CA1180044A - Moteur electrique a reluctance variable pour la translation des barres de commande dans un reacteur nucleaire - Google Patents

Moteur electrique a reluctance variable pour la translation des barres de commande dans un reacteur nucleaire

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Jacques Defaucheux
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Jacques Defaucheux
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Abstract

Selon l'invention, le moteur électrique à réluctance variable pour la translation de barres de commande dans un réacteur nucléaire comporte une partie rotorique constituée par une tige en matériau magnétique munie de saillies régulièrement espacées, et une partie statorique comprenant au moins trois stators multipolaires entourant consécutivement la tige. Chaque noyau polaire présente des évidements côté tige de manière à constituer des saillies de même largeur et écartement que celles de la tige, l'espacement entre stators étant tel que les saillies de la tige et celles des noyaux polaires ne se trouvent en regard que pour un des stators. Une chemise étanche est disposée en intersection du circuit magnétique statorique et de pièces magnétiques prolongeant les noyaux polaires à l'intérieur de la chemise.

Description

MOTEUR ELECT ~ ELUC ANCE VARIA~LE POUR L~
TRANSLATION DES BARRES DE_COMMANDE DANS UN REACTEUR
N~CLEAIRE
La présente invention concerne un moteur électrique à
réluctance variable et à flux transv-ersal, notamment destiné à assurer la translation des barres de comman-de à l'intérieur d'une enceinte sous pression dans un réacteur nucléaire, éventuellement après conversion d'un mouvement de rotation en un mouveme~lt de trans-lation au moyen d'un système de type vis-écrou, On sait qu'en réglant l'immersion, dans le c~ur d'un réacteur nucléaire, de barres ayant la propriété d'ab-sorber des neutrons, par exemple des barres en carbure de bore, la puissance développée par le réacteur peut être aisément commandée. Dans ce but, les barres sont généralement solidaires d'une tige mobile se dépla ~ant dans une chemise étanche fixée au réacteur 9 che-mise dans laquelle règnent des conditions de tempéra-ture et de pression identiques à celles qui règnent dans la cuve du réacteur.
Selon le brevet fran~cais 1 371 802, un élément de trans fert de charge mécanique pourvu de mâchoires à trois positions et commandées à l'aide de solénoides~ est mis en ~uvre pour imprimer un mouvement de translation à
la barre. Ce dispositif, fonctionnant à la maniere d'un électro-aimant, présente l'inconvénient dtimpri-mer un mouvement brusque à ses éléments mobiles. Il en résulte la nécessité de disposer localement des amor-tisseurs ou tampons comme par exemple décrits dans le brevet belge 753 529. Toutefois, malgré la présence de tels amortisseurs, les mécanismes des mâchoires subissent de fortes contraintes génératrices d'usure.

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Pour~obvier à cet inconvénient, il a ete propose par exemple dans le brevet francais 1.455.472, d'utiliser un moteur electromagnetique dont l'elemen-t mobile est constitue par la tige elle-meme qui porte alors des saillies annulaires disposees de manière à
- realiser un moteur à reluctance variable de type vernier, engendrant un mouvemen-t de translation exempt de tout mouvement de rotation. Toutefois, un tel moteur n'a pas pu être valablement mis en oeuvre, d'une part a cause du fait qu'il necessite un trop grand nombre de bobines constituant la partie statorique du moteur et, d'autre part, à cause d'un mauvais rendement consecutif ~ une saturation de la tige, dué à la concentration axiale du flux magnetique.
La presente invention a pour objet d'obvier à ces inconvenients.
Dans ce but, selon l'invention, il est propose un moteur electrique à reluctance variable et à
flux transversal ayant une partie rotorique disposee dans une chemise etanche, caracterise en ce que cette partie rotorique comporte une tige en materiau magnétique munie de saillies regulierement espacees, et en ce qu'il comprend une partie statorique munie d'au moins trois stators multipolaires entourant consecutivement la tige, chaque noyau polaire parmi des noyaux polaires faisant partie des stators presentant, côte tige, des evidements, de maniere à constituer des saillies ayant une meme largeur et un meme ecartement que les saillies de la tige, les stators etant espaces entre eux de sorte que les saillies de la tige et les saillies des noyaux polaires ne se trouvent en regard que pour l'un des stators, la chemise etanche etant disposee en intersection du circuit ~
magnetique statorique et de pièces magnetiques prolon- -geant les noyaux polaires a l'interieur de cette chemise.

