Domaine technique : La présente invention concerne un appareil thermique magnétocalorique à structure rotative autour d'un axe longitudinal, ledit appareil thermique comportant un arrangement magnétique définissant au moins deux entrefers au moins partiellement superposés et parallèles entre eux, et agencé pour créer dans chacun desdits entrefers un champ magnétique variable autour de l'axe longitudinal, au moins deux supports au moins partiellement superposés, placés chacun dans le plan médian d'un desdits entrefers et portant des éléments magnétocaloriques au moins partiellement superposés entre lesdits supports, ledit arrangement magnétique et lesdits supports étant en déplacement relatif l'un par rapport à l'autre autour de l'axe longitudinal pour faire subir aux éléments magnétocaloriques de chaque support un cycle magnétique créé par le champ magnétique variable dans l'entrefer correspondant.

Technique antérieure

La présente invention concerne le domaine du froid magnétique, et plus particulièrement celui des appareils thermiques utilisant l'effet magnétocalorique de matériaux dits magnétocaloriques.

L'effet magnétocalorique (EMC) des matériaux magnétocaloriques consiste en une variation de leur température lorsqu'ils sont soumis à un champ magnétique variable en intensité. Il suffit ainsi de soumettre ces matériaux à une succession de cycles comportant une alternance de phases de magnétisation et de démagnétisation et de réaliser un échange thermique avec un fluide caloporteur traversant lesdits matériaux de part en part pour parvenir à une variation de température la plus élargie possible entre les extrémités desdits matériaux. Ce cycle est répété jusqu'à des fréquences de plusieurs Hertz. L'efficacité d'un tel cycle de réfrigération magnétique surpasse d'environ 50 % celle d'un cycle de réfrigération classique. Le matériau magnétocalorique s'échauffe de manière quasi-instantanée quand il est placé dans un champ magnétique et il se refroidit suivant une même dynamique thermique quand il est retiré du champ magnétique. Pendant ces phases magnétiques, le fluide caloporteur va, soit se réchauffer au contact du matériau magnétocalorique lors d'une phase dite de magnétisation, soit se refroidir au contact du matériau magnétocalorique lors d'une phase dite de démagnétisation. De manière générale, dans les applications fonctionnant à température ambiante, le fluide caloporteur est un liquide et circule dans des canaux rectilignes ou des pores débouchant existants dans le matériau magnétocalorique. A cet effet, le liquide caloporteur peut être de l'eau pure ou additionnée d'antigel, un produit glycolé ou une saumure, par exemple.

Plus le champ magnétique est élevé dans l'entrefer, plus l'effet magnétocalorique induit dans le matériau magnétocalorique est important, ce qui a pour effet d'augmenter la puissance thermique aussi bien que son gradient de température entre ses deux extrémités d'entrée/sortie du fluide caloporteur, et donc le rendement global d'un tel appareil thermique magnétocalorique. De la même manière, quand la fréquence des cycles augmente, la puissance thermique (par exemple : le refroidissement) délivrée par l'appareil thermique augmente également. Pour que cette puissance augmente en proportion de l'augmentation de la fréquence, il est nécessaire d'avoir un arrangement magnétique susceptible de pouvoir générer un champ magnétique uniforme et intense dans au moins un entrefer et de pouvoir réaliser le déplacement relatif de cet arrangement magnétique par rapport aux éléments magnétocaloriques en consommant le moins possible d'énergie.

A cet effet, les structures rotatives sont privilégiées car elles permettent, d'une part, de réaliser un appareil thermique compact avec l'arrangement magnétique en déplacement par rapport au(x) matériau(x) magnétocalorique(s) et, d'autre part, de présenter un bon ratio de matériau magnétocalorique par volume utilisé. Etant donné que la puissance thermique de l'appareil thermique dépend notamment de la quantité de matériau magnétocalorique utilisée, une telle disposition est effectivement très avantageuse. La demanderesse a déposé à cet effet les demandes de brevets FR 2 987 433 et FR 2 994 018 ayant pour objet des arrangements magnétiques rotatifs. La publication FR 2 994 018 correspond au préambule de la revendication 1. Toutefois, étant donné que la perméabilité magnétique de l'air est inférieure à celle des matériaux magnétocaloriques, le déplacement relatif des matériaux magnétocaloriques par rapport à l'arrangement magnétique ou inversement entraîne dans l'entrefer une alternance de différentes perméabilités magnétiques, avec une attraction magnétique plus importante au passage du matériau magnétocalorique. De ce fait, le déplacement ou la vitesse angulaire de l'arrangement magnétique ou des éléments magnétocaloriques n'est pas naturellement continu, ni uniforme et génère des à-coups. Cette situation est gênante car elle perturbe le cycle magnétique en réduisant la puissance thermique et en augmentant la consommation d'énergie. Elle entraîne également une augmentation du niveau sonore de fonctionnement de l'appareil et a une incidence négative sur son endurance et sa stabilité mécanique.

Exposé de l'invention:

La présente invention vise à résoudre ces inconvénients en proposant un appareil thermique magnétocalorique comportant un agencement particulier de l'arrangement magnétique et/ou des éléments magnétocaloriques permettant de réduire le moment magnétique et de ce fait aussi le moment mécanique nécessaire à l'entraînement de l'arrangement magnétique afin d'obtenir un déplacement relatif rotatif et continu de l'arrangement magnétique par rapport aux matériaux magnétocaloriques.

