Brevet FR2574880A1 — publié le 19860620

La présente invention concerne un système formant butée magnétique axiale. Un tel système, utilisé dans certaines machines tournantes telles que moteurs électriques, turbines ou analogues, permet de maintenir en position axiale l'arbre en rotation au moyen de champs magnétiques s'exerçant en certaines zones d'un rotor de butée fixé coaxialement à l'arbre en rotation de la machine. Cependant, les systèmes connus formant butée magnétique axiale ont pour inconvénient d'utiliser un circuit magnétique extrêmement lourd et encombrant dans le cas d'une application à des machines tournantes pouvant atteindre des poids de plusieurs tonnes, et présentent par ailleurs de mauvaises performances dynamiques. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients ci-dessus. Pour cela, le système formant butée magnétise axiale selon l'invention est du type comprenant un rotor de butée en forme de disque à faces approximativement parallèles, fixé coaxialement à l'arbre tournant; un ensemble formant stator comprenant deux éléments de stator en matériau magnétique entourant coaxialement et perpendiculairement l'arbre tournant, l'un des éléments de stator ayant une face parallèle à une face de l'autre élément de stator et séparée de celle-ci, suivant l'axe longitudinal de l'arbre tournant, pour définir entre elles un espace dans lequel est logé le rotor de butée, la face de chacun des éléments de stator définissant un entrefer avec les deux faces du disque du rotor de butée, celui-ci étant maintenu en position axiale entre les deux faces parallèles des éléments de stator par un champ magnétique s'exerçant dans certaines zones des entrefers et créé par un courant circulant dans des bobines associées à l'ensemble formant stator; ledit système étant caractérisé en ce que chaque élément de stator comprend au moins deux bobines annulaires coaxiales à l'axe longitudinal de l'arbre tournant, et logées respectivement dans deux encoches annulaires et concentriques pratiquées dans le matériau magnétique de l'élément de stator et s'ouvrant vers la face correspondante du disque du rotor de butée de manière que chaque bobine annulaire soit à proximité immédiate de l'entrefer correspondant, les deux encoches annulaires d'un élément de stator ayant des circonférences respectivement égales à celles des deux encoches annulaires de l'autre élément de stator. Selon une autre caractéristique de l'invention, le système formant butée magnétique axiale comprend un nombre pair de bobines annulaires. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, chaque élément de stator est réalisé en une seule pièce ayant approximativement la forme d'un flasque dont le matériau magnétique est de l'acier massif, les deux encoches annulaires précitées étant définies de façon continue darus ledit flasque. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, chaque élément de stator est formé par plusieurs blocs ou paquets magnétiques ayant approximativement la forme d'un parallélépipède rectangle et disposés régulièrement en étoile autour de l'arbre tournant précité, chaque paquet magnétique étant constitué de plusieurs tôles empilées, les paquets de tôle étant isolés les uns des autres autour de l'arbre tournant. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaltront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure 1 représente le système formant butée magnétique axiale de l'invention, - la figure 2 représente une coupe selon la ligne II-II de la figure 1, le rotor de la butée étant enlevé. En se reportant aux figures 1 et 2, un arbre tournant 1 d'une machine tournante, partiellement représenté, est maintenu en position le long de son axe longitudinal X-X' par le système formant butée magnétique axiale de l'invention. Le système 2 comprend un rotor de butée 20 en forme de disque à faces approximativement paralleles et fixé coaxialement à l'arbre tournant 1 par l'intermédiaire d'un écrou et contre-écrou respectivement 10 et 11 vissés sur l'arbre 1 et bloquant le rotor 20 contre un épaulement 12 de l'arbre 1. Le système 2 comprend également un ensemble formant stator 21 constitué par deux éléments de stator 21a et 21b réalisés en un matériau magnétique et entourant