Brevet FR2189919A1 — publié le 19740125

La présente invention se réfère aux moteurs électriques linéaires asynchrones à courant alternatif polyphasé. Les moteurs du genre en question comprennent un inducteur comportant une carcasse magnétique dentée équipée de bobines excitatrices appropriées, et un induit situé dans le flux magnétique qui émane de cet inducteur. Ce flux se déplaçant linéairement sur la longueur de l'inducteur, il apparait dans l'induit des courants d'induction qui déterminent une force motrice propre à le déplacer par rapport à l'inducteur ou inversement. Dans de tels moteurs la vitesse de synchronisme, c'est-à-dire celle du déplacement linéaire du champ magnétique inducteur, est fonction du pas polaire de la carcasse. D'autre part, comme dans tout moteur asynchrone, la vitesse normale de fonctionnement doit se rapprocher de cette vitesse de synchronisme, la différence ou glissement étant d'importance réduite. Il en résulte que, pour une fréquence déterminée, la vitesse normale est fonction du pas polaire. Quand on veut la réduire, comme cela est nécessaire dans certaines applications, on doit donc diminuer le pas. Pour fixer les idées par un exemple concret, dans un moteur triphasé on a au minimum trois dents et trois encoches par pas polaire. Si l'on admet des dents de 5 mm de largeur, ce qui constitue la limite pratique pour les procédés habituels de découpage des tôles magnétiques, et en supposant que les encoches aient la même largeur que les dents, le pas polaire est alors de 30 mm ; pour une fréquence industrielle de 50 hertz cela correspond à une vitesse synchrone de 3 m/s, ou si l'on préfère de 10,800 km/h. Une telle vitesse est trop élevée dans de nombreuses applications. On peut évidemment chercher à éviter les difficultés qui précèdent en disposant les tôles non plus dans des plans plus ou moins parallèles à l'axe de déplacement de l'organe mobile du moteur, mais bien suivant des plans perpendiculaires à celui-ci, autrement dit par le moyen de plaques faites de tales convenablement empilées, ces plaques étant portées par un support qui assure la fermeture du circuit magnétique entre elles. Mais alors on se heurte à un autre inconvénient, savoir l'apparition dans les tôles ainsi disposées de courants de Foucault relativement importants qui provoquent de lté- chauffement et abaissent le rendement. L'invention vise à permettre de réduire cet inconvénient tout en évitant les difficultés inhérentes au découpage de dents de très petites dimensions. Conformément à une première caractéristique de l'invention, les plaques qu'on utilise en combinaison avec un support pour la constitution de l'inducteur, comportent des discontinuités propres à empêcher, ou tout du moins à gêner considérablement la fermeture des courants de Foucault dans la plaque considérée. Dans une forme d'exécution particulière de l'invention le support est constitué par une âme centrale, avantageusement établie sous la forme d'une tige en métal magnétique, les plaques de tôles empilées étant montées sur cette âme avec interposition d'entretoises d'écartement propres à ménager entre entre elles les espaces nécessaires pour loger le bobinage, et éventuellement à contribuer à fermer le circuit magnétique en parallèle avec la tige. Le profil de ces plaques peut être quelconque : carré, rectangulaire, rond, hexagonal, etc... On ltétablit préférablement en fonction de celui donné à l'induit de manière à utiliser au mieux le flux magnétique qui se ferme dans l'air entre les bords des plaques successives. Dans une telle forme d'exécution on découpe dans chacune des tôles constitutives de chaque plaque des fentes destinées à éviter les courants de Foucault ou à limiter leur importance, ces fentes étant orientées radialement ou à peu près par rapport à l'amie centrale. Il est alors avantageux, suivant l'invention, que les fentes ne débouchent qu'à une seule de leurs extrémités, tantôt sur les bords de la tôle considérée, tantôt dans sa perforation destinée à recevoir la tige. Suivant une autre forme d'exécution, l'on réalise le support par le moyen d'un bloc creusé de rainures transversales parallèles dans lesquelles on fixe les plaques, par exemple par collage. Dans ce cas, si l'on utilise des plaques à tôles empilées suivant des plans perpendiculaires à l'axe de déplacement du moteur, les fentes de ces plaques doivent être substantiellement perpendiculaires au plan de la face du support qui comporte les rainures. On peut alors considérer que le support constitue une âme à rayon infini et que les fentes sont toujours orientées radialement par rapport à lui. Dans un autre mode de réalisation de l'invention l'on réalise chaque plaque par un empilage de bandes de tôle de très faible largeur disposées suivant des plans parallèles à l'axe de déplacement du moteur et par conséquent perpendiculaires au plan moyen de la plaque et ce sont alors les