FR3129697A3 - Multipolar magnetic membrane - Google Patents

Multipolar magnetic membrane Download PDF

Info

Publication number
FR3129697A3
FR3129697A3 FR2112653A FR2112653A FR3129697A3 FR 3129697 A3 FR3129697 A3 FR 3129697A3 FR 2112653 A FR2112653 A FR 2112653A FR 2112653 A FR2112653 A FR 2112653A FR 3129697 A3 FR3129697 A3 FR 3129697A3
Authority
FR
France
Prior art keywords
magnetic
membrane
magnetic field
field source
multipolar
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.)
Pending
Application number
FR2112653A
Other languages
French (fr)
Inventor
Svenja HERMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moving Magnet Technologie SA
Original Assignee
Moving Magnet Technologie SA
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moving Magnet Technologie SA filed Critical Moving Magnet Technologie SA
Priority to FR2112653A priority Critical patent/FR3129697A3/en
Publication of FR3129697A3 publication Critical patent/FR3129697A3/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644—One-way valve
    • F16K31/0648—One-way valve the armature and the valve member forming one element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0644—One-way valve
    • F16K31/0672—One-way valve the valve member being a diaphragm
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/08—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet
    • F16K31/082—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet using a electromagnet and a permanent magnet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/02—Permanent magnets [PM]
    • H01F7/0231—Magnetic circuits with PM for power or force generation
    • H01F7/0242—Magnetic drives, magnetic coupling devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/121—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position
    • H01F7/122—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position by permanent magnets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

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

Membrane magnétique multipolaireMultipolar magnetic membrane

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 :

  1. Les structures fines de désaimantent très facilement lorsqu’elles sont aimantées selon leur épaisseur et
  2. elles présentent le gradient de champ le plus fort dans les régions externes.
H-MAE type membranes have more rarely been used in the design of membrane actuators, for example in Said et al. (MM Said, J. Yunas, RE Pawinanto, BY 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). There are two major drawbacks:
  1. Fine structures demagnetize very easily when magnetized according to their thickness and
  2. 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 :

  1. Les structures fines se désaimantent très facilement,
  2. elles présentent le gradient de champ le plus fort dans les régions externes.
Membranes of the H-MAE type have more rarely been used in the design of actuators. There are two major drawbacks:
  1. Fine structures demagnetize very easily,
  2. 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 :

  1. un bâti (20),
  2. une membrane magnétique souple contenant des particules d'aimant, étant aimantée pour présenter une multiplicité de pôles magnétiques dans un plan transversal, et
  3. une source de champ magnétique,
In its most general sense, the invention relates to a mechatronic actuation and/or detection system comprising:
  1. a frame (20),
  2. a flexible magnetic membrane containing magnet particles, being magnetized to present a multiplicity of magnetic poles in a transverse plane, and
  3. 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 :
La présente une membrane magnétique parallélépipédique présentant deux directions d’aimantation,
La montre l’induction magnétique générée par la membrane magnétique, présentée en , dans un matériau non-conducteur (e.g. air),
La présente l’intégration de la membrane magnétique, présentée en et 2, dans un système d’actionnement par une bobine.

Les figures 3a et 3b schématisent les déformations de la membrane du système décrit en pour deux sens opposés d’alimentation de la bobine par un courant de même intensité,
La présente l’intégration de la membrane magnétique, présentée en et 2, dans un système d’actionnement par un aimant multipolaire à mouvement rotatif,

Les figures 4a et 4b schématisent les déformations de la membrane du système décrit en pour deux positions extrêmes de l’aimant en rotation,
La présente l’intégration de la membrane magnétique, présentée en et 2, dans un système d’actionnement par un aimant multipolaire à mouvement de translation,

Les figures 5a et 5b schématisent les déformations de la membrane du système décrit en pour deux positions extrêmes de l’aimant en translation,
La montre un exemple de réalisation de système d’actionnement présentant une membrane discale.
La présente les déformations maximales obtenues par le système de la .
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:
There has a parallelepipedic magnetic membrane having two directions of magnetization,
There shows the magnetic induction generated by the magnetic membrane, presented in , in a non-conductive material (eg air),
There presents the integration of the magnetic membrane, presented in and 2, in a coil actuation system.

