Brevet FR2536137A1 — publié le 19840518

Palier électromagnétique pour environne- ment à haute température. La présente invention a pour objet un pa- lier électromagnétique destiné à être placé dans un en- -vironnement a haute température et comprenant des élec- troaimrants constitués chacun d'au moins un bobinage et d'une armature en matériau ferromagnétique - La structure d'un palier magnétique est dé- sormais bien connue, et les applications des paliers ma- gnétiques ne cessent de s'étendre Pour certaines condi- tions particulières de fonctionneme nt, la structure clas- sique des paliers magnétiques ne s'avère pas entièrement satisfaisante et présente certaines fragilités. C'est notamment le cas lorsqu'un palier magnétique doit être utilisé dans une machine au sein de laquelle règnent des températures élevées Par exemple, dans une soufflante à hélium chaud, qui constitue une partie d'un réacteur à haute température,-l'extrémité d'un arbre peut être portée I des températures de l'or- dre'de 10001 C et les paliers sont eux-mêmes portés a des températures comprises entre environ 400 et 500 C Pour de telles conditions de fonctionnement,-on a déjà tenté de mouler des bobinages dans un ciment haute température afin de réaliser un bloc massif résistant mieux a l'ac- tion de la chaleur Sous l'action de chocs thermiques répétés, le bloc de ciment tend cependant à se fissurer, et des court-circuits peuvent alors se produire au sein du bobinage dont les fils ne possèdent qu'une isolation assez fragile La présente invention a précisément pour objet de remédier aux inconvénients précités et de per- mettre la réalisation de paliers magnétiques fonction- nant de façon sûre même s'ils sont placés dans un milieu ambiant à température élevée, Ces buts sont atteints grâce au fait que, selon l'invention, chaque bobinage est réalisé par tis- sage et comprend une chaîne constituée à partir d'au moins un fil conducteur isole et une trame constituée a partir d'un ruban en matériau isolant, l'ensemble du bo- binage étant ensuite moulé dans un ciment haute tempéra- ture. La réalisation d'un bobinage tissé, pour lequel les différentes spires d'un même fil conducteur sont maintenues les unes par rapport aux autres dans des positions relatives bien déterminées, et sans être en contact les unes avec les autres, permet d'éviter de façon sire des court-cirduits, même si, sous l'action de chocs thermiques ou mécaniques, le bloc de ciment se fissure ou si la couche isolante des fils du bobina- ge est endommagée. Ainsi, le fil de chaîne et le ruban de trame du bobinage sont tissés de façon ltche afin de mé- nager des interstices facilitant la pénétration du cit ment de moulage. Le fil conducteur isol est avantageuse- ment constitué par un fil de cuivre nickelé-isolé par une couche de céramique, qui peut en outre être recou- vert d'une 'couche de vernis destinée à éviter le déta- chement de la couche de céramique lors de l'opération de bobinage. Le ruban en matériau isolant peut être constitué par un soupliso en fibre de verre. Le bobinage selon l'invention se prête facilement à une réalisation à l'aide d'un ensemble de plusieurs fils groupés et connectés en parallèle, et présentés par exemple sous la forme d'un toron, qui est tissé avec le ruban isolant Une céramique formant bu- yard, ou une autre matière résistant bien à la chaleur telle que de la laine de verre, peut être en outre dis- posée sur les parties latérales du bobinage entre les extrémités du ruban isolant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de'la description qui fait sui- te d'un mode particulier de réalisation, en référence au dessin annexé, sur lequel la figure 1 représente une vue en pers- pective d'une partie de tissu de bobinage de palier élec- tromagnétique selon l'invention, la figure 2 est une vue schématique de dessus du tissu de bobinage de la figure 1, la figure 3 est une section d'un ruban