Brevet FR2123315A1 — publié le 19720908

la présente invention concerne un palier de butée magnétique pour compteurs d'électricité comportant deux aimants permanents cylindriques qui se font face avec des pôles de même signe et dont l'un est fixé à l'arbre et l'autre au châssis 5 d'un compteur d'électricité. De tels paliers servent à recevoir des forces axiales de dispositifs tournants et ont pour but de réduire le frottement total dans les paliers. La plupart des paliers magnétiques connus sont constitués par des aimants en forme de disque, anneau ou cylindre qui sont 10 aimantés de façon que des pôles de même signe ou de signe contraire se trouvent opposés les uns aux autres de manière à utiliser tantôt l'action de répulsion de pôles de même signe, tantôt l'action d'attraction de pôles de signe contraire, qui se font face, ou bien utilisent ces deux actions ensemble. 15 On connaît par exemple un palier à aimantation permanente dans lequel sont prévus deux aimants permanents annulaires qui se font face axialement de manière à se repousser et dont chacun présente au moins deux pôles concentriques annulaires. Ces paliers permettent d'obtenir des forces portantes suf-20 fisantes pour des forces radiales relativement faibles. Ils présentent cependant un diamètre relativement important de façon à être plutôt encombrants. Par conséquent, ils ne peuvent pas être montés dans tous les dispositifs compteurs. La place disponible dans de tels appareils pour le montagê 25 d'un tel palier est limitée. Lorsqu'il s'agit de recevoir des forces d'appui axiales importantes telles qu'elles se produisent par exemple dans le cas de compteurs de courant triphasé, le diamètre du palier devient relativement important en cas d'utilisation d'aimants en forme de disque ou de cylindre dans les-30 quels les pôles sont aimantés concentriquement sur les faces des aimants qui sont mutuellement opposés en laissant subsister entre eux un entrefer. Par manque de place il est souvent impossible de munir des compteurs d'électricité d'un type donné ultérieurement d'un 35 palier magnétique, sans modifier les dimensions du type de compteur concerné et notamment du cadre porteur du compteur. On connaît également déjà un palier magnétique qui présente de faibles dimensions, en particulier un faible diamètre des aimants. Dans ce palier chacun des deux aimants opposés, aiman 72 00509 ■ 2123315 tés axialement se trouve dans un pot en fer de façon que l'un des pôles de cet ensemble soit constitué par l'aimant lui-même et l'autre par le bord du pot en fer. Entre le pot en fer et l'aimant se trouve un petit entrefer qui est le plus souvent 5 rempli avec une matière non magnétique. L'aimant inférieur du palier est entouré par exemple d'un carter de palier qui peut être introduit d'en bas dans le cadre porteur horizontal de façon à pouvoir être réglé en hauteur. Dans ces paliers magnétiques il se produit cependant des 10 forces radiales relativement importantes qui produisent un effet défavorable, en ce qui concerne le frottement et l'usure, sur les paliers de centrage de l'arbre. Afin de maintenir les forces radiales faibles et d'éviter les inconvénients cités plus haut, il faut un travail de très haute précision qui rend la fabricant 5 tion coûteuse. Or, la présente invention a pour objet d'éviter ces inconvénients et crée un palier magnétique qui, pour des forces portantes élevées, présente de faibles dimensions, en particulier un faible diamètre des aimants de palier et dans lequel il ne se 20 produit que de faibles forces radiales en cas de déplacement latéral des aimants. Lorsqu'on arrive à réaliser des aimants de palier présentant un faible diamètre pour des forces portantes aussi élevées que pôssible et de faibles forces radiales, il en résulte notam-25 ment dans le cas d'aimants permanents obtenus par coulée ou frit-tage, en présence d'éventuels défauts d'homogénéité de l'aimantation, de très faibles moments de retenue qui ne produisent pas d'effets défavorables. Dans le cas d'un palier magnétique du type cité plus ha^t 30 ce résultat est obtenu conformément à la présente invention par le fait que les deux aimants cylindriques se faisant face avec des pSles de même