Brevet FR2686468A1 — publié le 19930723

DISPOSITION D'ENROULEMENTS POUR MOTEUR LINEAIRE TUBULAIRE. La présente invention concerne des moteurs linéaires tubulaires, et plus particulièrement des dispositions d'enroulements dans des primaires de moteurs linéaires tubulaires. Les moteurs linéaires tubulaires, ou MLT, pourvus d'un primaire et d'un secondaire servent de moyen de propulsion linéaire qui peut être mis en oeuvre de plusieurs façons différentes Plus précisément, le secondaire comprend un corps cylindrique en matériau ferromagnétique ayant une surface recouverte d'une matière hautement conductrice. Cette surface se trouve en regard du primaire mais en est séparée par un intervalle d'air. Le primaire est constitué d'une pluralité de bobines et de fins feuilletages en matière ferromagnétique. Chaque feuilletage a une largeur et une longueur définies par une première et une seconde extrémités Une série d'encoches sont formées dans le sens de la largeur de chaque feuilletage, de sorte que lorsque les feuilletages sont empilés, les encoches forment entre elles des canaux qui s'étendent dans une direction perpendiculaire à la longueur des feuilletages Les bobines sont reçues dans les canaux. Un certain nombre de dispositions différentes de feuilletages sont connues et peuvent être utilisées dans la réalisation du MLT Par exemple, dans un mode de réalisation connu, quatre groupes séparés de feuilletages sont disposés symétriquement autour des bobines et d'un secondaire cylindrique Chaque bobine est reçue dans les canaux alignés des groupes de feuilletages Une paire de brides annulaires formées chacune sur chaque extrémité des feuilletages, maintient ensemble les groupes et les bobines De plus, des ensembles de boulons et écrous traversant les feuilletages sont utilisés pour maintenir ensemble chaque groupe particulier de feuilletages Le secondaire se déplace librement dans une direction axiale dans le centre des bobines. Lorsque le courant parcourt les bobines, un champ magnétique est créé dans un plan perpendiculaire à la direction du courant Etant donné que les longueurs des feuilletages sont théoriquement perpendiculaires aux bobines, ledit champ magnétique se propage à travers les feuilletages selon la longueur de ces derniers Ce champ magnétique dans les feuilletages s'étend également à la matière ferromagnétique du secondaire, causant ainsi l'apparition de courants induits dans la couche hautement conductrice qui recouvre la surface du secondaire Il se produit ainsi une force attractive et une force de poussée exercées par le primaire et le secondaire l'un sur l'autre La force de poussée produit le mouvement linéaire souhaité. L'amplitude des forces s'exerçant entre le primaire et le secondaire dépend d'un certain nombre de variables, comprenant le nombre de bobines dans le primaire et plus particulièrement la manière dont ces bobines sont disposées dans le primaire Ce nombre dépend directement du nombre de pôles du moteur et du nombre de phases du courant qui traverse les bobines Par exemple, si le courant utilisé est un courant alternatif triphasé et que le moteur est un moteur bipolaire, le moteur aura six bobines Par convention, lorsqu'on utilise un courant alternatif triphasé, les trois phases du courant seront désignées par la suite par "U", "V", "W" Par conséquent, dans l'exemple susmentionné, la disposition des bobines peut être représentée par UQVUWV (la barre sur une bobine désigne par convention un courant qui passe dans une direction opposée à celle du courant traversant la même bobine sans barre) Dans un moteur à quatre pôles, par exemple, la disposition de bobines serait Uf Vg WVUWVUWV, et ainsi de suite. Il est également connu dans la technique antérieure que le nombre de bobines dans chaque pôle peut être un multiple du nombre de phases du courant Par exemple, un moteur bipolaire peut avoir une disposition de bobines de la forme UUWWVVUUWWVV, si le nombre de bobines par phase et par pôle (désigné par la lettre "q") est égal à deux (q = 2) De façon analogue, un moteur