Installation de propulsion pour véhicule guidé le long d'une voie, notamment pour véhicule de chemin de fer Cette invention concerne une installation de pro pulsion pour véhicule guidé le long d'une voie. Il peut s'agir de véhicules pour voyageurs ou marchandises, se déplaçant le long d'un chemin de fer fixe ou d'une voie analogue, ces véhicules, quoiqu'ils se déplacent le long d'une voie fixe, pouvant être entièrement ou partiellement supportés ou suspendus d'une autre manière, par exemple éléctromagnétiquement ou au moyen d'un coussin d'air.
L'invention cherche à fournir une installation permettant l'application pratique du moteur à induc tion linéaire à la propulsion de véhicules. La propul sion au moyen d'un tel moteur présente d'importants avantages du point de vue de l'exploitation ainsi que de celui de l'équipement. En particulier, la partie du moteur à laquelle est fournie l'énergie est simple et bon marché et ses éléments essentiels ne. sont pas sujets à l'usure. Les forces d'accélération et, de préfé rence, les forces .de freinage ne dépendent pas de for ces de frottement entre éléments mobiles et fixes, c'est-à-dire ne dépendent pas de l'adhérence entre les roues et les rails. Par conséquent on peut utiliser des véhicules de construction plus légère.
En outre le moteur linéaire est moins sujet aux limitations de puissance déterminés par des considérations de sur chauffe. La partie statique de l'appareil peut être uti lisée, si cela est nécessaire pour le guidage, ou pour le guidage et le support -du véhicule. La présente înven- tion cherche .en particulier à fournir une installation de propulsion dans laquelle ces avantages et d'autres encore peuvent être obtenus de manière efficace et pratique.
En particulier, dans le domaine des systèmes de chemin de fer conventionnels, un but de l'invention est de permettre d'utiliser le moteur à induction linéaire de manière à étendre le domaine d'exploita- tien de tels systèmes dans diverses directions en par ticulier<B>là</B> où des vitesses très élevées et/ou des taux d'accélération et de freinage très élevés sont requis et/ou .des rampes à forte inclinaison doivent être sur montées.
Là où le silence du fonctionnement est nécessaire, par exemple dans les régions bâties, l'in vention permet l'utilisation de pneumatiques pour le support et le guidage, mais comme ils ne doivent pas exercer de forces de traction et de freinage, ils peu vent être agencés convenablement pour fonctionner par tous les temps.
L'invention est également avanta geuse là où un degré élevé d'automatisation est envi sagé, ou là où l'on rencontre une combinaison inha bituelle d'exigences, telle que rampes très fortes, courbes de très petit rayon et densité élevée de trafic voyageurs, par exemple dans le cas du transport in terne dans des expositions et entre ces expositions et des centres urbains.
Conformément à l'invention, l'installation de pro pulsion pour un véhicule guidé le long d'une voie est caractérisée en ce qu'elle comprend un moteur à in duction linéaire dont la partie alimentée en énergie est portée par le véhicule, tandis que l'autre partie est stationnaire par rapport à la voie et comprend au moins une plaque continue dépourvue d'enroule ments et fournissant un chemin conducteur suscepti ble d'être parcouru par des courant plus intenses que ceux que pourrait supporter une plaque présentant une aire que serait limitée à celle balayée par le champ magnétique produit par la partie alimentée en énergie du moteur, et en ce qu'elle comprend des moyens pour guider ladite partie alimentée en énergie par rapport à ladite plaque.
Par plaque dépourvue d'enroulements on en tend que la plaque ne possède ni bobines ni barres conductrices transversales reliées pour former un enroulement à cage d'écureuil d'un moteur à induc tion.
En indiquant que la plaque doit fournir un chemin conducteur de capacité conductrice plus grande qu'une plaque de largeur limitée à celle balayée par une champ magnétique produit par la partie alimentée en énergie du moteur, on comprend que la plaque est soit sensiblement plus large que les pôles du noyau magnétique de la partie alimentée en énergie, sont qu'elle a une portion s'étendant longitu- dinalement réalisée en un métal plus conducteur.
De préférence, la plaque est disposée de façon à s'étendre transversalement, c'est-à-dire horizontale ment ou avec une inclinaison sur l'horizontale, plu tôt que verticalement. Cet agencement présente plu sieurs avantages, en particulier dans le cas de véhicu les de la nature des véhicules de chemin de fer con ventionnels dans lesquels l'espace .disponible en direction verticale peut être limité, notamment par des considérations de jeu mécanique entre le dessous du véhicule et la voie.
Avec une plaque transversale il est possible de trouver un espace suffisant non seu lement pour une profondeur de pôle adéquate du moteur mais également pour un chemin conducteur adéquat pour les courants induits dans la plaque par la partie du moteur recevant l'énergie et qui par leur interaction avec les champs magnétiques engendrés par cette partie fornissent les forces de propulsion. Du moment que les forces de propulsion, et le cas échéant, les force de freinage sont directement pro portionnelles aux aires d'action du champ magnéti que, on peut prévoir une ampleur voulue de telles forces. En outre, la plaque peut être prolongée sans difficulté vers l'extérieur et vers l'intérieur au delà de l'aire balayée par ledit champ.
Afin de pouvoir réaliser une utilisation efficace de l'énergie fournie et une économie des matériaux magnétiques et conducteurs, il importe de rendre l'entrefer entre les parties mobile et stationnaires du moteur aussi petit que possible. L'emploi d'un petit entrefer, cependant, se heurte aux difficultés dues à nécessité de permettre des mouvements relatifs laté raux et verticaux entre lesdites parties -du moteur.
Notamment dans le cas de véhicules de chemin de fer conventionnels, une certaine liberté de mouvement latérale est nécessaire pour tenir compte de l'action de roues à boudin à surface de roulement conique, afin que les boudins ne soient pas en contact continu avec les rails. En outre, il va de soi que la liberté de mouvement vertical est nécessaire pour permettre à la suspension du véhicule de jouer. Avec une plaque horizontale, un mouvement latéral relatif ne suscite aucune difficulté, du moment qu'il n'affecte pas directement l'entrefer horizontal.
