Brevet FR3163130A1 — publié le 20251212

[Actionneur radial pour module de palier radial magnétique] Cet actionneur radial 1 comprend un arrangement de bobines 2 disposées autour d’un axe central XX’ et formées chacune par des paquets de tôles 3 et par du fil de bobinage isolé électriquement desdits paquets de tôles 3. L’actionneur radial 1 comprend en outre deux flasques opposés distincts 5 qui comprennent un matériau isolant électriquement et qui sont disposés de part et d’autre des paquets de tôles 3 d’au moins une desdites bobines 2, le fil de bobinage de ladite bobine 2 étant enroulé autour des deux flasques 5 et venant en contact contre lesdits flasques. Figure pour l’abrégé : [Fig 4] Actionneur radial pour module de palier radial magnétique Domaine technique de l’invention La présente invention concerne les modules d’actionneurs magnétiques, notamment pour palier radial magnétique, et notamment les solutions permettant de réaliser différentes configurations de modules d’actionneur radial, que ce soit en termes de diamètre ou de longueur de face active. La présente invention vise à constituer un module d’actionneur radial modulaire dont chaque quadrant de bobines peut être réalisé indépendamment des autres, et capable de s’adapter à plusieurs géométries de bobines : nombre de cornes, hauteur et isolation du paquet de tôles des bobines, la section des fil et câbles utilisés, type d’interconnexion, etc. Etat de la technique antérieure Un module de d’actionneur magnétique d’un système, tel qu’une machine industrielle, comprend classiquement un capteur de position et un ou plusieurs actionneurs magnétiques. Deux méthodes sont connues pour fabriquer et monter les bobines sur le paquet de tôles pour former un actionneur radial s’intégrant dans un module de palier magnétique : le roulage des bobines en amont, sur un outillage, suivi de son montage en isolant le paquet de tôles à l’aide d’un matériau isolant ; ou le roulage des bobines sur des carcasses spécifiques à une taille de corne puis le montage de l’ensemble sur le paquet de tôles. La méthode à roulage de la bobine en amont pose l’inconvénient de nécessiter un outil propre à une taille de paquet de tôles, ce qui impose une standardisation des dimensions de paquet de tôles ou une multiplication coûteuse d’outils. De plus, l’isolation complémentaire et le montage sont des opérations particulièrement chronophages. La méthode à roulage de la bobine pose également l’inconvénient de la standardisation des dimensions puisque la carcasse est propre à une taille de paquet de tôles. Dans les deux cas, la forme du paquet de tôles est contrainte par ces opérations de fabrication, ses limites étant en particulier dans son encombrement pour assurer l’insertion sur le paquet de tôles des enroulements de fils des bobines. L’invention a pour but de pallier au moins certains des inconvénients précités. Au vu de ce qui précède, l’invention a pour objet un actionneur radial pour module de palier radial magnétique, comportant un arrangement de bobines disposées autour d’un axe central et formées chacune par des paquets de tôles et par du fil de bobinage isolé électriquement desdits paquets de tôles, l’actionneur radial comprenant en outre deux flasques opposés distincts qui comprennent un matériau isolant électriquement et qui sont disposés de part et d’autre des paquets de tôles d’au moins une desdites bobines, le fil de bobinage de ladite bobine étant enroulé autour des deux flasques et venant en contact contre lesdits flasques. Avec cette conception des flasques, il est possible de moduler aisément la hauteur du paquet de tôles de la bobine associée selon la dimension souhaitée. En outres, les opérations de bobinage du fil peuvent être réalisées aisément directement sur les flasques. De préférence, les deux flasques sont ouverts radialement du côté de l’axe central du capteur de position et les paquets de tôles s’étendent en saillie vers ledit axe central par rapport aux flasques. Ceci permet de pouvoir moduler la longueur du paquet de tôles en fonction du besoin, selon le besoin de capacité de charge du module de palier magnétique associé. Par exemple, les flasques enserrent axialement les paquets de tôle de ladite bobine. Alternativement, les flasques peuvent enserrer les paquets de tôle de ladite bobine dans le sens circonférentiel. Selon un premier mode de réalisation, les deux flasques sont espacés axialement l’un de l’autre, l’actionneur radial comportant en outre deux éléments isolants comprenant un matériau isolant électriquement, interposés