coaxialement l'arbre tournant 1, chacun des éléments de stator étant monté perpendiculairement à l'axe X-X' de l'arbre 1. Pour cela, chaque élément de stator 21a et 21b est maintenu en force dans la zone annulaire existant entre la paroi cylindrique interne du châssis 3 de la machine tournante et la bague annulaire métallique 4 coaxiale à l'arbre 1 et définissant un jeu avec celui-ci. Des bagues de montage 5 peuvent être prévues entre la paroi cylindrique interne du châssis 3 et la surface périphérique annulaire externe de chacun des éléments de stator. Comme il ressort de la figure 1, l'élément de stator 21a présente une face interne parallèle à la face interne de l'élément de stator 21b et séparée de celle-ci, suivant l'axe longitudinal X-X' de l'arbre tournant 1, pour définir entre elles un espace dans lequel est logé le rotor de butée 20. En d'autres termes, les éléments de stator 21a et 21b sont disposés de part et d'autre du rotor 20 avec la face interne de chacun des éléments de stator définissant un entrefer avec les deux faces du disque de ce rotor de butée. La figure 2 représente plus particulièrement la configuration de chaque élément de stator. Ainsi, l'élément de stator 21b représente sur cette figure est constitué de plusieurs blocs ou paquets magnétiques 21b1 à 21b8 ayant chacun approximativement la forme d'un parallélépipède rectangle et disposés regulierement en étoile autour de l'arbre tournant 1. Comme il ressort de la figure 2, chaque paquet magnétique 21b1 à 21b8 est constitué de plusieurs tôles empilées et les paquets sont disposés autour de l'arbre 1 et sur la bague annulaire 4 de façon isolée les uns deys autres. Il est bien entendu que le nombre de paquets magnétiques disposés autour de l'arbre 1 dépend des exigences de construction de la machine et n'est donc pas limité à huit comme représenté, pourvu qu'il y en ait un nombre pair. Par ailleurs, l'élément de stator 21a comprend deux bobines annulaires 6a et 6b coaxiales à l'axe X-X' et logées respectivement dans deux encoches annulaires et concentriques 22 et 23 pratiquées dans le matériau magnétique de l'élément de stator 21a. Les deux encoches annulaires 22 et 23 s'ouvrent vers la face correspondante du disque du rotor de butée 20 de manière que les bobines annulaires 6a et 6b soient à proximité immOdiate de l'entrefer entre la face interne de l'élément de stator 27a et la face correspondante du disque du rotor 20. De même, l'élément de stator 21b comporte deux bobines annulaires 7a et 7b logées respectivement dans deux encoches annulaires et concentriques 24 et 25 pratiquées dans le matériau magnétique de l'élément de stator 21b et s'ouvrant vers la face correspondante du disque du rotor de butée 20 de nanière que chaque bobine annulaire 7a et 7b soit à proximiteinidiate de l'entrefer entre la face interne de l'élément de stator 21b et la face correspondante du disque du rotor 20. Les rayons respectifs des deux encoches annulaires 22 et 23 partant de l'axe longitudinal X-X' de l'arbre 1 sont respectivement identiques aux rayons respectifs des encoches annulaires 7a et 7b partant de l'axe X-X'.Ceci implique que les bobines 6a et 7a se trouvent en regard l'une de l'autre de même que les bobines 6b et 7b avec une dent 26, définie entre les deux encoches annulaires 22 et 23,également en regard avec la dent 27 définie entre les deux encoches annulaires 24 et 25. De plus, comme il ressort de la figure 2, les deux encoches annulaires 22, 23; 24, 25 sont définies de façon discontinue autour de l'arbre 1 par deux encoches pratiquées dans chacun des paquets de tôles magnétiques 21b1 - 21b8 et 21a1 - 21a8 (non représentés). il est à noter que la configuration de chaque élément de stator 21a et 21b n'est pas exclusivement limitée à celle représentée notamment à la figure 2. Ainsi, au lieu de réaliser chaque élément de stator 21a et 21b par des paquets de tôles empilées et disposés en étoile autour de l'arbre, il est possible de concevoir chacun de ces éléments de stator en une seule pièce ayant approximativement la forme d'un flasque dont le matériau magnétique serait en acier massif. Les deux encoches annulaires de chaque élément de stator sont alors définies de façon continue dans le