FR2545293A1 - Linear induction electromagnetic machine - Google Patents
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Abstract
Description
Machine électromagnétique à induction linéaire
L'invention concerne une machine électromagnétique à induction linéaire du type comportant un conduit tubulaire dans lequel se déplace un matériau conducteur.Linear induction electromagnetic machine
The invention relates to a linear induction electromagnetic machine of the type comprising a tubular conduit in which a conductive material moves.
De telles machines électromagnétiques comportent un inducteur disposé autour du conduit, constitué par une pluralite de bobinages espacés suivant la direction axiale du conduit. Ces bobinages sont placés coaxialement par rapport au conduit à l'intérieur d'un noyau magnétique et sont alimentis de façon que l'inducteur crée un champ glissant variant en fonction du temps et suivant la longueur du conduit
Un tel champ glissant produit des courants induits dans le matériau conducteur à l'intérieur du conduit, si bien que ce matériau conducteur se déplace sous l'effet conjugué du champ magnétique et des courants induits.Such electromagnetic machines include an inductor arranged around the duct, constituted by a plurality of windings spaced along the axial direction of the duct. These windings are placed coaxially with respect to the conduit inside a magnetic core and are supplied so that the inductor creates a sliding field varying as a function of time and along the length of the conduit.
Such a sliding field produces currents induced in the conductive material inside the conduit, so that this conductive material moves under the combined effect of the magnetic field and the induced currents.
De telles machines à induction linéaire peuvent servir à déplacer un élément quelconque à l'intérieur du conduit, ce sont alors des moteurs linéaires. Elles peuvent également servir à déplacer un liquide conducteur tel qu'un métal liquide et ce sont alors des pompes à induction pour métaux liquides. En ce cas, on dispose généralement à l'intérieur du conduit, au niveau de l'inducteur, un noyau magnétique servant à canaliser les lignes de flux. De telles pompes électromagnétiques à induction pour métaux liquides sont utilisées dans les réacteurs nucléaires refroidis par des métaux liquides et dans le domaine de la fonderie. Such linear induction machines can be used to move any element inside the duct, they are then linear motors. They can also be used to move a conductive liquid such as a liquid metal and they are then induction pumps for liquid metals. In this case, there is generally located inside the conduit, at the level of the inductor, a magnetic core serving to channel the flow lines. Such electromagnetic induction pumps for liquid metals are used in nuclear reactors cooled by liquid metals and in the foundry field.
Des machines à induction linéaire telles que décrites peuvent également constituer des générateurs linéaires magnéto-hydrodynamique s. Linear induction machines as described can also constitute magneto-hydrodynamic linear generators.
Dans tous les cas, le noyau magnétique présente des encoches à l'intérieur desquelles sont disposés les bobinages. Ce noyau magnétique pré aente donc une denture suivant la direction axiale de l'inducteur. La réalisation d'un tel noyau magnétique présente des difficultés lorsque le pas polaire à réaliser doit etre de petites dimensions. En effet, il faut alors découper des dents de largeur très faible dans des tôles de grande hauteur. In all cases, the magnetic core has notches inside which the windings are arranged. This magnetic core therefore has a toothing in the axial direction of the inductor. The production of such a magnetic core presents difficulties when the pole pitch to be produced must be of small dimensions. Indeed, it is then necessary to cut teeth of very small width in sheets of great height.
En outre, lorsque les bobinages sont alimentés, il se produit une saturation magnétique à la base des dents du noyau magnétique, causée par les flux de fuite. In addition, when the windings are energized, magnetic saturation occurs at the base of the teeth of the magnetic core, caused by leakage fluxes.
Lsisolation parfaite des conducteurs entre eux et par rapport au noyau magnétique est également difficile à réaliser. Il est également très difficile d'assurer un refroidissement convenable des conducteurs à l'intérieur de leurs encoches. Perfect insulation of the conductors from each other and from the magnetic core is also difficult to achieve. It is also very difficult to ensure adequate cooling of the conductors inside their notches.