bipolaire dans lequel q = 3 aurait une disposition de bobines de la forme UUU Wl WWVVVUUUWWWVVV et ainsi de suite L'avantage d'avoir q égal à 2, 3 ou 4 découle de la nature sinusoïdale du courant alternatif et par conséquent aussi de la nature sinusoïdale du champ magnétique résultant L'augmentation de q à 2, 3 ou 4 a pour effet que l'onde décrivant le champ magnétique s'approche davantage d'une onde sinusoïdale pure Le résultat est que l'on obtient un moteur à fonctionnement plus doux. Toutefois, les moteurs MLT n'ont pas la symétrie dont jouissent les moteurs tournants Plus précisément, la géométrie cylindrique d'un moteur tournant forme une boucle sans fin à travers laquelle se propage l'onde magnétique Par contre, les moteurs MLT ont des extrémités de début et de fin A des fins illustratives, on peut dire que les courants alternatifs, et par conséquent le champ magnétique, se propagent d'une première extrémité du primaire à une seconde extrémité, et qu'à ce moment le processus se répète Il est connu dans la technique antérieure que ce manque de symétrie est la cause de certains problèmes qui n'existent pas dans les moteurs tournants, par exemple les fluctuations de la poussée, également connues sous le nom de "ondulation de poussée". Ces fluctuations causent l'apparition de vibrations indésirables dans le MLT. La poussée dans un moteur linéaire dépend directement des courants induits qui se propagent dans la couche hautement conductrice qui recouvre le secondaire et qui résultent du flux magnétique émanant du primaire Une diminution du flux magnétique émanant du primaire engendre par conséquent une diminution proportionnée des courants induits et une poussée correspondante du moteur linéaire. Dans tout moteur linéaire utilisant un courant alternatif ou un courant continu commandé pour agir comme un courant alternatif, le flux magnétique attribuable à l'excitation d'une phase particulière à un pôle particulier sera égal à la somme du flux magnétique qui émane de la (des) bobine(s) de cette phase et du flux magnétique qui émane des phases adjacentes excitées d'une manière différente à ce moment Dans un MLT infiniment long ou dans un moteur tournant, le champ magnétique produit par chaque phase incluera toujours une contribution des autres phases Mais le problème qui se pose avec un MLT de longueur finie, est que la première phase excitée sur la première extrémité du primaire, et que l'on a désignée par "U", ne reçoit pas de contribution des phases antérieures parce qu'elles n'existent pas Il en résulte que l'amplitude du flux magnétique attribuable à la phase "U" est plus faible à certains moments qu'à d'autres moments Par conséquent, la poussée de moteur qui est en relation proportionnelle, est également plus faible à certains moments qu'à d'autres, ce qui crée "l'ondulation de poussée". La présente invention a par conséquent pour objet de proposer un moteur linéaire tubulaire ayant un secondaire et un primaire, et ayant une disposition d'enroulements capable de minimiser ou d'éliminer les fluctuations de la poussée. Selon la présente invention, un moteur linéaire tubulaire est prévu avec un secondaire et un primaire Le primaire comprend une pluralité de feuilletages et de bobines Chaque feuilletage a une largeur selon laquelle sont découpées une pluralité d'encoches, et une première et une seconde extrémités entre lesquelles s'étend une longueur Lorsque les feuilletages sont empilés, les encoches forment entre elles des canaux qui reçoivent les bobines La pluralité de bobines est disposée dans des pôles, chaque pôle ayant un nombre discret de bobines correspondant au nombre de phases du courant qui entraîne le moteur linéaire, ou bien un multiple de ce nombre Un pourcentage de bobines correspondant à la phase la plus proche de la première extrémité du primaire est disposé à la seconde extrémité du primaire. Un avantage de la présente invention consiste dans le fait qu'un pourcentage de bobines correspondant à la première phase la plus proche de la première extrémité du primaire est