FR3099971A1 - Magnetic screw-nut system - Google Patents
Magnetic screw-nut system Download PDFInfo
- Publication number
- FR3099971A1 FR3099971A1 FR1909220A FR1909220A FR3099971A1 FR 3099971 A1 FR3099971 A1 FR 3099971A1 FR 1909220 A FR1909220 A FR 1909220A FR 1909220 A FR1909220 A FR 1909220A FR 3099971 A1 FR3099971 A1 FR 3099971A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- nut
- screw
- helices
- polarity
- magnets
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 67
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 55
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 41
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 33
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000938 samarium–cobalt magnet Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 4
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 241000441833 Pseudohelice Species 0.000 description 1
- 241000826860 Trapezium Species 0.000 description 1
- QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N [B].[Fe].[Nd] Chemical compound [B].[Fe].[Nd] QJVKUMXDEUEQLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KPLQYGBQNPPQGA-UHFFFAOYSA-N cobalt samarium Chemical compound [Co].[Sm] KPLQYGBQNPPQGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
- H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
- H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2207/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to arrangements for handling mechanical energy
- H02K2207/03—Tubular motors, i.e. rotary motors mounted inside a tube, e.g. for blinds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
La présente invention concerne un système de vis-écrous magnétiques comprenant : - un écrou (2) apte à tourner ou à translater autour d’un axe (X) ; - une vis (1) apte à interagir magnétiquement avec ledit écrou (2) et à translater ou à tourner à l’intérieur dudit écrou (2) selon ledit axe (X), un entrefer (3) étant ménagé entre ladite vis (1) et ledit écrou (2) ; ledit écrou (2) portant deux hélices (24, 25) réalisées en matériau magnétique s’étendant parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour dudit axe (X), ledit écrou (2) portant au moins un aimant (21), placé à la périphérie extérieure desdites hélices (24, 25), le pôle nord (N) dudit aimant (21) étant relié à l’une desdites hélices (24) et son pôle sud (S) étant relié à l’autre desdites hélices (25) de manière telle que lesdites hélices (24, 25) sont respectivement polarisées nord et sud ; ladite vis (1) portant deux hélices (14, 15) réalisées en matériau magnétique s’étendant parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour dudit axe (X), ladite vis (1) portant au moins un aimant (11), placé à la périphérie intérieure desdites hélices (14, 15), le pôle nord (N) dudit amant (11) étant relié à l’une desdites hélices (14) et son pôle sud (S) est relié à l’autre desdites hélices (15) de manière telle que lesdites hélices (14, 15) sont respectivement polarisées nord et sud ; le pas desdites hélices (24, 25) dudit écrou (2) étant essentiellement égal au pas desdites hélices (14, 15) de ladite vis (1).The present invention relates to a magnetic screw-nut system comprising: - a nut (2) capable of rotating or translating about an axis (X); - a screw (1) able to interact magnetically with said nut (2) and to translate or rotate inside said nut (2) along said axis (X), an air gap (3) being formed between said screw (1) ) and said nut (2); said nut (2) carrying two helices (24, 25) made of magnetic material extending helically parallel to one another around said axis (X), said nut (2) carrying at least one magnet (21) ), placed at the outer periphery of said helices (24, 25), the north pole (N) of said magnet (21) being connected to one of said helices (24) and its south pole (S) being connected to the other said helices (25) such that said helices (24, 25) are respectively north and south polarized; said screw (1) carrying two helices (14, 15) made of magnetic material extending helically parallel to one another around said axis (X), said screw (1) carrying at least one magnet (11) ), placed at the inner periphery of said helices (14, 15), the north pole (N) of said lover (11) being connected to one of said helices (14) and its south pole (S) is connected to the other said helices (15) such that said helices (14, 15) are respectively north and south polarized; the pitch of said propellers (24, 25) of said nut (2) being substantially equal to the pitch of said propellers (14, 15) of said screw (1).
Description
1. Domaine de l’invention1. Field of the invention
Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la réalisation de systèmes de vis et écrou interagissant par liaison magnétique sans contact mécanique notamment pour permettre la transformation d’un mouvement rotatif en un mouvement linéaire (rectiligne), ou inversement.The field of the invention is that of the design and production of screw and nut systems interacting by magnetic connection without mechanical contact, in particular to allow the transformation of a rotary movement into a linear (rectilinear) movement, or vice versa.
2. Art antérieur2. Prior Art
Les techniques et dispositifs de vis-écrou magnétiques sans contacts mécaniques, encore appelés systèmes vis-écrou magnétiques, permettent de transformer un mouvement rotatif en un mouvement linéaire et inversement, un mouvement linéaire en un mouvement rotatif. Ces dispositifs sont constitués d’un écrou et d’une vis qui interagissent magnétiquement, et permettent ainsi la conversion du mouvement et la transmission d’efforts. Ces vis et écrous magnétiques évitent les contacts mécaniques, tels que rencontrés par exemple dans les vis à billes ou les vis à rouleaux satellites, et ainsi :Magnetic screw-nut techniques and devices without mechanical contacts, also called magnetic screw-nut systems, make it possible to transform a rotary movement into a linear movement and, conversely, a linear movement into a rotary movement. These devices consist of a nut and a screw which interact magnetically, and thus allow the conversion of movement and the transmission of forces. These magnetic screws and nuts avoid mechanical contact, such as encountered for example in ball screws or satellite roller screws, and thus:
- s’affranchissent plus facilement des dilatations thermiques,- free themselves more easily from thermal expansion,
- sont moins bruyants,- are less noisy,
- ne nécessitent pas de lubrification,- do not require lubrication,
- évitent les pertes de rendement par frottement,- avoid loss of performance by friction,
- sont moins sensibles à l’environnement (poussières…).- are less sensitive to the environment (dust, etc.).
Un système de vis et écrou magnétiques comprend classiquement un écrou à l’intérieur duquel est logée une vis.A magnetic screw and nut system conventionally comprises a nut inside which a screw is housed.
Selon une première technique telle que celle décrite dans le document US-A1-2004/0041474, la vis porte une succession d’aimants permanents disposés pour former essentiellement une hélice, les aimants successifs ayant des polarités inversées. L’écrou porte une succession d’électro-aimants disposés pour former essentiellement une hélice, les aimants successifs ayant des polarités inversées.According to a first technique such as that described in document US-A1-2004/0041474, the screw carries a succession of permanent magnets arranged to essentially form a helix, the successive magnets having reversed polarities. The nut carries a succession of electromagnets arranged to essentially form a helix, the successive magnets having reversed polarities.
Le pas de la vis et celui de l’écrou, i.e. le pas de leurs hélices, sont identiques.The pitch of the screw and that of the nut, i.e. the pitch of their helices, are identical.
L’alimentation des électroaimants de l’écrou, qui est immobile hormis en rotation, engendre la mise en rotation de la vis et sa translation à l’intérieur de l’écrou sans contact mécanique.The supply of the electromagnets of the nut, which is stationary except in rotation, causes the rotation of the screw and its translation inside the nut without mechanical contact.
Cette technique, qui permet de constituer un moteur linéaire pour générer un mouvement combiné de rotation et de translation d’un élément selon un même axe, présente quelques inconvénients.This technique, which makes it possible to constitute a linear motor to generate a combined movement of rotation and translation of an element along the same axis, has some drawbacks.
Notamment, les hélices, qui sont constituées par la juxtaposition d’une pluralité d’aimants, sont difficiles et coûteuses à réaliser.In particular, the propellers, which are formed by the juxtaposition of a plurality of magnets, are difficult and expensive to produce.
En outre, les hélices ainsi constituées par la juxtaposition d’une pluralité d’aimants constituent en réalité des pseudo-hélices ayant des profils discontinus et non des hélices « parfaites » notamment compte tenu des tolérances géométriques de chaque aimant et de leur précision d’assemblage. Ceci induit des impacts négatifs tant en termes de précision du mouvement générer au niveau de la vis, qu’en termes d’efforts susceptibles d’être transmis à la vis.In addition, the helices thus formed by the juxtaposition of a plurality of magnets actually constitute pseudo-helices having discontinuous profiles and not “perfect” helices, in particular taking into account the geometric tolerances of each magnet and their precision of assembly. This induces negative impacts both in terms of the precision of the movement generated at the level of the screw, and in terms of the forces likely to be transmitted to the screw.
Selon une deuxième technique, l’hélice portée par la vis n’est plus constituée d’une juxtaposition d’aimants. Elle est au contraire formée au moyen d’un aimant agencé hélicoïdalement à la surface de la vis, également appelé aimant hélicoïdal. L’écrou porte quant à lui soit une hélice formée au moyen d’un aimant agencé hélicoïdalement à la surface de la vis comme pour la vis, ou bien formée de la juxtaposition d’une pluralité d’aimants à polarité inversée comme dans la première technique mentionnée plus haut.According to a second technique, the propeller carried by the screw no longer consists of a juxtaposition of magnets. It is instead formed by means of a magnet arranged helically on the surface of the screw, also called a helical magnet. The nut carries either a helix formed by means of a magnet arranged helically on the surface of the screw as for the screw, or else formed by the juxtaposition of a plurality of magnets with reversed polarity as in the first technique mentioned above.
Dans cette configuration, l’entrainement en rotation de l’écrou engendre par interaction magnétique sans contact mécanique un déplacement en translation de la vis à l’intérieur de l’écrou, la vis étant bloquée en rotation.In this configuration, the rotational drive of the nut generates by magnetic interaction without mechanical contact a displacement in translation of the screw inside the nut, the screw being locked in rotation.
La mise en œuvre d’aimants hélicoïdaux au niveau de la vis et de l’écrou permet d’améliorer la précision du déplacement de la vis à l’intérieur de l’écrou.The implementation of helical magnets at the level of the screw and the nut makes it possible to improve the precision of the displacement of the screw inside the nut.
Toutefois, les aimants hélicoïdaux sont difficiles à produire et donc, particulièrement onéreux. Le coût de ces aimants induit que cette technique est limitée en termes de capacité à transmettre des efforts importants à la vis.However, helical magnets are difficult to produce and therefore particularly expensive. The cost of these magnets means that this technique is limited in terms of ability to transmit significant forces to the screw.
Les deux techniques de l’art antérieur discutées ci-dessus peuvent donc encore être améliorées dans la mesure où elles manquent de précision dans le mouvement de rotation et de translation, et permettent de générer uniquement des efforts limités à partir de la transformation d’un mouvement de rotation en un mouvement linéaire de translation, ou inversement.The two techniques of the prior art discussed above can therefore be further improved insofar as they lack precision in the movement of rotation and translation, and make it possible to generate only limited forces from the transformation of a rotational motion into linear translational motion, or vice versa.
3. Objectifs de l’invention3. Objects of the invention
L’invention a notamment pour objectif d’apporter une solution à un ou plusieurs de ces différents problèmes.The aim of the invention is in particular to provide a solution to one or more of these various problems.
En particulier, selon au moins un mode de réalisation, un objectif de l’invention est de fournir un système de vis-écrou magnétiques qui soit plus simple à fabriquer que les systèmes selon l’art antérieur.In particular, according to at least one embodiment, an objective of the invention is to provide a magnetic screw-nut system which is simpler to manufacture than the systems according to the prior art.
Notamment, l’invention a pour objectif, selon au moins un mode de réalisation, de fournir à un tel système une meilleure précision en termes de maîtrise du déplacement relatif de la vis et de l’écrou.In particular, the invention aims, according to at least one embodiment, to provide such a system with better precision in terms of controlling the relative movement of the screw and the nut.
Un autre objectif de l’invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un tel système qui puisse permettre la transmission d’un effort important à celui de la vis ou de l’écrou qui est entrainé en mouvement.Another object of the invention is, according to at least one embodiment, to provide such a system which can allow the transmission of a significant force to that of the screw or the nut which is driven in motion.
Un autre objectif de l’invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un tel système qui soit modulable en termes de capacité à transmettre des efforts, c’est-à-dire dont on puisse modifier assez facilement la valeur des efforts transmis.Another object of the invention is, according to at least one embodiment, to provide such a system which is modular in terms of capacity to transmit forces, that is to say of which the value of the effort transmitted.
Un autre objectif de l’invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un système de vis-écrou magnétiques qui soit économique à fabriquer.Another object of the invention is, according to at least one embodiment, to provide a magnetic screw-nut system which is economical to manufacture.
4. Présentation de l’invention4. Presentation of the invention
L’invention concerne un système de vis-écrous magnétiques comprenant :The invention relates to a magnetic screw-nut system comprising:
- un écrou apte à tourner ou à translater autour d’un axe ;- a nut capable of rotating or translating around an axis;
- une vis apte à interagir magnétiquement avec ledit écrou et à translater ou à tourner à l’intérieur dudit écrou selon ledit axe, un entrefer étant ménagé entre ladite vis et ledit écrou ;- a screw capable of magnetically interacting with said nut and of translating or rotating inside said nut along said axis, an air gap being provided between said screw and said nut;
ledit écrou portant deux hélices réalisées en matériau magnétique s’étendant parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour dudit axe, ledit écrou portant au moins un aimant, placé à la périphérie extérieure desdites hélices, le pôle nord dudit aimant étant relié à l’une desdites hélices et son pôle sud étant relié à l’autre desdites hélices de manière telle que lesdites hélices sont respectivement polarisées nord et sud ;said nut carrying two helices made of magnetic material extending parallel to each other in a helical manner around said axis, said nut carrying at least one magnet, placed at the outer periphery of said helices, the north pole of said magnet being connected to one of said helices and its south pole being connected to the other of said helices in such a way that said helices are respectively north and south polarized;
ladite vis portant deux hélices réalisées en matériau magnétique s’étendant parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour dudit axe, ladite vis portant au moins un aimant, placé à la périphérie intérieure desdites hélices, le pôle nord dudit amant étant relié à l’une desdites hélices et son pôle sud est relié à l’autre desdites hélices de manière telle que lesdites hélices sont respectivement polarisées nord et sud ;said screw carrying two helices made of magnetic material extending parallel to each other in a helical manner around said axis, said screw carrying at least one magnet, placed at the inner periphery of said helices, the north pole of said lover being connected to one of said helices and its south pole is connected to the other of said helices in such a way that said helices are respectively north and south polarized;
le pas desdites hélices dudit écrou étant essentiellement égal au pas desdites hélices de ladite vis.the pitch of said helices of said nut being substantially equal to the pitch of said helices of said screw.
Ainsi, l’invention concerne un système de vis-écrou magnétiques dont les hélices ne sont pas constituées d’une juxtaposition d’aimants ou d’aimants hélicoïdaux.Thus, the invention relates to a magnetic screw-nut system whose helices are not made up of a juxtaposition of magnets or helical magnets.
Au contraire, selon le principe de l’invention, l’écrou et la vis comprennent chacun deux hélices, l’une reliée au pôle nord d’un aimant de forme simple et l’autre reliée au pôle sud d’un aimant de forme simple.On the contrary, according to the principle of the invention, the nut and the screw each comprise two helices, one connected to the north pole of a magnet of simple shape and the other connected to the south pole of a magnet of simple.
On obtient ainsi une interaction magnétique entre l’écrou et la vis de manière simple et économique, les hélices étant simples et économiques à fabriquer tout comme les aimants qui peuvent présenter une forme quelconque.A magnetic interaction between the nut and the screw is thus obtained in a simple and economical way, the propellers being simple and economical to manufacture, just like the magnets which can have any shape.
Les hélices de forme continue permettent d’assurer une bonne continuité du mouvement relatif de la vis et de l’écrou et ainsi, de garantir une bonne précision et une bonne transmission des efforts.The continuous-shaped helices make it possible to ensure good continuity of the relative movement of the screw and the nut and thus, to guarantee good precision and good transmission of forces.
Il est également possible de faire évoluer simplement les capacités de transmission d’effort en modifiant des paramètres ou propriétés notamment dimensionnelles des aimants dans la mesure où les aimants sont de forme simple. La capacité de transmission d’effort pourrait également être modifiée en changeant d’autres propriétés intrinsèques des aimants comme par exemple la matière qui les compose, leur rémanence…It is also possible to simply change the force transmission capacities by modifying the parameters or properties, in particular the dimensional properties of the magnets, insofar as the magnets are of simple shape. The force transmission capacity could also be modified by changing other intrinsic properties of the magnets such as the material of which they are made, their remanence, etc.
Selon une caractéristique possible, ledit écrou et ladite vis comprennent une pluralité d’aimants en nombre pair, les polarités des aimants successifs étant inversées.According to one possible characteristic, said nut and said screw comprise a plurality of magnets in an even number, the polarities of the successive magnets being reversed.