~ - 2 -' L~invention sera mieux comprise et d~autres buts, carac-téristiques et avantages appara~tront plus clairement à
la lecture de la description qui suit, à laquelle une planche de dessins est annexée, d'un mode de réalisation prefere de l'invention.
Les figures 1 et 2 représentent schématiquement un mo-teur électrique engendrant un mou~ement de translation appliqué à la commande de barre dans un réacteur nuclé-aire, respectivement en coupe transversale et en coupe axiale dans le plan BB, selon un premier mode de réali sation conforme à la présente invention et, la figure 3 représente schématiquement, en demi-coupe transversale, un moteur électrique engendrant un mouvement de rotation.
En référence maintenant aux figures 1 et 2, dans l'ap-plication du moteur à la translation des barres de com~mande d'un réacteur nucléaire, la partie rotorique du moteur, c~est-à-dire la tige 1, est disposée coaxiale-ment dans une chemise étanche tubulaire 2. La tige 1, réalisée dans un matériau magnétique,est munie de sail-lies annulaires 3, régulièrement espacées le long del'axe de la tige.
La partie statorique du moteur est constituée par un en-semble de forme générale tubulaire de même axe xx' que tige comprenant au moins trois stàtors multipolaires.
Ces derniers sont constitués chacun par une paire de bo-bines 8,9 et 10,11, disposées en selle autour du noyau polaire.
`Une culasse magnétique 12 de forme annulaire entoure cha-que paire de bobines.
3 La chemise étanche 2 est disposee en intersectïon du cir-cuit magnétique statorique~ Chaque noyau polaire qui se prolonge à llintérieur de la chemise 2 à l'aide d~un élé-ment magn~tique 21 présente, sur sa paroi interne, des é~idements annulaires 14, de manière à constituer des saillies 13 en forme de secteur, dans chaque fenêtre ména-.. ~`-~ .

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gée par les bobines, et disposées dans des plans trans-versaux différents, ces saillies 13 étant de même largeur et de même écartement que les saillies annulaires 3 dont est pourvue la tige 1.
De façon à réaliser une structure du type vernier, les stators multipolaires consécutifs sont espacés l-e long de l'axe xx' du moteur, de telle manière que les saillies a~nulaires 3 de la tige 1 ne se trouvent en regard que des saillies 13 du noyau polaire de l'un seulement des stators, comme représenté sur les figures. Ainsi, en pre-nant l'exemple représenté, la paire de bobines 8,9 étant alimentée, la tige mobile 1 se positionne de telle façon que la réluctance opposée au flux magnéti~ue soit minimale.
Ceci se produit lorsque les saillies annulaires 3 de la tige 1 sont précisément en regard des saillies correspon-dantes 13 du noyau polaire correspondant~ Il faut noter que sur la figure, seules deux paires de bobines ont été
représentées bien qu'il en faille trois pour assurer un mouvement bidirectionnel.
Le flux engendré se referme selon un trajet transversal, c'est-à-dire perpendiculaire à l'axe xx' de la tige 1, comme représenté par les fléchettes 19 et 20. Par la suite, cette tige ne subit aucune saturation magnétique axiale.
Pour déplacer la tige; par exemple d'un mouvement ascen~
dant, il suffit de couper l'alimentation de la paire de bobines 8,9 et d'alimenter la paire de bobines 10,115 A
ce moment-là, le champ magnétique engendre une force de direction axiale tendant à positionner la tige, de telle manière que la réluctance s'opposant au flux magnétique soit minimale. Les saillies annulaires 3 de la tige ma-gnétique 1 vont, de ce fait, se positionner en regard des saillies 13 du ~o~au polaire correspondant aux bobi-nes 10 et 11.

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De fa~con à assurer un bon positionnement de ces élémants magnétiques 21 et, également, à servir de guide pour la tige 1, des bourrages en matériau amagnétique 22 et 23 sont prévus à l'intérieur de la chemise étanche 2, entre les éléments magnétiques 21 des différents noyaux polai-res. Ainsi, l'entrefer actif, c'est-à-dire entre les saillies annulaires 3 de la tige 1 et les saillies 13 des noyaux polaires, est réduit, tandis qu'un entrefer parasite dû à la présence de la chemise étanche 2, si celle-ci est réalisée dans un matériau amagnétique, est créé dans le circuit magnétique statorique. Cependant, cet entrefer parasite est créé entre deux pièces magné-tiques fixes disposées face à face, et par suite, la dispersion du flux magnétique dans cet entrefer est très réduite. Si la chemise est réalisée dans un matériau magnétique, il subsiste une faible dispersion du flux magnétique entre les saillies annulaires, dispersion n~affectant pas le bon fonctionnement du moteur. En outre, les surfaces des pièces magnétiques en regard ~0 sont maximales et il en résulte un rendement magnétique optimal. Selon un mode préféré de réalisation dc l'in-vention, les saillies annulaires 13 sont moins hautes que les évidements correspondants 14 et le rapport de leurs longueurs respectives est égal à 3/5. La profon~
deur de chaque évidement 14 est trois fois plus grande que la largeur de l'entrefer actif.
Dans un exemple de réalisation, l'enceinte étanche 2, en acier inoxydable, avait une épaisseur de 10 mm et un diamètre extérieur de 100 mm. La largeur de ltentre fer actif était de 1 mm environ. Les dents avaient un pas de 8 mm, les évidements une profondeur de 3 mmO Avec une tige magnétique 1 de 78 mm de diamètre, les bobines inductrices de 468 spires chacune avec un noyau princi-pal de 230 mm de hauteur et 110 mm de largeur, la force atteinte a été égale à 3 000 newtons pour un courant de 27 ampères.
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3 ~ ~

