FR2785734A1 - Magnetic suspension device for rotatable body, has bearings with pole piece pairs and associated permanent magnets, in which excitation windings are arranged radially between pole pieces - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un dispositif magnétique pour la suspension magnétique d'un corps tournant mobile par rapport à un corps fixe. The invention relates to a magnetic device for the magnetic suspension of a rotating body movable relative to a fixed body.
Ainsi qu'on le sait, il n'est pas possible d'assurer de façon passive un centrage d'un corps tournant à la fois selon l'axe de rotation et selon deux directions transversales ou radiales. II est donc nécessaire de prévoir suivant l'une au moins de ces directions de centrage un centrage magnétiquement actif. En pratique, il est courant de prévoir, d'une part, un palier (parfois dit palier 1-axe) ayant comme axe magnétiquement actif l'axe de rotation, et au moins un autre palier (parfois dit palier 2-axes) ayant deux axes magnétiquement actifs, situés transversalement à l'axe de rotation. As is known, it is not possible to passively provide centering of a body rotating both along the axis of rotation and in two transverse or radial directions. It is therefore necessary to provide in at least one of these centering directions a magnetically active centering. In practice, it is common to provide, on the one hand, a bearing (sometimes called a 1-axis bearing) having as axis of rotation the magnetically active axis, and at least one other bearing (sometimes called a 2-axis bearing) having two magnetically active axes, located transversely to the axis of rotation.
L'invention porte plus précisément sur la réalisation du centrage axialement actif d'un corps tournant. The invention relates more precisely to the realization of the axially active centering of a rotating body.
Diverses solutions ont déjà été proposées pour assurer un tel centrage magnétiquement actif selon l'axe de rotation. On peut notamment citer le document US 5 250 865, le document US 5 315 197, le document US 4 268 095, ou le document US 5 068 558. Various solutions have already been proposed for ensuring such a magnetically active centering along the axis of rotation. Mention may in particular be made of document US 5,250,865, document US 5,315,197, document US 4,268,095, or document US 5,068,558.
En général, les paliers magnétiquement actifs selon l'axe de rotation comportent, en une portion centrale de l'axe de rotation du corps tournant, une partie solidaire de l'un des corps disposée axialement entre deux autres parties solidaires de l'autre corps. Ces trois parties définissent conjointement deux paires d'entrefers axiaux ; selon que, par excitation de bobinages d'excitation appropriés, on augmente le flux magnétique traversant l'une ou l'autre des paires d'entrefers, on génère un effort axial de centrage sur le corps tournant, dans un sens ou dans l'autre. In general, the magnetically active bearings along the axis of rotation comprise, in a central portion of the axis of rotation of the rotating body, a part integral with one of the bodies disposed axially between two other parts integral with the other body. . These three parts jointly define two pairs of axial air gaps; depending on whether, by excitation of suitable excitation windings, the magnetic flux is increased passing through one or other of the pairs of air gaps, an axial centering force is generated on the rotating body, in one direction or in the other.
Les trois parties complémentaires d'un palier magnétique axialement actif forment donc en principe un ensemble axialement compact. The three complementary parts of an axially active magnetic bearing therefore in principle form an axially compact assembly.
Une telle compacité est en principe un avantage. II est toutefois à noter qu'elle peut conduire malgré tout à certaines difficiles d'implantation puisqu'un tel palier axialement actif doit, pour atteindre des performances optimales, tre situé au milieu de l'ensemble formé par les deux corps, ce qui n'est pas toujours approprié compte tenu du besoin d'implanter d'autres éléments, par exemple un moteur d'entraînement en rotation. Dans de tels cas, le palier axialement actif est déporté axialement vers l'une ou l'autre des extrémités du corps tournant, ce qui peut nuire à la performance du centrage actif et nécessiter, pour le centrage radial, des performances de haut niveau. Such compactness is in principle an advantage. It should however be noted that it can lead, despite everything, to certain difficulties in setting up, since such an axially active bearing must, to achieve optimal performance, be located in the middle of the assembly formed by the two bodies, which doesn is not always appropriate in view of the need to install other elements, for example a rotary drive motor. In such cases, the axially active bearing is offset axially towards one or the other of the ends of the rotating body, which can harm the performance of active centering and require, for radial centering, high level performance.
