Brevet FR2166341A1 — publié le 19730817

L'invention, due à la collaboration de Messieurs Yves PELENC et Jacques GATELTET, est relative à un système de propulsion b moteur d'induction linéaire comprenant une pluralité d'induits indépendants guidés le long d'un parcours donné et une pluralité d'inducteurs polyphasés fixes régulièrement échelonnés le long du parcours pour produire des champs magnétiques glissants se propageant parallèlement au parcours, des moyens étant prévus pour alimenter les inducteurs de façon cyclique, sélectivement en ordre de phases direct et en ordre de phases inverse, à partir d'une source de tension polyphasée afin de créer une distribution spatiale en onde progressive desdits champs glissants, ladite onde définissant une pluralité de zones spatiales espacées se déplaçant le long du parcours à une vitesse moyenne de consigne qui est inférieure à la vitesse de phase des champs glissants, la distribution spatiale du champ glissant à l'intérieur de chaque zone étant telle que la poussée exercée par ce champ sur un induit se trouvant dans cette zone tende à retenir cet induit à l'intérieur de cette zone. On a déjà proposé des métiers à tisser circulaires dans lesquels plusieurs navettes comportant un induit chacune se déplacent en synchronisme le long d'un stator circulaire, qui est subdivisé en plusieurs sections polyphasées engendrant chacune un champ magnétique glissant. Un commutateur tournant met les enroulements des différentes sections successivement sous tension, en synchronisme avec le mouvement des navettes. La vitesse de groupe ou de consigne des navettes, déterminée par la vitesse de rotation du commutateur, doit être inférieure à la vitesse de phase (vitesse synchrone) des champs magnétiques glissants à cause du glissement inhérent au fonctionnement d'un moteur asynchrone.Chaque navette se trouve dans un créneau correspondant des champs magnétiques engendrés par les sections statoriques et les différents créneaux sont séparés par des zones de champ nul ou par des zones dans lesquelles se propage un champ magnétique se propageant en sens contraire. Les créneaux forment une onde spatiale progressive et retiennent les navettes de manière à leur imposer un espacement moyen de valeur constante. Ce système connu est caractérisé par une poussée de valeur "tout ou rien" exercée par le champ magnétique sur une navette selon que la navette se trouve à l'intérieur ou à l'extérieur d'un créneau. Ce système à deux niveaux discrets de la pous sée ne se prête donc pas à l'emploi dans une installation de transport de personnes ou dans d'autres dispositifs de propulsion dans lesquels les secousses sont à proscrire, par exemple pour des raisons de confort des personnes transportées ou d'endommagement du matériel mis en oeuvre. Un premier but de ltinvention est de créer un système de propulsion d'une pluralité de mobiles dont l'espacement régulier est à respecter sans que les mobiles subissent des secousses brutales résultant des flancs raides des créneaux de synchronisation des champs magnétiques. On a donc recherché une fqrme de l'onde spatiale de la poussée comportant des flancs amortis ou, au moins, gradués en plusieurs gradins de manière à la rapproeher de la forme d'une si nusoTde. Un autre but de l'invention est de modifier le système de commutation connu de façon à permettre à un mobile ayant quitté accidentellement son créneau (ou "vague") d'en retrouver immédiatement un autre le précédent ou lui succédant grâce au fait que l'onde de poussée engendrée comprend une pluralité d'ondulations rapprochées ce qui facilite également le positionnement des mobiles au départ. Un autre but de l'invention est de prévoir un système de commutation extrêmement simple. Le système selon l'invention est caractérisé par le fait que les inducteurs polyphasés successifs sont associés par groupes de 2 k inducteurs soumis au même mode d'alimentation, k étant un nombre entier L 2, lesdits moyens étant aménagés pour appliquer avx inducteurs actifs la tension polyphasée de la source en ordre de phases direct et en ordre de phases inverse à des instants régulièrement décalés en une séquence k-phasée, les inducteurs actifs de rangs n et n + k (1 nLk) de chaque groupe étant adaptés et électriauement connectés entre eux pour engendrer des champs glissants se propageant en directions opposées et pour subir simultanément les inversions de phases, chaque induit étant dimensionné pour être effectivement soumis aux champs magnétiques de k inducteurs