utilisable dans le tissage du bobinage des figures 1 et - 2, la figure 4 est une section d'un fil conducteur utilisable dans le bobinage des figures 1 et 2, la figure 5 est une vue en perspective et en coupe selon la ligne V-V de la figure 6, la figure 6 est une-vue schématique dans un plan radial, d'un exemple de palier électromagnétique auquel est applicable l'-invention, et la figure 7 est une vue partielle sché, matique montrant une variante de réalisation de la fi- gure 1 avec des ensembles'de -fils conducteurs groupés. La figure'l montre le principe de réalisa- tion d'un bobinage tissé, conformément a l'invention U Un fil conducteur isolé 1 forme une chaîne tandis qu'un ruban isolant 2 constitue la trame du tissu formé par l'entrelacement du fil 1 et-du ruban 20 Le tissage est relativement lache et un espace e est ménagé entre deux spires adjacentes du fil conducteur 1 de manière à réa- liser des interstices facilitant la pénétration d'un ci- ment d'enrobage destiné à permettre l'a réalisation d'un bloc massif autour du tissu Toutefois, même en cas de fissuration de ce bloc massif, le tissu formé maintient. s 536137 des distances e à peu près fixes entre deux spires ad- jacentesdu fil conducteur 1 de sorte que celles-ci ne peuvent jamais venir en contact les unes avec les autres En pratique, les différentes spires adjacentes d'une cou- che sont réalisées successivement & partir-'d'un m 8 me fil ou ensemble de fils et le ruban 2 est chaque fois inter- calé entre deux portions de fil adjacentes. Le ruban isolant 2 utilisé comme fil de trame destiné à maintenir les spires du fil conducteur 1 dans des positions respectives bien détezminées peut être constitué par un soupliso en fibre de verre tressée. Le ruban 2 présente une épaisseur de l'ozdre de quelques dixièmes de millimètre, par exemple O Smm, et une largeur de l'ordre de quelques millimètres, pat exemple, 2 mm (voir figure 3). Le fil conducteur I 1 (figure 4) est avanta- geusement constitué par une âme 10 en cuivre revêtue d'une couche 11 de nickel elle-même entourée d'une cou- che isolante 12 de céramique Un vernis peut en outre être disposé sur la couche isolante 12 afin d'éviter le détachement de celle-ci lors de l'opération de bobinage. Le diamètre de 1-Vâme 10,11-en cuivre nickelé du fil i est de l'ordre de quelques'dixièmes de millimètres et reste de préférence inférieur & un millimètres Dans le cas o des puissances importantes sont nécessaires, plu- sieurs fils 1, sont groupés en parallèle et forment une unité 1 ' (voir-figure 7) On peut ainsi facilement évi- ter l'utilisation de fils conducteurs de trop gros dia- mètre qui sont toujours difficiles a bobiner et il est ainsi possible de réduire le rayon de courbure du bobi- nage 1 OO. La figure 5 permet de voir un bobinage 00 à plusieurs couches de fil conducteur isolé 1 entre- lacé avec un ruban plat isolant 2 qui maintient un; écar- tement prédéterminé entre deux spires adjacentes réali- sdes à partir du fil conducteur isolé 1 Le bobinage , réalisé autour d'une armature 6 composée d'un em- pilement de tôles ferromagnétiques 61, est moulé dans un ciment haute température 4 qui, du fait des intersti- ces présents entre-les différents fils 1 maintenus écar- tés par le ruban 2, peut se répartir également dans tout le bobinage En cas de chocs thermiques répétés, le sur- moulage 4 se fissure, mais le tissage permet quand même une bonne tenue mécanique de la bobine et la conserva- tion d'un bon isolement même si la couche céramique 12 du fil 1 est partiellement détériorée Le tissage assu- re en effet en permanence la cohésion du bloc massif 4, même lorsque celui-ci est fissuré Ainsi, la présente invention permet l'utilisation de fils conducteurs iso- lés ordinaires, même relativement fragiles, et suscep- tibles de voir leur isolation en céramique endommagée sous l'action des chocs thermiques, sans que cela réa- gisse sur le bon