signe sont aimantés de façon que l'un des pôles se trouve sur la face frontale et l'autre pôle sur la face périphérique de l'aimant, chacun des pôles magnétiques prévus sur les 35 aimants mutuellement opposés étant exposés directement à une matière non magnétique les unes sur les autres en des points culminants qui se trouvent sur un cercle dont le diamètre est supérieur à celui des aimants permanents. Dans ce mode d'aimantation particulier les lignes de force sortant du pôle nord, qui 72 00509 2123315 se trouve par exemple sur la face frontale du cylindre, s'étendent suivant un arc autour de l'aimant pour rentrer ensuite dans le pôle sud situé par exemple sur la face périphérique. Ce mode d'aimantation permet d'obtenir un aimant qui pour 5 un faible diamètre correspond cependant, quant à l'effet produit sensiblement à un aimant présentant un diamètre beaucoup plus grand et dans lequel les deux pôles sont aimantés concentrique-ment sur la face frontale de l'aimant. Suivant l'invention on adopte justement la solution contrai-10 re à celle des paliers magnétiques connus et on renonce à disposer les aimants de palier dans des pots en fer conduisant les lignes de force en direction de l'entrefer. En effet, il s'est avéré que dans de tels agencements d'aimants avec une faible distance polaire on obtient un champ dont l'allure présente une 15 pente raide. Etant donné que les paliers magnétiques, en utilisant des forces de répulsion, se trouvent radialement dans un état instable, il se produit dans le cas d'un champ dont l'allure présente une pente raide, des forces importantes en direction radiale qui soumettent les paliers de guidage à des charges exces-20 sivement élevées. Dans le mode d'aimantation proposé suivant l'invention on obtient, par contre, une répartition du champ magnétique à pente relativement faible, les points culminants mutuellement opposés des cercles des lignes de force de chaque groupe de deux 25 pôles étant situés à l'extérieur de la face périphérique des aimants, ce qui, quant à l'effet produit, équivaut à une distance polaire importante, c'est-à-dire que le diamètre du cercle formé par les points culminants opposés, agissant les uns sur les autres, des cercles des lignes de force est supérieur au diamètre 30 des aimants. Ainsi, on obtient pour un faible diamètre d'aimant, des forces portantes élevées et les forces agissant en direction radiale se trouvent réduites à un minimum. Il s'est avéré de manière surprenante que dans le palier proposé suivant l'invention il se produit, pour des forces por-35 tantes sensiblement égales, des forces radiales sensiblement réduites par rapport aux paliers connus comportant des éléments à aimantation permanente de même diamètre et une culasse en fer. En fonction des caractéristiques que l'on désire conférer au palier, le pôle situé sur la face périphérique de l'aimant 72 00509 2123315 peut être aimanté avec un décalage plus ou moins important vers le haut ou vers le bas. Le pôle aimanté sur la face périphérique de l'aimant doit être éloigné d'au moins1 mm de sa face frontale sur laquelle se 5 trouve 1'antipôle. Il s'agit seulement de prendre soin que les aires des pôles se trouvant sur la face frontale et la face périphérique soient sensiblement égales. La présente invention permet de créer tin palier magnétique qui, par suite de ses dimensions réduites et son aimantation 10 particulière, peut être introduit ultérieurement, avec son carter de palier, dans les types les plus divers de compteurs d'électricité, sans avoir à modifier les dimensions du type de compteur donné. Dans le palier proposé suivant l'invention l'aimant peraa-15 nent fixe est fixé avantageusement par exemple au châssis du compteur à l'intérieur d'une boîte en matière non magnétique* Dans la description suivante deux paliers magnétiques connus sont comparés, à l'aide des dessins et diagrammes annexés, à un exemple de réalisation du palier suivant la présente inven-20 tion. La fig. 1 représente un agencement de palier connu qui est constitué par un élément magnétique inférieur et un élément magnétique supérieur. L'élément magnétique inférieur est fixé au cadre porteur horizontal inférieur (non représenté) d'un