Brevet FR2260023A1 — publié le 19750829

La présente invention concerne un palier magnétique axial à rappel radial, c'est-à-dire un palier magnétique de type axial d'une conception telle qu'il provoque égaleJr;ent un rappel suivant des directions radiales, du rotor qui tourillonne sur lui. L'utilisation de paliers magnétiques est déjà connue depuis longtemps, en particulier pour des applications dans lesquelles on désire faire tourner un rotor, par exemple d'une ultracentrifugeuse, à une très grande vitesse et ou il est par conséquent indispensable d'éliminer complètement toute possibilité de contact, et donc de frottement mécanique. Néanmoins, la technique utilisée jusqu'à présent pour la réalisation de tels paliers magnétiques présente encore l'in- convénient de nécessiter pour obtenir un rappel efficace et donc un maintien rigoureux du rotor dans une position déterminée, la combinaison de deux types de paliers magnétiques complémentaires les paliers magnétiques de type 3,radial" et les paliers magnétiques de type "axial". Les paliers magnétiques du premier type, "radial assurent le maintien du rotor dans une position telle que son axe géométrique, c'est-à-dire son axe central d'inertie, se trouve confondu avec l'axe desdits paliers magnétiques radiaux qui constitue l'axe de rotation dudit rotor, tandis que les paliers magnétiques du second type, "axial", assurent, eux, le maintien dudit rotor dans une position telle qu'il recouvre un segment déterminé de la droite qui représente les trois axes confondus précédents, autrement dit, que ledit rotor occupe un emplacement axialement déterminé sur ladite droite. On a bien déjà proposé des paliers magnétiques "axiaux" censés engendrer également un rappel "radial" de l'arbre en plus de son rappel "axial" normal. Et on avait tenté d'obtenir ce résultat en prévoyant plusieurs saillies annulaires concentriques respectivement prévues d'une part, sur l'extrémité de l'arbre, et, d'autre part, sur la partie fixe du palier qui lui faisait face. Mais ces paliers magnétiques connus n'on jamais pu remplir cette fonction d'une façon vraiment satisfaisante du fait que la forme, qui n'a d'ailleurs jamais été définie avec précision, donnée à la section radiale desdites saillies annulaires et qui était approximativement triangulaire e présentait donc une extrsmité en pointe qui faisait face à lcextrémité également en pointe de la saillie correspondante située sur l'arbre Or, cette forme en pointe entrainait des problèmes de saturation liés à une baisse de la perméabilité magnétique du métal dans la zone extraie de ces pointes, et les lignes de force du champ magnétique ne se présentant alors plus perpendiculairement aux faces extérieures desdites saillies, il s'ensuivait une diminution de la raideur du rappel radial ainsi méme que des perturbations dans l'asservissement axial de la position de l'arbre. Or, la nécessité de recourir à l'utilisation simultanée de ces deux types de paliers magnétiques est, elle, un grave inconvénient du fait de la complexité et du coût de fabrication important qu'elle engendre. La présente invention a donc pour but de proposer un palier magnétique du type axial qui soit capable non seulement de maintenir le rotor dans une position axiale déterminée, mais encore de maintenir l'axe dudit rotor dans la bonne position (confondue avec l'axe dudit palier magnétique a ce qui est la fonction normalement attribuée à un palier magnétique de type radial) et ce, avec une raideur suffisante pour un maintien réel et efficace dudit arbre dans cette position. Ce but est atteint conformément à la présente invention gr ce à un palier magnétique de type axial placé face à l'extré- mité, et dans le prolongement, d'un rotor qui tourillonne sur lui, caractérisé en ce que la face dudit palier et la face dudit rotor qui sont en regard, sont respectivement creusées par une série de rainures circulaires situées chacune dans un plan perpendiculaire à l'axe dudit palier sur lequel elle est centrée, et dont les parois latérales sont constituées par des surfaces cylindriques de génératrices parallèles audit axe, chaque rainure circulaire de l'extrémité du rotor se trouvant exactement en face d'une rainure du palier lorsque ledit rotor se trouve dans sa position théorique idéale d'équilibre. Ainsi apparat t un premier avantage du palier magnétique de llinvention qui réside dans le fait qu'accomplissant, lui seul, les fonctions normales de deux paliers magnétiques complémentaires, un palier axial et un palier radial, il pourra avantageusement les remplacer, réalisant ainsi une énonomie tant sur le plan financier que sur celui de l'encombrement ou de la complexité. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront à la lecture de la description suivante donnée à titre indicatif mais non limitatif, d'un mode de réalisation du palier magnétique de l'invention, description faite en référence au dessin annexé sur lequel : - la figure 1 représente une vue schématique en coupe axiale partielle d'un palier magnétique selon la présente invention, - la figure 2 représente une vue schématique de dessus en coupe suivant la ligne II-II du palier magnétique de la figure 1. Comme on peut le voir sur la figure 1, le palier magnétique de la présente invention est destiné à entre placé à chacune des extrémités la et lb 4'un rotor 1. Chaque palier magnétique est constitué d'une façon classique par une partie fixe ou stator, 2, en matière magnétique, dans laquelle est encastrée une bobine magnétisante annulaire 3 centrée sur l'axe 7 du palier magnétique et reliée à une chaîne électronique d'asservissement d'un type connu et non représentée, destinée à commander et a faire varier le courant d'excitation parcou-rant lesdites bobines 3 en fonction des informations qu'elle reçoit et qui lui sont transmises par des détecteurs classiques et non représentés. Une caractéristique essentielle de l'invention réside dans une série de gorges ou rainures 4, 5 et 6 qui sont ménagées, c'est-à-dire creusées, dans la face 2a de la partie fixe ou stator 2 qui est située directement en regard de la face lc de l'extrémité la ou lb du rotor 1. Ces faces lc du rotor 1 et les faces 2a de la partie fixe ou stator 2 sont toutes sensiblement planes et situées cha cune dans un plan perpendiculaire à l'axe 7 du palier magnétique qui constitue l'axe théorique de rotation du rotor 1. Les gorges ou rainures 4 5 et 6 sont circulaires, c'està-dire annulaires et disposées concentriquement de façon à être centrées sur l'axe 7 du palier magnétique Ces gorges ou rainures 4,~5 et 6 sont de section carrée ou rectangulaire de telle sorte que leur profondeur soit égale à au moins deux fois la largeur de l'entrefer 8 qui sépare la face 2a de la partie fixe ou stator 2 de la face lc de l'extrémité correspondante la ou lb du rotor 1. Dans chacune des faces lc des extrémités la et lb du rotor 1 est ménagée, c'est-à-dire creusée, une série de gorges ou rainures 4', 5" et 6', respectivement 4", 5" et 6s', rigoureusement identiques aux gorges ou rainures 4, 5 et 6 de la partie fixe ou stator 2 et placées de telle façon que leurs faces latérales (qui sont, d'après ce qui précède constituées par des surfaces cylindriques de génératrices parallèles à l'axe ld du rotor 1, axe ld qui constitue leur axe de-révolution commun) se trouvent chacune rigoureusement dans le prolongement de l'une des faces latérales de la gorge correspondante de la partie fixe ou stator 2 lorsque ledit rotor 1 se trouve dans sa position théorique idéale d'équilibre, c'est-à-dire lorsque son axe de révolution ld se trouve confondu avec l'axe 7 du palier magnétique. On obtient ainsi l'effet recherché qui est la création d'un couple de rappel autour d'un axe géométrique de pivotement perpendiculaire å l'ake 7.du palier magnétique dans le cas où une légère nutation du rotor 1 (provoquée par une cause quelconque) entraSnerait un décentrage de l'axe ld dudit rotor 1 autour dudit axe géométrique perpendiculaire à l'axe 7, axe géométrique qui peut bien sûr entre quelconque parmi tous les axes répondant à cette définition.En effet, on multiplie par la présence de ces séries de gorges ou rainures correspondantes 4, 5 et 6, 4', 5' et 6', 411, 5 et 6" situées en regard les unes des autres le nombre des faces latérales parallèles à l'axe théorique de rotation 7, solidaires les unes de la partie fixe ou stator 2 et les autres du rotor 1, et situées dans le prolongement les unes des autres1 ce qui entraîne une amplification correspondante del'effet connu sous le nom d'"effet de bord" qui veut que de telles faces aient tendance à revenir se placer dans le prolongement les unes des autres si on les décale légèrement. Et il devient ainsi possible à l'aide de quelques gorges ou rainures, par exemple trois, d'obtenir un couple de rappel suffisant pour maintenir, c'est-à-dire ramener le rotor 1 dans une position radiale correcte, le nombre minimum des gorges ou rainures dépendant à la fois de la longueur du rotor 1, du rayon desdites gorges ou rainures, de la forme exacte de ces dernières et de la nature des-matériaux employés. Bien entendu, le mode de réalisation ci-dessus décrit peut subir un certain nombre de modifications sans pour cela sortir du cadre de l'invention délimité par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Palier magnétique de type axial placé face à l'extrémité, et dans le prolongement d'un rotor qui tourillonne sur lui, caractérisé en ce que la face dudit palier et la face dudit rotor qui sont en regard sont respectivement creusées par une série de rainures circulaires situées chacune dans un plan perpendiculaire à l'axe dudit palier sur lequel elle est centrée, et dont les parois latérales sont constituées par des surfaces cylindriques de génératrices parallèles audit axe, chaque rainure circulaire de l'ex- trémie du rotor se trouvant exactement en face d'une rainure du palier lorsque ledit rotor se trouve dans sa position théorique idéale d'équilibre. 2. Palier magnétique de type axial selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures circulaires dudit palier ainsi que les rainures correspondantes du rotor ont une profondeur égale à au moins deux fois la largeur de l'entrefer séparant ledit palier magnétique de l'extrémité dudit rotor. 3. Palier magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que toutes les rainures sont situées dans un mdme plan perpendiculaire à l'axe dudit palier magnétique. 4. Palier magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bobine d'induction dudit palier magnétique est située entre deux desdites rainures circulaires et coaxialement à ces dernières.