successifs. De préférence, lesdits moyens sont aménagés de manière que chaque inversion de phase de chaque inducteur soit précédée d'un interyalle pendant lequel l'inducteur est déconnecté de la source. Selon un développement important de l'invention, chaque induit est aménagé de manière à amortir les discontinuités des flancs de l'onde spatiale de la poussée totale qu'il subit, par exemple par variation de la largeur ou de l'épaisseur de l'induit ou par variation longitudinale de son impédance et/ou de sa réluctance. Pour atténuer ou amortir davantage les gradins de l'onde de poussée, on peut moduler l'amplitude de la tension polyphasée sinusoTdale. D'autre part, il est avantageux de rendre actifs, c'està-dire d'exciter, seulement les inducteurs se trouvant au voisinage immédiat d'un induit, par exemple au moyen de détecteurs de présence (ou de position) qui pilotent des contacteurs alimentant les inducteurs individuellement. De cette façon, les commutateurs inverseurs de phases et la source d'alimentation peuvent être dimensionnés seulement pour la puissance utilement consommée et non pas pour toute la puissance installée le long du parcours. La séquence de commutation est de préférence triphasée, comme d'ailleurs la source est de préférence triphasée, mais il est évident qu'un ordre différent de trois peut être retenu, tant pour la séquence de commutation que pour le nombre de phases de la source. L'invention peut recevoir un grand nombre d'applications dans les installations de transport de personnes et de marchandises, les convoyeurs ou autres dispositifs de propulsion comprenant une pluralité de mobiles à déplacer le long d'un parcours donné et il est impossible de les énumérer limitativement. On cite, à titre d'exemples, les circuits de transport de personnes dans les aérogares, les dispositifs de transfert de télébennes, les chaînes de montage, les métiers à tisser, les chariots dans les mines et dans les ateliers, etc. Quelques modes de mise en oeuvre de l'invention seront maintenant décrits à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 montre le schéma de connexion d'un premier tronçon d'un système de propulsion selon l'invention, comportant deux groupes de 6 inducteurs (k = 3) alimentés par un réseau triphasé; la figure 2 représente un diagramme d'une alimentation d'un groupe sans paliers de tension nulle; la figure 3 montre un diagramme de la poussée produite par un inducteur sur un induit en fonction du glissement, à un instant donné, c 'est-à-dire pour une position relative donnée de l'induit par rapport à l'inducteur;; la figure 4 est un diagramme des poussées partielles produites par les inducteurs d'un groupe, compte tenu de certains phénomènes transitoires; la figure 5 montre un diagramme d'une alimentation d'un tronçon selon la figure 1 dans laquelle chaque inversion de phase de chaque inducteur est précédée d'un palier de tension nulle dont la durée a été fixée, dans l'exemple choisi, au douzième (1T2 ) de la période (T) de répétition de la séquence de commutation; la figure 6 montre schématiquement, à quatre instants différents, les formes d'onde des poussées partielles et totale exercées sur un induit dont la longueur est telle qu'il recouvre trois inducteurs successifs; la figure 7 montre schématiquement en élévation un induit à entrefer variable; la figure 8 représente schématiquement en élévation un induit d'épaisseur variable; et la figure 9 est une vue en plan d'un induit de largeur variable. Sur la figure 1, on voit 12 inducteurs triphasés échelonnés le long d'un parcours rectiligne et constituant 2 groupes A et B de 2k = 6 inducteurs, qui sont désignés dans chaque groupe successivement par les repères 1, 3', 2, 1', 3 et 2'. Chaque inducteur est doté d'un enroulement triphasé (non représenté) et tous les inducteurs sont de construction identique. Dans l'exemple choisi, on a représenté un tronçon de 2 groupes, mais il est bien évident aue le système de propulsion peut comporter un nombre quel conclue de groupes, tous alimentés selon la même séquence.Dans chaque groupe, les inducteurs de chaque paire d'inducteurs de rangs n et n + k (1 c n c k) sont alimentés simultanément et subissent 1 inversion de phases au même instant, mais les champs magnétiques glissants des deux inducteurs en auestion se propagent toujours en directions opposées, parallèlement au parcours. Autrement dit, le champ magnétique produit par le premier inducteur 1 est à chaque instant opposé au champ produit par le quatrième inducteur 1', le champ du