Brevet FR2208234A1 — publié le 19740621

L'invention, due à la collaboration de Monsieur C. DESTIN, est relative à un moteur linéaire à induction à indueteur polyphasé comprenant - un noyau magnétique denté de longueur appropriée, - un enroulement nolypnasé suscentible d'engendrer un champ magnétique glissant sur ledit noyau magnétique à au moins deux paire de pôles, - des encoches recevant à remplissage uniforme ledit enroulement constitué pour chaque phase d'au moins deux bobines elémentaires reliées électriquement en érie. Le brevet français i 1.586.098 fait connaître un moteur linéaire à induction du genre mentionné et plus particulièrement un bobinage d'inducteur permettant de réaliser des blocs modulaires de longueur équivalente à une paire de pôles, les conducteurs de l'enroulement étant répartis uniformément dans les encoches, dont toutes, y compris celles d'extrémité, sont remplies intégralement et de ce fait utilisées au maximum. Par l'association ou la juxtaposition de tels blocs modulaires on obtient des moteurs à plusieurs paires de pôles de puissance appropriée. A l'avantage du système modulaire et du remplissage intégral de toutes les encoches s'associe l'-emploi de bobines élémentaires identiques facilitant le bobinage et la réalisation du bloc inducteur du moteur. La discontinuité de l'inducteur est néanmoins à l'origine d'effets d'extrémité inhérents au moteur linéaire et dans le cas d'une jux- taposition de blocs modulaires il subsiste des effets d'extrémité dans la zone de jonction des deux blocs qui affectent le rendement du moteur. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient et de permettre la réalisation d'un inducteur conservant les avantages du bobinage précité, notamment du remplissage complet des encoches tout en atténuant ou en supprimant les effets d'extrémité intermédlaires. Le moteur linéaire selon l'invention est earacterisé par le fait que l'une desdits bobines élémentaires de l'une des ohases a l'un de ses côLés logé dans une encoche dudit noyau de l'une desdites paire de pôles, et l'autre de ses côtés dans une encoche de l'autre desdites navres de pôles, de manière à assurer un couplage entre lesdites paires de pôles et à réduire les effets d'extrémité apparaissant dans la zone de Jonction. Le circuit magnétique ne présente aucune solution de continuité entre les parties associées à chacune. des paires de pôles et la bobine, chevauchant la zone de jonction de ces deux paires, assure un couplage entre les enroulements de chacune de ces paires, limitant notablement les effets d'extrémité susceptibles d'apparaître dans cette zone. L'inducteur peut bien entendu comporter plusieurs paires de pôles successives et dans ce dernier cas une bobine de couplage chevauche chaque zone de jonction de paires de pôles adjacentes. Selon un développement de l'invention, l'enroulement comporte une bobine élémentaire à pas allongé, associée à. la bobine élémentaire de couplage et dont les côtés sont logés dans des encoches adjacentes de l'extrémité de l'inducteur, cette bobine allongée chevauchant également la zone de jonction des deux paires de pôles. La bobine à pas allongé présente des têtes de bobine de grande longueur et elle peut éventuellement être remplacée, notamment dans le cas d'inducteurs de grande longueur par une paire de bobines indépendantes, par exemple du type Gramme, connectées électriquement en série. Un autre but de la présente invention est de permettre la réalisation d'un moteur linéaire à deux vitesses. Les problèmes de variation de vitesse d'un moteur à induction sont bien connus et le changement du pas polaire par modification des connexions des bobines constitue une solution partielle à ce problème, notamment dans le cas de moteurs de traction de véhicules à grande vitesse, qui peuvent démarrer avec un couplage approprié, le passage en grande vitesse ne se faisant qu'après la période de démarrage du véhicule. Selon un développement de l'invention, des moyens d'interversion des connexions des entrées et sorties de différentes bobines permettent de faire parcourir en une première position les côtés adjacents des bobines d'une meme phase par des courants opposés et à engendrer ainsi lesdites deux paires de pôles sur ledit noyau magnétique et en une deuxième position à faire parcourir par un courant de même sens des paires desdits côtés adjacents et par des courants opposés lesdites paires successives pour engendrer une paire de pôles et une vitesse de glissement double dudit champ glissant. il ressortira plus clairement de l'exposé qui va suivre que le bobinage, selon l'invention, se prête particulièrement à un tel chargement de pas polaire. Suivant un mode de mise en oeuvre les connexions d'entrée du réseau d'alimentation sont conservées et l'interversion des connexions est assurée par un contacteur