L'invention a pour objet de pallier les inconvénients précités, en permettant une grande facilité d'implantation des éléments assurant conjointement le centrage axialement actif, sans toutefois induire de suppléments sensibles, ni en encombrement, axial ou radial, ni en poids, ni en coût. The object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks, by allowing great ease of implantation of the elements ensuring jointly the axially active centering, without however inducing sensitive supplements, neither in size, axial or radial, nor in weight, nor in cost.
L'invention propose à cet effet un dispositif magnétique pour suspendre magnétiquement un corps tournant mobile en rotation par rapport à un corps fixe autour d'un axe de rotation, comportant deux paliers magnétiques axialement actifs décalés axialement l'un de I'autre, dans lequel :
-chaque palier magnétique comporte :
* un disque destiné à tre solidaire de l'un des corps,
* une unique paire de pièces polaires destinée à tre solidaire de l'autre des corps, ces pièces polaires comportant respectivement des parois cylindriques concentriques présentant chacune une tranche en regard axialement du disque au travers d'un entrefer axial variable, et ces pièces étant séparées l'une de l'autre par un entrefer constant,
* un aimant permanent annulaire à aimantation radiale disposé radialement entre les parois cylindriques en sorte de pouvoir générer un flux magnétique dans les entrefers variables,
* un bobinage d'excitation disposé radialement entre ces pièces polaires en sorte de pouvoir générer un flux magnétique axial variable dans les entrefers variables,
-le disque et la paire de pièces polaires ont des dispositions axiales relatives inverses au sein des deux paliers, et
-les bobinages d'excitation des deux paliers sont connectés à un circuit d'alimentation adapté à les exciter en sorte que ces bobinages génèrent dans les entrefers variables des flux magnétiques variables qui, dans l'un des paliers, s'ajoute au flux magnétique généré par I'aimant et, dans l'autre des paliers, se retranche au flux magnétique généré par I'aimant. To this end, the invention provides a magnetic device for magnetically suspending a rotating body that is movable in rotation relative to a fixed body about an axis of rotation, comprising two axially active magnetic bearings axially offset from one another, in which :
- each magnetic bearing includes:
* a disc intended to be integral with one of the bodies,
* a single pair of pole pieces intended to be integral with the other of the bodies, these pole pieces respectively comprising concentric cylindrical walls each having a slice facing axially from the disc through a variable axial air gap, and these pieces being separated from each other by a constant air gap,
* a permanent annular magnet with radial magnetization arranged radially between the cylindrical walls so as to be able to generate a magnetic flux in the variable air gaps,
* an excitation winding arranged radially between these pole pieces so as to be able to generate a variable axial magnetic flux in the variable air gaps,
the disc and the pair of pole pieces have inverse relative axial arrangements within the two bearings, and
the excitation windings of the two bearings are connected to a supply circuit adapted to excite them so that these windings generate variable magnetic fluxes in the variable air gaps which, in one of the bearings, is added to the magnetic flux generated by the magnet and, in the other of the bearings, is cut off from the magnetic flux generated by the magnet.
Ainsi, le centrage axialement actif proposé par l'invention est assuré par un ensemble de quatre parties qui se distinguent des trois parties constituant généralement un palier axialement actif compact (à savoir un disque transversal disposé entre deux jeux de pièces polaires associées à un bobinage d'excitation et à un aimant), par un simple dédoublement de la partie la plus compacte axialement, c'est-à-dire le disque transversal. Thus, the axially active centering proposed by the invention is ensured by a set of four parts which are distinguished from the three parts generally constituting a compact axially active bearing (namely a transverse disc disposed between two sets of pole pieces associated with a winding d 'excitation and a magnet), by a simple doubling of the axially most compact part, that is to say the transverse disc.
