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DISPOSITIF DE CENTRAGE ET DE MAINTIEN D ORGANES TOURNANTS.
L'invention a pour objet des dispositifs de centrage et de maintien d9organes tournants qui ne donnent lieu pratiquement à aucun frottement et qui utilisent des forces magnétiques a électrostatiques ou ce deux forces à la fois. Ce dispositif est plus particulièrement pré- vu pour les instruments de mesure et les compteurs électriques dont les axes sont en général verticaux. L'invention s'applique également aux pa- liers des organes tournant à grande vitesse tels que les rotors des com- pas gyroscopiques, les compresseurs .de turbo-machines, les petites tur- binesles ultracentrifugeuses, etc...
Les paliers connus pour les instru- ments de mesure sont disposés aux deux extrémités des axes et constitués dans ce cas par des pointes., ou bien utilisent des dispositifs de crapau- dines ou de collets, auquel casa si l'on exige une grande sensibilité, pour de faibles forées agissant sur l'appareil, il faut utiliser par exem- ple des pierres semi-précieuses percées ou pleines pour en constituer les paliers Même avec les paliers de ce type les plus soigneusement exécu- tés, on ne peut éviter un certain frottement que la force agissant sur l'appareil doit vaincre et qui nuit à l'exactitude des indications de l'appareil.
En outre il se produits après une durée appréciable de fonc- tionnement, une certaine usure des paliers, ce qui augmente encore l'inexac- titude des indications.
Dans les autres pi-ces tournantes telles que des rotors de. compas gyroscopiques des compresseurs de turbo-machines, de petites tur- bines d'ultra-centrifugseuses, dont 19axe est en général horizontal, le problème consiste à accroître autant que possible la vitesse de rotation pour diminuer les dimensions de 1-'appareil. Mais, pour des raisons de ré- sistance des matériaux la vitesse maximum possible ne peutg dans de nom- breux cas, pas être obtenue pratiquement car les paliers ordinaires (paliers à billes ou à rouleaux) ne sont fréquemment plus suffisants pour résister aux efforts subisdéjà après un court service.
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On a déjà proposé d'utilisera dans les instruments de mesure., les forces attractives d'un aimant pour décharger les organes tournants des instruments de mesure à axe vertical, afin de diminuer dans une grande mesure le frottement sur les crapaudineso Dans ce buts dans les disposi- tifs connus, on dispose un aimant permanent à la partie supérieure de l'axe de rotation, cet aimant se logeant dans la partie centrale vide d'un aimant annulaire et étant maintenu par les forces d'attraction.
Ces aimants sont aimantés de façon que, lorsqu'ils sont encastrés l'un dans l'autre, les pôles de nom contraire se trouvent placés vis à visa Mais., ainsi qu'on le sait, un tel système est très instable car le moindre décalage de l'ai- mant fixé sur l'axe par rapport à l'aimant annulaire suffit à produire un accroissement violent et unilatéral des forces d'attraction magnétiques dans le sens de la plus faible distancée Pour maintenir dans sa position centrale l'aimant fixé à l'axe de rotation, on prévoit, par suite, dans les dispositions connuesun palier à pivot tourillonné.
Ce palier a, par contre, l'inconvénient de reléguer au second plan les avantages qui résul- tent de l'utilisation des paliers magnétiques dans les machines et les appareils à rotation très rapideo En effet, un arbre animé d'un très ra- pide mouvement de rotation présente toujours un léger balourd qui occa- sionne un frottement très appréciable sur les tourillonso Il est encore plus difficile d'appliquer les paliers magnétiques du type connu., utili sant les forces attractives d'un aimant, dans les machines ou les appareils à axes horizontaux.
Dans une disposition connue de paliers magnétiques pour ar- bres horizontaux, l'arbre est aimanté sur toute sa longueur et entouré à ses deux extrémités et en son milieu d'aimants annulaires dont l'aimanta- tion est telle que les pôles sud des extrémités de l'arbre sont attirés par le pôle inord de l'anneau aimanté transversalement et repoussés par le pôle sud de cet anneauo De même, le pâle nord qui se trouve au milieu de l'ar- bre est maintenu de manière correspondante dans un aimant annulaire magné- tique transversalement. Cette disposition fait donc appel à la fois à l'attraction et à la répulsion magnétiques mais les forces magnétiques qui agissent par attraction ne permet pas d'obtenir un état d'équilibre stable.
