi dans un groupe de matériaux comprenant le bois, les matières plastiques, l'aluminium et le laiton.

13. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le second matériau est choisi dans un groupe de matériaux comprenant la ferrite et le permalloy.

14. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel : le stator a une forme cylindrique creuse s'étendant le long de la première direction ; l'au moins une paire de pôles magnétiquement opposés étant produite sur une surface intérieure du stator ; et le rotor tourne à l'intérieur du stator.

15. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel le corps de rotor a une forme cylindrique s'étendant le long de la première direction et centré à l'intérieur du stator.

16. Ensemble selon la revendication 15, dans lequel : la pluralité d'évidements s'étend sensiblement le long d'au moins une majorité d'une longueur du corps de rotor sur une surface extérieure arrondie de celui-ci ; et la pluralité d'évidements est définie à égale distance les uns des autres.

17. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel le rotor est disposé suffisamment près du stator pour que l'au moins une paire de pôles magnétiquement opposés interagisse magnétiquement avec le corps du rotor et la pluralité de barres lors de la rotation du rotor autour de l'axe de rotation.

18. Ensemble pour faire varier l'inductance, l'ensemble comprenant : au moins une bobine de fil conçue pour produire, en utilisation, une paire de pôles magnétiquement opposés ; un composant à perméabilité magnétique variable comprenant : une première partie formée à partir d'un premier matériau ayant une première perméabilité magnétique effective, et une seconde partie formée à partir d'un second matériau ayant une seconde perméabilité magnétique effective, le composant à perméabilité magnétique variable étant fonctionnellement connecté à un actionneur qui, lors de l'actionnement du composant à perméabilité magnétique variable, provoque la disposition périodiquement alternée du premier matériau et du second matériau devant l'au moins une bobine de fil de telle sorte que les pôles magnétiquement opposés font simultanément face à l'un des premier et second matériaux, faisant ainsi varier périodiquement une inductance de l'au moins une bobine de fil.

19. Ensemble selon la revendication 18, dans lequel la première perméabilité magnétique effective est au moins dix fois inférieure à la seconde perméabilité magnétique effective.

20. Ensemble selon la revendication 18 ou 19, dans lequel le second matériau est un matériau ferromagnétique.

21. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 18 à 20, dans lequel : l'au moins une bobine de fil inclut une pluralité de bobines de fil connectées en série ; et la pluralité de bobines est disposée de telle sorte que, lors du mouvement du composant à perméabilité magnétique variable, la pluralité de bobines fait simultanément face à des parties de la seconde partie du composant à perméabilité magnétique variable.

22. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 18 à 21, dans lequel l'au moins une bobine de fil est connectée électriquement à un condensateur, formant ainsi un circuit électrique, une fréquence de la disposition alternée du premier matériau et du second matériau devant l'au moins une bobine de fil étant deux fois une fréquence propre du circuit électrique.

23. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 18 à 22, dans lequel le premier matériau est choisi dans un groupe de matériaux comprenant le bois, les matières plastiques, l'aluminium et le laiton.

24. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 18 à 23, dans lequel le second matériau est choisi dans un groupe de matériaux comprenant la ferrite et le permalloy.