compteur 25 d'électricité, et l'élément magnétique supérieur, est fixé à l'arbre de compteur qui n'est pas non plus représenté. Un palier proposé suivant l'invention et se trouvant à l'état monté est expliqué plus loin à l'aide de la fig. 10. Chaque élément magnétique du palier 1 est constitué par un 30 aimant permanent cylindrique 1 qui est aimanté en direction axiale* de façon à obtenir le pôle nord N sur une face frontale et le pôle sud S sur la face frontale opposée. L'aimant permanent cylindrique est disposé de telle façon dans un corps en forme de pot 2 réalisé en une matière magnétique douce qu'il 35 soit placé avec l'une de ses faces frontales contre le fond du pot et que sa face périphérique se trouve à une faible distance des parois latérales internes du corps en forme de pot. L'espace creux 3 ainsi formé est rempli avec une matière non magnétique, par exemple en y faisant couler un alliage d'étain. Les lignes 72 00509 2123315 de force du pôle de l'aimant placé contre le fond du pot s'étendent en direction de l'entrefer 4- de façon à obtenir deux pôles annulaires concentriques sur la face de chaque élément magnétique limitant l'entrefer. Dans l'exemple représenté, des pôles nord 5 se fond face intérieurement dans l'entrefer 4- et des pôles sud extérieurement de sorte que les deux éléments magnétiques se repoussent mutuellement. Les lignes de force magnétiques 24- sont très fortement concentrées dans l'entrefer 4. Elles agissent les unes sur les autres dans les points culminants nVn qui se trou-10 vent sur un cercle dont le diamètre Dy est inférieur au diamètre de l'aimant. La fig. 2 est vin diagramme dans lequel la force de répulsion F, exprimée en newtons, est représentée en fonction de la distance axiale réciproque 3-, exprimée en millimètres, des élé-15 ments magnétiques du palier I. Comme on le sait, la force de répulsion décroît avec l'accroissement de la distance axiale des aimants. La mesure dans laquelle ce décroissement se produit est représentée par la courbe. Au diagramme de la fig. 3 la force radiale î"r, mesurée pour 20 le palier I et exprimée en newtons, est représentée en fonction du déplacement latéral réciproque S exprimé en millimètres. La courbe présente une pente relativement raide, c'est-à-dire que déjà pour un faible déplacement latéral une force radiale importante s'exerce sur les paliers de guidage. 25 La fig. 4- représente l'agencement de palier II suivant l'invention. Ici le palier est constitué par les deux aimants de palier cylindriques 5 et 6 qui se font face en laissant subsister entre eux un entrefer 4-, Les deux aimants de palier sont aimantés de façon que le pôle nord H se trouve sur les faces 30 frontales opposées 7 et le pôle sud S sur la face périphérique 8 des aimants. Ceux-ci peuvent naturellement aussi être aimantés de façon que le pôle sud se trouve sur la face frontale et le pôle nord sur la face périphérique. L'essentiel est que les deux aimants se trouvent face à face avec des pôles de même signe. La 35 position des pôles est marquée par un trait plus épais. Suivant les caractéristiques que l'on désire donner au palier, le pôle se trouvant sur la face périphérique de l'aimant peut être aimantée avec un décalage plus ou moins important vers le haut ou vers le bas. Il est cependant essentiel que les aires des pôles 72 00509 2123315 situées sur la face frontale et la face périphérique soient sensiblement égales. La distance a entre le pôle aimanté sur la face périphique de l'aimant et 1'antipôle situé sur la face frontale doit être de 1 mm au moins. 5 Dans cette forme de réalisation suivant la présente inven tion les lignes de force 25 s'étendent du pôle nord au pôle sud de façon que leurs points culminants "V" se trouvent sur un cercle qui présente un diamètre Dy supérieur au diamètre des aimants 5. 10 La fig. 5 est un diagramme analogue à celui de la fig. 2 mais concerne l'agencement de palier II de la fig. 4. La fig. 6 est un diagramme analogue à celui de la fig. 5 mais concerne l'agencement de palier II de la fig. 4. Le diamètre extérieur des aimants prévus dans l'agencement 15 de palier II est égal au diamètre extérieur des éléments magnétiques de l'agencement de palier I. Les agencements de palier I et II pour lesquels les valeurs représentées ont été déterminées présentent un diamètre extérieur de 9 mm environ et un diamètre intérieur de 3 mm environ. 