En outre, il est désavantageux d'être obligé de constituer sur toute sa longueur un arbre tournant rapidement par un aimant permanente
Tous ces inconvénients des paliers magnétiques connus sont supprimés par l'invention, grâce au fait que les aimants disposés tant sur les axes tournants quesur. le bâti de l'appareil sont aimantés de façon à se repousser les uns.les autreso Par suite l'arbre que l'on désire supporter est maintenu en équilibre exclusivement par des forces répulsives symétriques agissant dans le sens radiale de sorte que l'on obtient., dans le sens radial, un état d'équilibre stableo Pour obtenir ce résultat, la disposition suivant l'invention est telle que les pôles de même nom de l'axe et du bâti se trouvent toujours vis à vis.
Mais,9 si l'on introduit un aimant par exemple cylindrique dans le champ d'un aimant annulaire de façon que les pôles de même nom soient vis-à-vis, il se pro- duit d'une façon entièrement automatique et forcées par l'action de répul- sion des pôles ou des lignes de force qui sortent de ces pôles, une dispo- sition des aimants mobiles l'un par rapport à l'autre telle que leurs axes magnétiques coincident. Si ces axes magnétiques coïncident parfai- tement et si les pôles de même nom sont disposés de la même manière les uns par rapport aux autres (c'est-à-dire si les plages neutres des aimants se font vis-à-vis), seules peuvent agir des forces latérales,9 c'est-à-dire des forces perpendiculaires à l'axe magnétique.
Mais un léger décalage des deux plages neutres l'une par rapport à l'autre insuffisant pour in- fluencer l'ajustage automatique des aiments en ce qui concerne la coinci- dence des axes magnétiques, produit cependant déjà une composante des for- ces dirigées dans le sens de l'axe de rotation et qui a pour effet accès- soirée suivant le décalage des plages neutres, de compenser également en totalité ou en partie le poids de l'organe tournant qui s'exerce sur l'axe
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vertical.
De toute façon ce décalage de la plage neutre est minime et, sur les dessins, il a été figuré très exagérée
Un autre mode de réalisation avantageux de 1?invention est caractérisé par le fait que, sur l'axe de la partie tournante, on fixe, pour constituer le palier d'un arbre -verticale un aimant annulaire aiman-
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té axialement qui est entouré d-9un aimant irulaire9 aimanté également axîalementg concentrique au premier,, et lié au bâti de 1,9appareil.
L-uti- lisation de deux systèmes d 9 aimants annulaires disposés'vis-a-vis l'un de 19 autre permet la mise en oeuvre d'une façon particulièrement avantageuse
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du dispositif de paliers magnétiques suivant Pinventiono En effet, dans ce cas les poids propres des organes tournants qui e ee eat en direction . verticale et les forces latérales qui a9ee eaat sur ces organes peuvent être compensées d'une manière presque parfaite de sorte que, en pratique9 tout dispositif mécanique de palier peut être supprimée il suffit de pré- voir des dispositifs de maintien spéciaux pour le réglage et la fixation de l'axe.
En particulier, le dispositif magnétique qui fait l'objet de 1?invention peut être construit de façon que les aimants annulaires calés sur l'axe tournant et aimantés axialement, d'une part, et les¯aimants annu- laires fixés au carter ou au bâti de 1-'appareil et aimantés également axialement d'autre parts aimants qui se repoussent.9 soient placée concen- triquement les uns dans les autre Dans ce mode de réalisations les forces latérales sont compensées de sorte que l'axe est maintenu sans frottement en position centrales tandis que des crapaudines sont prévues pour absor- ber les forces verticales de pesanteur.
