Brevet FR2004294A1 — publié le 19691121

La présente invention est relative à un moteur électrique du type inversé et comprenant un embrayage et un frein à commande électromagnétique Dans les constructions connues de moteurs avec embrayage électromagnétique, on n'utilisait que des moteurs classiques du type comprenant l'empilement du rotor monté rotatif à l'intérieur de l'empilement du stator.Ceci nécessite que l'arbre de sortie soit tourillonné à ses deux extrémités dans des paliers portés par des flasques ou cloches fixées aux extrémités opposées du carter du moteur ; malheureusement, la présence d'un palier à l'ex- trémité caté embrayage gne et complique notablement la réalisa- tion de l'embrayage électromagnétique .11 on résultait que i'embrayage électromagnétique était dans certains cas considéré comme un accessoire qu'il était nécessaire d'aJouter à l'extérieur sur l'ensemble d'un moteur classique, ce qui donnait un ensemble combiné d'une longueur hors-tout extrEmement grande et posait de plus un difficile problème d'alignement de l'arbre .Lorsqu'on tentait d'enfermer 1' eMbrayage électromagnétique à l'intérieur azyme du moteur, il était pessaire de monter le bobinage de l'embra- yage sur le flasque d'extrémité du moteur et de prévoir un circuit de flux magnétique d'une grande longueur et d'un mauvais rendevent qui enfermaitrnlesparties électriquement actives du moteur lui-mgme, ce qui est indésirable .D'autres difficultés qui sont présentées par cette solution résultent de l'insuffisance de l'inertie propre du moteur pour assurer une accélération convenable de la charge une fois embrayée La présente invention a pour but général d'éliminer ou de réduire au mnim les difficultés indiquées ci-dessus en combinant un moteur électrique inversé ayant par lui-même une grande inertie de rotation avec un embrayage électromagnétique dans lequel un bobinage d'embrayage fixe monté sur le carter du moteur est étroitement couplé à un circuit de flux magnétique à grand rendement qui comprend le disque d'embrayage magnétique mobile Un avantage de cette construction consiste dans le fait que le volant et le disque d'embrayage peuvent avoir un grand diamètre ,approximative- ment égal au diamètre intérieur maximal du carter du moteur,ce qui est important pour la capacité de transmission de couple,et ceci sans accroissement notable de la longueur hors tout . Un autre avantage de la construction suivant l'invention consiste dans le fait que la cloche ou le flasque d'extrémité est libre pour sup porter uniquement le bobinage du frein et qu'elle n'a pas à servir de circuit pour le flux magnétique engendré par le bobinage de l'embrayage, ce qui évite tout couplage intempestif entre le flux de l'embrayage e le flux du frein Suivant une autre caractéristique de l'invention.un bobinage d'embrayage annulaire fixe, placé très près du volant est fixé à un anneau magnétique monté sur la surface interne du carter du moteur .Un anneau composite, formé d'anneaux magnétiques concentriques respectivement extérieur et intérieur, séparés par un anneau séparateur non magnétique > présente des surfaces terminales qui se trouvent dans un plan commun, perpendiculaire à l'axe de l'arbre du rotor, et présente une surface magnétique bipolaire qui fait face au disque d'embrayage en étant très près de ce disque . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention zpparat- tront au atours de la description qui va suivre Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples: la Fig.l est une vue en coupe longitudinale d'un moteur à embrayage et frein électromagnétiques suivant un mode de rdalisa- tion de l'invention la Fiv.2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la Fig.l ; la Fiv.3 est une- vue partielle en coupe longitudinale représentant une variante du mode de réalisation de la Fig.l. Sur les dessins, sur lesquels les mimes références désignent des éléments analogues, le moteur comprend une carcasse compr- nant un carter cylindrique 10 et des flasques ou éléments de fermeture d'extrémités 11 et 12 qui sont fixés au carter 10 par des vis 13 et 14 respectivement espacées sur une circonférence et vissées d-ans le carter .Un support tubulaire rentrant 15 venu de matière avec le flasque 11 pénètre dans le carter 10 à peu près concentriquement à la paroi cylindrique de ce dernier et porte un empilement de stator 16 qui porte lui-me-me un enroulement de stator 17 relié à une source 8'énergie- électrique ( non repre- sentée) . Un empilement de rotor 18 entoure l'empilement de stator 16 et contient des barres conductrices 19 qui sont solidaires d'un volant d'inertie 20 calé sur un abbre de rotor creux 21. Cet arbre est tourillonne dans des paliers 22 et 23 portés par le support 15 du stator Un arbre de sortie entratné 24 traverse la cavité intérieure de l'arbre de rotor creux 21 et est tourillonné, à une extrémi- té, dans un roulement à rouleaux 25 porté par le flasque Il et, à l'autre extrémité, dans un roulement à rouleaux 26 porté intérieurement par l'arbre 21 du rotor . On voit que l'arbre en trainé 24 est