Enfin, l'alternance des dents et des encoches du noyau magnétique engendre des harmoniques du champ magnétique, appelées harmoniques de denture, ce qui peut conduire à une diminution des performances de la machine à induction. Finally, the alternation of the teeth and the notches of the magnetic core generates harmonics of the magnetic field, called toothing harmonics, which can lead to a decrease in the performance of the induction machine.
Le but de l'invention est donc de proposer une machine électromagnétique à induction linéaire du type comportant un conduit tubulaire dans lequel se déplace un matériau conducteur et un inducteur disposé autour du conduit constitué par une pluralité de bobinages espacés suivant la direction axiale du conduit et placés coaxialement par rapport à celui-ci, à l'intérieur d'un noyau magnétique, machine électromagnétique qui ne présente pas les inconvénients énumérés ci-dessus, propres aux machines électromagnétiques de l'art antérieur. The object of the invention is therefore to propose an electromagnetic linear induction machine of the type comprising a tubular conduit in which a conductive material moves and an inductor arranged around the conduit constituted by a plurality of coils spaced apart in the axial direction of the conduit and placed coaxially with respect thereto, inside a magnetic core, an electromagnetic machine which does not have the drawbacks listed above, which are specific to the electromagnetic machines of the prior art.
Dans ce but, le noyau magnétique a une surface interne cylindrique lisse coaxiale au conduit et les bobinages sont disposés dans un espace annulaire ménagé entre la surface interne du noyau magnétique et la surface externe du conduit. For this purpose, the magnetic core has a smooth cylindrical internal surface coaxial with the conduit and the coils are arranged in an annular space formed between the internal surface of the magnetic core and the external surface of the conduit.
Min de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, une pompe pour métaux liquides suivant l'invention comparativement à une pompe pour métaux liquides suivant l'art antérieur. Min to understand the invention, we will describe, by way of non-limiting example, with reference to the attached figures, a pump for liquid metals according to the invention compared to a pump for liquid metals according to the art prior.
La figure 1 représente dans une vue en coupe par un plan de symé- trie axiale, une pompe électromagnétique pour métaux liquides suivant l'art antérieur. Figure 1 shows in a sectional view through an axial plane of symmetry, an electromagnetic pump for liquid metals according to the prior art.
La figure 2 représente, dans une vue en coupe par un plan axial de symétrie, une pompe pour metaux liquides suivant l'invention. Figure 2 shows, in a sectional view through an axial plane of symmetry, a pump for liquid metals according to the invention.
La figure 3 est une vue suivant III-III de la figure 2. FIG. 3 is a view along III-III of FIG. 2.
La figure 4 est une vue suivant IV IV de la figure 2. FIG. 4 is a view along IV IV of FIG. 2.
La figure 5 est une vue en élévation latérale d'un bobinage d'un inducteur suivant l'invention. Figure 5 is a side elevational view of a winding of an inductor according to the invention.
La figure 6 est une vue suivant A de la figure 5. FIG. 6 is a view along A of FIG. 5.
Sur la figure 1, on voit une pompe électromagnétique à induction pour le transport de sodium liquide, selon l'art antérieur. In Figure 1, we see an electromagnetic induction pump for the transport of liquid sodium, according to the prior art.
Cette pompe comporte un inducteur 1 constitué par un noyau magnétique annulaire 2 à l'intérieur duquel sont ménagées des encoches 3 espacees suivant la direction de l'axe xx' de l'inducteur. This pump comprises an inductor 1 constituted by an annular magnetic core 2 inside which are provided notches 3 spaces in the direction of the axis xx 'of the inductor.
Le conduit 4 de circulation du sodium liquide est disposé coaxiale lement par rapport à l'inducteur à l'intérieur de celui-ci
-Dans chacune des encoches 3 est disposé un bobinage 6 qui peut etre alimenté en courant électrique pour la mise en fonctionnement de la pompe.The liquid sodium circulation duct 4 is arranged coaxially with respect to the inductor inside the latter
-In each of the notches 3 is disposed a coil 6 which can be supplied with electric current for the operation of the pump.