positionné à la seconde extrémité du primaire Il en résulte que l'amplitude de la densité de flux attribuable à ladite première phase est rendue plus importante à chaque moment, ce qui minimise ou élimine la fluctuation de la poussée causée par la fluctuation du champ magnétique. La présente invention a également pour objet un procédé de disposition des bobines primaires d'un moteur linéaire tubulaire entraîné par un courant électrique polyphasé La première phase de ce procédé consiste à réaliser un primaire comprenant plusieurs bobines et plusieurs feuilletages fins La seconde phase consiste à disposer les bobines dans des pôles, chaque pôle devant comporter un nombre discret de bobines dépendant du nombre de phases du courant qui entraîne le moteur linéaire, ou un multiple de ce nombre La troisième phase consiste à positionner un pourcentage des bobines correspondant à la phase la plus proche de la première extrémité, à la seconde extrémité du primaire. Cet objet et d'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention deviendront plus apparents à la lecture de la description détaillée du meilleur mode de réalisation connu, faite en regard des dessins dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un moteur linéaire tubulaire; la figure l A est une vue en coupe transversale selon la ligne IA IA de la figure 1; la figure 2 montre une disposition de bobines conventionnelle pour un moteur linéaire tubulaire pour q = 2; la figure 2 A montre la disposition de bobines selon la présente invention pour un moteur linéaire tubulaire pour q = 2; la figure 3 montre une disposition conventionnelle de bobines pour un moteur linéaire tubulaire pour q = 3; la figure 3 A montre la disposition de bobines selon la présente invention pour un moteur linéaire tubulaire pour q = 3; les figures 4 A à 4 D montrent une onde représentant l'amplitude du flux magnétique associé à une phase dans un MLT infiniment long, en fonction du temps; les figures 5 A à 5 D montrent une onde représentant l'amplitude du flux magnétique associé à une phase dans un MLT de longueur finie, en fonction du temps; les figures 6 A à 6 D montrent une onde représentant l'amplitude du flux magnétique associé à une phase dans un MLT utilisant un arrangement d'enroulements selon la présente invention, en fonction du temps. En se référant aux figures 1 et IA, le moteur linéaire tubulaire ou MLT 10 comprend un primaire 12 et un secondaire 14 Le secondaire 14 comprend un corps cylindrique 16 en matériau ferromagnétique ayant une surface recouverte par une matière hautement conductrice 18 Le primaire 12 est constitué d'une pluralité de bobines 20 et de fins feuilletages ferromagnétiques 22. Chaque bobine 20 est en forme de disque comportant une périphérie intérieure 24 et une périphérie extérieure 26. Une paire de conducteurs 28 sortent de chaque bobine 20 et sont reliés à une source de courant (non représentée). Les bobines 20 sont formées d'une pluralité de fils conducteurs. Chaque feuilletage 22 a une largeur 30 et une longueur 32 Une série d'encoches 34 sont évidées selon la largeur de chaque feuilletage 22 Lorsque les feuilletages sont empilés, les encoches 34 forment entre elles des canaux 36 qui s'étendent dans une direction perpendiculaire à la longueur 32 Chaque feuilletage 22 a une première extrémité 38 et une seconde extrémité 40, la longueur 32 S 'étendant entre celles-ci Les premières et secondes extrémités 38, 40 des feuilletages forment entre elles respectivement une première extrémité 42 et une seconde extrémité 44 du primaire 12. Les feuilletages 22 peuvent être disposés en quatre groupes séparés 46, alignés l'un par rapport à l'autre et positionnés symétriquement autour des bobines 20 et du secondaire cylindrique 14, c 'est-a-dire que chacun est décalé de 9 Q O par rapport à l'autre, comme on le voit sur la figure l A La périphérie externe 26 de chaque bobine 20 est reç,ue dans les canaux alignés 36 des groupes de f euilletages 46 Une paire de brides annulaires 48 ayant des moyens de liaison non représentés, se