Dans ce but, l'invention concerne un appareil thermique tel que décrit en préambule, caractérisé en ce que l'arrangement magnétique et les supports sont positionnés angulairement l'un par rapport à l'autre autour de l'axe longitudinal de manière à générer un déphasage entre le cycle magnétique subi par les éléments magnétocaloriques d'un des supports dans un des entrefers et le cycle magnétique subi par les éléments magnétocaloriques de l'autre support dans l'autre entrefer, de sorte que les éléments magnétocaloriques pénètrent progressivement dans le champ magnétique desdits entrefers et ce, de façon continue entre les supports, l'effort d'attraction magnétique obtenu étant alors quasi constant. Ce déphasage est réalisé par construction, c'est-à-dire par l'agencement ou le positionnement particulier de l'arrangement magnétique et/ou des éléments magnétocaloriques entre eux.

Dans un premier mode de réalisation, l'arrangement magnétique peut comporter une première, une deuxième et une troisième structures magnétisantes pourvues chacune d'au moins une paire de pôles magnétiques, et positionnées successivement de long de l'axe longitudinal de l'appareil thermique pour définir, avec leurs paires de pôles magnétiques, lesdits entrefers, et lesdites structures magnétisantes peuvent être positionnées angulairement l'une par rapport à l'autre autour de l'axe longitudinal de manière à générer un cycle magnétique dans un des entrefers qui est décalé d'un angle de déphasage par rapport au cycle magnétique dans l'autre entrefer.

Dans ce mode, la première et la troisième structures magnétisantes peuvent être identiques, montées avec un décalage angulaire entre elles correspondant à l'angle de déphasage. En outre, la deuxième structure magnétisante peut comporter, d'une part, des premiers pôles magnétiques, qui forment un premier entrefer avec les pôles magnétiques correspondants de la première structure magnétisante et, d'autre part, des seconds pôles magnétiques, qui forment un second entrefer avec les pôles magnétiques correspondants de la troisième structure magnétisante, et les premiers et seconds pôles magnétiques de ladite deuxième structure magnétisante peuvent être montés avec un décalage angulaire correspondant à l'angle de déphasage.

Dans une première variante de réalisation de ce premier mode, la première et la troisième structures magnétisantes peuvent être montées tête-bêche et décalées angulairement d'un angle correspondant à l'angle de déphasage, les premiers pôles magnétiques de la deuxième structure magnétisante peuvent avoir le même le sens de magnétisation que les pôles magnétiques de la première structure magnétisante avec lesquels ils coopèrent pour former l'entrefer, les seconds pôles magnétiques de la deuxième structure magnétisante peuvent avoir le même le sens de magnétisation que les pôles magnétiques de la troisième structure magnétisante avec lesquels ils coopèrent pour former l'entrefer, et le sens de magnétisation des premiers et second pôles magnétiques peut être le même pour créer une seule boucle de circulation du flux magnétique à l'intérieur dudit appareil traversant lesdites première, deuxième et troisième structures magnétisantes. Dans une seconde variante de réalisation de ce premier mode, la première et la troisième structures magnétisantes peuvent être montées en regard et décalées angulairement d'un angle correspondant à l'angle de déphasage, les premiers pôles magnétiques de la deuxième structure magnétisante peuvent avoir le même sens de magnétisation que les pôles magnétiques de la première structure magnétisante avec lesquels ils coopèrent pour former l'entrefer et créer une première boucle de circulation du flux magnétique à l'intérieur dudit appareil traversant lesdits premiers pôles magnétiques de la deuxième structure magnétisante et lesdits pôles magnétiques de la première structure magnétisante. Les seconds pôles magnétiques de la deuxième structure magnétisante peuvent avoir le même sens de magnétisation que les pôles magnétiques de la troisième structure magnétisante avec lesquels ils coopèrent pour former l'entrefer et créer une seconde boucle de circulation du flux magnétique à l'intérieur dudit appareil traversant lesdits seconds pôles magnétiques de la deuxième structure magnétisante et lesdits pôles magnétiques de la troisième structure magnétisante. Le sens de magnétisation des seconds pôles magnétiques peut être opposé à celui des premiers pôles magnétiques pour que le flux magnétique circule dans la première boucle dans le sens opposé au flux magnétique circulant dans la seconde boucle.

En outre, les éléments magnétocaloriques peuvent être positionnés angulairement l'un par rapport à l'autre sur leurs supports selon un angle prédéfini et l'angle de déphasage peut être inférieur à l'angle entre deux éléments magnétocaloriques adjacents.

De plus, les supports peuvent être géométriquement identiques et disposés parallèlement entre eux dans les entrefers correspondants, sans décalage angulaire. De préférence, les supports sont plans.

Dans le second mode de réalisation de l'invention, les supports peuvent être également géométriquement identiques, disposés parallèlement entre eux dans les entrefers correspondants, mais décalés angulairement l'un par rapport à l'autre d'un angle correspondant à l'angle de déphasage.

Dans ce mode, les éléments magnétocaloriques peuvent être positionnés angulairement l'un par rapport à l'autre sur leurs supports selon un angle prédéfini et le décalage angulaire entre les deux supports peut être inférieur à l'angle entre deux éléments magnétocaloriques adjacents.

Par exemple, l'angle de décalage entre les deux supports peut être égal à la moitié de l'angle entre deux éléments magnétocaloriques adjacents. Dans ce second mode de réalisation, l'arrangement magnétique peut comprendre une première, une deuxième et une troisième structures magnétisantes positionnées successivement le long de l'axe longitudinal et définissant, avec leurs pôles magnétiques alignés et montés selon deux sens de magnétisation opposés, le premier et le second entrefers.

