Brevet FR2204915A1 — publié le 19740524

L'invention, due à la collaboration de Messieurs Jean-Michel BELOT, Roland GRATTIER et Georges DAIMO, est relative à un dispositif d'entraSnement d'un mobile par un moteur linéaire à induction comprenant un élément inducteur et un élément induit, l'un desdits éléments étant solidaire dudit mobile et l'autre étant fixe. On connatt les difficultés de réglage et de régulation de la vitesse de moteurs linéaires à induction, les dispositifs usuels faisant appel au changement de fréquence du courant d'alimentation, au changement du pas polaire ou à des alimentations séquentielles de l'inducteur. Ces dispositifs connus sont compliqués et nécessitent un appareillage coûteux, notamment un détecteur de vitesse et une channe de régulation électrique. Ils sont de ce fait inutilisables dans des installations simplifiées, notamment de manutention ou de transport, dans lesquelles le succès du moteur linéaire est à attribuer à sa simplicité. La demanderesse a déJà fait connattre par son brevet français NO 2.044.502 un dispositif de transport à chariot propulsé par moteur linéaire, dans lequel l'entrefer du moteur et de ce fait sa poussée active est modifiée automatiquement par la charge portée par le véhicule. Un tel dispositif réalise une régulation indirecte de la vitesse de propulsion, la précision étant relativement faible,quoique suffisante pour l'application particulière décrite. Ce dispositif présente l'avantage de conserver la simplicité inhérente au moteur linéaire à induction. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des dispositifs précités et de permettre la réalisa- tion d'un système de régulation de la vitesse particulièrement simple et d'un fonctionnement fiable. Le dispositif d'entratnement selon la présente invention est caractérisé par le fait qu'il comporte un système de régulation de la vitesse d'entraSnement du mobile, doté de moyens magnétiques de freinage par courants de Foucault, dont la force de freinage est fonction de ladite vitesse, et de moyens de déplacement relatif desdits éléments inducteur et induit, l'un par rapport à l'autre, de façon à modifier la poussée active du moteur, lesdits moyens de freinage pilotant ledit déplacement relatif de telle manière qu'à un accroissement de la vitesse corresponde un déplacement relatif diminuant la poussée active du moteur et inversement, pour établir un équilibre stable d'entratnement Les moyens magnétiques, qui engendrent un champ stationnaire de freinage peuvent astre un simple aimant permanent ou un électro-aimant coopérant avec une armature conductrice animée d'un mouvement relatif, de manière à faire apparattre des forces antagonistes à ce mouvement relatif. Dans le dispositif selon l'in vention, la force de freinage est d'un ordre de grandeur différent de celui de la poussée ou force de propulsion du moteur linéaire et elle est utilisée essentiellement comme force de commande dont la proportionnalité à la vitesse simplifie notablement le système de régulation. La modification de la poussée active du moteur peut résulter de la variation de l'entrefer ou de" la surface active de l'un des éléments du moteur, mais dans un mode de misé en oeuvre préféré de l'invention elle est duit8 une variation de l'angle formé par la direction de déplacement et la direction de poussée de l'inducteur.On a déjà proposé de faire appel à un champ à glissement oblique, par rapport à la direction de déplacement, en vue de disposer d'une composante, de vitesse différente de la vitesse de cheminement du champ glissant, nais le dispositif selon la présente invention, qui utilise les mêmes moyens, procède d'un principe différent, en l'occurrence la décomposition de la poussée oblique en deux composantes, dont l'une seule orientée en direction de l'entratnement est active. La poussée disponible à la propulsion du mobile est de ce fait fonction du pivotement de 'élément inducteur du moteur et la vitesse résultante est déterminée par l'équilibre entre la résistance à l'avancement et la poussée disponible. L'aimant de freinage et l'élément inducteur sont de préférence fixés à un support commun, monté à pivotement sur un axe, coincidant avec l'axe de symétrie de l'élément inducteur perpendiculaire à la face polaire de ce dernier. L'aimant est décalé latéralement par rapport à cet axe, de façon à exercer un couple tendant à' faire pivoter le support et l'élément inducteur associé autour de cet axe. Un système de ressorts sollicite l'élément inducteur et son support en une position normale de poussée maximale, dans laquelléla