20 En comparant la courbe de la fig. 2 avec celle de la fig. 5, on observe que ces courbes présentent sensiblement la môme allure ce qui signifie que ces deux agencements de palier présentent à peu près les mêmes forces de répulsion ou portantes en fonction de l'entrefer. Par contre, une comparaison des fig. 3 et 6 per-25 met de constater que dans le cas de l'agencement de palier II suivant l'invention, la force radiale se produisant en cas de déplacement latéral des deux aimants l'un par rapport à l'autre est beaucoup plus faible que dans le cas de l'agencement de palier I. 30 A cet égard il convient de noter que les forces radiales ont été* déterminées pour une longueur d'entrefer de 1 mm environ. La fig. 7 représente un agencement de palier connu III dans lequel deux aimants permanents annulaires 9 et 10 se font face en laissant subsister entre eux un entrefer 4. Chacun des deux 35 aimants présente deux pôles annulaires concentriques sur sa face 11 tournée vers l'entrefer. Les pôles sont indiqués par les lettres H et S. La figure montre que les deux aimants se font face avec des pôles annulaires de même signe. Cet agencement de palier présente un plus grand diamètre extérieur. Les mesures 72 00509 7 2123315 ont été effectuées pour un agencement de palier dans lequel chaque aimant présentait un diamètre extérieur de 15 mm. Comme représenté à la figure, les lignes de force 26 s'étendent à l'intérieur de l'entrefer à partir du pôle nord 5 d'un aimant au pôle sud du même aimant. Les points culminants "V" des lignes de force situés sur un cercle et agissant les ■uns sur les autres présentent Tin diamètre Dy inférieur au diamètre Djj de chaque aimant 9. En comparaison de l'agencement de palier suivant la fig. 1 10 le diamètre du cercle sur lequel se trouvent les points culminants est sensiblement plus grand dans la fig. 7 que dans la fig. 1. La force de répulsion mesurée pour l'agencement de palier III en fonction de la distance axiale réciproque est représen-15 tée au diagramme de la fig. 8 et la force radiale en fonction du déplacement latéral est représentée à la fig. 9. Comme le montre la fig. 9, dans l'agencement du palier III les forces radiales produites se trouvent dans des limites acceptables. Elles correspondent sensiblement à celles se produi-20 sant dans l'agencement de palier II. Il faut cependant tenir compte du fait que dans l'agencement de palier III les aimants présentent un plus grand diamètre que dans les agencements de palier 1 et 2 et que par suite de leur encombrement ils ne peuvent pas être montés dans tous les types de compteurs existants. 25 Cette comparaison montre que dans l'agencement de palier proposé suivant l'invention (fig. 4 à 6) on obtient les mêmes forces portantes que dans le câs de l'agencement de palier connu I (fig* 1 à 3) dans lequel les aimants de palier sont disposés dans un corps en forme de pot, ce qui entraîne une dépense sup-30 plémentaire et par conséquent un coût de fabrication accru. Néanmoins, dans l'agencement de palier suivant l'invention il se produit, pour un même diamètre, des forces radiales sensiblement réduites par rapport à l'agencement de palier I de la fig. 1. 35 La présente invention permet, tout en mettant à profit les avantages des paliers connus, d'éviter leurs inconvénients comme par exemple d'importantes forces radiales et de fortes dimensions. La fig. 10 représente un palier inférieur 12 d'un compteur 40 d'électricité. Le palier magnétique proprement dit est constitué 72 00509 2123315 par un aimant de palier supérieur 13 fixé directement à l'extrémité inférieure de l'arbre rotorique 14 et par l'aimant de palier inférieur 15 monté fixe dans le support de palier 16 réalisé en une matière non magnétique. L'arbre rotorique 14 porte le disque 5 rotorique 17 et est supporté dans un palier supérieur (non représenté) de façon à être protégé contre le risque de déplacement radial* Le support de palier 16 est monté, réglable en hauteur, dans la partie horizontale 18, représentée seulement