A l'intérieur du conduit 4 et suivant son axe est disposée une masse ferromagnétique 7 entourée par une enveloppe d'acier inoxydable 8. Inside the duct 4 and along its axis is disposed a ferromagnetic mass 7 surrounded by a stainless steel casing 8.
Les bobinages 6 sont alimentes en courant alternatif triphasé les bobinages successifs étant reliés à des phases différentes. The windings 6 are supplied with three-phase alternating current, the successive windings being connected to different phases.
On obtient ainsi un champ magnétique à répartition spatiale variable dans le temps qui induit des courants dans le métal liquide contenu dans le conduit 4 autour de la masse magnétique 7. A magnetic field with a spatial distribution variable over time is thus obtained which induces currents in the liquid metal contained in the conduit 4 around the magnetic mass 7.
L'effet du champ magnétique glissant de l'inducteur et des courants induits provoque le déplacement du métal liquide dans la direction de la flèche 9, c'est à dire suivant la direction de l'axe xx' commun à l'inducteur et au conduit 4. The effect of the sliding magnetic field of the inductor and the induced currents causes the liquid metal to move in the direction of arrow 9, that is to say along the direction of the axis xx 'common to the inductor and to the conduit 4.
Entre les encoches 3, l'inducteur forme des dents 5 de faible épaisseur saillantes par rapport au bobinage 6 vers l'intérieur de l'induc- teur. Between the notches 3, the inductor forms teeth 5 of small thickness projecting from the winding 6 towards the interior of the inductor.
On a tracé deux lignes de flux et une zone circulaire à la base de la denture de l'inducteur, dans laquelle il y a saturation par les flux de fuite. Two flow lines and a circular area have been drawn at the base of the inductor teeth, in which there is saturation by the leakage flows.
On voit sur la figure 1 que l'inducteur est une pièce difficile à réaliser, en particulier lorsque les dents 5 sont de faible épaisseur, c'est à dire lorsque le pas polaire est de faible amplitude. It can be seen in FIG. 1 that the inductor is a part which is difficult to produce, in particular when the teeth 5 are of small thickness, that is to say when the pole pitch is of small amplitude.
On voit également que le refroidissement des enroulements 6, à l'intérieur des encoches 3 est difficile. We also see that the cooling of the windings 6, inside the notches 3 is difficult.
Sur la figure 2, on voit une pompe électromagnétique à induction suivant l'invention qui comporte un inducteur 10 et un conduit il de c-ircu- lation du métal liquide. In FIG. 2, an electromagnetic induction pump according to the invention is seen, which comprises an inductor 10 and a duct 11 for the circulation of the liquid metal.
L'inducteur 10 est constitué par un noyau magnétique 12 et un ensemble de bobinages 14 disposé coaxialement par rapport au conduit il et autour de celui-ci. The inductor 10 is constituted by a magnetic core 12 and a set of coils 14 arranged coaxially with respect to the conduit it and around it.
En se reportant à la figure 35 on voit que le noyau magnétique 12 comporte trois sections 12a 12b et 12c en Eorme de secteurs cylindriques d'angle un peu inférieur à 1200. Referring to FIG. 35, it can be seen that the magnetic core 12 has three sections 12a 12b and 12c in shape of cylindrical sectors with an angle slightly less than 1200.
Chacun des secteurs -cylindriques 12a, 12b et 12c est lui-mcme constitué par un ensemble de tôles rectangulaires en fer au silicium constituant un élément de noyau magnétique feuilleté. Each of the cylindrical sectors 12a, 12b and 12c is itself constituted by a set of rectangular sheets of silicon iron constituting an element of laminated magnetic core.
