Brevet FR2730876A1 — publié le 19960823

MOTEUR ELECTRIQUE LINEAIRE DONT LA PARTIE PASSIVE EST CONSTITUEE PAR DES OBJETS A DEPLACER ET INSTALLATION DE TRANSITIQUE UTILISANT UN TEL MOTEUR. La présente invention concerne un moteur électrique linéaire réduit à un seul inducteur ou ensemble d'inducteurs, la partie passive du moteur étant constituée par les objets destinés à être déplacés sous l'action du dit moteur. Le domaine d'application est la transitique industrielle et plus généralement, I'invention trouvera ses applications dans tous les domaines où l'on a besoin de faire se déplacer un objet ou une pluralité d'objets, comme par exemple les chaînes de montage ou de fabrication industrielles, ainsi que les usines de fabrication ou de conditionnement agro-alimentaire. On connaît plusieurs solutions pour réaliser la transitique des objets manufacturés durant les process de fabrication automatisés. On utilise le plus souvent des tapis roulants sur lesquels les objets manufacturés sont posés et défilent devant les postes de travail. On a également recours à l'accrochage des objets sous des rails guidés. Dans certains process comme le flaconnage, les objets sont guidés par des carters dans lesquels circule un flux d'air. On notera que chacune des solutions connues et utilisées dans le domaine de la transitique industrielle implique des risques de chocs entre les objets. De plus, ces solutions nécessitent l'utilisation de nombreuses pièces d'usure ce qui induit un coût de maintenance élevé. Enfin, les vitesses de défilement des objets restent limitées notamment par l'inertie mécanique des masses en mouvement, inertie qui rend difficile l'obtention d'accélérations et de décélérations importantes comme le voudraient les faibles longueurs des chaînes de fabrication. Un objectif essentiel de l'invention est de proposer un système de transitique industrielle particulièrement simple, performant et économique qui soit dépourvu de toute pièce d'usure et qui par conséquent supprime les opérations de réglage et de maintenance qui viennent grever les coûts d'exploitation des installations classiques. Un objectif complémentaire de l'invention est de réaliser des chaînes de montage, de fabrication ou de conditionnement qui soient d'un encombrement réduit tout en permettant de conférer aux objets des vitesses de déplacement élevées, grâce à des séquences d'accélération et de freinage importants réalisés sur des distances très courtes. Un objectif complémentaire est de proposer des installations de transitique industrielle qui suppriment les risques de chocs des objets déplacés entre eux ainsi que les risques de chocs entre les objets et les parties fixes de l'installation. Un objectif annexe est de proposer des installations de transitique industrielle présentant un rendement énergétique particulièrement élevé, dans lesquelles l'énergie électrique est directement utilisée pour provoquer le déplacement des objets et qui suppriment tous les frottements de pièces en rotation ou en translation. Un objectif complémentaire est de proposer des installations de transitique industrielle qui soient facilement pilotables à distance et dans lesquels le déplacement des objets sur au moins deux axes puisse être facilement modifié par simple gestion des flux électriques. L'ensemble de ces objectifs ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite sont atteint à l'aide d'installation de transitique industrielle dans lesquels habituels tapis roulants, rails de guidage et autre plateaux tournants sont au moins partiellement remplacés par un moteur électrique linéaire dont la partie active est constituée par au moins un inducteur et dont la partie passive est constituée par les objets à déplacer. On connaît depuis longtemps le principe du moteur électrique linéaire. Les travaux de la société BERTIN ont abouti à la création d'un train à sustentation et propulsion magnétique et le procédé a connu des applications industrielles au Japon. Ce moteur fonctionne sur le principe d'un aimant permanent (le rail) sur lequel se déplace un inducteur actif alimenté en courant électrique (le moteur du train) les forces magnétiques étant utilisées d'une part pour soulever la masse du train à quelques centimètres au dessus du rail et d'autre part pour assurer la propulsion. On sait que dans un moteur électrique rotatif, on dispose de plusieurs solutions pour les configurations respectives du stator et du rotor: I'aimant permanent peut être positionné soit en périphérie (stator) soit au centre du moteur (rotor). L'invention propose de réaliser un moteur électrique linéaire dont l'inducteur (la partie active) sera situé sur un plan fixe et dont le composant passif sera constitué par un objet métallique ou une pluralité d'objets métalliques auxquels on cherche à conférer un déplacement linéaire. La gestion des courants électriques et donc des flux magnétiques induits permettant d'appliquer aux objets métalliques d'une part une force de sustentation verticale supérieure, égale ou au moins proche et légèrement inférieure à leur poids et d'autre part une force de traction horizontale.Dans une variante, notamment utilisée pour réaliser la transitique des objets métalliques ayant un coefficient p inférieur à 1 ou des objets non métalliques (flaconnage, composites ...) les objets seront placés sur des semelles amovibles ayant des dimensions et des propriétés ferromagnétiques adaptées, les dites semelles étant séparées des produits en fin de chaîne et réutilisées en début de process pour supporter de nouveaux produits. L'invention trouvera ses applications dans tous les domaines de la transitique industrielle, et plus spécialement dans les process de fabrication de produits alimentaires conditionnés dans des boîtes de conserves; dans ce type d'application, I'élément passif du moteur électrique linéaire sera en effet simplement constitué par les boîtes métalliques elles-mêmes, les dites boîtes étant constituées d'un matériau métallique présentant un coefficient p strictement supérieur à 1. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère aux dessins suivant, donnés à simple titre illustratif et présentant un mode de réalisation préférentiel d'un moteur électrique linéaire et d'une installation de transitique industrielle selon l'invention, dans lesquels: La Figure 1 présente une vue de côté du moteur électrique linéaire selon l'invention. La figure 2 présente une vue de dessus d'une installation de transitique industrielle utilisant un moteur électrique linéaire selon l'invention. Dans un mode de réalisation préférentiel représenté schématiquement Figure 1, I'inducteur linéaire sera constitué d'un ou d'une pluralité de bobinages (1) générant un flux magnétique suffisant pour provoquer d'une part la compensation des forces de gravité (P) subies par les objets (2) et d'autre part des forces d'accélération (F) ou de freinage orientées dans une direction approximativement horizontale. Les objets (2) se déplaceront sur un axe principal (X,X') le long et légèrement au dessus d'une surface de base (6), cette surface de base (6) étant constituée d'un matériau à faible coefficient de frottement de façon à permettre le déplacement des objets (2) y compris dans le cas où la force de sustentation (S) est légèrement inférieure au poids des objets (2).Les calculs et essais effectués par la demanderesse ont montré que le bobinage générant la force verticale (S) de compensation de la gravité devra être dimensionné et alimenté de telle façon qu'il génère un flux égal à 200 Ampères-tours + 15 % par kilogramme de produit supporté sur 1 cm de longueur dans l'axe du flux principal. Dans un mode de réalisation alternatif, on choisira de placer deux ensembles de bobinage distincts, le premier générant le flux de supportage et le second produisant le flux de translation. De façon avantageuse, on placera des butées hautes (4) et des butées basses (5) qui auront pour objet de dévier la trajectoire de ceux parmi les objets (2) dont les poids s'écarteraient d'une fourchette prédéterminée comme acceptable. On comprend en effet que tous les objets sont soumis à la résultante verticale de S - P et qu'en conséquence seuls ceux dont le poids est acceptable ne seront pas déviés de l'axe principal (X,X') par les butées (4 ou 5). De façon également avantageuse, on utilisera les propriétés des champs électromagnétiques générés par les inducteurs (1) pour réaliser une cuisson totale ou résiduelle des denrées, produits ou aliments contenus dans les objets (2). En effet, lorsque ces objets (2) seront du type boîtes de conserves, les propriétés de la réaction thermique des masses métalliques aux flux magnétiques pourront être mises à profit pour réaliser la cuisson totale ou résiduelle des aliments qu'ils contiennent, ce qui procurera une économie de temps et d'énergie appréciable sur l'ensemble des process de fabrication agroalimentaires. Dans le cas où les objets (2) seraient constitué d'un matériau non métallique, on pourra les placer sur des