Brevet FR2245874A1 — publié le 19750425

La présente invention concerne un dispositif magnétique, en particulier pour-un rotor en forme de cylindre creux, dispositif qui contient des aimants annulaires permanents à direction d'aimantation radiale montés sur le rotor, ainsi que des aimants annulaires aimantés ou aimantables ra axialement, disposés sur le stator pour le logement radial du rotor. Etat de la technique Un dispositif magnétique de ce genre est connu d'après la revue "Philip's Technische Rundschautt 1960/61, NO 7, pages 252 et suivantes. Dans ce dispositif, il est prévu des aimants annulaires permanents montés sur un arbre pour son logement sans contact. Ces aimants annulaires sont aimantés radialement et les aimants annulaires juxtaposés en direction axiale présentent des directions d'aimantation oppo sées. A ces aimants sont associés, sur la partie fixe (stator) du dispositif entourant l'arbre, d'autres aimants annulaires aimantés radialement, qui leur font vis-à-vis et sont alternativement aimantés radialement en direction opposée.Dans l'entrefer subsistant entre les anneaux intérieurs et extérieurs précités agissent de ce fait des forces magnétiques de répulsion, qui maintiennent ltarbre de façon stable dans sa position concentrique au stator. Celà ntest valable toutefois que pour la direction radiale. Lors d'une déviation axiale de ltarbre se produisent des forces tendant a accentuer cette deviation, de sorte que l'équilibre régnant en direction axiale n'est qu'instable. Pour stabiliser axialement 1 r arbre, on a donc proposé de monter S ses deux extrémités des disques magnétiques aimantés axialement, avec lesquels coopèrent des enroulements, leur faisant vis-a-vis sur le stator et parcourus par un courant.Par une commande des courants dans les enroulements en fonction de la position axiale de l'arbre, on a pu stabiliser l'arbre, également en direction axiale, a l'aide du servo-circuit électromagnétique agencé de cette manière. Ce mode de stabilisation en direction axiale est néanmoins très- compliqu8 dans son application a un rotor cylindrique creux, notasment en " son de la nécessité de transformer le disque magnétique en un anneau aimanté axialement, ce qui pourrait entraîner la formation de forces magnétiques dirigées radialement s'ajou- tant aux forces magnétiques axiales indispensables. Un tel dispositif ne peut pas etre utilisé pour le logement d'une broche cylindrique creuse, ne serait-ce que pour des motifs d'encombrement. Problème et solution Le problème que l'invention se propose de résoudre est donc celui d'éliminer les inconvénients précités et de réaliser un dispositif de construction simple pour le logement magnétique, en particulier d'un rotor en cylindre creux. Ce problème est résolu suivant l'invention et les caractéristiques de la première revendication par un disposés tif magnétique qui contient des aimants annulaires permanents à direction d'aimantation radiale montés sur le rotor, ainsi que des aimants annulaires aimantés ou aimantables radialement montés sur le stator pour le logement radial du rotor et qui est caractérisé en ce que de préférence entre les aimants annulaires précités montés aux deux extrémités du rotor, est disposé au moins un autre aimant annulaire permanent aimanté radialement, auquel fait vis-S-vis sur le stator un enroulement annulaire parcouru par un courant en vue de la production de forces axiales sur le rotor. Avantages Le dispositif conforme à l'invention assure avantageusement, moyennant une dépense minimale, outre la stabilisation radiale connue d'un rotor monté sur aimants, la stabilisation axiale suivant le principe d'un induit plongeur. S'il est constitué par un cylindre creux, le rotor peut posséder une épaisseur de paroi et, par suite, un moment d'inertie, extremement faibles, car le volume des aimants que nécessite la stabilisation axiale peut être réparti en direction axiale. En raison de la linéarité de la relation force/course, la stabilisation axiale ne demande que de très petites quantités d'énergie.En effet, le rotor est normalement maintenu en direction axiale, au moyen des aimants annulaires de logement radial, en une position d'équilibre bien qu'instable, de sorte qu'un apport d'énergie n'est nécessaire pour ramener le rotor à cette