Dispositif de suspension magnétique d'un arbre vertical
Cette invention concerne un dispositif de suspension magnétique d'un arbre vertical, notamment pour un wattheuremètre électrique. Ce dispositif comprend un premier aimant permanent cylindrique et tubulaire disposé coaxialement à l'arbre et dont la face inférieure annulaire est située dans un plan normal à l'axe de rotation de l'arbre, un second aimant permanent cylindrique et tubulaire fixé audessous dudit premier aimant permanent, dans une position fixe coaxiale par rapport à l'axe de rotation de l'arbre et dont la face supérieure annulaire est parallèle à la face inférieure du premier aimant, mais à une certaine distance de celle-ci,
les deux aimants présentant des faces opposées de dimensions identiques et chacun desdits aimants étant magnétisé avec une direction de polarisation axiale de manière que les faces opposées desdits aimants présentent la mme polarité, et des paliers disposés à l'extrémité inférieure et à l'extrémité supérieure respectivement de l'arbre.
Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que le palier à l'extrémité inférieure de l'arbre est constitué par un rubis annulaire dans l'ouverture duquel passe une tige, ladite tige étant élastique afin de pouvoir absorber des vibrations ayant tendance à produire un déplacement latéral de l'arbre.
A titre d'exemple, un certain nombre de formes de réalisation du dispositif selon l'invention sont représentées au dessin annexé, sur lequel les parties semblables portent les mmes numéros de référence.
Sur ce dessin:
La fig. 1 est une coupe axiale verticale d'un dispositif de suspension magnétique d'un arbre rotatif vertical comprenant des paliers supérieur et inférieur, ce dispositif faisant partie d'un wattheuremètre électrique et constituant une première forme d'exécution de l'invention.
La fig. 2 est une vue fragmentaire du palier inférieur d'un dispositif suivant une autre forme de réalisation de l'invention.
La fig. 3 est une vue en plan du dispositif représenté sur la fig. 2.
La fig. 4 est une coupe verticale, semblable à la fig. 1, d'une autre forme de réalisation de l'invention.
Et la fig. 5 est une coupe verticale du palier inférieur d'un dispositif suivant une autre forme de réalisation de l'invention.
Si l'on se reporte à la fig. 1, le numéro-de référence 10 indique l'arbre rotatif vertical, par exemple en aluminium, d'un wattheuremètre à courant alternatif, auquel est fixé un disque rotor usuel 11, également en aluminium, en un point proche de l'extrémité inférieure de l'arbre. Un court aimant permanent tubulaire cylindrique 12 est également fixé à l'arbre 10 au-dessous du disque rotor 11 dans une position coaxiale avec l'axe de l'arbre. Les trois parties, c'est-à-dire l'arbre 10, le disque rotor 11 et l'aimant 12, sont liées rigidement les unes aux autres, comme on le voit, avec un corps 13, fondu en alliage de métal léger.
Avec ce mode particulier de liaison, des trous 14 sont ménagés dans le disque rotor 11 en des positions écartées d'un certain angle, autour du trou central du disque, lequel a un diamètre un peu plus grand que l'arbre 10, afin de permettre l'écoulement du métal coulé à travers le disque, le corps en métal coulé constituant ainsi un anneau de fixation complet 15 autour de l'arte supérieure de la surface supérieure de l'aimant et sous la surface inférieure du disque 1 1 ; une extension tubulaire centrale 16 du corps en métal coulé descend dans le trou central, entre le trou de l'aimant 12 et l'arbre 10 et se termine à son extrémité inférieure sous forme d'une bride 17 dirigée vers l'extérieur et placée sous la face inférieure annulaire 18 de l'aimant.
A son extrémité la plus basse, l'arbre 10 est creusé axialement pour former un évidement 19 s'étendant vers le haut. La partie inférieure de l'arbre a aussi un diamètre extérieur réduit pour recevoir un capuchon tubulaire 20 en métal, ayant une paroi interne annulaire 21, qui délimite une monture 22, où vient se placer un rubis annulaire de support 23.
