Brevet FR2860659A1 — publié le 20050408

SYSTEME DE MOTEURS LINEAIRES La présente invention concerne des moteurs linéaires et, en particulier, des systèmes de moteurs linéaires pourvus d'un accumulateur d'énergie. Dans le cas des systèmes de moteurs linéaires dont la fonction, ou dont l'une des fonctions, est d'atteindre une rapide accélération à une vitesse élevée d'un plateau ou d'un chariot de réaction portant un objet lourd, il est nécessaire de fournir de grandes quantités d'énergie électrique au stator du moteur sur une courte période de temps. Le taux requis d'alimentation en énergie peut excéder celui pouvant être obtenu à partir de sources d'énergie disponibles telles que des générateurs électriques ou une société de distribution d'électricité. La figure 1 illustre sous forme de diagramme un type connu de système de moteurs linéaires 1 pour effectuer un taux d'alimentation en énergie élevé vers le moteur. Le système comprend plusieurs sous-systèmes. Ainsi, une source d'énergie 10 fournit de l'énergie, telle qu'une alimentation électrique à courant alternatif, à un sous-système convertisseur de recharge 12, qui convertit l'énergie provenant de la source d'énergie 10 en une forme appropriée pour charger un ou plusieurs accumulateurs d'énergie dans un sous-système accumulateur d'énergie 14. Pour fournir une grande quantité d'énergie en un court temps, l'énergie est stockée d'une manière qui la rend disponible pour une libération rapide. Le(s) accumulateur(s) d'énergie associé(s) au sous-système accumulateur d'énergie 14 peu(ven)t stocker de l'énergie d'une quelconque ou plusieurs de diverses manières, mais commodément pour certaines fins sous forme d'énergie de rotation dans un ou plusieurs volants. Dans ce cas, le sous-système accumulateur d'énergie doit également comprendre un moyen de conversion de l'énergie électrique en énergie de rotation et vice versa, et il est commode que celui-ci soit une machine électrique rotative du type induction. Le sous-système convertisseur de recharge 12 peut ensuite comprendre un convertisseur thyristor qui convertit une alimentation en courant alternatif de fréquence fixe provenant de la source d'énergie en alimentation à courant alternatif de fréquence variable pour fourniture à la machine d'induction qui entraîne -ou est entraînée par- le volant. L'alimentation disponible à partir de la source d'énergie 10 est accumulée dans le sous-système accumulateur d'énergie 14 pour permettre aux exigences en alimentation du sous-système de moteurs linéaires 18 d'être satisfaites. Une fois que le (les) accumulateur(s) d'énergie dans le sous-système accumulateur d'énergie 14 est (sont) pleinement chargés, un signal d'ordre peut être reçu à partir du sous-système de moteurs linéaires 18 et l'alimentation provenant du sous-système accumulateur d'énergie peut être passée directement à un sous système convertisseur électronique 16 qui convertit ou conditionne l'énergie en une forme qui peut être délivrée au stator du moteur dans le sous-système de moteurs linéaires 18. Le schéma décrit ci-dessus est techniquement faisable avec la technologie électrique commandée par ordinateur actuelle, mais il est souhaitable de réduire ses complexité, coût, volume et poids, spécialement pour des utilisations de moteurs linéaires où la mobilité est requise. La présente invention propose des réductions dans un ou plusieurs parmi la complexité, le coût, le volume et le poids des systèmes d'alimentation de moteur linéaire en atteignant un degré supérieur d'intégration de leurs sous- systèmes. Selon la présente invention, un système de moteurs linéaires comprend un sous-système accumulateur d'énergie relié à un sous-système convertisseur électronique, et un sous-système de moteurs linéaires pouvant être relié au sous-système convertisseur électronique à travers des moyens de sélecteur, le sous-système convertisseur électronique pouvant également être relié à une source d'énergie à travers les moyens de sélecteur, le sous-système convertisseur électronique comprenant un convertisseur de puissance réversible pour fournir une alimentation au sous-système accumulateur d'énergie et pour fournir une alimentation du sous-système accumulateur d'énergie au sous-système de moteurs linéaires. Dans une première configuration des moyens de sélecteur, la source d'énergie est reliée au sous-système convertisseur électronique pour charger au moins un accumulateur d'énergie dans le sous-système accumulateur d'énergie et dans une seconde configuration des moyens de sélecteur, le sous-système convertisseur électronique est relié au sous- système de moteurs linéaires pour fournir une alimentation du sous- système accumulateur d'énergie au sous-système de moteurs linéaires. Il sera apprécié à partir de ce qui précède que l'invention atteint un degré supérieur d'intégration en utilisant un convertisseur de puissance réversible dans le sous-système convertisseur électronique de sorte qu'il a la capacité tant de recharger le sous-système accumulateur d'énergie que de fournir une alimentation au sous-système de moteurs