Principe de fonctionnement et classification des paliers magnétiques

 

palier magnétiqueLes systèmes peuvent être divisés en trois catégories selon leurs principes de fonctionnement : paliers magnétiques actifs, paliers magnétiques passifs et paliers magnétiques hybrides.

 

palier magnétique actif

 

Les paliers magnétiques actifs utilisent une force électromagnétique contrôlable pour maintenir en lévitation l'arbre rotatif. Ils sont principalement composés de rotors, de solénoïdes, de capteurs, de contrôleurs et d'amplificateurs de puissance. Les solénoïdes sont montés sur un stator suspendu dans un champ magnétique généré par des électroaimants disposés radialement. Chaque électroaimant est équipé d'un ou plusieurs capteurs qui surveillent en continu les variations de position de l'arbre. Le signal de sortie du capteur, traité par le système de commande électronique, corrige le courant traversant l'électroaimant afin de contrôler son attraction et ainsi assurer un fonctionnement stable et équilibré de l'arbre rotatif, tout en respectant les exigences de précision.

 

Les paliers magnétiques actifs se divisent en paliers à commande par courant et paliers à commande par tension selon leur mode de commande, et en paliers magnétiques radiaux et paliers magnétiques axiaux selon leur mode de support. Actuellement, parmi les paliers magnétiques actifs, le plus répandu est le palier à commande par courant continu.

 

La partie mécanique du palier magnétique actif est généralement composée d'un palier radial et d'un palier axial, et le palier radial est composé d'un stator (électroaimant) et d'un rotor ; les paliers axiaux sont constitués d'un stator (électroaimant) et d'une plaque de butée.

 

Grâce à ses avantages permettant de contrôler la position du rotor, la rigidité et l'amortissement du palier magnétique, ce dernier est devenu le plus utilisé dans le domaine de la lévitation magnétique. La recherche sur les paliers magnétiques actifs a toujours été au cœur des travaux sur les technologies de lévitation magnétique. Après des années de développement, les théories et méthodes de conception ont atteint une maturité croissante.

 

Palier magnétique passif

 

En tant que type de palier magnétique, le palier magnétique passif présente des avantages uniques : il est compact, ne consomme aucune énergie et sa structure est simple. La principale différence avec les paliers magnétiques actifs réside dans le fait que les premiers ne possèdent pas de système de commande électronique et utilisent les propriétés du champ magnétique lui-même pour mettre en lévitation l'arbre rotatif. Actuellement, les paliers magnétiques passifs les plus répandus sont les paliers à aimants permanents. Ces derniers se divisent en deux catégories : à répulsion et à aspiration.

 

Les paliers à aimants permanents passifs peuvent être utilisés comme paliers radiaux et butées (paliers axiaux), fonctionnant par aspiration ou répulsion. Selon la direction d'aimantation et la position relative de l'anneau magnétique, les paliers à aimants permanents présentent diverses structures de circuit magnétique. On distingue toutefois deux structures de base.

 

L'autre type de palier magnétique passif repose sur la force d'attraction qui s'exerce entre les composants magnétiques doux. Lorsque le rotor se déplace radialement, l'effet d'attraction résulte de la variation de magnétorésistance ; c'est pourquoi on l'appelle également « palier magnétorésistif ». Ce type de palier peut être conçu de manière à ce que la partie aimantée permanente soit immobile et que seule la partie en fer doux tourne, ce qui confère au système une meilleure stabilité.

 

La combinaison des effets stabilisateurs des paliers à réluctance et des solénoïdes actifs permet d'obtenir un système de palier magnétique à consommation d'énergie minimale.

 

paliers magnétiques hybrides

 

Les paliers magnétiques hybrides sont constitués de paliers magnétiques actifs, de paliers magnétiques passifs et d'autres structures de support et de stabilisation auxiliaires ; il s'agit d'un système de palier magnétique combiné. Il tire parti des caractéristiques combinées des paliers magnétiques actifs et passifs.

 

Le palier magnétique hybride utilise le champ magnétique généré par l'aimant permanent pour remplacer le champ magnétique de polarisation statique de l'électroaimant, ce qui permet non seulement de réduire considérablement la consommation d'énergie de l'amplificateur de puissance, mais aussi de réduire de moitié le nombre d'ampères-tours de l'électroaimant, de réduire le volume du palier magnétique et d'améliorer la capacité de charge.

 

Étant donné qu'un champ magnétique de polarisation est généré par un aimant permanent et qu'un champ magnétique contrôlé est généré par l'électroaimant, les paliers magnétiques hybrides à aimant permanent décalé présentent les avantages suivants :

 

1) L'aimant permanent est utilisé pour fournir le champ magnétique statique de polarisation, et l'électroaimant ne fournit que le champ magnétique de contrôle pour équilibrer la charge ou les interférences externes, ce qui permet d'éviter les pertes de puissance causées par le courant de polarisation du système et de réduire l'échauffement de la bobine.

 

2) Le nombre de spires requis pour l'électroaimant du palier magnétique hybride est bien inférieur à celui du palier magnétique actif, ce qui permet de réduire le volume du palier et d'économiser des matériaux. Ce type de palier présente l'avantage d'être compact, léger et très performant, et convient parfaitement aux applications miniaturisées et de petite taille.