semelles amovibles (3), lesquelles semelles amovibles seront réalisées en matériau ferromagnétique. Sur la vue de dessus représentée en Figure 2, les inducteurs (1) sont représentés sous la surface principale (6). Ces inducteurs (1) permettent de maintenir les objets (2) légèrement au dessus ou en contact résiduel faible avec la surface (6), ladite surface étant recouverte par un matériau à faible coefficient de frottement. Les dits inducteurs (1) permettent également de conférer aux objets (2) des forces d'accélération ou de freinage; pour ce faire, il suffit de faire varier l'intensité du courant électrique qui parcourt les inducteurs (1). De façon avantageuse, I'alimentation du ou des éléments actifs (1) sera asservie aux signaux émis par le passage des éléments passifs (2) devant des cellules réceptrices (16).En tout état de cause, I'accélération et le freinage des objets (2) donc la gestion des déplacements des dits objets (2) sera obtenue par simples variations du courant parcourant les éléments actifs (1). On placera des inducteurs annexes (11 et 12) de part et d'autre de l'axe principal (X, X') . L'alimentation simultanée et égale de ces inducteurs annexes (11 et 12) aura pour effet de maintenir le déplacement des objets (2) dans l'axe principal. Par contre, une alimentation des inducteurs (11) différente de celle des inducteurs (12) aura pour effet de dévier les objets (2) par rapport à l'axe principal (X, X') et de les dévier sur un axe différent, par exemple l'axe (Y, Y'). Une fois orientés sur l'axe (Y, Y'), les objets (2) seront guidés par des inducteurs principaux (1) et par des inducteurs annexes (14 et 15). L' avantage de cette configuration est que l'on pourra choisir de faire parcourir un circuit différent du circuit principal à une partie des objets (2), par exemple ceux pour lesquels un test aura donné un résultat négatif, et ce sans autre action qu'une modification de l'alimentation électrique des inducteurs annexes. Revendications 1) Moteur électrique linéaire caractérisé en ce que la partie active est constituée par un bobinage (1) ou par une pluralité de bobinages et en ce que la partie passive est constituée par les objets (2) soumis à translation, les dits objets (2) étant soit constitués au moins partiellement de matière métallique, soit placés sur des semelles amovibles (3) réalisées en matériaux ferromagnétiques. 2) Dispositif de transitique industrielle utilisant un moteur électrique linéaire selon revendication 1, caractérisé en ce que la partie active (1) génère un flux magnétique sustentateur et un flux magnétique accélérateur qui agissent sur la partie passive (2). 3) Dispositif de transitique industrielle utilisant un moteur électrique linéaire selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'inducteur (1) générant le flux magnétique sustentateur est dimensionné et alimenté de telle façon qu'il produise un flux d'environ 200 Ampères-tours par centimètre, dans le cas où la partie passive (2) présente un poids de 1 kg par centimètre de génératrice soumise au flux induit. 4) Dispositif de transitique industrielle selon revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comprend des butées hautes (4) et basses (5) évacuant automatiquement les objets dont les poids s'écarte d'une fourchette prédéterminée comme acceptable. 5) Dispositif de transitique industrielle selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il utilise les propriétés de la réaction thermique des masses métalliques aux variations de flux magnétiques pour réaliser une cuisson totale ou résiduelle des aliments contenus les objets (2) lorsque ceux-ci sont des récipients de type boîtes de conserve. 6) Dispositif de transitique industrielle selon revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la gestion des déplacements des objets (2) selon l'axe principal (X, X') est obtenue par simples variations du courant parcourant le ou les éléments actifs (I). 7) Dispositif de transitique industrielle selon revendications 1, 2 et 6 caractérisé en ce qu'il comprend des inducteurs annexes (11 et 12) latéraux dont l'alimentation électrique différentiée a pour effet de dévier la trajectoire des éléments passifs sur des axes (Y, Y') différents de l'axe principal (X, X'). 8) Dispositif de transitique industrielle selon revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'alimentation du ou des éléments actifs (1) est asservie aux signaux émis par le passage des éléments passifs (2) devant des cellules réceptrices (16).