Brevet FR2228650A1 — publié le 19741206

L'invention due à la collaboration de Messieurs BARD07 Jean-Claude et BERNARD Georges, est relative à un dispositif de lévitation d'un mobile susceptible de se déplacer le long d'une voie, comprenant un ensemble à aimants permanents coopérant vers une armature ferromagnétique pour engendrer une force de lévitation. Un dispositif cornu du genre mentionné fait usage de la force de répulsion entre deux aimants de même polarité pour réaliser une sustentation sans aucun contact mécanique d'un véhicule se déplaçant le long d'une voie. Les systèmes à répulsion présentent une position d'équilibre stable, la force de répulsion croissant lors d'un rapprochement des surfaces polaires des aimants et diminuant inversement lors d'un écartement. I1 ne nécessite de ce fait aucune régulation bu dispositif analogue, mais des aimants permanents doivent être échelonnés sur toute la longueur de la voie et le coût prohibitif dlune telle installation en limite les applications. Il a déjà été proposé d'utiliser la force d'attraction d'un aimant pour réaliser une sustentation d'un mobile, notamment d'un véhicule se déplaçant sur une voie aérienne laquelle peut se limiter à une poutre en un matériau ferromagnétique faisant office d'armature, les aimants étant portés par le véhicule. Un tel systbme est instable, l'aimant ayant tendance à coller à l'armature et le contact mécanique ne peut être évité que par des systèmes de guidage ou par une régulation de la force d'attraction de l'aimant. Ces impératifs excluent l'emploi d'aimants permanents et les solutions proposées font appel à des électro-aimants qui à leur tour nécessitent des sources de courant et des dispositifs de régulation relativement compliqués. I,a présente invention a pour but de remédier aix inconvénients précités et de permettre la réalisation d'un dispositif de lévitation à aimants permanents associés au mobile et susceptibles de définir une position d'équilibre stable de lévitation. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que ledit ensemble à aimants permanents est associé audit mobile et présente deux surfaces polaires planes de polarités opposées sensiblement parallèles au plan défini par la direction longitudinale de la voie et par la direction de lévitation et que ladite armature, agencée en circuit magnétique, présente des surfaces d'entrefer s'étendant dans la direction de la voie et disposée en regard desdites surfaces polaires, la dimension de surfaces d'entrefer dans la direction de lévitation étant inférieure à la dimension correspondante des surfaces polaires de manière à engendrer une force de rappel dans le cas d'un décentrage des surfaces d'entrefer par rapport auxdites surfaces polaires suivant ladite direction de lévdta- tion. I1 ressortira plus clairement de l'exposé qui va suivre que tous les aimants sont associés au mobile et participent à la sustentation de ce dernier. Leur nombre et de ce fait le coût de l'installation sont relativement réduits, l'armature en l'occurrence la partie ferromagnétique de la voie étant elle-même de section réduite. Les positions de lévitation sont des positions d'équilibre stable, mais il convient de prévoir des guidages latéraux maintenant le mobile dans le plan médian. L'amplitude des forces de guidage latéral peut être limitée en assurant une précision de guidage suffisante. L'emploi d'armatures de faible épaisseur permet de disposer d'un gradient de force de rappel élevé limitant les amplitudes des mouvements de sustentation . La grande longueur des armatures constitue un trajet de retour à reluctance très faible qui supprime la nécessité de culasses de retour. On obtient des résultats encore meilleurs si l'on prend soin d'alterner la polarité des aimants dans la direction de la voigfiui joue alors directement le rôle de culasse de retour. Différentes configurations ou agencements peuvent, bien entendu. être réalisés en fonction des applications ou des particularités du dispositif de sustentation. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre de différents modes de mise en oeuvre donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés dans lesquels la figure 1, est une vue en perspective d'une maquette d'un dispositif de sustentation selon l'invention la figure2, est une coupe transversale du dispositif selon la figure 1 ; la figure 5, est une vue schématique en plan d'un agencement des aimants de sustentation du dispositif selon la figure 1 ;; la figure 't. est une vue analogue à celle de la figure 3 représentant une variante de réalisation selon l'invention les figures C et C sont des vues analogues res pectivement aux figures 2 et 4 d'une variante de réalisation à armature encadrée par une paire d'aimants permanents la ligure 7 analogue à la figure 2, montre un dispositif de sustentation à aimants permanents superposés ; la figure 8 montre un dispositif sustentateur perfectionné du type illustré par la figure 5. Sur les figures 1 à 3 une partie fixe d'un dispositif de sustentation comporte une paire de barreaux ou plaques ferromagnétiques 12, 14 qui s'étendent parallèlement et définissant une voie 10. notamment d'une installation de manutention ou de transport. Les barreaux 12, 14 sont solidarisés entre eux mécaniquement par tout moyen approprié, par exemple par des étriers échelonnés le long de a voie 10, lesquels ne contribuent pas à la sustentation selon l'invention. Dans l'exemple illustré par les figures précitées, les barreaux 1S, 14 sont flanqués de part et d'autre de barres 58, 30, 32. 34 qui forment des flasques 16, 18 reliés par des entretoises 21 de manière à constituer un ensemble fixe rigide réalisant une voie poutre 10.Les barres 28, 50, 32, 34 sont en un matériau non ferromagnétique et n'assurent qu'une fonction mécanique de liaison et de la manière décrite par la suite de guidage. Dans I'espace confiné entre les flasques latéraux 16. 18 de la voie 10 est susceptible de se déplacer un chariot 20 auouel est suspendu une charge pp schématiquement représente sur la figure 2 par un poids, mais pouvant être un véhicule ou un dispositif de support de charge d'un type quelconque. Le chariot 20 est énuiné de galets de guidage 24, 26, à axes verticaux susceptibles de coopérer avec les flasques latéraux 16, 18 de la voie pour maintenir le chariot dans le plan médian vertiaff de la voie 10. Le chariot 20 comporte un ensemble d'aimants permanents à faces polaires 36, 38, sensiblement parallèles et verticales disposées en regard respectivement des flasques 16, 18, notamment des surfaces frontales ou surfaces d'entrefer 40, 42, des barreaux 12. 14, constituant des armatures. L'ensemble à aimants permanents comporte dans l'exemple illustré par la figure 3, trois paires 44, 46, 48, d'aimants permanents échelonnés dans la direc- tion longitudinale de la voie 10 et espacés par des entretoises 50, 2, en un matériau non magnétique, notamment en aluminium.Chaque paire, 44. 46, 48, comporte deux aimants 54, 56, accolés avec interposition d'une cale ferromagnétique 58 l'ensemble étant agencé pour que les surfaces polaires des paires d'aimants 44, 46, 48, en regard de la surface d'entrefer 40 soient toutes de même polarité par exem ple Nord, les surfaces polaires opposées en regard de la surface d'entrefer 42 étant de polarité opposée, notamment Sud.L'écartement entre les surfaces d'entrefer 40, 42, est suffisant pour permettre un libre déplacement du chariot 20 le long de la voie 10, sans risque de contact ou de frottement des surfaces polaires 56, 38 et des surfaces d'entrefer 40, 42. Les paires d'aimants permanents sont avantageusement coiffées de part et d'autre de plaques ou cavaliers non magnétiques 60, 62, dont les bords font saillie des surfaces polaires 56, .38, pour venir en butée avec les barreaux 12, 14, des surfaces conjuguées rixes constituées par les tranches formant les surfaces d'entrefer 40, 42, des barreaux 12, 14, faisant saillie des flasques 16, 18, lors de débattements verticaux excessifs du chariot 20.Les paires d'aimants permanents 44, 46, 48, engendrent des champs magnétiques permanents d'orientation transversale dans l'entrefer indiquée sur la figure 3 par les flèches 64, 66, 68, qui se ferment par les armatures 12, 14 et l'air environnant. Le dispositif selon les figures 1 à 5 fonctionne de la manière suivante t plan transversal médian des paires d'aimants 44, 46, 48, constitue un plan de symétrie des lignes de force du champ magnétique engendré par les aimants et dans le cas d'un centrage du chariot 20 par rapport aux armatures 12, 14, qui 's'étendent dans le plan de sy 1'trie précité, les torves magnétiques s., exerçant entre