Brevet FR2730969A1 — publié le 19960830

L'invention concerne des mécanismes d'aiguillages de chemin de fer, en particulier des mécanismes d'aiguillages de chemin de fer qui travaillent en déplaçant des tronçons de rails mécaniques, déviant ainsi la circulation des trains entre des voies alternées, en utilisant une force motrice provenant de moteurs électriques, et elle a trait plus particulièrement à des mécanismes d'aiguillages de chemin de fer qui reçoivent une force motrice de moteurs linéaires à induction. Les mécanismes d'aiguillages actuels utilisent les principes établis d'effet de levier mécanique au moyen de dispositifs tels que des engrenages, des équerres de renvoi et des bras de levier pour diriger le trajet des roues d'un train d'une voie à une autre voie. De plus, de tels disposi- tifs mécaniques sont généralement entraînés par des moteurs linéaires/rotatifs, électriques et/ou pneumatiques. Certains de ces mécanismes d'aiguillages utilisent un moteur à courant continu et une boite d'engrenage à couple élevé (montage latéral d'un engrenage à vis sans fin, d'un vérin à vis ou d'un engrenage droit), et des semelles lubrifiées de support de rail, qui peuvent nécessiter de l'entretien. Dans de tels mécanismes d'aiguillages, une partie importante de l'effort de l'actionneur est destinée à vaincre les effets de frotte- ment et de résistance statiques, y compris des forces de frottement visqueux et de coulomb. De plus, l'actionneur doit être assez puissant pour broyer tout ballast, neige ou matière étrangère ayant pu se loger entre les rails et les aiguilles. L'industrie ferroviaire a promulguer des direc- tives recommandées de mise en oeuvre pour des mécanismes d'aiguillages à moteur, qui doivent être suivies par les mécanismes d'aiguillages existants et nouveaux. L'une des ces directives est illustrée sur la figure 1. Habituellement, les lames d'aiguille se déplacent d'environ 15 cm d'une voie à l'autre. La figure 1 indique qu'il faut une force initiale de décollement 178 daN pour vaincre des forces telles que le frottement statique dans le système. Sur les 10 cm-suivants de la course de l'aiguille, le couple est augmenté à peu près linéairement jusqu'à environ 400 daN pour vaincre d'autres forces contraires telles que des forces de frottement et d'autres forces visqueuses. Pour que la lame soit collée de façon sûre, il faut que l'actionneur augmente jusqu'à environ 1110 daN la force exercée sur l'aiguille sur les 2,5 derniers cm de sa course pour broyer toute matière telle que du ballast pouvant être emprisonnée entre le rail principal et l'aiguille. D'autres critères de conception d'aiguillages exigent que des mécanismes à basse tension, avec 20 volts aux bornes du moteur, et des mécanismes à haute tension, avec 110 volts aux bornes du moteur, soient capables d'exercer une force de traction de 1690 daN en fin de course, sans dommage. Le mécanisme d'aiguillage doit être conçu pour pouvoir être arrêté, inversé ou bloqué par un obstacle en un point quelconque de son mouvement, sans dommage. De plus, le mécanisme d'aiguillage doit empêcher tout mouvement dû à des vibrations ou à des forces extérieures appliquées aux connexions. En outre, le mécanisme d'aiguillage doit être capable de supporter, dans la position verrouillée, un effort équivalent à une poussée de 8900 daN sur l'assemblage de manoeuvre ou de verrouillage de l'aiguille. En outre, un enclenchement à contact d'équerre de renvoi doit être prévu pour empêcher le moteur de se mettre en marche tandis que l'équerre de renvoi est introduite et jusqu'à ce que ce contact ait été repositionné. L'invention propose un mécanisme d'aiguillage à induction linéaire ayant au moins un moteur à induction linéaire (MIL) destiné à pousser transversalement un rail d'aiguille d'une première position prédéterminée à une seconde position prédéterminée. Pour réduire les forces de frottement pouvant être rencontrées pendant le mouvement transversal, le mécanisme d'aiguillage peut également être soulevé par lévitation des structures sous-jacentes. L'ai- guille peut également comporter au moins une