Comment utiliser le champ magnétique, synonyme de force électromotrice, pour pouvoir générer le mouvement d'un objet sur un rail ?

Thèmes abordés

Sciences de l'ingénieur, champ magnétique, moyens de transport, transports en commun, mobilité, propulsion électromagnétique, Hyperloop, compression de l'air, moteur asynchrone, moteur linéaire, stator, rotor, forces de Laplace

Résumé du document

L'utilisation de champs magnétiques pour améliorer le déplacement des moyens de transport semble être un projet international ambitieux. Je suis attiré par les projets de développement des transports en commun qui sont, pour moi, l'avenir de la mobilité. Je vais étudier le transport de personnes ou de fret par le biais de la propulsion électromagnétique. Cette propulsion est déjà utilisée pour les trains à grande vitesse et constitue aussi le choix technologique du projet Hyperloop.

Extraits

[...] On peut ainsi se demander comment utiliser le champ magnétique, synonyme de force électromotrice, pour pouvoir générer le mouvement d'un objet sur un rail. Source : Sharp Magazine II. Objectifs du TIPE Étudier la modélisation de l'Hyperloop pour comprendre le fonctionnement théorique et la provenance de la force de propulsion. Construire un circuit mettant en avant une simulation d'un moteur asynchrone qui avance dans des bobines de cuivre. Déterminer le champ magnétique produit avant de conclure sur l'apport de cette technologie de moteurs III. [...]

[...] Modélisation Étude du stator La production du champ magnétique par le biais du stator. L'application du théorème d'Ampère nous permet de définir une expression générale et simplifiée du champ magnétique. ර 𝐵 . 𝑑𝑙 = 0𝜇 𝑁𝑖 ֞ 𝐵 = 𝜇0 = 0 𝑁𝑖 � 𝜇 𝑛𝑖 � Hypothèses : On suppose que le solénoïde est infini et que l'intensité du champ est uniforme à l'intérieur et nul à l'extérieur. Source : Université Paris-Sud et Concours Centrale Supélec 𝐵 𝑥, 𝑡 2 𝐵′ = 2 sin(ω𝑡 𝜋 � x). [...]

[...] Conclusion Hyperloop Expérience Moteur linéaire aimants Force de Laplace Interaction des aimants Pas de frottement grâce au tube sous vide Frottements importants liés au contact solénoïde/ pile + aimants Panneaux solaires + batteries Pile qui se décharge et se chauffe très vite à cause de son branchement en court-circuit. Pour conclure, on peut remarquer quelques analogies dans le principe de fonctionnement des deux montages. Les conditions et les moyens mis en œuvre sont totalement différents mais la propulsion reste l'objectif commun. [...]

[...] L'utilisation d'aimants à forte capacité aux extrémités de la pile permet de générer un champ magnétique, synonyme de force grâce au courant circulant dans la bobine de cuivre. Aimants orientés de sorte qu'il y ait deux pôles de même nature vers l'extérieur. Hypothèses : Le nombre de spires entre les extrémités de la pile vaut 30. Sachant que la pile + 2 aimants mesure 6,3 cm de longueur, n = 4,76 spires par cm. Le champ varie de 0 à sa valeur nominale sur la longueur d'une spire soit 0,21 cm. [...]

[...] Hypothèses : Le champ magnétique est uniforme à l'échelle de la spire. Les forces de Laplace s'appliquent sur : � � 2 𝑥 = 𝑣𝑡 ± Par définition, Φ = ‫𝑡𝑣(𝐵 ׭‬, 𝑡). 𝑑𝑆 On a donc : Φ 3𝑙2 𝐵𝘍 =𝑣 sin(( 𝑣 𝜙 − 1)ω𝑡) On en déduit l'expression de la force électromotrice : 𝑑Φ 3𝑙 2 𝐵 ′ 𝑣 𝑒= 𝑣 = 0 −𝑣𝜙 )c𝑜𝑠(( − 𝑑𝑡 𝑣 𝜙 − 2 1)ω𝑡) 𝑑𝐹 = 𝑖 𝑡 𝑑𝑙⋀ 𝐵(𝑥, 𝑡) Or, 𝐹 𝐿𝑎𝑝𝑙𝑎𝑐𝑒 = 𝐹+ + 𝐹a− ainsi : On 𝐹 𝐿𝑎𝑝𝑙𝑎 𝑐𝑒 = 9𝑙 3 𝜔 𝐵 0 𝘍 24 𝑅 − � �) 𝑣𝜙 sin 𝜋 𝑙 𝜆 . [...]