Le guidage tient compte du mouvement relatif vertical. La partie recevant l'énergie du moteur peut être supportée sur le ou à partir du côté inférieur du véhicule par des moyens qui n'exercent pas de contrainte verticale mais qui sont capables de transmettre les forces de propulsion et de freinage, par exemple des moyens comprenant des charnières à ressort ou autres élé- ments élastiques et qui guident ladite partie du moteur par ides moyens engageant la plaque vertica lement,
de préférence des galets ou roues en contact avec les faces supérieure et inférieure de la plaque et tournant sur des axes s'étendant transversalement par rapport à la direction du déplacement.
Avec une plaque verticale, un mouvement verti cal relatif limité de la partie du moteur recevant l'énergie ne doit pas soulever de difficultés. Le mou vement relatif transversal peut être contrôlé par le guidage, par exemple en supportant ladite partie recevant l'énergie élastiquement sur le véhicule et en la guidant par des galets roulant sur les face latérales de la plaque.
Divers exemples d'exécution de l'invention vont maintenant être décrits de façon plus détaillée en référence aux dessins ci-joints, dans lesquels: La fi-. 1 est une vue en plan d'un moteur linéaire dont une partie est montée sur le bogie d'un véhicule :de chemin de fer.
La fig. 2 est une vue de bout dudit moteur.
La fig. 3 est une vue de bout d'une autre forme de moteur linéaire.
La fig. 4 est une vue de bout de détail illustrant une modification.
La fig. 5 est une vue de bout montrant l'agence ment d'un moteur linéaire sur un autre genre de véhi cule.
La fig. 6 est une vue en plan schématique d'un agencement pour un système présentant une seule plaque verticale .entre les rails de roulement.
La fig. 7 est une vue semblable d'un système pré sentant deux telles plaques à l'extérieur des rails.
La fi-. 8 est une vue semblable d'un système pré sentant une seule plaque horizontale entre les rails, et la fig. 9 est une vue en plan montrant une dispo sition de lignes de contact pour assurer l'alimentation du moteur.
Dans l'exemple représenté aux fi,-,. 1 et 2, la par tie sans enroulement stationnaire de l'installation motrice est constituée par une seule plaque 1 en forme de T inversé disposée au milieu de la voie, la branche verticale 2 de la forme en T constituant la plaque proprement dite, tandis que la base 3 est fixée aux traverses 4 supportant les rails 5 pour les roues 6 .du véhicule.
La partie de l'installation motrice rece vant l'énergie comprend une structure d'aimant 8 qui a la forme d'une mâchoire lorsqu'on regarde dans la direction -de déplacement (fig. 2) et qui .est montée élastiquement en .direction horizontale sur le 'Châssis 9 du bogie, ou le châssis inférieur du véhicule. Comme représenté, le montage élastique comprend deux charnières à ressort 10 s'étendant longitudinale ment le long de la structure 8 (fi-. 1) et fixées à cette dernière en son milieu et au châssis 9 par ses extré mités.
Les bras 11 de la structure d'aimant 8, qui embrassent la plaque 2, supportent des pièces polai res laminées 12 s'étendant horizontalement jusqu'à proximité immédiate des faces latérales de la plaque 2 et portent des enroulements plats 13 auxquels est fourni du courant alternatif polyphasé. La structure d'aimant 8, qui peut s'étendre (fig. 1) sur une distance requise le long du véhicule, est guidée par rapport à la plaque 2 par des galets 14 montés sur ladite struc ture à ses extrémités avant et arrière et roulant sur les faces latérales de ladite plaque.
Dans l'exemple de la fig. 3, la partie stationnaire de l'installation motrice est une plaque en forme de T 15 comprenant une partie transversale large 16 formant la plaque proprement dite et une base plus étroite 17 fixée aux traverses 4. La partie du moteur recevant l'énergie comprend une structure d'aimant 18 qui est en forme de double mâchoire et est montée élastiquement en direction verticale sur le châssis 9.
Le montage élastique peut comprendre des charnières à ressort 10 semblables à celles représentées aux fig. 1 et 2 mais disposées pour agir verticalement. Les bras en forme de mâchoires 19 s'étendent autour des bords latéraux et sous la partie transversale 16. Des pièces polaires laminées 20 portant des enroulements 21 s'étendent verticalement de la structure 18 jusqu'à proximité immédiate des faces supérieure et infé rieure des deux ailes de ladite partie transversale.
La structure d'aimant 18, qui de nouveau s'étend longi- tudinalement par rapport au véhicule, est guidée par rapport à la partie transversale 16 par de galets iso lés 22 montés sur ladite structure et roulant sur les faces supérieure et inférieure des deux ailes de ladite partie transversale.
Si des forces de propulsion plus grandes sont requises, plus d'une plaque 1 ou 15 avec leurs struc tures d'aimant associées recevant l'énergie 8 ou 18 peuvent être disposées soit entre, soit à l'extérieur des rails 5. Alternativement, notamment dans le cas de plaques disposées à l'extérieur desdits rails, chaque plaque et sa structure associée peut en fait correspon dre à une moitié de plaque 15 et de structure 18 telles que représentées à la fig. 3.
Par exemple, une telle plaque peut avoir la forme d'un L inversé avec une aile large embrassée par une structure d'aimant en forme de mâchoire ouverte vers l'extérieur portant des pièces polaires, des enroulements et des galets disposés de manière semblable à celle .de la fig. 3. Là où l'on utilise deux plaques telles que 1 ou 15, les deux structures d'aimant recevant l'énergie peuvent être supportées chacune au moyen d'une charnière à ressort à action horizontale ou verticale et peuvent être espacées au moyen d'un organe transversal com mun.
Il est évident que dans tous les cas indiqués cides- sus, le chemin conducteur fourni par la plaque 1 ou 15 peut être parcouru par des courant plus intenses que ceux que pourrait .supporter une plaque présen tant une .aire qui serait limitée à celle balayée par le champ magnétique existant entre les pièces polaires 12 ou 20. Les caractéristiques de fonctionnemznt seront déterminées par les propriétés du matériau choisi pour la plaque 1 ou 15.
