Brevet FR2503642A1 — publié le 19821015

La présente invention se rapporte à un électroaimant qui, destiné à engendrer les forces portantes et éventuellement les forces de guidage pour un aéroglisseur guidé, comprend un noyau magnétique présentant deux faces polaires orientées dans le sens longitudinal du trajet de déplacement, ainsi qu'une bobine magnétique fabriquée en un matériau en bande , enroulée dans le sens longitudinal du trajet de déplacement, disposée pour l'essentiel dans une échancrure délimitée par les branches polaires et la culasse dudit noyau magnétique, contre la face postérieure de ladite culasse, et subdivisée au moins le long d'un plan perpendiculaire auxdites faces polaires. Un électro-aimant de ce type est connu de manière générale. Les électro-aimants utilisés dans différents prototypes d'aéroglisseurs magnétiques (par exemple le "TRANSRAPID 04" de la Société Krauss-Maffei AG) pour engendrer les forces portantes, ainsi que les forces de guidage dans le cas d'un système "combiné de support et de guidage'; présentent un noyau magnétique ayant sensiblement la forme d'un U et sur lequel une bobine magnétique subdivisée longitudinalement est enroulée dans le sens longitudinal du véhicule ou du trajet de déplacement. Un tel électro-aimant est illustré sur la figure 1 des dessins annexés au présent mémoire. La référence 10 désigne le noyau magnétique en U qui comprend deux branches polaires 11 et 12 entre lesquelles se trouve une culasse 13.Une bobine magnétique, portant la référence 20, consiste en deux parties 21 et 22 comportant un plan commun de contact orienté perpendiculairement à ladite culasse 13 ou à des faces polaires Ila et 12a des branches 11 et 12, respectivement. Chaque partie 21 ou 22 de cette bobine est enroulée dans le sens longitudinal du véhicule ou du trajet de déplacement, c'est-à-dire perpendiculairement au plan de la figure 1, et elle consiste en une bande de cuivre ou d'aluminium entre les spires de laquelle est intercalée une matière isolante.Ces parties 21 et 22 de la bobine sont logées dans l'échancrure ("fenêtre")délimitée par les branches polaires 11 et 12 et par la culasse 13, et elles sont appliquées contre la face postérieure de ladite culasse 13, lesdites parties 21 et 22 étant en outre déviées sur les deux faces extrêmes de l'électro-aimant, de la face postérieure à la face antérieure de ladite culasse 13, ou inversement. Comme cela est connu depuis longtemps dans l'art antérieur, un tel électro-aimant soulève des problèmes de refroidissement car, dans un véhicule de type aéroglisseur, le poids de l'aimant doit être le plus faible possible pour une force portante prédéterminée, ce qui entraîne un réglage ou un équilibrage des électro-aimants jusqu'à leur limite de puissance. La chaleur engendrée dans les bobines magnétique est dissipée pour l'essentiel aux faces extrêmes de ces bobines,étant donné que la conductibilité thermique de la matière en bande est particulièrement bonne en direction des faces extrêmes de l'électro-aimant. En revanche, la conductibilité thermique est très mauvaise dans le sens radial à cause de la présence de la matière isolante entre les couches individuelles d'enroulements, le flux thermique étant en conséquence faible dans cette direction. Pour améliorer le refroidissement d'électroaimants équipant des aéroglisseurs, il est déjà connu de ménager ou de dégager des canaux de refroidissement entre les couches individuelles d'enroulements de la ou des bobines magnétiques et de faire circuler dans ces canaux un agent de refroidissement liquide ou gazeux. Toutefois, un tel refroidissement de l'extérieur s'est avéré peu judicieux dans le passé pour différentes raisons, et notamment parce que le gain de poids de l'aimant porteur est presque intégralement contrebalancé par le poids supplémentaire du groupe de refroidissement qui se trouve obligatoirement à l'intérieur du véhicule.De plus, le fait d'incorporer des canaux de refroidissement dans la bobine magnétique détériore la résistance mécanique de cette dernière, ce qui est extrêmement inopportun,compte tenu des grandes forces portantes recherchées et de la forte contrainte mécanique, imposée à tous les constituants de l'électro-aimant, qui en résulte. Pour ces raisons, les pistes d'aéroglisseurs actuellement en projet (telles que, par exemple la piste expérimentale