Ces tales en fer au silicium 15 sont disposées suivant des plans axiaux de l'inducteur et constituent dans leur ensemble un noyau annulaire discontinu dont la surface interne est lisse. Le diamètre intérieur du noyau magnétique feuilleté est supérieur au diamètre extérieur du conduit 11, un espace annulaire étant ménagé entre le noyau magnétique et le conduit. Les bobinages 14 sont disposés dans cet espace annulaire. These silicon iron plates 15 are arranged along axial planes of the inductor and as a whole constitute a discontinuous annular core whose internal surface is smooth. The inside diameter of the laminated magnetic core is greater than the outside diameter of the conduit 11, an annular space being formed between the magnetic core and the conduit. The windings 14 are arranged in this annular space.
Les différents secteurs du noyau magnétique sont séparés par des rainures longitudinales 16 à l'intérieur desquelles sont disposées les amenées de courant 17 et les conducteurs de liaison 18 des bobinages 14. The different sectors of the magnetic core are separated by longitudinal grooves 16 inside which are arranged the current leads 17 and the connecting conductors 18 of the windings 14.
L'assemblage des différentes parties de la pompe électromagnétique est réalisé de la façon suivante - un flasque 24 de forme annulaire est enfilé sur le conduit Il sur lequel sont également enfilés successivement une bague d'isolation en alumine 23, les différentes bobines 14 les unes à la suite des autres puis une seconde bague d'alumine isolante 21 et enfin un flasque 20. Des joues 40 (figure 3) assurent la liaison entre les flasques 20 et 24 ; ces joues sont soudées sur les flasques 20 et 24. The assembly of the different parts of the electromagnetic pump is carried out in the following manner - a flange 24 of annular shape is threaded on the conduit II on which are also successively threaded an alumina insulation ring 23, the various coils 14 one following the others then a second insulating alumina ring 21 and finally a flange 20. Cheeks 40 (Figure 3) provide the connection between the flanges 20 and 24; these cheeks are welded to the flanges 20 and 24.
Les éléments 12a 12b et 12c du noyau magnétique sont mis en place autour des bobinages et entre les flasques 20 et 24. The elements 12a 12b and 12c of the magnetic core are placed around the coils and between the flanges 20 and 24.
Le conduit Il porte un anneau de butée 26 qui est en contact avec la face externe du flasque 24 et qui est maintenu sur le flasque 24 par des pièces de serrage 28 grâce à des vis 27. The conduit It carries a stop ring 26 which is in contact with the external face of the flange 24 and which is held on the flange 24 by clamping pieces 28 by means of screws 27.
L'ensemble des bobinages 14 est maintenu entre les bagues d'alumine isolante 21 et 23 elles-mcmes maintenues entre les flasques 20 et 24. All of the windings 14 are held between the insulating alumina rings 21 and 23 themselves held between the flanges 20 and 24.
Les éléments du noyau magnétique 12 sont maintenus entre les flasques 20 et 24. The elements of the magnetic core 12 are held between the flanges 20 and 24.
Les bobinages 14, ainsi qu il est visible aux figur.es 5 et 6 sont constitués par enroulement à spires jointives un fil méplat en cuivre 30 de forte section entouré par une gaine isolante 31. The coils 14, as can be seen in FIGS. 5 and 6, are formed by winding with contiguous turns a flat copper wire 30 of large section surrounded by an insulating sheath 31.
Chacun des bobinages comportent cinq spires et l'ensemble de l'inducteur comporte six bobinages identiques. Each of the windings has five turns and the entire inductor has six identical windings.
Ainsi qu'il est visible sur les figures 2 et 4, on voit que les conuucteurs dZalirnentation 17 et les conducteurs de jonction 18 des diffé rents bobinages 14 sont disposés à l'intérieur des rainures 16 ménagées entre les éléments du noyau magnétique 12. As can be seen in FIGS. 2 and 4, it can be seen that the reduction conductors 17 and the junction conductors 18 of the different windings 14 are arranged inside the grooves 16 formed between the elements of the magnetic core 12.
On soit que les bobinages sont reliés en série deux à deu et constituent trois ensemble dont une extrémit- représentée sur la figure 4 est reliée à i'une des phasmes d'une alimentation triphasée et dont l'autre extrémité est reliée au neutre de l'alimentation. We are that the windings are connected in series two to two and constitute three together, one end of which is represented in FIG. 4 is connected to one of the phases of a three-phase supply and the other end of which is connected to the neutral of the 'food.