Figures 3a and 3b schematize the deformations of the membrane of the system described in for two opposite directions of supply of the coil by a current of the same intensity,
There presents the integration of the magnetic membrane, presented in and 2, in an actuation system by a rotary motion multipolar magnet,

Figures 4a and 4b schematize the deformations of the membrane of the system described in for two extreme positions of the rotating magnet,
There presents the integration of the magnetic membrane, presented in and 2, in an actuation system by a multipolar magnet with translational movement,

Figures 5a and 5b schematize the deformations of the membrane of the system described in for two extreme positions of the magnet in translation,
There shows an exemplary embodiment of an actuation system having a disc membrane.
There presents the maximum deformations obtained by the system of the .
description of a multipolar magnetic membrane

Les figures 1 et 2 illustrent un premier exemple de réalisation d’une membrane magnétique (10) multipolaire, la la représentant en perspective et la représente la membrane magnétique (10) de la en coupe transversale de manière à schématiser la polarisation magnétique de ladite membrane magnétique (10).Figures 1 and 2 illustrate a first embodiment of a multipolar magnetic membrane (10), the representing it in perspective and the represents the magnetic membrane (10) of the in cross section so as to schematize the magnetic polarization of said magnetic membrane (10).

Telle qu’illustrée en , dans sa configuration la plus simple, la membrane magnétique (10) présente deux pôles magnétiques (11, 12) de directions d’aimantation opposées, lesdits pôles magnétiques (11, 12) séparés d’une zone de transition magnétique (13). La illustre la membrane en coupe selon un plan orthogonal à la zone de transition magnétique (13), elle présente dans chacun des pôles magnétiques (11, 12) une direction d’aimantation, respectivement (110, 120), similaire mais de sens opposé, lesdits pôles (11, 12) étant séparés par une zone de transition, ou d’inversion de la polarité magnétique, relativement courte. L’aimantation uniforme des pôles et la largeur de la zone de transition ne sont présentées qu’à titre d’illustration, l’homme de métier pourrait naturellement envisager l’utilisation d’un autre type d’aimantation, telle qu’une aimantation tournante pour laquelle la zone de transition magnétique (13) n’est pas aussi bien définie, tout ceci dépendant de la technique d’aimantation utilisée et des performances de l’inducteur. L’élément nécessaire à l’invention est d’obtenir au moins une inversion de polarité selon la direction z, orthogonale à la grande surface de la membrane.As illustrated in , in its simplest configuration, the magnetic membrane (10) has two magnetic poles (11, 12) of opposite magnetization directions, said magnetic poles (11, 12) separated from a magnetic transition zone (13). There illustrates the membrane in section along a plane orthogonal to the magnetic transition zone (13), it has in each of the magnetic poles (11, 12) a direction of magnetization, respectively (110, 120), similar but in the opposite direction, said poles (11, 12) being separated by a relatively short magnetic polarity transition or inversion zone. The uniform magnetization of the poles and the width of the transition zone are only presented by way of illustration, those skilled in the art could naturally consider the use of another type of magnetization, such as a magnetization rotary for which the magnetic transition zone (13) is not as well defined, all this depending on the magnetization technique used and the performance of the inductor. The element necessary for the invention is to obtain at least one polarity inversion along the z direction, orthogonal to the large surface of the membrane.

La schématise l’induction magnétique dans la membrane (10) via les lignes de champ magnétique (300). Elle présente un fort gradient spatial vers les bords de la membrane magnétique (10) et au niveau de la zone de transition magnétique (13) entre les paires de pôles magnétiques (11, 12). En choisissant la localisation de la transition magnétique (13), il est donc possible de générer des zones de gradient de champ. Ceci permet de maximiser localement les efforts magnétiques, et donc les déplacements, générés dans la membrane lorsqu’elle est intégrée à un système et donc d’optimiser l’actionnement.There schematizes the magnetic induction in the membrane (10) via the magnetic field lines (300). It has a strong spatial gradient towards the edges of the magnetic membrane (10) and at the level of the magnetic transition zone (13) between the pairs of magnetic poles (11, 12). By choosing the location of the magnetic transition (13), it is therefore possible to generate field gradient zones. This makes it possible to locally maximize the magnetic forces, and therefore the displacements, generated in the membrane when it is integrated into a system and therefore to optimize the actuation.

