Brevet FR2686952A1 — publié le 19930806

Palier électromagnétique La présente invention concerne un palier électroma- gnétique Le brevet français 2322294 décrit un palier électromagnétique comportant un élément rotorique lié au mobile à supporter en rotation et un élément statorique comportant huit noyaux, chacun équipé d'une bobine d'action et d'une bobine de détection Il est en effet très avantageux que les détecteurs de position soient associés au palier lui-même, car ainsi, la mesure de la position du10 mobile se fait dans le plan même d'action des efforts dues aux bobines d'action du palier En outre une telle disposition entraîne une diminution de l'encombrement et du coût de l'ensemble des fonctions sustentation et détection de position.15 Cependant, dans ce document, les quatre bobines d'action du palier de chaque axe Y et X sont alimentées toutes les quatre en série et non pas séparément deux par deux, de telle sorte qu'un décentrage du rotor ne peut pas être corrigé. La présente invention a pour but de proposer un palier électromagnétique du type combiné associant les deux fonctions de détection de position et de mise en position par des bobines d'action, dans lequel les bobines de détection de position ne sont pas influencées par le flux25 magnétique des bobines d'action et dans lequel, bien entendu, les bobines d'action de chaque axe X et Y sont alimentées séparément demi- axe par demi-axe. L'invention a ainsi pour objet un palier électroma- gnétique pour la sustentation radiale d'un rotor dans un stator, comportant un circuit magnétique comprenant une première partie rotorique solidaire dudit rotor et une deuxième partie statorique solidaire dudit stator, ladite partie statorique comportant, face à la première partie rotorique, une pluralité de noyaux magnétiques équipés, 35 d'une part de bobines électriques de détection de position, alimentées par un courant électrique alternatif de détection et d'autre part d'enroulements électriques de sustentation, alimentés par des courants de puissance, caractérisé en ce que ladite partie statorique du circuit magnétique comporte seize dits noyaux magnétiques répartis en quatre groupes de 5 quatre noyaux consécutifs, les quatre groupes étant appelés: groupe I, groupe II, groupe III et groupe IV et se suivant les uns les autres dans l'ordre, les groupes I et III correspondant à une action radiale selon un axe Y et respectivement dans un sens et dans l'autre et les groupes10 II et IV correpondant à une action selon un axe X perpendiculaire à l'axe Y et respectivement dans un sens et dans l'autre, chaque noyau de chaque groupe étant équipé d'une bobine électrique de détection de position, les bobines des quatre noyaux d'un groupe étant reliées en série15 et le sens de l'enroulement d'une bobine sur chaque noyau étant tel que, à un instant déterminé quelconque, le flux magnétique produit par le courant alternatif d'alimentation, est de sens opposé dans les deux premiers noyaux du groupe et également de sens opposé dans les deux suivants, et en ce20 que chaque groupe est en outre équipé d'enroulements électriques de sustentation disposés sur les noyaux du groupe de telle sorte que, à un instant déterminé quelconque, le flux magnétique produit par le courant d'alimentation est dans le même sens dans les deux premiers25 noyaux du groupe et dans le sens opposé dans les deux noyaux suivants, les enroulements de chaque groupe étant alimentés séparément. Selon une réalisation préférée, les bobines électriques de détection de position des groupes I et III sont reliées et alimentées en série et de même, les bobines des groupes II et IV sont reliées et alimentées en série. Selon une autre caractéristique, lesdites bobines électriques de détection sont alimentées en courant alternatif d'amplitude constante à une fréquence de préférence comprise entre 10 et 100 k Hz, et chaque ensemble de deux groupes de bobines mises en série est monté dans un pont de mesure, équilibré en position centré du rotor dans le stator, selon l'axe considéré X ou Y correspondant aux deux groupes de bobines mises en série, le pont étant alimenté dans l'une de ses diagonales et l'autre diagonale 5 étant utilisée pour mesurer la tension de déséquilibre correpondant à un décentrage. Selon une première réalisation, chaque groupe de noyaux est équipé de deux enroulements électriques de sustentation, le premier entourant ensemble les deux10 premiers noyaux du groupe et le deuxième entourant ensemble les troisième et quatrième noyaux du groupe, les deux enroulements étant reliés et alimentés en série. Selon une seconde réalisation, chaque groupe de noyaux est équipé de quatre enroulements électriques de sustentation, reliés et alimentés en série, un enroulement étant disposé sur chaque noyau du groupe. On va maintenant donner