BE894586A

BE894586A - Dispositif de suspension magnetique pour un arbre ou un essieu

Info

Publication number: BE894586A
Application number: BE0/209159A
Authority: BE
Original assignee: Nikolic Branimir
Priority date: 1981-10-03
Filing date: 1982-10-04
Publication date: 1983-01-31
Also published as: FI823351A0; PT75639A

Description

: Dispositif de suspension magnétique pour un acre ou un essieu La présente invention concerne un dispositif de suspension magnétique pour un arbre ou un essieu et plus spécifiquement un dispositif de suspension d'un arbre ou d'un essieu sur un "lit" magnétique ou dans des paliers magnétiques.

Le phénomène de répulsion mutuelle des pôles de même nom d'aimants ou d'électroaimants, variant en combinaison avec différentes formes géométriques, est utilisé suivant l'invention pour construire des paliers agissant sans contact sur un arbre qu'ils portent, arbre qui flottera dans une position équilibrée, pourvu que la force de répulsion soit plus forte que la force agissant en sens opposé.

On décrira ci-après différentes formes de réalisation de l'invention, en s'aidant des figures jointes au présent mémoire.

Sur la figure 1, l'arbre C a un palier A et un palier B qui sont reliés l'un à l'autre par un élément rigide.quelconque D. Le palier A est un aimant permanent ou un électro-

ait la forme d'une demi-sphère de rayon r ( voir figure 3). De même, le palier B est un aimant permanent ou un électroaimant dont le pôle -ici le pôle Nord N - a la forme d'une

même un aimant permanent ou un électro-aimant dont lespôles

un peu plus petit que les rayons r , pour que l'arbre puisse prendre une position bien équilibrée entre ses paliers, et tourner autour de son axe. L'arbre C est monté dans ses paliers A et B, comme visible aux figures 1 et 2, de manière que ses pôles N et S soient chaque fois de même nom que les pôles des paliers correspondants.

Il peut être nécessaire parfois d'avoir un arbre de longueur relativement grande et dans ce cas les demi-sphères engendrant des champs magnétiques se trouveront aux extrémités d'aimants Ca, Cb, comme on le voit sur les figures 7 et 8, ces aimants étant montés sur une tige rigide 0 qui

les relie l'un à l'autre. Les pôles extrêmesS et N qui entreront dans les pôles de même nom des paliers A et B appartiennent ainsi à des aimants différents, mais l'arbre C ainsi obtenu ( figure 7) fonctionnera comme l'arbre C, formé d'un seul aimant, que l'on voit à la figure 6.

Sur les figures, les extrémités des arbres sont en forme de demi-sphères et les paliers sont des cupules hémisphériques, mais il est évident que la disposition pourrait être inversée, les pôles des paliers ayant la forme de demisphères pleines et les pôles de l'arbre ayant la forme de cupules hémisphériques correspondantes Dans tous les cas, la disposition doit être/telle que les cupules entourent

d 'en sortir, le seul mouvement permis à l'arbre étant un mouvement de rotation autour de son axe. La figure 9 montre un exemple du cas où les extrémités de l'arbre présentent des cupules tandis que les paliers portent des pôles saillants.

Les figures 9 à 15 montrent divers exemples de formes que peuvent prendre les extrémités de l'arbre, et les paliers destinés à recevoir celles-ci. Il s'agit toujours de formes de révolution dont l'axe coïncide avec l'axe de l'arbre.

La figure 10 montre des formes cylindriques, la figure 11 montre des formes coniques, la figure 12 des formes tronconiques. Sur la figure 13, il s'agit de demi-sphères tronquées. Les surfaces de la figure 14 sont celles de cônes tronqués dont la petite base est arrondie, tandis que celles de la figure 15 sont des parties d'ellipsoïdes de révolution.

Sur la figure 16, les aimants des paliers sont remplacés par les extrémités, de polarités opposées, d'un aimant D unique. La figure 17 est une vue en élévation latérale d'un arbre et de ses paliers magnétiques, dans laquelle les pièces polaires sont formées de cylindres respectivement' creux et pleins qui se compénètrent. Les figures 17a et 17b , dont

la première est une coupe longitudinale axiale et dont la deuxième représente des coupes transversales correspondantes, montrent clairement que les paliers sont formés de cavités cylindriques présentant en leur centre un cylindre plein, et que les extrémités de l'arbre sont formés de cylindres creux s'engageant dans les creux des paliers, la partie centrale creuse de ces cylindres entourant les cylindres pleins, centraux, des paliers.