ainsi monté rotatif et monté de préférence de fa çon à pouvêir décrire un- mouvement de de coulissement longitudinal limité par rapport au carter fixe 10. L'extrémité externe de l'arbre entratné 24 comporte une partie conique 27-destinée à recevoir un pignon ou une-poulie (non représenté) pour entratner une machine (non représentée) telle qu'un métier à tisser ou une machine à coudre L'autre extrémité de l-'arbre entraîné 24 présente une partie conique 28 qui porte un moyeu 29 fixé sur cette partie conique par un écrou 30.Un disque d'embrayage 31 en matériau ma magnétique est fixé sur le moyeu 29 à l'aide de vis 32 espacées circonférentiellement . On décrira maintenant un agencement particulier qui sert à mettre par voie électromagnétique le disque d'embrayage 31 en position d'embrayage ou en position de freinage Un anneau magnétique fixe 33 est emmanché par coulissement dans une partie contre-alésée 34 du carter 10 et est fixé en position réglable dans cette partie par des vis 95 espacés cir- conférentiellement .Un bobinage d'embrayage 36 de forme annulaire a été antérieurement assemblé avec l'anneau 33 et fixé à cet anneau par des moyens quelconques par exemple par enrobage dans une matière adhésive 37 du type époxy .L'ensemble anneau 33 et bobinage 36 est placé de telle façon que le bobinage 36 soit très près du volant 20 qui est en un matériau conducteur du flux magnétique .L'anneau 33 a une longueur axiale considérablement supérieure à celle du bobinage 36 et comporte des parties débordantes 38 et 39 de part et d'autre du bobinage 36.La partie 38 est placée 8 proximité et radialement à l'extérieur du volant 20 et forme avec ce dernier un entrefer 40 ayant une faible réluctance en raison du faible rapport existant entre les dimensions radiales et axiales Un anneau composite désigné dans son ensemble par la référence 41 comprend un anneau intérieur 42 et un anneau extérieur 43 qui sont maintenus en des positions concentriques par un anneau séparateur non magnétique 44. L'anneau intérieur 42 est fi xé au volant 20 par des vis 45 espacées circonférentiellement et tourne avec ce volant . Les anneaux concentriques 42 et 43 présentent respectivement des surfaces polaires d'extrémités 46 et 47 qui se trouvent dans un mEme plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre 21 du rotor, plan qui est très proche de la face du disque d'embrayage 31 et parallèle à cette face. Un matériau de friction 48 remplit la cavité annulaire séparant les anneaux 42 et 43 pour réaliser une surface de prise qui assure une bonne transmission du couple entre cet anneau et le disque d'embrayage 31. La partie de'bordante 39 est placée,râdialement à l'extérieur de la périphérie de l'anneau extérieur 43 et à proximité de cette périphérie; elle forme avec cet anneau 43 un entrefer 49 ayant une faible réluctance en raisoh du faible rapport entre ses dimensions radiales et axiales On peut voir que l'anneau composite décritplus haut forme un ensemble magnétique bipolaire rotatif qui est entratné méca- niquement par le rotor et qui attire le disque d'embrayage 31 vers lui pour le mettre eh position -relative d'entraSnement par friction en raison du flux magnétique engendré dans le circuit toroSdal indiqué par-la ligne eg traits pointillés 50 sous l'ef- fet de l'excitation du bobinage 36 de ltembrayage .Le disque 31 transmet ce couple à l'arbre de sortie 24 pour entratner la charge. Leddisque d'embrayage 31 est de préférence un disque plat et mince qui est monté en son centre sur le moyeu 29 de sorte que ses parties radialement extérieures peuvent entre tgitialerent infléchies par l'attraction magnétique pour venir s'appliquer sur le matériau de friction 48 de l'embrayage et/ou du rrein,et ceci d'une façon qui est entièrement indépendante du mouvement axial de l'arbre 24. Il est tout à fait à la portée d'un spécialiste de prévoir des moyens permettant au disque d'embrayage 31 de décrire un mouvement axial limité par rapport à l'arbre 24 , si nécessaire en réalisant une liaison à coulissement axial bien connue par cannelures entre le moyeu 29 et l'arbre 24. On voit également que le circuit -de flux 50 est couplé étroitement et efficacement au bobinage 36 et qu'il ne traverse aucun des éléments dXectriquement actifs de l'ensemble du moteur. La densité maximale du flux est produite dans les entrefers travail lants formés respectivement entre chacune des faces terminales 46,47 et le disque 31 pour établir de très grandes forces d'attraction dans ces régions .Ces forces sont produites en des points qui sont situés à de grandes distahees radiales de l'axe de l'arbre de sortie 24, ce qui assure une grande capacité de transmission du couple . La majeure partie du matériau qui forme le circuit magnétique 50 est en rotation et contribue par conséquent de façon avantageuse à 1énergie cinétique accumulée dans l'équipage moteur Etant donné que le circuit magnétique du bobinage d'embrayage 36 ne traverse pas le flasque 12, ce flasque peut être con çu uniquement pour exercer le couple de freinage commandé électromagnétiquement par