Sous une forme encore plus perfectionnée de l'invention, les pièces tournantes sont supportées et centrées en disposante en plus
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des couples d'aimants annulaires aimantés axialement9 un aimant annulaire en forme de disque fixé au bâti et un aimant annulaire en forme de disque fixé à 1?axe, aimantés radialement de façon que ces aimants se repoussent.
En utilisant ainsi trois systèmes d'aimants dont deux sont constitués par des aimants à aimantation axiale et un par des aimants à aimantation radia- le,\) on obtient en même temps un centrage pratiquement sans frottement aux extrémités d'un axe de rotation vertical et une compensation presque com- plète du poids des organes tournants Il suffit alors d'un support desti-
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né à limiter le mouvement en direction verticale9 constitué par exemple par une plaquette sous l'extrémité de 1-'axe et qui, si le système des aimants est bien ajusté,, n'a à supporter que des efforts minimes.
En vue de Inapplication du dispositif à des arbres à rota-
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tison rapide et en général horîzontauxp pour des machines ou des appareils divers, application qui comporte des exigences sévères relativement à la charge spécifique des paliers, l'invention prévoit de combiner plus de deux aimants permanents annulaires aimantés axialement et concentriques l'un à l'autre et de les réunir avec une distance convenable entre eux,, en un système tel que les pèles de semé nom se fassent toujours vis à vis.
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De toute f'açon9 cet ensemble de paliers magnétiqu(psq permet un certain jeu de l'arbre de la machine, de sorte que cette disposition suivant l'in- vention est surtout intéressante pour les machines et appareils dans les- quels un certain jeu est toléré entre le rotor et le bâti. L'abaissement de la partie tournante par rapport à la,partie fixed dû au poids de la
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partie tournante et qui est conditionné pa leélasticité des paliers magné- tiques peut être compensé facilement par un décalage vertical correspon- dant de la partie fixe du palier. En outres,
on peut utiliser dans ce cas
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et dans ce but des paliers normaux convenabless en plus des paliers magné- tiques ces paliers normaux ayant précisément pour but de limiter ce jeu à une valeur admissible
L'utilisation de plus de deux aimants permanents annulaires aimantés axialement, pour en constituer un système d'anneaux concentriques
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logés l'un dans l'autres permet d'ûtilixer le dispositif suivant i'invention
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même pour des pièces portant des poids appréciables,, car les forces de répulsion magnétique s'ajoutent.
Par suite, dans ce mode'de réalisations le dispositif de paliers magnétiques suivant l'invention peut également être utilisé pour des machines à vitesse de rotation normale telle que les pompes à acide quig le cas échéante sont actionnées également par un ac- couplement magnétique et quia par suite., ne nécessitent aucune surveil- lancée Il suffit, dans ce cas, que les aimants soient recouverts d'un revêtement résistant aux acides.
On peut encore accroître la force portante des paliers magné- tiques suivant l'invention en utilisant un système doubleo Dans ce cas, soit les parties fixes soit les parties tournantes du système constituent un ensemble unitaireo Plusieurs systèmes doubles de ce genre constitués chacun par deux systèmes peuvent être disposés à volonté sur l'arbre pour accroître encore davantage la force portante.
Dans une autre réalisation de l'invention, pour permettre des vitesses de rotation excessivement élevées avec de faibles diamètres$! le palier magnétique est organisé de telle façon que des aimants permanents, aimantés axialement.\) soient placés côte à côte aussi bien sur l'axe de rotation que dans le coussinet, à une certaine distance les uns des autres, et vis à vis les uns des autres.
Dans ce cas l'axe et le bâti peuvent avoir des diamètres différents sur la longueur de l'axe en formant des gradins., en correspondance avec la charge de l'axeo
Dans ce mode de réalisation également., plusieurs systèmes d'aimants annulaires,,peuvent être disposés cote à côte sur chacune des parties en gradins
Au lieu de forces magnétiques on peut, suivant l'inventions utiliser égalementavec les mêmes avantagesdes forces électrostatiques.
Dans ce cas les forces répulsives sont produites par dès électrodes à l'ai- de de plaques ou de bagues chargées d'électricité de même signe.
