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SUSPENSION iL4,AG',I, ' (' '/,
La présente invention a pour objet une suspension magnétique pour supporter le poids d'éléments rotatifs, l'axe de rotation étant vertical.
Elle permet d'augmenter considérablement l'efficacité de la matière magnétique utilisée pour la suspension, et de réduire la valeur du dépla- cement vertical des parties suspendues par rapport aux parties fixes de la suspension, quand elles sont soumises à une variation donnée de charge.
L'invention sera d'ailleurs bien comprise en se reportant à la des- cription qui suit et au dessin qui l'accompagne à titre d'exemple non limitatif et dans lequel : la figure 1 représente une vue latérale, partiellement en coupe, d'une suspension magnétique conforme à l'invention, comportant deux ai- mants permanents intérieurs coopérant avec un aimant permanent extérieur @
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à l'intérieur duquel ils se déplacent. la figure 2 représente une variante selon laquelle un aimant inté- rieur coopère avec deux aimants extérieurs.
Dans chacune de ces deux variantes, il existe des forces doubles de répulsion et d'attraction magnétique qui travaillent dans des entrefers relativement étroits.
Les figures la et 2a représentent une construction modifiée dans lesquelles l'assemblage d'aimants intérieurs est fixe, tandis que l'as- semblage d'aimants extérieurs supporte la charge.
La figure 3 montre une variante de la figure 1 comportant deux flux de fuites réduits.
En se reportant figure 1, on voit que 10 représente au aimant perma. nent cylindrique creux et fixe, et que 11 est un support non magnétique approprié pour l'aimant 10; ce dernier est supporté de manière que son axe soit vertical et que son aimantation ait un axe vertical. L'aimant fixe et son sup-ort sont représentés en coupe par un plan diamétral de l'aimant.
13 représente un axe tournant vertical dont les extrémités 14 et 15 forment paliers guides pour des tiges fixes 16 et 17. Ces paliers guides servent à maintenir l'arbre 13 centré sur l'axe de 1'aimant per- manent 10. Les tiges 16 et 17 peuvent être de dimensions tres réduites de façon à être flexibles et à présenter le degré de flexibilité voulu par rapport aux forces latérales qui l'exercent sur l'arbre.
Les paliers 16' et 17' n'ont à supporter aucune partie du poids de l'arbre ni des éléments qu'il soutient. Cet arbre supporte tout élément rotatif approprié que l'on a représenté schématiquement par un poids cylindrique 18, ainsi que deux aimants permanents cylindriques 19 et 20, concentriques à l'aimant 10 et coopérant avec ce dernier, demanière à se déplacer à l'intérieur de celui-ci, en même temps que supportant le poids de l'axe vertical et des éléments qu'il soutient.
Les aimants 19 et 20 fixés à l'arbre 13 ont un diamètre extérieur plus petit que le diamètre intérieur de l'aimant 10. Chacun d'eux a une longueur approximative ment égale à la moitié de la hauteur de l'aimant
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10. L'aimant 19, disposé près de la partie inférieure de l'aimant fixe 10, et coopérant avec elle, est polarisé le long de son axe verti- cal, de telle sorte que son extrémité inférieure est en dessous du pôle inférieur de cet aimant 10 et l'attire, tandis que son extrémité supérieu- re est au-dessus du pôle inférieur de l'aimant 10 et le repousse. Les lettres N et S indiquent la polarisation des aimants.
L'aimant supérieur 20, disposé près de la partie supérieure de l'ai- mant fixe 10, et coopérant avec elle, est polarisé le long de son axe ver. tical, de telle sorte que son extrémité inférieure est en-dessous du pôle supérieur de l'aimant fixe 10 et l'attire, tandis que son extrérnité supé- rieure est au-dessus du pôle supérieur de l'aimant 10 et le repousse.
