Brevet FR2586462A1 — publié le 19870227

Dispositif de sustentation magnétique d'une charge La présente invention concerne un dispositif de sustentation magnétique. On connait de nombreux organes de sustentation mécanique, hydraulique ou magnétique permettant de supporter des charges d'une manière élastique, cependant dans tous les dispositifs connus, l'effort de sustentation varie en fonction du déplacement vertical de la charge. Cela veut dire que si la charge subit des mouvements vibratoires verticaux, la structure support de l'organe de sustentation subit des efforts alternatifs de réaction. Ces efforts alternatifs, subis par cette structure, peuvent être à l'origine de vibrations de la structure support. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif de sustentation magnétique d'une charge produisant une force de sustentation réglable mais indépendante des déplacements alternatifs de faible amplitude et de fréquence supérieure à une valeur F choisie par avance, subis par la charge. La présente invention a donc pour objet un dispositif de sustentation magnétique d'une charge comprenant un organe fixe et un organe mobile, coaxiaux d'axe G et en matériau magnétique, caractérisé en ce que l'un desdits organes est muni d'un bobinage électrique produisant un flux magnétique axial dévié radialement à chaque extrémité du bobinage par un épanouissement polaire radial laissant un entrefer entre l'épanouissement et l'autre organe; en ce que l'autre organe comporte, en face de chaque épanouissement polaire, des moyens magnéto-moteurs liés audit organe et produisant un flux magnétique ayant des lignes de forces contenues dans des plans passant par l'axe d et produisant, en coopération avec le flux radial sortant desdits épanouissements polaires, une force de sustentaiton axiale, et en ce que ledit bobinage comporte des moyens d'alimentation électrique ajustables en fonction de l'effort de ladite charge, lesdits moyens d'alimentation comportant un asservissement de la position moyenne de l'organe mobile par rapport à l'organe fixe, ledit asservissement n'étant sensible que dans une bande de fréquence inférieure à une valeur F prédéterminée. Selon une première réalisation de l'invention, lesdits moyens magnéto-moteurs comportent, en face de chaque épanouissement -polaire, une bobine électrique d'axe Selon une seconde réalisation préférée de l'invention, lesdits moyens magnéto-moteurs comportent une couronne d'aimants permanents d'axe t , ladite couronne étant constituée de deux couches superposées et accolées d'aimants permanents, l'une des couches ayant une première polarité sur la face externe de la couronne et une seconde polarité inversée sur la face interne de la couronne et l'autre couche ayant des polarités inversées par rapport à celles de l'autre couche. On va maintenant décrire un exemple de réalisation de l'invention en se référant au dessin ci-joint dans lequel La figure 1 représente un dispositif de sustentation selon l'invention. La figure 2 représente un autre dispositif de sustentation selon l'invention dans une réalisation préférée de l'invention. La figure 3 montre, en vue agrandie, un détail de la figure 2. La figure 4 est un schéma montrant l'alimentation électrique -du bobinage inducteur et son asservissement. Les figures 5 à 8 sont des schémas montrant les diverses possibilités de la disposition relative des éléments. En se reportant à la figure 1, on voit un dispositif de sustentation comprenant un noyau magnétique 1 d'axe 8 constituant dans cette figure un organe fixe. Sur ce noyau est monté un bobinage électrique 2 alimenté électriquement conformément à la figure 4 décrite ultérieurement. Aux extrémités haute et basse du bobinage 2, le noyau 1 comporte des épanouissements polaires radiaux 3 et 4. Autour du noyau et coaxialement est disposé une culasse magnétique 5 qui constitue, dans cette figure 1, un organe mobile "flottant" destiné à supporter une charge non représentée. En face de chaque épanouissement polaire 3 et 4, la culasse 5 est munie d'une bobine électrique, respectivement 6 et 7, parcourue par un courant I et produisant un flux magnétique dont les lignes de forces sont contenues dans des plans passant par l'axe ss En fonctionnement, le bobinage 2 produit dans le noyau 1 un flux d'induction axial dévié radialement par les épanouissements polaires 3 et 4. Ce flux traverse les entrefers e entre chaque épanouissement et la culasse 5 et- il se referme par la culasse 5.Les bobines 6 et 7, parcourues par un courant I et soumises à une induction 3 régnant dans l'entrefer, sont soumises à un effort axial, de même sens Si les bobines sont parcourues par des courants de sens contraire et ascendant si l'on a pris soin d'alimenter dans le bon sens le bobinage 2. Si la hauteur des épanouissements polaires 3 et 4 est choisie suffisamment grande par rms- port à celle des bobines 6 et 7, l1induction dans laquelle baigne ces bobines est constante même si elles se déplacent légèrement par rapport au noyau.Il en résulte, dans de telles conditions, que l'effort de sustention est indépendant des petits déplacements de la culasse 5 earme par exemple des vibrations. il en est de marne dans ne cas inverse, c'est-à-dire si la hauteur des épanouissements polaires 3 et 9 est suffisamment faible vis-à-vis de la hauteur des bobines 6 et 7. Ceci permet de ne pas transmettre