Brevet FR2475471A1 — publié le 19810814

L'invention concerne un train à sustentation magné- tique à technique électromagnétique de sustentation, de guidage et d'entratnement, dans lequel les forces des aimants d'excitation et des aimants à flux transversal, en coopération avec la partie moteur active, pertent, guident, entratnent et freinent, grice au réglage des intervalles dientrefer par rapport aux rails de réaction côté voie, mesurés par des détecteurs d'entrefer, et dans lequel les aimants sont montés dans un chtssis de susten- tation par l'intermédiaire de ressortsde telle sorte qu'aussi bien les aimants porteurs et de guidage que les aimants porteurs des deux côtés longitudinaux du véhicule sont désaccouplés fonctionnellement et que les chissis de sustentation sont couplés à la structure du véhicule par l'intermédiaire de ressorts. Un tel train à sustentation magnétique est connu d'après les "Rapports techniques de Thyssen 1/79wet d'après le brevet DE 26 26 439. Avec la suspension connue il est nécessaire d'avoir, sur la ehis- sis de sustentation, ou sur le véhicule, une rigidité et une précision élevées des dispositifs de direction des cadres des châssis de sustentation ou de la structure du véhicule, et une rigidité relativement élevée de la sus- pension élastique des aimants peur assurer la stabilité statique par rapport à l'axe de tangage des aimants, ainsi qu'un guidage parallèle suffisamment précis des aimants individuels par rapport au chissis de sustentation ou au véhicule. Les fréquences propres de la suspension des aimants résultant de cette rigidité élevée ont peur conséquence, surtout dans le cas de perturbations surve- nant pendant la marche, de grandes variations d'entrefer, c'est-à-dire des sollicitations dynamiques élevées subies par les aimants. Dans le cas de désexcitation des aimants, lors de la pose du véhicule ou de la défaillance de plu- sieurs ou de tous les aimants successifs d'un chissis de sustentation ou d'un véhicule, il est connu de placer sur le véhicule ou sur les chissis de sustentation des patins de glissement ou de pose qui permettent de poser la charge sur la surface de la voie. On utilise dans ce Cas des patins de glissement montés sur ressorts afin d'atténuer les charges des impacts sur le rail et sur le véhicule lors de la pose, d'assurer un déroulement stable de la phase de glissement et au moins de ne pas transmettre totalement au chissis de sustentation ou au véhicule les perturbations à haute fréquence de la phase de glissement. Il faut compter avec dem hauteurs de chute de 10 à 20 um, et lors du soulèvement du véhicule, avec des entrefers dtemjants de 30 k 40 mm en raison du rebondissement de la suspension élastique des aimants individuels lors de la désexcitation de ceux-ci. Ceci veut dire que les opéra- tiens de soulèvement et les processus de pose réglés augmentent dans des proportions indésirables le dimension- nement des aimants, la puissance de portance et de gui- dage à installer ainsi que la protection individuelle, par des fusibles appropriés, des alimentations en courant des aimants. Il se produit, lors de la chute du véhicule, à des emplacements discrets, des charges d'impact dyna- niques dans le véhicule et dans la voie, en fonction du nombre des patins de glissement, lesquelles charges sont deux à trois fois plus grandes que les forces de portan- ce et de guidage uniformément réparties en fonctionne- ment normal. Le dimensionnement correspondant de la voie et du véhicule, surtout dans le sens vertical et dans le sens de la marche, ont une incidence particulièrement importante sur les co te de l'ensemble du système. Peur améliorer le comportement en cas de défaillance des aimants individuels, on connait les dispositions suivantes s surdimensionnement correspondant des aimants individuels, commande active de la contrainte de la sus- pension élastique des aimants et plus grande rigidité de la suspension des aimants et des cadres de châssis de sustentation. Si on renonce à surdimensionner les aimants individuels et qu'on se rabatte sur la commande active, il est nécessaire de prévoir des dispositifs de réglage, de commande et de commutation