à six bornes. Les différentes phases peuvent évidemment être couplées de la manière usuelle en triangle ou en. étoile, de ma- nière à bénéficier d'un moyen additionnel de réglage par modulation de la tension appliquée aux difPérentes bobines élémentaires. Selon un autre dévelopDement de l'invention, le fonctionnement du moteur à deux vitesses est amélioré par l'emploi d'un enroulement à deux étages dans chaque encoche, l'enroulement de ltétage supérieur étant identique à celui de l'étage inférieur, mais décalé d'une ou plusieurs encoches de manière à loger dans une même encoche un conducteur d'une phase à l'étage inférieur et à l'étage supérieur un conducteur de la phase suivante. Les deux enroulements sont électriquement connectés en série et leur excitation simultanée permet de réduire l'lnfluence des harmoniques 5 et 7 par un mélange des phases. Un effet similaire de réduction des harmoniques 5 et 7 peut être obtenu dans le cas d'un moteur linéaire à double face par l'emploi de deux inducteurs, chacun pourvu d'un enroulement du type sus-mentionné à un seul conducteur par encoche, les deux inducteurs étant décalés dans la direction de déplacement du champ d'une distance correspondant à une encoche et une dent. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre de différents modes de mise en oeuvre de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 montre un schéma de bobinage d'un moteur linéaire triphasé selon l'invention à douze encoches et à connexion des enroulements engendrant deux paires de pôles; la figure 2 est une courbe représentative de la polarité résultant de la phase 1 du bobinage selon la figure 1; les figures X et h sont des vues analogues aux figures 1 et 2, montrant le mme bobinage avec une interconnexion faisant apparaître une paire de pôles; la figure 5 est une vue en coupe du circuit magnétique montrant la répartition des côtés des bobines dans les différentes encoches; ; la figure 6 est un schéma électrique d'un contacteur modifiant l'interconnexion des enroulements pour les deux polarités; la figure 7 est une vue analogue à celle de la figure 1, d'un enroulement à deux étages selon une variante de l'invention; la figure 8 est un schéma électrique de connexion des enroulements selon la figure 7, pour une polarité correspondante à la petite vitesse du moteur; la figure 9 est une vue analogue à celle de la figure 8, montrant la connexion pour la grande vitesse du moteur; la figure 10 est une vue analogue à celle de la figure 5, du bobinage à deux étages, selon la figure 7; la figure 11 illustre une variante de réalisation d'un moteur à double face à inducteurs décalés. Sur les figures 1 à 5, un inducteur, désigné par le repère général 10, comporte un circuit magnétique 12 pourvu de douze encoches 14, numérotées de I à XII, dans lesquelles sont logés les conducteurs d'un enroulement triphasé 16 susceptible d'engendrer un champ magnétique glissant d'une manière bien connue en soi. Dans l'exemple représenté sur la figure, l'enroulement est triphasé et comporte une encoche par pôle et par phase, mais il est bien entendu qu'il pourrait comporter un nombre quelconque n d'encoches par pôle et par phase et un nombre différent de phases. L'inducteur 10 coopère de la manière usuelle avec un induit (non représenté) pouvant être constitué par une simple plaque conductrice. Les conducteurs des trois phases de ltenroulement 16 sont représentés sur les figures respectivement en traits continus, discontinus et mixtes, et les éléments associés à ces différentes phases portent respectivement les repères ou indices 1, 2 et 3. La phase 1 comporte une première bobine élémentaire diamétrale, dont les côtés sont logés respectivement dans les encoches I et IV et une deuxième bobine élémentaire diamétrale à c8- tés logés dans les encoches VII et X. Les entrées et sorties et les côtés correspondants des deux bobines élémentaires de la phase 1 sont repérés sur la figure respectivement par les repères ElaSla pour la première bobine et E' la et 5la pour la deuxième bobine. Ces entrées et sorties sont connectées, de la manière qui sera décrite par la suite, à des bornes d'un contacteur permettant des connexions appropriées. Dans le schéma de la figure 1, les deux bobines élémentaires de la phase 1 sont connectées électriquement en série en reliant la sortie Sla de la première bobine à l'entrée E'îa de la deuxième bobine. La phase 7 comporte d'une manière similaire à celle de la phase 1 deux bobines élémentaires, en l'occurrence une première bobine à entrée FXa et sortie S3a et à côté logés dans les encoches IX et XII et une deuxième bobine E'3a, S'3a, à côtés lo- gés dans les encoches ITI et VI. Tues deux bobines sont connectées en série par un conducteur reliant la sortie 5a à l'entrée E' La phase 2 comporte une bobine élémentaire à pas diamétral d'entrée E2a et de sortie S2a, dont les côtés ont logés dans les encoches V et VIII.Une deuxième bobine élémentaire de la phase 2 à entrée et sortie E'2a et :' 2a présente Ü pas allongé, ses côtés étant logés dans les encoches t et XI. Les deux bobines élémentaires de la phase ? sont également connectées électrique ment en série par un conducteur reliant la sortie S2a à l'entrée P 2a- Les trois phases d'une source d'alimentation en courant triphasé (non représentée) sont reliées aux ertrées E1a, E2a, de l'enroulement 16 et dans le cas d'un couplage en étoile on 3a relie les sorties S'la, S'2a ' 2a et S'3a entre elles, mais il est bien entendu qu'on peut obtenir un couplage en triangle en reliant la sortie S'la à l'entréeE2a, la sortie S'2a à l'entrée Ea et la sortie S'ha à l'entrée E1a. Le sens de parcours du courar.t à un instant donné est représenté par des flèches sur la figure 1, et la polarité magnétique correspondante de la phase 1 est représentée schématiquement à la figure 2. Dans le schéma de connexion selon la figure 1, inducteur 10 présente deux paires de pôles et le champ magnétique glissant se déplace sur toute la longueur de l'inducteur en deux périodes du courant alternatif. Cette vitesse de déplacement est appelée par la suite petite vitesse. I1 convient de noter que la continuité du circuit magnétique est assurée sur toute la longueur de l'inducteur 10 et que les bobines élémentaires de la phase 2 assurent une continuité du flux magnétique atténuant ou annulant tout effet d'extrémité intermédiaire. te moteur, selon la présente invention, présente de ce fait des Derformances supérieures à celles obtenues par la simple Juxtaposition de deux inducteurs modulaires du type décrit dans le brevet français précité san faire appel à un bobinage compliqué. Un avantage essentiel du moteur selon la Drésente invention est de se prêter à un changement du pas polaire par unemodification simple des connexions entre les différentes bobines élémentares. La figure 3 montre, à titre d'exemple, un mode de connexion permettant de doubler le pas polaire et de ce fait la vitesse de déplacement du champ glissant. En se référant plus parti culièrement à cette figure on voit que les entrées Pela, E2a, E 3a restent reliées au réseau d'alimentation triphasé tandis que la mise en série des demi-phases est intervertie en reliant les bornes S1a à S'la; S2a à S'2a ; S3a à S'3a.Dans le cas d'un couplage en étoile on relie électriquement E lass E 2a et E' La figure 4 mon- 3a' tre la polarité magnétique résultant de la phase 1 qui fait apparature une paire de pôles sur le noyau magnétique. Le changement de polarité s'effectue sans aucun décalage de bobines et sans modification de la connexion de l'enrou- lement à la source de courant, l'interversion de la mise en série des demi-phases pouvant, par exemple, être effectuée par un contacteur du type illustré par la figure 6. Le changement de polarité peut être obtenu de la manière usuelle en alimentant, ourla grande vitesse, les bobines par le milieu-des phases. Des essais du moteur à double polarité selon l'invention, ont montré l'influence de l'harmonique 5 sur les performances du moteur et selon un développement de l'invention, illustré par les figures 7 à 10, le bobinage de l'inducteur 10 est réalisé en deux étages pour obtenir un mélange de phases. L'étage inférieur correspond exactement au bobinage de la figure 1, représentés en traits épais et les mêmes numéros et lettre de repères ont été utilisés pour désigner des éléments identiques. Le bobinage de l'éta- ge supérieur, représenté en traits fins sur la figure 7, et dont les entrées et sorties sont affectées du repère b, est de même conformation que celui de liétage inférieur mais décalé d'une encoche, de manière à loger dans une même encoche, par exemple l'encoche I, le côté Ela à l'étage inférieur et le côté SDb à l'étage supérieur. Les bobines de chaque phase des étages supérieur et inférieur sont connectées en série et selon le sens de connexion des demi-phases permettent d'obtenir la petite ou grande vitesse du moteur. Les connexions respectives, illustrées par les figures 8 et 9, sont résumées dans le tableau suivant Couplage petite vitesse Alimentation : points E1a, E2a, E3a Mise en série phase 1 : s1a, E'1a;S'1a, E1b;S1b,E'1b; phase 2 : S2a, E' 2a; S' 2a, E2b; S2b' E phase 3 : S3a, E' 3a; ; S'3a, E3b; S3b, E'3b; Points étoile : S'1b, S'2b, S'3b; Liaisons triangle : 51lb' E2a; S'2b, E3a; S'3b, E1a; Couplage grande vitesse Alimentation : la' E2a Da; Mise en série phase I :S1a S'1a; E'1a' Elb; S1b' S' 1b; phase 2 : S2a, S'2a; E' 2a' E2b; S2b, S'2b; phase 3 : SDa, S3a; E' 3a EDb; S3b, S'3b; Points étoiles : E' lb' E 2b' E'3b; Liaisons triangle : E' 1b, E2a; E'2b, E3a; E'3b, Ela Il est clair que le changement de polarité peut également être opéré en reliant le réseau au milieu des phases pour obtenir la grande vitesse de déplacement. L'atténuation des effets d'harmonique peut bien entendu être réalisée d'une manière différente, notamment dans un moteur linéaire à double face par un décalage des inducteurs de la manière illustrée par la figure 11. Le moteur, montré à la figure 11, comporte deux inducteurs 20, 22 se faisant face et coopérant avec un induit 18 s'étendant dans l'entrefer ménagé entre les inducteurs 20 et 22. Les deux inducteurs 20, 22 sont identiques entre eux et à l'inducteur 10 selon les figures 1 à 5. L'inducteur 22 est décalé dans la direction de cheminement du champ glissant par rapport à l'inducteur 20 d'une distance correspondant à une encoche, de manière à mettre en face l'encoche I de l'inducteur 22 et l'encoche II de l'inducteur 20 et ainsi de suite. L'effet sur le champ magnétique est bien entendu identique à la superposition de deux conducteurs de phase différente dans une même encoche de la manière décrite en référence à la figure 7. Pour faciliter la compréhension de l'exposé, ce dernier a été limité à un moteur à une encoche par pôle et par phase et à deux paires de pôles pouvant être commutées à une seule paire de pôles 11, mais il est bien entendu que l'invention est applicable à des moteur à plusieurs encoches par pôle et par phase et à des moteurs à pôles multiples. REVENDICATIONS 1. Moteur linéaire à induction à inducteur polyphasé comprenant - un noyau magnétique denté de longueur appropriée, - un enroulement polyphasé susceptible d'engendrer un champ magnétique glissant sur ledit noyau magnétique à au moins deux paires de pôles, - des encoches recevant à remplissage uniforme ledit enroulement, constitué pour chaque phase d'au moins deux bobines élémentaires reliées électriquement en série, caractérisé par le fait que l'une desdites bobines élémentaires de l'une des phases a l'un de ses côtés logé dans une encoche dudit noyau de l'une desdites paires de pôles, et l'autre de ses côtés dans une encoche de l'autre desdites paires de pôles, de manière à assurer un couplage entre lesdites paires de pôles et à réduire les effets d'extrémité apparaissant dans la zone de jonction. 2. Moteur linéaire à induction selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte de plus une bobine élémentaire à pas allongé, associé à la bobine élémentaire de couplage et dont les côtés respectifs appartiennent également à des paires de pôles différentes, chaque côté étant logé dans une encoche correspondante adjacente de l'extrémité de l'inducteur. 3. Moteur linéaire à induction selon la revendication 1 ou 2, comprenant p paires de pôles, m phases et n encoches par pôle et par phase, caractérisé par le fait que l'un des côtés de ladite bobine de couplage est logé dans le ou les encoches de rang 2 m n - 1 et suivants, le côté associé dans le ou les encoches de rang 3 m n - 1 et suivants, la bobine à pas allongé ayant ses côtés respectivement dans le ou les encoches de rang m n - 1 et 4 m n - 1 et suivants. 4. Moteur linéaire à induction selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les conducteurs actifs, complémen aires de ladite bobine de couplage et logés dans les encoches d'extrémité du noyau magnétique appartiennent chacun à une bobine individuelle. 5. Moteur linéaire à induction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les bobines élémentaires des autres phases sont à pas diamétral et chacune associée à l'une desdites paires de pôles. 6. Moteur linéaire à induction selon l'une quel conque des revendications 1 à 5 à double polarité, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens d'interversion des connexions des entrées et sorties des différentes bobines, élémentaires de façon à faire parcourir en une première position desdits moyens, les côtés adjacents des bobines d'une même phase par des courants opposés et à engendrer ainsi lesdites deux paires de pôles sur le- dit noyau magnétique et en une deuxième position à faire parcourir par un courant de mêe sens des paires desdits côtés adjacents et par des courants opposés lesdites paires successives pour engendrer une paire de pôles et une vitesse de glissement double dudit champ glissant. 7. Moteur linéaire à double face et à double polarité selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte deux desdits inducteurs à n encoches par pôle et par phase se faisant face, lesdits inducteurs étant décalés dans la direction de glissement du champ magnétique de n encoches, l'un par rapport à l'autre, de manière à atténuer les effets indésirables d 'harmoniques. 8. Moteur linéaire selon la revendication 6, à n encoches par pôle et par phase, caractérisé par le fait qu'il comporte deux enroulements identiques disposés en deux étages dans lesdites encoches avec un décalage l'un par rapport à l'autre de n encoches.