Le premier ensemble de bobinages comporte le premier et le quatrième bobinages, le second ensemble comporte le deuxième et le cinquième bobinage et enfin le troisième ensemble représenté sur la figure 2 comporte
le troisième et le sixième bobinages reliés en série par le conducteur 18.The first set of windings comprises the first and the fourth windings, the second set comprises the second and the fifth winding and finally the third set shown in FIG. 2
the third and sixth windings connected in series by the conductor 18.
Les bobinages occupent exactement l'espace annulaire compris entre le noyau magnétique 12 et le conduit 11 et sont en contact par leur race intérieure avec le conduit et par leur surface extérieure avec le noyau magnétique
A l'intérieur du conduit 11 est disposé un noyau magnétique 32 à l'intérieur d'une enveloppe en acier inoxydable 339 sur toute la longueur de l'inducteur.The windings occupy exactly the annular space between the magnetic core 12 and the conduit 11 and are in contact by their inner race with the conduit and by their outer surface with the magnetic core
Inside the duct 11 is arranged a magnetic core 32 inside a stainless steel casing 339 over the entire length of the inductor.
L'enveloppe 33 comporte des parties profilées pour le guidage du métal liquide à chacune de ses etrémités. Le noyau magnétique 32 et son enveloppe 33 sont maintenus en position à l'intérieur du conduit 11 par des pièces d'appui 35 et 36. The envelope 33 includes profiled parts for guiding the liquid metal at each of its ends. The magnetic core 32 and its envelope 33 are held in position inside the duct 11 by support pieces 35 and 36.
L'ensemble de la pompe électromagnétique ainsi constituée est disposé à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique 38 e1le-mme fixée sur le conduit 11 de circulation du métal liquide. The assembly of the electromagnetic pump thus formed is arranged inside a cylindrical casing 38 e1le-mme fixed on the conduit 11 for circulation of the liquid metal.
Le noyau magnétique 12 dont la surface interne est entièrelnent lisse ne comporte aucun pôle saillant et aucune denture, si bien que les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur sont évités. The magnetic core 12 whose internal surface is entirely smooth has no projecting pole and no teeth, so that the drawbacks of the devices of the prior art are avoided.
De plus, l'inducteur a ainsi une impédance très faible si bien qu'on peut l'alimenter à très basse tension (de l'ordre de quelques volts). In addition, the inductor thus has a very low impedance so that it can be supplied at very low voltage (of the order of a few volts).
Les problèmes relatifs à l'isolation des différentes parties de la pompe sont donc très faciles à résoudre et l'utilisation de la pompe ne présente pas de danger pour les utilisateurs.The problems relating to the insulation of the various parts of the pump are therefore very easy to solve and the use of the pump does not present any danger for the users.
Comme dans les pompes de l'art antérieurs le métal liquide est mis en circulation sous l'effet du champ magnétique et des courants induits par l'inducteur dans le métal liquide contenu dans le conduit de circulation 11. As in the pumps of the prior art, the liquid metal is put into circulation under the effect of the magnetic field and of the currents induced by the inductor in the liquid metal contained in the circulation duct 11.
Malgré la simplicité et le très faible encombrement de la pompe, il est possible d'obtenir un débit élevé avec cependant une pression de pompage faible. Despite the simplicity and the very small size of the pump, it is possible to obtain a high flow rate with, however, a low pumping pressure.
Les bobinages sont en contact par leur surface intérieur avec la surface externe du conduit 11, ce qui permet de refroidir les conducteurs les constituant directement par le liquide en circulation dans le conduit 11. The windings are in contact by their internal surface with the external surface of the conduit 11, which makes it possible to cool the conductors constituting them directly by the liquid circulating in the conduit 11.
De telles pompes peuvent fonctionner sans aucun refroidissement autre que celui du métal liquide circulant dans le conduit, dans le cas du pompage de sodium liquide à 5500. Such pumps can operate without any cooling other than that of the liquid metal circulating in the conduit, in the case of pumping liquid sodium at 5500.