Si l'on désire obtenir un nombre de tours très élevé, il est en outre avantageux, suivant l'inventions d'enrober les aimants d'une ma- tière non magnétique de rigidité très élevée telle que du bronze au gluci- nium en vue d'absorber la force centrifugeo Les-paliers qui font l'objet de l'invention peuvent être groupés et réunis sous forme de coussinets mo- nobloc, comme on le fait pour les roulements à billes.
Sur les dessins on a représenté schématiquement à titre d'exemples,divers modes de réalisation des paliers magnétiques suivant 1-'invention-.
La figure 1 montre en coupe longitudinale un axe de compteur comportant deux paires d'aimants annulaires aimantés axialement, disposés concentriquement 1-'un dans l'autre.
La figure 2 est un axe de compteur dont le centrage est as- suré par deux paires d'aimants annulaires aimantés axialement et disposés aux extrémités de l'axe et dont le poids est compensé par une paire d'ai- mants annulaires aimantés radialemento la figure 3 montre un palier unique dans lequel un des élé- ments est fixé à l'arbre et l'autre est fixé au bâti.
La figure 4 montre un palier double construit sur le même principe que celui de la figure 3.
La figure 5 montre le montage des paliers magnétiques côte à côte sur un arbre en gradins.
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Sur la figure 1 on voit en 3 des aimants annulaires aiman- tés axialement, montés sur l'axe 2 du disque 1 du compteur. Ces aimants sont entourés d'aimants annulaires 4, concentriques$1 aimantés également axialement, les deux aimants laissant entre eux un entrefer annulaire tra- versé par un qhamp uniformeo En raison de 1-'élasticité de la suspension de l'axe 2 due aux forces magnétiques, on dispose à 1?extrémité supérieu- re de l'axe une crapaudine 5 destinée à éviter que l'axe 2 et'les aimants 3 ne sortent du champ magnétique 0 lA. l'extrémité inférieure de l'axe 2,
se trouve une seconde crapaudine 6 destinée à empêcher son déplacement ver- ticalo En déplaçant légèrement les deux crapaudines dans le sens axiale on peut régler la, position de l'axe 2 et des aimants annulaires 3 calés sur cet axede façon que les plages neutres des deux paires d'aimants an- nulaires.. coïncident Dans le même bute les aimants annulaires-'fixés au bâti de l'appareil peuvent également être légèrement déplacéso
Dans un mode de réalisation représenté figure 2 on dispose aux deux extrémités de l'axe 7 du compteur des aimants annulaires 89 9 et 10, 11, aimantés axialement, qui se repoussent réciproquement et qui as- surent le centrage de l'axe.
Mais en outre l'axe 7 porte un aimant annu- laire 12 maintenu par une pièce intermédiaire 13 non magnétique et au-des- sus duquel est placé un autre aimant annulaire 14 fixé au bâtie 'Ce,% deux derniers aimants,, aimantés radialement,, se repoussent l'un l'autre -et permettent la compensation presque totale des forces verticales exercées principalement par le poids des pièces tournantes.
A l'extrémité supérieu- re de l'axe on a disposé, ici encore, une crapaudine 15 et à son extrémité inférieure une plaque d'appui 160 '
Dans tous les cas, on peut disposer au voisinage des deux extrémités des arbres ou axes tournants des supports 17 percés d'un orifi- ce circulaire de diamètre relativement grand qui ne vient pas en contact avec l'axe ou avec l'arbre en fonctionnement normale et qui constitue un organe de sécurité en cas de grosse déviation latéraleo
Dans la figure 39 l'élément 19 fixé dans le bâti 18 est con- stitué par quatre aimants permanents 20--à 22 annulaires placés l'un à l'in- térieur de l'autre concentriquemnt et avec un certain intervalle.