Les paires de pièces polaires, avec les bobinages et les aimants associés, sont simplement écartées les unes des autres, en pratique vers les extrémités de I'arbre que comporte le corps tournant, ce qui donne toute latitude pour implanter en position centrale un moteur, des paliers et tous autres éléments nécessaires. The pairs of pole pieces, with the coils and the associated magnets, are simply spaced from one another, in practice towards the ends of the shaft which the rotating body comprises, which gives any latitude for implanting a motor in the central position, bearings and all other necessary elements.
Puisqu'auprès de chaque disque il y a une seule paire de pièces polaires, définissant des entrefers variables d'un seul côté du disque, et puisqu'un effort axial ne peut tre généré que dans un seul sens (celui-ci correspond à un rétrécissement des entrefers variables) on comprend que chaque palier élémentaire (disque + paire de pièces polaires) peut tre qualifié de"demi-palier axialement actif'. Toutefois la condition selon laquelle le disque et cette paire de pièces polaires ont des dispositions axiales relatives inverses au sein des deux paliers, garantit que l'ensemble des deux demi-paliers permet de générer des efforts axiaux dans chaque sens. Since near each disc there is a single pair of pole pieces, defining variable air gaps on one side of the disc, and since an axial force can only be generated in one direction (this corresponds to a narrowing of the variable air gaps) it is understood that each elementary bearing (disc + pair of pole pieces) can be qualified as "axially active half-bearing". However, the condition according to which the disc and this pair of pole pieces have opposite relative axial arrangements within the two bearings, guarantees that the set of two half-bearings makes it possible to generate axial forces in each direction.
De manière préférée, chaque disque est sur le corps tournant, ce qui permet que chaque bobinage soit statique de sorte que son alimentation ne nécessite aucun contact glissant ou tournant. Preferably, each disc is on the rotating body, which allows each winding to be static so that its feeding requires no sliding or rotating contact.
De mme, les aimants des deux paliers élémentaires ont avantageusement des aimantations de mme sens radial, ce qui permet de les réaliser selon un mme processus de fabrication. Likewise, the magnets of the two elementary bearings advantageously have magnetizations of the same radial direction, which makes it possible to produce them according to the same manufacturing process.
En fait, les deux paliers élémentaires sont avantageusement symétriques l'un de l'autre par rapport à une portion centrale de l'axe de rotation, ce qui facilite la fabrication et garantit une bonne symétrie des performances de centrage axial, dans les deux sens. In fact, the two elementary bearings are advantageously symmetrical to each other with respect to a central portion of the axis of rotation, which facilitates manufacture and guarantees good symmetry of the performances of axial centering, in both directions. .
De manière préférée, au sein de chaque palier magnétique élémentaire, I'aimant permanent est disposé axialement entre le bobinage d'excitation et les entrefers variables. II en résulte une meilleure efficacité magnétique. Preferably, within each elementary magnetic bearing, the permanent magnet is disposed axially between the excitation winding and the variable air gaps. This results in better magnetic efficiency.
Par ailleurs, celle des pièces polaires qui est disposée radialement à l'intérieur de l'autre, au sein d'un palier magnétique élémentaire, comporte avantageusement une portion annulaire s'étendant radialement à partir de la partie cylindrique de cette pièce polaire, vers l'autre pièce polaire disposée radialement à l'extérieur, en ayant une tranche radialement en regard de cette autre pièce polaire, à distance de celle-ci en sorte de constituer ledit entrefer constant. Cette portion annulaire favorise l'implantation du bobinage d'excitation autour de la pièce polaire interne. Furthermore, that of the pole pieces which is arranged radially inside the other, within an elementary magnetic bearing, advantageously comprises an annular portion extending radially from the cylindrical part of this pole piece, towards the other pole piece disposed radially on the outside, having a slice radially opposite this other pole piece, at a distance from the latter so as to constitute said constant air gap. This annular portion favors the implantation of the excitation winding around the internal pole piece.