source d'alimen- tation en énergie pouvant être commandée, destinée à fournir du courant électrique au moteur. Bien qu'il soit possible de faire fonctionner plus d'un moteur à induction linéaire avec une source d'alimentation en énergie pouvant être commandée, il est avantageux que chaque moteur MIL soit alimenté en énergie par une source respective d'alimentation en énergie pouvant être commandée. L'aiguille peut également comprendre un dispositif de commande principal qui est connecté à au moins une source d'alimentation en énergie pouvant être commandée. Le dispositif de commande principal réagit à au moins un signal de rétroaction provenant d'une source d'alimentation en énergie pouvant être commandée, à un signal de rétroaction provenant d'un moteur MIL, à un signal de rétroaction provenant d'un rail de l'aiguille et à un signal d'éloignement. Le moteur MIL peut comprendre un inducteur primaire qui est fixé sensiblement rigidement au sol et un inducteur secondaire qui est fixé au rail de l'aiguillage. Dans certaines formes de réalisation, l'inducteur secondaire peut être en échelle. Lorsque le moteur MIL est alimenté, le secondaire en échelle est attiré magnétiquement vers l'inducteur primaire, et le secondaire en échelle peut donc se déplacer sous l'effet du champ magnétique généré par l'inducteur primaire. L'alimentation en énergie pouvant être commandée, utilisée avec l'aiguille, peut comprendre un convertisseur de puissance à semiconducteurs ayant une tension de sortie commandée. Dans certaines formes de réalisation, la tension de sortie peut être commandée au moyen d'une modulation d'impulsions en largeur. Le convertis- seur de puissance à semiconducteurs peut être un convertis- seur à tension variable, fréquence variable, bien qu'un convertisseur à tension variable, fréquence fixe, puisse également être utilisé. Certaines formes de réalisation utilisent un moteur à induction linéaire qui est triphasé. Pour maintenir un entrefer sensiblement-constant entre l'inducteur primaire et un secondaire en échelle dans le cas o un moteur MIL est alimenté, on peut prévoir une entretoise disposée entre l'inducteur primaire et le secon- daire en échelle. En outre, certaines formes de réalisation peuvent également comporter un mécanisme à bride destiné à verrouiller l'aiguille dans une position prédéterminée. La bride est reliée à l'aiguille et au dispositif de commande principal, et elle fournit à ce dernier une indication concernant la position de l'aiguille. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une illustration d'une direction d'exploitation recommandée portant sur les charges d'essai exigées des mécanismes d'aiguillages à moteur; la figure 2 est un schéma simplifié d'un aiguil- lage à induction linéaire selon la présente invention; la figure 3a est une vue de côté d'un aiguillage à induction linéaire selon la présente invention, dans une première position prédéterminée; la figure 3b est une vue de côté d'un aiguillage à induction linéaire selon l'invention, en cours de fonction- nement; la figure 3c est une vue de côté d'un aiguillage à induction linéaire selon l'invention dans une seconde position prédéterminée; la figure 4 est une vue en perspective illustrant un inducteur secondaire en échelle selon l'invention; la figure 5a illustre un moteur à induction linéaire dans un état non alimenté, utilisant des entretoises de vidage conformément à l'invention; et la figure 5b illustre un moteur à induction linéaire dans un état alimenté, utilisant des entretoises de guidage conformément à l'invention. L'aiguillage à induction linéaire utilise la technologie des moteurs à induction linéaire pour transformer le mouvement, engendré par le champ électromagnétique d'un moteur électrique, en un mouvement linéaire utilisé pour entrainer des lames d'aiguille d'une première position à une seconde position. La force d'attraction du moteur MIL est utilisée pour vaincre des forces de frottement ou de coulomb et, dans cette forme de réalisation, pour soulever une certaine longueur des rails des aiguilles au-dessus des semelles de glissement