Brevet FR2467318A1 — publié le 19810417

1. Au cours des dernières années, des ensembles à palier tels que ceux décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 3 726 574, n0 3-746 407, n0 3 891 282 et n0 3 918 773 comportent des bains de fluide fermés.Ces paliers fluidiques autonomes à faible frottement ont pu être réalisés grâce au développement d'un fluide pouvant être aimanté, réagissant aux sollicitations magnétiques et auquel le nom de "ferro-fluide" a été donné par son créateur, le Dr. Ronald E. Rosensweig. Un -ferro-fluide est décrit dans l'ouvrage de Rosensweig "Progress in Ferrohydrodynamics", Industrial Research, octobre 1970, volume 12, n 10, 36-40. Un ferro-fluide tel que défini dans cet ouvrage est une dispersion de particules magnétiques colloïdales dans un support liquide. Ces particules tendent à s'aligner d'elles- mêmes sous l'effet de l'application de champs magnétiques. Il ressort de la description d'un ferro-fluide que ce dernier ne doit pas nécessairement contenir du fer ou un métal de type ferreux. Il suffit, pour qu'un fluide soit ainsi appelé, qu'il puisse être aimanté ou influencé par des champs magné- tiques. L'expression "fluide magnétique" peut être utilisée à la place du terme "ferro-fluide". Dans chacun des paliers décrits dans les brevets précités, le champ magnétique est concentré dans des posi- tions axiales particulières le long de l'arbre afin de réaliser un joint pour le ferro-fluide. Des palettes classi- ques ou autres organes sont utilisées pour répartir le ferro- fluide sur la surface du palier afin de maintenir une épais- seur de fluide suffisante pour supporter ou lubrifier le palier. La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 34 519, déposée le 30 avril 1979 sous le titre "Seal for a Fluid Bearing" par Rena Fersht et collaborateurs, décrit et représente un palier dans lequel le champ magnétique est également concentré aux points d'étanchéité.- Cependant, la structure peut être modifiée conformément à l'invention. L'invention concerne un palier à ferro-fluide qui utilise un manchon magnétique comme coussinet d'appui pour un arbre. Le manchon magnétique est un aimant permanent 2.: qui produit un champ magnétique possédant des composantes radiales et axiales, entre le palier et l'arbre. Les compo- santes axiales sont dirigées vers l'intérieur et vers le centre du palier à l'intérieur duquel le ferro-fluide est retenu. Les surfaces opposées présentées par l'arbre et le palier peuvent être configurées ou lisses, suivant l'option choisie lors de la conception. Pour produire un champ magnétique de configura- tion souhaitée, le manchon ou coussinet du palier est aimanté de manière que les faces polaires soient situées sur les surfaces extérieure etintérieure du coussinet, plutôt qu'aux extrémités du cylindre formé par ce coussinet, comme c'est la pratique courante. L'aimantation interne du coussinet est dirigée radialement. Pour produire un coussinet cylindrique ayant un champ magnétique à haute intensité dans un petit volume et présentant des faces polaires situées sur les surfaces exté- rieure et intérieure, il est possible de réaliser ce coussi- net ou manchon en alliage -de platine et de cobalt ou en alliages de terres rares et de cobalt, par exemple en.allia- -ges de samarium et de cobalt. D'autres-matières pour aimants permanents peuvent cependant être utilisées, avec des flux magnétiques notablement. inférieurs. - - Le coussinet est, soit réalisé - à partir de tranches axiales, soit découpé en tranches axiales. On réalise l'aimantation de chaque tranche en la plaçant dans un champ électromagnétique qui est orienté afin d'induire des positions de pôles d'aimant permanent sur la surface exté- rieure et sur la surface intérieure de la tranche. -Les tranches sont ensuite assemblées ou ré-assemblées pour former un coussinet ou manchon cylindrique. - L'arbre peut être en matière ferromagnétique ou non. Dans une forme typique de -réalisation, l'arbre peut comporter une mince-couche de matière ferromagnétique appli- quée sur sa surface extérieure. Si l'arbre est réalisé en matière ferromagnétique, le fonctionnement est facilité par l'accroissement de l'intensité du champ magnétique dans la zone comprise entre l'arbre et le-palier. 