joints entre les bandes successives qui viennent empêcher ou à tout le moins gêner dans une mesure considérable, le passage des courants de Foucault. Au lieu de bandes de tôles, il est possible d'utiliser des nappes de fils magnétiques assemblées par une matière plastique appropriée. Il est également possible de réaliser par le moyen de fils magnétiques enrobés tout ou partie de la tige constituant l'âme centrale de la première forme d'exécution. Dans tous les cas, lorsque les plaques comportent des bords de grande longueur non en vis à vis de l'induit et susceptibles par conséquent de donner lieu à des flux de fuites importants réduisant la puissance du moteur, on recouvre ces bords d'écrans en métal bon conducteur qui s' opposent aux fuites en en limitant considérablement l'importance. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupe longitudinale d'une première forme d'exécution d'un inducteur pour moteur linéaire suivant l'invention avec indication d'un induit plat correspondant. Fig. 2 en est une coupe transversale. Fig. 3 est une coupe semblable à celle de fig. 2, mais montrant une autre conformation de l'induit. Fig. 4 à 6 indiquent schématiquement en coupe transversale d'autres profils d'inducteurset d'induit. Fig. 7 est une vue en perspective illustrant un autre mode de réalisation des plaques d'un inducteur suivant l'invention. Fig. 8 est une vue en perspective d'une autre forme d' exécution d'un inducteur suivant l'invention. Fig. 9 est une coupe longitudinale d'une variante. Fig. 10 indique en coupe schématique B réalisation d'un faisceau par empilage de nappes de fils de fer enrobés dans une matière plastique appropriée. Fig. Il montre comment on peut établir une âme rectiligne comportant application d'un faisceau de fils de fer enrobés dans une matière plastique. L'inducteur polyphasé représenté en fig. 1 comprend une tige 1 en métal ferro-magnétique propre à former support de culasse. Sur cette tige sont montées des entretoises ou manchons isolants 2 entre lesquels sont serrées des plaques transversales 3 dont chacune est constituée par un empilage de tôles du genre utilisé pour la réalisation des circuits magnétiques, ces tôles étant disposées suivant des plans parallèles au plan moyen de la plaque considérée et présentant le même profil que celle-ci. On comprend que lorsque les bobines 4 sont sous tension, chacune d'elles engendre un flux magnétique qui circule radialement dans les deux plaques 3 entourant la bobine considérée, en passant de l'une à l'autre par la tige 1 et en se fermant dans l'air qui entoure l'inducteur. Dans la forme d'exécution de fig. 1 à 3 on a supposé que le profil des plaques 3 était carré pour correspondre soit à un induit plat 7 propre à coopérer avec leur bord inférieur , soit à un induit 7' en forme de U (fig. 3) entourant trois de leurs quatre côtés. Bien entendu, du fait qu'on travaille en courant alternatif, il apparait des courants de Foucault dans les pièces métalliques traversées par le flux magnétique. En ce qui concerne les tôles des plaques 3, ces courants parasites tendent à affecter une forme entourant la tige 1. Pour en réduire l'importance dans une mesure considérable on a fait comporter à chaque tôle quatre fentes 3a qui partent du milieu de chaque bord pour s'arrêter à une faible distance du trou central 3b et quatre fentes 3c partant de ce trou central 3b pour s'arrêter à une certaine distance des sommets du profil carré de la tôle. Les courants parasites sont donc astreints à suivre un trajet de grande longueur, tel que celui indiqué en a un tel trajet présente une forte résistance ohmique, ce qui les étouffe pratiquement. En ce qui concerne la tige 1, on peut la canneler pour réduire là encore l'importance des courants de Foucault. I1 est d'ailleurs à noter que rien n'empêcherait de réaliser les manchons 2 de manière qu'ils possèdent une certaine perméabilité longitudinale en vue de réduire l'importance du flux qui traverse la tige 1. Bien entendu en pareil cas ces manchons devraient être eux-mêmes rainurés profondément ou être faits en une matière magnétique isolante (ferrites, poudre de fer noyée dans de la matière plastique, etc...). Dans la forme d'exécution de fig. 1 à 3 certains des bords des plaques 3 ne sont pas en vis-à-vis de l'induit (bord supérieur et bords latéraux dans le cas de fig. 2, bord supérieur seul dans celui de fig. 3) Il est bien certain que le flux qui se ferme dans l'air au droit de ces bords doit être considéré comme correspondant à des fuites perdues pour le moteur. Mais suivant l'invention l'on réduit cette perte dans une mesure très importante en recouvrant ces bords d'un écran 8 en métal bon conducteur de l'électricité (cuivre ou aluminium, par exemple) comportant une épaisseur notable. Le flux de fuites qui tend à passer d'une plaque à l'autre le long des bords ainsi équipés, détermine dans 1 'écran des courants de