flasque. La caractéristique commune à l'une ou l'autre des configurations ci-dessus des éléments de stator 21a et 21b concerne surtout la présence d'au moins deux bobines annulaires associées à chacun de ces deux éléments de stator. Lorsqu'un courant parcourt chacune des bobines annulaires il se créé un champ magnétique dans les entrefers tendant à maintenir à la position axiale désirée le rotor de butée 20. Chaque fois que le rotor de butée 20 s'écarte de la position désirée, on commande de façon appropriée et par des techniques connues en matière de contrôle et de régulation les variations à faire subir au champ magnétique pour ramener l'arbre dans sa position. L'intérêt de la configuration à deux bobines annulaires pour chaque élément de stator, par rapport à l'utilisation connue d'une seule bobine annulaire à chaque élément de stator, réside dans la constitution de plusieurs circuits de réluctances formés par le rotor de butée 20 et les dents de chaque élément de stator entourant les bobines annulaires. L'existence d'au moins deux bobines annulaires par élément de stator permet de diminuer le flux magnétique de chaque circuit et, de ce fait, d'alléger les circuits magnétiques. L'utilisation du circuit magnétique feuilleté constitué des paquets de tôles empilées des figures 1 et 2 est avantageuse par rapport à celui utilisant le stator massif enseigné ci-dessus en ce qu'il permet d'améliorer davantage les performances dynamiques du système formant butée magnétique axiale. R E V E N D I-C A T I O N S 1. Système formant butée magnétique axiale pour machine tournante et du type comprenant un rotor de butée en forme de disque à faces approximativement parallèles fixé coaxialement à l'arbre tournant; un ensemble formant stator comprenant deux éléments de stator en matériau magnétique entourant coaxialement et perpendiculairement l'arbre tournant, l'un des éléments de stator ayant une face parallèle à une face de l'autre élément de stator et séparée de celle-ci, suivant l'axe longitudinal de l'arbre tournant, pour définir entre elles un espace dans lequel est logé le rotor de butée, la face de chacun des éléments de stator définissant un entrefer avec les deux faces du disque du rotor de butée, le rotor de butée étant maintenu en position axiale entre les deux faces des éléments de stator par un champ magnétique s'exerçant dans certaines zones des entrefers et créé par un courant circulant dans des bobines associées aux éléments de stator; caractérisé en ce que chaque élément de stator (21 a, 21b) comprend au moins deux bobines annulaires (6aw 6b; 7a, 7b,) coaxiales à l'axe longitudinal X-X' de l'arbre tournant 1, et logées respectivement dans deux encoches annulaires et concentriques (22, 23; 24, 25)pratiquees dans le matériau magnétique de l'élément de stator et s'ouvrant vers la face correspondante du disque du rotor de butée (20) de manière que chaque bobine annulaire soit à proximité irranédiate l'entrefer correspondant, les deux encoches annulaires (6a, 6b)de l'élément de stator(21a)ayant des circonférences respectivement égales à celles des deux encoches annulaires (7a, 7b)de l'élément de stator 21b. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un nombre pair de bobines annulaires. 3. Système selon la revendication 1 ou 2,caractérisé en ce que chaque élément de stator(21a, 21b)est réalisé en une seule pièce ayant approximativement la forme d'un flasque dont le matériau magnétique est de l'acier massif, les deux encoches annulaires précitées étant définies de façon continue dans ledit flasque. 4. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque élément de stator(21a; 21b)est formé par plusieurs blocs ou paquets magnétiques (21a1-21a8; 21b1 -2 lb8) ayant approximativement la forme d'un parallélépipède rectangle et disposés régulièrement en étoile autour de l'arbre tournant 1 précité, les deux encoches annulaires(6a, 6b; 7a, 7b)précitées étant définies de façon discontinue par deux encoches pratiquées dans chacun des paquets magnétiques précités. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque paquet magnétique précité est constitué de plusieurs tôles empilées, lesdits paquets étant isolés les uns des autres autour de l'arbre tournant(1)précité