De manière préférée, les deux pièces de pièces polaires appartenant respectivement aux deux paliers magnétique élémentaires sont disposées axialement entre les disques de ces mmes paliers, de sorte que ce sont ces disques qui définissent l'encombrement axial total pris par ces paliers magnétiques élémentaires et tous les équipements qui peuvent tre disposés entre ceux-ci. Dans la mesure où le corps tournant peut servir à relier deux pièces actives, il est possible en conséquence que les disques fassent partie des deux pièces actives reliées par le corps tournant. C'est ainsi que, lorsque le corps tournant sert à relier deux roues, par exemple une roue de compresseur et une roue de turbine, les disques peuvent faire partie de ces roues. II en résulte une bonne compacité d'ensemble. Preferably, the two pieces of pole pieces belonging respectively to the two elementary magnetic bearings are disposed axially between the disks of these same bearings, so that it is these disks which define the total axial size taken up by these elementary magnetic bearings and all the equipment which can be placed between them. Since the rotating body can be used to connect two active parts, it is therefore possible that the discs are part of the two active parts connected by the rotating body. Thus, when the rotating body is used to connect two wheels, for example a compressor wheel and a turbine wheel, the discs can be part of these wheels. This results in a good overall compactness.
De manière préférée, entre les deux paliers magnétiques élémentaires se trouve au moins un palier magnétique de centrage radial, voire deux paliers magnétiques de centrage radial, encadrant eux-mmes, axialement, un moteur d'entraînement en rotation. Preferably, between the two elementary magnetic bearings is at least one magnetic bearing for radial centering, or even two magnetic bearings for radial centering, themselves surrounding, axially, a rotary drive motor.
L'axe de rotation peut avoir diverses orientations ; il peut notamment tre horizontal ; dans ce cas, le fait de réaliser le centrage axial au moyen de deux paliers magnétiques élémentaires disposés aux extrémités du corps tournant permet de réduire les effets pervers de porte-à-faux. The axis of rotation can have various orientations; it can in particular be horizontal; in this case, the fact of carrying out the axial centering by means of two elementary magnetic bearings arranged at the ends of the rotating body makes it possible to reduce the perverse effects of overhang.
Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels :
-la figure 1 est une vue de principe d'un dispositif magnétique comportant deux paliers magnétiques élémentaires, conformémentà l'invention ;
-la figure 2 est une vue schématique d'un ensemble mécanique comportant un ensemble de deux paliers magnétiques élémentaires tels que décrits à la figure 1 ; et
-la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un ensemble mécanique conforme au schéma de principe de la figure 2.Objects, characteristics and advantages of the invention appear from the following description, given by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawings in which:
FIG. 1 is a principle view of a magnetic device comprising two elementary magnetic bearings, according to the invention;
FIG. 2 is a schematic view of a mechanical assembly comprising a set of two elementary magnetic bearings as described in FIG. 1; and
FIG. 3 is a view in axial section of a mechanical assembly in accordance with the block diagram of FIG. 2.
La figure 1 représente, sous la référence générale 10, un dispositif magnétique destiné à suspendre magnétiquement un corps tournant B, mobile en rotation par rapport à un corps fixe A autour d'un axe de rotation Z-Z, ici horizontal. FIG. 1 represents, under the general reference 10, a magnetic device intended to magnetically suspend a rotating body B, movable in rotation relative to a fixed body A around an axis of rotation Z-Z, here horizontal.
Ce dispositif magnétique comporte essentiellement deux paliers magnétiques élémentaires axialement actifs, désignés sous les références 11 et 11' (I'indice"prime"sera utilisé dans la suite pour désigner les éléments de la partie droite de la figure 1). Ces deux paliers magnétiques élémentaires sont décalés axialement l'un de l'autre et sont, dans l'exemple considéré, sensiblement symétriques l'un de l'autre par rapport à une portion médiane de
I'axe de rotation, identifiable sur la figure comme étant situé entre les deux rectangles pointillés, représentant conjointement un volume annulaire dans lequel peuvent tre implantés divers équipements.This magnetic device essentially comprises two axially active elementary magnetic bearings, designated under the references 11 and 11 '(the index "prime" will be used hereinafter to designate the elements of the right part of FIG. 1). These two elementary magnetic bearings are offset axially from one another and are, in the example considered, substantially symmetrical with each other with respect to a middle portion of
The axis of rotation, identifiable in the figure as being located between the two dotted rectangles, jointly representing an annular volume in which various pieces of equipment can be installed.