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 représente un schéma en perspective de la membrane magnétique (10), décrite dans les figures 1 et 2, et intégrée dans un système d'actionnement (100) selon l’invention. Ce système d’actionnement (100) comporte un bâti (20) fixe, auquel sont reliées deux extrémités appartenant respectivement aux pôles magnétiques (11 et 12) de la membrane magnétiques (10), constituant ainsi deux lieux de fixation (21, 22) au bâti (20). Il comprend en outre une source de champ magnétique multipolaire (30), dont le champ magnétique interagit avec la membrane magnétique (10) pour en provoquer une déformation. La source de champ magnétique multipolaire (30) est ici composée d’une bobine (34) enroulée autour d’un noyau (36) prolongé par deux cornes polaires (37, 38) dirigées vers la membrane magnétique (10), tous trois en un matériau ferromagnétique doux. Les dimensions, l’orientation et la disposition des cornes polaires (37, 38) faisant face aux pôles magnétiques (11, 12) sont choisies de façon à maximiser les efforts magnétiques sur la membrane magnétique (10).There shows a diagram in perspective of the magnetic membrane (10), described in FIGS. 1 and 2, and integrated into an actuation system (100) according to the invention. This actuation system (100) comprises a fixed frame (20), to which are connected two ends belonging respectively to the magnetic poles (11 and 12) of the magnetic membrane (10), thus constituting two fixing points (21, 22) to the frame (20). It further comprises a multipolar magnetic field source (30), the magnetic field of which interacts with the magnetic membrane (10) to cause deformation thereof. The multipolar magnetic field source (30) is here composed of a coil (34) wound around a core (36) extended by two pole tips (37, 38) directed towards the magnetic membrane (10), all three a soft ferromagnetic material. The dimensions, orientation and arrangement of the pole tips (37, 38) facing the magnetic poles (11, 12) are chosen so as to maximize the magnetic forces on the magnetic membrane (10).

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 . Pour le sens de circulation opposé du courant dans la bobine (34), les pôles (37, 38) repoussent tous deux les pôles magnétiques (11, 12) leur faisant face, tel que présenté en . De cette manière tous les efforts magnétiques générés par la bobine impliquent une déformation de la membrane magnétique (10) dans le même sens. La présence d’une transition magnétique (13) permet d’obtenir un fort gradient de champ magnétique ce qui permet d’augmenter significativement les efforts magnétiques générés par la bobine (34). Une disposition judicieuse de ladite zone de transition (13), la plus éloignée des lieux de fixation (21, 22) au bâti (20), permet d’obtenir des déformations maximales.FIGS. 3a and 3b schematize the deformations of the magnetic membrane (10) for two supply currents of the coil (34) of the same amplitude but of opposite directions. When the coil (34) is powered, the two pole tips (37, 38) have opposite magnetic polarities and interact identically with the magnetic pole (11, 12) facing them. Thus, for one direction of current flow in the coil (34), the directions of magnetization (370, 380) of the pole tips (37, 38) are respectively identical to the directions of magnetization (110, 120) of the magnetic poles (11, 12), as shown in . For the opposite direction of current flow in the coil (34), the poles (37, 38) both repel the magnetic poles (11, 12) facing them, as shown in . In this way, all the magnetic forces generated by the coil imply a deformation of the magnetic membrane (10) in the same direction. The presence of a magnetic transition (13) makes it possible to obtain a strong magnetic field gradient which makes it possible to significantly increase the magnetic forces generated by the coil (34). A judicious arrangement of said transition zone (13), the farthest from the places of attachment (21, 22) to the frame (20), makes it possible to obtain maximum deformations.