Ces ai- mants sont tous aimantés dans le sens de l'axe de l'arbre. Dans les inter- valles entre les aimants peuvent tourner d'autres aimants annulaires 24, 25 constitués de la même façon.\) concentriqueset calés sur le support 23 fixé 'sur l'arbre tournant. Ces aimants sont également aimantés dans le sens de l'axe de 1?arbre, de sorte que des forces de répulsion agissent entre les aimants 20, 21, 22 d'une part et les aimants 24, 25 diantre parte Dans le mode de réalisation de la figure 4, les supports voisins des ai- mants annulaires sont réunis de façon à former un seul support 34 sur le- quel sont disposés.9 des deux côtés, les aimants annulaires 27, 28, 29 avec un intervalle convenable.
Dans les intervalles entre ces aimants, se pla- cent les aimants 31, 32, 33 concentriques fixés sur les parties fixes 30 de l'appareil. Le support 34 est calé sur l'arbre et tourne avec lui tan- dis que les parties 30 sont fixées dans le bâti et restent immobileso Au lieu que les aimants annulaires soient disposés concentriquement les uns par rapport aux autres,, ce qui a pour conséquence un accroissement corres- pondant du diamètre, on peut aussi placer les aimants annulaires cote à cote sur l'arbre 'et dans le bâtie comme on le voit sur la figure 5.
Dans ce cas on voit en 35936, 37 les aimants annulaires qui sont placés cote à cote sur 1-'arbre à gradins 89. D'autres aimants annulaires 39, 40, 41 sont disposés concentriquement à ces derniers, avec un intervalle conve- nable, et logés dans la partie 42 du bâti qui porte des gradins correspon- dantso
Il est essentiel, lorsque lon utilise des aimants permanents, de prendre en considération ce qui suit,.
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L'expérience montre que presque toutes les substances magné- tiques présentent de faibles irrégularités dans leur champ magnétique pour les raisons les plus diverses (inégalité d'aimantations défaut d'ho- mogénéité dans la matière, etc...). Ces irrégularités peuvent., même si elles sont faibles; conduire à des pertes résultant des courants de Fou- cault, surtout si les arbres tournent très rapidement. Il est donc bon de n'utiliser pour les aimants permanents que des matières constituées par des substances susceptibles de prendre une aimantation permanente fragmentées et agglomérées par des liants isolants.
A cet effets on uti- lisera de préférence des substances susceptibes de recevoir une aiman- tation permanente., douées d'une faible perméabilités et possédant néan- moins une force coercitive .supérieure à 300 oerstedsa Ce choix est jus- tifié par le fait que les pertes magnétiques diminuent avec l'accroisse- ment de la force coercitive.!' la perméabilité étant faible.
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CENTERING AND HOLDING DEVICE FOR ROTATING PARTS.
The object of the invention is devices for centering and holding rotating members which give rise to practically no friction and which use magnetic forces or electrostatic or two forces at the same time. This device is more particularly provided for measuring instruments and electric meters, the axes of which are generally vertical. The invention also applies to the bearings of components rotating at high speed such as the rotors of gyroscopic compasses, compressors of turbo-machines, small turbines, ultracentrifuges, etc.
The known bearings for measuring instruments are arranged at both ends of the axes and in this case consist of spikes., Or else use clamp or collet devices, in which case if great sensitivity is required , for small holes acting on the device, it is necessary to use for example semi-precious stones drilled or solid to constitute the bearings Even with the most carefully executed bearings of this type, one cannot avoid a certain friction that the force acting on the device must overcome and which affects the accuracy of the indications of the device.
In addition, after an appreciable period of operation, some wear of the bearings occurs, which further increases the inaccuracy of the indications.
In other rotating parts such as rotors. Gyroscopic compasses of turbo-machine compressors, of small turbines in ultra-centrifuges, the axis of which is generally horizontal, the problem consists in increasing the speed of rotation as much as possible in order to reduce the dimensions of the apparatus. However, for reasons of resistance of the materials, the maximum possible speed cannot in many cases be obtained in practice because ordinary bearings (ball or roller bearings) are often no longer sufficient to withstand the forces already undergone. after a short service.
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It has already been proposed to use in measuring instruments, the attractive forces of a magnet to unload the rotating parts of measuring instruments with a vertical axis, in order to greatly reduce the friction on the crapaudineso For this purpose in With known devices, a permanent magnet is placed at the upper part of the axis of rotation, this magnet being housed in the empty central part of an annular magnet and being held by the forces of attraction.