installée à eppen/Emsland) comportent des aimants porteurs qui sont du même type de réalisation que ceux utilisés en 1971 pour les premiers prototypes (par exemple "TRANSRAPID 02), et qui comportent à vrai dire les mêmes avantages et inconvénients que ces derniers. La présente invention a par conséquent pour objet de proposer un électro-aimant du type précité, qui possède de meilleures propriétés propres de refroidissement et qui, pour une puissance égale, peut être réalisé avec un noyau magnétique plus petit, donc être de plus faible poids. Selon les caractéristiques essentielles de l'électro-aimant de l'invention, les angles compris entre les branches polaires et les tronçons adjacents respectifs de la culasse du noyau magnétique sont supérieurs à 900 ; en outre, les parties de la bobine magnétique contiguës auxdites branches polaires décrivent entre elles un angle obtus par rapport aux plans d'enroulement de leurs spires. En variante, une partie médiane de la bobine magnétique, intercalée entre les parties de cette dernière contiguës aux branches polaires, fait saillie au-delà du plan des faces polaires desdites branches ou bien au-delà desdites parties de la bobine qui lui sont voisines. Selon d'autres perfectionnements avantageux de l'électro-aimant de l'invention : - les angles compris entre les branches polaires et les tronçons adjacents respectifs de la culasse du noyau magnétique peuvent être situés dans une plage de 1050 à 1350 ; et - entre les tronçons de la culasse du noyau magnétique immédiatement adjacents aux branches polaires, peut se trouver un tronçon intercalaire qui est orienté à angle droit par rapport auxdites branches polaires ; en outre, entre les parties de la bobine magnétique contiguës auxdites branches, est intercalée une partie médiane de ladite bobine, qui se trouve pour l'essentiel sur les faces postérieure et intérieure dudit tronçon intercalaire de ladite culasse du noyau magnétique, et qui peut faire saillie au-delà du plan des faces polaires desdites branches, ou bien au-delà des parties de ladite bobine magnétique qui lui sont voisines. L'idée fondamentale de la présente invention réside dans la considération permettant d'augmenter la surface de la bobine magnétique qui dissipe la chaleur, par une modification de la silhouette du noyau magnétique et/ou de la configuration de la bobine, afin de pouvoir réduire le poids de l'aimant pour une section identique d'enroulement ou une puissance identique dudit noyau magnétique.Dans la première solution proposée, la culasse du noyau magnétique est de section conique ou tronconique, de sorte que les parties de la bobine enroulées sur les tronçons coniques de cette culasse sont en soi décalées, de telle sorte que les moitiés de ces parties décalées de la bobine, disposées sur les faces postérieures des tronçons coniques de la culasse, sont orientées à l'oblique vers l'extérieur par rapport au sens transversal de l'électro-aimant et délimitent sur la face postérieure de ladite culasse, avec la partie respective con tiguë de la bobine, un entrefer conique dans lequel la chaleur peut être dissipée. Dans la deuxième solution proposée, la bobine est subdivisée en trois parties et sa partie médiane fait saillie au-delà des faces polaires des branches de la culasse ou au-delà des deux parties latérales de ladite bobine. Lorsqu'on utilise une armature d'induit en U constituant le trajet magnétique de retour du noyau, ce tronçon saillant de la partie médiane de la bobine se trouve à l'intérieur de la fenêtre délimitée par les branches de ladite armature d'induit, à une distance suffisante de la culasse de cette armature en U. La chaleur dissipée peut être évacuée sans difficulté dans l'air ambiant par les faces extrêmes de ce tronçon saillant et du tronçon correspondant de la face postérieure de l'électro-aimant. Naturellement, il est également possible de combiner les deux solutions proposées, ce qui améliore encore davantage le refroidissement propre de l'électroaimant. L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nul lement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une coupe transversale d'un électro-aimant connu destiné à engendrer les forces portantes et éventuellement les forces de guidage pour un aéroglisseur la figure 2 est une coupe transversale d'une première forme de réalisation d'un électro-aimant