rapport au disque 31. Par conséquent, le flaque 12 est en un matériau magnétique et comporte une seule gorge annulaire dans laquelle un bobinage de frein 51 est fixé par enrobage dans une matière adhésive 52 du type époxy. Ceci donne un ensemble bipolaire fixe ayant des surfaces polaires terminales 53 et 54 qui se trouvent dans un plan commun perpendicu laire à l'axe de l'arbre 21 du rotor et qui sont placés en face et très près du disque 31.L'espace annulaire compris entre les surfaces polaires 53 et 34 est rempli d'un matériau de friction 55 qui développe un grand couple de freinage lorsque le bobinage de frein 51 est excité-pour attirer le disque 31 et le mettre en prise avec ce matériau de friction Le circuit magnétique toroSdal représenté par la ligne en traits pointillés 56 et parcouru par le flux produit par le bobinage de freinage 51 est étroitement couplé au bobinage et développe des forces qui sont appliquées à une grande distance radiale de l'axe de l'arbre de sortie 24 pour assurer une grande capacité de couple de freinage Dans le mode de réalisation décrit plus haut et représenté sur les Fig . i et 2, l'arbre de sortie 24, en l'absence d 'exci- tation des bobinages 37 ev 51 de l'embrayage et du frein est libre de se déplacer axia/t-:ent sur une distance limitee par le jeu existant entre le disque 31 et les ensembles bipolaires des électro-aimants de l'embrayage et du frein .Dans certains cas, il est avantageux que l'arbre de sortie soit normalement sollicité à un certain degré vers sa position de freinage.Pour cela, on utilise le mode de réalisation représenté sur la Fig.3, que l'on va décrire ci-après Sur la Fig.3, le moyeu 29' contient une partie épaulée 57 sur laquelle est monté un roulement à billes 58 dont la bague extérieur est emmanchée dans une cuvette 59.La cuvette 59 pré- sente un contre-alésage 60 dans lequel est logée une extrémité d'un ressort de compression hélicoSdal 61 dont l'autre extrémité s'appuie contre le volant 20. Le ressort 61 exerce une force de compression qui tehd à appliquer le disque 31 sur le matériau de friction 55 du frein pour fournir un couple de freinage initial proportionnel à la compression du ressort .Le roulement à billes 58 permet au disque 31 de tourner par rapport au volant 20 sans provoquer d'enroulement ni de déroulement défavorable du ressort 61. REVENDICATIONE l-Moteur électrique du type inversé et comprenant un embrayage et un frein électromagnétiques, caractérisé en ce qu'il comprend un empilement de stator monté dans un carter fixe, un empilement de rotor placé à l'extérieur de l'empilement de stator de telle façon que sa surface externe soit radialement adjacente au carter, un volant en matériau magnétique fixé à un arbre creux tourillonné dans le carter et constituant un support pour l'em- pilement du rotor, un arbre de sortie monté dans l'arbre creux, un agneau magnétique fixe assujetti au carter et placé dans une position radialement adjacente au volant magnétique, un bobinage d'embrayage annulaire fixé à l'anneau fixe et placé dans une position axialement adjacente au volant, et un anneau composite comprenant un anneau magnétique extérieur et un anneau magnétique intérieur concentriques qui sont séparés par un anneau séparateur non magnétique, cet anneau composite étant fixé au volant de façon à tourner conjointement avec ce dernier et présentant une surface annulaire rotative bipolaire axialement adjacente à un disque d'embrayage en matériau magnétique qui est calé sur bre de sortie 2-Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau fixe, le volant et les anneaux concentriques forment un circuit pour le passage du flux magnétique qui entoure le bobi- nage de l'embrayage 3-Moteur suivant la revendication I ou 2 , caractérisé en ce que l'anneau fixe est séparé du volant et de l'anneau concentrique extérieur par des entrefers ayant un petit rapport entre leurs dimensions radiales et leurs dimensions axiales 4-Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre de sortie est susceptible d'un déplacement axial pour appliquer le disque d'embrayage sur la surface bipolaire 5-Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le disque d'embrayage peut fléchir pour stap sur ladite surface bipolaire 6-Moteur suivant 1 'une des revendications précédentes, oarac- téris4 en ce qu'il comprend une cloche en matériau magnétique formant un flasque d'extrémité du moteur,qui est amovible et fixé au carter et qui comporte une gorge annulaire pour former un ensemble magnétique bipolaire fixe ayant des surfaces terminales situées dans un mebme plan perpendiculaire à l'axe du rotor et axialement adjacentes au disque d'embrayage sur le c8té de ce dernier qui est à l'opposé de l'anneau composite, et un bobinage de frein qui est fixé daps la gorge et qui, lorsqu'il est excité, attire le disque d'embrayage pour le mettre en prise par friction avec l'ensemble fixe - 7-Moteur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le disque d'embrayage est normalement sollicité par un ressort pour entrer en prise avec une surface de freinage