Foucault de forte intensité qui s'opposent au passage de ce flux dont l'importance se trouve ainsi réduite dans une large mesure. I1 va sans dire que le profil des plaques 3 et des tôles qui les constituent peut varier, notamment en fonction de celui de l'induit. Dans le cas d'un induit plat tel que 7, on peut arrondir considérablement les deux sommets opposés à celui-ci et arriver ainsi à la forme de fig. 4 suivant laquelle les plaques, ici référencées 3I ont leur moitié supérieure en forme de demi-cercle, l'écran 81 Il étant prévu en conformité. Fig. 5 montre un induit 7 à profil en gouttière incurvée, les plaques 311et l'écran 8II 3 une III forme arrondie correspondante.En fig. 6 l'induit 7III est presque refermé sur lui-même et il entoure ainsi un inducteur dont les III plaques 3III sont circulaires ; comme de telles plaques n'ont pas de bord libre non situé en face l'induit, tout écran devient inutile. Dans tous les cas les tôles sont découpées de fentes orientées à peu près radialement et qui débouchent alternativement dans le trou central et sur les bords en vue d'éviter ou de limiter les courants de Foucault. Fig. 7 montre un autre mode de réalisation d'une plaque propre à l'établissement d'un inducteur du genre de l'un quelconque de ceux décrits plus hauts. Ici les tôles constitutives de la plaque sont empilées suivant des plans perpendiculaires au plan général de la plaque, c'est-à-dire parallèle à l'axe de déplacement du moteur. Ces tôles présentent ainsi la forme de minces bandes très étroites assemblées par collage, par exemple à l'aide d'une résine durcissable, le trou central étant percé après durcissement de la colle. En pareil cas ce sont les joints successifs des bandes ainsi empilées qui s'opposent au passage des courants de Foucault en tenant ainsi lieu des fentes des formes d'exécution précédentes. Bien entendu les inducteurs établis à l'aide de plaques suivant fig. 7 (et quels que soient les profils de ces plaques) peuvent avantageusement comporter les écrans suppresseurs d flux de fuite qu'on a décrits plus haut. Dans la forme d'exécution de fig. 8 le support dII est établi non plus sous la forme d'une tige centrale, mais bien sous celle d'un bloc en matière magnétique dont une face longitudinale est creusée de rainures transversales prallèles la dans chacune desquelles on a monté une plaque 3 qui, dans l'exemple représenté, est établie à la façon décrite en référence à fig. 7, mais sans trou central, et qu'on peut notamment fixer en place par collage. Une telle disposition n'exige ainsi que des plaques de dimension relativement réduites par rapport à la forme d'exécution de fig. 1 à 3, par exemple, ce qui constitue un avantage dans le cas de la réalisation par empilage de bandes collées dont ltétablissement est assez laborieux et dont la résistance mécanique est moindre que pour les plaques à tôles transversales. Bien entendu l'inducteur de fig. 8 comporte des bobines non représentées qui viennent se loger dans les espaces compris entre les dents successives. Si l'on procède au collage en place des dents avant l'opération de bobinage, celle-ci doit être exécutée à la fa çon mise en oeuvre avec les inducteurs feuilletés classiques. Mais il est également possible de ne coller les dents qu'après mise en place des bobines ou enroulements, ce qui facilite le travail et permet notamment de prévoir des dents à pointes débordantes, ce qui permet d-'obtenir des encoches semi-fermées, le bobinage pouvant se faire soit par bobines plates, soit en forme d'anneau.On a très schématiquement indiqué en fig. 9 un tel inducteur à encoches semifermées comprenant un bloc îII avec des plaques ou dents 3VI dont les pointes débordantes viennent en partie fermer les encoches intermédiaires renfermant les enroulements 4'. On comprend que l'inducteur suivant fig. 9 pourrait recevoir des plaques établies suivant le mode d'exécution décrit en référence à fig. 1 à 3, c'est-à-dire par le moyen de tôles empilées présentant le profil de la plaque et disposées suivant des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal de l'inducteur. Pour réduire les courants de Foucault il cor viendrait alors d'entailler les tôles de fentes substantiellement verticales (c'est-à-dire radiales par rapport à un centre situé à l'infini vers le bas). En fig. 8 et 9 le bloc III qui constitue le support, a été représenté plein, car dans une réalisation à faible pas polaire il est possible de prévoir une section importante par rapport à la denture afin de n'avoir qu'une faible induction. Mais on comprend sans explications complémentaires, que ce bloc peut être constitué par un empilage de tôles découpées de rainures propres à l'implantation des dents. De quelque manière qu'on procède, il est possible d'obtenir des pas extrêmement réduits puisqu'à la limite chaque dent telle que 3V peut n'être constituée que par une seule tôle transversale. Fig. 10 