linéaires, éliminant ainsi le besoin d'un sous-système convertisseur de recharge. De préférence, le convertisseur de puissance réversible est du type à modulation de largeur d'impulsion (PWM). Les moyens de sélecteur peuvent être du type électromécanique, comprenant, par exemple, soit un contacteur tripolaire, soit une paire de commutateurs bipolaires. Il sera évident à l'homme du métier que pour manipuler des puissances importantes, les commutateurs doivent être à action rapide, isolés de manière appropriée et pourvus d'une technologie d'extinction d'arc si nécessaire. De tels commutateurs sont connus dans l'industrie de la distribution d'électricité. Dans un second aspect de l'invention, une pluralité de tels systèmes de moteurs linéaires sont couplés ensemble, chaque système comprenant respectivement un sous-système accumulateur d'énergie, un sous-système convertisseur électronique, des moyens de sélecteur et un sous-système de moteurs linéaires, la pluralité des systèmes de moteurs linéaires étant reliée en parallèle à travers leur moyen de sélecteur respectif à une seule source d'énergie agissant comme un moyen commun pour la pluralité des système de moteurs linéaires. Les sous- systèmes de moteurs linéaires peuvent comprendre soit des moteurs linéaires séparés fonctionnant en parallèle, soit des segments agencés en série du même moteur linéaire. L'invention propose également un procédé de mise en uvre d'un système de moteurs linéaires tel que celui décrit ci-dessus, comprenant la répétition des étapes suivantes en séquence, lesquelles étapes consistent à : (a) charger le sous-système accumulateur d'énergie en reliant le sous- système convertisseur électronique à la source d'énergie à travers les moyens de sélecteur, et (b) fournir l'alimentation du sous-système accumulateur d'énergie au sous- système de moteurs linéaires en reliant le sous-système convertisseur électronique au sous-système de moteurs linéaires à travers les moyens de sélecteur. En outre, après fourniture de l'alimentation du sous-système accumulateur d'énergie au sous-système de moteurs linéaires dans l'étape (b), mais avant de répéter l'étape (a), une alimentation régénérative provenant du sous-système de moteurs linéaires peut être délivrée en retour au sous-système accumulateur d'énergie à travers les moyens de sélecteur et le sous-système convertisseur électronique. Des aspects supplémentaires de l'invention seront apparents à partir de la description suivante et des dessins annexés. Des modes de réalisation donnés à titre d'exemple 20 de l'invention seront à présent décrits en référence aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 illustre sous forme de diagramme un agencement de l'art antérieur de sous-systèmes constituant un système de moteurs linéaires; La figure 2 illustre sous forme de diagramme un système de moteurs linéaires selon la présente invention; La figure 3 est un schéma de principe simplifié d'un convertisseur de puissance électrique réversible approprié pour utilisation dans l'invention; La figure 4 montre comment des systèmes de moteurs linéaires selon la présente invention peuvent être reliés ensemble en parallèle les uns avec les autres; et La figure 5 illustre sous forme de diagramme un système de moteurs linéaires similaire à celui de la figure 2, mais pourvu d'un agencement de sélecteurs alternatifs. En se référant à la figure 2, ces sous-systèmes qui sont identiques ou très similaires à ceux de la figure 1 reçoivent les mêmes préférences numériques. Toutefois, il sera observé que comparé à la figure 1, un type différent de système convertisseur électronique 26 a été introduit, le sous-système convertisseur de recharge a été éliminé, et un simple sélecteur à deux voies 28 a été inséré immédiatement avant le soussystème de moteurs linéaires 18. Le sélecteur 28 régule l'écoulement d'alimentation de la source d'énergie 10 au sous-système accumulateur d'énergie 14, du sous-système accumulateur d'énergie 14 au sous-système de moteurs linéaires 18, et du sous-système de moteurs linéaires de retour vers le sous-système accumulateur d'énergie. Dans la totalité des trois cas, l'écoulement d'alimentation est manipulé par le sous- système convertisseur électronique 26. Le système fonctionne en réglant initialement le sélecteur 28 en position P2. Le sous-système convertisseur électronique 26 peut ensuite faire passer l'alimentation de la source d'énergie 10 au sous-système accumulateur d'énergie 14 pour placer l'énergie requise dans les accumulateurs d'énergie associés à ce sous- système. Après que les accumulateurs d'énergie ont été chargés, le sélecteur 28 peut être électroniquement commandé par un signal de demande d'alimentation pour basculer en position Pl, de sorte que le sous-système convertisseur électronique 26 peut faire passer l'alimentation du sous- système accumulateur d'énergie 14 au sous-système de moteurs linéaires 18. Alors que le sélecteur 28 est établi à la position P1, et après que le fonctionnement du moteur linéaire a été initié, l'écoulement d'alimentation à travers le système est