Selon une caractéristique possible, lesdits aimants sont répartis essentiellement uniformément autour dudit axe.According to a possible characteristic, said magnets are distributed essentially uniformly around said axis.
Selon une caractéristique possible, les nombres d’aimants de ladite vis et dudit écrou sont égaux ou différents.According to a possible characteristic, the numbers of magnets of said screw and of said nut are equal or different.
Selon une caractéristique possible, ladite vis et/ou ledit écrou comprend des plots en matériau magnétique de polarité nord et des plots en matériau magnétique de polarité sud, chaque plot de polarité nord étant en contact avec l’extrémité de polarité nord d’au moins un desdits aimants et avec l’hélice de polarité nord correspondante, et chaque plot de polarité sud étant en contact avec l’extrémité de polarité sud d’au moins un desdits aimants et avec l’hélice de polarité sud correspondante.According to one possible characteristic, said screw and/or said nut comprises studs made of magnetic material of north polarity and studs of magnetic material of south polarity, each stud of north polarity being in contact with the end of north polarity by at least one of said magnets and with the helix of corresponding north polarity, and each pad of south polarity being in contact with the end of south polarity of at least one of said magnets and with the helix of corresponding south polarity.
Selon une caractéristique possible, chaque plot est en contact avec chaque enroulement de l’hélice correspondante.According to one possible characteristic, each stud is in contact with each winding of the corresponding propeller.
Selon une caractéristique possible, lesdits aimants de ladite vis et/ou dudit écrou sont à aimantation ortho-radiale.According to one possible characteristic, said magnets of said screw and/or of said nut have ortho-radial magnetization.
Selon une caractéristique possible, lesdits aimants de ladite vis et/ou dudit écrou sont à aimantation radiale.According to one possible characteristic, said magnets of said screw and/or of said nut have radial magnetization.
Selon une caractéristique possible, chaque plot de polarité nord est au contact des pôles nord de deux aimants consécutifs et des enroulements de l’hélice de polarité nord correspondante, et chaque plot de polarité sud est au contact des pôles sud de deux aimants consécutifs et des enroulements de l’hélice de polarité sud correspondante.According to one possible characteristic, each pad of north polarity is in contact with the north poles of two consecutive magnets and the windings of the helix of corresponding north polarity, and each pad of south polarity is in contact with the south poles of two consecutive magnets and the corresponding south polarity helix windings.
Selon une caractéristique possible, chaque plot de polarité nord est au contact du pôle nord d’un aimant et des enroulements de l’hélice de polarité nord correspondante, et chaque plot de polarité sud est au contact du pôle sud d’aimant et des enroulements de l’hélice de polarité sud correspondante.According to one possible characteristic, each pad of north polarity is in contact with the north pole of a magnet and the windings of the helix of corresponding north polarity, and each pad of south polarity is in contact with the south pole of the magnet and the windings of the helix of corresponding south polarity.
Selon une caractéristique possible, un entrefer est ménagé entre les composants contigus de polarité différente dudit écrou et de ladite vis.According to one possible characteristic, an air gap is provided between the contiguous components of different polarity of said nut and of said screw.
Selon une caractéristique possible, chaque hélice et/ou chaque plot comprend des évidements conformés respectivement au niveau des plots et/ou des enroulements correspondants de polarité différente pour délimiter au moins en partie lesdits entrefers.According to one possible characteristic, each helix and/or each stud comprises recesses shaped respectively at the level of the studs and/or of the corresponding windings of different polarity to at least partially delimit said air gaps.
Selon une caractéristique possible, la surface des hélices dudit écrou orientée vers ladite vis présente une alternance de creux et de saillances en direction de ladite vis.According to one possible characteristic, the surface of the helices of said nut facing said screw has alternating recesses and projections in the direction of said screw.
Selon une caractéristique possible, la surface des hélices de ladite vis orientée vers ledit écrou présente une alternance de creux et de saillances en direction dudit écrou.According to one possible characteristic, the surface of the helices of said screw oriented towards said nut has an alternation of recesses and projections in the direction of said nut.
Selon une caractéristique possible, les creux et saillances des hélices de polarité nord dudit écrou et/ou de ladite vis sont décalés angulairement selon ledit axe de ceux des hélices de polarité sud dudit écrou et/ou de ladite vis.According to one possible characteristic, the recesses and protrusions of the helices of north polarity of said nut and/or of said screw are angularly offset along said axis from those of the helices of south polarity of said nut and/or of said screw.
Selon une caractéristique possible, les creux et saillances des hélices de polarité nord dudit écrou et/ou de ladite vis sont décalés angulairement selon ledit axe de ceux des hélices de polarité sud dudit écrou et/ou de ladite vis de telle sorte que les saillances de polarité nord et les creux de polarité sud sont alignés selon ledit axe alors que les saillances de polarité sud et les creux de polarité nord sont alignés selon ledit axe.According to one possible characteristic, the recesses and protrusions of the helices of north polarity of said nut and/or of said screw are angularly offset along said axis from those of the propellers of south polarity of said nut and/or of said screw such that the protrusions of north polarity and the south polarity troughs are aligned along said axis while the south polarity prominences and the north polarity troughs are aligned along said axis.
Selon une caractéristique possible, les creux et saillances des hélices de polarité nord dudit écrou et/ou de ladite vis sont alignés selon ledit axe avec ceux des hélices de polarité sud dudit écrou et/ou de ladite vis de telle sorte que les saillances de polarité nord et les saillances de polarité sud sont alignés selon ledit axe alors que les creux de polarité sud et les creux de polarité nord sont alignés selon ledit axe.According to one possible characteristic, the recesses and protrusions of the helices of north polarity of said nut and/or of said screw are aligned along said axis with those of the propellers of south polarity of said nut and/or of said screw such that the protrusions of polarity north and the prominences of south polarity are aligned along said axis while the troughs of south polarity and the troughs of north polarity are aligned along said axis.
Selon une caractéristique possible, la longueur des plots selon ledit axe est supérieure ou égale à celle desdits aimants selon ledit axe.According to one possible characteristic, the length of the studs along said axis is greater than or equal to that of said magnets along said axis.
Selon une caractéristique possible, les extrémités opposées de chaque plot se situent respectivement essentiellement dans le plan des extrémités des enroulements d’extrémité des hélices dudit écrou et/ou de ladite vis.According to a possible characteristic, the opposite ends of each stud are located respectively essentially in the plane of the ends of the end windings of the helices of said nut and/or of said screw.
Selon une caractéristique possible, lesdites hélices sont monobloc ou constituées de plusieurs portions d’hélice.According to one possible characteristic, said propellers are one-piece or consist of several propeller portions.
Selon une caractéristique possible, le pas des hélices de ladite vis n’est pas constant sur toute sa longueur.According to one possible characteristic, the pitch of the helices of said screw is not constant over its entire length.
Dans ce cas, les hélices de ladite vis comprennent au moins deux portions de pas différent.In this case, the helices of said screw comprise at least two portions of different pitch.
L’invention concerne également un dispositif de génération de courant électrique comprenant un générateur électrique muni d’un rotor et d’un stator, et un système selon l’une quelconque des variantes ci-dessus, dans lequel ledit écrou ou ladite vis est lié audit rotor, une translation dudit écrou ou de ladite vis induisant une rotation dudit rotor et une génération de courant électrique par ledit générateur.The invention also relates to a device for generating electric current comprising an electric generator provided with a rotor and a stator, and a system according to any one of the above variants, in which said nut or said screw is linked to said rotor, a translation of said nut or of said screw inducing a rotation of said rotor and a generation of electric current by said generator.
L’invention concerne également un dispositif de génération d’un déplacement linéaire comprenant un moteur électrique muni d’un stator et d’un rotor, et un système selon l’une quelconque des variantes ci-dessus, dans lequel ledit écrou ou ladite vis est lié audit rotor, une rotation de ladite vis ou dudit écrou au moyen dudit moteur engendrant un déplacement linéaire dudit écrou ou de ladite vis.The invention also relates to a device for generating a linear displacement comprising an electric motor provided with a stator and a rotor, and a system according to any one of the above variants, in which said nut or said screw is linked to said rotor, a rotation of said screw or of said nut by means of said motor generating a linear displacement of said nut or of said screw.
Selon une variante possible, les aimants dudit écrou constituent les aimants dudit rotor.According to a possible variant, the magnets of said nut constitute the magnets of said rotor.
5. Description des figures5. Description of figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers, donnée à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of particular embodiments, given by way of simple illustrative and non-limiting example, and the appended drawings, among which:
6. Description de modes de réalisation particuliers6. Description of particular embodiments
6.1. Premier mode de réalisation : aimants à aimantation ortho-radiale6.1. First embodiment: magnets with ortho-radial magnetization
On présente, en relation avec les figures 1 à 16, un premier mode de réalisation d’un système de vis-écrou magnétiques selon l’invention.A first embodiment of a magnetic screw-nut system according to the invention is presented in relation to FIGS. 1 to 16.
Ainsi que cela est représenté sur ces figures, un tel système comprend une vis 1 et un écrou 2 prévus pour interagir magnétiquement sans contact mécanique direct. Pour cela, la vis 1 est logée à l’intérieur de l’écrou 2, l’un et l’autre étant séparé par un entrefer 3 par exemple constitué d’air ou de vide. La vis et l’écrou ont des pas essentiellement de même valeur pour assurer la conversion de mouvement, i.e. leurs hélices ont essentiellement le même pas aux tolérances géométriques près.As shown in these figures, such a system comprises a screw 1 and a nut 2 designed to interact magnetically without direct mechanical contact. For this, the screw 1 is housed inside the nut 2, one and the other being separated by an air gap 3 for example consisting of air or vacuum. The screw and the nut have pitches of essentially the same value to ensure motion conversion, i.e. their helices have essentially the same pitch within geometrical tolerances.
VisScrew
La vis 1 comprend un arbre 10 qui s’étend selon un axe X. Cet arbre 10 est réalisé dans un matériau amagnétique comme par exemple de l’acier amagnétique ou autre.The screw 1 comprises a shaft 10 which extends along an axis X. This shaft 10 is made of a non-magnetic material such as, for example, non-magnetic steel or the like.
La vis 1 comprend des aimants 11. Ces aimants 11 sont permanents. Dans une variante, il pourrait s’agir de bobinages à excitation agissant comme des électroaimants. Dans ce cas :Screw 1 includes magnets 11. These magnets 11 are permanent. Alternatively, these could be field coils acting as electromagnets. In this case :
- lorsque ladite vis tourne, des contacts conducteurs d’électricité dits « glissants » (par exemple collecteur à bagues) pourront permettre d’alimenter ces électroaimants ;- when said screw rotates, so-called "sliding" electrically conductive contacts (for example slip ring collector) can be used to supply these electromagnets;
- lorsque ladite vis translate, les électroaimants pourront alternativement être alimentés au moyen de fils électriques conducteurs dont la longueur sera choisie en fonction de la course de déplacement relatif de la vis et de l’écrou.- when said screw translates, the electromagnets can alternatively be powered by means of electrical conductors whose length will be chosen according to the relative movement of the screw and the nut.
Ces aimants sont par exemple réalisés en SmCo (Samarium Cobalt) ou en NdFeB (Neodyme Fer Bore) pour maximiser les performances mais ils peuvent être constitués d’autres matériaux adaptés.These magnets are for example made of SmCo (Samarium Cobalt) or NdFeB (Neodymium Iron Boron) to maximize performance, but they can be made of other suitable materials.
Les aimants 11 ont une section en portion d’anneau, dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal de l’arbre 10, et s’étendent longitudinalement selon l’axe longitudinal de l’arbre 10. Ils pourront alternativement présenter une forme différente (par exemple parallélépipédique, trapèze…) plutôt que la forme essentiellement en tuile représentée.The magnets 11 have a section in the form of a ring portion, in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the shaft 10, and extend longitudinally along the longitudinal axis of the shaft 10. They may alternatively have a different shape. (e.g. parallelepipedic, trapezoid…) rather than the essentially tiled shape depicted.
Pour des questions de fabrication, de manipulation et d’assemblage des aimants, chaque aimant pourra être segmenté en une pluralité d’aimants.For questions of manufacture, handling and assembly of the magnets, each magnet can be segmented into a plurality of magnets.
Les aimants 11 ont une aimantation ortho-radiale.The magnets 11 have an ortho-radial magnetization.
Dans ce mode de réalisation, les extrémités polarisées des aimants se situent dans des plans passant par l’axe X. Elles pourraient toutefois être orientées différemment, notamment être inclinées, par exemple si les plots s’étendent selon des axes inclinés par rapport à l’axe X et situés dans des plans parallèles à l’axe X.In this embodiment, the polarized ends of the magnets are located in planes passing through the X axis. They could however be oriented differently, in particular be inclined, for example if the pads extend along axes inclined with respect to the X axis and located in planes parallel to the X axis.
Les aimants sont dans ce mode de réalisation en nombre pair et répartis tout autour de la périphérie extérieure de l’arbre 10 et ce, de manière essentiellement uniforme. Ceci pourrait toutefois ne pas être le cas, même si une telle répartition est préférée. Un seul aimant pourrait être mis en œuvre avec un plot magnétique en contact de son extrémité de polarité nord et de l’hélice de polarité nord et un plot magnétique en contact de son extrémité de polarité sud et de l’hélice de polarité sud, comme cela ressortira plus clairement par la suite.The magnets are in this embodiment in an even number and distributed all around the outer periphery of the shaft 10 and this, in an essentially uniform manner. However, this might not be the case, even if such a distribution is preferred. A single magnet could be implemented with a magnet pad in contact with its north polarity end and the north polarity helix and a magnet pad in contact with its south polarity end and the south polarity helix, as this will come out more clearly later.
Un plot 12, 13 est interposé entre les aimants 11 consécutifs. Chaque plot 12, 13 est réalisé dans un matériau magnétique comme par exemple en métal usiné, fondue ou fritté ou autre.A stud 12, 13 is interposed between the consecutive magnets 11. Each stud 12, 13 is made of a magnetic material such as machined, molten or sintered metal or the like, for example.
La polarité Nord (N) et Sud (S) des aimants 11 est alternée de part et d’autre de chaque plot 12, 13. Chaque plot 12, 13 est donc situé à l’interface entre les extrémités de même polarité de deux aimants 11 consécutifs, et se trouve en contact avec celles-ci. Ainsi, les plots 12 en contact avec les extrémités de polarité nord des aimants 11 qui l’entourent présentent une polarité nord. De même, les plots 13 en contact avec les extrémités de polarité sud des aimants 11 qui l’entourent présentent une polarité sud.The North (N) and South (S) polarity of the magnets 11 is alternated on either side of each pad 12, 13. Each pad 12, 13 is therefore located at the interface between the ends of the same polarity of two magnets 11 consecutive, and is in contact with them. Thus, the studs 12 in contact with the north polarity ends of the magnets 11 which surround it have a north polarity. Similarly, the studs 13 in contact with the south polarity ends of the magnets 11 which surround it have a south polarity.
Les plots s’étendent ici selon l’axe X. Ils pourraient toutefois s’étendre autrement notamment selon des axes inclinés par rapport à l’axe X et situés dans des plans parallèles à l’axe X.The studs extend here along the X axis. They could however extend differently, in particular along axes inclined with respect to the X axis and located in planes parallel to the X axis.
Les plots et les aimants sont solidarisés du côté de leur surface intérieure à la surface extérieure de l’arbre, préférentiellement par collage. Toute autre solution de solidarisation adaptée pourra être mise en œuvre.The studs and the magnets are secured on the side of their inner surface to the outer surface of the shaft, preferably by gluing. Any other suitable connection solution can be implemented.
L’arbre étant réalisé en matériau amagnétique, aucun entrefer n’est ménagé entre les plots et l’arbre ni entre les aimants et l’arbre sans risque de court-circuit magnétique entre les aimants. De cette façon, les flux magnétiques des aimants 11 traversent les plots 12, 13 pour les magnétiser. L’arbre pourrait alternativement être réalisé dans un matériau magnétique sous réserve de ménager un entrefer entre l’arbre et les plots et aimants.As the shaft is made of non-magnetic material, there is no air gap between the studs and the shaft or between the magnets and the shaft without the risk of a magnetic short-circuit between the magnets. In this way, the magnetic fluxes of the magnets 11 pass through the pads 12, 13 to magnetize them. The shaft could alternatively be made of a magnetic material subject to providing an air gap between the shaft and the studs and magnets.