Chaque palier magnétique élémentaire :
-un disque 12 (ou 12') en matériau ferromagnétique destiné à tre solidaire de l'un des corps, en principe le rotor B ;
-une unique paire de pièces ferromagnétiques polaires 13 et 14 (13', 14') destinée à tre solidaire de I'autre des corps, en principe le corps fixe
A, un aimant permanent annulaire 15 (ou 15') à aimantation radiale, et un bobinage d'excitation 16 (ou 16').Each elementary magnetic bearing:
a disc 12 (or 12 ′) made of ferromagnetic material intended to be integral with one of the bodies, in principle the rotor B;
a single pair of polar ferromagnetic parts 13 and 14 (13 ′, 14 ′) intended to be integral with the other of the bodies, in principle the fixed body
A, a permanent annular magnet 15 (or 15 ') with radial magnetization, and an excitation coil 16 (or 16').
Les pièces polaires 13 et 14 (ou 13'et 14') comportent respectivement des parois cylindriques concentriques (13A, 14A ou 13'A, 14'A) présentant chacune une tranche en regard axialement du disque 12 (12'), au travers d'un entrefer axial variable 17. En outre, ces pièces polaires sont ellesmmes séparées l'une de I'autre par un entrefer constant 18. The pole pieces 13 and 14 (or 13 ′ and 14 ′) respectively comprise concentric cylindrical walls (13 A, 14 A or 13 ′ A, 14 ′ A) each having a slice facing axially from the disc 12 (12 ′), through of a variable axial air gap 17. In addition, these pole pieces are themselves separated from each other by a constant air gap 18.
L'aimant permanent annulaire 15 (ou 15') et le bobinage d'excitation 16 (respectivement 16') sont tous deux disposés radialement entre les parois cylindriques que comportent ces pièces polaires 13 et 14 (respectivement 13'et 14'). The annular permanent magnet 15 (or 15 ′) and the excitation winding 16 (respectively 16 ′) are both arranged radially between the cylindrical walls that these pole pieces 13 and 14 (respectively 13 ′ and 14 ′) comprise.
L'aimant permanent annulaire est adapté à générer un flux magnétique dans les entrefers variables. On voit en effet, dans la partie gauche supérieure de la figure 1, des lignes de flux F1 et F2 générées par I'aimant, la ligne de flux F1 circulant vers la droite et traversant 1'entrefer constant 18 tandis que la ligne de flux F2, dirigée vers la gauche, traverse les deux entrefers variables 17. De mme, le bobinage d'excitation est disposé en sorte de pouvoir générer un flux magnétique axial dans les entrefers variables, schématisé par la ligne de flux F3 dans cette partie gauche supérieure de la figure 1. The annular permanent magnet is adapted to generate a magnetic flux in the variable air gaps. We see in fact, in the upper left part of FIG. 1, flux lines F1 and F2 generated by the magnet, the flux line F1 flowing to the right and crossing the constant air gap 18 while the flux line F2, directed to the left, crosses the two variable air gaps 17. Likewise, the excitation winding is arranged so as to be able to generate an axial magnetic flux in the variable air gaps, shown diagrammatically by the flux line F3 in this upper left part of figure 1.
On comprend que, selon le sens dans lequel le flux circule dans la ligne F3, il y a augmentation, ou diminution du flux magnétique global traversant les deux entrefers axiaux 17. II en résulte un effort axial vers la droite (ou vers la gauche), appliqué au corps tournant. It can be understood that, depending on the direction in which the flux circulates in line F3, there is an increase or decrease in the overall magnetic flux passing through the two axial air gaps 17. This results in an axial force to the right (or to the left) , applied to the rotating body.