relativement complexes dans les deux plans de la suspension élastique, en raison du grand nombre d'aimants. Si l'on veut éviter ces diffi- cultés, on est obligé d'accepter, d'après l'état de la technique, une plus grande rigidité de la suspension des aimants et une grande dimension nominale des entrefers des aimants. Ceci veut dire une détérioration accrue du bilan de poids et du comportement en fonctionnement du système et un accroissement des coets d'investissements pour la voie. Les suspensions élastiques des caisses des wagons doivent également tre dimensionnées en proportion. En partant de cet état de la technique, le but de l'invention est de développer un train à sustentation magnétique, dans lequel, méme en cas de défaillance de plusieurs aimants, ou de tous, on conserve une transmis- sion uniforme des forces de guidage et de portance répar- ties sur toute la longueur du véhicule, et dans lequel, sans exigences de grande précision pour la voie, en puisse avoir de petits intervalles, ou entrefers, peur les aimants porteurs et les aimants de guidage, miue en virage, et qu'ainsi les différents éléments structuraux du véhicule et de la voie puissent 4tre de petites di- mensions. Ce but est atteint conformément à l'invention, dans un train à sustentation magnétique du type précité, par le fait que s a) chaque aimant comporte quatre bobines, au davantage, b) les longueurs de bobines des aimante à flux transver- sal sont choisies de telle sorte qu'à l'intérieur des aimants, les zones de jonction des bobines placées ette à cite ne coïncident pas, c) les bobines des aimants sont réparties en deux grou- pes égaux, les bobines de chaque groupe sont réparties dans la mesure du possible sur toute la longueur de l'ai- mant, et elles sont disposées de telle sorte que les groupes appliquent les couples nécessaires à la stabili- sation du mouvement de tangage, d) les bobines de chaque groupe sont associées à un 4: circuit de réglage d'entrefer autonome et e) le jeu des aimants porteurs et des aimants de guidage par rapport à la voie est limité, par des dispositifs de glissement dans le sens horizontal et vertical aux variations d'entrefer que l'on peut attendre en fonctionnement. Par le fait que le nombre des bobines soit égal à quatre ou davantage et grice aux connexions des bobines par groupes selon c) et d), on élimine l'instabilité autour de l'axe de tangage de l'aimant proportionnelle à la longueur de l'aimant; pour les aimants porteurs, c'est l'axe horizontal et pour les aimants de guidage, l'axe vertical. La connexion par groupes des aimants selon d) permet, sans grandes dimensions, d'assurer une stabilité en tangage suffisante en fonctionnement normal, mime au passage des intervalles entre rails, des joints de poutres et des aiguillages, et maintient à un niveau faible la diminution brutale de la force portante, mime en cas de défaillance d'un circuit de réglage. La stabi- lité obtenue dans deux degrés de liberté, aussi bien dans le sens de la translation, dans le sens de la ligne d'ac- tion des aimants, que dans le sens de la rotation autour de l'axe de tangage, présente l'avantage de construction qu'il n'y a pas d'exigences de précision et de rigidité concernant la suspension des aimants et des cadres de sus- tentation pour assurer le guidage parallèle des aimants dans le sens longitudinal, et que les tolérances de cons- truction et les valeurs d'élasticité correspondantes n'influent pas sur le respect de la valeur d'entrefer des aimants, c'est-à-dire l'intervalle entre l'aimant et la voie. Du fait que le jeu des aimants porteurs et des aimants de guidage par rapport à la voie est limité, grice à des dispositifs de glissement dans le sens ver- tical et horizontal, aux variations d'intervalle à atten- dre en fonctionnement, on empêche, dans le cas d'un excès ou d'une insuffisance de commande de plusieurs circuits situés l'un derrière l'autre dans le sens longitudinal du véhicule, que l'aimant soit sollicité au reliché au delà de l'écart d'entrefer toléré en fonction- nement normal. Ainsi, m4me dans des situations de défail- lance, l'aimant ne quitte pas la plage d'entrefer définie par des