Toutefois, lesdites caractéristiques peuvent être modifiée par l'emploi d'une plaque composite, par exemple une plaque comprenant un sandwich de métaux différents, telle qu'une plaque ayant un noyau ferreux dont les faces sont revêtues de cuivre ou d'aliminium. Dans le cas d'une plaque verticale, en particulier lorsqu'il est dif ficile de prolonger la plaque vers le haut suffisam ment pour obtenir un chemin conducteur adéquat, la partie de bond supérieure 2a (fig. 4) de la plaque 2 peut être faite en un métal de conductivité plus éle vée, par exemple du cuivre si le reste ode la plaque est en aluminium ou en matériau ferreux.
Dans les agencements décrits ci-dessus, il n'est pas essentiel que les enroulements 13 ou 21 soit dis posés sur la structure d'aimant 8 ou 18 des deux côtés de la plaque 2 ou 16. Au contraire, il peut le cas échéant être avantageux de prévoir des pièces polai res laminées pourvues d'enroulements 12 ou 20 d'un côté seulement et de prolonger la structure d'aimant elle-même jusqu'à proximité immédiate de la plaque de l'autre côté.
Si la plaque 2 ou 16 ne se trouve pas exactement au milieu de l'entrefer de la structure d'aimant, des forces agissant latéralement par rapport à l'entrefer peuvent être engendrées. Si la plaque est en matériau non magnétique, ces forces seront petites, mais si du matériau magnétique est utilisé pour raisons, par ex emple, de résistance mécanique et/ou d'économie, de telles forces peuvent être d'importance considérable.
Dans ce cas, la difficulté peut être évitée en s'arran geant pour que ces forces n'agissent que dans une seule direction et soient contrecarrées par des galets ou roues de guidage n'agissant que d'un seul côté, par exemple sur le côté inférieur d'une plaque horizontale lorsqu'on s'arrange pour que lesdites forces agissent vers le .haut. En fait, de telles forces peuvent être utili sées pour supporter tout ou partie du poids du véhicule sans ou substantiellement sans frottements..
On peut se passer des rails conventionnels .et éliminer partielle- ment ou complètement les systèmes de suspension du véhicule, la, ou de préférence, les plaques fournissant alors seules le guidage. La fig. 5 représente un agen cement de ce genre, dans lequel la partie stationnaire de l'installation motrice comprend deux plaques 23 en forme de L inversé @disposées latéralement avec des ailes 24 qui s'étendent vers l'intérieur, comme représenté, .ou vers l'extérieur et qui sont inclinées vers le haut vers l'extérieur.
La partie du moteur recevant l'énergie portée .sur le véhicule 25 peut être ,de façon générale semblable à celle de la fig. 3 et les éléments correspondants sont désignés par les mêmes chiffres de référence. Comme représenté, les ailes peuvent être légèrement incurvées avec une concavité dirigées vers le haut afin de fournir un centre de gui dage ou de suspension virtuel se trouvant au-dessus du centre de gravité du véhicule chargé 25.
La hau teur de ce centre virtuel doit être suffisante pour que la période d'oscillation du corps du véhicule autour de ce centre soit réduite à une valeur inférieure à celle qui incommoderait les occupants du véhicule. Les entrefers entre les pièces polaires 20 peuvent être disposés de façon que des forces magnétiques norma lement légèrement en excès par rapport au poids du véhicule chargé agissent vers le haut, le soulèvement du véhicule étant empêché par les galets 22 disposés sous les ailes 24.
Pour des vitesses élevées, le galets 22 peuvent être remplacés ou avoir leur action aidé par des dispositifs aérostatiques ou aérodynamiques. Lorsque les forces magnétiques n'agissent pas, par exemple lorsque le véhicule est au repos, le véhicule peut reposer sur les ailes 24 par l'intermédiaire des galets 22 disposés au-dessus desdites ailes.
Comme dans le cas du moteur à induction con ventionnel, le rapport entre la force motrice et la vitesse, ou plus exactement le glissement, dépend de la résistance électrique de la partie du moteur qui ne reçoit pas d'énergie. Comme on l'a déjà indiqué, des caractéristique désirées peuvent être obtenues par le choix du ou des matériaux de la ou des plaques 2 ou 16.
Par exemple, aux endroits où les moteurs devront normalement accélérer, un matériau de résistance plus élevée peut être utilisé pour les plaques et, là où une vitesse élevée soutenue sera requise normalement, on pourra utiliser un matériau de résistance moins élevée.
En outre, du moment que le rendement est le plus élevé lorsque la fréquence fournie au moteur est celle qui correspond le plus près à la vitesse de déplacement, on peut réaliser une économie en chan geant les connexions des pôles du moteur, au moyen de dispositifs de commutation portés sur le véhicule, de manière à modifier le nombre de pôles. Alternati vement on peut prévoir de changer la fréquence d'a limentation du moteur, de nouveau par des moyens portés sur le véhicule.
Comme il sera expliqué ci- après, la source d'alimentation peut elle-même être une source d'alimentation triphasée. Toutefois une multiplication de phases peut être effectuée sur le véhicule. Là où pour des raisons économiques il est indiqué d'utiliser un courant monophasé à haute ten sion, par exemple à 25 kV,
ou là où un certain nom bre d'unités motrices doivent être alimentées par une seule source à basse tension, la transformation de fréquence peut être combinée avec la multiplication de phases. Par exemple, une alimentation triphasée à 162/3 c.p.s. peut être dérivée d'une alimentation monophasée à 50 c.p.s. au moyen de deux groupes comprenant chacun trois paires de redresseurs au silicium commandés connectés en opposition, les pai res de chaque groupe étant connectées entre les ex trémités opposées de l'enroulement secondaire d'un transformateur,
alimenté en courant monophasé, et les phases respectives du moteur.
Le moteur linéaire lui-même peut être utilisé pour provoquer un freinage efficace, lequel, comme le ren versement de la direction de marche, est mis en train en changeant les connexions aux enroulements 13 ou 21. Par exemple une connexion peut être changée de façon à renverser la direction de propagation de Ponde magnétique ou à réduire sa vitesse de régres sion dans la même direction que celle du déplacement du véhicule. Alternativement, les enroulements 13 ou 21 peuvent alimentés en courant continu afin d'en gendrer une force de magnétisation constante.
Afin de prévenir une perte de l'effet de freinage au cas où l'alimentation ferait défaut, il est possible d'utiliser divers moyens de sécurité.