Les deux bobinages 16 et 16'sont connectés à un bloc de commande d'alimentation adapté à les exciter en sorte que ces bobinages génèrent, à un instant donné, dans celles des pièces polaires qui sont disposées à l'intérieur (repérées 13 et 13') des flux magnétiques variables de mme sens axial, en sorte que le flux soit globalement augmenté dans les entrefers de l'un des paliers magnétiques élémentaires tandis qu'il est diminué dans les entrefers variables de l'autre des paliers magnétiques élémentaires. The two windings 16 and 16 'are connected to a power supply control unit adapted to excite them so that these windings generate, at a given instant, in those of the pole pieces which are arranged inside (marked 13 and 13 ') variable magnetic fluxes with the same axial direction, so that the flux is increased overall in the air gaps of one of the elementary magnetic bearings while it is decreased in the variable air gaps of the other of the elementary magnetic bearings.
Dans l'exemple représenté, les deux paliers élémentaires de droite et de gauche à la figure 1 sont, comme cela a déjà été indiqué, symétriques l'un de l'autre. En particulier, leurs aimants respectifs 15 et 15'ont des aimantations radiales de mme sens. II est clair, que dans une variante non représentée dans laquelle ces aimants auraient des aimantations radiales de sens opposés, la précédente condition concernant le sens des flux générés par les bobinages serait inverse. In the example shown, the two elementary bearings on the right and on the left in FIG. 1 are, as already indicated, symmetrical to one another. In particular, their respective magnets 15 and 15 ′ have radial magnetizations of the same direction. It is clear that in a variant not shown in which these magnets have radial magnetizations of opposite directions, the previous condition concerning the direction of the fluxes generated by the windings would be opposite.
Ce qui importe en réalité est que chacun des paliers élémentaires soit capable de générer un effort dans un sens, différent du sens de l'effort axial que l'autre palier est capable de générer. What really matters is that each of the elementary bearings is capable of generating a force in one direction, different from the direction of the axial force that the other bearing is capable of generating.
Dans l'exemple représenté, les disques sont solidaires du corps tournant. Bien entendu, en variante non représentée, les disques pourraient tre fixes. La configuration représentée est toutefois généralement préférée dans la mesure où elle permet sans difficulté d'alimenter électriquement les bobinages 16 et 16', qui sont fixes. In the example shown, the discs are integral with the rotating body. Of course, in a variant not shown, the discs could be fixed. The configuration shown is however generally preferred insofar as it makes it possible without difficulty to supply the coils 16 and 16 'electrically, which are fixed.
De mme, dans l'exemple représenté, les paires de pièces polaires 13 et 14, d'une part, 13'et 14', d'autre part, sont axialement disposées entre les disques. Ainsi que cela ressortira de la figure 3, cela permet d'avoir une bonne compacité d'ensemble, surtout lorsque ces disques sont intégrés à des pièces actives que le corps tournant sert à relier. Likewise, in the example shown, the pairs of pole pieces 13 and 14, on the one hand, 13 ′ and 14 ′, on the other hand, are axially disposed between the discs. As will be seen from FIG. 3, this makes it possible to have a good overall compactness, especially when these discs are integrated into active parts that the rotating body is used to connect.
On appréciera que le fait que les deux paliers élémentaires soient symétriques l'un de l'autre permet d'utiliser, pour chacun d'entre eux, des pièces sensiblement identiques, ce qui peut permettre un gain de coût de revient pour la fabrication. It will be appreciated that the fact that the two elementary bearings are symmetrical to one another makes it possible to use, for each of them, substantially identical parts, which can allow cost savings for manufacturing.
De manière préférée, I'aimant est disposé, au sein de chaque palier élémentaire, entre le bobinage d'excitation et la paire d'entrefers 17. Pour permettre notamment un bon positionnement des bobinages d'excitation, la paroi cylindrique 13A ou 13'A de celle des pièces polaires qui se trouve radialement à l'intérieur de l'autre comporte une portion annulaire 13B ou 13'B s'étendant radialement à partir de cette paroi cylindrique vers la pièce polaire extérieure, en ayant une tranche radialement en regard de cette autre pièce polaire, mais à distance de celle-ci, en sorte de former ledit entrefer constant 18. Cet entrefer constant 18 est donc, dans le cas représenté, radial, mais il faut bien comprendre que, compte tenu de la constance de son épaisseur, l'orientation de cet entrefer constant n'a pas d'importance. Preferably, the magnet is disposed, within each elementary bearing, between the excitation winding and the pair of air gaps 17. To allow in particular a good positioning of the excitation windings, the cylindrical wall 13A or 13 ' A of that of the pole pieces which is located radially inside the other comprises an annular portion 13B or 13'B extending radially from this cylindrical wall towards the outer pole piece, having a radially facing edge from this other pole piece, but at a distance therefrom, so as to form said constant air gap 18. This constant air gap 18 is therefore, in the case shown, radial, but it must be understood that, taking into account the constancy of its thickness, the orientation of this constant air gap does not matter.