En référence maintenant à la figure 3, le moteur repré-senté engendre un mouvement de rotation à très basse vi-tesse et très fort couple moteur. En outre, on peut lui donner un grand nombre de positions possibles par tour. Dans son application à la oommande de la transla-tion d'une barre, il faut lui adjoindre un système du type vis-écrou bien connu et qui ne sera pas décrit ici.
Le fonctionnement et les parties constructives de ce moteur étant identiques à ceux décrits précédem~ent, les références indiquées sur la fi~ure 3 sont les memes que celles utilisées dans les autres figures, bien que les saillies 3 et ~3, au lieu d~être annulaires soient longitudinales.
On notera que la chemise 2, qui assure l~étanchéité vis à vis du fluide primaire, peut être ~éalisée aussi bien dans un matériau arnagnétique que dans un matériau magné-tique, par exemple inoxydable. A~ec une chemise mince, les efforts de pression exercés sur celle-ci sont repris par la structure même de la partie statorique.
Il est évident que, pour obtenir une plus grande préci sion du positionnement de la tige, il est préférable de mettre en oeuvre plus de trois stators multipolaires puisque leur nombre n'est pas limité par une éventuelle saturation magnétique axiale de la tige, le trajet du Z5 flux ~agnétique ne prenant jamais une direction paral-lèle à l'axe dans la tigeO
Toutefois, on peut également augmenter la précision du -mouvement et la force nominale transmise a~ec un moteur à trois stators en alimentant successivement un premier stator, puis un premier et un deuxième stators, puis le deuxième seul, puis le deuxième et le troisième simulta-nément, puis le troisième seul, puis le troisième et le premier simultanément, et ainsi de:suite. Quand deux stators sont alimentés simultanément, l'intensité du courant peut atre réduite en gardant une position stable, `':.., 1 ~3~

ce qui amène une réduction de la consornmati.o~ électrique.
Bien évidem~ent, toute modification apportée par l~Homme de l'Art dans l'esprit de l'invention ne sortirait pas du cadre de la présente invention.

Claims (6)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Moteur électrique à réluctance variable et à flux transversal ayant une partie rotorique disposée dans une chemise étanche caractérisé en ce que ladite partie rotorique comporte une tige (1) en matériau magnétique munie de saillies (3) régulièrement espacées, et en ce qu'il comprend une partie statorique munie d'au moins trois stators multipolaires entourant consécutive-ment ladite tige, chaque noyau polaire parmi des noyaux polaires faisant partie desdits stators présentant, côté
tige, des évidements (14), de manière à constituer des saillies (13) ayant une même largeur et un même écarte-ment que les saillies de la tige, les stators étant espacés entre eux de sorte que les saillies de la tige et les saillies des noyaux polaires ne se trouvent en regard que pour l'un des stators, ladite chemise étanche (2) étant disposée en intersection du circuit magnétique statorique et de pièces magnétiques (21) prolongeant lesdits noyaux polaires à l'intérieur de ladite chemise (2).
2. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un bourrage (22, 23) en matériau amagnétique est disposé entre lesdites pièces magnétiques de ladite partie statorique dudit moteur à l'intérieur de ladite chemise (2) afin d'améliorer le positionnement et un guidage de ladite tige (1).
3. Moteur selon la revendication 1, carac-térisé en ce que ladite chemise étanche (2) est réalisée aussi bien dans un matériau amagnétique que dans un matériau magnétique.
4. Moteur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdites saillies (13) des noyaux polaires ont une première hauteur, et lesdits évidements (14) des noyaux polaires ont une seconde hauteur, lesdites première et seconde hauteurs étant sensiblement dans un rapport 3/5.
5. Moteur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque évidement (14) a une profon-deur qui est sensiblement trois fois plus grande que la largeur d'un entrefer actif.
6. Moteur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour alimenter successivement un premier desdits stators, puis le premier stator et un deuxième desdits stators ensemble, puis le deuxième stator seul, puis le deuxième stator et un troisième desdits stators simultanément, puis le troisième stator seul, puis le troisième et le premier stators simultanément, et ainsi de suite de façon à déplacer ladite tige.
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