direction de glissement du champ magnétiques coincide avec la direction d'entratnement du mobile.La force antagoniste au pivotement de 1 élément inducteur est fournie par ce système de ressorts et peut être facilement appropriée aux forces fournies par les moyens magnétiques précités. Le dispositif se prête aisément à un réglage de la vitesse d'entrainement, par exemple par variation de la force élastique de rappel fournie par les ressorts ou du décalage de l'aimant par rapport à l'axe de pivotement ou encore en modifiant l'intensité du champ stationnaire, notamment dans le cas d'un électroaimant. L'équipage semi-mobile, en l'occurrence l'élément in inducteur, l'aimant et leur support, est de préférence équilibré dynamiquement, par exemple par l'adjonction d'une masse morte pour affranchir cet équipage des forces d'accélération ou de décélération. L'ensemble est agencé symétriquement afin d'être actif indifféremment dans un sens d'entrainement ou dans l'autre et il est bien entendu que. le dispositif est applicable à tout type de moteur linéaire à simple face ou à double face, du type long ou court, c'est-à-dire à élément inducteur fixe ou mobile. Le système de rappel élastique peut présenter une pré tension, de manière à faire intervenir le système de régulation à partir d'un seuil prédéterminé de la vitesse. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre de plusieurs mode-s de mise en oeuvre de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un dispositif d'entraînement d'un chariot, selon l'invention; la figure 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue de dessus de la figure 1; la figure 4 est une coupe schématique suivant la ligne IV-IV de la figure 1, illustrant le principe de fonctionnement du système de régulation de vitesse; la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 4, illustrant une variante de réalisation de l'invention; la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 2, illustrant une autre variante de réalisation selon l'invention; ; la figure 7 est une coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 6. Sur les figures 1-à 4, un chariot 10, par exemple d'une installation de manutention ou de transport, comporte un châssis 12, muni de galets de roulement 14, roulant sur une voie à rails 16 d'un circuit de manutention. Les galets 14 présentent des boudins de guidage et le chariot 10 comporte un moteur électrique linéaire à induction de propulsion dont l'élément inducteur 18, du type plat, dans l'exemple illustré par les figures, est embarqué sur le chariot 10. La surface polaire 20 de l'élément inducteur 18 s'étend dans un plan horizontal en face d'une plaque induit horizontale 22 solidaire de la voie 16. L'élément inducteur 18 de forme rectangulaire est monté à pivotement sur le châssis 12 par un pivot vertical 24 fixé à la partie supérieure de l'inducteur coaxialement à l'axe de symétrie de ce dernier. Le pivot 24 porte des collets de butée 26 empêchant tout mouvement de translation vers le haut ou vers le bas de l'inducteur 18, lequel peut effectuer uniquement une rotation autour du pivot 24. Le collet de butée supérieur 26 présente un doigt latéral 28 coopérant avec un système de rappel élastique, désigné dans son ensemble par le repère 30, qui sollicite l'inducteur 18 vers une position normale, dans laquelle il est aligné avec la direction générale de la voie 16.Le terme "aligné" signifie dans le présent cas que les encoches 32 de l'inducteur 18 s'étendent perpendiculairement à la voie 16 et qu'un bobinage 34, logé dans les encoches 32, engendre un champ magnétique glissant dans la direction générale de la voie, qui applique une poussée à l'élément inducteur 18 s'exerçant-dans la même direction, représentée par la flèche F sur la figure 4. Dans cette position normale de l'inducteur 18, le chariot 10 est propulsé de la manière usuelle le long de la voie 16 sous l'action d'une poussée maximale orientée dans la direction de déplacement. Le système de rappel élastique 30 comporte deux ressorts de compression 38, 40, encadrant de part et d'autre le doigt 28 et s'étendant dans la direction de la voie 16 en prenant appui sur des butées 42, 44 portées par le châssis 12. Chaque ressort 38, 40 est équipé d'une tige 46, 48 de limitation de détente, qui empêche d'une manière bien connue en soi une détente complète du ressort au-delà de la position correspondant à la position normale, représentée à la figure 3 > du doigt 28.Un tel dispositif de limitation de détente autorise notamment une précompression des ressorts 38, xi et une parfaite