Brevet FR2510837A1 — publié le 19830204

Moteur électrique linéaire. La présente invention concerne un moteur électrique linéaire L'invention est applicable pour la mise au point de commandes électriques de mouvement alternatif et de déplacement rectiligne avec une large gamme de reglage de vitesse. L'invention peut trouver des a?lications intéressantes dans la construction da machines-outils. Les moteurs électriques lineai.s sont largement con- nus du fait de leur utilisation dans divers domaines de l'industrie et dans les transports. Parmi les avantages principaux de ces moteurs, il y a lieu d3 noter, premier rement, une élimination pratiqueiaent absolue; du système de la commande électrique, et des dispositif intermediaiK res servant à transformer le mouvement rotatif e mouvement alternatif qui se présent-nt sous formes d'appareils mécaniques, hydrauliques, etc. Ceci amenez la fiabilité de la commande et permet d'exploiter à plein rendement les possibilités existantes de circuits de commande automatique dont la réalisation est impossible au niveau actuel de la technique de fabri- cation des transformateurs dont on vient de parler. Cependant, les spécialistes s'occupant de la mise au point de moteurs électriques linéaires, et surtout de ceux d'entre eux qui utilisent le principe d'union des enrou- lements d'induit et a'excitation, se heurtent au problème de relèvement du taux d'utilisation de leurs matériaux actifs. On connait des moteurs linéaires (voir le certificat d'auteur URSS Nt 192895) conçus de manière à pouvoir résoudre ce problème dans une certaine mesure. Ledit moteur comprend un stator dont le circuit magnétique est constitué de deux bandes équidistantes en matériau ferromagne- tique. Sur chaque bande sont disposés, en alternance ré- gulière, des saillies et des creux situés le long de ladite bande. Les bandes ferromagnétiques sont installées de façon telle que les saillies de l'une d'elles aient leurs faces tournées vers celles de l'autre.Lesdites saillies ont pour rôle de donner une forme déterminée au champ magnétique principal dans le moteur, et elles seront désignées ci-dessous comme des "cornes formant pôles". Entre les pales qui viennent d'être décrits, se trouve un noyau qui, lorsque le moteur est utilisé par exemple sur une machine-outil, met en mouvement l'organe de travail de celle-ci. Ce noyau mobile est réalisé de telle sorte qu'il se compose de zones alternées à perméabilité magnétique haute et basse. Chacun des circuits magnétiques du stator est constitué par des paquets dentés en acier adapté aux utilisations électrotechniques, et entre lesquels sont placés des éléments faisant partie d'un système d'excitation et qui peuvent être des aimants permanents. Ces derniers sont connectés dans le circuit extérieur d'excitation en série, c'est-à-dire que le p5le nord d'un aimant est tourné vers le pale sud de son voisin. Les forces magnétomotrices que ces aimants engendrent sont dirigées en concordance et traversent le noyau mobile dans le sens de la largeur. Sur les deux circuits magnétiques du stator, on dispose des enroulements d'induit, dont chacun d'eux est divisé en deux groupes de bobines en nombre égal à celui des sections. On peut prévoir un nombre quelconque de ces enroulements. Le moteur électrique linéaire qui vient d'etre décrit, en plus de ses avantages évidentes ayant trait à une économie du cuivre considérable, se caractérise par un rendement peu élevé, ce qui s'explique par le fait qu'une partie des ctés actifs des enroulements d'induit se trouvant en face des zones du noyau mobile à faible perméabilité magnétique sont parcourus par le courant mais ne participent pas à la création de l'effort de traction. L'invention vise à mettre au point un moteur électrique linéaire qui possède un rendement plus élevé grâce à la réduction des pertes ayant lieu dans l'enroulement d'induit. Selon l'invention, le moteur électrique linéaire comporte : un stator dont le circuit magnétique est constitué de deux bandes équidistantes en matériau ferromagnétique ayant des saillies et des creux alternant régulièrement, les saillies d'une bande faisant face à celles de l'autre ; un noyau mobile ayant des zones de haute et basse perméabilité magnétique, ce noyau étant situé entre lesdites bandes ; un enroulement