axialement entre les flasques, c’est-à-dire parallèlement à l’axe central, et disposés circonférentiellement de part et d’autre des paquets de tôle de ladite bobine. Chaque élément isolant peut comporter un papier électriquement isolant, une résine électriquement isolante, et/ou une poudre pulvérisée agglomérée dans l’interstice. Selon un deuxième mode de réalisation, les flasques viennent axialement en appui l’un contre l’autre. Les flasques peuvent alors comporter en outre chacun un créneau du côté des paquets de tôles de ladite bobine pour augmenter localement la distance circonférentielle entre ledit paquet de tôle et le fil de bobinage. Avantageusement, au moins une desdites bobines a une forme trapézoïdale ou pyramidale. L’actionneur radial peut prévoir en outre que l’arrangement de bobines forme des quadrants de deux bobines ou plus , et deux flasques sont disposés de part et d’autre de toutes les bobines du même quadrant. L'invention concerne également un module de palier magnétique comprenant un palier magnétique tel que décrit ci-dessus. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise à l'étude détaillée de plusieurs modes de réalisation pris à titre d'exemple non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : FIG. 1 représente une vue partielle en perspective d’un actionneur radial modulaire selon un premier mode de réalisation de l’invention présentant des quadrants à deux bobines avec des bobines indépendantes enroulées sur des flasques à corne unique. FIG. 2 représente une vue partielle en perspective d’un actionneur radial modulaire selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, présentant des quadrants à deux bobines avec flasque unique comportant deux cornes. FIG. 3 représente une autre vue en perspective d’un actionneur radial modulaire selon un troisième mode de réalisation de l’invention avec modulation du diamètre intérieur du paquet des tôles. FIG. 4 représente une autre vue en perspective d’un actionneur radial modulaire selon un quatrième mode de réalisation de l’invention avec modulation de la hauteur du paquet des tôles. FIG. 5 représente une autre vue en perspective d’un actionneur radial modulaire selon un cinquième mode de réalisation de l’invention avec modulation du diamètre intérieur et de la hauteur du paquet des tôles. FIG. 6 représente une vue en coupe au niveau d’une bobine du palier radial modulaire de la FIG. 3 . FIG. 7 représente une autre vue en coupe au niveau d’une bobine du palier radial modulaire de la FIG. 4 . FIG. 8 représente une vue en coupe de la FIG. 5 . Description détaillée de l’invention La FIG. 1 illustre l’actionneur radial pour module de palier radial magnétique 1 selon un premier mode de réalisation de l’invention. L’actionneur radial 1 comporte un arrangement de bobines 2 disposées autour d’un axe central XX’ et formées chacune par des paquets de tôles 3 et par du fil de bobinage (non représenté) qui est isolé électriquement desdits paquets de tôles 3. L’arrangement de bobines 2 forme une couronne concentrique de bobines 2 autour de l’axe central XX’, dédiées à accueillir un arbre mécanique en son centre selon ledit axe central XX’, pour une machine tournante, notamment industrielle. L’actionneur radial 1 comprend en outre, pour chaque bobine 2, deux flasques 5 opposés distincts qui sont disposés de part et d’autre des paquets de tôles 3 de ladite bobine 2, le fil de bobinage entourant les deux flasques 5. Les flasques 5 comprennent un matériau isolant électriquement. Les flasques 5 sont destinés à recevoir sur leur surface extérieure du fil de bobinage, notamment en cuivre, entourant les deux flasques opposés 5 pour former une bobine 2. Le fil de bobinage est enroulé autour des deux flasques 5 et vient en contact contre lesdits flasques. Le fil de bobinage n’est pas enroulé directement autour des paquets de tôles 3. Dans l’exemple de réalisation illustré, les flasques 5 sont identiques entre eux et présente une section en forme de U. Les flasques 5 sont symétriques par rapport à un plan radial médian de la bobine. Dans l’exemple de réalisation illustré, les flasques 5 sont axialement en appui l’une contre l’autre et délimitent un canal à l’intérieur duquel s’étendent le paquet de tôles 3 de la bobine associée. Dans l’exemple de réalisation illustré, les deux flasques 5 sont ouverts radialement du côté intérieur, i.e. vers l’axe central XX’, et les paquets de tôle 3 s’étendent en saillie du côté dudit axe central XX’ par rapport aux flasques 2. Par exemple, les flasques 5 enserrent axialement les paquets de tôles 3 de la bobine associée. La forme ouverte des flasques 5 n’englobe pas intégralement la longueur radiale des cornes du paquet de tôles 3 de la bobine associée, ce qui permet de moduler la longueur de la corne formée par le paquet de tôles 3 en fonction du besoin, ce qui va permettre de diminuer le nombre de références de carcasses de bobines 2 et de moduler le diamètre intérieur de l’actionneur radial 1. Il est également possible de moduler la hauteur du paquet de tôles 3 de la bobine associée compte tenu de la réalisation des flasques 5 sous la forme de deux pièces distinctes. Sur la FIG. 1 , l’actionneur radial 1 est tel que chaque bobine 2 appartient à un quadrant unitaire, c’est-à-dire comportant une seule bobine 2. Dans le deuxième mode de réalisation illustré par la FIG. 2 , l’actionneur radial 1 peut en alternative être tel que l’arrangement de bobines 2 forme des quadrants 4 de plusieurs bobines 2, par exemple deux bobines 2 ou plus, par exemple trois bobines 2, et en l’espèce deux bobines 2 sur la FIG. 2 , et que les deux flasques 5 soient disposés de part et d’autre de toutes les bobines 2 du même quadrant 4. Cela permet de mutualiser les flasques 5, et d’augmenter encore la modularité de la conception de l’actionneur radial 1. Dans cette conception, chaque flasque 5 est adapté à la forme de plusieurs paquets de tôles 3 successifs, et relie toutes les bobines 2 d’un même quadrant 4. Les deux flasques 5 opposés sont toujours disposés de chaque côté des paquets de tôles 3 correspondant du quadrant 4 et permettent d’isoler les paquets de tôles 3 des fils de bobinage lors de leur bobinage en automatique in situ. L’intérêt de travailler en quadrant 4 est de ne pas être tributaire de la dilatation globale de l’actionneur radial 1 et de réaliser une pièce en matériau électriquement isolant, par exemple en plastique, qui soit plus petite, donc plus économique à fabriquer. La présence de deux flasques opposés 5 au lieu d’un seul englobant tout le paquet de tôle permet aussi que les contraintes de dilatation thermiques soient réduites dans les deux flasques 5 car non propagées depuis et vers les deux flasques 5. La FIG. 3 illustre un troisième mode de réalisation dans lequel les paquets de tôles 3 peuvent être conçus avec une forme plus longue vers le centre de l’actionneur radial 1 pour une même paire de flasques 5 donnée dans la mesure où les flasques sont radialement ouverts du côté intérieur. Il est ainsi possible de moduler la longueur de la corne du paquet de tôles 3 et le diamètre de la zone active, notamment selon le besoin de capacité de charge du module de palier magnétique. La FIG. 4 illustre un quatrième mode de réalisation dans lequel les paquets de tôles 3 de chaque bobine présente une hauteur plus importante, ce qui est possible pour une même forme de flasques 5, puisqu’ils sont formés par deux pièces distinctes, c’est-à-dire pouvant être séparées et placées indépendamment l’une de l’autre. Ainsi, comme illustré par les Figures 1, 2 et 3, les deux flasques 5 peuvent être joints et mise en appui l’un contre l’autre, ce qui évite d’avoir un interstice séparant les flasques 5, donc le besoin d’ajout d’isolation électrique entre le fil de bobinage dans la zone de contact des deux flasques 5. Dans les premier, deuxième et troisième modes de réalisation, les deux flasques 5 englobant le paquet de tôles 3 sont par exemple emboîtés pour effectuer ce recouvrement et garantir la continuité d’isolation. Cette solution implique un jeu ou des pièces différentes en fonction de la hauteur de paquet de tôles 3. En alternative dans les premier, deuxième et troisième modes de réalisation, lorsque les deux flasques 5 sont montés sans être mis en appui l’un contre l’autre ou scellés étanchement, les flasques 5 sont séparés par du gaz ambiant, par exemple de l’air, qui est relativement faiblement isolant électriquement. Dans le cas de l’utilisation d’air ambiant entre les deux flasques 5, la continuité d’isolation électrique entre les fils de bobinage recouvrant les flasques 5 et les paquets de tôles 3 peut être assurée grâce à une conception dans laquelle les flasques 5 comportent chacun un créneau 8 visible sur les Figures 3, 6 et 7, qui est adapté pour augmenter suffisamment la distance entre le paquet de tôles 3 et son fil de bobinage, en particulier la distance d’air. En effet, les normes de machines industrielles imposent des distances d’isolation électrique entre les éléments bobinés et les faces métalliques, en l’occurrence la tôle des paquets de tôles 3. Avec un flasque monobloc classique, c’est-à-dire s’étendant circonférentiellement tout autour du paquet de tôles 3, la continuité d’isolant est garantie continûment tout autour du paquet de tôles 3. A l’inverse, dans le cas d’une pièce ouverte ou séparée en deux flasques 5, la continuité d’isolation électrique peut être garantie par un corps étranger isolant ou bien en respectant une distance dans l’air imposée. Cette solution évite le recouvrement des surfaces exposées électriquement du paquet de tôle 3, et l’apport de composants extérieurs comme éléments isolants 7, en créant une isolation par l’air en déplaçant les surfaces extérieures des flasques 5 supportant le passage du fil de bobinage suffisamment loin des surfaces métalliques du paquet de tôle 3 pour respecter les distances suivant les normes utilisées. Il est par exemple recommandé de réaliser un créneau 8 tel que la distance d’air entre le paquet de tôles 3 et son fil de bobinage soit d’au moins deux millimètres et demi, pour assurer une isolation électrique grâce audit gaz ambiant. Ainsi, on peut prévoir que le gaz ambiant comprenne de l’air et que la distance entre le paquet de tôles 3 et son fil de bobinage soit supérieure ou sensiblement égale à deux millimètres et demi, pour réaliser une isolation électrique suffisante pour le fonctionnement de l’actionneur radial 1. Dans les quatrième et cinquième modes de réalisation illustrés par les Figures 4 5 et 7, les deux flasques 5 sont espacés axialement l’un de l’autre, l’actionneur radial 1 comportant en outre deux éléments isolants 7 comprenant un matériau isolant électriquement interposés axialement entre les flasques 5 et disposés circonférentiellement de part et d’autre des paquets de tôle 3 de ladite bobine 2. Les deux flasques 5 étant disjoints, un interstice 6 sépare lesdits flasques 5, et peut comporter lesdits éléments isolants 7, comme illustré par les Figures 4 5 et à 7. Le fil de bobinage est enroulé autour des deux flasques 5 et des éléments isolants 7, et vient en contact contre lesdits flasques et lesdites éléments isolants. Le fil de bobinage n’est pas enroulé directement autour des paquets de tôles 3. Les éléments isolants 7 sont choisis pour avoir un coefficient diélectrique particulièrement élevé. Avantageusement, les éléments isolants 7 comportent un papier électriquement isolant 9, une résine électriquement isolante, et/ou une poudre pulvérisée agglomérée dans l’interstice 6. Comme détaillé sur les Figures 6 et 7, illustrant le cinquième mode de réalisation, le créneau 8 des premier, deuxième et troisième modes de réalisation peut également être utilisé dans les quatrième et cinquième modes de réalisation puisqu’il peut servir d’encoche pour maintenir en position les éléments isolants 9, en particulier lorsqu’il s’agit d’un papier électriquement isolant en forme de bandelette. Grâce à une telle fonction d’encoche du créneau 8, il n’y a pas besoin de contraindre mécaniquement les éléments isolants 7 pour qu’ils maintienne leur propre forme durant toute la durée de vie de l’actionneur radial 1, car les éléments isolants 7 sont insérés de part et d’autre dans l’encoche 8 de chaque flasque 5, et peuvent bouger librement entre les deux de l’une vers l’autre, ce qui permet une conception allégée par rapport à une conception avec moyens de retenue adjoints qui entrainent un maintien trop contraint et/ou hyperstatique. L’encoche à créneau 8 permet donc d’offrir une durabilité plus importante des éléments isolants 7 et de l’actionneur radial 1. De plus, cette conception peu contrainte des éléments isolants 7 facilite leurs mises en place de part et d’autre d’un des paquets de tôle 3, puisqu’il suffit des insérer dans les encoches 8, ce qui facilite la fabrication de l’actionneur radial 1. L’apport d’éléments isolants 7, notamment minces, combinés avec un recouvrement des flasques 5 pour garantir la distance d’isolation, est une solution adaptée à toutes les hauteurs de paquet de tôles 3, même si sa mise en œuvre impose une longueur spécifique d’isolant pour chaque version de paquet de tôles 3. Comme illustré par la FIG. 8 , le cinquième mode de réalisation peut prévoir en outre des espaces 10 formés par un espaceur 11 adjoint sur un flasque 5 ou formé par celui-ci, qui permettent d’espacer ce flasque 5 par rapport au paquet de tôles 3, pour assurer que les fils de bobinage soient disposés à une distance permettant une isolation électrique par le gaz ambiant, notamment l’air autour dudit paquet de tôles 3. L’espaceur 11 a alors une forme dentée pour permettre un écartement incluant un maximum d’air. Une des alternatives les plus économiques est de substituer l’apport d’éléments isolants minces 9 par une protection au préalable du paquet de tôles 3 sur les faces concernées du paquet de tôles 3, à savoir celles exposées électriquement, grâce à la dépose d’une résine sous la forme d’une poudre agglomérée thermiquement. Avantageusement, dans n’importe quel mode de réalisation, au moins une bobine 2 a une forme trapézoïdale ou pyramidale. Ces formes, formées par des paquets de tôles 3 en forme de pavés aux faces non parallèles dirigées vers le centre de l’actionneur radial 1, sont rendues possibles grâce au procédé de fabrication intégrant les deux flasques distincts 5 autour des paquets de tôles 3. La forme sensiblement pyramidale ou trapézoïdale optimise le remplissage de fond d’une bobine 2, ce qui est impossible dans les techniques habituelles de fabrication du fait des interférences mécaniques entre les bobines 2 lors de leurs insertions. L'invention concerne également un module de palier magnétique comprenant un palier magnétique et un actionneur radial 1 tel que décrit précédemment dans lequel les bobines 2 comporte du fil de bobinage enroulé autour des flasques 5. L'invention concerne également un procédé de fabrication d’un tel module de palier magnétique, dans lequel on dispose les deux flasques 5 de part et d’autre d’un des paquets de tôles 3, puis on ajoute une résine électriquement isolante et/ou une poudre pulvérisée agglomérée dans l’interstice 6, puis on réalise un roulage dit à l’aiguilles permettant l’enroulement de fil de bobinage autour des deux flasques 5 et de ladite résine et/ou poudre de manière à former une bobine 2 dont ledit fil de bobinage est à la fois enroulé autour des deux flasques 5 et isolé électriquement de tout paquet de tôles 3 par lesdits flasques 5 et par ladite résine électriquement isolante, et/ou poudre pulvérisée agglomérée. Actionneur radial pour module de palier radial magnétique (1), comportant un arrangement de bobines (2) disposées autour d’un axe central (XX’) et formées chacune par des paquets de tôles (3) et par du fil de bobinage et isolé électriquement desdits paquets de tôles (3), caractérisé en ce que l’actionneur radial (1) comprend en outre deux flasques opposés distincts (5) qui comprennent un matériau isolant électriquement et qui sont disposés de part et d’autre des paquets de tôles (3) d’au moins une desdites bobines (2), le fil de bobinage de ladite bobine (2) étant enroulé autour des deux flasques (5) et venant en contact contre lesdits flasques. Actionneur radial (1) selon la revendication 1, dans lequel les deux flasques (5) sont ouverts radialement du côté de l’axe central (XX’) et les paquets de tôle (3) s’étendent en saillie vers ledit axe central (XX’) par rapport aux flasques (5). Actionneur radial (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les flasques (5) enserrent axialement les paquets de tôle (3) de ladite bobine (2). Actionneur radial (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les deux flasques (5) sont espacés axialement l’un de l’autre, l’actionneur radial (1) comportant en outre deux éléments isolants (7) comprenant un matériau isolant électriquement, interposés axialement entre les flasques (5) et disposés circonférentiellement de part et d’autre des paquets de tôle (3) de ladite bobine (2). Actionneur radial (1) selon la revendication 4, dans lequel les éléments isolants (7) comportent un papier électriquement isolant (9), une résine électriquement isolante, et/ou une poudre pulvérisée agglomérée dans l’interstice (6). Actionneur radial (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les flasques (5) viennent axialement en appui l’un contre l’autre. Actionneur radial (1) selon la revendication 6, dans lequel les flasques (5) comportent chacun un créneau (8) du côté des paquets de tôles (3) de ladite bobine (2) pour augmenter localement la distance circonférentielle entre ledit paquet de tôle (3) et le fil de bobinage. Actionneur radial (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel au moins une desdites bobines (2) a une forme trapézoïdale ou pyramidale. Actionneur radial (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’arrangement de bobines (2) forme des quadrants (4) de deux bobines ou plus (2), et deux flasques (5) sont disposés de part et d’autre de toutes les bobines (2) du même quadrant (4). Module de palier magnétique comprenant un palier magnétique et un actionneur radial (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9.