en partie, du cadre porteur et peut être serré au moyen d'une vis de régla-10 ge 19* A l'intérieur du support de palier 16 se trouve l'aiguille de support 20 dont l'extrémité inférieure est fixée dans le support de palier. A l'intérieur de l'aimant 13 est placée une bague de guidage 21 qui peut être réalisée de manière connue en une matière synthétique, du graphite ou analogues et dans laquel-15 le s'engage l'aiguille de guidage 20. En outre, l'arbre rotorique est muni d'un alésage 22 dans lequel pénètre l'extrémité supérieure de l'aiguille de support, la longueur de l'alésage étant choisie de façon qu'il serve de butée permettant aux déplacements axiaux de l'arbre rotorique d'être maintenus dans certaines limi-20 tes. Le support de palier 16 présente un prolongement tubulaire 23 qui entoure partiellement l'aimant supérieur 13. Ce prolongement sert de butée permettant d'éviter des déplacements latéraux pouvant être provoqués par des chocs agissant de l'extérieur. Suivant l'invention les deux aimants de palier sont aimantés de 25 façon que l'un des pôles se trouve sur leurs faces frontales limitant l'entrefer et l'autre pôle se trouve sur leurs faces périphiques. Dans l'exemple de réalisation représenté le pôle nord, désigné par N, se trouve sur les faces frontales opposées des deux aimants 13 et 15, et le pôle sud, désigné par S, se 30 trouve sur les faces périphériques. H»es aimants permanents sont constitués par un mélange d'une poudre anisotrope d'un alliage appelé "alnico" dont l'intensité du champ coercitif s'élève à 1900 oersteds, et par un liant thermoplastique et sont fabriqués par moulage par compres-35 sion ou par injection sous l'action d'un champ magnétique direc-tif. Dans un palier magnétique construit conformément à la présente invention et qui s'est avéré satisfaisant, les deux aimants opposés présentent un diamètre extérieur de 9 mm, un diamètre intérieur de 3 mm environ et une longueur axiale de 5 mm 40 environ. 72 00509 9 2123315 REVENDICATIONS 1 - Palier de butée magnétique pour compteurs d'électricité comportant deux aimants permanents cylindriques qui se font face avec des pôles de même signe et dont l'un est fixé à l'arbre et l'autre au châssis d'un compteur d'électricité, caractérisé en 5 ce que les deux aimants permanents cylindriques se font face avec des pôles de même signe sont aimantés de façon que l'un des pôles se trouve sur la face frontale et l'autre pôle sur la face périphérique de l'aimant, chacun des pôles magnétiques prévus sur les aimants opposés étant exposés directement à une 10 matière non magnétique de sorte que les lignes de force sortant des aimants agissent les unes sur les autres en des points culminants qui se trouvent sur un cercle présentant un diamètre supérieur à celui des aimants permanents. 2 - Palier de butée magnétique suivant la revendication 1, 15 caractérisé en ce que les aires des pôles se trouvant sur la face frontale et la face périphérique sont sensiblement égales et en ce que, suivant les caractéristiques que l'on désire conférer au palier, le pôle situé sur la face périphérique est aimanté avec un décalage plus ou moins important vers le haut 20 ou vers le bas. 3 - Palier de butée magnétique suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la distance a entre le pôle aimanté situé sur la face périphérique de l'aimant et 1'antipôle situé sur la face frontale est au moins de 1 mm. 25 4- - Palier de butée magnétique suivant l'une des reven dications 1 à 3, caractérisé en ce que les aimants permanents sont obtenus à partir d'une matière pulvérulente anisotrope à aimantation permanente présentant une intensité de champ coerci-tif d'au moins 1 500 oersteds et d'un liant thermoplâstique ou 30 thermodurcissable et sont fabriqués par moulage par compression ou injection sous l'action d'un champ magnétique directif. 5 - Palier de butée magnétique suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un alliage anisotrope du type appelé "alnico" est utilisé en tant que matière à aimanta- 35 tion permanente. 6 - Palier de butée magnétique suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matière à aimantation permanente est constituée par un alliage de terres rares.