deuxième inducteur 3' opposé à celui du cinquième 3, et le champ du troisième inducteur 2 opposé à celui du sixième 2'. Cette condition est maintenue pour chaque paire d'inducteurs de rangs n et n + k de tous les groupes tant que les inducteurs sont actifs, c'est-à-dire excités en raison du voisinage d'un induit, les inducteurs n'ayant pas d'induit dans leur voisinage étant de préférence temporairement déconnectés de la source d'énergie électrique comme il sera exposé plus en détails par la suite.Dans l'exemple représenté à la figure 1, tous les inducteurs sont supposés identiques de sorte que la condition mentionnée ci-dessus (champ se déplaçant en sens contraires) est obtenue par une inversion permanente de deux phases dans l'alimentation d'un inducteur par rapport à celle de l'autre de chaque paire d'inducteurs séparés par k = 3 inducteurs intermédiaires. I1 est entendu que cette condition peut également être obtenue par modification du sens d'enroulement du bobinage triphasé de l'un des inducteurs de chaque paire et dans ce cas les inducteurs de chaque paire sont connectés en parallèle sans inversion de phases. Trois lignes d'alimentation triphasées IJ II, III s'étendent parallèlement au parcours défini par les inducteurs et sont respectivement reliées, directement ou par l'intermédiaire de contacteurs Ci, aux différentes paires d'inducteurs, la ligne I alimentant les paires 1 et 1' des différents groupes; la ligne II les paires 2 et 2'; et la ligne III les paires 3 et 3'.Une source de tension triphasée S alimente les lignes I, II et III et trois commutateurs inverseurs SI, SII et SIII, connectés en série avec deux des trois phases, respectivement des lignes I, II et III permettent d'alimenter les différents inducteurs en ordre de phases direct (positif) ou inverse (négatif) et, selon un développement préféré de l'invention, ces commutateurs - inverseurs sont aménagés en interrupteurs permettant de débrancher les inducteurs de la source afin de faire précéder chaque inversion de phase d'un palier de tension nulle.Chaque contacteur Ci est piloté par un détecteur de position Pi le fermant quand un induit Ii entre dans la zone d'action de l'inducteur correspondant ce qui permet de rendre actifs, c'est-d-dire d'alimenter dans la séquence voulue, seulement les inducteurs se trouvant à proximité d'un induit de sorte que la source de tension S; les lignes I, II et III; et les commutateurs - inverseurs SI, SII et SIII peuvent être dimensionnés seulement pour la puissance effectivement consommée pour la propulsion des induits et non pas pour la puissance installée totale imposée-par l'excitation de tous les inducteurs échelonnés le long du parcours. Dans le mode de mise en oeuvre représenté, la troisième phase non commutée est présente dans chaque ligne I, II et III. Naturellement, cette troisième phase peut être constituée par un conducteur commun aux trois lignes. Des induits Ii sont guides d'une façon appropriée (non représentée) le long des inducteurs et sont solidaires de véhicules à déplacer (non représentés). Chaque induit T i a une longueur correspondant à la longueur dtun demi-groupe de k = 3 inducteurs successifs de manière à être soumis à l'action de trois inducteurs. Cette disposition permet d'obtenir une poussée totale sur chaque induit résultant de la sommation des trois (dans l'exemple choisi) poussées partielles engendrées par chaque fois trois inducteurs successifs. Pour obtenir la meilleure utilisation de la poussée, il est avantageux de donner à l'induit une longueur telle qu'il coopère constamment avec k inducteurs (trois dans l'exemple choisi). Dans les diagrammes des figures suivantes, les courbes affectées à la ligne I ont été tracées en pointillé; celles de la ligne II en traits interrompus et celles de la ligne III en traits mixtes. La poussée résultante est représentée en traits continus. D'autre part, dans les figures 2 et 5, l'alimentation de chaque ligne en courant triphasé symétrique est représentée symboliquement en fonction du temps t, en ordre de phases direct (ordonnée + 1), en ordre de phases inverse (ordonnée - 1), et, éventuellement, à tension nulle où les inducteurs sont débranchés de la source (ordonnée 0). La figure 2 montre un diagramme d'alimentation du troncon de voie selon la figure 1 comprenant un cycle à inversion de phase instantanée sans insertion de paliers de tension nulle. On notera que l'alimentation des 6 inducteurs de chaque groupe a lieu en une séquence triphasée symétrique dans laquelle tous les