These magnets are magnetized so that, when they are embedded one in the other, the poles of the opposite name are placed vis-à-vis.But, as we know, such a system is very unstable because the The smallest offset of the magnet fixed on the axis with respect to the annular magnet is sufficient to produce a violent and unilateral increase in the magnetic attraction forces in the direction of the smallest distance To maintain the central position of the magnet fixed to the axis of rotation, there is therefore provided, in the known arrangements, a journaled pivot bearing.
This bearing, on the other hand, has the drawback of relegating to the background the advantages which result from the use of magnetic bearings in machines and devices with very fast rotation. Indeed, a shaft driven by a very short rotation. The rotational movement always presents a slight imbalance which causes a very appreciable friction on the journals. It is even more difficult to apply the magnetic bearings of the known type., using the attractive forces of a magnet, in machines or devices with horizontal axes.
In a known arrangement of magnetic bearings for horizontal shafts, the shaft is magnetized along its entire length and surrounded at its two ends and in its middle by annular magnets, the magnetization of which is such that the south poles of the ends. of the tree are attracted by the north pole of the magnetic ring transversely and repelled by the south pole of this ring. Similarly, the north pale which is in the middle of the tree is held correspondingly in a magnet transversely magnetic annular. This arrangement therefore calls upon both magnetic attraction and repulsion, but the magnetic forces which act by attraction do not make it possible to obtain a stable state of equilibrium.
In addition, it is disadvantageous to be obliged to constitute over its entire length a rapidly rotating shaft by a permanent magnet.
All these drawbacks of known magnetic bearings are eliminated by the invention, thanks to the fact that the magnets arranged both on the rotary axes and on. the frame of the apparatus are magnetized in such a way as to repel each other. the others As a result, the tree which one wishes to support is kept in balance exclusively by symmetrical repulsive forces acting in the radial direction so that one obtains., in the radial direction, a stable state of equilibrium. To obtain this result, the arrangement according to the invention is such that the poles of the same name of the axis and of the frame are always opposite.
But, 9 if one introduces a magnet for example cylindrical in the field of an annular magnet so that the poles of the same name are opposite, it occurs in a completely automatic way and forced by the repulsive action of the poles or the lines of force which exit from these poles, an arrangement of the magnets moving with respect to one another such that their magnetic axes coincide. If these magnetic axes coincide perfectly and if the poles of the same name are arranged in the same way with respect to each other (that is to say if the neutral areas of the magnets are opposite), only lateral forces can act, that is to say forces perpendicular to the magnetic axis.
However, a slight offset of the two neutral pads with respect to each other, insufficient to influence the automatic adjustment of the magnets with regard to the coincidence of the magnetic axes, nevertheless already produces a component of the directed forces. in the direction of the axis of rotation and which has the effect of access-evening following the offset of the neutral ranges, also to compensate in whole or in part the weight of the rotating member which is exerted on the axis
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vertical.
Either way this neutral range shift is minimal and, in the drawings, it has been shown to be very exaggerated.
Another advantageous embodiment of the invention is characterized in that, on the axis of the rotating part, an annular magnet is fixed in order to constitute the bearing of a vertical shaft.
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tee axially which is surrounded by a magnetized irulaire9 also axîalementg concentric with the first ,, and linked to the frame of the device.
The use of two systems of annular magnets arranged opposite one another allows the implementation in a particularly advantageous manner.
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of the magnetic bearing device according to the invention. Indeed, in this case the self-weight of the rotating members which ee is in direction. vertical and the lateral forces which a9ee eaat on these members can be compensated in an almost perfect manner so that in practice9 any mechanical bearing device can be omitted it suffices to provide special holding devices for the adjustment and the fixing of the axis.
In particular, the magnetic device which is the object of the invention can be constructed so that the annular magnets wedged on the rotating axis and magnetized axially, on the one hand, and the annular magnets fixed to the housing or on the frame of the apparatus and also axially magnetized on the other hand magnets which repel each other. 9 are placed concentrically in each other In this embodiment the lateral forces are compensated so that the axis is held without friction in the central position, while sliders are provided to absorb the vertical forces of gravity.