1. Du courant continu peut être fourni, comme indiqué ci-dessus, par une batterie portée sur le véhi cule.
2. Le moteur linéaire peut être agencé pour fonc tionner comme générateur à induction à auto-excita- tion avec un condensateur auxiliaire ou une rési- stance ou machine rotative auxiliaire.
3. Des aimants permanents normalement écartés de la où,des plaques peuvent être agencés pour venir embrasser ces dernières au cas où le courant d7ali- mentation ferait défaut.
4. D'autres moyens de freinage additionnels peu vent être prévus, par exemple des moyens de freinage mécaniques agissant entre les parties mobiles et sta tionnaires du moteur.
Des parties de moteur recevant l'énergie peuvent être prévues sur un, sur plusieurs, ou sur tous les véhicules d'un train de véhicules. Elles peuvent con stituer les seuls moyens de propulsion ou un moyen pour accélérer les trains au départ, en particulier dans les montées.
En outre, aux fins de manoeuvres ou de formation de convois, des véhicules individuels ou des trains de véhicules qui ne sont pas eux-mêmes pourvus de moyens de propulsion peuvent être déplacés, ou avoir leurs déplacements commandés, par des unités motrices linéaires indépendantes de ceux-ci et se :déplaçant le cas échéant sur une voie @de support séparée à côté de la voie principale.
Une telle unité peut agir sur un véhicule en le poussant ou le tirant directement par une partie robuste de ce der nier, par exemple un essieu, une, traverse .de tampons ou .tête, ou par le contact avec une ou des roues au moyen de galets rétractables. Dans le cas d'un tel agencement, la voie susdite pour l'unité indépendante peut être associée par des aiguillage avec une boucle par laquelle l'unité peut être ramenée d'une extrémité à l'autre de ladite voie.
Pour le passage à grande vitesse d'aiguillages ou de croisements, il n'y aurait pas de difficultés à s'ar ranger pour que les véhicules puissent traverser de3 interruptions des plaques par leur propre inertie, un guidage convenable étant prévu à la sortie des aiguil lages ou croisements pour assurer le réengagement de la partie recevant l'énergie du moteur. Il peut toute fois se présenter des cas où il est nécessaire d'assurer la continuité de la propulsion et du guidage de l'unité recevant l'énergie du moteur lors de la traversée d'ai- guillaCes ou de croisements.
Ceci peut présenter des difficultés, notamment dans le cas de véhicules rou lant sur des rails de support. Dans le cas d'un système ne comprenant qu'une seule plaque verticale 1, située à moitié de la largeur de la voie, et telle que décrite en référence aux figures 1 et 2, la disposition d'un long agencement entre une voie comprenant les rails 5 et la plaque 1 et une voie comprenant les rails 5a @et la plaque<B>l</B>a, peut être constituée, comme repré senté à la fig. 6, par une longue section de plaque lb relié;
, à pivot ou élastiquement en 26 à la plaque nor male 1 à l'entrée de l'agencement, par deux sections de plaque plus courtes<B>le</B> et 1d reliées à pivot ou élasti- quement en 27, 28 aux plaques normales 1, la aux sorties respectives, par des sections intermédiaires fixes le,<B>If</B> avec les extrémités adjacentes desquelles la section pivotable 1b vient s'aligner et par deux autres courtes sections 1h, 1j pivotant en 29,
30 aux autres extrémités des sections intermédiaires respectives le, <B>If</B> de manière à pouvoir basculer en et hors d'aligne ment avec les sections pivotantes le, 1d aux sorties respectives. Les diverses sections sont chanfreinées ou autrement découpées comme indiqué dans les figures afin d'éviter les rails ou autres parties de la voie où c'est nécessaire. Ainsi, par exemple, là où les plaques le, 1d .traversent des rails de roulement 5, leurs bases 3 sont découpées en 31 @de manière à ne laisser que les parties efficaces 2 des plaques croiser les rails par-dessus ceux-ci.
Dans le cas d'un système comprenant deux pla ques 1 disposées à l'extérieur des rails de roulement 5, la disposition pour chaque plaque 1 à l'endroit d'un agencement peut comprendre semblablement des combinaisons de .sections intermédiaires pivotan tes et fixes comme montré à la fig. 7.<B>Il</B> y a, cepen dant, deux sections pivotantes coopérantes 1k, lm chaque fois qu'une plaque 1 ou la croise un rail de roulement 5 ou 5a. En plus, une section ln pivotant en 32 en son milieu est disposée là où les lignes de deux plaques adjacentes 1, la aux sorties s'intersec- tent.
Dans le cas d'une ou de plusieurs plaques horizon tales, des dispositions plus complexes comprenant des sections de plaque pouvant coulisser transversale ment peuvent être employées. Ainsi, la fig. 8 repré sente une disposition destinée à être utilisée là où une seule plaque 15 avec une partie efficace horizontale 16, comme représenté à la fia.<B>3,</B> est montée à mi-chemin de la largeur de la voie.
Une section de plaque 16b pivotant en 33 à l'entrée est suivie d'une série de sections 16c pouvant coulisser transversale ment de l'alignement avec une sortie à l'alignement avec l'autre, c'est-à-dire entre les positions montrées en traits continus et en traits interrompus. Les flèches indiquent les mouvements des centres de sections 16c. Ces sections<B>16e</B> sont en forme de parallélo grammes de manière à présenter des intervalles obli ques et les intervalles ne sont pas plus larges qu'il n'est nécessaire pour assurer un jeu adéquat.
Enfin, à chaque sortie il y a une section en forme de parallélo gramme ou de trapèze 16d, 16e qui est déplaçable obliquement ou transversalement entre une position active en alignement avec la section de plaque nor male 16, 16a de la sortie respective et passant par dessus un rail de roulement de l'autre sortie (comme montré pour la section 16e) et une position inactive dans laquelle elle est déplacée vers l'extérieur dudit alignement et écartée dudit rail (comme montré pour la section 16d).
Une disposition basée sur des principes semblab les peut être utilisée dans le cas où on utilise deux plaques horizontales 15 montées à l'extérieur des rails de roulement 5.
Si la tension est basse, le courant triphasé peut être amené par l'intermédiaire de deux rails de con tact, la .troisième phase étant mise à la terre et reliée aux rails de roulement 5. Si des tensions plus élevées nécessitent une amenée de courant par pantographes, des systèmes de suspension à caténaires convention nels peuvent être modifiés pour supporter deux lignes de contact pour deux phases, la troisième phase étant de nouveau mise à la terre.