les aimants et les armatures ne présentent pas de eomposantes verticales de sustentation ou de centrage du chariot 20. Les forces latérales d'attraction magnétique s'annulent si le véhicule 20 est disposé dans le plan médian vertical et de faibles écarts de cette position d'équilibre stable sont compeneds par les galets de guidage 24 26 venant au contact des flasques 16, 18, de la voie 10. Sous l'effet du poids du chariot 20 et de la charge 22 supportée, le chariot se déplace vers le bas, par exemple dans la poEition représentée à la figure 2.Les armatures 12, 14, sont disposées dans une zone de distribution spatiale du champ magnétique créant une force de rappel tendant à ramener le-chariot 20 dans la position de centrage parnp- port aux armatures 12, 14. Cette force de rappel croît avec l'ampli tude du déplacement vers le bas du système à aimants permanents et définit de ce faic des positions d'écuilibre stables appropriées à la charge sustentée.Dans le cas d'un mouvement vers le haut du cha- riot 2C, par exemple au cours d'oscillations ou sous l'effet de sollicitations exterres, le système aimants permanents engendre une force de rappel vers la position d'équilibre stable dirigée vers le bas oui s'ajoute aux forces de gravité. Les forces de sustentation magnétiques disponibles sont importantes et engendrées par un nombre limité d'aimants permanents associés au chariot 20. Les armatures 12, ih, se résument de simples plaques ou barreaux pouvant d'ailleurs participer à la rigidité mécanique de la poutre ou constituées des éléments de cette dernière. L'épaisseur des barreaux 12, 14, est avantageusement inférieure au tiers de la hauteur des surfaces polaires, des aimants permanents 54, 56, de matière à disposer d'un gradient de force important variant de zéro à la force maximale lors d'un déplacement en hauteur inférieure à la moitié de la hauteur des surfaces polaires. Des essais ont confirmé que la force magnétique disponible est sensiblement indépendante de l'épaisseur des armatures, cette dernière restant dans des limites prédéterminées. En se référant à la figure 4 qui illustre une variante de réalisation selon l'invention, on voit que les paires d'aimants permanents 44, 46 48, échelonnés suivant la direction longitudinale de la vcie, présentent des surfaces polaires de polarité alternée aux armatures 1? 1h Les lignes de force 70, du champ magnétique se referment par les armatures lp, 14, en s'entrelaçant ce aui permet de limiter les flux de fuite. La force de sustentation est ainsi accrue, la simplicité de la voie étant conservée ou même améliorée. Les figures C et 6 illustrent un autre mode de mise en oeuvre de l'invention dans lecuel la voie 10 en forme de T présente sa partie inférieure une barre ferromagnétique 72 encadrée de nart et d'autre nar des aimants permanents 7X, 7t;, de polarites onnosées. T barre 72 constitue l'armature de la paire d'aimante @@, @@ et est mécaniquement solidarisée à la partie complémentaire do la voie lfl aui est en un matériau non magrétique, par exemple en aluminium. Les aimants permanents 74, 76, sont solidaires d'une culasse 7, en forme de fer A cheval, laquelle est solidarisée d'une manière quelconque la charge 22. De la manière décrite en référence à la figure X et représentée à la figure 8,, il est avan tageux de prévoir au moins deux paires 80, 8S, d'aimants permanents échelonnés suivant la direction longitudinale de la voie dont les surfaces polaires sont entrelacées de manière à réaliser une fermeture des lignes de force du champ magnétique par la culasse 88 et les aimants disposées du côté opposé de l'armature 72. Le fonctionnement du dispositif selon les figures 5 et F est évidemment identique O celui décrit en référence aux figures précédentes, seule la position relative de l'armature et des aimants permanents ayant été modifiée. L'entrelacement des aimants est dans ce cas particulièrement avantageux car il permet de limiter le flux de fuite augmenté par l'espacement des différents aimants. Le nombre de paires d'aimants échelonnés en direction longitudinale de la voie peut bien entendu être augmenté er fonction de la charge à supporter, la seule limite étant la longueur de la partie mobile en ltoccurgence du chariot de sustentation. La force de sustentation peut être accrue par une superposition et une association d'une pluralité d'aimants permanents du ty De représenté à la figure p de la manière illustrée à la figure 7. A l'ensemble armatures 12, 14, et paires d'aimants permanents h4, 48. h8 est associé de part et d'autre des galets de guidage 24, 26 des ensembles identiques respectivement à armature 84, 86, et 88, 90 coopérant avec des groupes d'aimants permanents respectivement 92. 