La vis 1 comprend une hélice polarisée nord 14 et une hélice polarisée sud 15 placées à la périphérie extérieure des plots 12, 13 et aimants 11. Leur surface intérieure est solidarisée aux plots de même polarité par exemple par collage ou autre.The screw 1 comprises a north-polarized helix 14 and a south-polarized helix 15 placed at the outer periphery of the studs 12, 13 and magnets 11. Their inner surface is secured to the studs of the same polarity, for example by gluing or the like.
Les hélices 14, 15 sont réalisées en matériau magnétique (par exemple en métal usiné, fondu ou fritté…). Elles s’étendent parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour de l’axe X de l’arbre 10. Elles présentent un même diamètre.The propellers 14, 15 are made of magnetic material (for example machined, molten or sintered metal, etc.). They extend parallel to each other in a helical manner around the axis X of the shaft 10. They have the same diameter.
Chaque hélice 14, 15 comprend une pluralité d’enroulements 140, 150, chaque enroulement formant un tour autour de l’arbre 10.Each helix 14, 15 comprises a plurality of windings 140, 150, each winding forming a turn around the shaft 10.
Les hélices 14 et 15 présentent des longueurs identiques selon l’axe X.Helices 14 and 15 have identical lengths along the X axis.
Les hélices 14, 15 sont séparées l’une de l’autre par un entrefer 16. En d’autres termes, les enroulements 140, 150 consécutifs des hélices 14, 15 sont séparés par un entrefer 16. Cet entrefer empêche le rebouclage du champ magnétique entre les hélices 14, 15 et doit être plus grand que l’entrefer 3.The helices 14, 15 are separated from each other by an air gap 16. In other words, the consecutive windings 140, 150 of the helices 14, 15 are separated by an air gap 16. This air gap prevents the looping of the field magnetic between the propellers 14, 15 and must be larger than the air gap 3.
L’hélice polarisée nord 14 est en contact avec les plots 12 polarisés nord en contact avec les extrémités de polarité nord des aimants 11.The north polarized helix 14 is in contact with the north polarized pads 12 in contact with the north polarity ends of the magnets 11.
L’hélice polarisée sud 15 est en contact avec les plots 13 polarisés sud en contact avec les extrémités de polarité sud des aimants 11.The south polarized helix 15 is in contact with the south polarized studs 13 in contact with the south polarity ends of the magnets 11.
Les hélices sont ainsi magnétisées par les plots. Les plots 12, 13 agissent comme des répartiteurs de flux magnétiques produits par les aimants 11 et concentrent ces flux pour les distribuer vers les hélices 14, 15.The helices are thus magnetized by the studs. The studs 12, 13 act as magnetic flux distributors produced by the magnets 11 and concentrate these fluxes to distribute them towards the helices 14, 15.
Préférentiellement, chaque plot 12, 13 est en contact avec chaque enroulement 140, 150 de polarité identique.Preferably, each pad 12, 13 is in contact with each winding 140, 150 of identical polarity.
Un entrefer 17 est ménagé entre chaque aimant 11 et le contour intérieur de chaque hélice 14, 15. Ceci permet aux flux magnétiques des aimants 11 de bien passer par les plots 12, 13.An air gap 17 is provided between each magnet 11 and the inner contour of each helix 14, 15. This allows the magnetic fluxes of the magnets 11 to pass through the studs 12, 13.
Un entrefer 18 est ménagé entre chaque plot 12 de polarité nord et chaque enroulement 150 de l’hélice de polarité sud 15.An air gap 18 is arranged between each stud 12 of north polarity and each winding 150 of the helix of south polarity 15.
Un entrefer 19 est ménagé entre chaque plot 13 de polarité sud et chaque enroulement 140 de l’hélice de polarité nord 14.An air gap 19 is provided between each pad 13 of south polarity and each winding 140 of the helix of north polarity 14.
Les entrefers permettent d’éviter les courts-circuits magnétiques. Ils peuvent être constitués de vide, d’air ou de matériau amagnétique comme par exemple une résine ou autre.The air gaps prevent magnetic short circuits. They can be made of vacuum, air or non-magnetic material such as a resin or other.
Les hélices 14 et 15 présentent donc des polarités différentes.The helices 14 and 15 therefore have different polarities.
Les épaisseurs des entrefers 17, 18 et 19 doivent être supérieures à celle de l’entrefer 3 afin que les flux magnétiques créés par les aimants 11 et véhiculés par les plots magnétiques 12, 13 puis par les hélices 14, 15 traversent l’entrefer 3 et interagissent avec l’écrou pour assurer la conversion de mouvement.The thicknesses of the air gaps 17, 18 and 19 must be greater than that of the air gap 3 so that the magnetic fluxes created by the magnets 11 and conveyed by the magnetic pads 12, 13 then by the propellers 14, 15 cross the air gap 3 and interact with the nut to provide motion conversion.
Les entrefer 18 et 19 sont ici constitués par des encoches 141, 151, ou évidements, adaptés à la forme de l’hélice correspondante. Ces encoches sont ménagées à cet effet à la périphérie intérieure des hélices 14, 15. Les entrefers pourraient être constitués de toute autre manière alternative adaptée.The gaps 18 and 19 are here constituted by notches 141, 151, or recesses, adapted to the shape of the corresponding propeller. These notches are provided for this purpose on the inner periphery of the helices 14, 15. The air gaps could be formed in any other suitable alternative manner.
Plus précisément, les encoches 141 sont ménagées sur les enroulements 140 de l’hélice 14 de polarité nord au droit, i.e. au niveau, des plots 13 de polarité sud. De même, les encoches 151 sont ménagées sur les enroulements 150 de l’hélice 15 de polarité sud au droit des plots 12 de polarité nord.More specifically, the notches 141 are provided on the windings 140 of the helix 14 of north polarity to the right, i.e. at the level, of the studs 13 of south polarity. Similarly, the notches 151 are provided on the windings 150 of the helix 15 of south polarity to the right of the studs 12 of north polarity.
Les encoches 141 et 151 sont donc décalées d’un pas polaire correspondant à la distance angulaire entre les plots consécutifs de polarité différente.The notches 141 and 151 are therefore offset by a polar pitch corresponding to the angular distance between the consecutive pads of different polarity.
De façon alternative, les encoches pourraient être ménagées sur les plots plutôt que sur les hélices ou sur les plots et les hélices.Alternatively, the notches could be provided on the studs rather than on the helices or on the studs and the helices.
La longueur des plots 12, 13 selon l’axe X peut être inférieure, égale ou supérieure à celle des aimants selon l’axe X. Toutefois, elle sera préférentiellement supérieure afin d’optimiser la création de flux magnétiques à partir des aimants car les entrefers 18 et 19 modifient la longueur axiale selon l’axe X du flux créé par les aimants 11. Dans ce cas, chaque plot 12, 13 s’étendra longitudinalement de part et d’autre au-delà de l’aimant correspondant.The length of the studs 12, 13 along the X axis can be less than, equal to or greater than that of the magnets along the X axis. However, it will preferably be greater in order to optimize the creation of magnetic fluxes from the magnets because the air gaps 18 and 19 modify the axial length along axis X of the flux created by magnets 11. In this case, each stud 12, 13 will extend longitudinally on either side beyond the corresponding magnet.
Les plots 12, 13 peuvent être décalés les uns des autres selon l’axe X ou leur surface d’extrémité inclinées de manière telle que les extrémités opposées de chaque plot se situent respectivement essentiellement dans le plan des extrémités des enroulements 140, 150 d’extrémité, c’est-à-dire ceux situés aux extrémités opposées des hélices 14, 15. Ceci leur permet de mieux suivre la longueur active des hélices.The pads 12, 13 may be offset from each other along the X axis or their end surface inclined so that the opposite ends of each pad are located respectively essentially in the plane of the ends of the windings 140, 150 of end, that is to say those located at the opposite ends of the helices 14, 15. This allows them to better follow the active length of the helices.
La surface de contact d’un plot 12, 13 avec l’hélice correspondante est préférentiellement supérieure à ses surfaces de contact avec les aimants 11.The contact surface of a stud 12, 13 with the corresponding helix is preferably greater than its contact surfaces with the magnets 11.
Le pas de la vis 1 est égal à la somme de l’épaisseur selon l’axe X d’un enroulement 140 de polarité nord, de celle d’un enroulement 150 de polarité sud et de deux entrefers 16.The pitch of screw 1 is equal to the sum of the thickness along the X axis of a winding 140 of north polarity, of that of a winding 150 of south polarity and of two air gaps 16.
L’arbre 10 permet de rendre solidaire mécaniquement l’ensemble des aimants 11 et plots magnétiques 12, 13, et de transmettre l’effort transversal. Comme l’arbre est amagnétique, il n’y a pas de court-circuit magnétique entre les aimants. Les flux magnétiques des aimants 11 traversent alors les plots magnétiques 12, 13 et permettent de magnétiser les hélices 14, 15 qui constituent respectivement des plots magnétiques nord et sud. Les hélices assurent une alternance de polarité.The shaft 10 makes it possible to mechanically attach all the magnets 11 and magnetic studs 12, 13, and to transmit the transverse force. As the shaft is non-magnetic, there is no magnetic short circuit between the magnets. The magnetic fluxes of the magnets 11 then pass through the magnetic pads 12, 13 and make it possible to magnetize the helices 14, 15 which respectively constitute north and south magnetic pads. The helices provide alternating polarity.
ÉcrouNut
L’écrou 2 comprend un carter 20 cylindrique qui s’étend selon l’axe X. Ce carter 20 est réalisé dans un matériau amagnétique comme par exemple de l’acier amagnétique ou autre.The nut 2 comprises a cylindrical casing 20 which extends along the axis X. This casing 20 is made of a non-magnetic material such as, for example, non-magnetic steel or the like.
L’écrou 2 comprend des aimants 21. Ces aimants 21 sont permanents. Dans une variante, il pourrait s’agir de bobinages d’excitation agissant comme des électroaimants. Dans ce cas :Nut 2 includes magnets 21. These magnets 21 are permanent. Alternatively, these could be excitation coils acting as electromagnets. In this case :
- lorsque l’écrou tourne, des contacts conducteurs d’électricité dits « glissants » (par exemple collecteur à bagues) pourront permettre d’alimenter ces électroaimants ;- when the nut rotates, so-called "sliding" electrically conductive contacts (for example slip ring collector) can be used to power these electromagnets;
- lorsque l’écrou translate, les électroaimants pourront alternativement être alimentés au moyen de fils électriques dont la longueur sera choisie en fonction de la course de déplacement relatif de la vis et de l’écrou.- when the nut translates, the electromagnets can alternatively be powered by means of electrical wires, the length of which will be chosen according to the relative movement path of the screw and the nut.
Ces aimants sont par exemple réalisés en SmCo ou en NdFeB pour maximiser les performances mais peuvent être constitués d’autres matériaux adaptés.These magnets are for example made of SmCo or NdFeB to maximize performance but can be made of other suitable materials.
Les aimants 21 ont une section en portion d’anneau, dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du carter 20, et s’étendent longitudinalement selon l’axe longitudinal X du carter 20. Ils pourront alternativement présenter une forme différente (par exemple parallélépipédique, trapèze…) plutôt que la forme essentiellement en tuile représentée.The magnets 21 have a section in the form of a ring portion, in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the casing 20, and extend longitudinally along the longitudinal axis X of the casing 20. They may alternatively have a different shape (for example parallelepipedal, trapezoid, etc. rather than the essentially tiled shape represented.
Pour des questions de fabrication, de manipulation et d’assemblage des aimants, chaque aimant pourra être segmenté en une pluralité d’aimants.For questions of manufacture, handling and assembly of the magnets, each magnet can be segmented into a plurality of magnets.
Les aimants 21 ont une aimantation ortho-radiale.The magnets 21 have an ortho-radial magnetization.
Dans ce mode de réalisation, les extrémités polarisées des aimants se situent dans des plans parallèles à l’axe longitudinal du carter passant par l’axe X. Elles pourraient toutefois être orientées différemment, notamment être inclinées, par exemple si les plots s’étendent selon des axes inclinés par rapport à l’axe X et situés dans des plans parallèles à l’axe X.In this embodiment, the polarized ends of the magnets are located in planes parallel to the longitudinal axis of the casing passing through the axis X. They could however be oriented differently, in particular be inclined, for example if the studs extend along axes inclined with respect to the X axis and located in planes parallel to the X axis.
Les aimants sont dans ce mode de réalisation en nombre pair et répartis tout autour de la périphérie intérieure du carter 20 et ce, de manière essentiellement uniforme. Ceci pourrait toutefois ne pas être le cas, même si une telle répartition est préférée. Un seul aimant pourrait être mis en œuvre avec un plot magnétique en contact de son extrémité de polarité nord et de l’hélice de polarité nord et un plot magnétique en contact de son extrémité de polarité sud et de l’hélice de polarité sud, comme cela ressortira plus clairement par la suite.The magnets are in this embodiment in an even number and distributed all around the inner periphery of the casing 20 and this, in an essentially uniform manner. However, this might not be the case, even if such a distribution is preferred. A single magnet could be implemented with a magnet pad in contact with its north polarity end and the north polarity helix and a magnet pad in contact with its south polarity end and the south polarity helix, as this will come out more clearly later.
Un plot 22, 23 est interposé entre les aimants 21 consécutifs. Chaque plot 22, 23 est réalisé dans un matériau magnétique comme par exemple en métal usiné, fondue ou fritté ou autre.A stud 22, 23 is interposed between the consecutive magnets 21. Each stud 22, 23 is made of a magnetic material such as machined, molten or sintered metal or the like.
La polarité des aimants 21 est alternée de part et d’autre de chaque plot 22, 23. Chaque plot 22, 23 est donc situé à l’interface entre les extrémités de même polarité de deux aimants 21 consécutifs, et se trouve en contact avec celles-ci. Ainsi, les plots 22 en contact avec les extrémités de polarité nord des aimants 21 qui l’entourent, présentent une polarité nord. De même, les plots 23 en contact avec les extrémités de polarité sud des aimants 21 qui l’entourent, présentent une polarité sud.The polarity of the magnets 21 is alternated on either side of each pad 22, 23. Each pad 22, 23 is therefore located at the interface between the ends of the same polarity of two consecutive magnets 21, and is in contact with these. Thus, the pads 22 in contact with the north polarity ends of the magnets 21 which surround it, have a north polarity. Similarly, the studs 23 in contact with the south polarity ends of the magnets 21 which surround it, have a south polarity.
Les plots s’étendent ici selon l’axe X. Ils pourraient toutefois s’étendre autrement notamment selon des axes inclinés par rapport à l’axe X et situés dans des plans parallèles à l’axe X.The studs extend here along the X axis. They could however extend differently, in particular along axes inclined with respect to the X axis and located in planes parallel to the X axis.
Les plots et les aimants sont solidarisés du côté de leur surface extérieure à la surface intérieur du carter 20, préférentiellement par collage. Toute autre solution de solidarisation adaptée pourra être mise en œuvre.The studs and the magnets are secured on the side of their outer surface to the inner surface of the casing 20, preferably by gluing. Any other suitable connection solution can be implemented.
Le carter 20 étant réalisé en matériau amagnétique, aucun entrefer n’est ménagé entre les plots et le carter ni entre les aimants et le carter sans risque de court-circuit magnétique entre les aimants. De cette façon, les flux magnétiques des aimants 21 traversent les plots 22, 23 pour les magnétiser. Le carter pourrait alternativement être réalisé dans un matériau magnétique sous réserve de ménager un entrefer entre le carter et les plots et aimants.The casing 20 being made of non-magnetic material, no air gap is provided between the studs and the casing or between the magnets and the casing without the risk of a magnetic short-circuit between the magnets. In this way, the magnetic fluxes of the magnets 21 pass through the pads 22, 23 to magnetize them. The casing could alternatively be made of a magnetic material subject to providing an air gap between the casing and the studs and magnets.
L’écrou 2 comprend une hélice polarisée nord 24 et une hélice polarisée sud 25 placées à la périphérie intérieure des plots 22, 23 et aimants 21. Leur surface extérieure est solidarisée aux plots de même polarité par exemple par collage ou autre.The nut 2 comprises a north polarized helix 24 and a south polarized helix 25 placed on the inner periphery of the studs 22, 23 and magnets 21. Their outer surface is secured to the studs of the same polarity, for example by gluing or the like.