trouvant chacun à chaque extrémité des feuilletages 22, maintiennent ensemble ces derniers et les bobines 20, comme il est connu dans la technique antérieure En outre, plusieurs ensembles de boulons et d'écrous, non représentés, traversent chaque groupe de feuilletages, et les lie-nt en groupes 46, comme il est connu dans la technique antérieure. Le secondaire 14 est reçu dans le passage intérieur 24 des bobines 20 Etant donné que ce passage intérieur a un diamètre supérieur au diamètre extérieur 50 du secondaire 14, un intervalle d'air 52 subsiste entre le primaire 12 et le secondaire 14 lorsque celui-ci est centré par rapport au primaire 12 Une série de galets 54 est fixée à chaque bride annulaire 48 Les galets 54 facilitent le mouvement entre le primaire 12 et le secondaire 14 et assurent le centrage de celui-ci par rapport au primaire. Dans le mode de réalisation représenté, le primaire 12 peut se déplacer par rapport au secondaire 14 qui est fixe Dans d'autres modes de réalisation, le primaire 12 peut être fixe et le secondaire 14 monté mobile. En se référant aux figures 2 et 2 A, le nombre de bobines 20 prévu dans le primaire 12 dépend directement du nombre de pôles 56 du moteur linéaire 10, et du nombre de phases du courant qui traverse les bobines 20 Dans un moteur bipolaire alimenté par un courant triphasé avec q = 2, une disposition de bobines peut être représentée par UUWWVVUU WWVV (voir figure 2) Mais, selon la présente invention (voir figure 2 A), la disposition de bobines pour le même type de moteur serait représentée par UW Wfi VV UWWV-VU Une des bobines 58 de la phase U du pôle le plus proche de la première extrémité 42 du primaire 12 (ou premier po'le) est retirée et relocalisée à la seconde extrémité 44 du primaire 12. Les figures 3 et 3 A montrent les dispositions d'enroulements dans un moteur bipolaire actionné par un courant alternatif triphasé avec q = 3 En particulier, la figure 3 montre une disposition de bobines conventionnelle qui peut être représentée sous la forme UUUWWWVVVUUUWWWVVV La figure 3 A d'autre part, montre une disposition de bobines selon la présente invention dans laquelle deux des trois bobines 58 de la phase U du premier pôle sont retirées et repositionnées à la seconde extrémité 44 du primaire 12, de sorte que l'on obtient UWWWVVVUUUWWWVVVUU Dans certaines configurations, le nombre de bobines de U restant à la première extrémité 42 du primaire 12 ne sera pas égal au nombre de bobines U relocalisées à la seconde extrémité 44 du primaire 12. C'est le cas o le premier pôle comporte un nombre impair de bobines U Selon une autre possibilité, la moitié des bobines (c'est-à-dire des bobines avec la moitié du nombre de conducteurs) peut être utilisée dans des moteurs à q égal à un nombre impair. Dans le fonctionnement d'un MLT, un courant alternatif ou un courant continu commandé pour agir à la manière d'un courant alternatif, est introduit dans le primaire 12. Lorsque le courant alimente la (les) bobine(s) 20 d'une phase particulière d'un pôle particulier 56, cette phase, ou la (les) bobine(s) 20 de cette phase est dite "excitée" et un champ magnétique est créé autour de la phase, perpendiculairement à la direction du courant qui se propage à travers la phase Le flux magnétique associé à l'excitation d'une phase particulière à un pôle particulier 56 sera la somme du flux magnétique émanant de la (les) bobine(s) 20 à ladite phase et du flux magnétique émanant des phases adjacentes excitées de façon différente à ce moment. En se référant aux figures 4 A à 4 D, le courant alternatif se propage naturellement de façon sinusoïdale et peut être facilement représenté sous la forme d'une onde 60 L'axe vertical 70 mesure l'amplitude de l'onde et l'axe horizontal 72 mesure le temps sous forme de radians sans unité Dans une période, une onde sinusoïdale pure 60 analogue à celle représentée sur les figures 4 A à 4 D changera d'amplitude depuis l'amplitude nulle 62 à O radian jusqu'à une unité d'amplitude entière 64 à Ti/2 radians, puis repassera à l'amplitude nulle 62 