fonctionnnement de l'ensemble du fait des écartements qui sont maintenus en permanence'entre les spires du fil 1 du bobinage 100 O Dans les parties latérales du bobinage, notamment au voisinage ides parois latérales 5 de l'en- robage 4 (figure 5), un buvard céramique 3 (figure 1) peut être inséré pour augmenter la'qualité de l'isola- tion Un autre matériau résistant bien & la chaleur, tel que de la laine de verre,,peut 'également être utili- sé O O. Comme cela a déja été indiqué/lors de la réalisation du tissage, il est possible d'utiliser un m 9 me fil conducteur isolé 1 ou un meme groupe 1 ' de fils 1 connectés en parallèle, pour non seulement former des portions de fil adjacentes d'une même-couche, mais éga- lement réaliser successivement plusieurs couches super- posées du bobinage Les spires de chaque couche peuvent. alors être décalées par rapport aux spires correspondan- tes des couches adjacentes. La figure 6 montre, dans un plan radial d'un arbre 20 portant une armature annulaire 22 consti- tuée de tôles feuilletées 21, un stator de palier élec- tromagnétique comportant une armature 6 composée de tô- les feuilletées 61 et présentant quatre paires Ex, Exe, Ey, Ey', de pôles autour desquels sont enroulé's des bo- binages 100 réalisés conformément a l'invention Chacun des bobinages 100 peut être composé de plusieurs couches de fil 1 tissées avec un ruban plat 2, comme montré sur la figure 5 L'ensemble du palier électromagnétique est alors adapté pour résister à des températures très éle- vées. REVENDICATIONS 1 Palier électromagnétique destiné à être placé dans un environnement à haute température, compre- nant des électroaimants constitués chacun d'au moins un bobinage ( 100) formé de conducteurs ( 1) et d'une arma- ture ( 6) en matériau ferromagnétique, c a r a c t é r i S é en ce quechaque bobinage ( 100) est réalisé par tissage et comprend une chaîne consti- tuée à partir d'au moins un fil conducteur isolé ( 1) et une trame constituée à partir d'un' ruban en matériau isolant ( 2), et en ce que l'ensemble du bobinage ( 100) est ensuite moulé dans un ciment haute température. 2 Palier électromagnétique selon la reven- dication 1,; caractérisé en ce que le fil conducteur iso- lé ( 1) est-constitué par un fil de cuivre nickelé ( 10,11) isolé par unecouche de céramique ( 12) 3 Palier électromagnétique selon la reven- dication 1 ou la revendication 2,-caractérisé en ce que le ruban en matériau isolant ( 2)'"est constitué par un soupliso en fibre de verre. 4 Palier électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que la chaîne du bobinage ( 100) est réalisée à partir d'un ensemble ( 1 ' de plusieurs fils groupés et connec- tés en parallèle ( 1) '- 5 Palier électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fil conducteur isolé trice ( 10,11) dont le diamètre est inférieur ou égal & lmm. 6 Palier électromagnétique selon l'une quelconque des revendications I à 5 caractérisé en ce que le ruban isolant '( 2) présente-une épaisseur de l'or- dre de quelques dixièmes de-millimètre et une largeur de l'ordre de quelques millimètres. 7 Palier électromagnétique selon l'une. 2536 137 des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que de la. céramique ( 3) en forme de bvard ou de la laine de verre est en outre disposée sur les parties latéraies du bobi- nage ( 100) entre les extrémités du ruban isolant ( 2). 8 Palier électromagnétique selon la re- vendieation 2, caractérisé en ce que le fil de cuivre nickelé ( 1) isolé par une couche de cramique est recou- vert d'une couche de vernis destiné à éviter le detache- ment de la-couche de céramique-lors de l'opération de bobinage. 9 Palier électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 a 8, caractérisé en ce que le fil de chaine ( 1) et le ruban de trame ( 2) du bo- binage ( 100) sont tissés de façon lache afÀin de ménager des interstices facilitant la pénétration du ciment de moulage -