Dans une disposition pra tique commode, les deux lignes de contact sont sup portées par des organes de suspension isolés triangu laires servant en même temps d'organes d'écartement pour lesdites lignes. Ces organes sont suspendus à un caténaire intermédiaire ou auxiliaire qui à son tour est suspendu à un caténaire principal à mi-chemin entre des mâts supportant le poids du système à caté naires. Le caténaire principal et/ou le caténaire auxi liaire est en matière isolante ou les connexions entre eux sont des connexions isolantes.
Les mâts, qui peu vent être placés alternativement d'un côté et de l'au tre d'une voie unique, présentent,des bras qui servent à .imposer une contrainte latérale aux lignes de con tact et à espacer celles-ci. Alternativement, les lignes de contact sont suspendues à des caténaires intermé diaires respectifs, séparés par des organes d'espace ment isolants, au moyen d'organes de suspension conducteurs, lesdits caténaires conduisant ainsi égale ment le courant.
Aux aiguillages et croisements, les courts-circuits peuvent être évités en tirant les lignes de contact hors d'atteinte @du pantographe sur la distance requise, l'alimentation étant maintenue en pourvoyant le véhicule de pantographes séparés longitudinalement par rapport au véhicule ou à un train -de véhicules.
Si l'on ne désire pas avoir plus d'un pantographe, on peut compter que le véhicule passera l'aiguillage ou le croisement par sa propre inertie assistée par le fonc tionnement du moteur alimenté par une seule phase avec la ligne de contact de laquelle le pantographe est maintenu en contact. Dans ce cas, il ne serait pas possible au véhicule de démarrer avec le pantographe au point d'interruption de phase.
Toutefois, une dis position de commutation qui permet d'éviter cette contingence est représentée à la fig. 9, dans laquelle, à un aiguillage, les deux lignes de contact extérieures 34, 35a des deux systèmes à caténaires sont prolon gées jusqu'aux points (non représentés) où elles sont réunies avec les lignes de contact intérieures corre spondantes respectives 34a, 35.
A chaque extrémité de l'aiguillage, c'est-à-dire de chaque côté du point où les lignes de contact intérieures 34a, 35 se croise raient, lesdites lignes de contact sont connectées à des longueurs de fil intermédiaires par des sections iso lantes 36. Chacune des sections 36 est constituée de façon connue par des fils parallèles avec des lon gueurs isolantes décalées 37 sur lesquelles glisse le pantographe de manière qu'il soit presque toujours en contact avec un fil d'un côté ou de l'autre sans l'être jamais avec les deux ensemble.
Un commutateur électrique 38 actionné en même temps que le méca nisme d'aiguillage commandant les rails de roulement 5, Sa et les plaques 1, 1a assure que les fils intermé diaires 34b et 45b soient connectés à la ligne de con tact continue extérieure 34 ou 35a de la voie sur laquelle le véhicule ne doit pas passer. Par consé quent, lorsque le pantographe passe l'aiguillage, il reste en contact, non seulement avec une ligne de contact continue, 34 ou 35a, mais est également en contact avec l'autre ligne de contact 35 ou 34a par le moyen du commutateur 38 et de l'une des longueurs intermédiaires 34b, 35b.
Toutes les connexions de phases sont par conséquent maintenues.
Comme déjà indiqué, le courant triphasé peut être engendré sur le véhicule lui-même, et dans ce cas on peut utiliser un système à caténaire à une seule ligne de contact.
Quoiqu'une attention particulière ait été concen trée sur des véhicules qui sont en général de la nature de ceux utilisés dans l'exploitation conventionnelle des chemins de fer, l'installation décrite est également applicable à des véhicules qui sont supportés de manière différente, par exemple les véhicules mono rails, les véhicules suspendus et les véhicules suppor tés entièrement ou en partie par un coussin d'air. Elle est applicable également avec aventage à des véhicu les guidés roulant sur pneumatiques,
parce que la traction et le freinage peuvent être maintenus à leur valeur maximum en dépit de conditions de surface glissantes provoquées par exemple par la neige ou la glace. Les rails conventionnels peuvent ne pas être nécessaires du moment que l'on peut s'arranger pour que les pneumatiques roulent sur la plaque ou les plaques elles-mêmes. Cette installation est également applicable à la propulsion de télésièges à fonctionner ment continu ainsi que de chaises transporteuses uti lisées dans les mines.
Propulsion installation for a vehicle guided along a track, in particular for a railway vehicle This invention relates to a propulsion installation for a vehicle guided along a track. They may be vehicles for passengers or goods, moving along a fixed railway or a similar track, these vehicles, although they move along a fixed track, may be entirely or partially supported or suspended in some other way, for example electromagnetically or by means of an air cushion.
The invention seeks to provide an installation allowing the practical application of the linear induction motor to the propulsion of vehicles. Propulsion by means of such an engine has important advantages from an operational as well as an equipment point of view. In particular, the part of the engine to which the energy is supplied is simple and inexpensive and its essential elements do not. are not subject to wear. The acceleration forces and, preferably, the braking forces do not depend on the forces of friction between moving and fixed elements, that is to say do not depend on the adhesion between the wheels and the rails . Therefore, vehicles of lighter construction can be used.
In addition, the linear motor is less subject to power limitations determined by overheating considerations. The static part of the apparatus can be used, if necessary for guidance, or for guidance and support of the vehicle. The present invention seeks in particular to provide a propulsion plant in which these and other advantages can be obtained in an efficient and practical manner.
In particular, in the field of conventional railway systems, an object of the invention is to enable the linear induction motor to be used so as to extend the field of operation of such systems in various directions in particular. This is especially true <B> where </B> very high speeds and / or very high acceleration and braking rates are required and / or steep inclines must be climbed.
Where silent operation is required, for example in built-up areas, the invention allows the use of tires for support and guidance, but since they must not exert traction and braking forces, they can wind be suitably arranged to operate in all weathers.
The invention is also advantageous where a high degree of automation is desired, or where an unusual combination of requirements is encountered, such as very steep ramps, very small radius curves and high traffic density. passengers, for example in the case of internal transport within exhibitions and between such exhibitions and urban centers.