Un second et court aimant permanent cylindrique tubulaire 24, semblable à l'aimant permanent 12, est placé dans l'extrémité supérieure élargie en forme de coupe 25 d'un manchon de support 26, muni d'un pas de vis, et par exemple en métal coulé, qui est maintenu dans une pièce de montage fixe (non représentée), faisant partie de l'armature du wattheuremètre. La fixation est réalisée de telle sorte que la position verticale du manchon 26 puisse tre réglée avec précision en hauteur, ainsi par exemple grâce à l'emploi de la portion inférieure filetée du manchon 26. L'aimant 24 est fixé d'une façon rigide dans la coupe 25, par exemple en rabattant l'arte de la coupe sur lui ou au moyen d'un adhésif.
Dans l'alésage 27 du manchon 26 est fixée rigidement l'extrémité inférieure d'une tige 28 en acier trempé. Cette tige est fixée dans une position coaxiale avec l'axe de l'aimant 24 et du manchon 26; comme le montre le dessin, cette tige est fixée dans un corps 29 de métal coulé qui remplit la plus grande partie de l'alésage 27 du manchon 26.
La partie supérieure de la tige 28 passe par l'ouverture du rubis annulaire 23 et son extrémité la plus haute est doucement arrondie et placée dans l'évidement 19 - de l'arbre 10.
Les aimants permanents 12 et 24 sont magnétisés avec une direction de polarisation axiale et disposés de telle façon que la face inférieure 18 de forme annulaire de l'aimant 12, face qui se trouve dans un plan normal à l'axe de rotation de l'arbre 10, et la face supérieure correspondante opposée, 30, de l'aimant 24, qui est parallèle à la face 18 et de dimension identique, soient de mme polarité. La répulsion qui en résulte entre les pôles d'aimants opposés sert à supporter le poids du rotor comprenant l'arbre 10, le disque rotor 1 1 et l'aimant supérieur 12, avec le corps de fixation en métal coulé 13.
La partie la plus haute de l'arbre 10 est munie d'un palier à tige et à rubis annulaire semblable dans son ensemble à celui de sa partie inférieure et comprenant un rubis annulaire 31, fixé dans une cavité axiale 32 ouverte vers le bas et ménagée dans l'extrémité supérieure de l'arbre 10, cette cavité possédant un évidement d'un diamètre réduit, où l'extrémité inférieure d'une tige supérieure 34, qui est fixée dans un élément de support supérieur 35, peut venir prendre place.
Pour protéger le palier supérieur, l'extrémité inférieure de l'élément de support 35 est alésée axialement, de façon à former un chemisage 36.
Les paliers à tiges et à rubis annulaires placés respectivement aux extrémités supérieure et inférieure de l'arbre 10 permettent un mouvement de déplacement axial de l'arbre par rapport aux parties fixes du dispositif et en mme temps ils empchent tout déplacement latéral de l'une ou l'autre extrémité de l'arbre. En conséquence, l'ensemble des parties rotatives est libre de flotter, son poids étant supporté par le champ magnétique de répulsion formé entre les faces opposées 18 et 30 des aimants 12 et 24, tout en permettant une libre rotation de ces parties rotatiVes sans qu'aucune entrave soit opposée par les dispositifs de support des aimants.
La longueur libre de la tige 28 entre l'extrémité supérieure du corps 29 et la région de son contact avec le rubis annulaire 23 permet l'obtention de résultats optimum, pour lesquels l'élasticité naturelle de la tige permet d'absorber les vibrations qui existent dans le disque de rotor et ont la tendance à produire un déplacement latéral de l'arbre. Une longueur excessive de la tige peut provoquer une violente oscillation du disque alors qu'une longueur insuffisante peut causer un cliquetis de l'anneau de rubis contre la tige et entraîner une usure excessive.
Les aimants 12 et 24 sont de préférence du type céramique, en poudre d'oxydes, mais d'autres formes d'aimants permanents peuvent tre utilisées. Pendant le fonctionnement, l'intervalle d'air compris entre les faces extrmes 18 et 30 des aimants pourra tre de l'ordre de 0,15 à 0,20 cm.