La figure 18 est une vue en élévation latérale d'un arbre C constitué d'un aimant permanent ou d'une électro- <EMI ID=5.1>

transversales respectives des figures 18a et 18b sont formés d'un certain nombre d'aimants en forme de sabots concaves

( comme montré à la figure 18c) qui entourent les extrémités de l'arbre sans les toucher. Ces sabots sont désignés par Bx du côté des pôles S et par By du côté des pôles N de l'arbre C. Pour empêcher un déplacement longitudinal de l'arbre, il y a, en face de ses extrémités, des aimants A1 et A2 dont les pôles dirigés vers l'arbre sont de même polarité, chaque fois, que les extrémités respectives de l'arbre.

La figure 19 montre une disposition dans laquelle les <EMI ID=6.1> autres, en formant de chaque côté de la figure des anneaux dont la surface annulaire intérieure est évidée( cette surface est de polarité N à gauche de la figure, et de polarité

S à droite). L'arbre présente de chaque côté un bourrelet

de polarité correspondante (N à gauche, S à droite). Dans cette disposition, il n'y a pas lieu de prévoir d'aimants

aux extrémités de l'arbre et à quelque distance de celles-ci, pour empêcher magnétiquement un déplacement longitudinal

de l'arbre.

La même disposition , mais inversée, est représentée sur la figure 20. Des rainures pratiquées aux extrémités de l'arbre reçoivent ( sans contact matériel) des cordons saillants existant sur la surface annulaire intérieure des couronnes constituant les paliers.

Sur la figure 21, on voit une disposition dans laquelle l'arbre C est magnétiquement neutre (comme symbolisé par les signes 0). Il porte à ses extrémités des aimants qui présentent vers l'extérieur des pôles de mêmes noms (S à gauche

de la figure, N à droite). Des couronnes extérieures les entourent, en respectant l'homopolarité. Ces couronnes sont ici formées d'aimants ou d'électro- aimants accolés. La figure

22 qui représente une vue en bout du côté droit de la figure 21 les montre clairement. Les enroulements ne sont pas figurés. La figure 23 montre une disposition analogue à celle de la figure 19 mais dans laquelle les paliers sont reliés l'un à l'autre en sorte de constituer un seul aimant en forme de cylindre creux qui entoure l'arbre central à la façon

d'un manchon.

Les aimants représentés sur les figures 19, 20, 21,

22, 23 peuvent être remplacés par des électroaimants, en disposant des enroulements à des endroits convenables. Par exemple, l'aimant de l'arbre C peut être remplacé, sur les figures 19, 20 et 23, par un électroaimant dont l'enroulement sera formé sur l'arbre. Sur les figures 21 et 22, les aimants (aussi bien ceux des couronnes extérieures que ceux des couronnes portées par l'arbre), peuvent être remplacés par des tiges portant des enroulements et terminées par des pièces polaires qui occuperont les emplacements qui, sur les figures, portent les indications N et S. La figure 24 et la figure 25 montrent des arbres porteurs de collets X,Y. Sur la figure 24, les collets sont disposés à l'intérieur, entre les paliers composés de pièces polaires radiales M ... M'. Sur la figure 25, les collets sont à l'extérieur.

Les figures 26, 27, 28, 29 se rapportent à des dispositions dans lesquelles l'arbre n'est suspendu magnétiquement que d'un côté. Sur la figure 26, un pôle N est formé sur l'arbre par un collet embrassé par des pièces polaires de même polarité N qui constituent le palier. Sur la figure 27, les pièces polaires du palier sont divisées en deux groupes M et M', de part et d'autre du collet de l'arbre.

Sur la figure 28, le palier unique indiqué par M

est un manchon qui s'étend jusqu'à l'extrémité de l'arbre, où se trouvent, ici, les pôles S, aussi bien sur l'arbre que sur le manchon. La couronne extérieure formant le manchon est un électroaimant dont l'enroulement E s'étend d'un bout à l'autre du manchon. La figure 29 est une vue en bout de

ce dispositif .On voit sur la figure 28 que l'arbre est également un électroaimant, dont l'enroulement excitateur est commun à l'arbre et au manchon qui l'entoure.

La figure 30 montre une disposition analogue à celle de la figure 28, mais dans laquelle l'arbre est soutenu par deux systèmes de pôles ,N à droite, S à gauche de la figure. Le centre de l'arbre est occupé par un rotor (portant des enroulements non figurés). Cette partie de l'arbre est entou-rée par un stator (dont les enroulements ne sont pas figurés non plus), de sorte que l'ensemble constitue un moteur.