des aiguilles. De cette manière, on peut réduire la résistance de frottement pendant l'exécution d'un mouvement transversal au cours d'une manoeuvre d'aiguil- lage d'une direction à l'autre. Bien qu'un seul moteur MIL suffise au soulèvement et au mouvement transversal de l'aiguillage, il peut être avantageux d'équiper l'aiguillage de deux moteurs MIL, placés de chaque côté de la voie. Ces moteurs MIL peuvent être commandés ensemble pour produire la force d'élévation et la poussée nécessaire pour soulever les rails de leur position d'appui et changer la position de l'aiguillage. Au moins une alimentation en énergie pouvant être commandée est prévue pour au moins un moteur MIL. Chaque alimentation en énergie pouvant être commandée peut compren- dre au moins un convertisseur de puissance à semiconducteurs, plus avantageusement un convertisseur à tension variable, fréquence variable. Pour que les moteurs MIL de l'aiguillage respectif puissent fonctionner dans une configuration symétrique, un convertisseur de puissance à semiconducteur peut être prévu pour chacun des deux moteurs MIL de chaque aiguillage respectif. Dans cette configuration, l'aiguillage permet des manoeuvre tolérantes aux défauts. Par exemple, si l'un des moteurs MIL ou des convertisseurs de puissance est en panne, les pièces actives peuvent continuer d'assurer le fonctionnement de l'aiguillage. Un dispositif de commande peut produire une commande tolérante aux défauts de l'aiguil- lage, y compris de l'alimentation en énergie pouvant être commandée et des moteurs MIL, peut effectuer les contr8les nécessaires avant de changer la position de l'aiguillage, et peut surveiller l'état du mécanisme de manoeuvre de l'aiguil- lage pour détecter un défaut possible de fonctionnement. En raison de la possibilité d'effectuer direc- tement un mouvement transversal, cette forme actuellement avantageuse de réalisation permet d'éliminer la nécessité d'une boite d'engrenage ou d'un bloc de translation. De plus, la barre coulissante, c'est-à-dire la tringlerie mécanique entre le dispositif de commande électrique et l'opérateur, peut être éliminée. Comme montré sur la figure 2, deux moteurs à inductions linéaires 0la, 0lob peuvent être prévus pour l'aiguillage 1 à induction linéaire, bien que l'aiguillage 1 puisse fonctionner avec un seul moteur MIL. Il est envisagé de prévoir deux alimentations en énergie 12a, 12b pouvant être commandées pour fournir un courant électrique aux moteurs MIL respectifs 10a, 0lob. Il est souhaitable de concevoir l'aiguillage 1 de manière qu'il soit tolérant aux défauts; par conséquent, chacune des alimentations en énergie 12a, 12b pouvant être commandée peut être recon- figurable pour fournir du courant électrique à l'un des moteurs MIL 10a, 0lob ou aux deux. Les moteurs MIL 10a, 0lob sont avantageusement des moteurs à induction triphasés qui peuvent nécessiter de l'énergie triphasée pour fonctionner. Par conséquent, la tension alternative souhaitée et le courant nécessaire pour exciter les stators des moteurs MIL peuvent être fournis par l'utilisation d'alimentations en énergie pouvant être commandées ayant des dispositifs de commutation à semiconduc- teurs tels que, par exemple, des dispositifs de commutation à thyristors blocables par la cachette ("GTO") ou à transis- tors bipolaires à grille isolée ("IGBT"). Il est en outre avantageux d'utiliser des convertisseurs de puissance à tension variable, fréquence variable dans les alimentations en énergie 12a, 12b pouvant être commandées afin d'obtenir un meilleur rendement au cours des mouvements d'élévation et de déplacement transversal. Cependant, on peut également utiliser des convertisseurs à tension variable, fréquence fixe. La tension efficace de sortie peut être obtenue par une commande des dispositifs de commutation conformément à un procédé prédéterminé. Dans cette forme de réalisation, la tension efficace de sortie est obtenue en utilisant différen- tes largeurs d'impulsion formée par des procédés de modula- tion d'impulsion en largeur dans les alimentations en énergie 12a, 12b pouvant être commandées. Le dispositif 