According to the invention, the propulsion installation for a vehicle guided along a track is characterized in that it comprises a linear induction motor whose part supplied with energy is carried by the vehicle, while the other part is stationary with respect to the track and comprises at least one continuous plate devoid of windings and providing a conductive path liable to be traversed by currents more intense than those that could withstand a plate having an area that would be limited to that swept by the magnetic field produced by the part supplied with energy of the motor, and in that it comprises means for guiding said part supplied with energy relative to said plate.
By plate without windings is meant that the plate has neither coils nor transverse conductive bars connected to form a squirrel cage winding of an induction motor.
By indicating that the plate must provide a conductive path of conductive capacity greater than a plate of width limited to that swept by a magnetic field produced by the part supplied with energy of the motor, it is understood that the plate is either substantially wider than the poles of the magnetic core of the energized part is that it has a longitudinally extending part made of a more conductive metal.
Preferably, the plate is arranged so as to extend transversely, that is to say horizontally or with an inclination to the horizontal, rather than vertically. This arrangement has several advantages, in particular in the case of vehicles of the nature of conventional railway vehicles in which the space available in the vertical direction may be limited, in particular by considerations of mechanical clearance between the underside. vehicle and track.
With a transverse plate it is possible to find a sufficient space not only for an adequate pole depth of the motor but also for an adequate conductive path for the currents induced in the plate by the part of the motor receiving the energy and which by their interaction with the magnetic fields generated by this part form the propulsive forces. As long as the propulsive forces, and where appropriate, the braking forces are directly proportional to the areas of action of the magnetic field, a desired magnitude of such forces can be predicted. In addition, the plate can be extended without difficulty outwards and inwards beyond the area swept by said field.
In order to be able to achieve an efficient use of the supplied energy and a saving of magnetic and conductive materials, it is important to make the air gap between the mobile and stationary parts of the motor as small as possible. The use of a small air gap, however, comes up against difficulties due to the need to allow relative lateral and vertical movements between said parts of the engine.
Particularly in the case of conventional railway vehicles, a certain freedom of lateral movement is necessary to take into account the action of flanged wheels with tapered running surface, so that the flanges are not in continuous contact with the rails . In addition, it stands to reason that the freedom of vertical movement is necessary to allow the suspension of the vehicle to play. With a horizontal plate, relative lateral movement does not cause any difficulty, as long as it does not directly affect the horizontal air gap.
The guidance takes into account the vertical relative movement. The energy receiving part of the motor may be supported on or from the underside of the vehicle by means which do not exert vertical stress but which are capable of transmitting propulsive and braking forces, for example means comprising spring hinges or other resilient elements which guide said part of the motor by means engaging the plate vertically,
preferably rollers or wheels in contact with the upper and lower faces of the plate and rotating on axes extending transversely to the direction of movement.
With a vertical plate, limited relative vertical movement of the part of the motor receiving the energy should not give rise to difficulties. The relative transverse movement can be controlled by the guiding, for example by supporting said part receiving the energy elastically on the vehicle and by guiding it by rollers rolling on the lateral faces of the plate.
Various exemplary embodiments of the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a plan view of a linear motor part of which is mounted on the bogie of a railway vehicle.
Fig. 2 is an end view of said motor.
Fig. 3 is an end view of another form of linear motor.
Fig. 4 is a detail end view illustrating a modification.
Fig. 5 is an end view showing the arrangement of a linear motor on another type of vehicle.
Fig. 6 is a schematic plan view of an arrangement for a system having a single vertical plate between the running rails.
Fig. 7 is a similar view of a system having two such plates on the outside of the rails.
The fi-. 8 is a similar view of a system having a single horizontal plate between the rails, and FIG. 9 is a plan view showing an arrangement of contact lines for supplying power to the motor.
In the example shown in fi, - ,. 1 and 2, the part without stationary winding of the power plant is constituted by a single plate 1 in the shape of an inverted T arranged in the middle of the track, the vertical branch 2 of the T-shape constituting the plate proper, while that the base 3 is fixed to the crosspieces 4 supporting the rails 5 for the wheels 6 .du vehicle.
The power receiving part of the power plant comprises a magnet structure 8 which has the shape of a jaw when viewed in the direction of travel (Fig. 2) and which .is resiliently mounted therein. horizontal direction on the 'Frame 9 of the bogie, or the lower frame of the vehicle. As shown, the resilient assembly comprises two spring hinges 10 extending longitudinally along the structure 8 (Fig. 1) and fixed to the latter in its middle and to the frame 9 at its ends.
The arms 11 of the magnet structure 8, which embrace the plate 2, support rolled pole pieces 12 extending horizontally to the immediate vicinity of the side faces of the plate 2 and carry flat windings 13 to which is supplied polyphase alternating current. The magnet structure 8, which can extend (Fig. 1) a required distance along the vehicle, is guided relative to the plate 2 by rollers 14 mounted on said structure at its front and rear ends and rolling on the side faces of said plate.
In the example of FIG. 3, the stationary part of the power plant is a T-shaped plate 15 comprising a wide transverse part 16 forming the plate itself and a narrower base 17 fixed to the cross members 4. The part of the motor receiving the energy comprises a magnet structure 18 which is in the form of a double jaw and is resiliently mounted in vertical direction on the frame 9.
The resilient mounting may include spring hinges 10 similar to those shown in Figs. 1 and 2 but arranged to act vertically. The jaw-shaped arms 19 extend around the side edges and under the transverse portion 16. Rolled pole pieces 20 carrying the windings 21 extend vertically from the structure 18 to the immediate vicinity of the upper and lower faces of the jaws. two wings of said transverse part.
The magnet structure 18, which again extends longitudinally with respect to the vehicle, is guided with respect to the transverse part 16 by insulated rollers 22 mounted on said structure and rolling on the upper and lower faces of the two. wings of said transverse part.
If greater propulsive forces are required, more than one plate 1 or 15 with their associated magnet structures receiving energy 8 or 18 can be arranged either between or outside the rails 5. Alternatively, in particular in the case of plates arranged outside said rails, each plate and its associated structure may in fact correspond to a half of plate 15 and of structure 18 as shown in FIG. 3.