Dans les deux modes de réalisation, les éléments magnétocaloriques peuvent comporter N parallélépipèdes rectangles munis de matériau magnétocalorique et disposés dans une zone en forme de couronne dudit support, ladite couronne étant centrée sur l'axe longitudinal. Cette couronne peut être définie par deux cercles concentriques, dits cercle interne et cercle externe. Dans ce cas, deux des faces opposées des parallélépipèdes rectangles formant lesdits éléments magnétocaloriques dites faces extrémales peuvent être tangentes chacune à un desdits cercles concentriques, et les axes médians longitudinaux de deux éléments magnétocaloriques adjacents peuvent former entre eux un angle égal à 360/N degrés. Dans les deux modes de réalisation, les pôles magnétiques peuvent présenter la forme de portions d'anneaux s'étendant sur des secteurs angulaires dont l'angle est déterminé pour que l'entrée des éléments magnétocaloriques dans le champ magnétique desdits pôles magnétiques débute par une arrête appartenant à l'une desdites faces extrémales. On crée ainsi une variation d'induction magnétique la plus progressive et continue possible dans chaque élément magnétocalorique, ce qui permet encore de réduire la force nécessaire pour faire entrer et sortir les éléments magnétocaloriques dans le et hors du champ magnétique de l'entrefer.

Dans les deux modes de réalisation, les éléments magnétocaloriques peuvent être positionnés radialement sur ledit support.

Dans les deux modes de réalisation, pour simplifier la structure de l'appareil thermique, les pôles magnétiques de chaque structure magnétisante peuvent être identiques, mais montés selon deux sens de magnétisation opposés.

Par élément magnétocalorique, il faut comprendre au sens de la présente invention un élément physique comportant du matériau magnétocalorique. Un élément magnétocalorique peut notamment comporter plusieurs types de matériaux magnétocaloriques et réagir à différentes températures, ce qui génère un gradient thermique le long de l'élément magnétocalorique. Ainsi, les matériaux magnétocaloriques constituant les éléments magnétocaloriques peuvent présenter des températures de Curie différentes, ordonnées selon un ordre croissant ou décroissant. Les éléments magnétocaloriques susceptibles d'être positionnés dans l'entrefer de l'appareil thermique selon l'invention sont destinés à être en contact thermique avec un fluide caloporteur. Ce fluide caloporteur peut par exemple circuler de leur extrémité froide vers leur extrémité chaude au cours d'une phase de magnétisation du cycle magnétique qui correspond à une phase dans laquelle les éléments magnétocaloriques sont positionnés dans un entrefer et soumis à un champ magnétique (provoquant une hausse de leur température ) et de leur extrémité chaude vers leur extrémité froide au cours d'une phase suivante de démagnétisation du cycle magnétique dans laquelle les éléments magnétocaloriques sont positionnés hors de l'entrefer et soumis à un champ magnétique nul (provoquant une diminution de leur température). Un cycle magnétocalorique comporte ainsi une phase de magnétisation et une phase de démagnétisation. Le contact thermique entre le fluide caloporteur et les éléments magnétocaloriques peut être réalisé par un fluide caloporteur passant le long ou à travers les éléments magnétocaloriques. Les éléments magnétocaloriques peuvent comprendre des passages de circulation du fluide s'étendant entre les deux extrémités des éléments magnétocaloriques. Ces passages peuvent être réalisés grâce à la porosité des matériaux magnétocaloriques, ou par des canaux par exemple obtenus par un ensemble de plaques de matériau magnétocalorique éventuellement rainurées ou préformées, assemblées et espacées uniformément ou réalisés dans des blocs de matériau magnétocalorique usinés. Les éléments magnétocaloriques peuvent aussi se présenter sous la forme de sphères de taille calibrée de sorte que les interstices forment des passages de fluide. Toute autre forme de réalisation permettant au fluide caloporteur d'échanger thermiquement avec le matériau constituant un élément magnétocalorique peut, bien entendu, convenir.

De préférence, les aimants permanents décrits ci-dessus et utilisés pour réaliser le générateur de champ magnétique selon la présente invention présentent une induction uniforme.

Description sommaire des dessins : La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

la figure 1 est une représentation schématique simplifiée d'un appareil thermique magnétocalorique selon un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue schématique de l'appareil de la figure 1, illustrant plus particulièrement son arrangement magnétique,

la figure 3 est une vue semblable à celle de la figure 2 d'un appareil selon une variante de réalisation du premier mode de l'invention,

- la figure 4A est une représentation schématique simplifiée d'un appareil thermique magnétocalorique selon un second mode de réalisation,

la figure 4B est une représentation des deux supports d'éléments magnétocaloriques superposés, illustrant leur décalage angulaire autour de l'axe central longitudinal,

- la figure 5 est une vue schématique de l'appareil de la figure 4A, illustrant plus particulièrement son arrangement magnétique, et

la figure 6 est vue semblable à celle de la figure 5 d'un appareil selon une variante de réalisation du second mode de réalisation de l'invention. Illustrations de l'invention et différentes manières de la réaliser :

Dans les exemples de réalisation illustrés, les pièces ou parties identiques portent les mêmes références numériques. Les figures 1 à 6 annexées représentent schématiquement un appareil thermique 1, 10, 100, 110 magnétocalorique à structure rotative autour d'un axe longitudinal L et selon deux modes de réalisation de l'invention. Cet appareil thermique 1, 10, 100, 110 comporte essentiellement un arrangement magnétique comportant trois structures magnétisantes SMi, SM ₂ , SM ₃ au moins partiellement superposées et parallèles entre-elles, selon ledit axe longitudinal L, qui seront décrites ci-après, deux supports Si, S ₂ préférentiellement identiques, au moins partiellement superposés et parallèles entre eux, disposés dans les entrefers Ei, E ₂ définis par les structures magnétisantes et portant des éléments magnétocaloriques 2, d'un dispositif (non représenté) de mise en circulation d'un fluide caloporteur à travers les éléments magnétocaloriques 2, et d'échangeurs de chaleur (non représentés) pour réaliser l'échange thermique avec l'environnement ou une application extérieure.