à XI radians, descendra à une unité d'amplitude entière négative 66 à 3 17 /2 radians et finalement reviendra à une amplitude nulle 62 à 21 radians L'amplitude du flux magnétique attribuable à une phase particulière dans un MLT infiniment long peut être représentée par une onde sinusoïdale Dans un MLT infiniment long, le flux magnétique attribuable à une phase particulière comprend le flux émanant de la (les) bobine(s) de ladite phase et les contributions de flux émanant des phases adjacentes excitées de façon différente Etant donné qu'il n'y a pas de début et de fin dans un MLT infiniment long, chaque phase recevra toujours une contribution de flux des phases adjacentes Par conséquent à X/2 et 31 X/2 radians, le flux magnétique attribuable à une phase particulière sera toujours une amplitude entière d'unité En outre, l'amplitude du flux et par conséquent la poussée resteront constantes à tous les moments. Par contre, comme le montrent les figures 5 A à 5 D, dans un MLT de longueur finie, bobiné de manière traditionnelle, la phase U se trouvant le plus près de la première extrémité du primaire n'atteindra jamais une amplitude entière 64 en Xl/2 et en 31 /2 radians, parce qu' elle ne reçoit pas la même contribution de flux que ne le reçoivent les phases qui se trouvent au milieu du MLT (ou une phase quelconque d'un MLT infiniment long) Par conséquent, un primaire bobiné de façon conventionnelle produira une pleine poussée à 0 et 17 radians parce qu'aucune contribution du flux des phases antérieures à la phase U n'est requise à 0 et mn radians Cependant, à 17 /2 ou à 3 17 /2 radians, le primaire produira une poussée inférieure à la poussée entière ( la pleine poussée est représentée en traits tiretés) parce que la phase U qui se trouve le plus près de la première extrémité du primaire ne reçoit pas de contribution de flux de la part des phases antérieures La différence de flux à ces quatres instants est à l'origine de la fluctuation de la poussée. Comme le montrent les figures 2 A et 6 A à 6 D, selon la présente invention, la moitié des bobines 20 de la phase U 58 se trouvant le plus près de la première extrémité 42 du primaire 12 (ou un pourcentage des bobines, comme représenté dans le figure 3 A) est transférée à la seconde extrémité 44 du primaire 12 Le transfert de la moitié des bobines 20 entraîne une diminution à chaque instant de l'amplitude du flux attribuable à la phase U qui se trouve le plus près de la première extrémité Il en résulte que la phase U ne produit pas la pleine poussée (représentée par les traits tiretés dans les figures 6 A et 6 C) à O et à mn radians, o elle l'avait avant L'amplitude de la poussée qui est développée à O et à m I radians (représentée en traits pleins dans les figures 6 A et 6 C) est plus proche de l'amplitude de la poussée développée à 1 X /2 ou à 3 ml /2 radians (voir les figures 6 B et 6 D). Ainsi, l'amplitude de la poussée attribuable à la phase U est rendue plus importante à chaque instant En plaçant l'autre moitié de la phase U à la seconde extrémité 44 du primaire 12, on crée le même phénomène à ladite seconde extrémité 44 Par conséquent, le déplacement de la moitié des bobines 20 de la phase U qui est le plus près de la première extrémité 42 à la seconde extrémité 44 cause une diminution notable du champ magnétique aux deux extrémités 42, 44 et diminue de ce fait l'ondulation de poussée. Les figures 6 A à 6 D montrent l'amplitude du flux magnétique attribuable à la phase U le long de tout le primaire en 0,1 X/2,1 X et 3 X 1/2 radians. Bien que cette invention ait été décrite dans le cas de modes de réalisation détaillés, il est clair pour l'homme de l'art que de nombreuses modifications de forme et de détail peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1 Moteur linéaire entraîné par un courant électrique polyphasé, comprenant un secondaire ( 14) et un primaire ( 12), celui-ci comprenant plusieurs bobines ( 20) et plusieurs feuilletages fins ( 22), chaque feuilletage ayant une largeur ( 42) selon laquelle sont découpées plusieurs