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 montre une attraction maximale de la membrane magnétique (10) par l’aimant permanent (35), lorsque les directions d’aimantation (110, 120) des pôles magnétiques (11, 12) de ladite membranes (10) et les directions d’aimantation (310, 320) des pôles magnétiques (31, 32) de l’aimant permanent (35) sont dans le même sens. La présente la déformation obtenue pour une rotation de 180° de l’aimant permanent (35) par rapport à sa position en . Les pôles magnétiques (11, 12) de ladite membranes (10) et les pôles magnétiques (31, 32) de l’aimant permanent (35) sont alors de sens opposés et on obtient une répulsion maximale de la membrane magnétique (10). Les positions angulaires intermédiaires provoquent des déformations de plus faible amplitude, voire d’amplitude nulle lorsque les pôles magnétiques sont en quadrature.
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 shows a maximum attraction of the magnetic membrane (10) by the permanent magnet (35), when the directions of magnetization (110, 120) of the magnetic poles (11, 12) of said membranes (10) and the directions of magnetization (310, 320) of the magnetic poles (31, 32) of the permanent magnet (35) are in the same direction. There shows the deformation obtained for a 180° rotation of the permanent magnet (35) with respect to its position in . The magnetic poles (11, 12) of said membranes (10) and the magnetic poles (31, 32) of the permanent magnet (35) are then of opposite directions and a maximum repulsion of the magnetic membrane (10) is obtained. The intermediate angular positions cause deformations of lower amplitude, even zero amplitude when the magnetic poles are in quadrature.
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 montre une attraction maximale de la membrane magnétique (10) par l’aimant permanent (35), lorsque les directions d’aimantation (110, 120) des pôles magnétiques (11, 12) de ladite membranes (10) et les directions d’aimantation (310, 320) des pôles magnétiques (31, 32) de l’aimant permanent (35) sont dans le même sens. La présente la déformation obtenue pour une rotation d’un pôle complet de l’aimant permanent (35) par rapport à sa position en . Les directions d’aimantation (110, 120) des pôles magnétiques (11, 12) de ladite membranes (10) et les directions d’aimantation (320, 330) des pôles magnétiques (32, 33) de l’aimant permanent (35) sont alors de sens opposés et on obtient une répulsion maximale de la membrane magnétique (10). Les positions intermédiaires provoquent des déformations de plus faible amplitude, voire d’amplitude nulle lorsque les centres des pôles magnétiques (11, 12) sont alignés sur les transitions magnétiques entre les pôles magnétiques (31 et 32) d’une part et entre les pôles magnétiques (32 et 33) d’autre part, tel que représenté en .FIGS. 5a and 5b schematize the deformations of the magnetic membrane (10) for two extreme positions of the travel in translation of the permanent magnet (35). Thus, the shows a maximum attraction of the magnetic membrane (10) by the permanent magnet (35), when the directions of magnetization (110, 120) of the magnetic poles (11, 12) of said membranes (10) and the directions of magnetization (310, 320) of the magnetic poles (31, 32) of the permanent magnet (35) are in the same direction. There presents the deformation obtained for a rotation of a complete pole of the permanent magnet (35) with respect to its position in . The magnetization directions (110, 120) of the magnetic poles (11, 12) of said membranes (10) and the magnetization directions (320, 330) of the magnetic poles (32, 33) of the permanent magnet (35 ) are then in opposite directions and a maximum repulsion of the magnetic membrane (10) is obtained. The intermediate positions cause deformations of lower amplitude, or even of zero amplitude when the centers of the magnetic poles (11, 12) are aligned on the magnetic transitions between the magnetic poles (31 and 32) on the one hand and between the poles magnets (32 and 33) on the other hand, as shown in .

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 illustre un exemple alternatif de système d’actionnement selon l’invention. Ce mode de réalisation diffère du mode de réalisation précédent, présenté en , en ce que la membrane (10) présente une forme discale et est liée au bâti (20) sur l’intégralité de son pourtour.There illustrates an alternative example of an actuation system according to the invention. This embodiment differs from the previous embodiment, presented in , in that the membrane (10) has a disc shape and is connected to the frame (20) over its entire periphery.

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 est collée sur une surface plane. Ainsi seule l’aimantation des deux membranes diffère. La membrane unipolaire est aimantée hors plan de manière à ne présenter qu’une seule direction d’aimantation.FIG. 7 presents the maximum deformations obtained by the system of FIG. 6 and compared with those obtained by the same device for which the multipolar magnetic membrane (10) and the multipolar magnetic field source (30) have been substituted, respectively, by a unipolar membrane and a monopolar magnetic field source. The two membranes are made of the same composite material and have an identical geometry, they are also embedded in a similar way, that is to say the part of the lower surface with a radian greater than is glued to a flat surface. Thus only the magnetization of the two membranes differs. The unipolar membrane is magnetized out of plane so as to present only one direction of magnetization.

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 compare l’amplitude de déformation le long du diamètre orthogonal à la transition magnétique de la membrane bipolaire, représentée par la courbe (101), et le long d’un diamètre similaire pour la membrane unipolaire, représentées par la courbe (102). L’amplitude maximale des déformations obtenue avec la membrane multipolaire est drastiquement plus grande et ceci grâce à la forte variation spatiale de flux dues à la transition magnétique, ceci permet de localiser les forces autour de cette transition magnétique, et en l’occurrence le plus loin possible des points de fixation de la membrane magnétique (10) au bâti (20), de manière à exploiter au maximum les propriétés élastiques de la membrane magnétique (10).To actuate the membranes, magnetic fields of orientation opposite to the magnetization of the magnetic membrane, but of similar amplitude, were generated near said membrane. There compares the strain amplitude along the diameter orthogonal to the magnetic transition of the bipolar membrane, represented by curve (101), and along a similar diameter for the unipolar membrane, represented by curve (102). The maximum amplitude of the deformations obtained with the multipolar membrane is drastically greater and this thanks to the strong spatial variation of flux due to the magnetic transition, this makes it possible to locate the forces around this magnetic transition, and in this case the most as far as possible from the points of attachment of the magnetic membrane (10) to the frame (20), so as to make maximum use of the elastic properties of the magnetic membrane (10).

Claims (10)

Système mécatronique d'actionnement et/ou de détection (100) comportant
  1. un bâti (20),
  2. 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
  3. une source de champ magnétique (30),
caractérisé en ce que
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
  1. a frame (20),
  2. a flexible magnetic membrane (10) containing magnet particles, being magnetized to present a multiplicity of magnetic poles (11, 12) in a transverse plane, and
  3. a magnetic field source (30),
characterized in that
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). Système mécatronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la membrane magnétique (10) est déformée avec une direction unique.Mechatronic system according to Claim 1, characterized in that the magnetic membrane (10) is deformed in a single direction. Système mécatronique selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la source de champ magnétique (30) multipolaire est un aimant permanent (35), le champ magnétique variant par déplacement relatif dudit aimant permanent (35) par rapport au bâti (20).Mechatronic system according to Claim 1 or 2, characterized in that the multipolar magnetic field source (30) is a permanent magnet (35), the magnetic field varying by relative displacement of the said permanent magnet (35) with respect to the frame (20). Système mécatronique selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la source de champ magnétique (30) multipolaire est un agencement d'une ou plusieurs bobines (34) supportées par un noyau (36) en matériau ferromagnétique doux, le champ magnétique variant par modulation de l'alimentation électrique de ladite ou desdites bobines (34).Mechatronic system according to Claim 1 or 2, characterized in that the multipolar magnetic field source (30) is an arrangement of one or more coils (34) supported by a core (36) of soft ferromagnetic material, the magnetic field varying by modulating the power supply to said at least one coil (34). Système mécatronique selon la revendication précédente caractérisé en ce que la source de champ magnétique (30) est constituée d’une seule bobine (34) supportée par un noyau (36), ledit noyau (36) étant prolongé par des cornes polaires (37, 38) orientées selon la direction d’aimantation de la membrane magnétique (10).Mechatronic system according to the preceding claim, characterized in that the magnetic field source (30) consists of a single coil (34) supported by a core (36), said core (36) being extended by pole tips (37, 38) oriented in the direction of magnetization of the magnetic membrane (10). Système mécatronique selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la membrane magnétique (10) est de forme discale et présente des lieux de fixation (21, 22) au bâti (20) sur l'intégralité de sa circonférence.Mechatronic system according to Claim 1 or 2, characterized in that the magnetic membrane (10) is disc-shaped and has attachment points (21, 22) to the frame (20) over its entire circumference. Système mécatronique selon la revendication précédente caractérisé en ce que la membrane magnétique (10) présente au moins une transition magnétique (13) diamétrale.Mechatronic system according to the preceding claim, characterized in that the magnetic membrane (10) has at least one diametrical magnetic transition (13). Système mécatronique selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’une sonde magnétique est située à proximité de la membrane magnétique (10), ladite sonde étant apte à mesurer le déplacement de ladite membrane.Mechatronic system according to one of the preceding claims, characterized in that a magnetic probe is located close to the magnetic membrane (10), said probe being capable of measuring the displacement of said membrane. Système mécatronique selon la revendication 4 caractérisée en ce que la source de champ magnétique (30) est destinée à mesurer le champ magnétique issu de la membrane magnétique (10) pour donner une information de position de ladite membrane magnétique (10).Mechatronic system according to Claim 4, characterized in that the magnetic field source (30) is intended to measure the magnetic field coming from the magnetic membrane (10) to give information on the position of the said magnetic membrane (10). Système mécatronique selon la revendication 4 caractérisée en ce que la source de champ magnétique (30) est destinée à mesurer une variation de champ magnétique issu de la membrane magnétique (10) pour donner une information de déplacement de ladite membrane magnétique (10).Mechatronic system according to Claim 4, characterized in that the magnetic field source (30) is intended to measure a variation in the magnetic field coming from the magnetic membrane (10) to give information on the displacement of the said magnetic membrane (10).
FR2112653A 2021-11-29 2021-11-29 Multipolar magnetic membrane Pending FR3129697A3 (en)