De préférence, la première structure magnétisante SMi et la troisième structure magnétisante SM ₃ de l'appareil thermique 1, 10, 100, 110 sont identiques. Cela permet d'avoir une seule pièce susceptible de constituer la première SMi et la troisième SM ₃ structures magnétisantes. Dans les modes de réalisation présentés dans les figures 1 et 2, et 4A, 4B et 5, ces première et troisième structures magnétisantes SMi, SM ₃ sont montées tête-bêche et disposées en regard l'une de l'autre parallèlement à un plan transversal central P, avec un décalage angulaire a entre elles pour le premier mode de réalisation (figures 1 et 2) et sans décalage angulaire pour le second mode de réalisation (figures 4A, 4B et 5). Dans les variantes présentées dans les figures 3 et 6, les première et troisième structures magnétisantes SMi, SM ₃ sont simplement montées en regard l'une de l'autre parallèlement au plan transversal central P, avec un décalage angulaire a entre elles pour la variante de la figure 3 et sans décalage angulaire pour la variante de la figure 6.

Dans les deux modes de réalisation, la deuxième structure magnétisante SM ₂ est interposée entre la première structure magnétisante SMi et la troisième structure magnétisante SM ₃ de manière à délimiter au moins deux et dans l'exemple représenté quatre entrefers Ei, E ₂ au moins en partie superposés deux à deux, et diamétralement opposés deux à deux, autour de plans transversaux Pi et P ₂ parallèles au plan central P et dans lesquels sont montés à chaque fois un support SI, S2 portant les éléments magnétocaloriques 2. En outre, les entrefers Ei et E ₂ peuvent avoir le même volume. Dans les deux modes de réalisation illustrés, les éléments magnétocaloriques 2 de chaque support SI, S2 sont scindés en quatre groupes, dont deux groupes diamétralement opposés situés chacun dans un des entrefers Ei, E ₂ et soumis à une phase de magnétisation au cours de laquelle ils génèrent des calories, alternés avec deux autres groupes situés chacun en dehors desdits entrefers Ei, E ₂ et soumis à une phase de démagnétisation au cours de laquelle ils génèrent des frigories. Cet agencement est bien entendu dépendant du nombre de pôles magnétiques définis par les structures magnétisantes SMi, SM ₂ , SM ₃ .

Dans tous les cas, les éléments magnétocaloriques 2 des supports SI, S2 sont au moins partiellement superposés ou sensiblement alignés longitudinalement entre eux, et sont dans un même état magnétique, à l'angle de déphasage près. Ainsi, ils peuvent être raccordés entre eux dans une même boucle thermique permettant de simplifier et d'optimiser la conception des dispositifs de mise en circulation du fluide caloporteur (non représentés). La superposition selon l'axe longitudinal L des structures magnétisantes SMi, SM ₂ , SM ₃ et des supports SI, S2 permet d'augmenter la quantité d'éléments magnétocaloriques 2 qui sont dans un même état magnétique dans le but d'augmenter le gradient de température s'ils sont raccordés en série, ou la puissance thermique s'ils sont raccordés en parallèle, sans avoir besoin de multiplier le nombre de dispositifs (non représentés) de mise en circulation du fluide caloporteur à travers lesdits éléments magnétocaloriques 2. Selon un premier mode de réalisation en référence aux figures 1 à 3, la première et la troisième structures magnétisantes SMi, SM ₃ sont montées l'une par rapport à l'autre avec un décalage angulaire d'un angle a. L'on obtient ainsi dans les entrefers El et E2 au moins partiellement superposés des profils d'induction magnétique qui sont identiques mais déphasés angulairement l'un par rapport à l'autre de l'angle a. Cela permet de réaliser une compensation de l'effort magnétique induit par la pénétration des supports Si et S ₂ dans leurs entrefers Ei, E ₂ respectifs. Ce décalage angulaire a permet de lisser l'effort magnétique de pénétration dans le champ magnétique des éléments magnétocaloriques 2. Par ce décalage angulaire, les éléments magnétocaloriques 2 pénètrent progressivement dans le champ magnétique desdits entrefers Ei, E ₂ et ce, de façon continue entre les supports Si et S ₂ . De ce fait, il y a un flux continu de matière magnétocalorique qui pénètre dans le ou sort du champ magnétique et l'effort d'attraction magnétique est alors quasi constant et n'entraîne pratiquement aucun à-coup dans le déplacement des structures magnétiques.