Les hélices 24, 25 sont réalisées en matériau magnétique (par exemple en métal usiné, fondu ou fritté…). Elles s’étendent parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour de l’axe X du carter 20.The propellers 24, 25 are made of magnetic material (for example machined, molten or sintered metal, etc.). They extend parallel to each other in a helical manner around the axis X of the housing 20.
Chaque hélice 24, 25 comprend une pluralité d’enroulements 240, 250, chaque enroulement formant un tour autour de l’axe longitudinal du carter 20.Each propeller 24, 25 comprises a plurality of windings 240, 250, each winding forming a turn around the longitudinal axis of the housing 20.
Les hélices 24 et 25 présentent des longueurs identiques selon l’axe X.Helices 24 and 25 have identical lengths along the X axis.
Les hélices 24, 25 sont séparées l’une de l’autre par un entrefer 26. En d’autres termes, les enroulements 240, 250 consécutifs des hélices 24, 25 sont séparés par un entrefer 26. Cet entrefer empêche le rebouclage du champ magnétique entre les hélices 24, 25 et doit en conséquence être plus grand que l’entrefer 3.The helices 24, 25 are separated from each other by an air gap 26. In other words, the consecutive windings 240, 250 of the helices 24, 25 are separated by an air gap 26. This air gap prevents the looping of the field magnetic between the helices 24, 25 and must therefore be larger than the air gap 3.
L’hélice polarisée nord 24 est en contact avec les plots 22 polarisés nord en contact avec les extrémités de polarité nord des aimants 21.The north polarized helix 24 is in contact with the north polarized pads 22 in contact with the north polarity ends of the magnets 21.
L’hélice polarisée sud 25 est en contact avec les plots 23 polarisés sud en contact avec les extrémités de polarité sud des aimants 21.The south polarized helix 25 is in contact with the south polarized studs 23 in contact with the south polarity ends of the magnets 21.
Les hélices sont ainsi magnétisées par les plots qui agissent comme des répartiteurs de flux magnétiques produits par les aimants 21 et concentrent ces flux pour les distribuer vers les hélices 24, 25.The helices are thus magnetized by the studs which act as magnetic flux distributors produced by the magnets 21 and concentrate these fluxes to distribute them to the helices 24, 25.
Préférentiellement, chaque plot 22, 23 est en contact avec chaque enroulement 240, 250 de polarité identique.Preferably, each pad 22, 23 is in contact with each winding 240, 250 of identical polarity.
Un entrefer 27 est ménagé entre chaque aimant 21 et le contour extérieur de chaque hélice 24, 25. Ceci permet aux flux magnétiques des aimants 21 de bien passer par les plots 22, 23.An air gap 27 is provided between each magnet 21 and the outer contour of each helix 24, 25. This allows the magnetic fluxes of the magnets 21 to pass through the studs 22, 23.
Un entrefer 28 est ménagé entre chaque plot 22 de polarité nord et chaque enroulement 250 de l’hélice de polarité sud 25.An air gap 28 is provided between each stud 22 of north polarity and each winding 250 of the helix of south polarity 25.
Un entrefer 29 est ménagé entre chaque plot 23 de polarité sud et chaque enroulement 240 de l’hélice de polarité nord 24.An air gap 29 is provided between each pad 23 of south polarity and each winding 240 of the helix of north polarity 24.
Les entrefers permettent d’éviter les courts-circuits magnétiques. Ils peuvent être constitués de vide, d’air ou de matériau amagnétique comme par exemple une résine ou autre.The air gaps prevent magnetic short circuits. They can be made of vacuum, air or non-magnetic material such as a resin or other.
Les hélices 24 et 25 présentent donc des polarités différentes.The helices 24 and 25 therefore have different polarities.
Les épaisseurs des entrefers 27, 28 et 29 doivent être supérieures à celle de l’entrefer 3 afin que les flux magnétiques créés par les aimants 21 et véhiculés par les plots magnétiques 22, 23 puis par les hélices 24, 25 traversent l’entrefer 3 et interagissent avec la vis pour assurer la conversion de mouvement.The thicknesses of the air gaps 27, 28 and 29 must be greater than that of the air gap 3 so that the magnetic fluxes created by the magnets 21 and conveyed by the magnetic pads 22, 23 then by the propellers 24, 25 cross the air gap 3 and interact with the screw to provide motion conversion.
Les entrefer 28 et 29 sont ici constitués par des encoches 241, 251, ou évidements, adaptés à la forme de l’hélice correspondante. Ces encoches sont ménagées à cet effet à la périphérie extérieure des hélices 24, 25. Les entrefers pourraient être constitués de toute autre manière alternative adaptée.The gaps 28 and 29 are here formed by notches 241, 251, or recesses, adapted to the shape of the corresponding propeller. These notches are provided for this purpose at the outer periphery of the helices 24, 25. The air gaps could be formed in any other suitable alternative manner.
Plus précisément, les encoches 241 sont ménagées sur les enroulements 240 de l’hélice 24 de polarité nord au droit des plots 23 de polarité sud. De même, les encoches 251 sont ménagées sur les enroulements 250 de l’hélice 25 de polarité sud au droit des plots 22 de polarité nord.More specifically, the notches 241 are provided on the windings 240 of the helix 24 of north polarity to the right of the studs 23 of south polarity. Similarly, the notches 251 are provided on the windings 250 of the helix 25 of south polarity to the right of the studs 22 of north polarity.
Les encoches 241 et 251 sont donc décalées d’un pas polaire correspondant à la distance angulaire entre les plots consécutifs de polarité différente.The notches 241 and 251 are therefore offset by a polar pitch corresponding to the angular distance between the consecutive pads of different polarity.
De façon alternative, les encoches pourraient être ménagées sur les plots plutôt que sur les hélices ou sur les plots et les hélices.Alternatively, the notches could be provided on the studs rather than on the helices or on the studs and the helices.
La longueur des plots 22, 23 selon l’axe X peut être inférieure, égale ou supérieure à celle des aimants selon l’axe X. Toutefois, elle sera préférentiellement supérieure afin d’optimiser la création de flux magnétiques à partir des aimants car les entrefers 28 et 29 modifient la longueur axiale selon l’axe X du flux créé par les aimants 21. Dans ce cas, chaque plot 22, 23 s’étendra longitudinalement de part et d’autre au-delà de l’aimant correspondant.The length of the studs 22, 23 along the X axis can be less than, equal to or greater than that of the magnets along the X axis. However, it will preferably be greater in order to optimize the creation of magnetic fluxes from the magnets because the air gaps 28 and 29 modify the axial length along axis X of the flux created by magnets 21. In this case, each pad 22, 23 will extend longitudinally on either side beyond the corresponding magnet.
Les plots 22, 23 peuvent être décalés les uns des autres selon l’axe X ou leurs surfaces d’extrémité être inclinées de manière telle que les extrémités opposées de chaque plot se situent respectivement essentiellement dans le plan des extrémités des enroulements 240, 250 d’extrémité, c’est-à-dire ceux situés aux extrémités opposées des hélices 24, 25. Ceci leur permet de mieux suivre la longueur active des hélices.The studs 22, 23 may be offset from each other along the X axis or their end surfaces may be inclined so that the opposite ends of each stud lie respectively essentially in the plane of the ends of the windings 240, 250 d 'end, that is to say those located at the opposite ends of the helices 24, 25. This allows them to better follow the active length of the helices.
La surface de contact d’un plot 22, 23 avec l’hélice correspondante est préférentiellement supérieure à ses surfaces de contact avec les aimants 21.The contact surface of a pad 22, 23 with the corresponding helix is preferably greater than its contact surfaces with the magnets 21.
Le pas de l’écrou 2 est égal à la somme de l’épaisseur selon l’axe X d’un enroulement 240 de polarité nord, de celle d’un enroulement 250 de polarité sud et de deux entrefers 26.The pitch of nut 2 is equal to the sum of the thickness along the X axis of a winding 240 with north polarity, that of a winding 250 with south polarity and two air gaps 26.
Le carter 20 permet de rendre solidaire mécaniquement l’ensemble des aimants 21 et plots magnétiques 22, 23, et de transmettre le couple. Comme le carter est amagnétique, il n’y a pas de court-circuit magnétique entre les aimants. Les flux magnétiques des aimants 21 traversent alors les plots magnétiques 22, 23 et permettent de magnétiser les hélices 24, 25 qui constituent respectivement des plots magnétiques nord et sud. Les hélices assurent une alternance de polarité.The casing 20 makes it possible to mechanically attach all the magnets 21 and magnetic studs 22, 23, and to transmit the torque. As the housing is non-magnetic, there is no magnetic short circuit between the magnets. The magnetic fluxes of the magnets 21 then pass through the magnetic pads 22, 23 and make it possible to magnetize the helices 24, 25 which respectively constitute north and south magnetic pads. The helices provide alternating polarity.
6.2. Deuxième mode de réalisation : aimants à aimantation radiale6.2. Second embodiment: magnets with radial magnetization
On présente, en relation avec les figures 17 à 26, un deuxième mode de réalisation d’un système de vis-écrou magnétiques selon l’invention.A second embodiment of a magnetic screw-nut system according to the invention is presented in relation to FIGS. 17 to 26.
Ainsi que cela est représenté sur ces figures, un tel système comprend une vis 1 et un écrou 2 prévus pour interagir magnétiquement sans contact mécanique direct. Pour cela, la vis 1 est logée à l’intérieur de l’écrou 2, l’une et l’autre étant séparés par un entrefer 3 d’air ou de vide par exemple. La vis et l’écrou ont des pas essentiellement de même valeur pour assurer la conversion de mouvement, i.e. leurs hélices ont des pas essentiellement de même valeur, aux tolérances géométriques près.As shown in these figures, such a system comprises a screw 1 and a nut 2 designed to interact magnetically without direct mechanical contact. For this, the screw 1 is housed inside the nut 2, one and the other being separated by an air gap 3 of air or vacuum for example. The screw and the nut have pitches of essentially the same value to ensure motion conversion, i.e. their helices have pitches of essentially the same value, within geometric tolerances.
VisScrew
La vis 1 comprend un arbre 10 qui s’étend selon un axe X. Cet arbre 10 est réalisé dans un matériau magnétique comme par exemple de l’acier magnétique ou autre.The screw 1 comprises a shaft 10 which extends along an axis X. This shaft 10 is made of a magnetic material such as for example magnetic steel or the like.
La vis 1 comprend des aimants 11. Ces aimants 11 sont permanents. Dans une variante, il pourrait s’agir de bobinages d’excitation agissant comme des électroaimants. Dans ce cas :Screw 1 includes magnets 11. These magnets 11 are permanent. Alternatively, these could be excitation coils acting as electromagnets. In this case :
- lorsque la vis tourne des contacts conducteurs d’électricité dits « glissants » (par exemple collecteur à bagues) pourront permettre d’alimenter ces électroaimants ;- when the screw rotates, so-called "sliding" electrically conductive contacts (for example slip ring collector) can be used to supply these electromagnets;
- lorsque la vis translate, les électroaimants pourront alternativement être alimentés au moyen de fils électriques dont la longueur sera choisie en fonction de la course de déplacement relatif de la vis et de l’écrou.- when the screw translates, the electromagnets can alternatively be powered by means of electric wires, the length of which will be chosen according to the relative movement of the screw and the nut.
Ces aimants sont par exemple réalisés en SmCo ou en NdFeB pour maximiser les performances mais peuvent être constitués d’autres matériaux adaptés.These magnets are for example made of SmCo or NdFeB to maximize performance but can be made of other suitable materials.
Les aimants 11 ont une section en portion d’anneau, dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal de l’arbre 10, et s’étendent longitudinalement selon l’axe longitudinal de l’arbre 10. Ils pourront alternativement présenter une forme différente (par exemple parallélépipédique, trapèze…) plutôt que la forme essentiellement en tuile représentée.The magnets 11 have a section in the form of a ring portion, in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the shaft 10, and extend longitudinally along the longitudinal axis of the shaft 10. They may alternatively have a different shape. (e.g. parallelepipedic, trapezoid…) rather than the essentially tiled shape depicted.
Pour des questions de fabrication, de manipulation et d’assemblage des aimants, chaque aimant pourra être segmenté en une pluralité d’aimants.For questions of manufacture, handling and assembly of the magnets, each magnet can be segmented into a plurality of magnets.
Les aimants 11 ont une aimantation radiale.The magnets 11 have a radial magnetization.
Dans ce mode de réalisation, les surfaces opposées des aimants prises dans une direction orthogonale O à l’axe longitudinal X (i.e. selon un rayon) présentent des polarités différentes. Les aimants pourraient toutefois être orientés différemment.In this embodiment, the opposite surfaces of the magnets taken in a direction orthogonal O to the longitudinal axis X (i.e. along a radius) have different polarities. The magnets could however be oriented differently.
Ce type d’aimants peut être préféré aux aimants à aimantation ortho-radiale par exemple en fonction de l’encombrement et des performances requises.This type of magnet can be preferred to magnets with ortho-radial magnetization, for example, depending on the size and the performance required.
La vis 1 comprend une hélice polarisée nord 14 et une hélice polarisée sud 15.Screw 1 comprises a north polarized helix 14 and a south polarized helix 15.
Les hélices 14, 15 sont réalisées en matériau magnétique (par exemple en métal usiné, fondu ou fritté…). Elles s’étendent parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour de l’axe X de l’arbre 10. Elles présentent un même diamètre.The propellers 14, 15 are made of magnetic material (for example machined, molten or sintered metal, etc.). They extend parallel to each other in a helical manner around the axis X of the shaft 10. They have the same diameter.
Chaque hélice 14, 15 comprend une pluralité d’enroulements 140, 150, chaque enroulement formant un tour autour de l’arbre 10.Each helix 14, 15 comprises a plurality of windings 140, 150, each winding forming a turn around the shaft 10.
Les hélices 14 et 15 présentent des longueurs identiques selon l’axe X.Helices 14 and 15 have identical lengths along the X axis.
Les hélices 14, 15 sont séparées l’une de l’autre par un entrefer 16. En d’autres termes, les enroulements 140, 150 consécutifs des hélices 14, 15 sont séparés par un entrefer 16. Cet entrefer empêche de rebouclage du champ magnétique entre les hélices et doit en conséquence être plus grand que l’entrefer 3.The helices 14, 15 are separated from each other by an air gap 16. In other words, the consecutive windings 140, 150 of the helices 14, 15 are separated by an air gap 16. This air gap prevents looping back of the field magnetic between the helices and must therefore be larger than the air gap 3.
Les aimants sont dans ce mode de réalisation en nombre pair et répartis tout autour de la périphérie extérieure de l’arbre 10 et ce de manière essentiellement uniforme. Ceci pourrait toutefois ne pas être le cas, même si une telle répartition est préférée. Au moins deux aimants doivent être mis en œuvre avec un plot magnétique en contact l’extrémité de polarité nord de l’un des aimants et de l’hélice de polarité nord et un plot magnétique en contact de l’extrémité de polarité sud de l’autre aimant et de l’hélice de polarité sud, comme il ressortira plus clairement par la suite.The magnets are in this embodiment in an even number and distributed all around the outer periphery of the shaft 10 and this in an essentially uniform manner. However, this might not be the case, even if such a distribution is preferred. At least two magnets should be implemented with one magnetic pad contacting the north polarity end of one of the magnets and the north polarity helix and one magnetic pad contacting the south polarity end of the other magnet and the south polarity helix, as will become clear later.
La polarité des aimants successifs est inversée. Ainsi, lorsqu’un aimant a sa face polarisée nord orientée vers l’arbre 10 et donc sa face polarisée sud orientée vers les hélices, alors l’aimant suivant a sa face polarisée sud orientée vers l’arbre 10 et donc sa face polarisée nord orientée vers les hélices.The polarity of successive magnets is reversed. Thus, when a magnet has its north polarized face oriented towards the shaft 10 and therefore its south polarized face oriented towards the helices, then the following magnet has its south polarized face oriented towards the shaft 10 and therefore its north polarized face oriented towards the propellers.
La vis 1 comprend des plots magnétiques 12, 13 en matériau magnétique. Chaque plot magnétique est interposé entre la face extérieure d’un aimant et l’intérieur des hélices.Screw 1 includes magnetic studs 12, 13 made of magnetic material. Each magnetic pad is interposed between the outer face of a magnet and the inside of the helices.
Les plots magnétiques 12 en contact avec l’extrémité de polarité nord des aimants correspondants, sont de polarité nord.The magnetic studs 12 in contact with the north polarity end of the corresponding magnets are of north polarity.