à la structure, liée au noyau 1, les vibrations éventuelles d'une charge reposant sur la culasse 5. La figure 4 est un schéma montrant l'alimentation électrique du bobinage 2. Il est alimenté par la sortie 8 d'un amplificateur opérationnel 9 recevant sur son entrée 10, d'une part et à travers une impédance d'entrée 11, une tension de consigne X, en fonction de la position moyenne recherchée, prise sur une résistance potentiométrique entre O et V volts' et d'autre part à travers une impédance d'entrée 14, une tension représentative de la position de la culasse 5 par rapport à la bobine 2, fournie par un capteur de position 15. L'ensemble comprend une boucle de contre réaction composée d'une résistance 16 et d'un condensateur 17. La bande passante de l'appareil est choisie basse, inférieure à une valeur F de l'ordre de quelques Hertz, par exemple deux ou trois Herts. Ainsi, par cet asservissement, la culasse 5 est libre d'osciller à des fréquences supérieures à F mais par contre, on empeehe tout mouvement à une fréquence inférieure à F. Ceci permet d'éviter de transmettre au noyau 1 et par lui à la structure support du dispositif les vibrations de la charge à supporter. La culasse 5 est guidée à son extrémité supérieure par un palier coulissant haut i8 et à son extrémité inférieure par un palier coulissant bas 19. En période de non fonctionnement du dispositif, la culasse 5 repose sur une butée 20. La figure 2 montre une variante préférée de linvention. En effet, un appareil tel que celui représenté figure 1 ne peut pas produire une force de sustentation très élevée à cause des ampères-tours nécessairement réduits des bobines 6 et 7. Dans le cas de la figure 2, où les même organes sont repérés par les mêmes références, les bobines 6 et 7 sont remplacées par des couronnes d'aimants permanents. Chaque couronne est constituée de deux couches d'aimants. Si, comme on lta représenté sur la figure 2, le bobinage 2 est tel que l'épanouissement polaire supérieur 3 constitue un pole Sud, la couronne supérieure d'aimants permanents comprend une couche supérieure 21 d'aimants dont la polarité est Nord sur la face externe et Sud sur la face interne, et une couche inférieure 22 de polarité inversée. Une telle couronne est représentée à échelle agrandie figure 3. Les couches 21 et 22 sont accolées et fixés à la culasse 5. la couronne inférieure se compose également de deux couches 21 et 22 mais inversées de façon à ce que les efforts produits aient le meme sens. Les hauteurs relatives des épanouissement polaires 3 et 4 et des couronnes d'aimants fixent l'indépendance de la force de sustentation et du déplacement de la charge reposant sur la culasse 5. Les dimensions des épanouissements polaires fixent l'amplitude des variations. La culasse peut avantageusement être feuilletée au droit des épanouissements polaires de façon à ce que des vibrations de fréquences élevées ne soient pas amorties par des courants de Foucault dans la culasse. Les figures 5 à 8 sont des schémas montrant les quatre dispositions relatives possibles : culasse 5 mobile et noyau central 1 fixe ou vice-versa et d'autre part, bobinage inducteur 2 disposé sur le noyau central 1 et couronnes d'aimants liées à la culasses 5 ou vice-versa. Par sustentation il faut entendre par convention tout effort s'opposant à une force subie par la charge sans que cet effort soit nécessairement vertical et bien que l'application décrite considère un effort de support vertical de charge. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de sustentation magnétique d'une charge comprenant un organe fixe (1) et un organe mobile (5), coaxiaux d'axe b et en matériau magnétique, caractérisé en ce que l'un desdits organes est muni d'un bobinage électrique (2) produisant un flux magnétique axial dévié radialement à chaque extrémité du bobinage par un épanouissement polaire radial (3, 4) laissant un entrefer e entre l'épanouissement et l'autre organe, en ce que l'autre organe comporte, en face de chaque épanouissement polaire, des moyens magnéto-moteurs (21, 22) liés audit organe et produisant un flux magnétique ayant des lignes de forces contenues dans des plans passant par l'axe a et produisant, en coopération avec le flux radial sortant desdits épanouissements polaires, une force de sustentation axiale, et en ce que- ledit bobinage comporte des moyens d'alimentation électrique ajustables en fonction de l'effort de ladite charge, lesdits moyens d'alimentation comportant des moyens d'asservissement de la position moyenne de l'organe mobile par rapport à l'organe fixe, lesdits moyens d'asservissement n'étant sensible que dans une bande de fréquence inférieure à une valeur F prédéterminée. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens mangéto-moteurs comportent, en face de chaque épanouissement polaire, une bobine électrique (6, 7) d'axe 3/ dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens magnéto-moteurs comportent, en face de chaque épanouissement polaire, une couronne d'aimants permanents (21, 22) d'axe ss , ladite couronne étant consituée de deux couches superposées et accolées d'aimants permanents, l'une des couches ayant une première polarité sur la face externe de la couronne et une seconde polarité inversée sur la face interne de la couronne et l'autre couche ayant des polarités inversées par rapport à celles de l'autre couche.