Dans les deux modes de réalisation, chaque structure magnétisante SMi, SM ₂ , SM3 comporte une base 6, 7, 8 en une matière ferromagnétique sur laquelle sont montés des aimants permanents et/ou des pièces ferromagnétiques constituant au moins une paire de pôles magnétiques Pu, P ₁₂ ; P ₂₁ , P ₂₂ ; P ₂₃ , P ₂₄ ; P31, P ₃₂ diamétralement opposés. Dans les exemples illustrés, les pôles magnétiques comportent chacun trois aimants montés sur la base 6, 7, 8. La base de la première et de la troisième structures magnétisantes SMi, SM ₃ est réalisée en une matière apte à conduire le champ magnétique qui doit circuler entre les deux pôles magnétiques Pu, P ₁₂ ; P ₃ i, P ₃₂ de chaque première et troisième structures magnétisantes SMi, SM ₃ .

Pour ce faire, le pôle magnétique Pu de la première structure magnétisante SMi présente une résultante d'induction magnétique Ru qui est, d'une part, parallèle à l'axe longitudinal L et à la résultante d'induction magnétique Ri ₂ de l'autre pôle magnétique P ₁₂ de cette première structure magnétisante SMi et, d'autre part, de sens opposé à la résultante d'induction magnétique Ri ₂ dudit pôle magnétique P ₁₂ . Cela s'applique aux autres structures magnétisantes SM ₂ et SM ₃ . Ainsi, pour chaque paire de pôles magnétiques P ₂₁ , P ₂₂ ; P ₂₃ , P ₂₄ ; P ₃ i, P ₃₂ d'une même structure magnétisante et située dans une même paire d'entrefers Ei, E ₂ , les résultantes d'induction R ₂ i, R ₂₂ ; R ₂₃ , R ₂₄ ; R31 , R ₃₂ sont parallèles entre elles et à l'axe longitudinal L et de sens opposé. De ce fait, en référence au premier mode de réalisation, en orientant les sens de magnétisation ou résultantes d'induction magnétique Ru, R ₂ i, R ₂₃ , R ₃ i des pôles magnétiques Pu, P ₂₁ , P ₂₃ , P ₃ i situés sur un même côté de l'appareil thermique 1 dans un sens et celui Ri ₂ , R ₂₂ , R ₂₄ , R ₃₂ des pôles magnétiques opposés P ₁₂ , P ₂₂ , P ₂₄ , P ₃₂ situés de l'autre côté de l'appareil thermique 1 dans le sens contraire, tel que cela ressort plus particulièrement à la figure 2, le flux d'induction magnétique induit par l'arrangement magnétique forme une seule boucle B fermée dans l'appareil 1. En référence à la figure 2, le flux magnétique circule dans l'appareil thermique 1 :

du pôle magnétique Pu de la première structure magnétisante SMi au premier pôle magnétique P ₂₁ de la deuxième structure magnétisante SM ₂ , en traversant un des entrefers Ei et le support Si, puis

- par l'intermédiaire de la base 7 en matière ferromagnétique de la deuxième structure magnétisante SM ₂ , du premier pôle magnétique P ₂₁ au second pôle magnétique P ₂₃ , puis

du second pôle magnétique P ₂₃ au pôle magnétique P ₃ i de la troisième structure magnétisante SM ₃ , en traversant un des entrefers E ₂ et le support S ₂ , puis

par l'intermédiaire de la base 8 en matière ferromagnétique de la troisième structure magnétisante SM ₃ , du pôle magnétique P ₃ i au pôle magnétique P ₃₂ , puis

du pôle magnétique P ₃₂ de la troisième structure magnétisant SM ₃ au second pôle magnétique P ₂₄ de la deuxième structure magnétisante SM ₂ en traversant l'autre entrefer E ₂ et le support S ₂ , puis

du second pôle magnétique P ₂₄ de la deuxième structure magnétisante SM ₂ au premier pôle magnétique P ₂₂ de la deuxième structure magnétisante SM ₂ par l'intermédiaire de la base 7 en matière ferromagnétique, puis

- du premier pôle magnétique P ₂₂ de la deuxième structure magnétisante SM ₂ au pôle magnétique P ₁₂ de la première structure magnétisante SMi en traversant l'autre entrefer Ei et le support Si, puis

par l'intermédiaire de la base 6 en matière ferromagnétique de la première structure magnétisante SMi, du pôle magnétique P ₁₂ au pôle magnétique Pu.

En référence à la variante de ce mode de réalisation illustrée dans la figure 3, dans laquelle le générateur thermique 10 se démarque uniquement par une orientation différente des sens d'aimantation ou résultantes d'induction magnétique de certains pôles magnétiques, l'on obtient deux boucles magnétiques Bi et B ₂ . Dans cette variante, les résultantes d'induction magnétique R ₂₃ et R ₂₄ des seconds pôles magnétiques P ₂₃ et P ₂₄ de la deuxième structure magnétisante SM ₂ sont orientées dans le sens inverse aux résultantes d'induction magnétique R21 et R22 des premiers pôles magnétiques P21 et P22 de la deuxième structure magnétisante SM2. Les résultantes d'induction magnétique Ru et R12 des pôles magnétiques Pu et P ₁₂ de la première structure magnétisante SMi sont orientées dans le même sens que les résultantes d'induction magnétique R21 et R22 des premiers pôles magnétiques P ₂₁ et P22 de la deuxième structure magnétisante SM2 avec lesquels ils coopèrent pour former la première paire d'entrefers Ei. L'on obtient ainsi la première boucle magnétique Bi. De la même manière, les résultantes d'induction magnétique R31 et R32 des pôles magnétiques P31 et P32 de la troisième structure magnétisante SM3 sont orientées dans le même sens que les résultantes d'induction magnétique R23 et R24 des seconds pôles magnétiques P23 et P24 de la deuxième structure magnétisante SM2 avec lesquels ils coopèrent pour former la seconde paire d'entrefers E2. L'on obtient ainsi la seconde boucle magnétique B2. En référence à la figure 3, le flux magnétique circule dans l'appareil thermique 10, dans la première boucle Bi :

