Brevet FR2729723A1 — publié le 19960726

Système de palier magnétique actif. La présente invention a trait à un système de palier magnétique actif, et plus particulièrement, à un système de palier magnétique actif dans lequel l'énergie d'inertie de rotation élevée d'un corps rotatif est consom- mée par un moyen de consommation d'énergie particulier, pour ainsi réduire la charge d'un palier auxiliaire, et la vitesse du corps rotatif est fortement réduite lorsqu'un état d'urgence, tel qu'une panne d'alimentation se produit, pour ainsi protéger le palier auxiliaire. Un système de palier magnétique actif est un système dans lequel un corps rotatif flotte et est supporté par la force magnétique d'un électro-aimant de sorte que le corps rotatif peut être entraîné en rotation sans con- tact mécanique quelconque. D'une manière générale, un tel système comprend un palier magnétique radial dans lequel le corps rotatif est supporté dans la direction radiale de celui-ci et un palier magnétique de direction d'arbre dans lequel le corps rotatif est supporté dans la direction axiale. Le système de palier magnétique actif décrit ci-dessus a été largement utilisé dans un domaine particu- lier associé à l'instrumentation spatiale, dans des dispo- sitifs expérimentaux ou machinerie lourde à des fins indus- trielles. Ainsi, la fabrication a été basée sur une produc- tion réduite et les structures ont été développées à la demande pour les domaines particuliers. Récemment, les développements technologiques, cependant, ont fortement augmenté la demande pour ces types de palier magnétique pour une utilisation dans des équipements fabriqués en série qui nécessitent à la fois une précision élevée et un degré élevé de liberté de mouvement. La Figure 1 représente un exemple d'un système de palier magnétique actif classique. En référence à la Figure 1, le système de palier magnétique actif classique est constitu6 d'un palier magn6- tique 12 introduit dans une partie prédéterminée d'un arbre rotatif 11 et d'un palier auxiliaire 13 introduit dans une extrémité de l'arbre rotatif 11. Le palier magné- tique 12 est constitué d'un noyau 12c de forme prédétermi- n6e, c'est-à-dire annulaire, et d'une bobine 12w enroulée autour du noyau 12c. Ici, une pluralité d'électrodes magne- tiques (non représentées) sont réalisées sous la forme de parties saillantes le long de la circonférence intérieu- re du noyau annulaire 12c, selon une structure symétrique ou isogonique et les bobines 12w sont bobinées autour de chacune de parties saillantes. Le palier auxiliaire 13 possède un bottier cylin- drique 13h et des éléments de palier à sec 14 et 15 dispo- sés à la partie de contact entre le bottier 13h et l'arbre rotatif 11, pour dégager l'énergie d'inertie de rotation de l'arbre rotatif 11 sous la forme d'énergie thermique provoquée par un frottement. Un élément 16 de protection contre l'abrasion en vue d'empêcher que les éléments de palier à sec 14 et 15 ne soient abradés, est disposé entre les éléments de palier à sec 14 et 15. Des ailettes de refroidissement 17 pour dissiper la chaleur générée par le frottement entre l'arbre rotatif 11 sont fixées à un côté du boftier 13h par un élément de fixation 18. Egale- ment, les éléments de palier à sec 14 et 15 sont disposés sur un côté du bottier 13h. Dans le système de palier magnétique classique présentant la structure précitée, lorsqu'un courant circule dans une bobine 12w, un champ magnétique est établi autour de la bobine 12w qui constitue ainsi un électro-aimant. L'arbre rotatif 11 est rendu flottant par une force magné- tique générée depuis une pluralité d'électrodes magnétiques saillantes formées le long de la circonférence intérieure du noyau 12c, de telle sorte qu'il n'existe pas de contact mécanique avec le noyau 12c. Ici, l'arbre rotatif 11, se trouvant à l'état flottant précité, tourne généralement à vitesse élevée. Cependant, dans le système de palier magnétique classique, l'énergie d'inertie rotative élevée de l'arbre rotatif 11 est consommée sous la forme d'énergie thermique provoquée par un frottement dans le palier auxiliaire 13, pour ainsi réduire la vitesse de l'arbre rotatif 11 ou provoquer un arrêt complet de celui-ci. Par conséquent, un résidu métallique est généré par suite de l'abrasion d'éléments de palier à sec 14 et 15 et la longévité des éléments de palier à sec 14 et 15 est réduite. Pour résoudre le problème précité, un des buts de la présente invention est de proposer un système de palier magnétique actif dans lequel l'énergie d'inertie de rotation élevée d'un corps rotatif est consommée par un moyen de