Paliers magnétiques sans contact : dispositif, capacités, avantages et inconvénients

En parlant de roulements magnétiques ou de suspensions sans contact, on ne peut manquer de noter leurs qualités remarquables : pas de lubrification nécessaire, pas de pièces frottantes, donc pas de pertes par frottement, niveau de vibration extrêmement faible, vitesse relative élevée, faible consommation d'énergie, contrôle automatique et surveillance des roulements système, capacité d'étanchéité.

Tous ces avantages font des paliers magnétiques les meilleures solutions pour de nombreuses applications : pour les turbines à gaz, pour la technologie cryogénique, dans les générateurs électriques à grande vitesse, pour les appareils à vide, pour diverses machines de découpe de métaux et autres équipements, y compris les hautes précisions et les hautes vitesses (environ 100 000 tr/min), où l'absence de pertes mécaniques, de perturbations et d'erreurs est importante.

Fondamentalement, les roulements magnétiques sont classés en deux types : les roulements magnétiques passifs et actifs. Les paliers magnétiques passifs sont fabriqués à base d'aimants permanents, mais cette approche est loin d'être idéale, elle est donc rarement utilisée.Des possibilités techniques plus flexibles et plus larges sont ouvertes avec des roulements actifs, dans lesquels un champ magnétique est créé par des courants alternatifs dans les enroulements de fil.

Comment fonctionne le palier magnétique sans contact

Le fonctionnement d'une suspension ou d'un palier magnétique actif est basé sur le principe de la lévitation électromagnétique - lévitation utilisant des champs électriques et magnétiques. Ici, la rotation de l'arbre dans le roulement se produit sans contact physique des surfaces entre elles. Pour cette raison, la lubrification est complètement exclue et l'usure mécanique est toujours absente. Cela augmente la fiabilité et l'efficacité des machines.

Les experts notent également l'importance de surveiller la position de l'arbre du rotor. Le système de capteurs surveille en permanence la position de l'arbre et fournit des signaux au système de contrôle automatique pour un positionnement précis en ajustant le champ magnétique de positionnement du stator - la force d'attraction sur le côté souhaité de l'arbre est renforcée ou affaiblie en ajustant le courant dans les enroulements statoriques des roulements actifs .

Deux roulements actifs coniques ou deux roulements actifs radiaux et un axial permettent au rotor d'être suspendu sans contact littéralement dans l'air. Le système de contrôle du cardan fonctionne en continu, il peut être numérique ou analogique. Cela offre une force de rétention élevée, une capacité de charge élevée et une rigidité et une absorption des chocs réglables. Cette technologie permet aux roulements de fonctionner à basses et hautes températures, sous vide, à des vitesses élevées et dans des conditions d'exigences accrues en matière de stérilité.

Dispositif de palier magnétique actif sans contact

D'après ce qui précède, il est clair que les principales parties du système de suspension magnétique active sont : le palier magnétique et le système de contrôle électronique automatique. Les électroaimants agissent tout le temps sur le rotor de différents côtés et leur action est subordonnée à un système de contrôle électronique.

Le rotor à palier magnétique radial est équipé de plaques ferromagnétiques, sur lesquelles agit un champ magnétique rétentif provenant des enroulements du stator, à la suite de quoi le rotor est suspendu au centre du stator sans le toucher. Des capteurs inductifs surveillent la position des le rotor à tout moment. Tout écart par rapport à la position correcte entraîne l'envoi d'un signal au contrôleur pour ramener le rotor dans la position souhaitée. Le jeu radial peut être compris entre 0,5 et 1 mm.

Un palier de support magnétique fonctionne de manière similaire. Des électroaimants en forme d'anneaux sont fixés à l'arbre du disque de traction. Les électroaimants sont situés sur le stator. Les capteurs axiaux sont situés aux extrémités de l'arbre.

Pour retenir de manière fiable le rotor de la machine pendant son arrêt ou en cas de défaillance du système de retenue, des roulements à billes de sécurité sont utilisés, qui sont fixés de manière à ce que l'écart entre eux et l'arbre soit égal à la moitié de celui du palier magnétique .

Le système de contrôle automatique est situé dans l'armoire et est responsable de la modulation correcte du courant traversant les électroaimants en fonction des signaux des capteurs de position du rotor. La puissance des amplificateurs est liée à la force maximale des électroaimants, à la taille de l'entrefer et au temps de réaction du système à un changement de position du rotor.

Possibilités de paliers magnétiques sans contact

La vitesse maximale possible du rotor dans un palier magnétique radial n'est limitée que par la capacité des plaques ferromagnétiques du rotor à résister à la force centrifuge. Habituellement, la limite de vitesse périphérique est de 200 m / s, tandis que pour les paliers magnétiques axiaux, la limite est limitée par la résistance de l'acier moulé de la butée - 350 m / s avec des matériaux ordinaires.

Les ferromagnétiques appliqués déterminent également la charge maximale qu'un roulement peut supporter avec le diamètre et la longueur de stator de roulement correspondants. Pour les matériaux standard, la pression maximale est de 0,9 N / cm2, ce qui est inférieur à celui des roulements à billes conventionnels, mais la perte de charge peut être compensée par une vitesse périphérique élevée avec un diamètre d'arbre accru.

La consommation électrique du palier magnétique actif n'est pas très élevée. Les pertes les plus importantes dans le roulement sont dues aux courants de Foucault, mais c'est dix fois moins que l'énergie perdue lors de l'utilisation de roulements conventionnels dans les machines. Hors accouplements, barrières thermiques et autres dispositifs, les roulements fonctionnent efficacement dans le vide, l'hélium, l'oxygène, l'eau de mer et plus encore. La plage de température est de -253 ° C à + 450 ° C.

Inconvénients relatifs des paliers magnétiques

Pendant ce temps, les paliers magnétiques présentent également des inconvénients.

Tout d'abord, il est nécessaire d'utiliser des roulements de sécurité auxiliaires, qui peuvent supporter un maximum de deux pannes, après quoi ils doivent être remplacés par des neufs.

Deuxièmement, la complexité du système de contrôle automatique qui, s'il tombe en panne, nécessitera des réparations complexes.

Troisièmement, la température de l'enroulement du stator du roulement augmente à des courants élevés - les enroulements chauffent et ils ont besoin de leur propre refroidissement, de préférence un refroidissement liquide.

Enfin, la consommation de matériau d'un roulement sans contact est élevée car la surface du roulement doit être grande pour supporter une force magnétique suffisante - le noyau du stator du roulement est grand et lourd. Plus le phénomène de saturation magnétique.

Mais malgré les inconvénients apparents, les paliers magnétiques sont désormais largement utilisés, y compris dans les systèmes optiques de haute précision et dans les installations laser. D'une manière ou d'une autre, depuis le milieu du siècle dernier, les paliers magnétiques n'ont cessé de s'améliorer.