d'induit ayant deux groupes de bobines en nombre égal à celui des sections dans le groupe, et dont la liaison électrique est réalisée au moyen d'un dispositif commutateur ; et un système d'excitation , et il est caractérisé en ce que les saillies et les creux de chacune des bandes du circuit magnétique ont une longueur égale au pas polaire du moteur et sont situés de façon telle que les saillies d'une bande sont décalées le long du noyau mobile par rapport à celles-de l'autre bande de la valeur du pas polaire.du moteur, en ce que le noyau mobile possède un tronçon médian d'une longueur égale au pas polaire du moteur et deux tronçons d'extrémité d'une longueur multiple de deux pas polaires du moteur, en ce que le système d'excitation est un enroulement d'excitation posé sur le tronçon médian du noyau mobile, et en ce qu'un enroulement d'induit est logé dans des encoches sur les tronçons d'extrémité de ce dernier, symétriquement à l'enroulement d'excitation, et est raccordé au dispositif commutateur de façon que les fins des sections du premier groupe de bobines et les commencements des sections du second groupe de bobines soient couplés audit dispositif commutateur par l'inter médiaire de dispositifs semi-conducteurs ayant des éléments connectés en polarité inverse, la- dernière -sec- tion du premier groupe de bobines et la première sec tion du second groupe de bobines étant reliées électriquement dans le dispositif commutateur. Le mode de réalisation d'un tel moteur électrique linéaire est caractérisé par le fait qu'â tout moment il ntya qu'une moitié de l'enroulement dtinduit qui fonctionne , c'est-â-dire la section qui se trouve en face des saillies des circuits magnétiques du stator ; il en résulte donc que pour une mêmevaleur de l'effort de traction on voit diminuer de deux fois les pertes dans le cuivre de l'induit et par conséquent on constate une augmentation du rendement du moteur. L'invention sera mieux comprise,et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux, à la lumière de la description explicative qui va suivre et qui est relative à un mode de réalisaticn avantageux donné uniquement a titre d'exemple non limitatif avec références aux dessins également non limitatifs annexés dans lesquels -la figure 1 représente le sché;!la constructif du moteur électrique linéaire.selon l'invention; - la figure 2 illustre le principe de formation du circuit d'en roulement de l'induit du moteur électrique linéaire selon l'invention; - la figure 3 représente une variante du schéma donné a la figure 2. La moteur électrique linéaire faisant l'objet de l'invention (figure 1) comprend un stator dont le circuit magnétique est constitué de deux bandes équidistantes 1, 2 en matériau ferromagnétique. Sur lesdites bandes 1 et 2 sont disposés en alternance régulière des saillies ou cornes 3 formant pales et des creux 4 d'une largeur de t égale à une division polaire du moteur. Les cornes 3 sur la bande 1 sont décalées par rapport à celles de la bande 2 d'une valeur de de sorte que les cornes 3 d'une bande font face aux creux 4 de l'autre. Entre les bandés 1 et 2 se trouve un noyau mobile 5 qui remplit les fonctions de circuit magnétique de l'induit. Ce noyau est généralement fabriqué en acier empilé. Dans l'exemple de réalisation de l'invention décrit les par ties du noyau qui se caractérisent par des perméabili tés haute et basse se présentent sous forme d'une grande encoche 6 d'une longueur t aux extrémités de laquel le on trouve deux tronçons identiques 7 d'une longueur égale à 2 faisant saillie du côtE de chacune des bandes du circuit magnétique du stator. Dans l'encoche 6 est logé un enroulement d'excita tion8 quiforme, avec le noyau mobile 5, un système d'ex citation. Sur les tronçons 7, un enroulemçntd'induit 9 est dispOSé symétriquement par rapport â l'encoche 6. Cha cune des deux parties de l'enroulement d'induit 9 est disposée sur les deux côtés actifs du noyau mobile 5. Sur le dessin l'enroulement d'induit 9 se présente sous fonte d'un enroulement sur gabarit a deux plans et une couche réalisé de quantités égales de sections sur gabarit de deux dimensions: sections plus petites emnianchées di- rectement sur le noyau mobile 5 et sections plus granges disposées sur le noyau 5 auprès que celui-ci a été entouré des sections plus