écarts dynamiques et des tol#rances de construc- tion à faible longueur d'ondes. Le véhicule ne peut pas se poser, tomber ou battre. De ce fait, une nouvelle ré- partition des charges statiques devient inutile, mime en cas de défaillance de plusieurs circuits de réglage d'en- trefer autonomes situés l'un derrière l'autre. MXie pour des états variés de fonctionnement du mécanisme de dépla- cenent, il n'est pas besoin d'opérations de commutation, ni de changements des ressorts d'articulation des aimants, ni de surdimensionnement important des aimants et de leur suspension. Il est possible de solliciter et do relicher les aimants par la mise on circuit et l'arrêt logique des tensions d'alimentation et de cemmande. Les plages de mesure nécessaires pour les détecteurs d'entre- fer sont petites, ce qui simplifie considérablement les détecteurs. On évite de façon siro les surcharges sur le véhicule et sur la voie on cas de défaillance de l'ali- mentation des aimants on courant, ou la saturation de plusieurs aimants, étant donné que la hauteur de chute moyenne correspond à l'entrefer de consigne de 7 à 9 _ seulement dans l'invention et quo seule la masse dos aimants porteurs vient se poser, d'o il résulte que les forces sont transmises à la voie en étant réparties sur toute la longueur du véhicule et que les variations du coefficient de frottement pendant le processus de glis- sement s'équilibrent grâce aux nombreux patins. De plus, les puissances installées par aimant sont faibles. Dans le détail, l'invention peut Stre réalisée avan- tageusement comme suit. Du fait que des aimants placés l'un derrière l'autre sont reliés ensemble par des articulations à rotules pouvant se déplacer dans le sens longitudinal du véhicule, les extrémités des aimants sont maintenues par force à la même distance de la voie et on obtient une indétermi- nation statique par rapport aux circuits de réglage d'en- trefers autonomes et aux dispositifs de glissement. En cas de sous-excitation ou de défaillance totale des ai- mants individuels, on empêche qu'ils se posent sur leur dispositif de glissement. Un développement de l'invention est caractérisé par le fait que,vUesdu milieu du véhicule, les deux moitiés des cadres de sustentation d'un c8té de véhicule, sur les- quels les aimants sont suspendus élastiquement, sont re- liées respectivement par deux articulations placées l'une au dessus de l'autre verticalement à la plus grande dis- tance possible et la structure du véhicule est montée sur chacun des quatre groupes, en tout, de cadres de sus- tentation, par l'intermédiaire d'un élément à ressort. Gr9ce à ces dispositions, seuls des mouvements relatifs des chassie de sustentation l'un par rapport à l'autre sont possibles autour de l'axe vertical et les cadres de sustentation sont reliés rigidement dans le sens vertical, de serte que malgré la transmission continue de forces dans le véhicule, on peut réaliser l'appui en quatre points bien connu dans la construction des véhicules, tout en ayant la meilleure tenue en virage. Grâce à l'accouplement rigide en roulis des cadres de sustentation gauches et droits, on obtient, gràce à une construction de barres facilement ajustable, un dé- placement des forces résultant des forces centrifuges et des couples de roulis sur les aimants de marche, et ainsi un déchargement des aimants porteurs correspondants si- tués du c8té extérieur des courbes, ou du cité sous le vent, ainsi qu'une amélioration du confort en marche grice à un guidage plus rigide du véhicule en virage et lorsqu'il y a des rafales. Un frein peur le train à sustentation magnétique est avantageusement réalisé de telle sorte que des dis- positifs de glissement réalisés en forme de fourche et entourant le rail de glissement et de guidage comportent des patins de glissement pouvant être commandés et s'ap- puyant élastiquement dans la branche de la fourche, et qu'un équilibre de forces est assuré entre les patine de glissement d'une fourche. Cet équilibre de forces est facile à réaliser par exemple dans les vérins hydrauli- ques, en les reliant entre eux. L'avantage en est le freinage obligatoire du système en cas de défaillance