Les fig. 2 et 3 illustrent une autre forme de réalisation de l'invention, dans laquelle sont ménagés des moyens pour contrôler l'amplitude du mouvement vertical de l'arbre du rotor entre ses paliers de support. Dans ce but, l'évidement 19 de la partie inférieure de l'arbre 10 et aussi, bien qu'il ne soit pas figuré, l'évidement à l'extrémité supérieure de l'arbre sont munis chacun d'une bille 37 en acier trempé qui s'adapte d'une façon serrée dans l'évidement correspondant et qui est forcée en position, en contact avec l'extrémité interne de l'évidement.
En réglant alors la position de Pextrémité de la tige 28 qui fait face par rapport à la surface de cette bille, on réalise un contrôle précis et facile du déplacement total de l'arbre 10. Un tel contrôle du déplacement vertical évite que le disque du rotor soit endommagé en cas de choc accidentel mais, bien entendu, dans des conditions de fonctionnement normales, l'ensemble du poids du rotor est supporté par la suspension magnétique qui fonctionne d'une façon analogue à celle qui a déjà été décrite à propos de la fig. 1.
Pour réaliser un contrôle précis de la position de l'extrémité supérieure de la tige 28 tout en permettant encore le réglage nécessaire de l'espacement entre les surfaces opposées 18 et 30 des deux aimants 12 et 24, l'aimant inférieur 24 est dans cet exemple porté par une coupe séparée 38, de préférence en nylon moulé, qui est munie d'une bride périphérique verticale 39, entourant et serrant la surface extérieure de l'aimant inférieur 24 d'une façon analogue à la bride similaire 25 de la fig. 1. Cette coupe 38 est munie d'un trou taraudé axial, comme on le voit en 40, qui s'engage sur un pas de vis complémentaire 41 ménagé à l'extrémité supérieure d'un manchon métallique de support 42, qui d'autre part ressemble au manchon 26 de la fig. 1.
Le trou taraudé 40 de la coupe 38 se termine par une section plus étroite et entièrement cylindrique 43 dont les dimensions sont telles qu'elle s'adapte d'une façon serrée sur un cylindre lisse 44 constituant une extension de la partie supérieure du manchon 42. Cette construction donne un moyen de verrouillage pour retenir la coupe 38 dans toute position de réglage voulue sur le manchon 42 et en mme temps elle assure une concentricité précise de la coupe 38 et de l'aimant 24 qu'elle porte, par rapport à l'axe de rotation de l'arbre 10 et de la tige 28 portée par le manchon fixe 42.
Pour faciliter le réglage de la coupe 38 et de l'aimant 24 qu'elle porte, la coupe peut tre munie de nervures en saillie comme il est indiqué en 45.
Cette forme de réalisation comprend aussi des moyens pour compenser les effets des variations de température sur le flux assurant la suspension entre les deux aimants 12 et 24. On a constaté que la hauteur du disque de rotor 1 1 en suspension et donc sa position dans l'entrefer à flux magnétique du mécanisme de mesure associé sont sujettes à variation avec les changements de la température ambiante. Les moyens de compensation de la température comprennent un corps fait en un alliage magnétique sensible à la température, c'est-à-dire ayant un point de Curie très bas, disposé au voisinage du trajet du flux entre les aimants 12 et 24.
Comme il est indiqué, ce corps a la forme d'un anneau 46 incomplet ou en forme de C, de section rectangulaire, adapté pour tre pincé autour de la surface périphérique externe de la moitié supérieure de l'aimant inférieur 24, et dont la partie supérieure est de niveau ou à peu près avec la face 30 de cet aimant. Pour assurer la position précise de cet anneau complémentaire, la hauteur de la bride 39 de la coupe 38 est réglée de façon que l'anneau puisse reposer sur l'arte supérieure de ladite bride.
La matière employée pour l'anneau 46 est un alliage magnétique sensible à la température.