définition de la position normale d'équilibre de l'inducteur 18. I1 est facile de voir qu'un pivotement de l'inducteur dans un sens ou dans l'autre s'accompagne de la compression de l'un ou de l'autre des ressorts 38,40. A l'inducteur 18 est rigidement fixé par l'intermédiaire d'un support 50, un aimant permanent 52, schématiquement représenté par un plot cylindrique. L'aimant 52, disposé dans le plan axial transversal de l'inducteur 18, est excentré par rapport à l'axe du pivot 24 et il s'étend en regard de l'induit 22 avec lequel il coopère au cours du déplacement du chariot 10. L'aimant 52, qui pourrait être en forme de fer à cheval ou être un électroaimant, crée un champ magnétique stationnaire qui induit d'une manière bien connue, lors dlun mouvement relatif de l'aimant 52 par rapport à l'induit ou armature 22, des courants de Foucault dans cette dernière, qui ont pour effet de s'opposer au mouvement.Le couple exercé sur l'inducteur 18 par la force de freinage appliquée à l'aimant 52, dans le cas d'un déplacement du chariot dans la direction indiquée par la flèche F, tend à faire pivoter l'inducteur 18 dans le sens de rotation des aiguilles d'une montre. Un tel pivotement s'accompagne d'une compression du ressort 38 par le doigt 28 et se poursuit jusqu'à la position d'équilibre représentée en traits discontinus sur la figure 4, dans laquelle le couple résultant du ressort 38 équilibre celui de la force de freinage. La force de freinage et de ce fait l'angle de pivotement de l'inducteur 18, sont fonction de la vitesse d'entraînement du chariot 10. Un pivotement de l'inducteur 18 affecte le fonctionnement du moteur linéaire, dont la poussée P s'exerce suivant une direction faisant un angle avec celle de déplacement F. La composante P1 de la poussée P, seule active pour ce déplacement, diminue en fonction de l'angle de pivotement de l'inducteur 18 et il est clair que la vitesse résultante, imposée par l'égalité de la poussée motrice et de la' résistance à l'avancement, est également diminuée. Le dispositif d'entraînement selon les figures 1 à 4, fonctionne de la manière suivante En position d'arrêt du chariot 10, l'inducteur 18 est en position représentée sur les figures, aligné avec la direction générale de la voie 16. Le chariot 10 est mis en marche en excitant le bobinage 34 de l'inducteur 18, qui engendre de la manière usuelle une poussée s'exerçant dans la direction de déplacement, par exemple indiquée par la flèche F sur la figure 4. L'aimant 52, solidaire de l'inducteur 18, est amené à se déplacer par rapport à l'induit 22 et de ce fait est soumis à une force de freinage tendant à s'opposer au déplacement de l'aimant 52. Cette force de freinage est fonction de la vitesse et tend à faire pivoter l'inducteur 18 autour du pivot 24.Tant que le couple exercé par la force de freinage est inférieur au couple initial dt à la précompression du ressort 38, l'élément inducteur est maintenu dans sa position alignée. La poussée maximale reste ainsi disponible pendant la phase de démarrage et de déplacement à faible vitesse du chariot. Lorsque le couple, dû à l'aimant 52, dépasse celui du système de rappel 30 il impose un pivotement à l'inducteur 18 dans le sens d'une rotation des aiguilles d'une montre.Le pivotement de l'inducteur 18 s'accompagne d'une diminution de la poussée active P1 et il est facile de voir que le système de régulation présente une position d'équilibre stable, toute augmentation de la vitesse s'accompagnant d'un pivotement accru de l'inducteur et donc d'une diminution de la poussée motrice et inversement toute diminution de la vitesse provoquant un réalignement de l'inducteur et de ce fait une augmentation de la poussée motrice. Ce système, particulibrement simple, réalise une véritable auto-régulation de la vitesse avec une précision remarquable.Le réglage de la vitesse peut bien entendu résulter de différents facteurs, nota=Rent de la courbe caractéristique des ressorts de rappel 38, 40 et de leur précompression, de l'intensité du champ magnétique de l'amant 52 et du décentrage de cet aimant par rapport à l'axe de pivotement 24. Dans le cas d'un lectro-aimant de freinage le réglage peut être réalisé d'une manière particulièrement simple en faisant varier le courant d'excitation de l'électro-aimant. Dans l'exemple illustré par les figures, l'inducteur 18 et l'aimant 52 coopèrent avec le même induit 22, mais ce dernier peut fort bien Entre subdivisé en deux parties distinctes, l'une coopérant avec l'inducteur 18 et l'autre avec l'aimant 52 ces parties étant disposées d'une manière quelconque en fonction de l'encombrement recherche. Le système de rappel élastique 30 peut être différent, notamment être constitud par un ou une paire de ressorts spirales, et selon les caractéristiques recherchées il est inutile de prévoir une précontrainte des ressorts et de ce fait des tiges de limitation de détente 46, 48. I1 est avantageux de réaliser, de la manière représentée aux figures I à 4, le système de régulation entièrement symétrique par rapport à un plan axial perpendiculaire à la direction de déplacement de manière k autoriser un fonctionnement dans les deux sens de déplacement. Le fonctionnement de 1'installation n1 est pas modifié par une disposition fixe de l'inducteur 18, la partie mobile du moteur étant alors l'induit 22. Le moteur li linéaire peut être à double face et l'induit peut tre constitué en un matériau ferro-magnétique ou être flanqué dtune culasse de fermeture de flux (non représentée). Les forces d'inertie s'exerçant sur la masse de l'aimant 52 en cas d'accélération ou de décélération du chariot 10 s'ajoutent aux forces de freinage précitées et perturbent de ce fait le fonctionnement du système de régulation. On pallie cet inconvénient en associant à équipage mobile, constitué par l'inducteur 18 et l'aimant 52, une masse d'équilibrage 54 n'ayant aucune propriété- magnétique. Dans le mode de mise en oeuvre de l'invention, illustré par les figures 1 à 4, les performances du moteur linéaire sont affectées par l1obliquité du champ glissant, mais il est clair que des résultats analogues ou identiques peuvent être obtenus en modifiant un autre paramètre du moteur, en l'occurrence de la manière illustrée par la figure 5, la surface utile de l'un ou des éléments inducteur et induit du moteur.Une telle variation de surface utile peut notamment résulter d'un décalage latéral des éléments induit, inducteur l'un par rapport à l'autre, décalage commandé par les moyens magnétiques de freinage en fonction de la vitesse d'entratnement. Dans l'exemple illustré par la figure 5, la variation de surface utile est combinée au système de champ magnétique glissant oblique en utilisant un inducteur 18 de longueur supérieure à la largeur de l'induit 22.Un pivotement de l'inducteur 18 piloté par l'aimant 52,de la manière décrite cidessus, provoque d'une part la variation de poussée résultant de l'obliquité du champ glissant, et d'autre part une diminution de la surface active, les parties d'extrémités 56, 58 débordant, b partir d'un pivotement prédéterminé, de l'induit 22 et devenant de ce fait inactives. Il est inutile de décrire les autres éléments de cette installation, qui sont exactement identiques à ceux représentés aux figures 1 à 4, et le fonctionnement est exactement le même. Les figures 6 et 7 montrent une autre variante de réalisation selon l'invention, dans laquelle un élément inducteur 60 est monté à pivotement autour d'un axe 62, s'étendant parallè- lement à la direction de la voie 16 et fixé sur le châssis 12 du chariot 10. Un pivotement de l'inducteur 60 sur l'axe 62 modifie l'épaisseur de l'entrefer 64, ménagé entre l'inducteur 60 et l'induit 22 solidaire de la voie. Sur le bord latéral opposé à l'axe 62 l'inducteur 60 présente deux galets espacés 66, 68, susceptibles de coopérer avec une came 70 en dièdre portée par l'extrémité d'un-levier 72. Le levier 72 s'étend horizontalement et est articulé sur un axe vertical d'un support 74, solidaire du châssis 12. L'inducteur 60 repose normalement par les galets 66, 68 sur la came 70 > qui assure 1-' entrefer minimal 64 du moteur linéaire. L'extrémité du levier 72, opposée à la came 70, porte l'aimant 52, qui coopère avec l'induit 22 de la manière décrite ci-dessus. On comprend qu'un pivotement du levier 72 dans un sens ou dans l'autre provoque un soulèvement de l'inducteur 60 par l'intermédiaire du galet 66 ou du galet 68 et de ce fait une augmentation de l'en- trefer du moteur. Le fonctionnement du système de régulation selon les figures 6 et 7 est analogue à celui décrit plus particulièrement en référence aux figures 1 à 4 et il suffit de rappeler que l'angle de pivotement du levier 72 est fonction de la force de freinage exercée sur l'aimant 52 et de ce fait de la vitesse d'entratnement du chariot 10. Le pivotement du levier 72 provoque une diminution de la poussée motrice par augmentation de l'entrefer 64 et on obtient un équilibre stable de la manière indiquée ci-dessus. I1 est bien- entendu que le système-de transmission mécanique entre l'aimant 52 et l'inducteur 60 peut être agencé d'une manière différente et que l'inducteur 