indique schématiquement en coupe la constitution d'une dent par le moyen d'un faisceau de fils de fer parallèles enrobés dans une masse isolante, par exemple de résine thermodurcissable. Pour établir un tel faisceau, on commence par réaliser des nappes élémentaires en rapprochant au passage dans une filière chauffante appropriée, des fils préalablement enduits de la résine choisie. Ceci fait l'on superpose plusieurs nappes, enduites à nouveau s'il y a lieu, et l'on fait passer le faisceau ainsi établi dans une seconde filière chauffante qui provoque le durcissement final de la résine. C'est à partir du faisceau ainsi obtenu qu ?on.découpe les dents 3V de fig. 8. I1 est d'ailleurs possible d'utiliser un procédé du même genre pour réaliser la tige de support de fig. 1, 4 et 6. Comme montré fig. 11 on utilise alors une âme 1I destinée à assurer la rigidité et on l'entoure de nappes de fils 10, un peu à la façon utilisée pour la réalisation des câbles. Avec une telle disposition la plus grande partie du flux passe par les fils 10, de sorte que les courants de Foucault induits dans l'âme 1I sont extrêmement réduits. Quelle que soit la forme d'exécution qu on adopte, on conçoit que l'inducteur suivant l'invention peut comporter sans difficulté des dents de très faible largeur et permettre ainsi l'établissement de moteurs à vitesse synchrone très réduite sans exiger la mise en oeuvre de fréquences spéciales anormalement basses. I1 convient toutefois de noter que bien que ce soit là l'un des avantages recherchés, l'invention est applicable même au cas de dents de grande largeur, par exemple quand on ne désire pas mettre en oeuvre un outillage de découpage important et onéreux. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R E V E N D I C A T I O N S 1. Inducteur pour moteur asynchrone linéaire, du genre constitué par des plaques portées par un support approprié fermant le circuit magnétique entre elles, certains au moins des bords de ces plaques constituant les dents de l'inducteur, caractérisé en ce que lesdites plaques comportent des discontinuités propres à empêcher, ou tout au moins à gêner considérablement, la fermeture des courants de Foucault induits dans la plaque considérée. 2. Inducteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque plaque est réalisée par un empilage de bandes de tôle de faible largeur disposées suivant des plans parallèles à l'axe de déplacement du moteur. 3. Inducteur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le support est constitué par une âme centrale sur laquelle les plaques sont montées avec interposition d'entretoises d'écartement propres à ménager entre elles les espaces nécessaires pour loger le bobinage. 4. Inducteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les entretoises sont conductrices du flux magnétiques, mais sont établies de manière à ce que l'importance des courants de Foucault dont elles sont l'objet soit limitée. 5. Inducteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'âme centrale est constituée par une tige en métal magnétique. 6. Inducteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la tige constitutive de l'âme centrale est cannelée. 7. Inducteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la tige constitutive de l'amie centrale est entourée d'au moins une couche de fils de fer enrobés dans une matière isolante appropriée, telle qu' une résine thermodurcissable. 8. Inducteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le support est constitué par le moyen d'un bloc creusé de rainures transversales parallèles dans lesquelles les plaques sont fixées. 9. Inducteur suivant la revendication 1, avec tôles empilées suivant des plans perpendiculaires à l'axe de déplacement du moteur, caractérisé en ce que ces tôles comportent des fentes orientées substantiellement radialement par rapport au support. 10. Inducteur suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les fentes ont une extrémité fermée et débouchent par l'autre tantôt sur les bords libres de la tôle considérée, tantôt sur le bord de sa partie au contact du support. 11. Inducteur suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce que les bords des plaques non situés en vis-a-vis de l'induit et susceptibles de donner lieu à des flux de fuite, sont recouverts d'écrans en métal bon conducteur s'étendant sur toute la longueur de l'inducteur. 12. Inducteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des dents feuilletées engagées dans des rainures d'un support en métal magnétique. 13. Inducteur suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les dents sont découpées dans des faisceaux de nappes superposées de fils de fer enrobés dans une matière plastique appropriée, telle qu'une résine thermodurcissable. 14. Moteurs asynchrones linéaires, caractérisé en ce qu'ils comportent un inducteur suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent.