Brevet FR2271968A1 — publié le 19751219

La présente invention concerne un rail de réaction comportant des boucles agencees les unes à la suite des autres dans la direction du déplacement, pour guider magnétiquement un véhicule selon le principe de la répulsion électrodynamique. Pour le guidage latéral et la sustentation électrodynamique, sans contact, de véhicules à grande vitesse, en particulier à vitesse supérieure à 400 km/h, on peut utiliser des boucles magnétiques supraconductrices qui sont fixées, par exemple, sur le véhicule et sont alors appelées "boucles de véhicule". Ces boucles de véhicule produisent, dans des éléments de réaction du genre rail qui sont en une matière conductrice de l'électricité et généralement non magnétique, des courants tourbillonnaires dont la force magnétique antagoniste sert à soulever le véhicule ou à le stabiliser latéralement. C'est pour cela que ces rails de réaction sont aussi appelés "boucles de soulèvement ou "boucles stabilisatrices". Pour réaliser un tel guidage électrodynamique d'un véhicule, on connart déjà, comme configuration possible de champ magnétique, un système dit à flux normal (voir brevet U.S. 3 589 300). Dans cette forme de réalisation, un champ magnétique engendré par une bobine parcourue par du courant et montée sur le dessous d'un véhicule, est déplacé au-dessus d'un rail non magnétique de réaction. Le champ magnétique induit alors dans le rail des courants tourbillonnaires qui, pour leur part, engendrent un champ magnétique opposé au champ excitateur. Sous l'effet de ces champs magnétiques, les bobines magnétiques liées au véhicule subissent une force répulsive qui les écarte du rail de réaction. Une autre forme de réalisation d'un système électrodynamique de guidage et sustentation est décrite par exemple dans la publication périodique "Journal of Applied Physica11, vol. 43 (1972), pages Dans leur plan de symétrie commun, une zone est créée dans laquelle l'induction magnétique en direction de l'épaisseur du rail est minimale, éventuellement nulle. C'est pourquoi ce plan de symétrie est également appelé "zone de flux nul", la forme de réalisation correspondante d'un système eleatrodynamîque ce guidage et sustentation étant appelée "système à flux nul". Ce n'est que lorsque le véhicule, espar conséquent les deux boucles de véhicule, s'écartent de leur position de symétrie par rapport au rail que celui-ci est traversé par flux accru, tel qu'une force de rappel est engendrée en direction de la position de flux nul. Les rails de réaction pour systèmes électrodynamiques de guidage n'ont en général pas besoin d'etre réalisés sous la forme de plaques pleines allongées dans la direction au ouvement du véhicule. Bien au contraire, ils peuvent aussi consister en boucles de rail individuelles disposes les unes à la suite des autres dans la direction du déplacement et court-air- cuitées. Alors, si par exemple, au-dessus d'une telle boucle de rail ayant une forme rectangulaire, on déplace arallèlement, dans la direction de sa longueur, une boucle de véhicule ayant par exemple même forme géométrique, il y a, ors de l'entrée ou engagement dans la zone spatiale délimitée par la boucle de rail, induction dans celle-ci d'une tension approximativement constante, jusqu'à ce que les boucles de véhicule et de rail se trouvent superposées.Lors de la sortie, une tension de mtme valeur, mais négative, est induite dans la boucle de rail. Si l'impédance de la boucle de rail court-circuitée était une résistance pure, l'évolution du courant de rail au cours du temps serait -alors, comme on le sait, identique à celle de la tension.Alors , il s'ensuivrait que là force entre boucles de véhicule et de rail, cette force dépendant du courant dans la boucle de rail, serait positive et par conséquent répulsive lors de l'entrée", mais serait par contre attractive lors de la "sortie1,. La valeur absolue du courant serait la meme à chaque fois, c'est-å-dire que la valeur moyenne de cette force dans le temps serait également nulle pour la traversée de cette zone spatiale délimitée par la surface de la boucle de rail.Toutefois, comme la variation du courant dans le temps est retardée, par suite de la résistance et de l'inductance de la boucle en court-circuit, il en résulte que la valeur moyenne du courant dans la boucle de rail est néanmoins positive.Il en est alors également de meme pour la force répulsive qui prend une valeur moyenne positive. C'est cette force dont la moyenne dans le temps n'est pas nulle qui est utilisée comme force de soulèvement ou de stabilisation latérale d'un véhicule dans les systèmes connus de guidage électrodynamique. La présente invention a pour but d'accroître cette valeur moyenne positive de la force de répulsion. Selon l'inven- tion, ce résultat est atteint, avec un rail de réaction du type mentionné au début, par le fait quau moins un redresseur est agencé dans chacun des circuits électriques des boucles de rail. Les avantages atteints par l'invention consistent en particulier en ceci que, pour un sens de montage donné des redresseurs dans les boucles de rail, le courant dans celles-ci ne peut s'écouler que dans une direction positive, la partie négative du courant étant bloquée. Ainsi, la composante négative de la force partant des boucles de rail et dirigée sur la bobine magnétique correspondante disparate, et la moyenne de cette farce dans le temps s'en trouve donc accrue. De plus les pertes ohmiques qui auraient été engendrées dans les boucles de rail par la partie négative du courant-sont supprimées. Les~pertes par freinage des systèmes électrodynamiques s'en trouvent donc réduites. Dans une forme perfectionnée de réalisation du rail de réaction selon l'invention, ses boucles peuvent comporter chacune plusieurs spires branchées en série et disposées parallèlement . En particulier, le nombre de spires de chaque boucle de rail peut être adapté aux caractéristiques électriques du redresseur qui lui-est associé. Le nombre de spires peut alors être avantageusement choisi de façon qu'il n'y ait dans les circuits ni courant trop élevé susceptible de surcharger le redresseur, ni tension excessive capable de provoquer un amorçage de redresseur dans le sens du blocage. L'invention est appliquée plus en détail ci-après en se reportant au dessin annexé sur lequel la figure 1 est un diagramme montrant l'évolution du courant dans une boucle d'un rail de réaction connu, cette évolution étant représentée en fonction d'un aimant déplacé audessus de cette boucle; et - la figure 2 représente schématiquement un aimantavec un rail de réaction selon l'invention. Pour la figure 1, à titre d'exemple de réalisation, on a adopté comme base des calculs un système à flux normal dans lequel un aimant supraconducteur rectangulaire parcouru par du courant, cet aimant faisant office de boucle de véhicule et ayant une longueur de 2 m et une largeur de 0,5 m, est déplacé parallèlement au-dessus d'une boucle de rail (cette boucle étant en court-circuit) dont les dimensions géométriques sont identiques. Par hypothèse, la vitesse relative v entre boucles de véhicule et de rail est v . 25 m/s, et la constante de temps T de la boucle de rail est 8 - L:R 1 50 ms , L étant l'inductance et R la résistance du circuit de la boucle de rail. Pour la boucle de véhicule, dont la longueur est grande par rapport à sa largeur, on peut admettre que l'induction magnétique produite par son champ magnétique est approximativement constante à une distance pas trop importante du plan de la boucle de rail, et cela sur toute la longueur de la boucle de véhicule, et que l'induction décrort relativement vite en avant et en arrière de la boucle de véhicule.Alors, si la boucle de véhicule se déplace parallèlement à la boucle de rail, dans le sens de la longueur et avec une vitesse constante v, le flux magnétique croît de façon pratiquement linéaire dans la boucle de rail lors de "l'entrée", c'est-à-dire dès que la zone spatiale de champ sensiblement homogène de la boucle de véhicule entre dans la surface de la boucle de rail, cette croissance pratiquement linéaire se poursuivant jusqu'à ce que toute la surface de la boucle de véhicule se trouve au-dessus de la surface de la bouclé de rail. La tension induite est donc pendant ce temps constante et, par exemple, positive.Toutefois, si la boucle de rail est plus courte que la boucle de véhicule, le flux reste ensuite constant pendant un certain temps, de sorte que la tension retombe à zéro dès que la boucle de rail est complètement recouverte par la zone spatiale délimitée par la surface de la boucle de véhicule et que cette boucle de rail, alors qu'elle est dans cette zone, voit le bord de ladite zone se rapprocher. Le mouvement de la boucle de véhicule se poursuivant, il se produit alors la "sortie" de la boucle de rail, c'est-à-dire son dégagement de la zone spatiale du champ homogène de la boucle de véhicule. I1 en résulte alors une tension constante mais, cette fois-ci, négative. lie diagramme de la figure 1 représente, en fonction de la position d'une boucle de véhicule déplacée au-dessus d'une boucle de rail, l'évolution correspondante du courant dans cette dernière boucle qui est en court-circuit. Sur l'axe des abscisses, cette position (de la boucle de véhicule) est repérée par des valeurs de la grandeur sans dimensions t. v/l, t étant le temps et v/l l'inverse du temps qu'il faut à la boucle de véhicule pour parcourir à la vitesse v une distance 1 égale à la longueur de la boucle de rail. Sur l'axe des ordonnées, le courant i5 dans la boucle de rail est porté en unités relatives. Comme on le sait, sa valeur absolue dépend des caractéristiques électriques et géométriques des boucles de rail et de véhicule, ainsi que de leur vitesse relative v. A l'abscisse 0, l'extrémité avant de la boucle de véhicule pénètre justement dans la zone spatiale se trouvant au droit et au-dessus de la surface de la boucle de rail,et la phase dite d'entrée commence donc Dans la position 1, les surfaces des boucles de véhicule et de rail sont justement superposées selon la verticale, c'est-à-dire que la phase d'entrée est terminée. Dans la position désignée par 2, le dégagement hors de 11 espace délimité par la surface de la boucle de rail est terminé. Dans la position 3, la distance entre les boucles de véhicule et de rail, mesurée dans la direction du déplacement, est égale à une unité de longueur 1. Au cours de cette phase, le courant dans la boucle de rail décrit encore exponentiellement. En examinant le diagramme, on voit que l'évolution du courant au cours du temps est retardée par suite de l'inductance et de la résistance de la boucle de rail court-circuitée. La valeur moyenne du courant au cours du temps, mesurée entre les positions 0 et 2 de la boucle de véhicule, est meme positive. Il lui correspond donc aussi une force de répulsion dont la valeur moyenne est positive. Cette force constitue la force de guidage électrodynamique pour un système de sustentation. Seules les deux portions de surface désignées par F1 et B2 sur le diagramme et comprises entre la courbe du courant et l'axe des abscisses sont responsables de cette force de guidage. L'examen du diagramme de la figure montre que la surface F1 comprise entre la partie positive de la courbe et l'axe des abscisses est plus grande que la surface F2 incluse entre l'axe des abscisses et la partie de courbe négative allant jusqu'à la position 2 de la boucle de véhicule.Ainsi, la valeur moyenne de l'ensemble de ces deux surfaces est positive. La courbe négative du courant pour une position de la boucle de vénicule située après la sortie de l'espace délimité par la boucle de rail détermine sur le diagramme, avec l'abscisse, une surface F3 , Cette partie du courant ne contribue pas à la force de guidage du système électrodynamique et ne provoque que des pertes par freinage. Selon l'invention, la partie négative du courant peut être supprimée en branchant en série avec la boucle de rail un redresseur, par exemple une diode. Ainsi, la partie nés gative de la force de levage disparaît, et sa valeur moyenne dans le temps augmente de façon corresponcante. Comme les pertes ohmiques provoquées dans la boucle de rail par la partie néga- tive du courant disparaissent, il en résulte que la forme de freinage exercée sur la boucle de véhicule est elle aussi réduite. Dans la forme de réalisation d'un système électrodynamique à flux normal représentée sur la figure 2, un champ magnétique approximativement homogène, engendré par une boucle de véhicule parcourue par du courant passe par un rail de réaction comportant des boucles métalliques faites d'une matière conductrice de l'électricité et non magnétique. La boucle de véhicule désignée par la référence 2 est constituée par une boucle supraconductrice rectangulaire de longueur 1F et de largeur bF . Elle est déplacée avec une vitesse v parallèlement à - et au-dessus de - la surface des boucles que comporte le rail de réaction et est parcourue par un courant iF . Parmi les boucles de rail qui sont de même dimension et sont agencées les unes à la suite des autres dans la direction du déplacement, deux sont représentées sur la figure (références 3 et 4) par leurs circuits fermés correspondants. La largeur des boucles de rail 3 et 4 est désignée par b8 et leur longueur par 1S l La boucle 2 de véhicule et chaque boucle de rail 3 ou 4 ont des dimensions géométriques identiques. Les courants i83 et is4 s'établissant dans les circuits des boucles respectives 3 et 4 ne peuvent constamment s'écouler que dans un seul sens, puisque, selon l'invention, un redresseur 6, 7 (par exemple une diode redresseuse) est agencé dans chacun de leurs circuits, par exemple sur les côtés longitudinaux des boucles des rails. Des flèches indiquent le sens du courant dans les boucles de rail Dans la position où la boucle de véhicule 2 est représentée, le courant 153 dans la boucle de rail 3 s'écoulerait dans le sens inverse si le redresseur 6 ne sty opposait pas. C'est pourquoi on a indiqué i53 = Q sur la figure. Le seul sens d'écoulement possible du courant 183 circulant dans la boucle de rail 3 lors de l'entrée de la boucle de véhicule 2 dans ltespace délimité par la boucle de rail est désigné par une flèche en trait discontinu. Si les boucles de rail ne sont pas géométriquement identiques à la bobine magnétique de la boucle de véhicule, ctest-à-dire si bF est différent de b8 et/ou si 1 est différent de 1S , l'évolution au cours du temps de la tension induite dans la boucle de rail est, comme on le sait, quelque peu différente. Néanmoins, un redresseur dans les boucles de rail augmente encore dans ce cas la valeur moyenne des forces électrodynamiques de répulsion exercées sur une boucle de véhicule. Dans l'exemple de réalisation décrit, on a choisi un système de rail et d'aimant constituant un système électrodynamique à flux normal. Pour d'autres systèmes électrodynamiques de sustentation, les conditions sont transposables de fa çon analogue. Le rail de réaction selon l'invention peut, avec des systèmes magnétiques, ne pas servir seulement à produire des forces de sustentation. On peut aussi produire des forces de guidage ayant un effet de stabilisation latérale en recourant à des agencements correspondants de tels rails de réaction et systèmes magnétiques sur les véhicules lies systèmes magnétiques de sustentation et guidage latéral peuvent en outre être combinés entre eux. Des systèmes correspondants d'aimant et de rail combinés sont connus par exemple par les brevets 2 160 666 et 2 160 680 en RFA. R E V E N D I C A T I O N S 1. Rail de réaction comportant des boucles de rail agencées les unes à la suite des autres dans la direction du déplacement, pour guider magnétiquement un véhicule selon le principe de la répulsion électrodynamique, caractérisé par le fait qu'au moins un redresseur est agencé dans le circuit électrique de chaque boucle de rail 2. Rail de réaction selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le redresseur est constitué par une diode. 3. Rail de réaction selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les redresseurs sont agencés sur les côtés longitudinaux des boucles de rail 4 Rail de réaction selon lune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les boucles de rail comportent chacune plusieurs spires branchées en série et disposées parallèlement0 5. Rail de réaction selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le nombre de spires de chaque boucle de rail est adapté à chaque fois aux caractéristiques électriques du redresseur qui lui est affecté.