petites. la distance entre les côtEs actifs de chaque section se trouvant sur les deux surfaces du noyau 5 est égale au pas polaire L du moteur. La figure 2 montre la connexion des sections de l'enroulement d'induit 9 faisantp'artie du moteur électrique linéaire selon l'invention et leur raccorde ment d un coinmutateur électromécanique,en l'occurrence collecteur 10 par l'intermédiaire de moyens d'interruption. L'enroulement d'induit 9 du moteur est constitué de deux groupes identiques de sections sur gabarit (dans notre cas ce sont le groupe de plus grandes sec tions 11-11', 12-12', 13-13', 14-14' et le groupe de plus petites sections 15-15', lG-16', 17-17', 18-18') à raccorder aux lames de collecteur en enroulement dex trogyre imbriqué simple avec controuraement à droite dans chacun des groupes.Les bouts de sections du premi er groupe Ell, E12, E13, E14 sont couplés aux lames de collecteur P12, P13, P14, P15 par l'internédiaire d'éléments semi-conducteurs 19, 20, 21, 22 tandis que les commencements de sections du second groupe B15, B16, 317, B18 sont raccordés aux lames de collecteur P15, P16, P17, P18 par l'intermédiaire d'éléments semi-conducteurs 23, 24, 25, 26 de polarité inverse de façon que la fin de la dernière section du premier groupe et le commencement de la première section du second groupe soient connectés à une lame de collecteur commune K + 1) , en ltoccurrence la lame P15,par.l'intermédiaire d'éléments seni-conduc- teurs de polarité inverse, pour un nombre total des lames de collecteur de l'enroulement égal à K. Dans le cas présenté à la figure lpour la disposition qu noyau mobile 5 et des cornes des deux bandes fexro- magnétiques 1, et étantdonné le contact de balais 27, 28 avec les lames P 11 et P 15 du collecteur (figure 2 position "a" des balais) le courant ne parcourt que le premier groupe des sections alors que le second groupe est dépourvu de courant à cause de la connexion inverse des soupapes 23, 24, 25, 26. Ainsi, on voit en accord avec la figure 1 que le- courant parcourt les conducteurs 11, 12, 13, 14 du plan supérieur du circuit magnétique de l'induit et les conducteurs 11', 12', 13', 14' de son coté inférieur dans les sens indiqués sur cette figure. C'est d'une façon tout à fait analogue que fonctionne la moitié droite du circuit magnétique de l'induit avec son enroulement 9 (figure 1). Le collecteur électromécanique linéaire est situé avec l'enroulement d'induit et les éléments semi-conducteurs sur le noyau mobile 5, tandis que les balais sont placés sur une des bandes ferromagnétiques 1 ou 2 avec un intervalle égal à . Le fonctionnement du moteur présenté consiste en déplacement linéaire de l'induit sous l'action d'un effort électromagnétique de traction F (figure 1). Cet effort apparat en accord avec la loi de Biot-Savart Laplace et il est dirigé à droite dans le cas des sens des courants de l'enroulement d'induit et du flux mag nétique adoptés sur la figure i . Grâce à cet effort F le noyau 5 commence à se déplacer dans le sens indiqué. Le commutateur 10 électromécanique (ou semi-conducteur) commute le courant dans les sections de l'en- roulement d'induit de telle façon que le courant ne parcourt que les sections de 1 enroulement qui se trouvent au moment donné en face de toutes les cornes 3 de la bande ferromagnétiques tandis que les sections OppO96- es à tous les creux de la bande sont mises hors tension. Il est à noter que les conducteurs de la partie gauche (par rapport à 12 enroulement d'excitation) des sections opposées aux cornes ont tous le même sens des courants, alors que les conciucteurs de la partie droite de ses sections ont, eux aussi, tous un meme sens des courants mais inverse au pre:aier. Ceci donne une valeur constante de l'effort de traction. Le tableau ci-dessous donne les numéros des sections parcourues par le courant lors du déplacement du noyau 5 d'une longueur de 2# (position a, b, c, d, e,f, g, h, i des balais sur le collecteur, figure 2). POS1- Lames de collec- - - tion teur avec balais Sections sous tension indu- + it a Pîl P15 11-11', 12-12', 13-13', 14-14' b P18 P14 18-18', 11-11' 12-12', 13-13' c Y17 P13 17-171, 18-18', 11-1l', 12-12' d P16 P12 16-16', 17-17', 18-18', 11-11' e P15 Pîl 15-15', 16-16', 17-17', 18-18' f P14 P18 14-14', 15-15', 16-16', 17-17' g P13 P17 13-13', 14-14', 15-15', 16-16' h P12 P 16 12-12', 13-13', 14-14', 15-15' i P11 P15 11-11', 12.