inducteurs d'un groupe actif sont toujours alimentés par la tension sinusoidale triphasée de la source, soit en ordre de phases direct, soit en ordre de phases inverse. Chaque inducteur subit deux inversions de phases par période de durée T et reste alimenté selon un ordre de phases donné pendant chaque fois 1800 électriques.Les inducteurs de rangs n et n g k (1- n k) su- bissent les inversions de phases simultanément et les inversions sont régulièrement décalées pour les 3 paires de chaque groupe à la manière des passages par zéro d'une tension triphasée symétrique. Les inversions de phases sont de préférence écuidistantes et ont alors lieu tous les 600 électriques, séparées par des intervalles de T La figure 3 montre le diagramme de la poussée F exercée sur un induit se trouvant dans la zone d'action d'un inducteur, étant entendu que l'échelle verticale du diagramme varie selon la position de l'induit par rapport à l'inducteur en question qu'il recouvre plus ou moins dans le temps, la poussée étant représentée en fonction du glissement g et l'induit étant supposé se déplacer en synchronisme avec une vitesse de consigne déterminée par la vitesse VN d'inversion des phases. I1 est évident que la vitesse VN doit être inférieure à la vitesse de phase ou vitesse synchrone VS correspondant au point g = O de la caractéristique de la figure 3. En choisissant VN on détermine les deux points de fonctionnement soit en poussée, soit en freinage sur la courbe. A la poussée de propulsion Fp déterminée par la vitesse de commutation V T correspond, après inversion des phases, une poussée de freinage Ff déterminde par la vitesse VN qui est située symétriquement avec le point VN par rapport au point g = 1. Dans ce qui suit, on a supposé Fp = Ff pour faciliter la compréhension et on a négligé les variations des poussées dépendant de la position d'un induit par rapport aux trois inducteurs avec lesquels il coopère chaque fois. L'inversion instantanée de l'ordre des phases ne produit pas une inversion instantanée de la poussée exercée par un inducteur sur un induit et la figure 4 montre, à titre d'exemple, comment dans un cas donné la valeur des poussées partielles suit l'inversion des phases de l'alimentation conformément à la figure 2. Les flancs de l'onde temporelle des poussées sont inclinés et ont été supposés linéaires et d'une durée de t = T Les phénomènes transitoires représentés à la figure 4 résultent des différentes constantes de temps des circuits magnétiques et électriques en question et notamment de la self-induction. Dans la séquence d'alimentation selon la figure 5, chaque inversion de phase est précédée d'un palier de tension endan lequel nulle/ es inducteurs en question sont débranchés de la source. Dans l'exemple choisi, la durée de cet intervalle a été choisie de manière à correspondre à . Ces paliers améliorent la forme de 12 l'onde spatiale de la poussée. Sur la figure 6 on a dessiné le tracé de l'onde spatiale des poussées partielles et totale exercées sur un induit par trois inducteurs successifs alimentés selon la séquence représen tée à la figure 5, respectivement pour (t T cnange de forme tous les 12 secondes. Cette graduation des flancs amortit les secousses subies par les induits et les phénomènes transitoires dont il a été question ci-dessus atténuent les flancs davantage. Selon un développement important de l'invention, la forme des flancs de l'onde de la poussée totale peut encore être améliorée par un aménagement correspondant de l'induit et on peut de cette façon obtenir une onde quasi-sinusoIdale. A cette fin, l'entrefer (et donc la réluctance magnétique) peut augmenter vers les extrémités de l'induit grâce à un profilage de la culasse M du circuit magnétique, comme l'indique schématiquement la figure 7. On peut également, comme le montre la figure 8 diminuer la hauteur de la partie conductrice C de l'induit vers les extrémités de manière à modifier son impédance. La figure 9 montre un exemple dans lequel le but recherché est atteint grâce à la prévision d'un induit de largeur variable. I1 est possible de moduler l'amplitude maximale de la tension polyphasée sinusoIdale de la source, de préférence de fa çon sinusordale, à une fréquence qui correspond à la fréquence de la commutation. Cette commutation peut alors avoir lieu aux zéros de la tension. Si l'onde spatiale de la poussée est quasi-sinusoi- dale, on obtient alors une propagation pure dans l'espace, alors que dans les autres cas l'onde subit une modification périodique de sa