la description d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention en se référant au dessin annexé dans lequel:20 La figure 1 est une vue schématique montrant un palier magnétique selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique partielle montrant une variante par rapport à la figure 1. La figure 3 est un schéma électrique illustrant le principe de mesure pour la détection de position. En se référant à la figure 1, le palier magnétique comprend un circuit magnétique comportant une première partie rotorique 1, bien évidemment solidaire du rotor à supporter, et une deuxième partie statorique 2, évidemment30 solidaire du stator de la machine. La partie statorique 2 comporte, face à la partie rotorique 1, seize noyaux magnétiques référencés A à P Ces noyaux magnétiques sont équipés, d'une part de bobines électriques de détection de position et d'autre part d'enroulements électriques de sustentation, de la manière qui va être dite ci-après Tout d'abord, les seize noyaux ci-dessus référencés sont répartis en quatre groupes: le groupe I comprenant les noyaux A, B, C et D, le groupe Il comprenant les noyaux E, Fr G et F, le groupe III comprenant les noyaux I, J, K et L et le groupe IV comprenant les 5 noyaux M, N O et P. Les groupes I et III correspondent à l'axe référencé Y sur la figure, l'alimentation des enroulements de sustentation du groupe I assurant une attraction radiale du rotor dans le sens de la flèche de l'axe Y et l'alimentation10 du groupe III assurant une attraction radiale du rotor dans le sens opposé à la flèche de l'axe Y. De la même façon, les groupes II et IV correspondent à l'axe référencé X sur la figure et l'alimentation des enroulements du groupe II ou IV assurent une attraction du15 rotor, soit selon le sens de la flèche de l'axe X (groupe II), soit dans le sens opposé (groupe IV). Pour la clarté de la figure, il n'a été figuré que les bobines de détection de position et les enroulements de sustentation du seul axe Y sachant que le principe de la20 disposition de ces bobines et enroulements est absolument identique pour les groupes II et IV de l'axe X. Ainsi, chaque noyau A, B, C et D du groupe 1 est équipé d'une bobine électrique de détection de position: le noyau A d'une bobine 3, enroulée dans le sens des aiguilles d'une montre (en se plaçant à la place du rotor et en regardant vers le noyau considéré); le noyau B d'une bobine 4, enroulée dans le sens trigonométrique; le noyau C d'une bobine 5, enroulée dans le sens des aiguilles d'une montre et le noyau D d'une bobine 6, enroulée dans le sens30 trigonométrique Ces quatre bobines 3, 4, 5 et 6 sont reliées en série et forment le groupe I qui est lui-même relié en série avec le groupe III qui comprend respectivement les bobines 7, 8, 9 et 10 montées sur les noyaux I, J, K et L et reliées elles-mêmes en série Ces35 bobines 7, 8, 9 et 10 sont enroulées dans le sens d'enroulement figuré par les symboles bien connus et et déjà utilisés pour le groupe 1. Les groupes I et III sont ainsi alimentés en série par les conducteurs 11 et 12 en courant alternatif à une fréquence de 20 k Hz par exemple (de préférence entre 10 et k Hz). L'important, dans le sens de l'enroulement des bobines c'est que, dans les deux premiers noyaux A et B, le flux magnétique produit par le courant alternatif d'alimentation10 soit, à un instant déterminé quelconque, de sens opposé. Dans ces deux noyaux A et B le flux, à un instant déterminé est par exemple dans le sens représenté par la ligne fléchée, tracée en pointillé et référencée 13 De même, pour les noyaux C et D le flux doit être de sens opposé: la ligne15 en pointillé référencée 14 figure le flux produit par les bobines 5 et 6 dans ces noyaux avec le sens de circulation du flux, à un instant déterminé, figuré par les flèches En revanche, peu importe le sens respectif du flux dans les noyaux B et C, il peut être celui indiqué mais il pourrait20 tout aussi bien être autre La seule chose qui importe c'est que dans A et B le flux soit en sens inverse l'un de l'autre et de même pour C et D Il en est de même pour le groupe III: Dans I et J le sens du flux doit être respectivement en sens inverse et de même dans K et L le sens du flux doit25 être respectivement en sens inverse. On a figuré par la ligne fléchée 15, tracée en pointillé, le sens du flux produit par les bobines 7 et 8 et par la ligne fléchée 16, tracée en pointillé, le sens du flux produit par les bobines 9 et 10 Sur les fils30 d'alimentation 11 et 12, on a placé des flèches figurant le sens du courant à un instant donné, ce sens correspond au sens du flux également indiqué par les flèches des lignes 15 et 16 compte-tenu des sens d'enroulement indiqués par les symboles O et O.35 on a bien compris que ce qui est important c'est que, à un instant donné, le flux magnétique dans les deux premiers noyaux de chaque groupe est en sens inverse l'un de l'autre, ainsi que pour les deux derniers noyaux de chaque groupe, et que ce résultat peut être obtenu pour d'autres sens d'enroulements que ceux figurés sur la figure 1. 5 Entre les deux groupes I et III mis en série, on a fait un piquage 17 utilisé pour la mesure de position et qui sera expliquée en référence à la figure 3. Comme il a été dit, chaque groupe possède aussi des enroulements de sustentation, alimentés indépendammment les uns des autres La description ne sera faite que pour le groupe I sachant que c'est identique pour les trois autres. Les enroulements du groupe III sont cependant représentés sur la figure 1. Pour les enroulements de sustentation, ce qui est important c'est que le flux magnétique produit par ces enroulements, à un instant déterminé quelconque, soit dans le même sens dans les deux premiers noyaux: A et B pour ce groupe I, et soit dans le sens opposé dans les deux autres noyaux: C et D (même sens dans C et D, opposé à celui dans A20 et B). La figure 1 donne un exemple permettant d'atteindre ce résultat La figure 2, décrite ensuite, en donne un autre exemple. Dans la figure 1, il y a deux enroulements de sustentation référencés 18 et 19, reliés en série et alimentés par les conducteurs d'extrémité 20 et 21. L'enroulement 18 entoure ensemble les noyaux A et B et l'enroulement 19 entoure ensemble les noyaux C et D Ils sont enroulés en sens inverse l'un de l'autre comme le30 montre les symboles de sens d'enroulement utilisés ici encore: et On a seulement changé le cercle en rectangle pour distinguer les enroulements de sustentation des bobines de détection de position Le flux magnétique produit par ces deux enroulements est représenté par les35 deux lignes en traits continus 22 et 23 avec le sens de circulation du flux indiqué par les flèches sur ces lignes et correspondant à un courant dans le sens indiqué également par les flèches représentées sur les conducteurs d'alimentation il et 12. Ici, ce courant peut-être continu ou alternatif. C'est identique pour les autres groupes II, III et IV. Sur le groupe III, opposé ou groupe I, on a repéré les deux enroulements 24 et 25 avec les conducteurs d'alimentation 26 et 27 et les lignes de flux 28 et 29 en traits continus. La figure 2 est un schéma partiel montrant une variante de réalisation pour le même résultat Ici, il y a quatre enroulements de sustentation: 30, 31, 32 et 33 c'est- à-dire un par noyau Les deux premiers 30 et 31 sont enroulés dans le même sens et les deux suivants 32 et 33, dans le sens opposé des deux premiers Les quatre15 enroulements sont reliés en série Sur cette figure 2, on n'a pas figuré les lignes 13 et 14 du flux produit par les bobines de détection de position pour ne pas alourdir la figure qui, sauf pour les enroulements de surtentation est identique à la figure 1.20 En revenant à la figure 1, et en se limitant au groupe I, puisque c'est identique pour les autres, on voit que le flux magnétique produit par les enroulements de sustentation 18 et 19 n'influence pas les bobines de détection de position En effet le flux magnétique produit par l'enroulement de sustentation 18 se partage également dans les deux noyaux A et B, et les traverse dans le même sens; mais si l'on se place maintenant par rapport aux deux bobines 3 et 4 de détection de position on voit que le flux de sustentation traverse la bobine 3 de détection dans le30 même sens que le flux de détection produit par cette bobine 3 mais que pour la bobine 4 le flux de sustentation traverse cette bobine 4 de détection dans le sens inverse du flux qu'elle produit elle-même: il en résulte que, pour ces deux bobines de détection 3 et 4 reliées en série, le flux de35 sustentation qui les traverse est nul Ainsi les bobines de détection ne sont pas influencées par le flux produit par les enroulements de sustentation, ce qui simplifie beaucoup le circuit électrique de détection de position dont le principe est décrit ci-après en référence à la figure 3 On a exactement la même chose pour les deux autres bobines 5 et 5 6 traversées positivement est négativement (par rapport au sens du flux qu'elles produisent elles-mêmes) par le flux magnétique produit par l'enroulement de sustentation 19. Le principe de la mesure de la position du rotor par rapport au stator est maintenant expliqué en se référant à la figure 3, pour l'axe Y, sachant que pour l'axe X le principe est identique, la mesure étant faite par les bobines de détection placées sur les groupes de noyaux II et IV et mise dans un circuit électrique identique à celui de la figure 3.15 Sur cette figure 3, on a représenté les bobines de détection de position du groupe I par l'inductance variable Ll et celles du groupe III par l'inductance variable L 