De cette manière, l'aimant tournant supérieur 20 est polarisé dans le même sens que l'aimant fixe 10, et l'aimant tournant'inférieur 19 est polarisé en sens inverse. Les deux aimants tournant-s sont séparés l'un de l'autre, sur l'axe 13, d'une longueur correspondant approximativement à la hauteur de l'aimant fixe, c'est-à-dire que la distance entre les par- ties inférieures des aimants 19 et 20 correspond à peu près à la hauteur de l'aimant 10.
Avec cette disposition, on voit que toutes les forces magnétiques agissant entre les systèmes d'aimants fixes et mobiles ont pour résultan- te de supporter le poids de tous les éléments tournants. Les forces d'at- traction principales sont représentées par les flèches a en traita pleins, et les forces de répulsion sont représentées par les flèches b en traits interrompus, la direction des flèches représentant la direction des for- ces qui supportent le poids des éléments tournants.
Cette disposition est plus efficace que celle à suspension simple connue jusqu'à présent. Etant donné la meilleure utilisation du flux ma- gnétique disponible, et l'utilisation d'un plus grand nombre de pôles d'aimants permanents, il suffit d'une quantité moindre de matière magné- tique pour supporter la charge donnée. On voit notamment figure 1 qu'il y a un pôle supplémentaire qui travaille, par rapport à la suspension simple mentionnée plus haut.
Un autre avantage de cette suspension magnétique à éléments multi- ples réside dans le fait qu'elle se déplace exactement moitié moins que
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la suspension simple, à la charge maximu. En d'autre termes, quand la charge est appliquée, les éléments suspendus s'abaissent d'une lon- gueur D (figure 1), cette dernière constituant le déplacement.
Quand les aimants 19 et 20 supportent la charge maximum (figure 1) ils se déplacent d'une distance égale à la moitié de la hauteur de l'un deces aimants, tandis qu'avec la suspension simple, la charge maximum était supportée lorsque l'aiment intérieur relativement allongé s'était déplacé de la moitié de sa hauteur. Le déplacement représenté figure 1. correspond à une charge inférieure à la charge maximum.
Avec des aimants de cuivre, nickel, cobalt, dimensionnés comme indi- que figure 1, l'aimant 10 peut avoir par exemple les dimensions suivan- les, sans que l'invention soit bien entendu limitée à ces valeurs don- nées titre limitatif :
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<tb> Diamètre <SEP> extérieur <SEP> environ <SEP> 24 <SEP> m/m
<tb>
<tb> diamètre <SEP> intérieur <SEP> environ <SEP> 17,5 <SEP> m/m
<tb>
<tb> Hauteur <SEP> environ <SEP> 17,4 <SEP> m/m
<tb>
<tb> poids <SEP> environ <SEP> 29,5 <SEP> gr.
<tb>
Dans ce même exemple, chacun des cieux aimants 19 et 20 avait les dimensions suivantes :
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<tb> Diamètre <SEP> extérieur <SEP> environ <SEP> 16,5 <SEP> m/m
<tb>
<tb> Diamètre <SEP> intérieur <SEP> environ <SEP> 5,56 <SEP> m/m
<tb>
<tb>
<tb> Hauteur <SEP> environ <SEP> 8,7 <SEP> m/m
<tb>
<tb>
<tb> Poids <SEP> environ <SEP> 23,9 <SEP> gr.
<tb>
Les extrémités voisines des aimants le et 20 étaient espacées de 8,7 m/m environ. Une telle suspension peut supporter un poids total de IbO gr. avec un déplacement D maximum de 4,35 m/m environ.
Une autre caractéristique importante de cette suspension réside dans le fait que les lignes de force du flux magnétique se referment très étroitement, et n'ont qu'une faible influence magnétique sur les élments voisins ; elles ne sont pas non plus influencées aisément par le proche voisinage d'éléments magnétiques ou électromagnétiques. On peut donc les disposer près de tels autres éléments, sans nécessité de prévoir des écrans.
Vans le mode de construction représenté- figure 1, le pôle magnéti- que supérieur de l'aimant mobile supérieur 20 est quoique peu exposé à ce que ses lignes de force ne se ferment pas suivant un chemin court, vers un pôle de nom contraire du système de suspension. La réluctance est par conséquent élevée et le flux réduit. Une telle disposition peut
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être améliorée sous certains conditions, par l'une des deux variables représentées figure 3.