position d'équilibre que s'il exécute des mouvements qui l'en écartent. Exemple de réalisation L'invention sera décrite de façon plus détaillée en référence à l'exemple de réalisation représenté dans la figure unique du dessin annexé, qui montre schématiquement un rotor 1, constitué par un cylindre creux disposé coaxialement à l'intérieur d'un stator 2. Aux deux extrémités du rotor sont prévus des groupes aimants annulaires permanents 4 et 6, dont ceux qui sont juxtaposés sont alternativement aimantés radialement en direction opposée. La direction d'aimantation est indiquée par-de petites flèches. Vis-d-vis des aimants annulaires précités sont disposés sur le stator, de préférence ferro-magnétique, des aimants annulaires 5, 7 ; les aimants annulaires se faisant vis-à-vis deux à deux doivent posséder une direction d'aimantation opposée.Les aimants annulaires 4, 6 sont montés sur un tube cylindrique 8, qui est formé, de préférence, dTun matériau ferro-magnétique et sert ainsi à la fermeture du circuit magnétique des aimants annulaires precités. Les aimants annulaires 4, 6, ainsi que 5, 7, sont à chaque fois en nombre pair, ce qui réduit à un minimum le flux de dispersion magnétique. Sur le rotor 2 sont prévus de plus, entre les groupes d'aimants annulaires 4, 6, des aimants annulaires permanents radiaux 10, distants les uns des autres d'une certaine quantité en direction axiale.Ces aimants annulaires sont également aimantés alternativement en direction opposée, de sorte qu'en raison de leur nombre pair (par exemple de quatre) le flux de dispersion peut être maintenu de nouveau très faible. Vis- & vis des aimants annulaires 10 sont disposes sur le stator des enroulements annulaires 12. Lorsque ces enroulements 12 sont parcourus par un courant, des forces s'exercent sur le rotor en direction axiale. Sur le stator 1, il est prévu en outre un détecteur 13, destiné à capter la position axiale du rotor. Ce détecteur est agencé, de préférence, en un élément à plaques de champ connu et se trouve exactement au milieu entre deux enroulements annulaires. Un déplacement du rotor à partir de la position normale représentee s'accompagne de ce fait de la production de signaux, qui sont utilisés, par l'in termLdiaire d'un régulateur 14, pour la mise en action des enroulements 12. Bien qu un seul détecteur de ce genre soit nécessaire, il est possible d'en utiliser plusieurs pour des motifs de redondance. Sur le rotor sont montés de plus des aimants permanents de polarité alternant en direction péri phérique qui, en coopération avec des enroulements de stator 16, assurent de manière connue, à la façon d'un moteur d courant continu sans balais, ltentralnement du rotor autour de son axe longitudinal. Cet entraînement peut servir ac-cessoi- rement au centrage du rotor.Il est prévu dans ce but pour le rotor des transmetteurs de position (non représentes), dont les signaux peuvent influencer les courants des enroule ment s 16 en fonction de la position momentanée du rotor, sur lequel peuvent être ainsi exercées également des forces en direction radiale. Sur sa surface externe cylindrique, le rotor est muni en outre d'une couche mince d'un matériau non aimantable et à surface lisse (par exemple de cuivre chromé) La surface interne du stator est munie elle aussi d'une couche mince d'un matériau de me-me nature, de sorte qu'en cas de dérangements dans le logement, par suite de sureharges de courte durée par exemple, aucune détérioration ne peut se produire, étant donné que le rotor glisse par rapport au stator sur les couches précitées.Si le matériau formant la couche du rotor possède de plus une bonne conductibilité élec- trique, les courants de Foucault induits lors de mouvements amortissent très avantageusement lesdits mouvements. Le mode de fonctionnement du dispositif sera exposé maintenant brièvement lorsque le régulateur 14 est hors dircuit et le courant à travers les enroulements 12 interrompu, le rotor à axe longitudinal vertical se déplace vers le bas de sa position normale représentée et vientecouper une position décalée de d.