La fig. 4 montre une autre forme de réalisation dans laquelle l'aimant inférieur 24 est noyé dans l'extrémité supérieure 25 en forme de coupe d'un élément de support 47 comportant à sa partie inférieure une tige 48. Cet élément 47 est de préférence en métal coulé. Pour constituer cet élément, on adopte des dispositions semblables à celles qui ont été prises pour le montage du disque de rotor 1 1 et de l'aimant supérieur 12 sur l'arbre 10, en prévoyant une extension interne 49 traversant le trou de l'aimant tubulaire inférieur 24 et présentant une bride 50 qui recouvre la région interne de la face supérieure 30 de cet aimant.
L'extrémité inférieure de la tige 48 est, comme indiqué, maintenue en position entre une partie 53 du châssis principal du wattheuremètre et un bloc de fixation 54, qui est fixé à la partie 53. Cette partie 53 est munie d'une rainure en forme de V, 55, alors que le bloc 54, qui sera pratiquement en métal coulé, possède un canal semi-cylindrique 56 où s'engage la portion lisse de la tige 48 et une partie semi-cylindrique taraudée 57 en prise avec une partie filetée 58 de l'extrémité inférieure de la tige 48. Le bloc 54 est maintenu en position par une pince à ressort 59.
L'élément compensateur de température 46 de cette forme de réalisation est un anneau, soit complet, soit incomplet, disposé autour de la région supérieure de l'aimant inférieur 24, cet anneau étant aussi noyé dans l'extrémité en forme de coupe 25 de l'élément 47 et entouré par une extension, vers le haut, de la paroi externe de cet élément, comme le montre le dessin. Dans cette forme de réalisation, on a ménagé dans l'élément 47 une série de trous parallèlement à l'axe, comme on le voit en 51.
Ces trous servent initialement pour une mise en position précise de l'aimant inférieur 24 pendant l'opération initiale de coulée et en outre ils constituent des moyens d'insertion d'un outil permettant d'effectuer la rotation de l'élément 47 autour du pas de vis 57 de l'élément inférieur fixe et ainsi de modifier la position de la face supérieure 30 dc l'aimant 24 par rapport à la face 18 de l'aimant supérieur 12.
Dans cette forme de réalisation également, un tampon en nylon 52 en forme de disque est introduit dans l'évidement 19 pour limiter le déplacement vertical de l'arbre 10, au lieu de la bille en acier de la fig. 2. Une construction semblable est prévue à l'extrémité supérieure de l'arbre et, par réglage de la hauteur effective de la tige 28, on limite l'amplitude du déplacement vertical.
Une autre forme de réalisation présentant le montage de l'aimant inférieur 24 sur une pièce coulée, un anneau compensateur de la température 46 et des moyens pour faciliter un réglage séparé de la position de l'aimant inférieur, comme le montre la fig. 2, est représentée à la fig. 5. Dans cette forme de réalisation, l'aimant inférieur 24 avec l'anneau compensateur de température 46 est moulé dans un corps en forme de coupe 38, de préférence en nylon, porté par la partie filetée 41 d'un support séparé en métal coulé en forme de tige 62, qui constitue l'équivalent du manchon 42 de la fig. 2. Une telle tige 62 porte la tige 28 directement fixée sur elle.
Dans cette forme de réalisation, on évite l'emploi de trous supplémentaires 14 dans le disque de rotor 1 1 et de l'anneau de fixation 15 sous le disque de rotor, la fixation des parties 10, 1 1 et 12 étant réalisée uniquement par l'extension tubulaire centrale 16 du corps moulé 13, qui descend par le trou de l'aimant 12 et se termine à son extrémité inférieure par la bride 17.
Diverses modifications peuvent tre apportées par exemple dans la manière de fixer et de monter chacun des aimants cylindriques opposés et l'élément compensateur de température. Par exemple ce dernier pourrait tre placé sur l'aimant supérieur ou autour de lui, mais avec l'inconvénient évident d'ajouter au poids qui doit tre supporté par le système magnétique. Au lieu d'employer un métal coulé pour le corps 13 et les éléments de supports 26, 42 ou 62, on pourra utiliser une matière plastique moulée, telle que le nylon.