En fait, l'important en ce qui concerne cet entrefer constant est qu'il se situe, par rapport à I'aimant permanent, à l'opposé des entrefers variables 17. In fact, the important thing with regard to this constant air gap is that it is situated, with respect to the permanent magnet, opposite to the variable air gaps 17.
La figure 2 représente un ensemble mécanique comportant divers équipements dont des paliers magnétiques élémentaires 11 et 11'du type décrit à propos de la figure 1. FIG. 2 represents a mechanical assembly comprising various pieces of equipment including elementary magnetic bearings 11 and 11 ′ of the type described with reference to FIG. 1.
Plus précisément, cette figure 2 représente, de façon schématique, un ensemble comportant un corps tournant, essentiellement constitué d'un arbre, muni en ses extrémités de deux pièces actives, par exemple des roues ; dans l'exemple représenté, I'arbre B est relié en son extrémité gauche à une roue 50 qui fait partie d'un compresseur (cette roue peut donc tre désignée en abrégé par roue de compresseur) tandis que cet arbre est relie, en son extrémité droite, à une roue de turbine 50', faisant partie d'une turbine. More specifically, this FIG. 2 schematically represents an assembly comprising a rotating body, essentially consisting of a shaft, provided at its ends with two active parts, for example wheels; in the example shown, the shaft B is connected at its left end to a wheel 50 which is part of a compressor (this wheel can therefore be abbreviated as a compressor wheel) while this shaft is connected, at its straight end, to a turbine wheel 50 ', forming part of a turbine.
Les deux paliers élémentaires 11 et 11'sont écartés axialement au maximum, c'est-à-dire qu'ils se trouvent à proximité des deux roues 50 et 50'. The two elementary bearings 11 and 11 'are axially spaced apart as far as possible, that is to say that they are located near the two wheels 50 and 50'.
Entre ces paliers élémentaires 11 et 11'sont disposés, en une position centrale, un moteur schématisé sous la référence 40, destiné en pratique à commander la rotation du corps tournant par rapport au corps fixe A, ainsi que deux paliers radialement actifs 30 et 30', ou paliers 2-axes, destinés à assurer le centrage radial de I'arbre. Between these elementary bearings 11 and 11 'are arranged, in a central position, a motor shown diagrammatically under the reference 40, intended in practice for controlling the rotation of the rotating body relative to the fixed body A, as well as two radially active bearings 30 and 30 ', or 2-axis bearings, intended to ensure the radial centering of the shaft.
On appréciera la facilité qu'il y a à décider de l'implantation des divers équipements, compte tenu de la possibilité, proposée par l'invention, de dissocier les éléments nécessaires au contrôle axialement actif, en deux parties axialement espacées. It will be appreciated how easy it is to decide on the location of the various pieces of equipment, taking into account the possibility, proposed by the invention, of dissociating the elements necessary for axially active control, into two axially spaced parts.
La figure 3 représente de manière relativement détaillée la constitution d'un ensemble mécanique, conforme au schéma de la figure 2, destiné donc à l'accouplement d'une roue de compresseur 50 à une roue de turbine 50'. FIG. 3 represents in a relatively detailed manner the constitution of a mechanical assembly, in accordance with the diagram of FIG. 2, therefore intended for the coupling of a compressor wheel 50 to a turbine wheel 50 '.
On retrouve, à proximité des roues 50 et 50', la structure des paliers élémentaires 11 et 11'décrite à la figure 1. We find, near the wheels 50 and 50 ', the structure of the elementary bearings 11 and 11' described in Figure 1.
