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La géométrie levmag N°1©



Lévitation magnétique dynamique à la manière de ...

Cette fois on va tenter de reproduire une des nombreuses expériences de lévitation utilisant supraconducteurs et azote liquide, comme cette démonstration du
département de Physique de l'université de Sherbrooke (Qc).

Nouveaux critères

[12] L'objet en lévitation doit pouvoir se déplacer sur une trajectoire rectiligne en conservant son axe longitudinal parallèle à la direction du déplacement.
[13] La trajectoire de l'objet en lévitation doit rester à l'intérieur de la trajectoire imposée.
[14] L'espace au dessus du plan de sol (rails, piste ...) et autour de l'objet doit être libre et vide de tout dispositif (sauf particularités).
[15] L'objet en lévitation doit disposer de dispositifs de propulsion et de freinage (sauf particularités).
[16] Le coût en matériel de l'ensemble rails-piste et dispositif de contrôle de stabilité ne doit dépendre que très faiblement de la longueur du trajet, en clair, on s'interdit l'utilisation de bobines, d'aimants coûteux, capteurs, etc., tout au long de l'ensemble rails-piste.
[17] On reprend les critères de [13] à [16] mais pour des trajectoires courbes et ça, c'est pas simple ...

Une géométrie parmi plusieurs expérimentées, à base d'aimants céramiques semble rencontrer tous les critères.
Dérivée de la géométrie N°5-6, mais plus complexe pour le système de rails (base) et pour le véhicule en lévitation qui est actif, principalement pour le contrôle des essieux avant et arrière.
Comme les démos de lévitation d'objets magnétiques fixes d'autres géométries expérimentées sur ce site, la consommation électrique pour la stabilisation est minimale et les pertes par courants induits sont infimes, pour ce concept, ce point est très important. Cette géométrie peut aussi être appliquée à de simples bogies ou patins magnétiques intégrés à une surface porteuse plus grande.


La lévitation VS la roue pour les objets mobiles

Avantages et inconvénients : En dehors des aspects économique et environnementaux on peut imaginer au moins les points suivants :
  • équivalent du coefficient de friction quasi-nul : vitesses élevées avec peu d'énergie perdue pour la propulsion (et pourquoi pas à basse et moyenne vitesses) ;
  • le silence de l'objet en mouvement quasi-nul : absence de vibrations;
  • suspension primaire naturelle : absence de vibrations mécaniques hf.
Ces caractèristiques combinées à la gestion des pentes permettent l'utilisation facile de la gravité pour le déplacement en silence d'objets (récupération fonctionnelle des énergies potentielles fournies ou acumulées).
A noter que la roue n'a pas dit son dernier mot Record du monde de vitesse le 3 avril 2007 : TGV Alstom : 574.8 km/h

Les difficultés (inconvénients) :
  • le guidage : particulièrement la gestion des courbes;
  • la gestion des pentes;
  • le freinage, le freinage d'urgence (maglev de taille réelle);
  • l'alimentation en énergie (au moins pour une maquette ou un jouet);
  • le poids du système de roulement auxiliaire (maglev de taille réelle).
Il est nécessaire de faire la différence entre les systèmes lourds de grandes puissances (maglev par exemple) et une expérience concernant quelques centaines de grammes sur quelques mètres.
Par exemple :
Il est évident que l'on ne va pas placer des aimants permanents de sustentation tout au long d'une voie maglev ou autres plateformes de transport, mais pour un système de petites dimensions ou pour une application utilitaire comme déplacer des charges relativement légères (plateau de transport) sur des distances de quelques mètres, ce n'est pas un problème.




Le rail géommétrie "levmag N°1"
Dimensions du véhicule (modèle de test) adapté à ces rails : 115x63x46 (mm).

Meilleure définition sur le [.pdf], cliquer ici ou sur l'image (350 ko)
Modèle de test
Vue de dessus :
Circuit imprimé supérieur : alimentation et contrôleur du premier "essieu".
Vue de dessous :
Circuit imprimé inférieur coté soudure : 2 capteurs hall pour chaque essieu, alimentation et contrôleur pour le second essieu, les 4 aimants de sustentation


Vue de dessous

Construction
Cet arrangement utilise l'addition d'ensembles composés de 3 aimants céramiques, de dimensions assez standards : 9,6 x 9,6 x 100 mm, pour les courbes, limités à 15° d'angle par unité, à défaut d'aimants courbés aux différents rayons nécéssaires il faut recourir à des sections composées d'aimants indépendants.
la correction des champs qui assure la stabilité de position sur les rails s'applique sur les 3 lignes d'aimants, la lecture du centrage sur la voie utilise dans ce modèle la ligne d'aimant centrale, mais peut utiliser le positionnement par induction extrèmement plus précis et éfficace.
la fonction de répulsion rail/véhicule pour ce modèle, tolère un désalignement minimum de 2x10° d'angle ce qui autorise les trajets sinueux et les virages.



Modèle de test autonome.
Vue de coté du "véhicule", dimensions : 115x63x46 (mm).
Poids total : 445g avec bat. alcalines ou 425 g avec bat. Lithium.
Poids des aimants (4) et bobines (2) : respectivement 82 g et 85 g.
Modèle de test (suite)
Vue du "véhicule", en lévitation sur ses "rails".
La hauteur réelle de lévitation est d'environ 10 mm.


Modèle réel de train à lévitation magnétique Test du modèle maison de train levmag
Construction
Les 2 canaux sont alimentés par 2 batteries 9 V (18 V).
Le long fil à gauche est utilisé pour le "ravitaillement en vol" (réglages et mesures).

Les 2 cartes analogiques superposées, dessinées spécialement aux dimensions de ce modèle, constituent le "châssis" du véhicule. L'alimentation est basée sur 3 régulateurs RECOM R-7812-0.5 permettant d'extraire le maximum des 2 batteries 9 volts, l'auto-balance et l'arrêt automatique sont des fonctions qui contribuent également à la longévité des batteries.
Les vertus (et les défauts) d'un coéfficient de friction pratiquement nul.
Il est nécéssaire de confiner l'expérience à un espace restreint et dans un domaine de vitesse raisonnable, d'où la piste formant un "V" (environ 176° dans ce cas, longueur 65 cm). Dans la démo, ce "V" s'écarte légèrement de la verticale, le départ s'éffectue depuis le haut de la partie droite.
Vidéo 700 Ko - 40 s, (.AVI, wmv9)
La durée de l'oscillation n'a pas pu être mesurée, les batteries n'y auraient pas suffit, de plus il est possible qu'une partie infime d'énergie soit transfèrée du guidage transversal au mouvement longitudinal. En utilisant le "ravitaillement en vol" l'amortissement est visible mais encore bien loin d'un "4 roues".




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