Les plots magnétiques 13 en contact avec l’extrémité de polarité sud des aimants correspondants, sont de polarité sud.The magnetic pads 13 in contact with the southern polarity end of the corresponding magnets are of southern polarity.
Les plots s’étendent ici selon l’axe X. Ils pourraient toutefois s’étendre autrement notamment selon des axes inclinés par rapport à l’axe X et situés dans des plans parallèles à l’axe X.The studs extend here along the X axis. They could however extend differently, in particular along axes inclined with respect to the X axis and located in planes parallel to the X axis.
Les aimants sont solidarisés du côté de leur surface intérieure à la surface extérieure de l’arbre, préférentiellement par collage. Toute autre solution de solidarisation adaptée pourra être mise en œuvre.The magnets are secured on the side of their inner surface to the outer surface of the shaft, preferably by gluing. Any other suitable connection solution can be implemented.
Les plots sont solidarisés du côté de leur surface intérieure à la surface extérieure des aimants, préférentiellement par collage. Toute autre solution de solidarisation adaptée pourra être mise en œuvre.The pads are secured on the side of their inner surface to the outer surface of the magnets, preferably by gluing. Any other suitable connection solution can be implemented.
L’hélice polarisée nord 14 est en contact avec les plots 12 polarisés nord en contact avec les extrémités de polarité nord des aimants 11.The north polarized helix 14 is in contact with the north polarized pads 12 in contact with the north polarity ends of the magnets 11.
L’hélice polarisée sud 15 est en contact avec les plots 13 polarisés sud en contact avec les extrémités de polarité sud des aimants 11.The south polarized helix 15 is in contact with the south polarized studs 13 in contact with the south polarity ends of the magnets 11.
Les hélices sont ainsi magnétisées par les plots. Les plots agissent comme des répartiteurs de flux magnétiques produits par les aimants et concentrent ces flux pour les distribuer vers les hélices.The helices are thus magnetized by the pads. The pads act as magnetic flux distributors produced by the magnets and concentrate these fluxes to distribute them to the propellers.
La surface intérieure des hélices est solidarisée à la surface extérieure des plots de même polarité préférentiellement par collage ou autre.The inner surface of the helices is secured to the outer surface of the pads of the same polarity, preferably by gluing or the like.
Préférentiellement, chaque plot est en contact avec chaque enroulement de l’hélice de polarité identique.Preferably, each pad is in contact with each winding of the helix of identical polarity.
Un entrefer 37 est ménagé entre les aimants consécutif et entre les plots consécutifs pour éviter les courts-circuits entre les aimants.An air gap 37 is provided between the consecutive magnets and between the consecutive pads to avoid short circuits between the magnets.
Un entrefer 38 est ménagé entre chaque plot 12 de polarité nord et chaque enroulement 150 de l’hélice de polarité sud 15.An air gap 38 is provided between each stud 12 of north polarity and each winding 150 of the helix of south polarity 15.
Un entrefer 39 est ménagé entre chaque plot 13 de polarité sud et chaque enroulement 140 de l’hélice de polarité nord 14.An air gap 39 is provided between each pad 13 of south polarity and each winding 140 of the helix of north polarity 14.
Les entrefers permettent d’éviter les courts-circuits magnétiques. Ils peuvent être constitués de vide, d’air ou de matériau amagnétique comme par exemple une résine ou autre.The air gaps prevent magnetic short circuits. They can be made of vacuum, air or non-magnetic material such as a resin or other.
Les hélices 14 et 15 présentent donc des polarités différentes.The helices 14 and 15 therefore have different polarities.
Les épaisseurs des entrefers 37, 38 et 39 doivent être supérieures à celle de l’entrefer 3 afin que les flux magnétiques créés par les aimants 11 et véhiculés par les plots magnétiques 12, 13 puis par les hélices 14, 15, traversent l’entrefer 3 et interagissent avec l’écrou pour assurer la conversion de mouvement.The thicknesses of the air gaps 37, 38 and 39 must be greater than that of the air gap 3 so that the magnetic fluxes created by the magnets 11 and conveyed by the magnetic pads 12, 13 then by the propellers 14, 15, cross the air gap. 3 and interact with the nut to provide motion conversion.
Les entrefer 38 et 39 sont ici constitués par des encoches 141, 151, ou évidements, adaptés à la forme de l’hélice correspondante. Ces encoches sont ménagées à cet effet à la périphérie intérieure des hélices 14, 15. Les entrefers pourraient être constitués de toute autre manière alternative adaptée.The gaps 38 and 39 are here formed by notches 141, 151, or recesses, adapted to the shape of the corresponding propeller. These notches are provided for this purpose on the inner periphery of the helices 14, 15. The air gaps could be formed in any other suitable alternative manner.
Plus précisément, les encoches 141 sont ménagées sur les enroulements 140 de l’hélice 14 de polarité nord au droit des plots 13 de polarité sud. De même, les encoches 151 sont ménagées sur les enroulements 150 de l’hélice 15 de polarité sud au droit des plots 12 de polarité nord.More specifically, the notches 141 are provided on the windings 140 of the helix 14 of north polarity to the right of the pads 13 of south polarity. Similarly, the notches 151 are provided on the windings 150 of the helix 15 of south polarity to the right of the studs 12 of north polarity.
Les encoches 141 et 151 sont donc décalées d’un pas polaire correspondant à la distance angulaire entre les plots consécutifs de polarité différente.The notches 141 and 151 are therefore offset by a polar pitch corresponding to the angular distance between the consecutive pads of different polarity.
De façon alternative, les encoches pourraient être ménagées sur les plots plutôt que sur les hélices ou sur les plots et les hélices.Alternatively, the notches could be provided on the studs rather than on the helices or on the studs and the helices.
La longueur des plots 12, 13 selon l’axe X peut être inférieure, égale ou supérieure à celle des aimants selon l’axe X. Toutefois, elle sera préférentiellement supérieure afin d’optimiser la création de flux magnétiques à partir des aimants car les entrefers 38 et 39 modifient la longueur axiale selon l’axe X du flux créé par les aimants 11. Dans ce cas, chaque plot 12, 13 s’étendra longitudinalement de part et d’autre au-delà de l’aimant correspondant.The length of the studs 12, 13 along the X axis can be less than, equal to or greater than that of the magnets along the X axis. However, it will preferably be greater in order to optimize the creation of magnetic fluxes from the magnets because the air gaps 38 and 39 modify the axial length along axis X of the flux created by magnets 11. In this case, each stud 12, 13 will extend longitudinally on either side beyond the corresponding magnet.
Les plots 12, 13 peuvent être décalés les uns des autres selon l’axe X ou leurs surfaces d’extrémité être inclinées de manière telle que les extrémités opposées de chaque plot se situent respectivement essentiellement dans le plan des extrémités des enroulements 140, 150 d’extrémité, c’est-à-dire ceux situés aux extrémités opposées des hélices 14, 15. Ceci leur permet de mieux suivre la longueur active des hélices.The pads 12, 13 can be offset from each other along the X axis or their end surfaces can be inclined so that the opposite ends of each pad are located respectively essentially in the plane of the ends of the windings 140, 150 d 'end, that is to say those located at the opposite ends of the helices 14, 15. This allows them to better follow the active length of the helices.
La surface de contact d’un plot 12, 13 avec l’hélice correspondante est préférentiellement supérieure à ses surfaces de contact avec les aimants 11.The contact surface of a stud 12, 13 with the corresponding helix is preferably greater than its contact surfaces with the magnets 11.
Le pas de la vis 1 est égal à la somme de l’épaisseur selon l’axe X d’un enroulement 140 de polarité nord, de celle d’un enroulement 150 de polarité sud et de deux entrefers 16.The pitch of screw 1 is equal to the sum of the thickness along the X axis of a winding 140 of north polarity, of that of a winding 150 of south polarity and of two air gaps 16.
L’arbre 10 permet de rendre solidaire mécaniquement l’ensemble des aimants 11 et plots magnétiques 12, 13, et de transmettre l’effort transversal. L’arbre étant en matériau magnétique, il permet de reboucler les champs magnétiques produits par les aimants. Les flux magnétiques des aimants traversent alors les plots avec lesquels ils sont en contact et permettent de magnétiser les hélices qui constituent respectivement des plots magnétiques nord et sud. Les hélices assurent l’alternance de polarité.The shaft 10 makes it possible to mechanically attach all the magnets 11 and magnetic studs 12, 13, and to transmit the transverse force. Since the shaft is made of magnetic material, it allows the magnetic fields produced by the magnets to be looped back. The magnetic fluxes of the magnets then pass through the pads with which they are in contact and make it possible to magnetize the helices which respectively constitute north and south magnetic pads. The helices ensure the alternation of polarity.
ÉcrouNut
L’écrou 2 comprend un carter 20 cylindrique qui s’étend selon l’axe X. Ce carter 20 est réalisé dans un matériau magnétique.The nut 2 comprises a cylindrical casing 20 which extends along the axis X. This casing 20 is made of a magnetic material.
L’écrou 2 comprend des aimants 21. Ces aimants 21 sont permanents. Dans une variante, il pourrait s’agir de bobinages d’excitation agissant comme des électroaimants. Dans ce cas :Nut 2 includes magnets 21. These magnets 21 are permanent. Alternatively, these could be excitation coils acting as electromagnets. In this case :
- lorsque l’écrou tourne, des contacts conducteurs d’électricité dits « glissants » (par exemple collecteur à bagues) pourront permettre d’alimenter ces électroaimants;- when the nut rotates, so-called "sliding" electrically conductive contacts (for example slip ring collector) can be used to power these electromagnets;
- lorsque l’écrou translate, les électroaimants pourront alternativement être alimentés au moyen de fils électriques dont la longueur sera choisie en fonction de la course de déplacement relatif de la vis et de l’écrou.- when the nut translates, the electromagnets can alternatively be powered by means of electrical wires, the length of which will be chosen according to the relative movement path of the screw and the nut.
Ces aimants sont par exemple réalisés en SmCo ou en NdFeB pour maximiser les performances mais peuvent être constitués d’autres matériaux adaptés.These magnets are for example made of SmCo or NdFeB to maximize performance but can be made of other suitable materials.
Les aimants 21 ont une section en portion d’anneau, dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du carter 20, et s’étendent longitudinalement selon l’axe longitudinal du carter 20. Ils pourront alternativement présenter une forme différente (par exemple parallélépipédique, trapèze…) plutôt que la forme essentiellement en tuile représentée.The magnets 21 have a section in the form of a ring portion, in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the casing 20, and extend longitudinally along the longitudinal axis of the casing 20. They may alternatively have a different shape (for example parallelepipedic , trapezium…) rather than the essentially tiled shape represented.
Pour des questions de fabrication, de manipulation et d’assemblage des aimants, chaque aimant pourra être segmenté en une pluralité d’aimants.For questions of manufacture, handling and assembly of the magnets, each magnet can be segmented into a plurality of magnets.
Les aimants 21 ont une aimantation radiale.The magnets 21 have a radial magnetization.
Dans ce mode de réalisation les surfaces opposées des aimants prises dans une direction orthogonale O à l’axe longitudinal X (i.e selon un rayon) présentent des polarités différentes. Les aimants pourraient toutefois être orientés différemment.In this embodiment, the opposite surfaces of the magnets taken in a direction orthogonal O to the longitudinal axis X (i.e along a radius) have different polarities. The magnets could however be oriented differently.
Ce type d’aimants peut être préféré aux aimants à aimantation ortho-radiale par exemple en fonction de l’encombrement et/ou des performances requises.This type of magnet may be preferred to magnets with ortho-radial magnetization, for example depending on the size and/or the required performance.
L’écrou 2 comprend une hélice polarisée nord 24 et une hélice polarisée sud 25.Nut 2 includes a 24 north polarized propeller and a 25 south polarized propeller.
Les hélices 24, 25 sont réalisées en matériau magnétique (par exemple en métal usiné, fondu ou fritté…). Elles s’étendent parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour de l’axe X du carter 20. Elles présentent un même diamètre.The propellers 24, 25 are made of magnetic material (for example machined, molten or sintered metal, etc.). They extend parallel to each other in a helical manner around the axis X of the housing 20. They have the same diameter.
Chaque hélice 24, 25 comprend une pluralité d’enroulements 240, 250, chaque enroulement formant un tour autour de l’axe X du carter 20.Each propeller 24, 25 comprises a plurality of windings 240, 250, each winding forming a turn around the axis X of the housing 20.
Les hélices 24 et 25 présentent des longueurs identiques selon l’axe X.Helices 24 and 25 have identical lengths along the X axis.
Les hélices 24, 25 sont séparées l’une de l’autre par un entrefer 26. En d’autres termes, les enroulements 240, 250 consécutifs des hélices 24, 25 sont séparés par un entrefer 26. Cet entrefer empêche de rebouclage du champ magnétique entre les hélices et doit en conséquence être plus grand que l’entrefer 3.The helices 24, 25 are separated from each other by an air gap 26. In other words, the consecutive windings 240, 250 of the helices 24, 25 are separated by an air gap 26. This air gap prevents looping back of the field magnetic between the helices and must therefore be larger than the air gap 3.
Les aimants sont dans ce mode de réalisation en nombre pair et répartis tout autour de la périphérie intérieure du carter 20 et ce, de manière essentiellement uniforme. Ceci pourrait toutefois ne pas être le cas, même si une telle répartition est préférée. Au moins deux aimants doivent être mis en œuvre avec un plot magnétique en contact l’extrémité de polarité nord de l’un des aimants et de l’hélice de polarité nord et un plot magnétique en contact de l’extrémité de polarité sud de l’autre aimant et de l’hélice de polarité sud, comme il ressortira plus clairement par la suite.The magnets are in this embodiment in an even number and distributed all around the inner periphery of the casing 20 and this, in an essentially uniform manner. However, this might not be the case, even if such a distribution is preferred. At least two magnets should be implemented with one magnetic pad contacting the north polarity end of one of the magnets and the north polarity helix and one magnetic pad contacting the south polarity end of the other magnet and the south polarity helix, as will become clear later.
La polarité des aimants successifs est inversée. Ainsi, lorsqu’un aimant a sa face polarisée nord orientée vers le carter 20 et donc sa face polarisée sud orientée vers les hélices, alors l’aimant suivant a sa face polarisée sud orientée vers le carter 20 et donc sa face polarisée nord orientée vers les hélices.The polarity of successive magnets is reversed. Thus, when a magnet has its north polarized face oriented towards the housing 20 and therefore its south polarized face oriented towards the propellers, then the following magnet has its south polarized face oriented towards the housing 20 and therefore its north polarized face oriented towards the propellers.
L’écrou 2 comprend des plots magnétiques 22, 23 en matériau magnétique. Chaque plot magnétique est interposé entre la face intérieure d’un aimant et l’extérieur des hélices.The nut 2 comprises magnetic studs 22, 23 made of magnetic material. Each magnetic pad is interposed between the inner face of a magnet and the outside of the helices.
Les plots magnétiques 22 en contact avec l’extrémité de polarité nord des aimants correspondants, sont de polarité nord.The magnetic studs 22 in contact with the north polarity end of the corresponding magnets are of north polarity.
Les plots magnétiques 23 en contact avec l’extrémité de polarité sud des aimants correspondants, sont de polarité sud.The magnetic pads 23 in contact with the southern polarity end of the corresponding magnets are of southern polarity.
Les plots s’étendent ici selon l’axe X. Ils pourraient toutefois s’étendre autrement notamment selon des axes inclinés par rapport à l’axe X et situés dans des plans parallèles à l’axe X.The studs extend here along the X axis. They could however extend differently, in particular along axes inclined with respect to the X axis and located in planes parallel to the X axis.
Les aimants sont solidarisés du côté de leur surface extérieure à la surface intérieur du carter, préférentiellement par collage. Toute autre solution de solidarisation adaptée pourra être mise en œuvre.The magnets are secured on the side of their outer surface to the inner surface of the casing, preferably by gluing. Any other suitable connection solution can be implemented.
Les plots sont solidarisés du côté de leur surface extérieure à la surface intérieure des aimants, préférentiellement par collage. Toute autre solution de solidarisation adaptée pourra être mise en œuvre.The pads are secured on the side of their outer surface to the inner surface of the magnets, preferably by gluing. Any other suitable connection solution can be implemented.
L’hélice polarisée nord 24 est en contact avec les plots 22 polarisés nord eux-mêmes en contact avec les extrémités de polarité nord des aimants 21.The north polarized helix 24 is in contact with the north polarized pads 22 themselves in contact with the north polarity ends of the magnets 21.