14 de commande, qui peut être un dispositif de commande principal, fournit des informations de commande et de configuration aux alimentations en énergie 12a, 12b pouvant être commandées. Le mouvement des lames d'aiguille 20 par rapport aux rails principaux 18 peut être commandé à distance par l'utilisation à distance d'un signal 16 qui est appliqué au dispositif 14 de commande. Des alimentations en énergie 12a, 12b, les moteurs MIL 0la, 0lob et des moyens de bridage 24a, 24b peuvent produire un signal de rétroaction 22 qui permet au dispositif 14 de commande de surveiller les états, les positions et les mouvements du système, la position de l'aiguillage et une indication de verrouillage. Le dispositif 14 de commande peut également effectuer un essai du système et des essais d'auto-diagnos- tic. Les moyens de bridage 24a, 24b peuvent produire une action de verrouillage mécanique qui satisfait aux critères de conception de l'industrie ferroviaire. De plus, les moyens de bridage 24a, 24b peuvent fournir au dispositif 14 de commande des informations concernant la position des lames de l'aiguillage et une indication de verrouillage, au moyen d'un signal 22 de rétroaction, bien qu'une information concernant l'aiguillage puisse être fournie par l'intermédiaire du signal 22 par des moyens autres que les moyens de bridage 24a, 24b, par exemple par des capteurs placés directement sur les rails 18, 20. Habituellement, le système peut fonctionner de la manière suivante: un opérateur se trouvant dans un centre de télécommande peut envoyer à l'aiguillage 1 un ordre pour changer la position des lames d'aiguille 20 en appliquant à distance un signal 16 au dispositif 14 de commande. Ce dernier fournit alors un signal 24 de mise en oeuvre aux alimentations en énergie 12a, 12b pouvant être commandées. Les alimentations en énergie 12a, 12b peuvent fournir de la puissance aux moteurs MIL respectifs lOa et lob. Initiale- ment, la puissance fournie aux moteurs MIL 10a et lob soulève du sol les lames d'aiguille 20 et les structures 26 de support ou réduit la surface normale sur laquelle s'exerce la force de l'apesanteur sur les structures de support. Une fois que ces forces de coulomb et de frottement sont réduites ou éliminées, les champs électromagnétiques des moteurs MIL O10a, lob sont activés pour produire un mouvement latéral, trans- versal à l'orientation des rails principaux 18. Le mouvement létaral des structures 26 de support et des lames d'aiguille ou de la voie 20 de déviation par rapport à la voie directe 18 constitue le mouvement souhaité. Les moteurs MIL peuvent être conçus de façon que la force exercée latéralement par ces moteurs MIL loa, lob, ensemble ou seul, puisse être suffisante pour broyer tout ballast ou autre matière ayant pu se loger entre les lames d'aiguille et les rails. Une fois que les lames d'aiguille 20 sont positionnées par rapport aux rails principaux 18, il est avantageux de verrouiller les lames 20 dans la position prédéterminée à l'aide des moyens de bridage 24a, 24b. Les figures 3a à 3c illustrent le fonctionnement de l'aiguillage pour faire passer les lames d'aiguille d'une première position prédéterminée à une seconde position prédéterminée. La figure 3a montre les lames d'aiguille 48a, 48b dans une première position. Dans cette première position, la lame 48a est sensiblement en contact avec un rail prin- cipal 44 et la lame d'aiguille 48b est espacée du rail principal 46. Sur la figure 3a, des inducteurs primaires 40a, 40b sont désexcités et, par conséquent, ils n'exercent pratiquement aucune force d'attraction vers des secondaires 42a, 42b, respectivement. Il peut être avantageux que les inducteurs primaires 40a, 40b soient fixés rigidement au sol et surélevés par rapport à lui. Il peut également être avantageux que les secondaires 42a, 42b soient fixés à une structure 51 de support d'aiguille qui, elle-même est fixée à une structure 50 de support d'aiguille et aux lames d'aiguille 48a, 48b. Lorsqu'un courant électrique est appliqué sélectivement aux inducteurs primaires 40a, 40b, une force d'attraction est générée