II est toutefois intéressant de noter que les disques 12 et 12'sont, dans l'exemple considéré, intégrés à ces roues, ce qui garantit une très bonne compacité. It is however interesting to note that the discs 12 and 12 'are, in the example considered, integrated with these wheels, which guarantees a very good compactness.
Entre les paliers élémentaires 11 et 11'sont situés, comme indiqué à la figure 2, deux paliers magnétiques de centrage radial, de tout type connu approprie, ainsi qu'un moteur, lui aussi de tout type connu approprié. Between the elementary bearings 11 and 11 ′ are located, as shown in FIG. 2, two magnetic radial centering bearings, of any suitable known type, as well as a motor, also of any suitable known type.
Toutefois, à titre de précaution, on peut noter la présence, entre les paliers élémentaires de centrage axial 11 et 11', et les paliers de centrage radial 30 et 30', des paliers de secours, du type à billes, repérés sous la référence 60 et 60'. However, as a precaution, one can note the presence, between the elementary axial centering bearings 11 and 11 ', and the radial centering bearings 30 and 30', emergency bearings, of the ball type, identified under the reference 60 and 60 '.
De manière connue, le courant d'excitation appliqué par le circuit 20 à chacun des bobinages des paliers 11 et 11' (ainsi que les courants appliqués aux bobinages des paliers magnétiques de centrage radial 30 et 30') sont fixés, en fonction de signaux de mesure de capteurs, non représentés, de tous types connus appropriés, capables de détecter l'écart de position axiale (ou radiale) entre le corps tournant et une configuration de consigne. In known manner, the excitation current applied by the circuit 20 to each of the windings of the bearings 11 and 11 '(as well as the currents applied to the windings of the magnetic bearings of radial centering 30 and 30') are fixed, as a function of signals for measuring sensors, not shown, of any suitable known type, capable of detecting the difference in axial (or radial) position between the rotating body and a reference configuration.
A titre d'exemple de dimensionnement :
-le diamètre intérieur de la paroi cylindrique 13A de la pièce polaire 13 est de 24 mm ;
-le diamètre extérieur de la paroi cylindrique 14A de la pièce polaire 14 est de 75 mm ;
-la dimension axiale de la paire de pièces polaires 13 + 14 est de 34 mm ;
-I'aimant a un diamètre interne de 36 mm, un diamètre exteme de 66 mm, et une épaisseur de 12 mm, et son aimantation radiale est de 1,2
Tesla ;
-la valeur nominale de l'entrefer axial variable 17 est de 0,3 ;
-le déplacement axial maximum autorisé est de 0,2 mm ;
-la raideur axiale pour 1'ensemble des deux demi-paliers est de 7400 N/mm. As an example of sizing:
the internal diameter of the cylindrical wall 13A of the pole piece 13 is 24 mm;
the outside diameter of the cylindrical wall 14A of the pole piece 14 is 75 mm;
the axial dimension of the pair of pole pieces 13 + 14 is 34 mm;
-The magnet has an internal diameter of 36 mm, an external diameter of 66 mm, and a thickness of 12 mm, and its radial magnetization is 1.2
You're here ;
the nominal value of the variable axial air gap 17 is 0.3;
the maximum authorized axial displacement is 0.2 mm;
-the axial stiffness for all of the two half-bearings is 7400 N / mm.
II va de soi que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre illustratif non limitatif, et que des variantes peuvent tre proposées sans sortir du cadre de l'invention. It goes without saying that the above description has been given only by way of nonlimiting illustration, and that variants may be proposed without departing from the scope of the invention.
Claims (14)
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| FR9813931A FR2785734A1 (en) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | Magnetic suspension device for rotatable body, has bearings with pole piece pairs and associated permanent magnets, in which excitation windings are arranged radially between pole pieces |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR9813931A FR2785734A1 (en) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | Magnetic suspension device for rotatable body, has bearings with pole piece pairs and associated permanent magnets, in which excitation windings are arranged radially between pole pieces |
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| FR9813931A Withdrawn FR2785734A1 (en) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | Magnetic suspension device for rotatable body, has bearings with pole piece pairs and associated permanent magnets, in which excitation windings are arranged radially between pole pieces |
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