L’hélice polarisée sud 25 est en contact avec les plots 23 polarisés sud eux-mêmes en contact avec les extrémités de polarité sud des aimants 21.The south polarized helix 25 is in contact with the south polarized pads 23 themselves in contact with the south polarity ends of the magnets 21.
Les hélices sont ainsi magnétisées par les plots. Les plots agissent comme des répartiteurs de flux magnétiques produits par les aimants et concentrent ces flux pour les distribuer vers les hélices.The helices are thus magnetized by the studs. The pads act as magnetic flux distributors produced by the magnets and concentrate these fluxes to distribute them to the propellers.
La surface extérieure des hélices est solidarisée à la surface intérieure des plots de même polarité préférentiellement par collage ou autre.The outer surface of the helices is secured to the inner surface of the pads of the same polarity, preferably by gluing or the like.
Préférentiellement, chaque plot est en contact avec chaque enroulement de l’hélice de polarité identique.Preferably, each pad is in contact with each winding of the helix of identical polarity.
Un entrefer 47 est ménagé entre les aimants consécutifs et entre les plots consécutifs pour éviter les courts-circuits entre les aimants.An air gap 47 is provided between the consecutive magnets and between the consecutive pads to avoid short circuits between the magnets.
Un entrefer 48 est ménagé entre chaque plot 22 de polarité nord et chaque enroulement 250 de l’hélice de polarité sud 25.An air gap 48 is arranged between each stud 22 of north polarity and each winding 250 of the helix of south polarity 25.
Un entrefer 49 est ménagé entre chaque plot 23 de polarité sud et chaque enroulement 240 de l’hélice de polarité nord 24.An air gap 49 is provided between each pad 23 of south polarity and each winding 240 of the helix of north polarity 24.
Les entrefers permettent d’éviter les courts-circuits magnétiques. Ils peuvent être constitués de vide, d’air ou de matériau amagnétique comme par exemple une résine ou autre.The air gaps prevent magnetic short circuits. They can be made of vacuum, air or non-magnetic material such as a resin or other.
Les hélices 24 et 25 présentent donc des polarités différentes.The helices 24 and 25 therefore have different polarities.
Les épaisseurs des entrefers 47, 48 et 49 doivent être supérieures à celle de l’entrefer 3 afin que les flux magnétiques créés par les aimants 21 et véhiculés par les plots magnétiques 22, 23 puis par les hélices 24, 25 traversent l’entrefer 3 et interagissent avec la vis pour assurer la conversion de mouvement.The thicknesses of the air gaps 47, 48 and 49 must be greater than that of the air gap 3 so that the magnetic fluxes created by the magnets 21 and conveyed by the magnetic studs 22, 23 then by the propellers 24, 25 cross the air gap 3 and interact with the screw to provide motion conversion.
Les entrefer 48 et 49 sont ici constitués par des encoches 241, 251, ou évidements, adaptés à la forme de l’hélice correspondante. Ces encoches sont ménagées à cet effet à la périphérie extérieure des hélices 24, 25. Les entrefers pourraient être constitués de toute autre manière alternative adaptée.The gaps 48 and 49 are here constituted by notches 241, 251, or recesses, adapted to the shape of the corresponding propeller. These notches are provided for this purpose at the outer periphery of the helices 24, 25. The air gaps could be formed in any other suitable alternative manner.
Plus précisément, les encoches 241 sont ménagées sur les enroulements 240 de l’hélice 24 de polarité nord au droit des plots 23 de polarité sud. De même, les encoches 251 sont ménagées sur les enroulements 250 de l’hélice 25 de polarité sud au droit des plots 22 de polarité nord.More specifically, the notches 241 are provided on the windings 240 of the helix 24 of north polarity to the right of the studs 23 of south polarity. Similarly, the notches 251 are provided on the windings 250 of the helix 25 of south polarity to the right of the studs 22 of north polarity.
Les encoches 241 et 251 sont donc décalées d’un pas polaire correspondant à la distance angulaire entre les plots consécutifs de polarité différente.The notches 241 and 251 are therefore offset by a polar pitch corresponding to the angular distance between the consecutive pads of different polarity.
De façon alternative, les encoches pourraient être ménagées sur les plots plutôt que sur les hélices ou sur les plots et les hélices.Alternatively, the notches could be provided on the studs rather than on the helices or on the studs and the helices.
La longueur des plots 22, 23 selon l’axe X peut être inférieure, égale ou supérieure à celle des aimants selon l’axe X. Toutefois, elle sera préférentiellement supérieure afin d’optimiser la création de flux magnétiques à partir des aimants car les entrefers 48 et 49 modifient la longueur axiale selon l’axe X du flux créé par les aimants 21. Dans ce cas, chaque plot 22, 23 s’étendra longitudinalement de part et d’autre au-delà de l’aimant correspondant.The length of the studs 22, 23 along the X axis can be less than, equal to or greater than that of the magnets along the X axis. However, it will preferably be greater in order to optimize the creation of magnetic fluxes from the magnets because the air gaps 48 and 49 modify the axial length along axis X of the flux created by magnets 21. In this case, each stud 22, 23 will extend longitudinally on either side beyond the corresponding magnet.
Les plots 22, 23 peuvent être décalés les uns des autres selon l’axe X ou leurs surfaces d’extrémité être inclinées de manière telle que les extrémités opposées de chaque plot se situent respectivement essentiellement dans le plan des extrémités des enroulements 240, 250 d’extrémité, c’est-à-dire ceux situés aux extrémités opposées des hélices 24, 25. Ceci leur permet de mieux suivre la longueur active des hélices.The studs 22, 23 may be offset from each other along the X axis or their end surfaces may be inclined so that the opposite ends of each stud lie respectively essentially in the plane of the ends of the windings 240, 250 d 'end, that is to say those located at the opposite ends of the helices 24, 25. This allows them to better follow the active length of the helices.
La surface de contact d’un plot 22, 23 avec l’hélice correspondante est préférentiellement supérieure à ses surfaces de contact avec les aimants 21.The contact surface of a pad 22, 23 with the corresponding helix is preferably greater than its contact surfaces with the magnets 21.
Le pas de l’écrou 2 est égal à la somme de l’épaisseur selon l’axe X d’un enroulement 240 de polarité nord, de celle d’un enroulement 250 de polarité sud et de deux entrefers 26.The pitch of nut 2 is equal to the sum of the thickness along the X axis of a winding 240 with north polarity, that of a winding 250 with south polarity and two air gaps 26.
Le carter 20 permet de rendre solidaire mécaniquement l’ensemble des aimants 21 et plots magnétiques 22, 23, et de transmettre le couple. Le carter 20 étant en matériau magnétique, il permet de reboucler les champs magnétiques produits par les aimants. Les flux magnétiques des aimants traversent alors les plots avec lesquels ils sont en contact et permettent de magnétiser les hélices qui constituent respectivement des plots magnétiques nord et sud. Les hélices assurent l’alternance de polarité.The casing 20 makes it possible to mechanically attach all the magnets 21 and magnetic studs 22, 23, and to transmit the torque. Since the casing 20 is made of magnetic material, it makes it possible to loop back the magnetic fields produced by the magnets. The magnetic fluxes of the magnets then pass through the pads with which they are in contact and make it possible to magnetize the helices which respectively constitute north and south magnetic pads. The helices ensure the alternation of polarity.
6.3. Fonctionnement6.3. Functioning
Les principes de fonctionnement d’un système selon les premier et deuxième modes de réalisation sont similaires.The operating principles of a system according to the first and second embodiments are similar.
Lorsque la vis 1 se trouve à l’intérieur de l’écrou 2, l’hélice de polarité nord 14 et l’hélice de polarité sud 15 de la vis 1 interagissent, ou coopèrent magnétiquement respectivement avec l’hélice de polarité sud 25 et l’hélice de polarité nord 24 de l’écrou 2. En d’autres termes, chaque enroulement 140 de l’hélice de polarité nord 14 de la vis 1 est attiré par l’enroulement 250 correspondant de l’hélice de polarité sud 25 de l’écrou 2, et chaque enroulement 150 de l’hélice de polarité sud 15 de la vis 1 est attiré par l’enroulement 240 correspondant de l’hélice de polarité nord 24 de l’écrou 2.When the screw 1 is inside the nut 2, the north polarity helix 14 and the south polarity helix 15 of the screw 1 interact, or cooperate magnetically respectively with the south polarity helix 25 and the north polarity helix 24 of the nut 2. In other words, each winding 140 of the north polarity helix 14 of the screw 1 is attracted by the corresponding winding 250 of the south polarity helix 25 of nut 2, and each winding 150 of the south polarity helix 15 of screw 1 is attracted by the corresponding winding 240 of the north polarity helix 24 of nut 2.
L’écrou et la vis coopèrent ou interagissent magnétiquement. Les déplacements relatifs de la vis et de l’écrou se font donc sans contact entre eux et résultent des efforts d’attraction et de répulsion magnétiques entre eux.The nut and the screw cooperate or interact magnetically. The relative movements of the screw and the nut therefore take place without contact between them and result from the forces of magnetic attraction and repulsion between them.
Selon une première configuration, le système comprend des moyens pour bloquer en rotation la vis selon l’axe X et la guider en translation selon l’axe X alors que l’écrou est libre en rotation selon l’axe X mais pas en translation. De tels moyens sont connus et ne sont pas décrits en détail.According to a first configuration, the system comprises means for locking the screw in rotation along the X axis and guiding it in translation along the X axis while the nut is free in rotation along the X axis but not in translation. Such means are known and are not described in detail.
Ainsi, un mouvement de rotation de l’écrou 2 autour de la vis 1 engendre un déplacement en translation de la vis 1 selon l’axe X. Inversement, un déplacement en translation de la vis selon l’axe X engendre une rotation de l’écrou autour de l’axe X.Thus, a rotational movement of the nut 2 around the screw 1 generates a translational movement of the screw 1 along the X axis. Conversely, a translational movement of the screw along the X axis generates a rotation of the nut around the X axis.
Selon une deuxième configuration, le système comprend des moyens pour bloquer en rotation l’écrou selon l’axe X et le guider en translation selon cet axe, alors que la vis est libre en rotation selon l’axe X mais bloquée en translation. De tels moyens sont connus en soit et ne sont pas décrits en détail.According to a second configuration, the system comprises means for locking the nut in rotation along the X axis and guiding it in translation along this axis, while the screw is free in rotation along the X axis but locked in translation. Such means are known per se and are not described in detail.
Ainsi, un mouvement de rotation de la vis 1 à l’intérieur de l’écrou 2 engendre un déplacement en translation de l’écrou 2 selon l’axe X. Inversement, un déplacement en translation de l’écrou selon l’axe X engendre une rotation de la vis autour de l’axe X.Thus, a rotational movement of the screw 1 inside the nut 2 generates a translational movement of the nut 2 along the X axis. Conversely, a translational movement of the nut along the X axis generates a rotation of the screw around the X axis.
6.4. Avantages6.4. Benefits
La technique selon l’invention présente de nombreux avantages au rang desquels notamment :The technique according to the invention has many advantages, including in particular:
- les aimants présentent une forme relativement simple indépendamment du profil hélicoïdal et des mouvements de translation et de rotation voulus : ils ont donc un coût de fabrication relativement faible ce qui réduit le coût d’un dispositif selon l’invention ;- the magnets have a relatively simple shape regardless of the helical profile and the desired translation and rotation movements: they therefore have a relatively low manufacturing cost, which reduces the cost of a device according to the invention;
- le nombre d’aimants et le volume d’aimants peuvent être optimisés indépendamment du pas de l’hélice recherché : il est ainsi possible de faire varier facilement les capacités à fournir des efforts d’un système selon l’invention ;- the number of magnets and the volume of magnets can be optimized independently of the desired pitch of the propeller: it is thus possible to easily vary the capacity to supply forces of a system according to the invention;
- les plots magnétiques assurant la conversion d’un mouvement rotatif en un mouvement de translation et vice-versa sont des pièces qui peuvent être usinées et qui peuvent présenter des côtes précises. Le profil hélicoïdal peut donc être précis, et assurer un positionnement précis en translation de la vis lorsque l’écrou tourne ou un positionnement précis en translation de l’écrou lorsque la vis tourne. Un système selon l’invention est donc précis ;- the magnetic blocks ensuring the conversion of a rotary movement into a translational movement and vice versa are parts which can be machined and which can have precise dimensions. The helical profile can therefore be precise, and ensure precise translational positioning of the screw when the nut rotates or precise translational positioning of the nut when the screw rotates. A system according to the invention is therefore precise;
- un système selon l’invention bénéficie d’un meilleur rendement énergétique que ceux de l’art antérieur du fait d’une meilleure conversion électromécanique de l’énergie grâce à l’absence de contact mécanique entre l’écrou et la vis et de l’optimisation du volume d’aimants utilisé . Le coût de fonctionnement d’un système selon l’invention est en conséquence plus faible que celui des systèmes de l’art antérieur.- a system according to the invention benefits from better energy efficiency than those of the prior art due to better electromechanical conversion of energy thanks to the absence of mechanical contact between the nut and the screw and optimization of the volume of magnets used . The operating cost of a system according to the invention is consequently lower than that of the systems of the prior art.
6.5. Variantes6.5. Variants
Chaque hélice pourra être formée d’un seul tenant et constituer un ensemble monobloc. Alternativement, chaque hélice pour être constituée par la juxtaposition d’une pluralité de portions d’hélice. Bien entendu, une ou certaines hélices pourront être monoblocs et la ou les autres composées d’une pluralité de portions d’hélice.Each propeller may be formed in one piece and constitute a one-piece assembly. Alternatively, each helix to be formed by the juxtaposition of a plurality of helix portions. Of course, one or more propellers may be one-piece and the other(s) made up of a plurality of propeller portions.
On présente en relation avec les figures 27 à 39 une variante.A variant is presented in relation to FIGS. 27 to 39.
La variante décrite ci-après l’est en relation avec le premier mode de réalisation. Elle peut toutefois tout aussi bien être mise en œuvre dans les premier et deuxième modes de réalisation.The variant described below is related to the first embodiment. However, it can just as easily be implemented in the first and second embodiments.
Dans cette variante, la surface des hélices 24, 25 de l’écrou 2 orientée vers la vis 1 présente une alternance de creux 242, 252 et de saillances 243, 253 en direction de la vis 1.In this variant, the surface of the helices 24, 25 of the nut 2 oriented towards the screw 1 has an alternation of hollows 242, 252 and projections 243, 253 in the direction of the screw 1.
La surface des hélices 14, 15 de la vis 1 orientée vers l’écrou 2 présente une alternance de creux 142, 152 et de saillances 143, 153 en direction de l’écrou 2.The surface of the helices 14, 15 of the screw 1 oriented towards the nut 2 has an alternation of hollows 142, 152 and projections 143, 153 in the direction of the nut 2.
Les creux 242 et saillances 243 de l’hélice de polarité nord 24 de l’écrou 2 peuvent être décalés angulairement selon l’axe X de ceux de l’hélice de polarité sud 25 de l’écrou 2 de telle sorte que les saillances de polarité nord 243 et les creux de polarité sud 252 sont alignés selon l’axe X alors que les saillances de polarité sud 253 et les creux de polarité nord 242 sont alignés selon l’axe X (cf. figure 31).The recesses 242 and protrusions 243 of the north polarity helix 24 of the nut 2 can be angularly offset along the axis X from those of the south polarity helix 25 of the nut 2 so that the protrusions of north polarity 243 and the south polarity troughs 252 are aligned along the X axis while the south polarity projections 253 and the north polarity troughs 242 are aligned along the X axis (cf. FIG. 31).
Dans ce cas, les creux 142 et saillances 143 de l’hélice de polarité nord 14 de la vis 1 sont décalés angulairement selon l’axe de ceux de l’hélice de polarité sud 15 de la vis 1 de telle sorte que les saillances de polarité nord 143 et les creux de polarité sud 152 sont alignés selon l’axe X alors que les saillances de polarité sud 153 et les creux de polarité nord 142 sont alignés selon l’axe X (cf. figure 34).In this case, the recesses 142 and protrusions 143 of the north polarity helix 14 of the screw 1 are angularly offset along the axis from those of the south polarity helix 15 of the screw 1 in such a way that the protrusions of north polarity 143 and the south polarity troughs 152 are aligned along the X axis while the south polarity projections 153 and the north polarity troughs 142 are aligned along the X axis (cf. FIG. 34).