entre les inducteurs primaires 40a, b et les secondaires 42a, 42b, respectivement. Le frot- tement statique est vaincu, amenant les secondaires 42a, 42b, fixés aux structures de support 51, 50, et les lames d'ai- guille 48a, 48b à être soulevés du sol 35. Un mouvement transversal des lames d'aiguille 48a, 48b par rapport aux rails principaux 44, 46 est réalisé par la production de champs magnétiques tournant dans les inducteurs primaires a, 40b, déplaçant ainsi latéralement les secondaires 42a, 42b. Après l'achèvement du mouvement latéral et transversal, la lame d'aiguille 48b est sensiblement en contact avec le rail principal 46, et la lame d'aiguille 48a est sensiblement espacée du rail principal 44. Les lames d'aiguille 48a, 48b étant dans la seconde position prédéterminée, comme montré sur la figure 3c, les inducteurs primaires 40a, 40b sont désexcités, permettant ainsi la dissipation de la force d'attraction. En l'absence de la force d'attraction, les secondaires 42a, 42b, les structures de support 50, 51 et les lames d'aiguille 48a, 48b sont ramenés vers le sol 35 sous l'effet de leur propre poids. Un mouvement transversal dans le sens opposé peut être réalisé par la production de la force d'attraction illustrée sur la figure 3b et l'application du champ électromagnétique aux inducteurs primaires 40a, 40b pour une rotation dans le sens oppose. Bien que d'autres configurations pour un secon- daire puissent être utilisées, un secondaire 100 peut être un secondaire en échelle comme montré sur la figure 4. Il peut être avantageux de réaliser une cage 102 en aluminium et une plaque arrière 104 de réaction en fer, par exemple en fer feuilleté. La plaque 104 peut donc être conçue en tant que "culasse". En variante, le secondaire 100 peut être composé d'une plaque plate en aluminium fixée à une culasse 104. Grâce à la configuration avantageuse du secondaire 100, la présence d'une composante longitudinale de densité de courant, en plus d'une composante transversale, dans la cage à réaction est réduite, annulant ainsi essentiellement des effets de bords transversaux et diminuant les pertes dans le secondaire par effet joule, ce qui augmente donc le facteur de puissance du moteur MIL. La figure 5 montre un moteur MIL comprenant un inducteur primaire 240 et un secondaire 242 dans l'état désexcité. Sont également représentés des guides 243a, 243b d'espacement et de support mécanique. Lorsqu'un courant électrique est appliqué à un inducteur primaire 240, comme montré sur la figure 5b, le secondaire 242 est attiré vers lui. La force d'attraction peut être utilisée pour produire une action de soulèvement complet sur le secondaire 242 et la structure 251 de support des lames d'aiguille. Cependant, il peut être souhaitable de réduire et limiter uniquement la force de frottement pour permettre un mouvement transversal en douceur. Dans chaque cas, les entretoises 243a, 243b de guidage et de support mécanique peuvent agir de façon à maintenir essentiellement constant l'entrefer 241 entre l'inducteur primaire 240 et le secondaire 242, simplifiant ainsi la fonction de commande. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au mécanisme d'aiguillage décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Mécanisme d'aiguillage de chemin de--fer pour commander la circulation des trains entre des voies alternées (18, 20), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moteur à induction linéaire (10a, lob) destiné à pousser transver- salement des lames d'aiguille (20) d'une première position prédéterminée à une seconde position prédéterminée, et relié fonctionnellement auxdites lames d'aiguille, au moins une alimentation en énergie (12a, 12b) pouvant être commandée, connectée aux moteurs ou à chaque moteur à induction linéaire pour l'alimenter en énergie électrique, et un dispositif de commande (14) connecté à la ou à chaque alimentation en énergie pouvant être commandée et réagissant à au moins un signal de rétroaction (22) provenant de cette alimentation en énergie, à un signal de rétroaction provenant du ou de chaque moteur à induction linéaire, à un signal de rétro-action provenant des lames d'aiguille et à un signal provenant d'un point éloigné. 