- du pôle magnétique Pu de la première structure magnétisante SMi au premier pôle magnétique P ₂₁ de la deuxième structure magnétisante SM2, en traversant un des entrefers Ei et le support Si, puis

par l'intermédiaire de la base 7 en matière ferromagnétique de la deuxième structure magnétisante SM2, du premier pôle magnétique P ₂₁ au premier pôle magnétique P22, puis

du premier pôle magnétique P22 au pôle magnétique P ₁₂ de la première structure magnétisante SMi, en traversant l'autre entrefer Ei et le support Si, puis par l'intermédiaire de la base 6 en matière ferromagnétique de la première structure magnétisante SMi, du pôle magnétique P ₁₂ au pôle magnétique Pu.

De la même manière, en référence à la figure 3, le flux magnétique circule dans l'appareil thermique 10, simultanément dans la seconde boucle B2 :

du pôle magnétique P31 de la troisième structure magnétisante SM3 au second pôle magnétique P23 de la deuxième structure magnétisante SM2, en traversant un des entrefers E2 et le support S ₂ , puis par l'intermédiaire de la base 7 en matière ferromagnétique de la deuxième structure magnétisante SM ₂ , du second pôle magnétique P ₂₃ au second pôle magnétique P ₂₄ , puis

du second pôle magnétique P ₂₄ au pôle magnétique P ₃₂ de la troisième structure magnétisante SM ₃ , en traversant l'autre entrefer E ₂ et le support S ₂ , puis par l'intermédiaire de la base 8 en matière ferromagnétique de la troisième structure magnétisante SM ₃ , du pôle magnétique P ₃₂ au pôle magnétique P ₃ i.

Dans les deux modes de réalisation, les supports Si, S ₂ et les structures magnétisantes SMi, SM ₂ , SM ₃ sont montés autour de l'axe longitudinal L de l'appareil thermique 1 selon un mouvement rotatif relatif des uns par rapport aux autres de sorte que les éléments magnétocaloriques 2 puissent entrer et sortir alternativement des entrefers Ei, E ₂ .

De préférence, afin de simplifier la construction mécanique et les écoulements fluidiques, les supports Si et S ₂ sont fixes et les structures magnétisantes SMi, SM ₂ , SM ₃ sont mises en rotation par rapport à l'axe longitudinal L par tout moyen d'entraînement adapté. A cet effet, la position relative des structures magnétisantes SMi, SM ₂ , SM ₃ entre-elles est maintenue fixe, soit rigidement, soit par attraction magnétique entre elles, par exemple. Dans ce dernier cas, au moins une des structures magnétisantes SMi est montée rigidement sur l'axe longitudinal L qui l'entraîne selon un mouvement de rotation et les autres structures magnétisantes SM ₂ , SM ₃ sont montées libres en rotation sur l'axe longitudinal L et entraînées en rotation par l'attraction magnétique de la structure magnétisante SMi qui se meut.

Bien que les éléments magnétocaloriques 2 représentés dans les dessins annexés présentent la forme de parallélépipèdes rectangles, cette configuration n'est pas limitative, et d'autres formes peuvent être envisageables. Ainsi, à tire d'exemple, les éléments magnétocaloriques peuvent être sous la forme de blocs, poreux ou comportant des canaux de circulation, dont la base est trapézoïdale ou comporte des faces latérales qui ne sont pas parallèles entre elles.

Les supports Si, S ₂ comportant les éléments magnétocaloriques 2 sont de préférence identiques géométriquement.

La présente invention se démarque de celles divulguées dans les demandes susvisées par le positionnement particulier des structures magnétisantes SMi, SM ₂ , SM ₃ entre elles et/ou par le positionnement des supports Si et S ₂ entre eux. En effet, un décalage angulaire est réalisé, qui permet d'obtenir une induction magnétique de préférence identique, mais décalée ou déphasée entre les entrefers Ei, E ₂ au moins partiellement superposés. De cette manière, une compensation magnétique apparaît entre les efforts magnétiques nécessaires pour réaliser un déplacement continu des structures magnétisantes SMi, SM ₂ , SM ₃ par rapport aux supports Si, S ₂ desdits éléments magnétocaloriques 2, ou inversement.

Ainsi, en référence aux figures 1 à 3 qui représentent un appareil thermique 1, 10 magnétocalorique selon un premier mode de réalisation de l'invention, la première et la troisième structures magnétisantes SMi, SM ₃ sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre d'un angle a. Les figures 4A, 4B, 5 et 6 représentent quant à elles un appareil thermique 100, 110 réalisé selon un second mode, dans lequel ce sont les supports Siet S ₂ qui sont décalés angulairement entre eux d'un angle β.

Cet angle de décalage a des structures magnétisantes SMi et SM ₃ dans les figures 1 à 3 correspond dans cet exemple à la moitié de l'angle Θ entre deux éléments magnétocaloriques 2 consécutifs, ces derniers étant disposés radialement autour de l'axe longitudinal L. Les éléments magnétocaloriques 2 peuvent également être orientés ou disposés de manière non radiale sur leur support Si, S ₂ . Une telle configuration n'est pas représentée.