Les creux 242 et saillances 243 de l’hélice de polarité nord 24 de l’écrou 2 peuvent être alignés avec ceux de l’hélice de polarité sud 25 de l’écrou 2 de telle sorte que les saillances de polarité nord 243 et les saillances de polarité sud 253 sont alignés selon l’axe X alors que les creux de polarité sud 252 et les creux de polarité nord 242 sont alignés selon l’axe X (cf. figures 28 et 30).The recesses 242 and projections 243 of the north polarity helix 24 of the nut 2 can be aligned with those of the south polarity helix 25 of the nut 2 so that the north polarity projections 243 and the projections of south polarity 253 are aligned along the X axis while the south polarity troughs 252 and the north polarity troughs 242 are aligned along the X axis (cf. FIGS. 28 and 30).
Dans ce cas, les creux 142 et saillances 143 de l’hélice de polarité nord 14 de la vis 1 sont alignés avec ceux de l’hélice de polarité sud 15 de la vis 1 de telle sorte que les saillances de polarité nord 143 et les saillances de polarité sud 153 sont alignés selon l’axe X alors que les creux de polarité sud 152 et les creux de polarité nord 142 sont alignés selon l’axe X (cf. figure 32).In this case, the recesses 142 and protrusions 143 of the helix of north polarity 14 of the screw 1 are aligned with those of the helix of south polarity 15 of the screw 1 so that the protrusions of north polarity 143 and the prominences of south polarity 153 are aligned along the X axis whereas the troughs of south polarity 152 and the troughs of north polarity 142 are aligned along the axis X (cf. FIG. 32).
Les creux et saillances de l’hélice de polarité nord de l’écrou peuvent être décalés angulairement de ceux de l’hélice de polarité sud de l’écrou dans une position quelconque intermédiaire entre les deux positions extrêmes décrites plus haut.The recesses and protrusions of the north polarity helix of the nut can be angularly offset from those of the south polarity helix of the nut in any intermediate position between the two extreme positions described above.
Les creux et saillances de l’hélice de polarité nord de la vis peuvent être décalés angulairement de ceux de l’hélice de polarité sud de la vis dans une position quelconque intermédiaire entre les deux positions extrêmes décrites plus haut.The hollows and protrusions of the helix of northern polarity of the screw can be angularly offset from those of the helix of southern polarity of the screw in any intermediate position between the two extreme positions described above.
Il est possible que le type de décalage ou d’alignement des creux et saillances mis en œuvre sur l’écrou soit différent de celui mis en œuvre sur la vis. Il est toutefois préférable qu’il soit le même sur la vis et sur l’écrou.It is possible that the type of offset or alignment of the recesses and protrusions implemented on the nut is different from that implemented on the screw. However, it is preferable that it be the same on the screw and on the nut.
Il est également possible que des creux et saillances soient mis en œuvre seulement sur l’écrou ou la vis mais cela n’est pas préféré.It is also possible for dimples and protrusions to be implemented only on the nut or the screw but this is not preferred.
Les motifs de ces saillances et creux doivent préférentiellement être réguliers le long du profil hélicoïdal pour éviter des discontinuités dans la transmission de mouvement.The patterns of these projections and recesses must preferably be regular along the helical profile to avoid discontinuities in the transmission of movement.
Les profils des creux et des saillances sur une hélice peuvent être différents en termes de géométrie (forme et dimensions). Dans les modes de réalisation décrits, les creux et saillances ont des sections essentiellement rectangulaires à titre illustratif. Leurs sections pourraient toutefois être différentes, par exemple trapézoïdales, avec bord arrondis…. Sur une hélice, la forme et/ou dimensions des saillances pourront être différents de celles des creux. Les formes et/ou dimensions des creux et saillances de la vis pourront être différentes de celles des creux et saillances de l’écrou.The profiles of the valleys and protrusions on a helix can be different in terms of geometry (shape and dimensions). In the embodiments described, the depressions and protrusions have essentially rectangular sections by way of illustration. Their sections could however be different, for example trapezoidal, with rounded edges…. On a propeller, the shape and/or dimensions of the protrusions may be different from those of the hollows. The shapes and/or dimensions of the recesses and protrusions of the screw may be different from those of the recesses and protrusions of the nut.
Ces creux et saillances sont possibles et relativement simples à mettre en œuvre car les hélices sont en matériaux magnétiques (acier par exemple) et peuvent être usinés.These hollows and protrusions are possible and relatively simple to implement because the helices are made of magnetic materials (steel for example) and can be machined.
Ces encoches au niveau de l’écrou et de la vis permettent de faire varier la reluctance du circuit magnétique d’une part entre l’hélice nord de la vis et l’hélice sud de l’écrou et d’autre part entre l’hélice sud de la vis et l’hélice nord de l’écrou le long du profil hélicoïdal de la vis et de l’écrou. Ces encoches peuvent réduire la valeur moyenne du champ magnétique dans l’entrefer entre la vis et l’écrou par rapport à un dispositif sans encoches, mais elles permettent d’augmenter l’effet d’accrochage et ainsi la transmission des efforts entre l’écrou 1 et la vis 2 pour un volume donné.These notches at the level of the nut and the screw make it possible to vary the reluctance of the magnetic circuit on the one hand between the north helix of the screw and the south helix of the nut and on the other hand between the the south helix of the screw and the north helix of the nut along the helical profile of the screw and the nut. These notches can reduce the average value of the magnetic field in the air gap between the screw and the nut compared to a device without notches, but they make it possible to increase the hooking effect and thus the transmission of forces between the nut 1 and screw 2 for a given volume.
Les premier et deuxième modes de réalisation sont combinables entre eux. Ainsi, une vis peut comprendre des aimants ortho-radiaux et l’écrou peut comprendre des aimants radiaux ou inversement.The first and second embodiments can be combined with each other. Thus, a screw can include ortho-radial magnets and the nut can include radial magnets or vice versa.
En prenant une direction radiale, l’intérieur est orienté vers la vis alors que l’extérieur est orienté vers l’écrou.Taking a radial direction, the inside is oriented towards the screw while the outside is oriented towards the nut.
Les moyens d’assemblage pour relier les différents composants entre eux seront choisis de sorte à éviter ou limiter les entrefers lorsqu’ils ne seront pas souhaités.The means of assembly to connect the various components together will be chosen so as to avoid or limit air gaps when they are not desired.
6.6. Exemples d’applications6.6. Application examples
Une des applications de l’invention consiste en une machine électrique pouvant fonctionner soit en moteur linéaire (conversion d’une énergie électrique en une énergie mécanique caractérisée par un mouvement linéaire), soit en génératrice (conversion d’une énergie mécanique caractérisée par un mouvement linéaire en une énergie électrique).One of the applications of the invention consists of an electric machine that can operate either as a linear motor (conversion of electrical energy into mechanical energy characterized by a linear movement), or as a generator (conversion of mechanical energy characterized by a linear in electrical energy).
L’invention peut par exemple s’utiliser dans les domaines de la robotique, des machines-outils dont les presses industrielles, et la production d’électricité à partir notamment de la valorisation de l’énergie houlomotrice.The invention can for example be used in the fields of robotics, machine tools including industrial presses, and the production of electricity from, in particular, the recovery of wave energy.
On présente en relation avec les figures 40 à 43 un exemple d’application. Le principe décrit en relation avec ces figures, bien que concernant le deuxième mode de réalisation, peut indifféremment être mis en œuvre dans l’un quelconque des modes de réalisations décrits ainsi que leurs variantes.An example of application is presented in relation to figures 40 to 43. The principle described in relation to these figures, although relating to the second embodiment, can be implemented indiscriminately in any of the embodiments described as well as their variants.
Dans cet exemple, les aimants de l’écrou constituent les aimants du rotor d’une machine électrique tournante. Il peut par exemple s’agir d’un moteur pas à pas, d’un moteur à reluctance variable, d’un moteur synchrone ou autre.In this example, the magnets of the nut constitute the magnets of the rotor of a rotating electrical machine. It can for example be a stepper motor, a variable reluctance motor, a synchronous motor or other.
Plus précisément, le carter 20 loge le stator 50 d’une machine électrique.More specifically, the casing 20 houses the stator 50 of an electric machine.
Le carter 20 permet notamment la liaison mécanique entre le stator 50 et le reste de la machine électrique (non représenté), un tel carter est couramment rencontré dans les machines électriques.The casing 20 notably allows the mechanical connection between the stator 50 and the rest of the electrical machine (not shown), such a casing is commonly encountered in electrical machines.
Le stator 50 comprend des encoches 51 dans lequel un bobinage est présent. Le bobinage n’est pas représenté. Le stator 50 est un stator classique de machine électrique tournante, par exemple celui d’un moteur dit « brushless » en langue anglaise.The stator 50 includes notches 51 in which a winding is present. The winding is not shown. The stator 50 is a conventional stator of a rotating electrical machine, for example that of a so-called “brushless” motor in English.
Sur les figures, le stator possède vingt-quatre encoches 51 mais ce nombre n’est pas restrictif à l’application de l’invention. Il peut varier notamment en fonction des caractéristiques recherchées de la machine électrique, du nombre de phases et du nombre de pôles.In the figures, the stator has twenty-four notches 51 but this number is not restrictive to the application of the invention. It may vary in particular according to the desired characteristics of the electrical machine, the number of phases and the number of poles.
Le stator 50 pourra par exemple être composé de tôles magnétiques empilées telles que celles couramment rencontrées dans les machines électriques tournantes ou de poudre magnétique (par exemple : SMC, Soft Magnetic Composites). D’autres matériaux adaptés pourraient toutefois être utilisés. Il pourrait également encore s’agir d’un stator de machine de type dite « ironless » en langue anglaise. De manière générale, le stator 50 pourra être d’un type quelconque.The stator 50 could for example be composed of stacked magnetic laminations such as those commonly encountered in rotating electrical machines or of magnetic powder (for example: SMC, Soft Magnetic Composites). However, other suitable materials could be used. It could also still be a machine stator of the so-called "ironless" type in English. In general, the stator 50 may be of any type.
L’écrou 2 assure le rôle de rotor interagissant avec le stator 50.Nut 2 acts as a rotor interacting with stator 50.
Un entrefer 53 est ménagé entre la face des aimants 21 tournée vers le stator et les bobines du stator.An air gap 53 is provided between the face of the magnets 21 facing the stator and the coils of the stator.
Le flux magnétique du pôle nord d’un aimant 21 aimant traverse l’entrefer 53 pour passer dans le stator 50 et se reboucler avec le pôle sud de l’aimant 21 suivant. Dans la configuration selon le deuxième mode de réalisation, ce flux magnétique passe dans le carter 20 mais n’est finalement n’est pas exploité, tandis que dans l’application décrite ici, ce flux magnétique est exploité en traversant le stator 50.The magnetic flux from the north pole of a magnet 21 magnet crosses the air gap 53 to pass into the stator 50 and loop back with the south pole of the next magnet 21. In the configuration according to the second embodiment, this magnetic flux passes through the casing 20 but is ultimately not exploited, while in the application described here, this magnetic flux is exploited by crossing the stator 50.
Le flux des aimants 21 passe par le stator 50 comme décrit ci-avant, puis passe par les plots magnétiques 22, 23, puis à travers les hélices 24, 25 (qui sont donc magnétisées) pour se reboucler avec les aimants 11 de la vis 1.The flow of the magnets 21 passes through the stator 50 as described above, then passes through the magnetic pads 22, 23, then through the helices 24, 25 (which are therefore magnetized) to loop back with the magnets 11 of the screw 1.
En mode moteur, la conversion d’énergie électrique entre les courants du bobinage porté par le stator et les champs magnétiques des aimants 21 permet la rotation de l’écrou 2. Ainsi, les hélices 24, 25 sont animées d’un mouvement de rotation.In motor mode, the conversion of electrical energy between the currents of the winding carried by the stator and the magnetic fields of the magnets 21 allows the rotation of the nut 2. Thus, the propellers 24, 25 are driven in a rotational movement .
En mode moteur, les aimants 21 agissent avec le bobinage du stator pour entraîner en rotation l’écrou portant les hélices nord 24 et sud 25. L’hélice de polarité sud 25 de l’écrou peut interagir avec l’hélice 14 de polarité nord de la vis. En même temps, l’hélice de polarité nord 24 de l’écrou peut interagir avec l’hélice 15 de polarité sud de la vis. De fait, la vis 1 suit un mouvement linéaire. Ainsi, il y a conversion d’une énergie électrique fournie au stator en énergie mécanique caractérisée par un mouvement linéaire à la vis 1.In motor mode, the magnets 21 act with the winding of the stator to rotate the nut carrying the north 24 and south 25 helices. The south polarity helix 25 of the nut can interact with the helix 14 of north polarity of the screw. At the same time, the 24 north polarity helix of the nut can interact with the 15 south polarity helix of the screw. In fact, the screw 1 follows a linear movement. Thus, there is conversion of electrical energy supplied to the stator into mechanical energy characterized by a linear movement at the screw 1.
En mode génératrice, la vis 1 qui suit un mouvement linéaire, entraîne en rotation l’écrou 2. Les aimants 21 de l’écrou 2 en rotation, créent un champ magnétique tournant dans le stator 50. Il y a donc une génération de tension électrique au niveau du bobinage porté par le stator. Ainsi, il y a conversion d’une énergie mécanique caractérisée par un mouvement linéaire de la vis en une énergie électrique.In generator mode, the screw 1 which follows a linear movement, drives the nut 2 in rotation. The magnets 21 of the nut 2 in rotation, create a rotating magnetic field in the stator 50. There is therefore a voltage generation electrical at the level of the winding carried by the stator. Thus, there is conversion of mechanical energy characterized by a linear movement of the screw into electrical energy.
L’avantage de cette structure est d’obtenir une machine électrique compacte, un moteur à mouvement linéaire à partir d’une structure classique de machine électrique rotative, et une génératrice électrique produisant de l’énergie électrique à partir d’un mouvement linéaire.The advantage of this structure is to obtain a compact electric machine, a linear motion motor from a conventional rotary electric machine structure, and an electric generator producing electrical energy from a linear motion.
Un système selon l’invention peut être mis en œuvre dans d’autres applications, notamment les suivantes.A system according to the invention can be implemented in other applications, in particular the following.
En mode générateur :In generator mode:
- un mouvement linéaire de la vis peut engendrer un mouvement rotatif de l’écrou pour entraîner en rotation le rotor d’un générateur de courant électrique ; l’entraînement d’un rotor d’un générateur par l’écrou peut être direct comme dans l’application précédente ou si l’écrou coopère avec le rotor creux d’un générateur, ou indirect au moyen d’éléments de transmission (chaine, courroie, pignons …) ;- a linear movement of the screw can generate a rotary movement of the nut to rotate the rotor of an electric current generator; the drive of a rotor of a generator by the nut can be direct as in the previous application or if the nut cooperates with the hollow rotor of a generator, or indirect by means of transmission elements (chain , belt, sprockets, etc.);
- un mouvement linéaire de l’écrou peut engendrer un mouvement rotatif de la vis pour entrainer en rotation un rotor d’un générateur de courant électrique ; l’entrainement d’un rotor d’un générateur par la vis peut être direct si la vis est l’arbre du rotor du générateur ou coopère avec le rotor creux d’un générateur, ou indirect au moyen d’éléments de transmission (chaine, pignons, courroie…) .- a linear movement of the nut can generate a rotary movement of the screw to rotate a rotor of an electric current generator; the drive of a rotor of a generator by the screw can be direct if the screw is the shaft of the rotor of the generator or cooperates with the hollow rotor of a generator, or indirect by means of transmission elements (chain , sprockets, belt…) .
L’invention concerne en ce sens un dispositif de génération de courant électrique.The invention relates in this sense to a device for generating electric current.
En mode moteur :In engine mode:
- un mouvement rotatif de la vis généré par un moteur peut engendrer un mouvement de translation de l’écrou ;a rotary movement of the screw generated by a motor can generate a translational movement of the nut;
- un mouvement rotatif de l’écrou généré par un moteur peut engendrer un mouvement de translation de la vis.a rotary movement of the nut generated by a motor can generate a translational movement of the screw.
L’invention concerne en ce sens un dispositif de génération de mouvement linéaire, encore appelé moteur linéaire.The invention relates in this sense to a device for generating linear motion, also called a linear motor.
6.7. Variante à vis à pas variable6.7. Variant with variable pitch screw
On présente en relation avec les figures 44 à 46 une variante d’un système vis-écrou magnétiques dont la vis a un pas variable.We present in relation to figures 44 to 46 a variant of a magnetic screw-nut system whose screw has a variable pitch.