Sur cette figure on a représenté plusieurs circuits magnétiques qui peuvent être utilisés soit seuls, soit en combinaison, afin de produire les effets désirables pour améliorer l'efficacité de la suspension magné- tique.
Par exemple, au moyen d'une armature 12 de grande perméabilité dis- posée entre l'extrémité inférieure de l'aimant permanent fixe et un point situé au-dessus de l'aimant tournant supérieur 20, une partie du pôle inférieur de l'aimant fixe 10 peut être dérivée vers le pôle nord supé- rieur de l'aimant 20, à travers l'armature, produisant ainsi ue autre force d'attraction, comme indiqué par la flèche a', ce qui renforce l'ac- tion des pâles principaux de la suspension. Mans cela, une partie de ce flux aurait été perdue sous forme de fuites, indiquées par la flèche O.
On peut également utiliser une autre caractéristique qui est repré- sentée figure 3, en liaison avec la partie tournante ; elle consiste à utiliser une partie 13a hautement perméable de l'axe 13, entre le pôle nord supérieur de l'aimant 20 et le pôle sud supérieur de l'aimant 19.
Cette partie est amincie au voisinage du pôle S de l'aimant 20, afin de ne pas court-circuitemagnétiquement cet aimant.
Un tel dispositif crée un circuit magnétique fermé, sauf dans les entrefers utiles qui peuvent être déterminés comme suit : depuis le pôle N supérieur de l'aimant 20, à travers la partie 13a de l'axe vers le pô- le S de l'aimant 19; depuis le pâle N de l'aimant 19, vers le pôle S de l'aimant 20, vers le pôle nord de l'aimant 10, et vers le pôle S de l'ai- mant 20. Un tel circuit est représenté en pointillé en d. Il utilise une grande partie du flux qui serait sans cela perdu comme flux de fuite, et il renforce les pôles porteurs principaux.
Bien entendu, ces variantes de la figure 3 n'impliquent pas que le dispositif de la figure 1 n'ait pas l'efficacité désirable. En outre, en utilisant les dites variantes, on peut apporter de légères modifications dans la disposition et les dimensions des aimants.
Le dispositif de la figure 1 peut être inversé comme le montre la figure 2, sans laquelle 19' et 20' sont les aimants stationnaires d'un
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système à aimant double, et 11' leur support. L'aimant unique 10' est suspendu magnétiquement et peut tourner. Le système magnétique interne peut devenir le système fixe, comme indiqué figure la et 2a, tout en conservant les propriétés avantageuses décrites ci-dessus.
Uans la figure la, 19a et 20a sont les deux aimants permanents du système à aimant double. Ils sont fixes et sont logés à l'intérieur de l'aimant 10a supporté par l'élément tournant Ils et servant à sa suspen- sion.
Dans la figure 2a, 19b et 20b sont les deux aimants suspendus tour- nants et extérieurs d'un système à aimant double, et llb est leur arma- ture support. 10b est l'aimant unique fixe à l'intérieur du système.
Bien que l'on ait représenté plusieurs variantes de l'invention, il est bien évident qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particuliè- res, données à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que par conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.
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SUSPENSION iL4, AG ', I,' ('' /,
The present invention relates to a magnetic suspension for supporting the weight of rotating elements, the axis of rotation being vertical.
It considerably increases the efficiency of the magnetic material used for the suspension, and reduces the value of the vertical displacement of the suspended parts with respect to the fixed parts of the suspension, when they are subjected to a given variation of load. .
The invention will moreover be clearly understood by referring to the description which follows and to the drawing which accompanies it by way of nonlimiting example and in which: FIG. 1 represents a side view, partially in section, of 'a magnetic suspension according to the invention, comprising two internal permanent magnets cooperating with an external permanent magnet @
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inside which they move. FIG. 2 represents a variant according to which an internal magnet cooperates with two external magnets.