In an even more improved form of the invention, the rotating parts are supported and centered while additionally having
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pairs of axially magnetized ring magnets a disc-shaped ring magnet fixed to the frame and a disc-shaped ring magnet fixed to the axis, radially magnetized so that these magnets repel each other.
By thus using three magnet systems, two of which are constituted by axially magnetized magnets and one by radially magnetized magnets, \) one obtains at the same time a practically frictionless centering at the ends of a vertical axis of rotation and almost complete compensation for the weight of the rotating parts.
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born to limit the movement in the vertical direction9 constituted for example by a plate under the end of 1-axis and which, if the system of magnets is properly adjusted ,, has to withstand only minimal forces.
In view of the non-application of the device to rotating shafts
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rapid and generally horizontal fire for various machines or apparatus, an application which involves severe requirements with regard to the specific load of the bearings, the invention provides for combining more than two annular permanent magnets magnetized axially and concentric with one another. other and to unite them with a suitable distance between them, in a system such that the peels of sown name are always made opposite.
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In any case, this set of magnetic bearings (psq allows a certain play in the shaft of the machine, so that this arrangement according to the invention is especially interesting for machines and apparatus in which a certain play is tolerated between the rotor and the frame. The lowering of the rotating part compared to the fixed part due to the weight of the
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rotating part and which is conditioned by the elasticity of the magnetic bearings can be easily compensated by a corresponding vertical offset of the fixed part of the bearing. In addition,
we can use in this case
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and for this purpose suitable normal bearings in addition to magnetic bearings, these normal bearings having the precise purpose of limiting this clearance to an admissible value
The use of more than two annular permanent magnets magnetized axially, to constitute a system of concentric rings
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housed one in the other allows to use the device according to the invention
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even for parts carrying appreciable weights, because the forces of magnetic repulsion are added.
Consequently, in this embodiment, the magnetic bearing device according to the invention can also be used for machines with normal rotational speed such as the acid pumps which, if necessary, are also actuated by a magnetic coupling and quia, therefore, do not require any supervision In this case, the magnets need only be covered with an acid-resistant coating.
The load-bearing force of the magnetic bearings according to the invention can be further increased by using a double system o In this case, either the fixed parts or the rotating parts of the system constitute a unitary assembly o Several double systems of this kind each consisting of two systems can be arranged at will on the shaft to further increase the load-bearing capacity.
In another embodiment of the invention, to allow excessively high rotational speeds with small diameters $! the magnetic bearing is organized in such a way that permanent magnets, axially magnetized. \) are placed side by side both on the axis of rotation and in the bearing, at a certain distance from each other, and opposite them from each other.
In this case, the axis and the frame can have different diameters along the length of the axis, forming steps., In correspondence with the load of the axis.
In this embodiment also., Several ring magnet systems, can be arranged side by side on each of the stepped parts.
Instead of magnetic forces, according to the invention, it is also possible to use electrostatic forces with the same advantages.
In this case the repulsive forces are produced by electrodes with the help of plates or rings charged with electricity of the same sign.
If it is desired to obtain a very high number of turns, it is furthermore advantageous, according to the inventions, to coat the magnets with a non-magnetic material of very high rigidity such as gluci- nium bronze in view of the invention. to absorb the centrifugal force. The bearings which are the object of the invention can be grouped and joined together in the form of single-block bearings, as is done for ball bearings.
In the drawings are shown schematically by way of example, various embodiments of the magnetic bearings according to 1-'invention-.
FIG. 1 shows in longitudinal section a counter shaft comprising two pairs of axially magnetized annular magnets, arranged concentrically 1-'one inside the other.
FIG. 2 is a counter axis whose centering is ensured by two pairs of annular magnets magnetized axially and disposed at the ends of the axis and whose weight is compensated by a pair of annular magnets magnetized radially. FIG. 3 shows a single bearing in which one of the elements is fixed to the shaft and the other is fixed to the frame.