-Le rotor 2 repose sur l'épaulement annulaire 9 du stator. Si le régulateur est alors mis en circuit, le détecteur 13 engendre un signal qui, par l'1ntermé- diaire du régulateur 14, produit un courant relevant le rotor en raison des forces magnétiques dirigées vers le haut et agissant axialement. Au moment où le rotor atteint sa position neutre représentée, le signal du détecteur disparait.Etant donné que les aimants annulaires 4, 5 et 6, 7 se faisant visà-vis sont aimantés à l'opposé les uns des autres, le rotor se trouve en une poo+bqn d'équilibre instable, ce qui peut être aisément démontré. La consommation d'énergie est par con séquent extrêmement faible. I1 y a lieu de signaler aussi que la valeur absolue du signal du détecteur n'intervient pas dans la stabilisation axiale pour une déviation axiale déterminée, car le signal du détecteur est nul de toute façon pour la position normale. Des déviations radiales du rotor, qui donnent naissance à des signaux de. valeur différente du détecteur pour des déviations axiales égales, n'exercent donc pratiquement aucune influence sur la stabilisation axiale. Cette indépendance entre la stabilisation axiale et la stabilisation radiale permet de conférer au régulateur 14 une structure extrêmement simple, car des combinaisons de différentes composantes de mouvement n'ont pas à être prises en considération. Dans l'exemple de réalisation représenté, on a décrit un dispositif avec un rotor intérieur. Il entre dans le cadre de l'invention d'agencer le dispositif pour un stator intérieur entouré d'un rotor extérieur ; la stabilisation en direction radiale et axiale a lieu alors comme avec le dispositif décrit dans l'exemple de réalisation. REVENDICATIONS 1. Dispositif magnétique, en particulier pour un rotor en forme de cylindre creux, dispositif qui contient des aimants annulaires permanents à direction d'aimantation radiale montés sur le rotor, ainsi que des aimants annulaires aimantés ou aimantables radialement montés sur le stator pour le logement radial du rotor et qui est caractérisé en ce que de préférence entre les aimants annulaires précités montes aux deux extrémités du rotor, est disposé au moins un autre aimant annulaire permanent aimanté radialement, auquel fait vis-à-vis sur le stator un enroulement annulaire parcouru par un courant en vue de la production de forces axiales sur le rotor. 2. Dispositif magnétique selon la revendication 1, dans lequel les aimants annulaires juxtaposés sont aimantés alternativement en direction opposée et dans lequel les aimants annulaires se faisant vis-S-vis sur le rotor et le stator sont pareillement aimantés alternativement en direction opposée, caractérisé en ce qu'il est prévu sur le stator au moins un détecteur captant la position axiale du rotor, ainsi qu'un régulateur, par lequel les courants dans les enroulements peuvent être influencés en fonction des signaux du détecteur de façon que le rotor soit stabilisé en direction axiale. 3. Dispositif magnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les aimants annulaires du rotor sont montés sur un rotor cylindrique en un matériau ferro-magnétique. 4. Dispositif magnétique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'en cas d'utilisation de plusieurs aimants annulaires, il est prévu un nombre pair d'aimants annulaires pour la stabilisation tant radiale qu'axiale. 5. Dispositif magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aimants annulaires de stabilisation axiale sont disposés à une certaine distance axiale les uns des autres, les aimants annulaires voisins étant aimantés alternativement en direction opposée, et en ce que les enroulements voisins peu vent être parcourus alternativement par le courant en direction opposée, de façon que toutes les composantes de forces axiales soient de meme direction. 6. Dispositif magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est prévu sur le rotor des aimants permanents d'aimantation radiale et de polarité alternée en- direction périphérique, auxquels sont associés sur le stator des enroulements pour entraîner le rotor à la façon d'un moteur à courant continu sans balais. 7. Dispositif magnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface externe du rotor, ainsi que la surface interne du stator, sont munies d'une couche mince d'un matériau non magnétique à surface lisse. 8. Dispositif magnétique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau de la couche possède une bonne conductibilité électrique.