avantageusement inversé en envoyant une alimentation régénérative, obtenue par le freinage du moteur linéaire, de retour vers le sous- système accumulateur d'énergie 14 à travers le sous-système convertisseur électronique 26. Enfin, la séquence est répétée en reréglant le sélecteur 28 en position P2 de sorte que le sous-système accumulateur d'énergie 14 peut être chargé avec l'énergie requise prête pour le cycle de service suivant. Le type d'équipement utilisé pour le sous-système accumulateur d'énergie 14 est bien connu de l'homme du métier et peut comprendre tout dispositif de stockage d'énergie disponible comprenant - mais non limité à - les technologies suivantes: É les accumulateurs d'énergie rotatifs. É les accumulateurs d'énergie de batterie. É les accumulateurs d'énergie magnétique supraconducteurs. É les accumulateurs d'énergie à super-condensateur. Un accumulateur d'énergie rotatif peut être préféré pour certaines utilisations de l'invention. A titre d'exemple, dans un sous-système accumulateur d'énergie rotatif 14 possible, l'énergie de rotation d'un volant massif est convertie en énergie électrique par un alternateur à impulsion, puis est passée au sous-système convertisseur électronique 26. Le type d'équipement utilisé pour la source d'énergie 10 est bien connu de l'homme du métier et peut comprendre toute source d'énergie disponible comprenant - mais non limitée à - les technologies suivantes: l'alimentation provenant d'une distribution d'électricité en réseau. É L'alimentation provenant d'un générateur local, tel qu'une turbine à gaz liée à un générateur électrique. Le type d'équipement utilisé pour le sous-système de moteurs linéaires 18 est bien connu de l'homme du métier et peut comprendre tout moteur linéaire disponible comprenant - mais non limité à - les technologies suivantes. É les moteurs à induction linéaires. É Les moteurs synchrones linéaires. É Les moteurs linéaires à rotor bobiné. Un moteur à induction linéaire peut être préféré pour certaines utilisations de moteurs linéaires de puissance élevée. Celui-ci peut comprendre des segments de stator ayant des enroulements, avec un plateau de réaction courant comme un chariot sur des rails ou similaires. Le type d'équipement utilisé pour le sélecteur 28 est bien connu de l'homme du métier et peut comprendre tout sélecteur disponible approprié, comprenant- mais non limité à - les technologies suivantes: - un commutateur mécanique avec une action de commutation; - deux commutateurs mécaniques formant le même circuit; - un commutateur électronique avec une action de commutation. - deux commutateurs électroniques formant le même circuit. Une configuration impliquant deux commutateurs mécaniques formant le même circuit peut être préférée comme démontré sur la figure 5. Ici, chaque commutateur 581, 582 peut être mis en uvre indépendamment ou de manière synchrone, comme souhaité, pour une extraflexibilité dans l'utilisation du système. Le type d'équipement utilisé pour le sous-système convertisseur électronique 26 peut être tout convertisseur de puissance électronique bidirectionnel (réversible) approprié, mais un type à modulation de largeur d'impulsion (PWM) de convertisseur est préféré, comme montré sous forme de diagramme sur la figure 3. On notera que le convertisseur est un type liaison à courant continu, montré ici idéalisé et sous une forme simple. En pratique, les circuits de convertisseur entiers sont plus compliqués, incorporant des circuits temporisateurs, des circuits de protection et des circuits amortisseurs; toutefois, de tels convertisseurs sont disponibles auprès de plusieurs fabricants. Le circuit montré sur la figure 3 utilise deux ponts inverseurs triphasés 40, 42 avec une liaison à courant continu 44 et une commande à modulation de largeur d'impulsion (PWM). Ceci est un convertisseur standard de puissance fabriqué par ALSTOM qui convertit des courants et des tensions d'entrée alternatifs en courants et tensions de sortie indépendamment commandés, le système étant symétrique de sorte que l'alimentation peut s'écouler dans n'importe quelle direction. Un système triphasé est montré, mais, pour certains types de sous- systèmes accumulateurs d'énergie 14, l'interface avec le sous-système convertisseur électronique 26 sera à courant continu et seules deux phases d'entrée seront nécessaires sur le circuit pont convertisseur qui fait interface avec l'accumulateur d'énergie. Il est possible de coupler ensemble deux ou plus systèmes comme celui montré sur la figure 2 (ou la figure 5) pour produire un agencement comme celui montré sur la figure 4, chaque système comprenant un sélecteur 28, un sous-système accumulateur d'énergie 14, un sous-système convertisseur électronique 26 et un sous-système de moteurs linéaires 18. Les systèmes peuvent être reliés en parallèle à travers leur sélecteur respectif à une seule source d'énergie 10 qui agit comme un moyen commun pour le groupe de systèmes, réduisant ainsi les coûts. Les sous- systèmes de moteurs linéaires peuvent comprendre des moteurs linéaires séparés fonctionnant en parallèle, dans lequel cas les sélecteurs 28 peuvent être mis en oeuvre indépendamment les uns des autres. En variante, les sous-systèmes de moteurs linéaires peuvent comprendre des segments agencés en série du même moteur linéaire, les sélecteurs 28 étant ensuite mis en oeuvre en séquence rapide pour délivrer l'énergie électrique aux segments successifs. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système de moteurs linéaires comprenant un sous-système accumulateur d'énergie (14) pour délivrer de l'énergie à un sous-système de moteurs linéaires (18) via un sous-système convertisseur électronique (26), caractérisé en ce que le sous-système convertisseur électronique comprend un convertisseur de puissance réversible (figure 3) et le sous-système de moteurs linéaires (18) pouvant être relié au sous-système convertisseur électronique à travers des moyens de sélecteur (28), le sous-système convertisseur électronique (26) pouvant également être relié à une source d'énergie (10) à travers les moyens de sélecteur, le sous-système convertisseur électronique étant capable de fournir une alimentation au sous-système accumulateur d'énergie (14) à partir de la source d'énergie (10) et de fournir une alimentation du sous-système accumulateur d'énergie au sous-système de moteurs linéaires (18). 2. Système de moteurs linéaires selon la revendication 1, dans lequel dans une première configuration du moyen de sélecteur (28), la source d'énergie (10) est connectée au sous-système convertisseur électronique (26) pour charger au moins un accumulateur d'énergie dans le sous-système accumulateur d'énergie (14) et dans une seconde configuration des moyens de sélecteur (28), le sous-système convertisseur électronique (26) est connecté au sous-système de moteurs linéaires (18) pour fournir l'alimentation du sous-système accumulateur d'énergie (14) au soussystème de moteurs linéaires. 3. Système de moteurs linéaires selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens de sélecteur sont un contacteur tripolaire (28). 4. Système de moteurs linéaires selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens de sélecteur comprennent une paire de commutateurs bipolaires (581, 582). 5. Système de moteurs linéaires selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le convertisseur de puissance réversible est du type à modulation de largeur d'impulsion (PWM). 6. Procédé de mise en oeuvre d'un système de moteurs linéaires, le système comprenant un sous-système accumulateur d'énergie (14) relié à un sous-système convertisseur électronique (26), et un sous-système de moteurs linéaires (18) pouvant être relié au sous-système convertisseur électronique à travers des moyens de sélecteur (28), le sous-système convertisseur électronique (26) pouvant également être relié à une source d'énergie (10) à travers les moyens de sélecteur, le sous-système convertisseur électronique (26) comprenant un convertisseur de puissance réversible, le procédé comprenant la répétition des étapes suivantes en séquence, lesdites étapes consistant à : (a) charger au moins une accumulation d'énergie dans le sous-système accumulateur d'énergie (14) en reliant le sous-système convertisseur électronique (26) à la source d'énergie (10) à travers les moyens de sélecteur (28), et (b) fournir l'alimentation du sous-système accumulateur d'énergie (14) au sous-système de moteurs linéaires (18) en reliant le sous-système convertisseur électronique (26) au sous-système de moteurs linéaires à travers les moyens de sélecteur (28). 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel après fourniture de l'alimentation du sous-système accumulateur d'énergie (14) au soussystème de moteurs linéaires (18) dans l'étape (b), mais avant répétition de l'étape (a), une alimentation régénérative provenant du sous-système de moteurs linéaires est délivré en retour au sous-système accumulateur d'énergie (14) à travers les moyens de sélecteur (28) et le sous-système convertisseur électronique (26). 8. Appareil comprenant une pluralité de systèmes de moteurs linéaires (figure 4) caractérisé en ce que chaque système de moteurs linéaires comprend un sous-système de moteurs linéaires {18), un sous-système accumulateur d'énergie (14), un sous-système convertisseur électronique (26) pour délivrer une alimentation du sous-système accumulateur d'énergie au sous-système de moteurs linéaires, et des moyens de sélecteur (28) pour relier le sous-système convertisseur électronique au sous-système de moteurs linéaires (18), la pluralité de systèmes de moteurs linéaires pouvant être reliée en parallèle à travers leur moyen de sélecteur respectif à une seule source d'énergie (10) agissant comme un moyen commun pour les systèmes de moteurs linéaires. 9. Appareil selon la revendication 8, dans lequel les sous-systèmes de moteurs linéaires (18) comprennent des moteurs linéaires séparés fonctionnant en parallèle les uns avec les autres. 10. Appareil selon la revendication 8, dans lequel les sous-systèmes de moteurs linéaires (18) comprennent des segments agencés en série du même moteur linéaire.