Figure 4 shows a double bearing constructed on the same principle as that of figure 3.
Figure 5 shows the mounting of the magnetic bearings side by side on a stepped shaft.
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In FIG. 1 we see at 3 axially magnetized annular magnets, mounted on the axis 2 of the disc 1 of the counter. These magnets are surrounded by annular magnets 4, concentric $ 1 also magnetized axially, the two magnets leaving between them an annular gap crossed by a uniform field Due to the elasticity of the suspension of the axis 2 due to the forces magnetic, there is at the upper end of the axis a slider 5 intended to prevent the axis 2 and the magnets 3 from leaving the magnetic field 0 1A. the lower end of axis 2,
there is a second slider 6 intended to prevent its vertical displacement By moving the two sliders slightly in the axial direction it is possible to adjust the position of the axis 2 and of the annular magnets 3 wedged on this axis so that the neutral areas of the two pairs of annular magnets .. coincide In the same abutment the annular magnets -'fixed to the frame of the apparatus can also be slightly moved.
In one embodiment shown in FIG. 2, annular magnets 89 9 and 10, 11, axially magnetized, which repel each other and which ensure the centering of the axis, are placed at both ends of the axis 7 of the counter.
But in addition the axis 7 carries an annular magnet 12 held by a non-magnetic intermediate piece 13 and above which is placed another annular magnet 14 fixed to the frame 'Ce,% the last two magnets ,, radially magnetized. ,, repel each other -and allow almost total compensation of the vertical forces exerted mainly by the weight of the rotating parts.
At the upper end of the axis there is, here again, a slider 15 and at its lower end a support plate 160 '
In all cases, it is possible to have in the vicinity of the two ends of the shafts or rotating axes supports 17 pierced with a circular orifice of relatively large diameter which does not come into contact with the axis or with the shaft in operation. normal and which constitutes a safety device in the event of a large lateral deviation.
In figure 39 the element 19 fixed in the frame 18 is constituted by four permanent magnets 20 - 22 ring-shaped placed one inside the other concentrically and with a certain interval.
These magnets are all magnetized in the direction of the axis of the shaft. In the spaces between the magnets can rotate other ring magnets 24, 25 similarly constructed, concentric and wedged on the support 23 fixed on the rotating shaft. These magnets are also magnetized in the direction of the axis of the shaft, so that repulsive forces act between the magnets 20, 21, 22 on the one hand and the magnets 24, 25 on the other hand. in Fig. 4, the adjacent supports of the ring magnets are united so as to form a single support 34 on which are disposed on both sides the ring magnets 27, 28, 29 with a suitable gap.
In the intervals between these magnets are placed the concentric magnets 31, 32, 33 fixed to the fixed parts 30 of the apparatus. The support 34 is wedged on the shaft and rotates with it while the parts 30 are fixed in the frame and remain stationary. Instead of the annular magnets being arranged concentrically with respect to each other, which results in a corresponding increase in diameter, it is also possible to place the annular magnets side by side on the shaft 'and in the frame as seen in figure 5.
In this case we see at 35936, 37 the annular magnets which are placed side by side on the stepped shaft 89. Other annular magnets 39, 40, 41 are arranged concentrically with the latter, with a suitable interval. , and housed in part 42 of the frame which carries corresponding steps
It is essential when using permanent magnets to consider the following.
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Experience shows that almost all magnetic substances exhibit slight irregularities in their magnetic field for the most diverse reasons (inequality of magnetizations lack of homogeneity in matter, etc.). These irregularities can., Even if they are small; lead to losses resulting from eddy currents, especially if the shafts are turning very quickly. It is therefore good to use for the permanent magnets only materials consisting of substances liable to take permanent magnetization, fragmented and agglomerated by insulating binders.
For this purpose we will preferably use substances liable to receive a permanent magnetization., Endowed with a low permeability and nevertheless possessing a coercive force greater than 300 oerstedsa. This choice is justified by the fact that the magnetic losses decrease with the increase of the coercive force. the permeability being low.