In each of these two variations, there are double forces of repulsion and magnetic attraction which work in relatively narrow air gaps.
Figures 1a and 2a show a modified construction in which the inner magnet assembly is stationary, while the outer magnet assembly supports the load.
FIG. 3 shows a variant of FIG. 1 comprising two reduced leakage flows.
Referring to Figure 1, it can be seen that 10 represents the perma magnet. hollow and fixed cylindrical tooth, and that 11 is a suitable non-magnetic support for the magnet 10; the latter is supported so that its axis is vertical and its magnetization has a vertical axis. The fixed magnet and its sup-ort are shown in section by a diametral plane of the magnet.
13 shows a vertical rotating axis whose ends 14 and 15 form guide bearings for fixed rods 16 and 17. These guide bearings serve to keep the shaft 13 centered on the axis of the permanent magnet 10. The rods 16 and 17 can be very small in size so as to be flexible and to exhibit the desired degree of flexibility with respect to the lateral forces exerted on the shaft.
The bearings 16 'and 17' do not have to support any part of the weight of the shaft or the elements it supports. This shaft supports any suitable rotary element which is represented schematically by a cylindrical weight 18, as well as two cylindrical permanent magnets 19 and 20, concentric with the magnet 10 and cooperating with the latter, so as to move inside. of it, at the same time supporting the weight of the vertical axis and the elements that it supports.
The magnets 19 and 20 attached to the shaft 13 have an outer diameter smaller than the inner diameter of the magnet 10. Each of them has a length approximately equal to half the height of the magnet.
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10. The magnet 19, arranged near the lower part of the fixed magnet 10, and cooperating with it, is polarized along its vertical axis, so that its lower end is below the lower pole of the magnet. this magnet 10 and attracts it, while its upper end is above the lower pole of the magnet 10 and repels it. The letters N and S indicate the polarization of the magnets.
The upper magnet 20, arranged near the upper part of the fixed magnet 10, and cooperating with it, is polarized along its worm axis. tical, so that its lower end is below the upper pole of the fixed magnet 10 and attracts it, while its upper end is above the upper pole of the magnet 10 and pushes it back.
In this way, the upper rotating magnet 20 is polarized in the same direction as the fixed magnet 10, and the lower rotating magnet 19 is polarized in the reverse direction. The two rotating magnets are separated from each other, on axis 13, by a length corresponding approximately to the height of the fixed magnet, that is to say that the distance between the par - lower parts of magnets 19 and 20 corresponds approximately to the height of magnet 10.
With this arrangement, it can be seen that all the magnetic forces acting between the fixed and mobile magnet systems result in supporting the weight of all the rotating elements. The main attraction forces are represented by the arrows a in solid lines, and the repulsive forces are represented by the arrows b in broken lines, the direction of the arrows representing the direction of the forces which support the weight of the elements. turning points.
This arrangement is more effective than the simple suspension one known until now. Because of the better use of the available magnetic flux, and the use of a larger number of permanent magnet poles, less magnetic material is sufficient to support the given load. We see in particular in Figure 1 that there is an additional pole that works, compared to the simple suspension mentioned above.
Another advantage of this multi-element magnetic suspension is that it moves exactly half as much as
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simple suspension, at the maximum load. In other words, when the load is applied, the suspended elements lower by a length D (figure 1), the latter constituting the displacement.
When magnets 19 and 20 are carrying the maximum load (figure 1) they move a distance equal to half the height of one of these magnets, while with the simple suspension the maximum load was supported when the magnets The relatively elongated interior had moved half its height. The displacement shown in figure 1. corresponds to a load less than the maximum load.
With copper, nickel and cobalt magnets, dimensioned as indicated in FIG. 1, the magnet 10 can have for example the following dimensions, without the invention being of course limited to these values given by way of limitation:
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<tb> Outside diameter <SEP> <SEP> approximately <SEP> 24 <SEP> m / m
<tb>
<tb> inside diameter <SEP> <SEP> approximately <SEP> 17.5 <SEP> m / m
<tb>
<tb> Height <SEP> approximately <SEP> 17.4 <SEP> m / m
<tb>
<tb> weight <SEP> approximately <SEP> 29.5 <SEP> gr.