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
FR2112653 2021-11-29
FR2112653A FR3129697A3 (en) 2021-11-29 2021-11-29 Multipolar magnetic membrane

Publications (1)

Publication Number Publication Date
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)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2740200B1 (en) Compact positioning assembly comprising an actuator and a sensor built into the yoke of the actuator
EP1989505B1 (en) Position sensor with variable direction of magnetization and method of production
EP1157255B1 (en) Position sensor with magneto-sensitive probe
EP0974185A1 (en) Improved linear actuator
EP0558364B1 (en) Magnet structure for a displacement sensor
EP3100341B1 (en) Electromagnetic linear actuator with two independent mobile elements
EP0829129B1 (en) Electromagnetic actuator magnetically locked into two or more stable positions
FR3024233A1 (en) MACHINE ELEMENT AND DEVICE FOR MEASURING FORCE OR MOMENT AND METHOD OF MAKING THE MACHINE ELEMENT
FR3074872A1 (en) COMPACT ADJUSTMENT VALVE
FR2911690A1 (en) MAGNETIC AMPLIFICATION DEVICE COMPRISING A MAGNETIC SENSOR WITH LONGITUDINAL SENSITIVITY
WO2011051620A2 (en) Electromagnetically actuated micro-shutter
EP1428232B8 (en) Mobile-magnet actuator
FR2843230A1 (en) Magnetic levitation actuator, for use in micro-electro-mechanical systems (MEMS), comprises a mobile magnetic part, stationary magnetic parts, and means for starting movements
CH709533A2 (en) Mobile Application of a couple at a combined resonator.
FR3129697A3 (en) Multipolar magnetic membrane
EP2156538A1 (en) Electromagnetic actuator with variable reluctance
WO1992011686A1 (en) Rotatable single-phase electromagnetic actuator
FR2929753A1 (en) Magnetic actuator e.g. linear controllable electromagnetic actuator, for assisting e.g. machining operation, has magnets whose magnetization is perpendicular to sides of stator poles for forming static magnetic circuits in air gaps
FR2950426A1 (en) Contactless angular position sensor for measuring small angular position of control sleeve of aircraft, has magnetic sector intercepting apex angle that is greater than or equal to angular displacement and less than specific degrees
EP1166295B1 (en) Method for determining the position of a moveable element in at least one main pole air gap in an electromagnetic actuator
CH709005A2 (en) Magnetic centering.
EP2351114B1 (en) Process and device for magnetic actuating
WO2000041189A1 (en) Electromagnetic actuator equipped with means for adjusting its mobile polar element
FR2971902A1 (en) ELECTROMAGNETIC ACTUATOR WITH IMPROVED FORCE DENSITY AND APPLICATION TO AN ELECTRIC RAZOR
CH709006A2 (en) A tombstone for the control components.

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3