consommation d'énergie particulier, pour ainsi réduire la charge d'un palier auxiliaire, et dans lequel la vitesse du corps rotatif est fortement réduite lors- qu'une situation d'urgence, telle qu'une panne d'alimenta- tion, se produit, pour ainsi protéger le palier auxiliaire. Afin d'atteindre le but précité, on prévoit un système de palier magnétique actif comportant: un palier magnétique pour supporter un arbre rotatif par flottement et un palier auxiliaire pour protéger le palier magnétique, dans lequel un ou plusieurs aimants permanents sont disposés dans une position prédéterminée de l'arbre rotatif et une ou plusieurs bobines de freinage sont dispo- sées adjacentes aux aimants permanents pour induire une force électromotrice provoquée par le flux magnétique de l'aimant permanent, dans lequel les bobines de freinage constituent un circuit fermé conjointement avec une résis- tance et un élément de commutation prédéterminé pour con- sommer l'énergie électrique induite par la force électromo- trice dans la bobine, et dans lequel l'élément de commuta- tion est actionné par le fonctionnement d'un circuit de détection d'urgence pour détecter une situation d'urgence. Par conséquent, l'énergie d'inertie de rotation élevée du corps rotatif est consommée par des bobines de freinage et une résistance constituant un circuit fermé, de sorte que la vitesse du corps rotatif est fortement réduite lorsqu'une situation d'urgence, telle qu'une panne d'alimentation, se produit, pour ainsi protéger le palier auxiliaire. En résultat, la longévité du palier magnétique peut être accrue. Les buts et avantages précités de la présente invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation préférés de celle-ci en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la Figure 1 est un schéma d'un système de palier magnétique actif classique; la Figure 2 est un schéma d'un système de palier magnétique actif selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; la Figure 3 est une vue latérale de bobines de freinage du système de palier magnétique actif représen- té sur la Figure 2; et la Figure 4 est un schéma des bobines de freinage et d'une partie périphérique de celles-ci du système de palier magnétique actif selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention. On se réfère aux Figures 2 et 3. Un système de palier magnétique actif selon la présente invention est réalisé en introduisant un palier magnétique 22 pour supporter un arbre rotatif 21 dans un état flottant, qui est constitué d'un noyau 22c d'une substance magnétique dure et d'une bobine 22w enroulée autour du noyau, et un palier auxiliaire 23 pour protéger le palier magnétique 22, dans une partie prédéterminée de l'arbre rotatif 21. Egalement, un dispositif de consommation de l'énergie d'inertie de rotation générée lorsque l'arbre rotatif 21 tourne en convertissant l'énergie d'inertie de rotation en énergie électrique, est disposé dans une autre position prédéterminée de l'arbre rotatif 21. Ainsi, une pluralité d'aimants permanents 24 sont fixés à la circonférence de l'arbre rotatif 21 et une pluralité de bobines de frei- nage 25 sont espacées d'une distance prédéterminée de la circonférence de la pluralité d'aimants permanents 24. Egalement, une résistance 26 et un élément de commuta- tion 27 sont reliés aux bobines de freinage 25, pour ainsi constituer un circuit fermé. Lorsqu'un état d'urgence, tel qu'une panne d'alimentation se produit, un circuit de détection d'urgence 28 excite le circuit fermé par le fonctionnement de l'élément de commutation 27. Ici, la résistance 26 a pour fonction de dissiper le courant induit dans les bobines de freinage 25 par la liaison entre un flux magnétique généré par les aimants permanents 24 et les bobines de freinage 25, en tant que valeur de chaleur dissipée par effet Joule H (calculée en tant que 0,24 I2Rt[calorie]). D'autre part, la Figure 4 est un schéma des bobines de freinage et d'une partie périphérique de celles- ci du système de palier magnétique actif selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention. La structure du système de palier magnétique actif repré- senté sur la Figure 4 est fondamentalement similaire à celle du système de palier magnétique actif décrit en référence aux Figures 2 et 3. Ainsi, une description des mêmes éléments sera omise. Ainsi, le mode de réalisation préféré décrit en référence aux Figures 2 et 3 utilise des bobines de freinage 25 enroulées autour d'aimants permanents 24. Contrairement à ceux-ci, dans un autre mode de réalisation préféré comme représenté sur la Figure 4, une culasse 49 présentant une pluralité de parties saillantes 49t autour de la circonférence intérieure de celle-ci est disposée autour desdits aimants permanents 6 2729723 et des bobines de freinage 45 sont enroulées autour de chacune des parties saillantes 49t. Ici, la culasse 49 présentant les parties saillantes 49t, constitue un trajet pour le flux magnétique provenant des aimants permanent 44, pour ainsi former un circuit magnétique. Ainsi le degré de liaison du flux magnétique provenant des aimants permanents 44 et des bobines de freinage 45 est augmenté puisque le flux magnétique circule par l'in- termédiaire des parties saillantes 49t. Lorsque le degré du flux magnétique de liaison est accru, une force électro- motrice induite e (calculée en tant que dO/dt[V]) est augmentée, pour ainsi accroître la consommation d'énergie thermique par effet Joule. En résultat, l'énergie d'inertie de rotation de l'arbre rotatif est fortement réduite de sorte que sa vitesse de rotation est notablement diminuée, pour ainsi stopper l'arbre rapidement. Ceci provoque la réduction de la charge appliquée à un palier auxiliaire, de manière à protéger le palier auxiliaire et le palier magnétique. De plus, les bobines de freinage 45 sont dispo- sées de façon très stable par bobinage autour des parties saillantes 49t de la culasse 49. Le fonctionnement du système de palier magnétique actif présentant la structure précitée sera brièvement décrit ci-après en référence à la Figure 2. Lorsque le courant circule dans la bobine 22w, un champ magnétique est établi autour de la bobine 22w. En résultat, le noyau 22c est magnétisé pour constituer un électro- aimant et l'arbre rotatif 22 est rendu flottant par suite de la force magnétique du noyau 22c sans contact avec ce dernier. L'arbre rotatif 21 tourne à vitesse élevée dans cette situation de flottement. Si une situation d'ur- gence, telle qu'une panne d'alimentation, se produit durant un fonctionnement normal, le circuit de détection d'urgence 28 détecte immédiatement la situation d'urgence pour ac- tionner l'élément de commutation 27. Par suite du fonction- nement de l'élément de commutation 27, le circuit fermé constitué par les bobines de freinage 25, la résistance 26 et l'élément de commutation 27 agit, de sorte que le courant provoqué par la force électromotrice induite circu- le dans le circuit. En résultat, une chaleur par effet Joule est générée par la résistance 26, de sorte que l'é- nergie d'inertie de rotation de l'arbre rotatif 21 est notablement réduite, et la vitesse de rotation est brusque- ment réduite, pour arrêter l'arbre rotatif en un temps très court. Ainsi, la charge appliquée au palier auxiliaire 23 est réduite et le palier auxiliaire 23 ainsi que le palier magnétique 22 sont protégés. Comme décrit ci-dessus, selon le système de palier magnétique actif de la présente invention, l'énergie d'inertie de rotation élevée du corps rotatif est consommée par les bobines de freinage et la résistance constituant le circuit fermé, de sorte que la vitesse du corps rotatif est fortement réduite lorsqu'une situation d'urgence, telle qu'une panne d'alimentation, se produit, pour ainsi protéger le palier auxiliaire. En résultat, la longévité du circuit magnétique peut être accrue. R E V E N D I C A T I ONS 1. Système de palier magnétique actif comportant un palier magnétique pour supporter un arbre rotatif en faisant flotter ce dernier et un palier auxiliaire pour protéger ledit palier magnétique, caractérisé en ce qu'au moins un ou plusieurs aimants permanents (24; 44) sont disposés dans une position prédéterminée dudit arbre rotatif (21) et une ou plusieurs bobines de freinage (25; ) sont disposées adjacentes auxdits aimants permanents pour induire une force électromotrice provoquée par le flux magnétique dudit aimant permanent, que lesdites bobines de freinage (25; 45) constituent un circuit fermé conjointement avec une résistance (26; 46) et un élément de commutation prédéterminé (27; 47) pour consommer l'énergie électrique provoquée par la force électromotrice induite dans la bobine et que ledit élément de commutation est actionné par le fonctionnement d'un circuit de détection d'urgence (28; 48) pour détecter une situation d 'urgence. 2. Système de palier magnétique actif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une culasse (49) présentant une pluralité de parties saillantes (49t) autour de la circonférence intérieure de celle-ci et étant disposée autour desdits aimants permanents (44), et dans lequel lesdites bobines de freinage (45) sont bobinées autour de ladite pluralité de parties saillantes.