For example, such a plate may be in the shape of an inverted L with a wide wing embraced by a jaw-shaped magnet structure open outwardly carrying pole pieces, windings and rollers arranged similarly to that of FIG. 3. Where two plates such as 1 or 15 are used, the two energy receiving magnet structures can each be supported by means of a spring hinge with horizontal or vertical action and can be spaced apart by means of 'a common transverse organ.
It is obvious that in all the cases indicated above, the conductive path provided by the plate 1 or 15 can be traversed by more intense currents than those which a plate presenting an area which would be limited to that swept could withstand. by the magnetic field existing between the pole pieces 12 or 20. The operating characteristics will be determined by the properties of the material chosen for the plate 1 or 15.
However, said characteristics can be modified by the use of a composite plate, for example a plate comprising a sandwich of different metals, such as a plate having a ferrous core whose faces are coated with copper or aluminum. In the case of a vertical plate, especially when it is difficult to extend the plate upward enough to obtain a suitable conductive path, the upper jump part 2a (fig. 4) of the plate 2 can be made of a metal of higher conductivity, for example copper if the rest of the plate is aluminum or ferrous material.
In the arrangements described above, it is not essential that the windings 13 or 21 be arranged on the magnet structure 8 or 18 on both sides of the plate 2 or 16. On the contrary, it can if necessary It may be advantageous to provide laminated pole pieces provided with windings 12 or 20 on one side only and to extend the magnet structure itself into the immediate vicinity of the plate on the other side.
If the plate 2 or 16 is not exactly in the middle of the air gap of the magnet structure, forces acting laterally with respect to the air gap can be generated. If the plate is of non-magnetic material, these forces will be small, but if magnetic material is used for reasons of, for example, mechanical strength and / or economy, such forces may be of considerable importance.
In this case, the difficulty can be avoided by arranging for these forces to act only in one direction and to be counteracted by rollers or guide wheels acting only on one side, for example on the lower side of a horizontal plate when arranged so that said forces act upwards. In fact, such forces can be used to support all or part of the weight of the vehicle without or substantially without friction.
Conventional rails can be dispensed with and partially or completely eliminated the vehicle's suspension systems, or preferably, the plates then providing only the guidance. Fig. 5 shows such an arrangement, in which the stationary part of the power plant comprises two inverted L-shaped plates 23 arranged laterally with wings 24 which extend inwardly, as shown, or towards outside and which are tilted upward outward.
The part of the engine receiving the energy carried on the vehicle 25 may be generally similar to that of FIG. 3 and the corresponding elements are designated by the same reference numerals. As shown, the fenders may be slightly curved with an upwardly facing concavity to provide a virtual guide or suspension center lying above the center of gravity of the loaded vehicle.
The height of this virtual center must be sufficient so that the period of oscillation of the body of the vehicle around this center is reduced to a value lower than that which would inconvenience the occupants of the vehicle. The air gaps between the pole pieces 20 can be arranged so that magnetic forces normally slightly in excess of the weight of the loaded vehicle act upwards, the lifting of the vehicle being prevented by the rollers 22 arranged under the wings 24.
For high speeds, the rollers 22 can be replaced or have their action aided by aerostatic or aerodynamic devices. When the magnetic forces are not acting, for example when the vehicle is at rest, the vehicle can rest on the wings 24 by means of the rollers 22 arranged above said wings.
As in the case of the conventional induction motor, the ratio between driving force and speed, or more precisely the slip, depends on the electrical resistance of the part of the motor which does not receive energy. As already indicated, desired characteristics can be obtained by the choice of the material (s) of the plate (s) 2 or 16.
For example, where motors will normally need to accelerate, a higher strength material may be used for the plates and where a sustained high speed will normally be required, a lower strength material may be used.
In addition, as long as the efficiency is highest when the frequency supplied to the motor is that which corresponds most closely to the speed of movement, savings can be made by changing the connections of the poles of the motor, by means of devices switch worn on the vehicle, so as to modify the number of poles. Alternatively, provision can be made to change the motor power supply frequency, again by means carried on the vehicle.
As will be explained below, the power source may itself be a three-phase power source. However, a multiplication of phases can be carried out on the vehicle. Where for economic reasons it is advisable to use a single-phase high voltage current, for example at 25 kV,
or where a number of motor units are to be supplied from a single low voltage source, frequency transformation can be combined with phase multiplication. For example, a three-phase 162/3 c.p.s. can be derived from a single phase power supply at 50 c.p.s. by means of two groups each comprising three pairs of controlled silicon rectifiers connected in opposition, the pairs of each group being connected between the opposite ends of the secondary winding of a transformer,
supplied with single-phase current, and the respective phases of the motor.
The linear motor itself can be used to cause effective braking, which, like reversing the travel direction, is started by changing the connections to windings 13 or 21. For example one connection can be changed so reversing the direction of propagation of the magnetic wave or reducing its rate of regression in the same direction as that of the movement of the vehicle. Alternatively, the windings 13 or 21 can be supplied with direct current in order to generate a constant magnetizing force.
In order to prevent a loss of the braking effect in the event that the power supply fails, various safety means can be used.
1. Direct current can be supplied, as indicated above, by a battery carried on the vehicle.
2. The linear motor can be arranged to function as a self-excited induction generator with an auxiliary capacitor or an auxiliary resistor or rotary machine.
3. Permanent magnets normally spaced from where the plates can be arranged to embrace them in the event that the supply current fails.
4. Other additional braking means may be provided, for example mechanical braking means acting between the mobile and stationary parts of the engine.
Power receiving engine parts may be provided on one, more than one, or all of the vehicles of a train of vehicles. They can constitute the only means of propulsion or a means of accelerating departing trains, in particular on climbs.
In addition, for the purposes of maneuvering or forming convoys, individual vehicles or trains of vehicles which are not themselves provided with means of propulsion may be moved, or have their movements controlled, by linear drive units independent of these and moving if necessary on a separate support track next to the main track.
Such a unit can act on a vehicle by pushing or pulling it directly by a sturdy part of the latter, for example an axle, a cross member, buffers or head, or by contact with one or more wheels by means. retractable rollers. In the case of such an arrangement, the aforementioned track for the independent unit can be associated by switches with a loop through which the unit can be brought from one end of said track to the other.
For the passage at high speed of points or crossings, there would be no difficulty in arranging so that the vehicles can cross interruptions of the plates by their own inertia, a suitable guidance being provided at the exit of the points or crossings to re-engage the part receiving the energy from the motor. However, there may be cases where it is necessary to ensure the continuity of the propulsion and guidance of the unit receiving the energy from the engine when crossing sharp edges or crossings.
This can present difficulties, in particular in the case of vehicles running on support rails. In the case of a system comprising only a single vertical plate 1, located at half the width of the track, and as described with reference to Figures 1 and 2, the provision of a long arrangement between a track comprising the rails 5 and the plate 1 and a track comprising the rails 5a @ and the plate <B> 1 </B> a, can be constituted, as shown in fig. 6, by a long section of plate 1b connected;
, pivoted or resiliently at 26 to the normal plate 1 at the entrance to the arrangement, by two shorter plate sections <B> le </B> and 1d pivotally or elastically connected at 27, 28 to the normal plates 1, la at the respective outlets, by fixed intermediate sections le, <B> If </B> with the adjacent ends of which the pivoting section 1b comes into alignment and by two other short sections 1h, 1j pivoting at 29 ,
30 at the other ends of the respective intermediate sections le, <B> If </B> so as to be able to switch in and out of alignment with the pivoting sections le, 1d at the respective outlets. The various sections are chamfered or otherwise cut as shown in the figures in order to avoid rails or other parts of the track where necessary. Thus, for example, where the plates 1c, 1d pass through the running rails 5, their bases 3 are cut out at 31 @ so as to leave only the effective parts 2 of the plates cross the rails above them.
In the case of a system comprising two plates 1 arranged outside the running rails 5, the arrangement for each plate 1 at the location of an arrangement may similarly comprise combinations of pivoting and fixed intermediate sections. as shown in fig. 7. <B> There are </B>, however, two cooperating swivel sections 1k, lm whenever a plate 1 or a running rail 5 or 5a crosses it. In addition, a section ln pivoting at 32 in its middle is disposed where the lines of two adjacent plates 1, la at the outlets intersect.
In the case of one or more horizontal plates, more complex arrangements comprising transversely slidable plate sections can be employed. Thus, FIG. 8 shows an arrangement for use where a single plate 15 with a horizontal effective portion 16, as shown in Fig. <B> 3, </B> is mounted halfway across the width of the track.
A plate section 16b pivoting at 33 at the entrance is followed by a series of transversely slidable sections 16c from alignment with one exit to alignment with the other, i.e. between the sides. positions shown in solid and dashed lines. Arrows indicate movements of section centers 16c. These <B> 16th </B> sections are parallelogram shaped so as to have mandatory intervals and the intervals are not wider than necessary to ensure adequate clearance.
Finally, at each outlet there is a parallelogram or trapezoidal section 16d, 16e which is movable obliquely or transversely between an active position in alignment with the normal plate section 16, 16a of the respective outlet and passing through above a running track of the other exit (as shown for section 16e) and an inactive position in which it is moved out of said alignment and away from said track (as shown for section 16d).
An arrangement based on similar principles can be used in the case where two horizontal plates 15 mounted outside the running rails 5 are used.
If the voltage is low, three-phase current can be supplied through two contact rails, the third phase being earthed and connected to the running rails 5. If higher voltages require a current supply using pantographs, conventional catenary suspension systems can be modified to support two contact lines for two phases, the third phase being earthed again.
In a convenient practical arrangement, the two contact lines are supported by triangular insulated suspension members serving at the same time as spacers for said lines. These components are suspended from an intermediate or auxiliary catenary which in turn is suspended from a main catenary halfway between masts supporting the weight of the catenary system. The main catenary and / or the auxiliary catenary is made of insulating material or the connections between them are insulating connections.
The masts, which can be placed alternately on one side and the other of a single track, have arms which serve to impose a lateral constraint on the contact lines and to space them. Alternatively, the contact lines are suspended from respective intermediate catenaries, separated by spacially insulating members, by means of conductive suspension members, said catenaries thus also conducting current.
At switches and crossings, short circuits can be avoided by pulling the contact lines out of reach of the pantograph for the required distance, power being maintained by providing the vehicle with pantographs separated longitudinally from the vehicle or from a train -of vehicles.
If one does not wish to have more than one pantograph, one can count that the vehicle will pass the switch or the crossing by its own inertia assisted by the operation of the motor supplied by a single phase with the contact line of which the pantograph is kept in contact. In this case, it would not be possible for the vehicle to start with the pantograph at the point of phase interruption.
However, a switching position which makes it possible to avoid this contingency is shown in FIG. 9, in which, at a switch, the two outer contact lines 34, 35a of the two catenary systems are extended to the points (not shown) where they are joined with the respective corresponding inner contact lines 34a, 35 .
At each end of the switch, i.e. on either side of the point where the inner contact lines 34a, 35 would intersect, said contact lines are connected to intermediate lengths of wire by insulating sections. 36. Each of the sections 36 is constituted in a known manner by parallel wires with offset insulating lengths 37 on which the pantograph slides so that it is almost always in contact with a wire on one side or the other without never be with the two together.
An electrical switch 38 operated at the same time as the switching mechanism controlling the running rails 5, Sa and the plates 1, 1a ensures that the intermediate wires 34b and 45b are connected to the external continuous contact line 34 or 35a of the lane on which the vehicle must not pass. Therefore, when the pantograph passes the switch, it remains in contact, not only with one continuous contact line, 34 or 35a, but also in contact with the other contact line 35 or 34a by means of the switch. 38 and one of the intermediate lengths 34b, 35b.
All phase connections are therefore maintained.
As already indicated, the three-phase current can be generated on the vehicle itself, and in this case a catenary system with only one contact line can be used.
Although special attention has been focused on vehicles which are generally of the nature of those used in conventional railway operation, the installation described is also applicable to vehicles which are supported in different ways, e.g. example single rail vehicles, suspended vehicles and vehicles fully or partly supported by an air cushion. It is also applicable with venting to guided vehicles running on tires,
because traction and braking can be maintained at their maximum value despite slippery surface conditions caused for example by snow or ice. Conventional rails may not be necessary as long as it is possible to arrange for the tires to roll on the plate or the plates themselves. This installation is also applicable to the propulsion of continuously operating chairlifts as well as conveyor chairs used in mines.