Certains systèmes mécaniques permettent de générer un effort de poussée, comme par exemple les presses industrielles.Some mechanical systems make it possible to generate a thrust force, such as industrial presses, for example.
Afin d’optimiser les opérations de mise en forme au moyen d’un tel système, comme par exemple le formage de pièces, il peut être requis que l’arbre du vérin transmettant la poussée soit animé lors de sa course par une phase d’approche puis, par une phase de travail.In order to optimize the forming operations by means of such a system, such as for example the forming of parts, it may be required that the shaft of the cylinder transmitting the thrust be driven during its stroke by a phase of approach then, through a work phase.
Au cours de la phase d’approche, la vitesse du vérin peut être plus rapide qu’au cours de la phase de travail, et l’effort développé lors de la phase d’approche peut être plus faible au regard des efforts nécessaires lors la phase de travail. Ce principe est illustré à la figure 44 qui illustre la variation de la vitesse du vérin et des efforts déployés par celui-ci au cours d’une opération de pressage.During the approach phase, the speed of the cylinder may be faster than during the work phase, and the force developed during the approach phase may be lower compared to the forces required during the phase of work. This principle is illustrated in figure 44 which illustrates the variation in the speed of the cylinder and the forces deployed by it during a pressing operation.
Dans le domaine des presses utilisant des vérins hydrauliques, ce déplacement en deux phases nécessite la mise en œuvre de deux vérins, i.e. un petit vérin rapide pour la phase d’approche et un vérin plus lent mais développant des efforts plus importants pour la phase de travail.In the field of presses using hydraulic cylinders, this movement in two phases requires the implementation of two cylinders, i.e. a small fast cylinder for the approach phase and a slower cylinder but developing greater efforts for the phase of work.
Dans le domaine des presses utilisant des moteurs électriques rotatifs équipés de vis-écrou mécaniques, le déplacement en deux phases est obtenu en modulant à cet effet la vitesse du moteur électrique. Dans ce cas, les caractéristiques (mécaniques, lubrification) de la vis-écrou doivent donc être prévues sur toute leur longueur.In the field of presses using rotary electric motors fitted with mechanical screw-nuts, the two-phase movement is obtained by modulating the speed of the electric motor for this purpose. In this case, the characteristics (mechanical, lubrication) of the screw-nut must therefore be provided over their entire length.
Dans ces cas, les systèmes sont compliqués et chers.In these cases, the systems are complicated and expensive.
La variante discutée ci-après propose une solution pour permettre de faire varier la vitesse d’une vis et les efforts transmis par celle-ci sans modification de la vitesse de l’écrou ou de la vis selon que l’écrou ou la vis soit menant.The variant discussed below proposes a solution to make it possible to vary the speed of a screw and the forces transmitted by the latter without modifying the speed of the nut or of the screw depending on whether the nut or the screw is leading.
Cette variante est applicable à l’une ou l’autre des variantes de vis-écrou magnétiques selon l’invention. Elle peut également être mis en œuvre dans le cadre d’une vis-écrou magnétiques quelconque de l’art antérieur comme par exemple celles décrites dans le paragraphe dévolu à l’art antérieur. De manière générale, cette variante s’applique à tout type de système de vis-écrou magnétiques comprenant une vis et un écrou aptes à interagir magnétiquement entre eux.This variant is applicable to one or other of the magnetic screw-nut variants according to the invention. It can also be implemented in the context of any magnetic screw-nut of the prior art such as those described in the paragraph devoted to the prior art. In general, this variant applies to any type of magnetic screw-nut system comprising a screw and a nut able to interact magnetically with each other.
La figure 45 illustre de manière schématique un système de vis-écrou magnétiques dont la vis est à pas variable.FIG. 45 schematically illustrates a magnetic screw-nut system whose screw has a variable pitch.
Un tel système comprend :Such a system includes:
- un écrou 441 apte à tourner ou à translater autour d’un axe ;- a nut 441 capable of rotating or translating around an axis;
- une vis 440 apte à interagir magnétiquement avec l’écrou 441 et à translater ou à tourner à l’intérieur de l’écrou 441 selon l’axe.- a screw 440 capable of magnetically interacting with the nut 441 and of translating or rotating inside the nut 441 along the axis.
L’écrou présente un pas constant tout le long de sa longueur. La vis présente un pas variable sur sa longueur.The nut has a constant pitch along its length. The screw has a variable pitch along its length.
Dans cette configuration, la vis présente deux portions, à savoir une portion P1 et une portion P2. Le pas des hélices de la portion P1 est plus petit que celui des hélices de la portion P2. La portion P1 de la vis comporte la quantité adéquate d’aimants pour transmettre les efforts souhaités. Le pas de la portion P1 correspond au pas de l’écrou.In this configuration, the screw has two portions, namely a portion P1 and a portion P2. The pitch of the propellers of the P1 portion is smaller than that of the propellers of the P2 portion. Portion P1 of the screw has the right amount of magnets to transmit the desired forces. The pitch of the P1 portion corresponds to the pitch of the nut.
La portion P2 comporte :The P2 portion includes:
- un pas d’hélice plus grand et différent du pas de la partie P1 et donc de l’écrou. ;- a larger propeller pitch, different from the pitch of part P1 and therefore of the nut. ;
- pas ou moins d’aimants que la partie P1 (le coût de fabrication est donc moins élevé).- no or fewer magnets than part P1 (the manufacturing cost is therefore lower).
Pour une vitesse de rotation donnée de l’écrou, la vis se translate à une vitesse plus rapide en générant des efforts plus faibles sur la portion P2 et à une vitesse plus lente en générant des efforts plus importants sur la portion P1.For a given speed of rotation of the nut, the screw translates at a faster speed by generating lower forces on the portion P2 and at a slower speed by generating greater forces on the portion P1.
Alternativement, pour une vitesse de translation donnée de la vis, l’écrou tourne plus vite sur la portion P2 en transmettant moins de couple et tourne moins vite sur la portion P1 en transmettant plus de couple.Alternatively, for a given translation speed of the screw, the nut rotates faster on portion P2 by transmitting less torque and rotates slower on portion P1 by transmitting more torque.
Cette variante de l’invention permet donc de générer un système pouvant fonctionner avec une vitesse d’approche rapide et une vitesse de travail plus lente en sortie pour une vitesse donnée de l’élément menant (écrou ou vis). D’autres configurations avec plus de deux portions et/ou une répartition différente des portions sont possibles.This variant of the invention therefore makes it possible to generate a system that can operate with a fast approach speed and a slower working speed at the exit for a given speed of the driving element (nut or screw). Other configurations with more than two portions and/or a different distribution of portions are possible.
La coopération magnétique entre la vis et l’écrou sur la portion P2 est certes dégradée par rapport à la coopération magnétique de la vis et l’écrou sur la portion P1. Ceci n’est pas gênant car il n’y a pas de blocage contrairement à une vis-écrou mécanique où un changement significatif de pas provoque un coincement.The magnetic cooperation between the screw and the nut on the P2 portion is certainly degraded compared to the magnetic cooperation of the screw and the nut on the P1 portion. This is not a problem because there is no blockage unlike a mechanical screw-nut where a significant change in pitch causes jamming.
Le fait qu’il n’y ait pas d’aimants ou moins d’aimants sur la portion P2 n’est pas gênant pour la transmission des efforts car la valeur de ces derniers est plus faible et d’importance moindre, la vitesse étant privilégiée sur cette portion P2 contrairement à la portion P1 sur laquelle les efforts à transmettre sont privilégiés à la vitesse. Lorsque l’écrou est le rotor d’une machine électrique tournante -comme représenté en figure 40-, le flux magnétique traversant le stator de la machine électrique est moindre au niveau de la portion P2 et créé donc un défluxage de la machine. Ainsi, les caractéristiques intrinsèques de la machine (flux d’excitation diminué) sont modifiées et son rotor peut donc tourner plus vite pour une même tension d’alimentation du stator.The fact that there are no magnets or fewer magnets on the portion P2 is not a problem for the transmission of the forces because the value of the latter is lower and of less importance, the speed being privileged on this portion P2 contrary to the portion P1 on which the forces to be transmitted are privileged to the speed. When the nut is the rotor of a rotating electrical machine -as shown in figure 40-, the magnetic flux crossing the stator of the electrical machine is lower at the level of the portion P2 and therefore creates a defluxing of the machine. Thus, the intrinsic characteristics of the machine (reduced excitation flux) are modified and its rotor can therefore rotate faster for the same stator supply voltage.
La figure 46 illustre une vue en perspective d’un exemple d’hélice 442 de vis à pas variable. Sur cette figure, la portion P1 de pas plus petit est plus longue que celle de la portion P2 de pas plus grand. La situation contraire sur les longueurs pourrait être possible. De la même façon, les portions P1 et P2 pourraient être de même longueur.Figure 46 shows a perspective view of an example of a 442 variable pitch screw propeller. In this figure, the smaller pitch portion P1 is longer than that of the larger pitch portion P2. The opposite situation on the lengths could be possible. Similarly, portions P1 and P2 could be of the same length.
La vis pourrait comprendre sur sa longueur plus de deux portions consécutives de pas différents, des portions non consécutives pouvant avoir des pas égaux. La vis pourra par exemple comprendre trois portions consécutives numérotées 1, 2 et 3, la portion n°1 et n°3 pouvant avoir un pas identique mais la portion n°2 avoir un pas différent.The screw could comprise over its length more than two consecutive portions of different pitches, non-consecutive portions possibly having equal pitches. The screw may for example comprise three consecutive portions numbered 1, 2 and 3, portion no. 1 and no. 3 possibly having an identical pitch but portion no. 2 having a different pitch.
Claims (26)
- un écrou apte à tourner ou à translater autour d’un axe ;
- une vis apte à interagir magnétiquement avec ledit écrou et à translater ou à tourner à l’intérieur dudit écrou selon ledit axe, un entrefer étant ménagé entre ladite vis et ledit écrou ;
ledit écrou portant deux hélices réalisées en matériau magnétique s’étendant parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour dudit axe, ledit écrou portant au moins un aimant, placé à la périphérie extérieure desdites hélices, le pôle nord dudit aimant étant relié à l’une desdites hélices et son pôle sud étant relié à l’autre desdites hélices de manière telle que lesdites hélices sont respectivement polarisées nord et sud ;
ladite vis portant deux hélices réalisées en matériau magnétique s’étendant parallèlement l’une à l’autre de manière hélicoïdale autour dudit axe, ladite vis portant au moins un aimant, placé à la périphérie intérieure desdites hélices, le pôle nord dudit aimant étant relié à l’une desdites hélices et son pôle sud est relié à l’autre desdites hélices de manière telle que lesdites hélices sont respectivement polarisées nord et sud ;
le pas desdites hélices dudit écrou étant essentiellement égal au pas desdites hélices de ladite vis.Magnetic screw-nut system comprising:
- A nut capable of rotating or translating around an axis;
- A screw capable of magnetically interacting with said nut and of translating or rotating inside said nut along said axis, an air gap being provided between said screw and said nut;
said nut carrying two helices made of magnetic material extending parallel to each other in a helical manner around said axis, said nut carrying at least one magnet, placed at the outer periphery of said helices, the north pole of said magnet being connected to one of said helices and its south pole being connected to the other of said helices in such a way that said helices are respectively north and south polarized;
said screw carrying two helices made of magnetic material extending parallel to each other in a helical manner around said axis, said screw carrying at least one magnet, placed at the inner periphery of said helices, the north pole of said magnet being connected to one of said helices and its south pole is connected to the other of said helices in such a way that said helices are respectively north and south polarized;
the pitch of said helices of said nut being substantially equal to the pitch of said helices of said screw.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1909220A FR3099971B1 (en) | 2019-08-14 | 2019-08-14 | Magnetic screw-nut system |
PCT/IB2020/057145 WO2021028760A1 (en) | 2019-08-14 | 2020-07-29 | Magnetic screw-nut system |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1909220 | 2019-08-14 | ||
FR1909220A FR3099971B1 (en) | 2019-08-14 | 2019-08-14 | Magnetic screw-nut system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3099971A1 true FR3099971A1 (en) | 2021-02-19 |
FR3099971B1 FR3099971B1 (en) | 2021-12-10 |
Family
ID=69903212
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR1909220A Active FR3099971B1 (en) | 2019-08-14 | 2019-08-14 | Magnetic screw-nut system |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR3099971B1 (en) |
WO (1) | WO2021028760A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117318432B (en) * | 2023-11-29 | 2024-02-20 | 湖南天友精密技术有限公司 | Dynamic magnetic type permanent magnet motor and control method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040041474A1 (en) | 2000-10-27 | 2004-03-04 | Erich Lunz | Linear motor |
US20090251258A1 (en) * | 2008-04-08 | 2009-10-08 | The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of | Magnetic helical screw drive |
CN105186832B (en) * | 2015-09-07 | 2017-06-27 | 江苏大学 | The embedded magnetic leading screw that a kind of thrust output pulsation reduces |
EP3484024A1 (en) * | 2017-11-08 | 2019-05-15 | SCHUNK Electronic Solutions GmbH | Actuator |
-
2019
- 2019-08-14 FR FR1909220A patent/FR3099971B1/en active Active
-
2020
- 2020-07-29 WO PCT/IB2020/057145 patent/WO2021028760A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040041474A1 (en) | 2000-10-27 | 2004-03-04 | Erich Lunz | Linear motor |
US20090251258A1 (en) * | 2008-04-08 | 2009-10-08 | The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of | Magnetic helical screw drive |
CN105186832B (en) * | 2015-09-07 | 2017-06-27 | 江苏大学 | The embedded magnetic leading screw that a kind of thrust output pulsation reduces |
EP3484024A1 (en) * | 2017-11-08 | 2019-05-15 | SCHUNK Electronic Solutions GmbH | Actuator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2021028760A1 (en) | 2021-02-18 |
FR3099971B1 (en) | 2021-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0151159A1 (en) | Multiphase motor with magnetized motor having n/2 pairs of poles per face | |
WO1997023943A1 (en) | Two-phase motor, particularly a time piece motor or a motor for driving the hand of a display | |
FR3000851A1 (en) | ELECTRICAL MACHINE WITH SEVERAL INTERFERS AND 3D MAGNETIC FLUX | |
FR2594272A2 (en) | High-speed rotating synchronous machine with rotor with permanent magnets having orthoradial magnetic induction | |
CH659744A5 (en) | Transducer electro. | |
WO2021028760A1 (en) | Magnetic screw-nut system | |
EP0312464B1 (en) | Electric machine in particular with radial air-gaps | |
EP0378596B1 (en) | Two-phase or multiphase synchronous electric motor with disk-shaped rotor | |
EP3120445B1 (en) | Hybrid electric machine | |
WO2020234532A1 (en) | Low noise gear motor with dissymetric electric motor | |
EP3410583B1 (en) | Engine with transient rotors | |
EP2433349A1 (en) | Vernier machine with inserted magnets | |
FR2618616A1 (en) | Electric machine with high drive and/or positioning torque | |
FR2805936A1 (en) | ELECTRIC INDUCTION MOTOR OR GENERATOR HAVING A MULTIPOLAR INDUCTOR AND A RADIANT FINED ARMATURE | |
EP1201021B1 (en) | Motor or generator type electromagnetic devices | |
FR2580051A1 (en) | ||
FR3004296A1 (en) | ELECTRICAL MOTOR WITH LOW SHORT CIRCUIT TORQUE, MOTORIZATION DEVICE WITH SEVERAL MOTORS AND METHOD OF MANUFACTURING SUCH MOTOR | |
FR2922060A1 (en) | Rotating electrical synchronous machine e.g. lift machine, has two stators arranged on both sides of rotor, where stators are radially arranged outside and inside permanent magnets of rotor | |
FR3080231A1 (en) | SYNCHRONOUS ELECTRIC MACHINE | |
FR2915033A1 (en) | Electric turning machine e.g. motor, for elevator, has stator placed inside of another stator, and rotor arranged between stators, where rotor includes permanent magnets arranged circumferentially between polar parts | |
EP3427373A1 (en) | Magnetic transmission system | |
FR3116395A1 (en) | Rotating electric machine, force feedback stick and associated propulsion system | |
WO2023110615A1 (en) | Rotary electrical machine with a magnetic sensor | |
FR3109249A1 (en) | Permanent magnet synchronous electric machine | |
EP1619779A1 (en) | Electrical Three-Phase Motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20210219 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |