FR3129697A3 - Multipolar magnetic membrane - Google Patents
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Abstract
La présente invention comprend une membrane, aimantée de façon permanente, et un système d’actionnement qui génère un champ magnétique pour actionner la membrane. La membrane présente plusieurs directions d’aimantation et des zones de transition de pôles autour desquelles les efforts d’actionnement sont localisés. La localisation permet de maximiser le déplacement de la membrane. L’actionnement dans le système peut être réalisé de façon bidirectionnelle avec une seule source de champ magnétique de façon statique ou dynamique. Figure de l’abrégé : Figure 3The present invention comprises a membrane, permanently magnetized, and an actuation system which generates a magnetic field to actuate the membrane. The membrane has several magnetization directions and pole transition zones around which the actuation forces are localized. The localization allows to maximize the displacement of the membrane. Actuation in the system can be achieved bi-directionally with a single magnetic field source either statically or dynamically. Abstract Figure: Figure 3
Description
Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention
La présente invention concerne le domaine des dispositifs magnétiques à membrane élastomère qui trouvent notamment des avantages en termes de vitesse d’actionnement, de la possibilité d’une mise en mouvement sans contact de l’élément à actionner, et la simplification des systèmes grâce aux multiples propriétés physiques de la membrane magnétique. Les dispositifs magnétiques à membrane contiennent une partie mobile, la membrane, dont le déplacement s’accompagne d’une déformation obtenue grâce à sa souplesse mécanique, et une partie fixe qui génère le champ magnétique d’actionnement ou capte les variations de champ magnétique induites par le mouvement de la membrane.The present invention relates to the field of magnetic devices with an elastomeric membrane which find in particular advantages in terms of speed of actuation, the possibility of setting the element to be actuated in motion without contact, and the simplification of the systems thanks to the multiple physical properties of the magnetic membrane. Membrane magnetic devices contain a mobile part, the membrane, whose displacement is accompanied by a deformation obtained thanks to its mechanical flexibility, and a fixed part which generates the magnetic actuating field or picks up the induced magnetic field variations. by the movement of the membrane.
Le domaine technique visé fait appel aux matériaux composites de type « élastomère chargé en poudre magnétique ». Cette combinaison est avantageuse car elle réunit les avantages des propriétés magnétiques, actionnement ou mesure, avec la souplesse mécanique des élastomères. Les membranes composites peuvent se présenter sous la forme d’un aimant qui est englobé par l’élastomère ou sous la forme de particules magnétiques dispersées aléatoirement ou de manière orientée, dans une matrice en élastomère. La deuxième composition présente l’avantage d’éviter une forte concentration des efforts causée par la différence de rigidité des matières, ce qui prolonge la durée de vie de la membrane. Les particules magnétiques utilisées sont magnétiquement douces ou dures. Les matériaux composites correspondants sont respectivement appelés élastomère magnéto-actif magnétiquement doux (ou S-MAE pour « magnetically Soft MagnetoActive Elastomer ») et élastomère magnéto-actif magnétiquement dur (ou H-MAE pour « magnetically Hard MagnetoActive Elastomer »).The technical field in question uses composite materials of the “elastomer loaded with magnetic powder” type. This combination is advantageous because it combines the advantages of magnetic properties, actuation or measurement, with the mechanical flexibility of elastomers. Composite membranes can be in the form of a magnet that is encompassed by the elastomer or in the form of magnetic particles dispersed randomly or in an oriented manner, in an elastomer matrix. The second composition has the advantage of avoiding a high concentration of forces caused by the difference in rigidity of the materials, which extends the life of the membrane. The magnetic particles used are magnetically soft or hard. The corresponding composite materials are respectively called magnetically soft magneto-active elastomer (or S-MAE for “magnetically Soft MagnetoActive Elastomer”) and magnetically hard magneto-active elastomer (or H-MAE for “magnetically Hard MagnetoActive Elastomer”).
état de la technique antérieureprior art
On connaît dans l’état de la technique différents exemples de dispositifs utilisant un élastomère magnétique. Dans le cadre des S-MAE, on connait des actionneurs de vanne, tels que les demandes de brevets DE102016211658A1, DE102016216694A1 ou encore US9897225B2 divulguant l’exploitation des propriétés élastiques et magnétiques de l’élastomère magnétique pour réaliser une membrane d’obturation pour des vannes à membranes permettent de réguler le passage d’un fluide par déformation de ladite membrane. La charge en matériau ferromagnétique de ladite membrane permet commander directement la déformation de la membrane sans nécessiter une liaison mécanique supplémentaire. Ceci permet à la fois de simplifier le système en diminuant le nombre de pièce, mais permet aussi de s’affranchir d’une étanchéité dynamique du dispositif déplaçant la membrane.Various examples of devices using a magnetic elastomer are known in the state of the art. In the context of S-MAE, valve actuators are known, such as the patent applications DE102016211658A1, DE102016216694A1 or even US9897225B2 disclosing the exploitation of the elastic and magnetic properties of the magnetic elastomer to produce a sealing membrane for Diaphragm valves make it possible to regulate the passage of a fluid by deformation of said membrane. The load of ferromagnetic material of said membrane makes it possible to directly control the deformation of the membrane without requiring an additional mechanical connection. This not only simplifies the system by reducing the number of parts, but also eliminates the need for dynamic sealing of the device moving the membrane.
Des membranes de type H-MAE ont plus rarement été utilisé dans la conception des actionneurs à membrane comme par exemple dans Said et al. (M. M. Said, J. Yunas, R. E. Pawinanto, B. Y. Majlis, and B. Bais, “PDMS based electromagnetic actuator membrane with embedded magnetic particles in polymer composite,”Sens. Actuators Phys., vol. 245, pp. 85–96, Jul. 2016). On observe deux inconvénients majeurs :
- Les structures fines de désaimantent très facilement lorsqu’elles sont aimantées selon leur épaisseur et
- elles présentent le gradient de champ le plus fort dans les régions externes.
- Fine structures demagnetize very easily when magnetized according to their thickness and
- they show the strongest field gradient in the outer regions.
Une solution palliant au deuxième inconvénient est d’utiliser une variation spatiale de la direction d’aimantation dans la membrane de sorte à obtenir un gradient de champ magnétique. Dans un champ magnétique externe homogène, l’aimantation de la membrane tend à s’aligner avec le champ appliqué ce qui génère des couples mécaniques locaux. Ainsi, l’utilisation de structure à direction d’aimantation variable, permettant d’obtenir un tel gradient de champ, a été proposé dans la robotique souple par Kim et al. (Y. Kim, H. Yuk, R. Zhao, S. Chester, and X. Zhao, “Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials,”Nature, vol. 558(7709), pp. 274–279, 2018) et plus spécifiquement pour des structures de type « nageur », comme proposé par Hu et al. (W. Hu, G. Z. Lum, M. Mastrangeli, and M. Sitti, “Small-scale soft-bodied robot with multimodal locomotion,”Nature, vol. 554, no. 7690, pp. 81–85, Feb. 2018) ou par Manamanchaiyaporn et al. (L. Manamanchaiyaporn, T. Xu, and X. Wu, “Magnetic soft robot with the triangular head-tail morphology inspired by lateral undulation,”IEEEASME Trans Mechatron, vol. 25(6), pp. 2688–2699, 2020). Dans les cas cités, les structures sont mécaniquement peu ou pas contraintes (fixées).A solution overcoming the second drawback is to use a spatial variation of the magnetization direction in the membrane so as to obtain a magnetic field gradient. In a homogeneous external magnetic field, the magnetization of the membrane tends to align with the applied field which generates local mechanical torques. Thus, the use of structure with variable direction of magnetization, making it possible to obtain such a field gradient, was proposed in flexible robotics by Kim et al. (Y. Kim, H. Yuk, R. Zhao, S. Chester, and X. Zhao, “Printing ferromagnetic domains for untethered fast-transforming soft materials,” Nature , vol. 558(7709), pp. 274–279, 2018) and more specifically for “swimmer” type structures, as proposed by Hu et al. (W. Hu, GZ Lum, M. Mastrangeli, and M. Sitti, “Small-scale soft-bodied robot with multimodal locomotion,” Nature , vol. 554, no. 7690, pp. 81–85, Feb. 2018) or by Manamanchaiyaporn et al. (L. Manamanchaiyaporn, T. Xu, and X. Wu, “Magnetic soft robot with the triangular head-tail morphology inspired by lateral undulation,” IEEEASME Trans Mechatron , vol. 25(6), pp. 2688–2699, 2020) . In the cases cited, the structures are mechanically little or not constrained (fixed).
Inconvénients de l’art antérieurDisadvantages of the prior art
Les solutions à membranes S-MAE présentent toutes le même inconvénient intrinsèque, elles ne peuvent être actionnées que de façon unidirectionnelle et toujours en attraction par une source de champ. Pour générer des déplacements selon la direction opposée, il est nécessaire d’utiliser une seconde source de champ.S-MAE membrane solutions all have the same intrinsic drawback, they can only be actuated unidirectionally and always in attraction by a field source. To generate displacements in the opposite direction, it is necessary to use a second field source.
Des membranes de type H-MAE ont plus rarement été utilisées dans la conception d’actionneurs. On observe deux inconvénients majeurs :
- Les structures fines se désaimantent très facilement,
- elles présentent le gradient de champ le plus fort dans les régions externes.
- Fine structures demagnetize very easily,
- they show the strongest field gradient in the outer regions.
Une solution connue pour le deuxième inconvénient est la variation spatiale de la direction d’aimantation qui génère une membrane à gradient de champ magnétique. Dans un champ magnétique externe qui est homogène, l’aimantation de la membrane tend à s’aligner avec le champ appliqué ce qui génère des couples mécaniques locaux et donc de faibles amplitudes de déformations dues aux alternances.A known solution for the second drawback is the spatial variation of the magnetization direction which generates a magnetic field gradient membrane. In an external magnetic field which is homogeneous, the magnetization of the membrane tends to align with the applied field which generates local mechanical torques and therefore low amplitudes of deformations due to alternations.
Ainsi, les solutions de l’art antérieur ne sont pas satisfaisantes pour générer de grandes déformations de la membrane magnétique à la fois en attraction et en répulsion.Thus, the solutions of the prior art are not satisfactory for generating large deformations of the magnetic membrane both in attraction and in repulsion.
Dans son acceptation la plus générale, l’invention porte sur système mécatronique d'actionnement et/ou de détection comportant :
- un bâti (20),
- une membrane magnétique souple contenant des particules d'aimant, étant aimantée pour présenter une multiplicité de pôles magnétiques dans un plan transversal, et
- une source de champ magnétique,
- a frame (20),
- a flexible magnetic membrane containing magnet particles, being magnetized to present a multiplicity of magnetic poles in a transverse plane, and
- a source of magnetic field,
caractérisé en ce quecharacterized in that
ladite membrane magnétique présente au moins un lieu de fixation au bâti, ledit lieu de fixation de la membrane n'étant pas situé au niveau d'une transition magnétique entre deux pôles magnétiques du plan transversal de la membrane, ladite source de champ magnétique étant multipolaire et en ce que
ledit système comportant en outre un moyen pour commander une variation du champ magnétique de ladite source de champ magnétique multipolaire pour induire une déformation mécanique pilotée de ladite membrane magnétique et/ou un moyen pour détecter la variation de flux magnétique de ladite source de champ magnétique (30) multipolaire induite par une déformation mécanique imposée de ladite membrane magnétique (10).said magnetic membrane has at least one place of attachment to the frame, said place of attachment of the membrane not being located at the level of a magnetic transition between two magnetic poles of the transverse plane of the membrane, said source of magnetic field being multipolar and in that
said system further comprising means for controlling a variation of the magnetic field of said multipolar magnetic field source to induce a controlled mechanical deformation of said magnetic membrane and/or means for detecting the variation of magnetic flux of said magnetic field source ( 30) multipolar induced by an imposed mechanical deformation of said magnetic membrane (10).
Plus particulièrement, la membrane magnétique est déformée avec une direction unique.More particularly, the magnetic membrane is deformed with a single direction.
Dans un exemple de réalisation, la source de champ magnétique multipolaire est un aimant permanent, le champ magnétique variant par déplacement relatif dudit aimant permanent par rapport au bâti. Le moyen pour commander une variation du champ magnétique est dans cette variante un actionneur mécanique ou électromécanique commandant la position de la source de champ magnétique multipolaire par rapport à la membrane.In an exemplary embodiment, the multipolar magnetic field source is a permanent magnet, the magnetic field varying by relative displacement of said permanent magnet with respect to the frame. The means for controlling a variation of the magnetic field is in this variant a mechanical or electromechanical actuator controlling the position of the multipolar magnetic field source with respect to the membrane.
Selon une autre variante, la source de champ magnétique multipolaire peut être un agencement d'une ou plusieurs bobines supportées par un noyau en matériau ferromagnétique doux, le champ magnétique variant par modulation de l'alimentation électrique de ladite ou desdites bobines.According to another variant, the multipolar magnetic field source can be an arrangement of one or more coils supported by a core of soft ferromagnetic material, the magnetic field varying by modulation of the electric power supply of said coil or coils.
En outre, la source de champ magnétique est éventuellement constituée d’une seule bobine supportée par un noyau, ledit noyau étant prolongé par des cornes polaires orientées selon la direction d’aimantation de la membrane magnétique.In addition, the magnetic field source may consist of a single coil supported by a core, said core being extended by pole tips oriented in the direction of magnetization of the magnetic membrane.
Dans un mode de réalisation particulier, la membrane magnétique est de forme discale et présente des lieux de fixation au bâti sur l'intégralité de sa circonférence.In a particular embodiment, the magnetic membrane is disc-shaped and has places for fixing to the frame over its entire circumference.
Dans ce cas, la membrane magnétique peut présenter au moins une transition magnétique diamétrale.In this case, the magnetic membrane can have at least one diametrical magnetic transition.
Une alternative compatible avec tous les modes de réalisation est liée à l’utilisation d’une sonde magnétique située à proximité de la membrane magnétique, ladite sonde étant apte à mesurer le déplacement de ladite membrane.An alternative compatible with all the embodiments is linked to the use of a magnetic probe located close to the magnetic membrane, said probe being capable of measuring the displacement of said membrane.
Dans une alternative de système de détection, la source de champ magnétique est destinée à mesurer le champ magnétique issu de la membrane magnétique pour donner une information de position de ladite membrane magnétique.In an alternative detection system, the magnetic field source is intended to measure the magnetic field coming from the magnetic membrane to give information on the position of said magnetic membrane.
Dans une seconde alternative de système de détection, la source de champ magnétique est destinée à mesurer une variation de champ magnétique issu de la membrane magnétique pour donner une information de déplacement de ladite membrane magnétique.In a second detection system alternative, the magnetic field source is intended to measure a variation in the magnetic field coming from the magnetic membrane to provide information on the displacement of said magnetic membrane.
On entend par déformation mécanique de direction unique, que suite à sa déformation, tous les lieux déplacés de la membrane sont situés d’un seul et même côté par rapport à son état au repos. Le déplacement peut avoir lieu des deux côtés de la membrane à l’état de repos en fonction de la direction des champs magnétiques de la source multipolaire, mais la membrane déformée ne présentera pas de de nœud en son centre, ou autrement dit un nombre de points d’inflexion pair.Means by mechanical deformation of single direction, that following its deformation, all the displaced places of the membrane are located on one and the same side compared to its state at rest. The displacement can take place on both sides of the membrane in the state of rest depending on the direction of the magnetic fields of the multipolar source, but the deformed membrane will not present a node in its center, or in other words a number of even inflection points.
brève description des figuresbrief description of figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture qui suit d’exemples de réalisation détaillés, en référence aux figures annexées qui représentent respectivement :
description d’une membrane magnétique multipolaire Other characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading the following detailed embodiment examples, with reference to the appended figures which represent respectively:
description of a multipolar magnetic membrane
Les figures 1 et 2 illustrent un premier exemple de réalisation d’une membrane magnétique (10) multipolaire, la
Telle qu’illustrée en
La
Concernant sa géométrie, la membrane magnétique (10) est présentée sous la forme d’un parallélépipède rectangle, sa grande surface étant rectangulaire, mais cette surface pourrait tout aussi bien être elliptique, circulaire, ou même d’une forme quelconque. Nous entendons par membrane une structure de faible épaisseur par rapport à au moins une de ses autres dimensions, sa longueur, cette épaisseur étant globalement constante mais pouvant présenter des irrégularités ou même des surépaisseurs locales pour modifier les propriétés mécaniques de la membrane ou offrir une meilleure zone d’accroche. Typiquement, la membrane présente un ratio épaisseur/longueur compris entre 0,04 et 0,1, ces bornes étant donnés à titre informatif sans être limitatif de l’invention, celles-ci pouvant varier en fonction de la charge du matériau en particules d’aimants ou en fonction de la raideur du liant en élastomère.Regarding its geometry, the magnetic membrane (10) is presented in the form of a rectangular parallelepiped, its large surface being rectangular, but this surface could just as well be elliptical, circular, or even of any shape. We mean by membrane a structure of small thickness compared to at least one of its other dimensions, its length, this thickness being generally constant but being able to present irregularities or even local extra thicknesses to modify the mechanical properties of the membrane or to offer a better hooking area. Typically, the membrane has a thickness/length ratio of between 0.04 and 0.1, these limits being given for information purposes without being limiting of the invention, these being able to vary according to the load of the material in particles d magnets or depending on the stiffness of the elastomeric binder.
Concernant sa constitution et sa réalisation, la membrane magnétique est composée de particules magnétiquement dures aimantées de façon permanente qui sont dispersées dans une matrice élastomère pour un taux de charge volumique préférentiellement compris entre 1% et 40%, des ratios plus élevés pouvant être considérés. Par exemple, les particules d’aimant peuvent être du NdFeB avec une granulométrie décrite par un PSD50 compris entre 4,5 et 6,5 µm et pouvant être magnétiquement isotropes. L’induction rémanente de cette poudre magnétique se situe typiquement autour de 0,8 T. En ajustant la quantité volumique de poudre dans la matrice, il est alors possible d’augmenter ou de réduire l’induction rémanente, ceci se répercutant inversement sur la souplesse de la membrane. Un élastomère, comme par exemple bi-composant tel que du silicone, est choisi pour réaliser la matrice. Le matériau composite, qui constitue la membrane magnétique, est obtenu à partir de ces deux matières premières par mélange. Pendant le mélange, les particules ne sont pas aimantées et sont distribuées de manière isotrope dans l’élastomère. Le composite est moulé et réticulé de préférence sous atmosphère contrôlée, potentiellement chimiquement, en température et en pression. A noter que les particules peuvent être distribuées selon une direction unique, correspondant à la direction d’un champ magnétique appliqué au moment de la réticulation. Cette mise en forme du matériau donne lieu à une membrane magnétique anisotrope. La forme finale de la membrane pour le dispositif peut être obtenue par moulage ou par découpe après la polymérisation. L’aimantation de la membrane est effectuée comme dernière étape de la réalisation, l’induction résiduelle variant avec la teneur de NdFeB de façon proportionnelle, comme mentionné dans une publication récente de Hermann et al. (S. Hermann, P. Butaud, G. Chevallier, J.-F. Manceau, and C. Espanet, “Magnetic and dynamic mechanical properties of a highly coercive MRE based on NdFeB particles and a stiff matrix,”Smart Mater. Struct., vol. 29, no. 10, p. 105009, Oct. 2020).Concerning its constitution and its production, the magnetic membrane is composed of magnetically hard particles permanently magnetized which are dispersed in an elastomeric matrix for a volumetric loading rate preferably between 1% and 40%, higher ratios being able to be considered. For example, the magnet particles can be NdFeB with a particle size described by a PSD50 comprised between 4.5 and 6.5 μm and can be magnetically isotropic. The remanent induction of this magnetic powder is typically around 0.8 T. By adjusting the volumetric quantity of powder in the matrix, it is then possible to increase or reduce the remanent induction, this having an inverse effect on the flexibility of the membrane. An elastomer, for example two-component such as silicone, is chosen to produce the matrix. The composite material, which constitutes the magnetic membrane, is obtained from these two raw materials by mixing. During mixing, the particles are not magnetized and are isotropically distributed in the elastomer. The composite is molded and crosslinked preferably under a controlled atmosphere, potentially chemically, in temperature and in pressure. Note that the particles can be distributed in a single direction, corresponding to the direction of a magnetic field applied at the time of crosslinking. This shaping of the material gives rise to an anisotropic magnetic membrane. The final form of the membrane for the device can be obtained by molding or by cutting after polymerization. The magnetization of the membrane is carried out as the last stage of the realization, the residual induction varying with the content of NdFeB in a proportional way, as mentioned in a recent publication by Hermann et al. (S. Hermann, P. Butaud, G. Chevallier, J.-F. Manceau, and C. Espanet, “Magnetic and dynamic mechanical properties of a highly coercive MRE based on NdFeB particles and a stiff matrix,” Smart Mater. Struct . , vol. 29, no. 10, p. 105009, Oct. 2020).
description detaillee d’un mode de réalisationdetailed description of an embodiment
La
Les figures 3a et 3b schématisent les déformations de la membrane magnétique (10) pour deux courants d’alimentation de la bobine (34) de même amplitude mais de sens opposés. Lors de l’alimentation de la bobine (34) les deux cornes polaires (37, 38) présentent des polarités magnétiques opposées et interagissent de manière identique avec le pôle magnétique (11, 12) leur faisant face. Ainsi, pour un sens de circulation du courant dans la bobine (34), les directions d’aimantation (370, 380) des cornes polaires (37, 38) sont respectivement identiques aux directions d’aimantation (110, 120) des pôles magnétiques (11, 12), tel que représenté en
A noter que le dispositif pourrait être utilisé comme capteur de position. L’homme de métier peut tout à fait envisager de lier mécaniquement la membrane magnétique (10) à un élément mobile (non représenté) de manière à en mesurer le déplacement. Le déplacement de ladite membrane magnétique (10), entrainée par ce mobile, génère alors dans la bobine (34) une variation de tension induite mesurable. La position absolue de l’élément mobile pourrait, elle, être obtenue par une mesure directe de l’inductance de la bobine (34).Note that the device could be used as a position sensor. A person skilled in the art can entirely envisage mechanically linking the magnetic membrane (10) to a mobile element (not shown) so as to measure its displacement. The movement of said magnetic membrane (10), driven by this mobile, then generates in the coil (34) a measurable induced voltage variation. The absolute position of the mobile element could be obtained by a direct measurement of the inductance of the coil (34).
Enfin dans le cas où un capteur doit suppléer le dispositif d’actionnement, le déplacement de la membrane peut être déterminée à l’aide d’une sonde magnétique (non représentée), par exemple à effet Hall, placée sous la surface inférieure de la membrane (10), à la jonction entre les pôles (11, 12).
Alternative de source de champ magnétique Multipolaire Finally, in the case where a sensor must supplement the actuation device, the displacement of the membrane can be determined using a magnetic probe (not shown), for example Hall effect, placed under the lower surface of the membrane (10), at the junction between the poles (11, 12).
Alternative Multipolar Magnetic Field Source
Les figures 4, 4a et 4b décrivent une alternative de source de champ magnétique multipolaire (30) selon l’invention. Ce mode de réalisation diffère du mode de réalisation précédent en ce que la source de champ magnétique (30) multipolaire est composée d’un aimant permanent (35) présentant une paire de pôles (31, 32) orientés parallèlement à ceux de la membrane magnétique (10). Ledit aimant permanent (35) est mobile en rotation par rapport au bâti (20) autour d’un axe (23) parallèle à la direction d’aimantation de ses pôles (31, 32) et produit un champ magnétique variable perçu par la membrane magnétique (10) par cette rotation, provoquant ainsi une variation de la déformation de ladite membrane magnétique (10).Figures 4, 4a and 4b describe an alternative multipolar magnetic field source (30) according to the invention. This embodiment differs from the previous embodiment in that the multipolar magnetic field source (30) is composed of a permanent magnet (35) having a pair of poles (31, 32) oriented parallel to those of the magnetic membrane (10). Said permanent magnet (35) is rotatable relative to the frame (20) around an axis (23) parallel to the direction of magnetization of its poles (31, 32) and produces a variable magnetic field perceived by the membrane magnet (10) by this rotation, thus causing a variation in the deformation of said magnetic membrane (10).
Les figures 4a et 4b schématisent les déformations de la membrane magnétique (10) pour deux positions angulaires de l’aimant permanent (35). Ainsi, la
Alternative de source de champ magnétique Multipolaire FIGS. 4a and 4b schematize the deformations of the magnetic membrane (10) for two angular positions of the permanent magnet (35). Thus, the
Alternative Multipolar Magnetic Field Source
Les figures 5, 5a et 5b décrivent une alternative de source de champ magnétique multipolaire (30) selon l’invention. Ce mode de réalisation diffère du mode de réalisation précédent en ce que l’aimant permanent (35) présente trois pôles magnétiques (31, 32, 33), vus depuis la grande surface de l’aimant permanent (35), et est mobile en translation selon un axe parallèle à la grande surface et orthogonal à la transition magnétique entre les pôles magnétiques (11, 12). Les polarités des trois pôles de l’aimant permanent (35) sont alternées de sorte que la polarité des deux pôles magnétiques extérieurs (31, 33) est identique.Figures 5, 5a and 5b describe an alternative multipolar magnetic field source (30) according to the invention. This embodiment differs from the previous embodiment in that the permanent magnet (35) has three magnetic poles (31, 32, 33), seen from the large surface of the permanent magnet (35), and is movable in translation along an axis parallel to the large surface and orthogonal to the magnetic transition between the magnetic poles (11, 12). The polarities of the three poles of the permanent magnet (35) are alternated so that the polarity of the two outer magnetic poles (31, 33) are identical.
Les figures 5a et 5b schématisent les déformations de la membrane magnétique (10) pour deux positions extrêmes de la course en translation de l’aimant permanent (35). Ainsi, la
A noter qu’une configuration où l’aimant permanent présente deux pôles magnétiques (31, 32) permet également un déplacement de la membrane magnétique (10), mais avec un niveau d’attraction différent du niveau de répulsion.Note that a configuration where the permanent magnet has two magnetic poles (31, 32) also allows a displacement of the magnetic membrane (10), but with a level of attraction different from the level of repulsion.
Alternative de Système d’actionnementActuation System Alternative
La
L’homme de métier pourrait imaginer que l’extrémité annulaire (28) du bâti soit reliée à une section de passage de fluide sous pression déformant en proportion la membrane magnétique (10), les variations de déformations pourraient alors être mesurées par la bobine (34) de manière à réaliser un capteur de pression. La pression absolue pourrait aussi être mesurée par mesure de l’inductance de la bobine (34), cette dernière étant modifiée en fonction de l’induction magnétique générée par l’aimant dans le noyau (36) ferromagnétique ou par un système de mesure adapté, du type effet hall, placé sous la membrane magnétique.A person skilled in the art could imagine that the annular end (28) of the frame is connected to a pressurized fluid passage section deforming the magnetic membrane (10) in proportion, the variations in deformation could then be measured by the coil ( 34) so as to produce a pressure sensor. The absolute pressure could also be measured by measuring the inductance of the coil (34), the latter being modified according to the magnetic induction generated by the magnet in the ferromagnetic core (36) or by a suitable measurement system , of the hall effect type, placed under the magnetic membrane.
La figure 7 présente les déformations maximales obtenues par le système de la figure 6 et comparées à celles obtenues par le même dispositif pour lequel la membrane magnétique (10) multipolaire et la source de champ magnétique multipolaire (30) ont été substitués, respectivement par une membrane unipolaire et une source de champ magnétique monopolaire. Les deux membranes sont composées du même matériau composite et possède une géométrie identique, elles sont aussi encastrées de manière similaire, soit la partie de la surface inferieure avec un radian supérieur à
Pour actionner les membranes, des champs magnétiques d’orientation opposées à l’aimantation de la membrane magnétique, mais d’amplitude similaire, ont été générés à proximité de ladite membrane. La
Claims (10)
- un bâti (20),
- une membrane magnétique (10) souple contenant des particules d'aimant, étant aimantée pour présenter une multiplicité de pôles magnétiques (11, 12) dans un plan transversal, et
- une source de champ magnétique (30),
ladite membrane magnétique (10) présente au moins un lieu de fixation (21, 22) au bâti (20), ledit lieu de fixation (20, 21) de la membrane n'étant pas situé au niveau d'une transition magnétique entre deux pôles magnétiques (11, 12) du plan transversal de la membrane, ladite source de champ magnétique (30) étant multipolaire
et en ce que
ledit système comportant en outre un moyen pour commander une variation du champ magnétique de ladite source de champ magnétique (30) multipolaire pour induire une déformation mécanique pilotée de ladite membrane magnétique (10) et /ou un moyen pour détecter la variation de flux magnétique de ladite source de champ magnétique (30) multipolaire induite par une déformation mécanique imposée de ladite membrane magnétique (10).Mechatronic actuation and/or detection system (100) comprising
- a frame (20),
- a flexible magnetic membrane (10) containing magnet particles, being magnetized to present a multiplicity of magnetic poles (11, 12) in a transverse plane, and
- a magnetic field source (30),
said magnetic membrane (10) has at least one place of attachment (21, 22) to the frame (20), said place of attachment (20, 21) of the membrane not being located at the level of a magnetic transition between two magnetic poles (11, 12) of the transverse plane of the membrane, said magnetic field source (30) being multipolar
and in that
said system further comprising means for controlling a variation of the magnetic field of said multipolar magnetic field source (30) to induce a controlled mechanical deformation of said magnetic membrane (10) and/or means for detecting the variation of magnetic flux of said multipolar magnetic field source (30) induced by an imposed mechanical deformation of said magnetic membrane (10).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2112653A FR3129697A3 (en) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | Multipolar magnetic membrane |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR2112653 | 2021-11-29 | ||
FR2112653A FR3129697A3 (en) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | Multipolar magnetic membrane |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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FR3129697A3 true FR3129697A3 (en) | 2023-06-02 |
Family
ID=86540456
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR2112653A Pending FR3129697A3 (en) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | Multipolar magnetic membrane |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR3129697A3 (en) |
-
2021
- 2021-11-29 FR FR2112653A patent/FR3129697A3/en active Pending
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