3 En effet, selon la position du rotor 1 par rapport au stator 2, la réluctance du circuit magnétique varie et donc aussi le20 coefficient de auto- induction L des bobines. Ainsi, ces deux groupes I et III sont alimentés en série par les conducteurs d'alimentation il et 12 au moyen d'un courant alternatif de fréquence élevée, de l'ordre de 10 à 100 k Hz Elles sont montées dans un pont de mesure comportant une impédance 34 et une impédance réglable 35 permettant d'ajuster le pont pour obtenir l'équilibre (tension nulle dans la diagonale 17, 36 équipé d'un instrument de mesure 38) lorsque le rotor est parfaitement centré dans le stator (par rapport à l'axe Y) Selon que le30 rotor est décentré dans un sens ou dans l'autre, la tension mesurée par l'appareil 38 est positive ou négative et fonction de la valeur du décentrage on commande alors en conséquence le courant dans les enroulements de sustentation du groupe I ou III selon le cas. REVENDICATIONS 1/ Palier électromagnétique pour la sustentation radiale d'un rotor dans un stator, comportant un circuit magnétique comprenant une première partie rotorique ( 1) solidaire dudit 5 rotor et une deuxième partie statorique ( 2) solidaire dudit stator, ladite partie statorique comportant, face à la première partie rotorique, une pluralité de noyaux magnétiques (A à P) équipés, d'une part de bobines électriques de détection de position ( 3, 4, 5, 6), alimentées par un courant électrique alternatif de détection et d'autre part d'enroulements électriques de sustentation ( 18, 19), alimentés par des courants de puissance, caractérisé en ce que ladite partie statorique ( 2) du circuit magnétique comporte seize dits noyaux magnétiques (A15 à P) répartis en quatre groupes de quatre noyaux consécutifs, les quatres groupes étant appelés respectivement groupe I, groupe II, groupe III et groupe IV et se suivant les uns les autres dans l'ordre, les groupes I et III correspondant à une action radiale selon un axe Y et20 respectivement dans un sens et dans l'autre, et les groupes II et IV correspondant à une action radiale selon un axe X perpendiculaire à l'axe Y et respectivement dans un sens et dans l'autre, chaque noyau de chaque groupe étant équipé d'une bobine électrique de détection de position ( 3, 4, 5,25 6), les bobines des quatre noyaux d'un groupe étant reliées en série et le sens de l'enroulement d'une bobine sur chaque noyau étant tel que, à un instant déterminé quelconque, le flux magnétique ( 13, 14) produit par le courant alternatif d'alimentation, est de sens opposé dans les deux premiers30 noyaux (A, B) du groupe et également de sens opposé dans les deux suivants (C, D) et en ce que chaque groupe est en outre équipé d'enroulements électriques de sustentation ( 18, 19, 24, 25) disposés sur les noyaux du groupe de telle sorte que, à un instant déterminé quelconque, le flux magnétique ( 22,23, 28, 29) produit par le courant d'alimentation est dans le même sens dans les deux premiers noyaux du groupe (A, B) et dans le sens opposé dans les deux noyaux suivants (C, D), les enroulements de chaque groupe étant alimentés séparément. 2/ Palier électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bobines électriques de détection de position ( 3 à 10) des groupes I et III sont reliées et alimentées en série et de même, les bobines des groupes II et IV sont reliées et alimentées en série. 3/ Palier électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque groupe de noyaux est équipé de deux enroulements électriques de sustentation ( 18, 19), le premier ( 18) entourant ensemble les deux premiers noyaux (A, B) du groupe et le deuxième ( 19) entourant ensemble les troisième (C) et quatrième (D) noyaux du groupe, les deux15 enroulements étant reliés et alimentés en série. 4/ Palier électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque groupe de noyaux est équipé de quatre enroulements électriques de sustentation ( 30 à 33) reliés et alimentés en série, un enroulement étant disposé20 sur chaque noyau du groupe. / Palier électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites bobines électriques de détection sont alimentées en courant alternatif d'intensité d'amplitude fixe, et en ce que chaque ensemble de deux25 groupes de bobines (I, III) mis en série est monté dans un pont de mesure, équilibré en position centré du rotor dans le stator, selon l'axe considéré X ou Y correspondant aux deux groupes de bobines mises en série, le pont étant alimenté dans l'une de ses diagonales ( 11, 12) et l'autre30 diagonale ( 17, 36) étant utilisée pour mesurer la tension ( 38) de déséquilibre correspondant à un décentrage. 6/ Palier électromagnétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit courant alternatif de détection de position est à une fréquence comprise entre 10 et35 100 k HZ.