94. Les armatures 14, 86, 90 et 12, 84, 88, sont solidaires de la voie 10 en forme de poutre, par exemple en fer à cheval. La poutre peut être en un matériau ferromagnétique, mais ces parties de la poutre ne contribuent pas à la fermeture du flux magnétique et peuvent être en un matériau quelconque. D'autres agencements ou configurations opérantes peuvent être mis en oeuvre et à titre d'exemple la figure 8 montre un dispositif de sustentation perfectionné, du type selon la figure 5. Les faces polaires des aimants permanents 74, 7, op Dosées a' celles coopérant avec l'armature 72, coopèrent respectivement avec des armatures 96 98, analogues à 1'armature 92 et solidaires de la voie 10. La culasse 78 de liaison des aimants 74, 76, peut se limiter à une plaque inférieure et joue uniquement un rôle de liaison mécanique. L ensemble des réalisations précitées nécessite des organes de guidage latéraux, par exemple des galets 24, 26, lesquels peuvent néanmoins être remplacés par tout moyen équivalent, notamment par des systèmes de patins ou des pistes à coefficient de de frottement réduit éventuellement ménagés sur les surfaces d'entrefer des armatures ou par des guidages électromagnétiques. Le dispositif de sustentation selon l'invention-est particulièrement fiable et il implique les avantages de simplicité et de stabilité inhérents aux aimant permanents. Dans les exemples de mise en oeuvre préférés décrits ei-dessus, la charge est suspendue au chariot 20, mais l'agencement et le fonctionnement étant symétriques il est clair que le chariot peut soutenir la charge, la voie 10 étant dans ce cas une voie disposée au sol. L'invention est bien entendu nullement limitée aux modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits et représentes aux dessins annexés, mais elle s'détend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences mécaniques ou électriques. REVENDICATIONS. 1. Dispositif de lévitation d'un mobile susceptible de se déplacer le long d'une voie comprenant un ensemble à aimants permanents coopérant avec une armature ferromagnétique pour engendrer une force de lévitation caractérisé en ce que ledit ensemble à aimants permanents est associé audit mobile et présente deux surfaces polaires planes de polarités opposées sensiblement parallèles au plan défini par la direction longitudinale de la voie et par la direction de lévitation et que ladite armature, agencée, en circuit magnétique, présente des surfaces d'entrefer s'é- tendant dans la direction de la voie et disposées en regard desdites surfaces polaires, la dimension des surfaces d'entrefer dans la direction de lévitation étant inférieure à la dimension correspondante des surfaces polaires de manière à engendrer une force de rappel dans le cas d'un décentrage'des surfaces d'entrefer par rapport auxdites surfaces polaires suivant ladite direction de lévitation. p. Dispositif de lévitation selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la dite armature comporte deux barreaux qui encadrent latéralement ledit ensemble à aimants permanents et dont l'épaisseur suivant ladite direction de lévitation est inférieure au tiers de celle desdites surfaces polaires. 3. Dispositif de lévitation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite armature comporte un barreau dont les surfaces latérales sont chacune en regard d'une surface polaire dudit ensemble à aimants permanents. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédents, caractérisé en ce que ledit ensemble à aimants permanents comporte une pluralité d'aimants permanents échelonnés suivant ladite direction longitudinale de la voie et de polarités alternées. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'aimants permanents superposés suivant ladite direction de lévitation coopérant chacun avec une armature correspondante. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caraetSrisE en ce qu'il comporte des organes de guidage transversaux.