Le rendement d'une pompe selon l'invention est voisin de celui d'une pompe classique comportant un inducteur dont le noyau magnétique présente une denture, avec toutefois des dimensions plus faibles dans le cas de la pompe suivant l'invention. Ces résultats sont obtenus par la supres- sion de la denture qui permet d'éviter les flux de fuite d'encoches et d'cbtenir une meilleure répartition du champ magnétique. On évite également i'apparition des harmoniques de dentures. The efficiency of a pump according to the invention is close to that of a conventional pump comprising an inductor whose magnetic core has teeth, with, however, smaller dimensions in the case of the pump according to the invention. These results are obtained by removing the toothing which makes it possible to avoid leakage flows from notches and to obtain a better distribution of the magnetic field. It also avoids the appearance of harmonics of teeth.
Tous ces avantages sont donc obtenus avec une structure plus simple et plus compacte de la pompe. All these advantages are therefore obtained with a simpler and more compact structure of the pump.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit elle en comporte au contraire toutes les variantes. The invention is not limited to the embodiment which has been described; on the contrary, it includes all the variants thereof.
C' est ainsi qu'au lieu de bobinages à cinq spires on peut utiliser des bobinages comportant un nombre différent de spires, par exemple un nombre inférieur, dans le cas où l'on désire diminuer le pas polaire Le machine électromagnétique suivant l'invention peut avoir un pas polaire extre mement faible uniquement limité par l'encombrement d'une spire constituant à elle seule un bobinage. It is thus that instead of windings with five turns it is possible to use windings comprising a different number of turns, for example a lower number, in the case where it is desired to reduce the pole pitch. The electromagnetic machine according to the invention may have an extremely small polar pitch only limited by the size of a turn which alone constitutes a winding.
Les bobinages peuvent être constitués d'une façon différente de celle qui a été décrite et leur isolation ainsi que leur refroidissement peut être obtenue par tout autre moyen que ceux qui ont été décrits. The windings can be made in a different way from that which has been described and their insulation as well as their cooling can be obtained by any other means than those which have been described.
De la même façon, on peut réaliser l'inducteur sous une forme différente de celle qui a été décrite qui permet cependant un montage facilité et un fonctionnement avec un très bon rendement de la machine électromagné- tigue. In the same way, the inductor can be produced in a form different from that which has been described, which nevertheless allows easier assembly and operation with very good efficiency of the electromagnetic machine.
On peut utiliser un noyau central, à l'intérieur du conduit d'une forme quelconque ou même ne pas utiliser de noyau magnétique, Si le couplage est suffisant. One can use a central core, inside the conduit of any shape or even not use a magnetic core, If the coupling is sufficient.
L'invention s'applique non seulement eux pompes mais encore aux moteurs lineaires susceptibles de déplacer un élément conducteur quelconque à l'intérieur d'un conduit. The invention applies not only to them pumps but also to linear motors capable of moving any conductive element inside a conduit.
On peut aussi utiliser une alimentation multiphasée autre que triphasée. One can also use a multi-phase power supply other than three-phase.
L'invention s'applique également dans le cas d'un frein électroma gnétique qui est destiné par exemple à freiner la circulation d'un métal liquide. The invention also applies in the case of an electromagnetic brake which is intended for example to slow the circulation of a liquid metal.
L'invention s'applique également dans le cas d'un générateur ma gné to-hydrodynamique. The invention also applies in the case of a hydro-dynamic generator.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8307000A FR2545293A1 (en) | 1983-04-28 | 1983-04-28 | Linear induction electromagnetic machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8307000A FR2545293A1 (en) | 1983-04-28 | 1983-04-28 | Linear induction electromagnetic machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2545293A1 true FR2545293A1 (en) | 1984-11-02 |
Family
ID=9288319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8307000A Withdrawn FR2545293A1 (en) | 1983-04-28 | 1983-04-28 | Linear induction electromagnetic machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2545293A1 (en) |
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