de l'entraînement Contrairement aux solutions connues, la force de freinage est transmise à l'équipement de la voie en étant répartie sur toute la longueur du véhicule au lieu d'agir en des points discrets. On obtient en outre, gràce aux nombreuses surfaces de freinage montées l'une derrière l'autre, un coefficient de frottement moyen pra- tiquement constant par rapport au véhicule, même dans le cas de différences d'état du rail duos aux influences atmosphériques, à la corrosion, etc. Grâce à la trans- mission uniforme de la force de freinage, le dimensionne- ment peut être calculé de façon économique, notamment en ce qui concerne l'équipement de la voie. Même sans actionner ce frein, les aimants porteurs peuvent être utilisés comme freins électromagnétiques supplémentaires en sous-excitant ou en surexcitant les aimants, et dans ce cas, les patins de glissement ser- vent de patins de frein et le rail de glissement sert de surface de freinage. A cela contribuent également les propriétés avantageuses du freinage réparti sur toute la longueur du véhicule. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une forme de réalisation représentée sché- matiquement sur le dessin annexé, sur lequel: La fig. 1 est une vue en élévation latérale schéma- tique de la partie avant du véhicule avec la partie sustentation et la partie guidage, l'habillage ayant été enlevé. La fig. 2 est une vue à plus grande échelle de la partie inférieure antérieure de la fig. 1. La fig. 3 représente la disposition des bobines des aimants de guidage à flux transversal, en vue latérale dans le cas d'un aimant en forme de U. La fig. 4 représente l'agencement-de la fig. 3, en coupe selon la ligne AA. La fig. 5 représente l'agencement des bobines des aimants de guidage à flux transversal, dans le cas dtun aimant en forme d'E. La fig. 6 représente l'agencement de la fig. 5 en coupe selon la ligne A-A. La fig. 7 est une vue en coupe transversale à travers le rail porteur et dtentraînement avec la partie du chis- sis de sustentation coopérant avec lui, et La fig. 8 est une vue en coupe transversale à travers la partie inférieure du véhicule avec les cadres de sus- tentation et les barres reliant ces cadres entre eux. Le train à sustentation magnétique est constitué par un rail porteur et d'entraInement 1, qui est réalisé sous forme de moteur à stator allongé et à noyau de fer feuil- leté, et par des véhicules dont les caisses 2 prennent appui élastiquement sur des chassis de sustentation ceu- plés l'un à l'autre et mobiles dans le sens longitudinal, châssis répartis longitudinalement sur des cadres de sus- tentation 3, 4 et réalisés avec un accouplement mobile des parties; ces châssis sont portés, guidés et entraînés par des aimants porteurs et d'entraînement 5 à flux lon- gitudinal prenant appui élastiquement sur les châssis de sustentation et par des aimants de guidage à flux trans- versal 6 articulés élastiquement. Les intervalles entre eux et le rail porteur, d'entraînement et de guidage 1 sont mesurés par des détecteurs d'intervalle et sont ré- glés par commande de l'alimentation en courant. Chaque aimant, que ce soit les aimants porteurs et dtentraine- ment 5 ou les aimants de guidage à flux transversal 6, a quatre bobines ou un nombre pair Supérieur de celles- ci. Les longueurs de bobines des aimants 6 à flux trans- versal (fig. 3 à 6) sont choisies de telle sorte qu'à l'intérieur de l'aimant, les zones de Jonction 7, 8 ne coïncident pas. Le réglage de la force de guidage des aimants à flux transversal s'effectue en connectant res- pectivement deux des bobines 9 et 10, et Il et 12 de longueurs différentes et situées l'une à c8té de l'autre avec un circuit de réglage d'intervalle, ou entrefer, autonome, non représenté. En ce qui concerne les aimants à flux longitudinal 5, porteurs et d'entratnement, deux groupes de bobines, non situées l'une après l'autre dans le sens longitudinal, sont chaque fois reliés à l'organe de réglage d'un circuit de réglage d'interv alle, au entre- ter, autonome. Des aimants à huit polos selon la fig. 2, placées l'un derrière l'autre dans le sens longitudinal, constitués par le noyau 13, les bobines 14 