246731 8 3. L'invention concerne donc un palier à ferro- fluide perfectionné, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un aimant cylindrique creux dont les faces polaires sont situées sur ses surfaces intérieure et extérieure. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: - la figure 1 est une vue en perspective du palier selon l'invention associé à un arbre; - la figure 2 est une vue en bout de l'ensemble représenté sur la figure 1; - la figure 3 est une coupe partielle suivant la ligne 3-3 de la figure 2, montrant schématiquement le champ magnétique produit par l'aimant cylindrique; et la figure 4 est une vue en perspective d'un électro- aimant classique aimantant une tranche axiale d'un coussinet cylindrique afin de produire des faces polaires sur les surfaces intérieure et extérieure d'un cylindre assemblé. Le palier à ferro-fluide selon l'invention utilise une structure 10 d'appui à aimant permanent, ayant de préférence une forme sensiblement cylindrique, à section circulaire. Cependant, le palier selon l'invention n'est pas limité à une forme circulaire. La structure 10 est représen- tée sous la forme d'un cylindre circulaire droit qui présente un alésage cylindrique circulaire droit coaxial 20 destiné à recevoir un arbre 12 avec lequel il délimite un espace conte- nant un ferro-fluide 14. Ce dernier sert de lubrifiant entre l'arbre 12 et la surface 18 de l'alésage 20. Le palier 10 et l'arbre 12 peuvent tourner l'un par rapport à l'autre. Peu importe laquelle des deux pièces tourne et les deux pièces peuvent tourner si cela est souhai- té. Le palier 10 est aimanté de manière que la dispo- sition des polarités soit telle que les faces polaires soient situées sur la surface extérieure 16 et sur la surface inté- rieure 18 du palier. Cette disposition des polarités permet d'obtenir un champ magnétique ayant des composantes radiales et axiales à l'intérieur du ferro-fluide 14, les composantes 4. axiales étant dirigées vers le centre de l'alésage 20 du palier. Le champ magnétique est indiqué en 24 sur la figure 3. Il retient le ferro-fluide 14 à l'intérieur de l'alésage 20. L'arbre 12 peut être réalisé en matière ferro- magnétique afin d'accroître l'intensité du champ magnétique produit dans le ferro-fluide 14.Cependant, il n'est pas nécessaire que l'arbre soit réalisé dans une telle matière ferromagnétique. Dans une forme préférée de réalisation, seule la surface de l'arbre est revêtue de matière ferroma- gnétique. La plus grande partie de l'effort de support produit par le palier apparait à proximité des extrémités de l'alésage 20. Pour réduire la perte de puissance résultant de l'amortissement visqueux, le diamètre de l'arbre 12 peut être facultativement réduit vers le centre de l'alésage 20, dans la zone 22. Pour aimanter l'élément cylindrique 10, ce dernier est découpé axialement en tranches 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g et 10h, et il est démonté pour être aimanté. En variante, les tranches 1Oa, 1Ob, 10c, 10d, 10e, f, 10g et 10h peuvent être réalisées dans la forme montrée sur la figure 4. Par exemple, les tranches peuvent être moulées ou forgées, ou-bien elles peuvent être réalisées par la mise en oeuvre de techniques de la métallurgie des poudres. Après que les tranches 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, g et 10h ont été aimantées, elles sont assemblées ou remon- tées pour former le cylindre représenté sur les figures 1 et 2. Pour être aimantées, les tranches sont placées dans le champ d'un électro-aimant qui induit une aimantation permanente dans la tranche 10a afin que les faces polaires se trouvent sur les surfaces intérieure et extérieure 28 et 29. L'électro-aimant 30 est représenté comme comportant un enrou- lement à une spire. Il est cependant évident qu'il peut comporter uà nombre beaucoup plus élevé de spires afin de produire le champ ayant l'intensité demandée. L'électro- aimant 30 est excité, par exemple, au moyen d'une source 32 de courant continu. Le palier selon l'invention, en raison de son aimantation interne radiale, constitue un palier simplifié qui retient convenablement le ferro-fluide en l'empochant de fuir. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au palier décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. - 2467318a. 6. RIVENDICATIONS 1. - Palier à ferro-fluide, caractérisé en ce qu'il comporte une structure (10) d'appui qui présente une aimantation interne orientée radialement, un arbre ferroma- gnétique (12) placé à l'intérieur de cette structure et un ferro-fluide (14) situé entre la structure d'appui et l'arbre. 2. - Palier selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la structure (10) se présente sous la forme d'un cylindre circulaire droit qui présente un alésage cylin- drique circulaire droit (20). - 3. - Palier selon la -revendication 2, caracté- risé en ce que la structure (10) d'appui est aimantée de manière que l'une des faces polaires se trouve sur la surface extérieure (16) du cylindre formé par cette structure et que -- l'autre face polaire Se trouve sur la surface (18) de l'alé- sage (20). 4. -Palier selon la revendicatiOn 1, caracté- risé en ce que la structure (10) d'appui est réalisée en alliage de platine et de cobalt, ou bien en alliages de terres rares et de cobalt, ou bien en alliages de samarium et de cobalt. 5. -Palier selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la -structure (10) d'appui est divisée en tranches axiales (10a-10h) par des plans radiaux partant de l'axe de l'alésage et contenant cet axe. - 6. - Procédé de fabrication d'une structure ferromagnétique présentant un alésage cylindrique circulaire et une aimantation interne orientée radialement par rapport à l'axe de l'alésage, caractérisé en ce qu'il consiste réaliser des tranches de ladite structure, à aimanter chaque tranche en la plaçant dans un champ électromagnétique qui est orienté perpendiculairement à la surface de la partie de l'alésage située sur cette tranche, et à assembler les tranches aimantées-pour former ladite structure. 7. - Procédé d'aimantation d'une structure ferromagnétique cylindrique circulaire présentant un alésage cylindrique circulaire qui est sensiblement coaxial à la 7. surface extérieure de la structure et qui est destiné à rece- voir un arbre, caractérisé en ce qu'il consiste à découper la structure d'appui en tranches dans des plans définis par des rayons et par l'axe de l'alésage, à aimanter chaque tranche en la plaçant dans un champ électromagnétique qui est orienté perpendiculairement à la surface de l'alésage présentée par cette tranche, et à ré-assembler les tranches aimantées pour former ladite structure. o - Aimant permanent, caractérisé en ce qu'il comporte une structure ferromagnétique (10) traversée par un alésage cylindrique circulaire (20) présentant un axe de symétrie, la structure étant divisée circonférentiellement à l'alésage en plusieurs segments circonférentiels (1Oa-10h) qui présentent chacun une surface intérieure (16) constituant un segment circonférentiel de la surface cylindrique de l'alésage, les segments étant aimantés afin de présenter une aimantation interne orientée radialement par rapport à l'axe, de manière que des faces polaires présentant des pôles magné- tiques de mtme nom soient formées par les segments circonfé- rentiels de l'alésage. 9. - Aimant permanent selon la revendication 8, caractérisé en ce que la structure est divisée en segments sensiblement dans des plans définis par des rayons et par l'axe. 10. - Aimant permanent selon la revendication 8, caractérisé en ce que la surface extérieure (16) de la struc- ture présente la forme d'un cylindre circulaire. 11. - Aimant permanent selon la revendica- tion 10, caractérisé en ce que les surfaces extérieure (16) et intérieure (18) sont concentriques audit axe, l'aimanta- tion interne de chaque segment étant orientée radialement à l'axe afin que les surfaces cylindriques intérieure et exté- rieure de la structure constituent les pièces polaires de l'aimant.