Le rotor est indiqué par les lettres RO , le stator par les lettres STA.

La figure 31 vise à représenter le cas où toutes les polarités dérivent d'un enroulement du moteur électrique, tandis que la figure 32 vise à représenter le cas où toutes les polarités sont dérivées d'un enroulement de l'enveloppe extérieure. La figure 33 montre une partie d'un engrenage dans laquelle la dent inférieure, engagée entre deux dents supérieures , est maintenue et entraînée sans contact avec ces dernières, à la faveur de la répulsion qui existe entre deux surfaces de même polarité.

Les systèmes, connus jusqu'à ce jour;d'arbres et de paliers ont un défaut qui résulte de/La force de frottement entre les parties en contact. Cette force de frottement provient en partie de l'action des rugosités de la surface d'un des corps sur les rugosités de la surface coopérante de l'autre. Il est impossible, en fait, d'obtenir des surfaces parfaitement planes. En outre, il existe des forces.d'adhésion entre les molécules des surfaces en contact. Ce défaut dû au frottement n'existe pas dans les dispositifs suivant l'invention , où il n'y a pas de contact entre les surfaces qui se font vis-à-vis de l'arbre et de ses paliers.

Une résistance éprouvée par un arbre tournant existe cependant même en l'absence de contact de l'arbre avec ses paliers, mais parce que l'arbre est en contact avec l'air ou un autre milieu environnant. On peut supprimer cette difficulté en plongeant tout le système, comprenant les parties mobiles et les parties fixes, dans une enceinte où règne le vide. C'est ce que représente la figure 34 où l'enceinte est représentée par F, enceinte d'où l'air est évacué par'pompage, par le passage H. On réalise ainsi un système entièrement isolé.

Les figures 35 et 36, dont la seconde est une vue en coupe transversale de la première, montrent un moyen de communiquer un mouvement à l'arbre, à partir de l'extérieur de l'enceinte. L'arbre porte un barreau aimanté G qui tourne entre des pièces polaires R,S,T convenablement excitées par des enroulements RO, SO, TO, qu'elles portent. Cela réalise le schéma du moteur asynchrone monté en étoile. Lorsque le système est en mouvement, on peut, si l'effort ne doit pas être de longue durée, supprimer les bobinages extérieurs ou les déconnecter afin d'éviter l'effet bien connu qui tendrait à s'opposer à la rotation de l'arbre et de ce qu'il entraîne.

Le système peut fonctionner en générateur en faisant tourner l'arbre et son équipage et en utilisant le courant engendré dans les enroulements extérieurs qui seront alors reliés à des charges.

REVENDICATIONS

1.- Dispositif de suspension magnétique pour un arbre ou un essieu; caractérisé en ce que l'arbre présente au moins une surface douée d'une polarité magnétique et en ce

laquelle ladite première surface n'a aucun contact et qui présente une polarité de même nom que la surface susdite

de l'arbre, en sorte que la force de répulsion qui naît entre les surfaces de même polarité de l'arbre et du ou des supports s'oppose à tout mouvement de l'arbre sous l'action de forces extérieures s'exerçant sur lui, sauf à un mouvement de rotation de l'arbre autour de son axe.

Claims

2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé

en ce que l'arbre a , à chacune de ses extrémités ou près d'une au moins de celles-ci, au moins une surface de révolution dont l'axe coïncide avec l'axe de l'arbre et qui présente une certaine polarité magnétique, et en ce que ladite surface s'étend en face d'une surface de révolution d'un support fixe qui n'est pas en contact avec l'arbre et qui présente une polarité magnétique de même nom que celle de la première surface, les surfaces polaires de révolution de

l'un des éléments du système, fixe ou mobile, entourant les surfaces polaires de même nom de l'autre élément du système, mobile ou fixe, sauf une partie située au voisinage de l'axe

de l'arbre, et en ce que les surfaces polaires associées de <EMI ID=8.1>

sont séparées par un intervalle, en sorte que l'arbre qui

est soumis à des forces de répulsion s'exerçant sur lui en

sens opposés, dans la direction de son:axe , soit maintenu

en équilibre antre ses supports et puisse tourner autour de

son axe par rapport aux supports sans être en contact avec ceux-ci.

3.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé

.en ce que les surfaces de révolution de l'arbre et des supports, dont les axes de révolution coïncident avec l'axe de l'arbre, appartiennent à un groupe comprenant : - des surfaces hémisphériques ; - des surfaces hémisphériques tronquées ; - des surfaces cylindriques ; - des surfaces coniques ; - des surfaces tronconiques ; - des surfaces tronconiques dont la petite base est arrondie ; - des surfaces d'ellipsoïdes de révolution .