et des dispo- sitifs de glissement 15, 16 fixése sur le noyau 13, sont articulés sur le chAssiî de sustentation respectivement par deux barres 17. Les patine de glissement 15, 16 fi- xés sur le noyau d'aimant sont fixés au point d'applica- tion de la résultante des forces des aimants partiels connectés à un circuit de réglage. Les patins de glisse- ment 15, 16 entourent à la façon d'une fourche un rail 18 de la voie saillant horizontalement. Les cadres de sustentation, gauches 3 et droits 4, sont reliés par un ensemble de barres 19, 20, 21 avec réglage de la largeur de la voie fonction de la charge. Un couple de roulis résultant d'un virage est transmis par un téton 22 au fond d'un trou oblong d'un oeil formé sur la barre 20, et il écarte les cadres de sustentation 3 et 4 l'un de l'autre. Les barres 19 de la structure de barres empi- chent ici la rotation des cadres 3, 4 et les maintiennent parallèles. De plus, les barres 21 assurent, on élevant les charges verticales à travers la structure du véhicule, par exemple sous l'action des forces centrifuges dans des virages surélevés, que la voie continue à s'élargir et de ce fait, grâce à la suspension élastique progressive des aimants de guidage 6, que ceux-ci encaissent les charges correspondantes. Entre les cadres de sustentation 3, 4 et la caisse du wagon 2 sont articulés des amortis- seurs 23, 24 à simple effet, qui n'opposent pas de ré- sistance à l'élargissement de la voie, mais amortissent toutefois fortement le rebondissement des ressorts. Les ressorts 25, par lesquels les aimante sont reliés aux cadres de sustentation 3, 4, sont des ressorts pneumati- ques et sont alimentés en air ayant la même pression par l'intermédiaire de valves de commande d'un dispositif de réglage de niveau de la suspension 26, 27 des cellules du véhicule; ils sont munis de clapets antiretour à dou- ble effet non représentés. Entre les aimants et les cadres de sustentation 3, 4 sont disposés des amortisseurs non représentés. Les éléments élastiques disposés entre les cadres 3, 4 et la caisse du wagon 2 sont quatre ressorts pneumatiques 26, 27 munis de dispositifs de réglage de niveau. Entre les caisses de wagon 2 et les cadres 3, 4 sont disposés des amortisseurs commandés en fonction de la vitesse, également non représentés. L'articulation des aimants de guidage à flux transversal 6 sur le cadre de sustentation 3 s'effectue également à l'aide de doubles barres 28 et de ressorts pneumatiques 29. Les cadres 3, 4 sent reliés ensemble dans le sens longitudinal par des articulations de lacet 30. Les aimants porteurs et d'entratnement 5 à flux longitudinal suivent le tracé de la voie en ce qui con- cerne les écarts de la position verticale et la variation de la pente, grâce à un mouvement de rotation et à une translation réglés. En cas d'arrêt simultané du courant dans plusieurs aimants placés l'un derrière l'autre, ou en cas d'arrgt total de l'alimentation en courant des aimants, les patins de glissement 15,16 des aimants porteurs et 31, 32 des aimants de guidage assurent un comportement ultérieur pratiquement de même valeur, mais toutefois soumis à l'usure. Il est nécessaire dans ce cas que des aimants situés l'un derrière l'autre soient reliés par des articulations 33, ceci aussi bien pour les aimants porteurs 5 que pour les aimants de guidage 6. La suspension des aimants avec des barres doubles 17, 28 et les amor- tisseurs pneumatiques 25, 29 permettent des fréquences de suspension basses d'environ 2 Hz, et ils permettent également que les cadres 3, 4 suivent le tracé moyen de la voie même en cas d'arrêt total de l'alimentation en courant des aimants, avec un faible niveau de vibrations, ce qui facilite le montage des groupes auxiliaires dans les cadres de sustentation, notamment l'électronique des circuits de réglage d'intervalle 34, l'alimentation en énergie et l'installation pneumatique 35 sans risquer de les endommager ou de les perturber. La liaison respecti- vement des trois cadres gauches et des trois cadres droits d'un châssis de sustentation par des articulations de lacet 30 rend rigides les châssis dans le sens vertical, mais parfaitement mobiles en virages. On utilise deux ch&ssis de sustentation par caisse de wagon. Les forces provenant des moments de roulis de la caisse du wagon et transmises par la structure de barres aux cadres des châssis de sustentation augmentent la voie; leb cadres sont ici déplacés parallèlement et contribuent à déchar- ger les aimants porteurs 5 sur le c8té intérieur du vi- rage. La liaison de chaque caisse de wagon 2 avec seule- ment quatre éléments de suspension 26, 27 de la cellule du véhicule laisse aux châssis une totale liberté de mou- vement pour suivre le tracé courbe du rail. La conception de la suspension des cellules de véhicule 26, 27 par des ressorts pneumatiques comportant des dispositifs de com- mande et de réglage de niveau ajoute au confort et per- met, par exemple lors du passage de virages surélevés ou lors d'un arrêt en virageque les planchers des caisses de wagons restent horizontaux. REVENDICATIONS 1 - Train à sustentation magnétique à technique électromagnétique de sustentation, de guidage et d'en- tratnement, dans lequel les forces dem aimants d'excita- tion et des aimante à flux transversal, en coopération avec la partie moteur active, portent, guident, entrai- nent et freinent, grâce au réglage des intervalles d'en- trefer par rapport aux rails de réaction c8té voie, mesu- rés par des détecteurs d'entrefer, et dans lequel les aimants sont montés dans un châssis de sustentation par l'intermédîaire de ressorts de telle sorte qu'aussi bien les aimants porteurs et de guidage que les aimants por- teurs des deux c8tés longitudinaux du véhicule sont dé- saccouplés fonctionnellement et que les châssis de sus- tentation sont couplées à la structure du véhicule par l'intermédiaire de ressorts, caractérisé par le fait que t a) chaque aimant (5, 6) comporte quatre bobines (9, 12, 14), ou davantage, b) les longueurs de bobines des aimants (6) à flux transversal sont choisies de telle sorte qu'à l'intérieur des aimants, les zones de jonction (7, 8) des bobines placées cete à c8te ne coïncident pas, c) les bobines (9-12, 14) des aimants sont réparties en deux groupes égaux, les bobines de chaque groupe sont répar- ties dans la mesure du possible sur toute la longueur de l'aimant, et elles sont disposées de telle sorte que les groupes appliquent les couples nécessaires à la stabili- sation du mouvement de tangage, d) les bobines de chaque groupe sont associées à un circuit de réglage d'entrefer autonome et e) le jeu des aimants porteurs(5) et des aimants de guidage (6) par rapport à la voie est limité, par des dispositifs de glissement dans le sens horizontal (31, 32) et vertical (15, 16), aux variations d'entrefer que l'on peut attendre en fonctionnement 2 - Train à sustentation magnétique selon la reven- cation 1, dans lequel des aimants situés l'un derrière l'autre sont reliés par des articulations à rotule (33) pouvant se déplacer dans le sens longitudinal du véhicule. 3 - Train à sustentation magnétique selon l'une des revendications précédentes, dans lequelvueS dU milieu du véhicule, les deux moitiés des cadres de sustentation (3, 4) d'un côté de véhiculesur lesquels les aimants (5, 6) sont suspendus élastiquement, sont reliées respec- tivement par deux articulations (30) placées l'une au dessus de l'autre verticalement à la plus grande distance possible et la structure du véhicule est montée sur cha- cun des quatre groupes, en tout, de cadres de sustenta- tion, par l'intermédiaire d'un élément à ressert (26, 27). 4 - Train à sustentation magnétique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'accouplement mobile des moitiés gauche et droite des chAssis de sustentation (3, 4) est réalisé sous forme d'ensembles de barres (19, 20, 21) comportant un réglage de largeur de voi en fonction de la charge. - Train à sustentation magnétique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel des dispositifs do glissement en forme de fourche, entourant le rail de glissement, ou rail de guidage, comportent des patins de glissement (15, 16) pouvant être commandés et s'appuyant élastiquement dans la branche de la fourche, et un équi- libre de forces est assuré entre les patins de glisse- ment d'une fourche.