selon l'invention la figure 3 est une coupe transversale d'une deuxième forme de réalisation, encore améliorée, d'un électro-aimant selon l'invent-ion ; et la figure 4 est une coupe transversale d'une troisième forme de réalisation de l'électro-aimant selon l'invention, dont le noyau magnétique présente la même configuration de section que l'électç-aimant connu de la figure 1. Dans l'électro-aimant illustré en coupe sur la figure 2, l'angle inscrit entre deùx branches polaires 31 et 32 d'un noyau magnétique 30 et des tronçons 33a et 33b (décrivant entre eux un V) d'une culasse 33 dudit noyau mesure environ 1350 ; la fenêtre délimitée par la culasse 33 et les branches polaires 31 et 32 est alors plus grande que celle de l'électro-aimant connu de la figure 1. Comme dans ce dernier, ladite fenêtre loge une bobine magnétique 40 dont les deux parties 41 et 42 sont à la fois appliquées contre les parois latérales des branches polaires et de la culasse et juxtaposées le long d'un plan perpendiculaire à des faces polaires 31a et 32a.Du fait de la configuration conique des tronçons 33a et 33b de la culasse, les parties 41 et 42 de la bobine sont décalées en soi, c' est-à-dire que les moitiés de ces parties 41 et 42 possèdent une section rhombiforme à l'intérieur de la fenêtre susmentionnée, ainsi que sur la face postérieure de la culasse 33. De la sorte, les moitiés desdites parties 41 et 42 de la bobine se trouvant à la face postérieure de la culasse 33 ne sont plus en contact le long d'un plan vertical, comme cela est le cas dans l'électro-aimant connu selon la figure 1.En revanche, ces moitiés des parties 41 et 42 disposées à la face posté rieure de la culasse 33 sont orientées à l'oblique vers l'extérieur par rapport au sens transversal de l'aimant, de sorte que, entre ces moitiés desdites parties 41 et 42 à la face postérieure de la culasse, est ménagé un espace libre cunéiforme permettant une évacuation supplémentaire de la chaleur à dissiper engendrée dans lesdites parties 41 et 42. De ce fait, pour une section identique d'enroulement, la forme de réalisation selon la figure 2 présente l'avantage d'une plus grande capacité de puissance que ltélectro- aimant connu de la figure 1, et il peut en être tiré parti du point de vue de la construction en donnant au noyau magnétique illustré sur la figure 2 des dimensions plus petites et, donc, un poids plus faible que dans la solution connue. Une autre solution est illustrée sur la figure 4. Dans ce cas, de même que l'électro-aimant connu de la figure 1, l'électro-aimant représenté sur cette figure 4 comporte un noyau magnétique 10 en U, dont les branches polaires 11 et 12 inscrivent des angles droits avec la culasse 13. A la différence de la solution connue, une bobine magnétique 80 est, dans cette forme de réalisation selon la figure 4, subdivisée en trois parties 81 , 82 et 83 le long de deux plans perpendiculaires aux faces polaires lla et 12a ; dans ce cas, les parties 81 et 82 de la bobine, situées respectivement à l'extérieur et contiguës aux branches polaires 11 et 12, respectivement, ont une hauteur d'enroulement analogue à celle des deux parties 21 et 22 de la bobine de la figure 1, c'est-à-dire que lesdites parties 81 et 82 ne font pas saillie au-delà desdites faces polaires lla et 12a.En revanche, la partie médiane 83 de la bobine est d'une hauteur d'enroulement supérieure à celle desdites parties 81 et 82, de sorte que cette partie médiane 83 fait saillie dans l'espace délimité par les branches 71 et 72 et par la culasse 73 d'une armature d'induit 70 (prévue pour constituer un trajet magnétique de retour de l'électro-aimant), et cela à une distance suffisante de ladite culasse 73 de cette armature 70. Les faces extrêmes des tronçons de la partie médiane 83 qui dépassent des parties 81 et 82 forment des surfaces qui, dissipant la chaleur, assurent un flux thermique meilleur que celui de la solution connue (figure 1) à l'intérieur de la bobine magnétique 80. La figure 3 représente une combinaison des mesures illustrées sur les figures 2 et 4 pour améliorer l'évacuation de la chaleur. Un noyau magnétique 50 comprend des branches polaires 51 et 52 et une culasse 53 qui présente un profil tronconique comprenant des tronçons coniques 53a et 53b, ainsi qu un tronçon intercalaire rectiligne 53c. Les tronçons coniques 53a et 53b supportent des parties 61 et 62 d'une bobine 60, en soi décelées et correspondant aux parties 41 et 42 de la forme de réalisation selon la figure 2, c'est-à-dire ne faisant pas non plus saillie au-delà de faces polaires 51a et 52a. Le tronçon rectiligne 53c de la culasse supporte une partie médiane 63 de la bobine, qui correspond à la partie médiane 83 de la forme de réalisation de la figure 4 et qui, par conséquent, est d'une hauteur d'enroulement plus importante que celle des parties 61 et 62 de la bobine. Comme il ressort clairement de cette figure 3, la surface supplémentaire dissipant la chaleur est encore agrandie dans cette forme de réalisation par rapport à celles des figures 2 et 4, de sorte que le type de réalisation selon cette figure 3 constitue la meilleure solution du point de vue technique pour dissiper la chaleur. I1 est évident que la forme de réalisation de la figure 2 peut aussi être utilisée en présence d'une armature d'induit plate et de section carrée, cependant que les formes de réalisation selon les figures 3 et 4 présupposent la présence d'une armature d'induit en U ou en E. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'électro-aimant décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Electro-aimant qui, destiné à engendrer les forces portantes et éventuellement les forces de guidage pour un aéroglisseur guidé, comprend un noyau magnétique présentant deux faces polaires orientées dans le sens longitudinal du trajet de déplacement, ainsi qu'une bobine magnétique fabriquée en un matériau en bandes, enroulée dans le sens longitudinal du trajet de déplacement, disposée pour l'essentiel dans une échancrure délimitée par les branches polaires et la culasse dudit noyau magnétique, contre la face postérieure de ladite culasse, et subdivisée au moins le long d'un plan perpendiculaire auxdites faces polaires, électroaimant caractérisé par le fait que les angles compris entre les branches polaires (31, 32 ; 51, 52) et les tronçons adjacents (33a, 33b ; 53a, 53b) respectifs de la culasse (33 53) dudit noyau magnétique sont supérieurs à 90 ; et par le fait que les parties (41, 42 ; 61, 62) de ladite bobine magnétique contiguës auxdites branches polaires (31, 32 ; 51, 52) décrivent entre elles un angle obtus par rapport aux plans d'enroulements de leurs spires. 2. Electro-aimant selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les angles compris entre les branches polaires (31, 32 ; 51, 52) et les tronçons adjacents (33a, 33b ; 53a, 53b) respectifs de la culasse (33 ; 53) du noyau magnétique sont situés dans une plage de 105là 135 . 3. Electro-aimant selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que, entre les tronçons (53a, 53b) de la culasse du noyau magnétique immédiatement adjacents aux branches polaires (51, 52), se trouve un tron çon intercalaire (53c) qui est orienté à angle droit par rapport auxdites branches polaires (51, 52) ; et par le fait que, entre les parties (61, 62) de la bobine magnétique con tiguës auxdites branches (51, 52), est intercalée une partie médiane (63) de ladite bobine, qui se trouve sensiblement sur les faces postérieure et intçrieure dudit tronçon intercalaire (53c) de ladite culasse (53) du noyau magnétique, et qui fait saillie au-delà du plan des faces polaires (51a, 52a) desdites branches, ou bien au-delà des parties (61, 62) de ladite bobine magnétique qui lui sont voisines. 4. Electro-aimant qui, destiné à engendrer les forces portantes et éventuellement les forces de guidage pour un aéroglisseur guidé, comprend un noyau magnétique présentant deux faces polaires orientées dans le sens longitudinal du trajet de déplacement, ainsi .qu'une bobine magnétique fabriquée en un matériau en bande , enroulée dans le sens longitudinal du trajet de déplacement, disposée pour l'essentiel dans une échancrure délimitée par les branches polaires et la culasse dudit noyau magnétique, contre la face postérieure de ladite culasse, et subdivisée au moins le long d'un plan perpendiculaire auxdites faces polaires, électroaimant caractérisé par le fait qu'une partie médiane (83) de la bobine magnétique, intercalée entre les parties (81, 82) de cette dernière contiguës aux branches polaires (11, 12) fait saillie au-delà du plan des faces polaires (lla, 12a) desdites branches (11, 12), ou au-delà desdites parties (81, 82) de la bobine qui lui sont voisines.