<tb>
In this same example, each of the magnet heavens 19 and 20 had the following dimensions:
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<tb> Outside diameter <SEP> <SEP> approximately <SEP> 16.5 <SEP> m / m
<tb>
<tb> Inside diameter <SEP> <SEP> approximately <SEP> 5.56 <SEP> m / m
<tb>
<tb>
<tb> Height <SEP> approximately <SEP> 8,7 <SEP> m / m
<tb>
<tb>
<tb> Weight <SEP> approximately <SEP> 23.9 <SEP> gr.
<tb>
The neighboring ends of the magnets 1c and 20 were spaced about 8.7 m / m apart. Such a suspension can support a total weight of IbO gr. with a maximum displacement D of approximately 4.35 m / m.
Another important characteristic of this suspension resides in the fact that the lines of force of the magnetic flux close very tightly, and have only a weak magnetic influence on the neighboring elements; nor are they easily influenced by the close proximity of magnetic or electromagnetic elements. They can therefore be placed near such other elements, without the need to provide screens.
In the mode of construction shown in FIG. 1, the upper magnetic pole of the upper mobile magnet 20 is, although little exposed to its lines of force not closing in a short path, towards a pole of the opposite name of suspension system. The reluctance is therefore high and the flux reduced. Such a provision may
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be improved under certain conditions, by one of the two variables shown in figure 3.
In this figure several magnetic circuits have been shown which can be used either singly or in combination to produce the effects desired to improve the efficiency of the magnetic suspension.
For example, by means of an armature 12 of high permeability disposed between the lower end of the fixed permanent magnet and a point above the upper rotating magnet 20, part of the lower pole of the fixed magnet 10 can be branched to the upper north pole of magnet 20, through the armature, thus producing another attractive force, as indicated by arrow a ', which strengthens the action. main blades of the suspension. Without that, part of this flow would have been lost in the form of leaks, indicated by the arrow O.
It is also possible to use another characteristic which is represented in FIG. 3, in connection with the rotating part; it consists in using a highly permeable part 13a of the axis 13, between the upper north pole of the magnet 20 and the upper south pole of the magnet 19.
This part is thinned in the vicinity of the S pole of the magnet 20, so as not to short-circuit this magnet magnetically.
Such a device creates a closed magnetic circuit, except in the useful air gaps which can be determined as follows: from the upper N pole of the magnet 20, through the part 13a of the axis towards the S pole of the magnet. magnet 19; from the pale N of the magnet 19, to the S pole of the magnet 20, to the north pole of the magnet 10, and to the S pole of the magnet 20. Such a circuit is shown in dotted lines in d. It uses much of the flux that would otherwise be lost as leakage flux, and it strengthens the main load bearing poles.
Of course, these variants of Figure 3 do not imply that the device of Figure 1 does not have the desired efficiency. Furthermore, by using said variants, slight modifications can be made in the arrangement and dimensions of the magnets.
The device of figure 1 can be reversed as shown in figure 2, without which 19 'and 20' are the stationary magnets of a
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double magnet system, and 11 'their support. The unique 10 'magnet is magnetically suspended and can rotate. The internal magnetic system can become the fixed system, as indicated in figure la and 2a, while retaining the advantageous properties described above.
Uans figure la, 19a and 20a are the two permanent magnets of the double magnet system. They are fixed and are housed inside the magnet 10a supported by the rotating element Il and serving for its suspension.
In Fig. 2a, 19b and 20b are the two rotating and outer hanging magnets of a double magnet system, and 11b is their support frame. 10b is the single magnet fixed inside the system.
Although several variants of the invention have been shown, it is obvious that one does not wish to be limited to these particular forms, given by way of example and without any restrictive character and that consequently all the variants having the same principle and the same object as the arrangements indicated above, would also come within the scope of the invention.