De préférence, les éléments magnétocaloriques 2 sont disposés dans une zone annulaire en forme de couronne C des supports Si et S ₂ . Cette couronne C est délimitée par un cercle interne 3 et un cercle externe 4 qui est concentrique au cercle interne 3. Dans les exemples représentés, les deux faces opposées les plus éloignées desdits éléments magnétocaloriques 2 sont tangentes chacune à un des cercles concentriques 3 et 4 et les axes médians longitudinaux de deux éléments magnétocaloriques adjacents 2 forment entre eux un angle Θ égal à 360/N degrés, N étant le nombre d'éléments magnétocaloriques 2 portés par un support Si, S ₂ . En outre, l'angle de décalage a des structures magnétisantes SMi et SM ₃ est de préférence inférieur à l'angle Θ entre deux éléments magnétocaloriques 2 adjacents.

En outre, pour aider encore à la rotation continue des différents éléments en mouvement dans l'appareil thermique 1, 10 selon l'invention, il peut être prévu d'orienter les différents éléments magnétocaloriques 2 par rapport aux faces latérales des pôles magnétiques de telle sorte que l'entrée des éléments magnétocaloriques 2 dans les champs magnétiques des entrefers Ei, E ₂ est réalisée progressivement, par un coin ou une extrémité angulaire des éléments magnétocaloriques 2, et en particulier par une arête 5 appartenant à une des faces extrémales F les plus éloignées des éléments magnétocaloriques 2, à savoir la face tangente au cercle interne 3. Cela permet d'obtenir une entrée progressive des éléments magnétocaloriques 2 dans le champ magnétique, et donc de favoriser un déplacement continu des structures magnétisantes SMi, SM ₂ , SM ₃ par rapport aux supports Si et S ₂ d'éléments magnétocaloriques 2. Une telle configuration peut également être transposée dans le second mode de réalisation dans lequel les supports Si et S ₂ sont décalés angulairement.

Dans ce premier mode de réalisation, illustré aux figures 1, 2 et 3, les pôles magnétiques P ₂₁ , P ₂₂ de la deuxième structure magnétisante SM ₂ qui coopèrent avec la première structure magnétisante SMi sont décalés angulairement d'un angle a qui correspond à l'angle de décalage a avec les pôles magnétiques P ₂₃ , P ₂₄ de la deuxième structure magnétisante SM ₂ qui coopèrent avec la troisième structure magnétisante SM ₃ . Il en résulte que les inductions magnétiques dans les entrefers Ei, E ₂ sont également décalées d'un angle de déphasage égal à l'angle a.

Dans une telle configuration, l'effort de pénétration dans le champ est limité car l'effort d'attraction du support S ₂ dans le champ magnétique des entrefers E ₂ n'a pas lieu en même temps que l'effort de l'attraction du support Si dans le champ magnétique des entrefers Ei. Par pénétrations successives des éléments magnétocaloriques 2 du support Si dans le champ magnétique des entrefers Ei et des éléments magnétocaloriques 2 du support S ₂ dans le champ magnétique des entrefers E2, l'effort magnétique devient alors continu et quasi constant.

Dans cette configuration, les pôles magnétiques des trois structures magnétisantes SMi, SM ₂ , SM ₃ s'étendent sur un secteur angulaire identique, mais décalé angulairement pour certains desdits pôles magnétiques. Les figures 4A, 4B, 5 et 6 représentent le second mode de réalisation dans lequel l'appareil thermique 100, 110 comporte deux paires d'entrefers Ei, E ₂ parallèles dans lesquels les supports Si et S ₂ sont disposés avec un décalage angulaire β entre eux. Plus exactement, les éléments magnétocaloriques 2 des deux supports Si et S ₂ , strictement alignés longitudinalement entre eux dans la variante de réalisation précédente et parfaitement superposés, sont dans cette variante légèrement décalés longitudinalement dudit angle β et partiellement superposés pour générer une continuité de matériau magnétocalorique entre les deux supports Si et S ₂ . La figure 4B représente à cet effet uniquement le positionnement des deux supports Si et S ₂ l'un par rapport à l'autre, superposés et décalés d'un angle β. Pour faciliter la compréhension, les éléments magnétocaloriques 2 du support Si sont représentés avec des hachures, ces dernières pouvant notamment illustrer les canaux de circulation du fluide caloporteur à travers lesdits éléments magnétocaloriques 2, alors que les éléments magnétocaloriques 2 du support S ₂ ne comportent pas de hachures. Cette configuration représente un cas particulier dans lequel l'angle de décalage β est égal à la moitié de l'angle Θ entre les deux axes médians longitudinaux de deux éléments magnétocaloriques 2 adjacents d'un support Si, S ₂ . Le plan de coupe des figures 5 et 6 passant par l'axe longitudinal L coupe des éléments magnétocaloriques 2 du support Si montés dans les premiers entrefers Ei mais pas les éléments magnétocaloriques 2 du support S ₂ montés dans les seconds entrefers E ₂ . Cela est dû au décalage angulaire β entre les deux supports Si et S ₂ . Les structures magnétisantes SMi, SM ₂ , SM ₃ peuvent être les mêmes que celles décrites dans le premier mode de réalisation des figures 1 à 3, à la différence que les pôles magnétiques Pu, P ₁₂ ; P ₂₁ , P _{22 ;} P23, P24 ; P31, P32 sont tous alignés entre eux longitudinalement, sans décalage angulaire, comme représenté dans les figures 4A, 4B, 5 et 6. La circulation du flux magnétique dans l'appareil thermique 100 des figures 4A, 4B et 5 est identique à celle décrite en relation avec l'appareil thermique 1 des figures 1 et 2, sans toutefois de décalage angulaire entre les pôles magnétiques. De la même manière, la circulation du flux magnétique dans l'appareil thermique 110 de la figure 6 est identique à celle décrite en relation avec l'appareil thermique 10 de la figure 3, sans toutefois de décalage angulaire entre les pôles magnétiques. Ainsi, les cycles magnétiques subis par les éléments magnétocaloriques 2 dans les entrefers Ei et E ₂ sont décalés d'un angle de déphasage égal à l'angle de décalage β, ce qui permet de réaliser une compensation magnétique entre les forces d'attraction/répulsion qui apparaissent dans les entrefers Ei et E ₂ entre les éléments magnétocaloriques 2 et les pôles magnétiques Pu, P ₁₂ ; P ₂₁ , P _{22 ;} P23, P24 ; P31 , P32 des structures magnétisantes SMi, SM ₂ , SM3. Il en résulte un lissage du déplacement des structures magnétiques par rapport aux supports Si et S ₂ . En d'autres termes, il y a un flux continu de matière magnétocalorique qui pénètre dans le champ magnétique et l'effort magnétique d'attraction est alors quasi constant et n'entraîne pratiquement aucun à- coup dans le déplacement des structures magnétisantes.