4.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre est formé d'un seul barreau aimanté.

5.- Dispositif suivant l'une qu elconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre est formé d'une barre neutre du point de vue magnétique, aux extrémités de laquelle sont montés, s'étendant suivant le même axe, des barreaux aimantés.

6.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les aimants présentent à leurs extrémités libres des surfaces de polarités de mêmes noms.

7.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les aimants présentent à leurs extrémités libres des surfaces de polarités de noms opposés.

8.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les surfaces polaires des supports sont formées aux deux extrémités d'une pièce urique.

9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre d'une part et les supports d'autre part sont terminés par des surfaces cylindriques concentriques qui se compénètrent, en sorte qu'au moins une surface intérieure (respectivement.extérieure) appartenant à un prolongement de l'arbre (respective-ment de support) se trouve en face et à quelque distance d'une surface extérieure (respectivement intérieure) appartenant à un prolongement de support (respectivement de l'arbre).

10.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les supports sont constitués de plusieurs pièces polaires de même polarité, disposées symétriquement par rapport à l'axe de l'arbre et entourant l'arbre à la façon de coussinets, mais sans contact avec l'arbre.

11.- Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que l'arbre présente à ses extrémités des faces polaires et en ce que sont établies en face de celles-ci des pièces polaires de mêmes polarités, à distance des extrémités de l'arbre, en sorte de créer aux extrémités de l'arbre des forces de répulsion s'opposant à tout déplacement de l'arbre en direction longitudinale.

12.- Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que lesdites pièces polaires de même polarité qui entourent l'arbre à la façon de coussinets sont reliées les unes aux autres en constituant chaque fois une pièce annulaire unique présentant une surface polaire convexe ou concave vers l'arbre qui, en cet endroit, présente une surface polaire annulaire, respectivement concave ou convexe,

de même polarité.

<EMI ID=9.1>

dications 1 à 8, caractérisé en ce que l'arbre est porteur, au voisinage de ses extrémités, de collets d'un côté desquels s'étendent des surfaces polaires autour et à distance desquelles sont placées les surfaces polaires, de même polarité, des supports.

14.- Dispositif suivant la revendication 13, caractérisé en ce que les surfaces polaires de l'arbre et les surfaces correspondantes des supports s'étendent entre les collets. 15.- Dispositif suivant la revendication 13, caractérisé en ce que les surfaces polaires de l'arbre et les surfaces correspondantes des supports s'étendent au-delà des collets, vers les extrémités de l'arbre.

<EMI ID=10.1>

caractérisé en ce que les surfaces polaires de l'arbre et des supports s'étendent de part et d'autre des collets de l'arbre.

17.- Dispositif suivant la revendication 16, carac-' térisé en ce que les surfaces polaires qui s'étendent de part et d'autres des collets de l'arbre sont continues et comprennent, sur l'arbre, les surfaces périphériques des collets, et sur les supports,des surfaces embrassant ces dernières.

18.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les surfaces polaires des supports sont formées aux extrémités d'un cylindre ferromagnétique creux qui entoure l'arbre à la façon d'un manchon.

19.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'arbre est supporté magnétiquement sur toute sa longueur par un manchon présentant des surfaces de polarités identiques à celles des surfaces correspondantes opposées de l'arbre et en ce que le système comporte en outre des moyens propres à s'opposer à des mouvements longitudinaux de l'arbre.

20.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système composé de l'arbre et de ses supports magnétiques est entouré d'une enceinte où règne le vide.

21.- Dispositif suivant la revendication 20, caractérisé en ce que l'arbre porte un équipage magnétique et en ce qu'à l'extérieur de l'enveloppe et en face de cet équipage sont placés des bobinages alimentés par des courants alternatifs en sorte que l'ensemble constitue un moteur

synchrone . 22.- Dispositif suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le système est monté en générateur dans lequel on communique un mouvement à l'arbre et à son équipage et dans lequel on relie les bobinages extérieurs à des charges.

23.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les diverses pièces polaires ou certaines d'entre elles appartiennent à des aimants permanents.

' 24.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les diverses pièces polaires ou certaines d'entre elles appartiennent

à des électroaimants.

25.- Application de l'invention à la construction d'engrenages, caractérisée en ce que les deux éléments de l'engrenage portent des dents, respectivement des creux présentant respectivement des surfaces polaires opposées mais de même polarité .