2. Mécanisme d'aiguillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou chaque moteur à induction linéaire comprend un inducteur primaire (40a, 40b) fixé sensiblement rigidement, et un secondaire (42a, 42b) relié aux lames d'aiguille et pouvant être attiré magnétiquement et sélectivement vers l'inducteur primaire, le secondaire pouvant être déplacé en réponse à un champ magnétique produit par l'inducteur primaire. 3. Mécanisme d'aiguillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ou chaque moteur à induction linéaire est un moteur à induction linéaire triphasé. 4. Mécanisme d'aiguillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le secondaire est configuré en secondaire (100) en échelle. 5. Mécanisme d'aiguillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou chaque moteur à induction soulève également les lames d'aiguille. 6. Mécanisme d'aiguillage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une entretoise (243a, 243b) disposée entre l'inducteur primaire (240) et le secondaire (242) et ayant une épaisseur prédéterminée pour maintenir un entrefer sensiblement constant (241) entre l'inducteur primaire et le secondaire lorsque le ou chaque moteur à induction linéaire est alimenté. 7. Mécanisme d'aiguillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou chaque alimentation en énergie pouvant être commandée comprend en outre au moins un conver- tisseur d'énergie à semiconducteurs ayant une sortie comman- dée en tension, laquelle sortie est soumise à une modulation d'impulsion en largeur. 8. Mécanisme d'aiguillage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ou chaque moteur à induction soulève aussi les lames d'aiguille. 9. Mécanisme d'aiguillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le ou chaque convertisseur d'énergie à semiconducteurs est un convertisseur à tension variable, fréquence variable. 10. Mécanisme d'aiguillage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de bridage (24a, 24b) destinés à verrouiller les lames d'aiguil- le dans une position prédéterminée et pouvant être reliés aux lames d'aiguille et au dispositif de commande, les moyens de bridage fournissant audit dispositif de commande au moins l'une des indications de position des lames d'aiguille et de verrouillage. 11. Mécanisme d'aiguillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commande peut être connecté sélectivement à la ou chaque alimentation en énergie pouvant être commandée et la ou chaque alimentation en énergie pouvant être commandée peut être connectée sélec- tivement audit moteur à induction linéaire ou à certains, respectifs, desdits moteurs à induction linéaire de façon que le dispositif de commande puisse actionner sélectivement le moteur à induction linéaire ou certains desdits moteurs à induction linéaire. 12. Mécanisme d'aiguillage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre plusieurs moteurs (10a, lob) à induction linéaire les deux moteurs respectifs d'une paire de ces moteurs à induction linéaire étant disposés de part et d'autre de l'aiguillage, la ou chaque alimentation en énergie comprenant plusieurs conver- tisseurs de puissance à semiconducteurs, certains, respec- tifs, d'une paire de ces convertisseurs de puissance à semiconducteurs étant connectés sélectivement aux moteurs à inductions linéaires respectifs de ladite paire afin que les deux moteurs à inductions linéaires de cette paire puissent ainsi travailler en une configuration en poussée-traction. 13. Mécanisme d'aiguillage selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moteurs à induction linéaire soulèvent aussi les lames d'aiguille. 14. Procédé pour faire passer des circulations d'une première voie (18) à une seconde voie (20), caractérisé en ce qu'il comprend la mise en action d'au moins un moteur ( orientée dans ledit premier sens. 15. Procédé selon la revendication 14, carac- térisé en ce que la production de la force d'attraction comprend en outre l'étape consistant à soulever les lames d'aiguille.