forme et se propagerait par des sauts si l'on ne tenait pas compte des constantes de temps électriques. I1 est évidemment possible de prévoir une séquence d'un ordre différent, par exemple une séquence hexaphasée pour la commutation. I1 est à noter que les ordres correspondant à des nombres premiers ne peuvent pas dégénérer en un ordre inférieur. Ainsi une séquence quadriphasée dégénérerait en une séquence diphasée. Pour l'alimentation, on choisira normalement une source triphasée, bien que d'autres ordres peuvent être adoptés. REVENDTCATTONS 1. Système de propulsion à mpteur d'induction linéaire comprenant une pluralité d'induits indépendants guidés le long d'un parcours donné et une pluralité d'inducteurs polyphasés fixes régulièrement échelonnés le long du parcours pour produire des champs magnétiques glissants se propageant parallèlement au par- cours, des moyens étant prévus pour alimenter les inducteurs de façon cyclique, sélectivement en ordre de phases direct et en ordre de phases inverse, à partir d'une source de tension polyphasée arin de créer une distribution spatiale en onde progressive desdits champs glissants, ladite onde définissant une pluralité de zones spatiales espacées se déplaçant le long du parcours à une vitesse moyenne de consigne qui est inférieure à la vitesse de phase des champs glissants, la distribution spatiale du champ glissant à l'intérieur de chaque zone étant telle que la poussée exercée par ce champ sur un induit se trouvant dans cette zone tende à retenir cet induit à l'intérieur de cette zone, ce système étant caractérisé par le fait que les inducteurs polyphasés successifs sont associés par groupes de 2 k inducteurs soumis au mme mode d'alimentation, k étant un nombre entier2, lesdits moyens étant aménagés pour appliquer aux inducteurs actifs la tension polyphasée de la source en ordre de phases direct et en ordre de phases inverse à des instants régulièrement décalés en une séquence kphasée, les inducteurs actifs de rangs n et n + k (1LnLk) de chaque groupe étant adaptés et électriquement connectés entre eux pour engendrer des champs glissants se propageant en directions opposées et pour subir simultanément les inversions de phases, chaque induit étant dimensionné pour être effectivement soumis aux champs magnétiques de k inducteurs successifs. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens sont aménagés de manière que chaque inversion de phase de chaque inducteur soit précédée d'un intervalle pendant lequel l'inducteur est déconnecté de la source. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque induit est aménagé de manière à amortir les discontinuités des flancs de l'onde spatiale de la poussée totale qu'il subit. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la largeur de chaque induit diminue de façon monotone de la partie médiane vers les extrémités de l'induit. 5. Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait que chaque induit comprend un circuit magnétique coopérant avec lesdits inducteurs de manière que la réluctance moyenne aug mente de la partie médiane vers les extrémité3s d4e 0induit. 6. Système selon la revendication/5 caractérisé par le fait que chaque induit comprend une partie conductrice dont l'impédance diminue régulièrement de la partie médiane vers les extrémités de l'induit. 7. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'amplitude de ladite tension polyphasée est modulée à une fréquence correspondant à ladite vitesse de consigne. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ladite amplitude est modulée de façon sinusoidale. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé par le fait que lesdits moyens sont aménagés pour opérer ladite inversion de phase aux zéros de tension. 10. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que k = 3. 11. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens permettant de rendre actifs seulement les inducteurs se trouvant au voisinage immédiat d'un induit. 12. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend k lignes polyphasées s'étendant le long dudit parcours pour alimenter en opposition de phases les k paires respectives d'inducteurs de tous les groupes, les k lignes étant connectées à ladite source de tension au moyen de k commutateurs inverseurs de phases. 13. Système selon les revendications 11 et 12, caractérisé par le fait que chaque inducteur est connecté à la ligne correspondante au moyen d'un contacteur piloté par un détecteur de présence détectant la proximité d'un induit.