60 peut être monté à coulissement ou de toute autre manière appropriée. Dans les exemples précités, la force de freinage ré suant de l'aimant 52 est minime et pratiquement négligeable par rapport à la poussée motrice du moteur et cette force de freinage est utilisée essentiellement comme signal représentatif de la vitesse d'entratnement et comme force de commande du dispositif de régulation, soit par variation d'entrefer, soit par diminution de la surface active, soit par obliquité du champ glissant. L'invention est également applicable à un système utilisant un frein à courants de Foucault de puissance notable dans lequel la force de commande est dérivée de la réaction de freinage. Le dispositif selon l'invention est remarquable par sa simplicité et l'absence de toute servo-coxmande auxiliaire ou de chatne de régulation compliquée insérée entre le détecteur et les moyens de déplacement précités. L'invention n'est bien entendu nullement limitée aux modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits et représentés aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences mécaniques et électriques. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'entratnement d'un mobile par un moteur linéaire à induction comprenant un élément inducteur et un élément induit, l'un desdits éléments étant solidaire dudit mobile et l'autre étant fixe, caractérisé par le fait qu'il comporte un système de régulation de la vitesse d'entratnement du mobile, doté de moyens magnétiques de freinage par courants de Foucault, dont la force de freinage est fonction de ladite vitesse, et de moyens de déplacement relatif desdits éléments inducteur et induit, l'un par rapport à l'autre, de façon à modifier la poussée active du moteur, lesdits moyens de freinage pilotant ledit déplacement relatif de telle manière qu'à un accroissement de la vitesse corresponde un déplacement relatif diminuant la poussée active du moteur et inversement, pour établir un équilibre stable d'entratnement. 2. Dispositif d'entratnement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit déplacement relatif est un mouvement de pivotement autour d'un axe perpendiculaire à la surface polaire de l'élément inducteur susceptible de modifier l'angle formé par la direction d'entratnement et la direction de poussée maximale de l'inducteur. 3. Dispositif d'entratnement selon la revendication 1-ou 2, caractérisé par le fait que ledit déplacement relatif modixie la surface active d'au moins l'un desdits éléments inducteur ou induit. 4. Dispositif d'entratnement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que ledit dplacement relatif modifie l'épaisseur de 1 entrefer entre lesdits éléments inducteur et induit. 5. Dispositif d'entratnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits moyens magnétiques engendrent des courants de Foucault et sont mécaniquement reliés auxdits moyens de déplacement, de ma titre à dériver ledit déplacement de la réaction de freinage. 6. Dispositif d'entratnement selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens magnétiques comportent un aimant semi-fixe par rapport audit élément inducteur, dont le mouvement résultant de l'action de freinage est transmis auxdits moyens de déplacement relatif du système de régulation de vitesse. 7. Dispositif dtentratnement selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ensemble du dispositif est agencé symétriquement par rapport à un plan perpendiculaire à la direc- tion d'entratnement, de manière à fonctionner indifféremment du sens d'entraînement. 8. Dispositif d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que lesdits moyens de freinage sont équilibrés dynamiquement pour être insensiblesà tout champ d'accélération. 9. Dispositif d'entratnement selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de rappel sollicitant lesdits éléments inducteur et induit en une position d'équilibre de poussée maximale du moteur. 10. Dispositif d'entratnement selon la revendication 2, et l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé par le fait que ledit élément inducteur est monté à pivotement autour d'un axe de symétrie perpendicSaire à la surface polaire de l'inducteur, que des moyens élastiques sollicitent ltélément inducteur vers une position faisant coïncider la direction de poussée maximale avec la direction d'entratnement et qu'un aimant excentré par rapport audit axe est rigidement fixé à ce dernier et coopère inductivement avec l'élément induit du moteur, de manière à faire pivoter ltélément inducteur en fonction de la vitesse d'entratnement.