encoches ( 34), une première extrémité ( 38), une seconde extrémité ( 40) et une longueur ( 32) s'étendant entre lesdites extrémités, de sorte que lorsque lesdits feuilletages sont empilés, lesdites encoches forment entre elles des canaux ( 36) qui reçoivent lesdites bobines, lesdites bobines étant disposées dans des pôles, chaque pôle ayant un nombre discret de bobines correspondant au nombre de phases du courant d'entraînement du moteur linéaire, ou un multiple de ce nombre, un pourcentage desdites bobines correspondant à la phase la plus proche de ladite première extrémité ( 38) étant positionné à ladite seconde extrémité ( 40) dudit primaire. 2 Moteur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit pourcentage de bobines correspondant à la phase la plus proche de ladite première extrémité et qui est positionné à la seconde extrémité du primaire, est égal à 50 %. 3 Moteur linéaire tubulaire entraîné par un courant électrique polyphasé, comprenant un secondaire ( 14) et un primaire ( 12), celui-ci comprenant plusieurs bobines et plusieurs feuilletages fins ( 22), chaque feuilletage ayant une largeur ( 42) selon laquelle sont découpées plusieurs encoches ( 34), une première extrémité ( 38) et une seconde extrémité ( 40) et une longueur ( 32) s'étendant entre lesdites extrémités, de sorte que lorsque les feuilletages sont empilés, lesdites encoches forment entre elles des canaux ( 36) pour recevoir lesdites bobines, ladite pluralité de bobines étant disposée dans des pôles, chaque pôle comportant un nombre discret de bobines correspondant au nombre de phases du courant d'entraînement du moteur linéaire ou un multiple de ce nombre, un pourcentage de bobines correspondant à la phase la plus proche de ladite première extrémité étant positionné à ladite seconde extrémité du primaire. 4 Moteur linéaire tubulaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit pourcentage de bobines correspondant à la phase la plus proche de ladite première extrémité et qui est positionné à ladite seconde extrémité du primaire, est égal à 50 %. Procédé de disposition des bobines primaires d'un moteur linéaire tubulaire entraîné par un courant électrique polyphasé, comprenant les étapes consistant à: réaliser un primaire ayant une pluralité de bobines et de feuilletages fins, chaque feuilletage ayant une largeur sur laquelle sont découpées plusieurs encoches, une première extrémité et une seconde extrémité et une longueur entre ces extrémités, de sorte que lorsque lesdits feuilletages sont empilés, lesdites encoches forment entre elles des canaux pour recevoir lesdites bobines, disposer lesdites bobines dans des pôles, chaque pôle ayant un nombre discret de bobines correspondant au nombre de phases du courant entraînant le moteur linéaire ou un multiple de ce nombre, et positionner un pourcentage desdites bobines correspondant à la phase la plus proche de ladite première extrémité, à ladite seconde extrémité du primaire. 6 Primaire de moteur linéaire tubulaire comprenant un corps présentant une pluralité d'encoches ( 34) qui y sont disposées de façon séquentielle depuis une première encoche jusqu'à une dernière encoche et une pluralité de bobines ( 20), chacune d'elles étant disposée dans une encoche et étant capable de créer un champ magnétique d'amplitude donnée, une première bobine étant disposée dans ladite première encoche et une seconde bobine étant disposée dans la dernière encoche, lesdites première et seconde bobines ayant chacune une magnitude d'un pourcentage de 1 % inférieur à une magnitude donnée. 7 Primaire de moteur linéaire tubulaire, caractérisé en ce qu'il comprend un corps présentant une pluralité d'encoches ( 34) qui y sont disposées séquentiellement depuis une première encoche jusqu'à une dernière encoche et une pluralité de bobines ( 20) disposées chacune dans une encoche et capables de créer chacune un champ magnétique d'amplitude donné, une bobine étant disposée dans ladite première encoche, ladite bobine ayant une magnitude d'un pourcentage 1 % inférieur à ladite magnitude donnée.