-12', 13-13', 14-14' L'enroulement d'induit, représenté à la figure 2, ne fait qu'expliquer le principe de fonctionnement du moteur linéaire proposé.Cependant, si un brin parallèle est constitué des sections les plus grandes et le second brin est composé des plus petites sections, on sait que l'enroulement d'induit sera asymétrique. Pour supprimer l'asymétrie, on constitue les deux brins parallèles de sections agrandies comportant une section de plus grandes dimensions se trouvant par exemple dans la partie gauche du circuit magnétique et d'une section de plus petites dimensions de la partie droite du circuit magnétique et respectivement inversement. C'est ainsi que le premier brin parallèle (figure 3) est composé de quatre sections agrandies: 11-11' et 29--29 ; 12-12' et 30'-30; 13-13' et 31L31; 14-14' et 32'-2. Xe second brin parallèle est également composé de quatre sections agrandies 15-15' et 331-33i 16-16' et 34'-34; 17-17' et 35'-35; 18-18' et 36'-36. Le renversement de marche dru moteur électrique linéaire présenté peut être effectué de deux manières: en utilisant, en guise d'éléments semi-conducteurs, des éléments semi-conducteurs non contr6lables (soQpes électriques) on procède par changement de polarité de la tension de l'enroule..ient d'excitation (figure 3); en utilisant, en guise d'éléments semi-conducteurs, des redresseurs contrôlables (thyristors), on procdde par changement de polarité de la tension sur les balais. Dans ce dernier cas, les éléments semi-conducteurs contiennent deux thyris tors connectés en opposé-parallèle. I1 est possible d'utiliser, à la place des thyristors connectés en opposéparallèle, des thyristors symétriques (symistors). Ainsi, grâce au fait que dans le moteur électrique linéaire conçu de la manière qui vient Entre décrite, il n'y a toujours qu'une seule moitié de l'enroulement d'induit à fonctionner (sections de l'cnroulc- ment faisant. face aux cornes des bandes ferromagnétiques immobiles), on arrive à réduire les pertes dans le cuivre de deux fois et, par conséquent, à augmenter le rendement du moteur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitez aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'a titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exicutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATION Moteur électrique linéaire comportant : un stator dont le circuit magnétique est constitué de deux bandes équidistantes (1, 2) en matériau ferromagnétique ayant des saillies (3) et des creux (4) alternant régulièrement, les saillies d'une bande faisant face à celles de l'autre; un noyau mobile (5) ayant des zones de haute et basse perméabilité magnétique, ce noyau étant situé entre lesdites bandes ; un enroulement d'induit ayant deux groupes de bobines en nombre égal à celui des sections dans le groupe, et dont la liaison électrique est réalisée au moyen d'un dispositif commutateur (10) ; et un système d'excitation (8) ; caractérisé en ce que les saillies et les creux chacune des bandes (1, 2) du circuit magnétique de stator ont une longueur égale au pas polaire (t) du moteur et sont situés de façon telle que les saillies d'une bande sont décalées le long du noyau mobile par rapport à celles de l'autre bande de la valeur du-pas polaire du moteur, en ce que le noyau mobile possède un tronçon médian d'une longueur égale au pas polaire du moteur et deux tronçons d'extrémité d'une longueur multiple de deux pas polaires du mcteur, en ce que le système d'excitation (8) est un enroulement d'excitation posé sur le tronçon médian du noyau mobile, et en ce qu'un enroulement d'induit (9) est logé dans des encoches sur les tronçons d'extrémité de ce dernier, symétriquement à l'enroulement d'excitation (8), et est raccordé au dispositif commutateur (10) de façon que les fins des sections du premier groupe de bobines et les commencements des sections du second groupe de bobines soient couplés audit dispositif commutateur par l'intermédiaire de dispositifs semi-conducteurs ayant des éléments connectés en polarité inverse, la dernière section du premier groupe de bobine et la première section du second groupe de bobine étant reliées électriquement dans le dispositif commutateur.