Dans les appareils thermiques 1, 10, 100, 110 décrits, un cycle magnétique comporte deux phases de magnétisation, correspondant, pour les éléments magnétocaloriques 2, à une position entre deux pôles magnétiques Pu, P ₂₁ ; P ₁₂ , P ₂₂ ; P23, P31 ; P24, P32, et deux phases de démagnétisation correspondant, pour les éléments magnétocaloriques 2, à une position en dehors desdits pôles. De ce fait, au cours d'une révolution complète de l'arrangement magnétique autour de l'axe longitudinal L, chaque élément magnétocalorique 2 expérimente deux cycles magnétocaloriques successifs comportant deux magnétisations et deux démagnétisations.

Dans les exemples d'appareils thermiques 100, 110 représentés dans les figures 4A, 4B, 5 et 6, l'angle de décalage β entre les deux supports Si et S ₂ correspond à la moitié de l'angle Θ entre deux éléments magnétocaloriques 2 adjacents. En outre, comme déjà décrit plus haut, pour améliorer la rotation continue de l'arrangement magnétique, les pôles magnétiques Pu, P ₁₂ , P ₂₁ , P ₂₂ , P ₂₃ , P ₂₄ , P ₃ i, P ₃₂ présentent la forme de portions d'anneaux s'étendant sur des secteurs angulaires, dont l'angle est déterminé pour former les deux phases de magnétisation et les deux phases de démagnétisation sur une révolution complète de l'arrangement magnétique. La disposition radiale des pôles magnétiques et la disposition radiale des éléments magnétocaloriques 2 impliquent que l'entrée des éléments magnétocaloriques 2 dans le champ magnétique desdits pôles magnétiques Pu, P ₁₂ , P ₂₁ , P ₂₂ , P ₂₃ , P ₂₄ , P ₃₁ , P ₃₂ débute par une arête, dite arête d'entrée 5, appartenant à l'une des deux faces extrémales F des éléments magnétocaloriques 2. Dans les modes de réalisation décrits, c'est l'arête d'entrée de la face extrémale située sur le cercle interne 3 de la couronne C qui est la première à rentrer dans le champ magnétique. L'invention n'est pas limitée à la configuration telle qu'illustrée des pôles magnétiques Pu, P ₁₂ , P ₂₁ , P _{22 ;} P ₂₃ , P ₂₄ , P ₃₁ , P ₃₂ et des supports Si, S ₂ . Ainsi, les pôles magnétiques qui sont représentés comme comportant trois aimants permanents peuvent comporter un nombre différent d'aimants permanents, un seul par exemple avec des formes différentes. De même, la forme des pôles magnétiques peut être différente de celle illustrée, et adaptée à la forme et au volume des entrefers Ei, E ₂ dicté par la forme des supports Si, S ₂ et des éléments magnétocaloriques 2 devant être soumis au champ magnétique des entrefers Ei, E ₂ , ainsi qu'à l'intensité de ce champ magnétique. Les moyens de mise en circulation du fluide caloporteur ne sont pas représentés. Ils peuvent être sous forme de pistons ou membranes entraînés mécaniquement par une came elle-même entraînée en rotation.

Possibilités d'application industrielle : II ressort clairement de cette description que l'invention permet d'atteindre les buts fixés, à savoir proposer un appareil thermique magnétocalorique ayant une vitesse de rotation la plus constante et la plus stable possible, dont le niveau sonore est faible, la durée de vie accrue et dont la réalisation est structurellement simple. L'invention permet ainsi d'éviter le surdimensionnement du moteur nécessaire dans le cas de grandes variations de couple associées aux variations d'efforts magnétiques et permet d'augmenter le rendement moyen dudit moteur et donc dudit appareil, étant donné qu'un moteur consomme plus dans sa plage de couple élevée.

Un tel appareil peut notamment trouver une application aussi bien industrielle que domestique lorsqu'il est intégré dans un appareil thermique magnétocalorique destiné à être exploité dans le domaine du refroidissement, de la climatisation, du tempérage, du chauffage ou autres, à des coûts compétitifs et avec un faible encombrement.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier.