Brevet FR2029036A1 — publié le 19701016

L'invention se rapporte à un frein ou embrayage à courants de Foucault et/ou à induction constitué par un inducteur de freinage produisant les champs magnétiques et par une voie à courants de Foucault en matière ferromagnétique disposée de manière à être 5 séparée de l'inducteur de freinage par un entrefer, la matière ferromagnétique étant éventuellement munie d'un revêtement en matière d'une bonne conductibilité électrique, tandis que l'inducteur de freinage est aménagé de manière à pouvoir se déplacer par rapport à la voie de courants de Foucault. 10 On connaît déjà plusieurs modes de réalisation de freins ou d'embrayages dans lesquelles les champs magnétiques sont produits soit à l'aide de bobines parcourues par du courant, soit au moyen d'aimants permanents. On connaît également déjà des systèmes d'adhérence magnéti-15 que et des freins à friction à déclenchement électrique dans lesquels dans la position d'adhérence, le flux magnétique effectif est provoqué par des aimants permanents et, dans la position de " non adhérence, le flux magnétique des aimants permanents est compensé par un flux produit au moyen d'une bobine'parcourue par 20 du courant, soit que l'aimantation des aimants permanents se trouve annulée par le flux inverse ou soit que le flux magnétique se trouve écarté de son chemin d'action. les freins à courants de Foucault et à excitation électromagnétique connus présentent l'inconvénient qu'ils nécessitent 25 une puissance électrique importante pour exciter les aimants de champ-, ce qui exige des générateurs de courant puissants qui ont pour effet d'accroître conàidérablement le poids du véhicule» Ils présentent, en outre, le défaut qu'en cas de panne de l'alimentation en courant le frein ne peut plus fonctionner. 30 Les freins à courants de Foucault à aima,nts permanents n'ont pas ces inconvénients mais présentent, des difficultés en ce qui concerne l'enclenchement et le déclenchement des freins à courants de Foucault à aimants permanents ainsi que d,ans le réglage de leur couple de freinage à la valeur voulue puisque, lors du 35 déplacement des aimants permanents par rapport aux éléments ferromagnétiques de mise encourt-circuit, les forces d'adhérence des aimants permanents prennent des valeurs très élevées qu'il faut vaincre. Ceci nécessite des dispositifs coûteux tels que organes de commande, transmissions à levier, engrenages, etc* 70 02155 2 2029036 La présente invention a pour objet d'éviter les inconvénient présentés par les freins à courants de Foucault et/ou à induction exclusivement électromagnétiques et à aimants permanents et de permettre de réaliser un tel frein, facile à enclencher et à dé-5 clencher et qui ne nécessite qu'une faible puissance électrique, tout en assurant, même en cas de panne de courant, la sécurité de fonctionnement en ce qui concerne un freinage à couple de freinage élevé. Selon l'invention ce problème est résolu par le fait que 10 l'inducteur de freinage est constitué par des pièces polaires disposées en forme d'anneau, contre lesquelles s'appliquent des aimants permanents et sur lesquelles sont disposés des enroulements de champ supplémentaires destinés à produire un champ électromagnétique, de telle façon que l'on obtienne dans les pièces po-15 laires des pôles de polarité alternante dont le champ magnétique produit par les aimants permanents peut être intensifié, affaibli ou compensé par le champ électromagnétique produit par les enroulements de champ. La solution conforme à l'invention offre la possibilité de 20 réaliser un frein magnétique àcourants de Foucault et/ou à induction permettant, moyennant line dépense minimale de puissance électrique, d'obtenir un couple de freinage très élevé car, du fait que le champ magnétique produit par les aimants permanents se trouve intensifié lors d'une direction appropriée du courant 25 d'excitation par le champ électromagnétique produit par les enroulements de champ* En cas d'interruption du courant d'excitation le champ magnétique produit par les aimants permanents commence immédiatement à agir, assurant ainsi la sûreté de fonctionnement du frein. 30 Si le sens du courant du champ d'excitation e,st inversé de sorte que l'action de ce champ s'oppose à celle du champ magnétique produit par les aimants permanents, la force .de freinage s'affaiblit et, lorsque le champ opposé est suffisamment fort, le frein est coupé» 35 La solution conforme à l'invention permet,, en outre,de ré gler le couple de freinage aisément à toute valeur voulue entre le maximum et le zéro au moyen du courant d'excitation» Le frein à courants de Foucault et/ou à induction conforme à la présente invention peut non seulement trouver des applica-r- ' 40 tions avantageuses dans des véhicules de tous genres mais se 70 02155 3 2029036 prête aussi parfaitement au freinage des moteurs électriques dits-moto-freins■> En cas d'application dans des véhicules automobiles c'est de préférence l'inducteur de freinage qui tourne, la voie de 5 courants de Foucault étant mise en place de manière fixe afin de faciliter l'installation d'un système de refroidissement à eau efficace» En cas d'application dans des moto-freins, par contre, l'inducteur de freinage est fixe, tandis que la voie de courants de Foucault est fixée à 1' arbre du moteur à freiner et 10 tourne avec cet arbre» Lorsque le moteur est branché, les enroulements de champ sont excités en même temps de manière que le champ électromagnétique soit dirigé dans le sens opposé à celui du champ produit par les aimants permanents et que le champ effectif dans l'entrefer soit nul» S'il s'agit de freiner l'ar-15 bre du moteur, le courant d'excitation parcourant les enroulements de champ est inversé de manière à intensifier le champ produit par les aimants permanents, et sera éventuellement coupé au moyen d'un interrupteur temporisé ou d'un interrupteur à force centrifuge» 20 En cas de panne de courant du secteur l'arbre du moteur se trouve néanmoins freiné puisque dans ce cas le champ produit par les aimants permanents entre en action de sorte que même en cas de panne du secteur la sûreté de freinage du moteur est assurée» Dans un mode de réalisation préféré du frein oo nforme à 25 l'invention, l'inducteur de freinage est constitué par des pièces polaires disposées en forme d'anneau, entre lesquelles sont placés des aimants permanents qui sont aimantés dans le sens de leur plus faible épaisseur et qui s'appuient contre chaque pièce polaire avec des faces polaires de même1 signe, de telle façon 30 que lr on obtienne dans les pièces polaires successivês des pôles de polarité alternante et que les têtes polaires des pièces polaires, qui font saillie au-dessus des aimants permanents, soient munies d'un enroulement de champ qui présente d'une pièce polaire à la suivante un sens d'enroulement inverse» 35 Les pièces polaires peuvent également être composées de deux segments reliés entre eux par une entretoise médiane sur laquelle est disposé l'enroulement de champ, les aimants permanents s'appuyant contre les faces extérieures des segments» 02155 4 2029036 En vue de l'alimentation des enroulements de champ de l'inducteur de freinage il est prévu, de manière connue, un alternateur dont le rotor tourne avec les enroulements de champ, le courant alternatif ainsi obtenu étant converti, par des redresseurs associés à l'inducteur de freinage, en courant continu u-tilisé pour l'alimentation des enroulements de champ» Dans un autre mode de réalisation avantageux de l'invention l'alternateur comporte deux rotors qui tournent avec les enroulements de champ de l'inducteur de freinage, tandiB qu'à l'intérieur des deux rotors se situe un stator déplaçable qui agit conjointement avec l'un des rotors pour renforcer l'action de freinage ou avec l'autre rotor pour affaiblir ou annuler l'action de freinage» Pour l'excitation de l'alternateur on peut prévoir une source de courant indépendante comme par exemple un générateur séparé ou la batterie du véhicule automobile» Il va de soi qu'on peut également prévoir un stator excité par des aimants permanents. Dans ce cas le réglage du courant d'excitation s'effectue par exemple par déplacement axial du stator muni d'aimants permanents * Dans un autre mode de réalisation de l'objet de l'invention où des aimants permanents sont utilisés pour l'excitation de l'alternateur, ces aimants permanents sont entourés d'un enroulement à sens opposé et excité par une source de courant indépendante, de telle façon que le champ d'excitation réglable produit par l'enroulement inverse soit dirigé dans le sens opposé à celui du champ provoqué par les aimants permanents» En cas de coupure brusque du courant, qui peut par exemple se produire par suite d'un court-circuit dans les lignes d'alimentation du circuit d'excitation ou lorsque la source de courant tombe en panne, l'alternateur continue à fournir de la tension puisque le champ produit par les aimants permanents commence alors à agir immédiatement et pleinement. Dans ces conditions on peut toujours commander le frein, qz'il s'agisse de renforcer l'action du frein ou de mettre celui-ci hors d'action. Ceci assure la sûreté de fonctionnement du frein» les conditions les plus rationnelles de réglage du couple de freinage sont obtenues en disposant les organes de réglage dans le circuit d'excitation de l'alternateur» Il est souvent souhaitable de pouvoir régler la valeur du 70 02155 5 2029036 couple de freinage en fonction de ]a charge du véhicule» Suivant un développement de l'invention le réglage automatique du couple de freinage voulu est obtenu du fait que le réglage du champ d'excitation de l'alternateur alimentant les enroulements de 5 champ,- s'effectue par l'intermédiaire d'éléments du véhicule à comportement variable suivant la charge, ce réglage étant par exemple fonction du degré de fléchissement des ressorts du véhicule • Si un alternateur séparé est prévu, sa tension alternative 10 peut être amenée directement à un convertisseur dont l'enroulement primaire est disposé de manière fixe et dont l'enroulement secondaire tourne avec l'inducteur de freinage porteur des enroulements de champ, des redresseurs étant aménagés, de manière connue, entre 1'enroulement secondaire et l'enroulement de champ. 15 Ceci permet d'éviter l'utilisation de bagues collectrices et de balais. Lorsqu'il s'agit d'annuler l'action du frein, le champ magnétique des enroulements de champ a une intensité égale à celle du champ provoqué par les aimants permanents et est dirigé dans 2 0 le sens opposé à celui de ce dernier champ de sorte que l'induction dans l'entrefer soit nulle. Pour que la position déclenchée soit assurée d'une manière exacte il est prévu des moyens qui maintiennent constant le courant d'excitation des enroulements de champ destiné à produire le champ inverse» Ces moyens, qui 25 peuvent également être placés dans le circuit de réglage de l'alternateur, peuvent être par exemple des éléments agissant en fonction de la température». L'alternateur doit être conçu de telle façon qi'il fournisse une tension à peu. près constante aussi bien à des vitesses de rotation élevées que faibles. Ceci est 30 obtenu, d'une manière connue, en réalisant l'alternateur de manière qu'il soit multipolaire et qu'il fournisse de ce fait du courant alternatif de haute fréquence. La voie de courant de Foucault peut soit être placée à côté d'une ou de chacune des faces latérales.de l'inducteur de freina-35 ge, soit entourer la face périphérique de l'inducteur de freinage Pour évacuer la chaleur engendrée dans la voie de courants de Foucault lors du freinage, on peut faire appel à un refroidissement par.air ou par liquide» En cas d'utilisation d'un refroidissement par liquide un système de refroidissement à haute presâiïm 70 02155 6 2029036 sera de préférence prévu. Si la voie de courants de Foucault, qui peut par exemple être placée dans une position fixe par rapport à l'inducteur de freinage, est réalisée en forme d'anneau, elle communique avec 5 un refroisseur annulaire dont le refroidissement s'effectue directement au moyen de ventilateurs axiaux ou radiaux disposés latéralement sur l'inducteur de freinage» A l'intérieur du refroidis-seur annulaire peuvent être prévues ded ailettes de refroidissement qui cèdent la chaleur engendrée dans la voie de courants de 10 Foucault au liquide de refroidissement. S'il s'agit d'un refroidissement par air, la voie de courante de Foucault réalisée en forme d'anneau est munie d'ailettes de refroidissement qui font latéralement saillie au-dessus de la voie de courants de Foucault, et le long des faces latérales de 15 l'inducteur de freinage sont placées des pales de ventilateur qui tournent avec l'inducteur de freinage et forcent l'air de refroidissement par les passages correspondant aux ailettes de refroidissement prévues sur la voie de courants de Foucault» Ci-dessous deux modes de réalisation de 1' invention sont 20 donnés à titre d'exemples non .limitatifs et illustrées aux dessins annexés. La fig. 1, est une coupe axiale de la moitié du frein ou de l'embrayage à courants de Foucault et/ou à induction où l'inducteur de freinage est fixé sur l'arbre à freiner et où la voie de 25 courants de Foucault entoure la périphérie de l'inducteur de freinage; La fig. 2, est une vue partielle, en coupe longitudinale, de l'inducteur de freinage; La fig» 3, est une vue partielle, en coupe longitudinale, 30 d'un autre exemple de réalisation de l'inducteur de freinage; La fig» 4, est une coupe axiale de la moitié du frein ou de l'embrayage à courants de Foucault conforme à l'invention et muni d'un système de refroidissement par liquide; La fig» 5, est une vue latérale du frein ou de l'embrayage 35 représenté à la figure 4» Sur l'arbre à freiner 1 sont, selon la figure 1, fixés l'inducteur de freinage 2 et l'élément 3 porteur des pâles de ventilateur 4. L'inducteur de freinage est entouré d'un carter 5 qui est fixé à des éléments immobiles tels que par exem-4Q pié le châssis dû véhicule et qui est monté sur lrarjire à freiner 70 02155 7 2029036 ou sur l'élément 3 à l'aide de roulements à billes 6. Au carter 5 est fixée la voie de courants de Foucault 7 qui enferme la périphérie de l'inducteur de freinage en laissant subsister entre elle-même et l'inducteur un entrefer 8. Sur le côté de la 5 voie de courants de Foucault qui est opposé à l'entrefer sont disposées des ailettes de refroidissement 9 orientées radiale-ment et entre lesquelles se trouvent des conduites d'air«Lors de la rotation des pales de ventilation 4 l'air de refroidissement s'écoule dans le sens indiqué par les flèches. 10 la conception de l'inducteur de freinage est représentée à la fig* 2» Dans cet exemple de réalisation l'inducteur de freinage est constitué par des pièces polaires 10 disposées en forme d'anneau et fixées sur un support 11. En vue de la fixation des pièces polaires leurs extrémités sont munies d'éléments 15 d'ancrage 12, de préférence à section en forme de T, qui s'encastrent dans des évidements du support 11 réalisés en conséquence. Entre les pièces polaires sont placés des aimants permanents 13 qui sont aimantés dans le sens de leur plus faible épaisseur et qui s'appuient respectivement contre chaque pièce 20 polaire par des faces polaires de même signe de sorte que l'on obtienne dans les pièces polaires successives des pôles de polarité alternante. Les pôles des aimants permanents et les pôles obtenus dans les pièces polaires sont indiqués dans la figure par les lettres N et S. Les têtes polaires des pièces polaires, qui 25 font saillie au-dessus des aimants permanents, sont munis d'enroulement de champ 14 qui présentent d'une pièce polaire à la suivante un sens d'enroulement opposé» Le champ électromagnétique produit par les enroulements de champs est dirigé dans un sens tel qu'il intensifie le champ pro-30 duit par les aimants permanents ou, en cas d'inversion du sens du courant, affaiblit ou compense ce dernier champ» Dans l'exemple de mode de réalisation représenté à la fig.3 chaque fois deux segments de pièce polaire 15 sont reliés entre eux par une entretoise ferromagnétique 16 sur laquelle est mis 35 en place l'enroulement de champ» Contre les côtés extérieurs (opposés à 1'entretoise) des segments de pièce polaire 15 s'appuient chaque fois les aimants permanents 13 par des pôles de signe contraire. Lorsque les enroulements de champ 14 ne sont pas excités, les lignes de force produites par les aimants per-40 manents se court-circuitent en passant par les entretoises 16 70 02155 8 2029036 de sorte que le frein se trouve déclenché» En cas d'excitation des enroulements de champ 14, qui dans le présent exemple de mode de réalisation présentent le même sens d'enroulement, l'action du champ électromagnétique produit par les enroulements de 5 champ s'ajoute à celle du champ magnétique produit par les aimants permanents de sorte que l'on obtienne dans les têtes polaires des pièces polaires à nouveau des pôles de polarité alternante représentés par les lettres H et S» les fig» 4 et 5 représentent un exemple de mode de réalisa-10 tion du frein ou de l'embrayage à courants de Foucault muni d1 un système de refroidissement par liquide» l'inducteur de freinage 2, fixé sur l'arbre à freiner 1, est, ici aussi, entouré de la voie de courants de Foucault 7 réalisé en forme d'anneau» la voie de courant de Foucault est munie d'un système de refroi-15 dissement à haute pression réalisé sous forme d'un refroidisseur annuitaire 17» A l'intérieur du refroidisseur annulaire se trouvent des ailettes de refroidissement 18 qui communiquent avec la voie de courant de Foucault et cèdent la chaleur engendrée dans la voie de courants de Foucault au liquide de refroidisse-20 ment 19» le refroidisseur annulaire est muni d'une conduite d'amenée 20 et d'une conduite d'évacuation 21. la conception de l'inducteur de freinage correspond à la représentation donnée à la fig» 2 et à la description correspondante » 25 Evidemment, la voie de courants de Foucault peut également être, placée le long d'une ou de chacune des deux faces latérales de l'inducteur de freinage, auquel cas elle est, comme précédemment, munie d'ailettes de refroidissement disposées sur son côté opposé à l'entrefer et destinées à évacuer la chaleur engendrée 30 dans la voie de courants de Foucault» Dans ce cas l'inducteur de freinage peut être fixé à des éléments statiormaires, alors que la voie ou les voies de courants de Foucault tournent. 70 02155 9 2029036 REVENDICATIONS 1- Frein ou embrayage à courants de Foucault et/ou à induction constitué par un inducteur de freinage et line voie de courants de Foucault réalisée en matière ferromagnétique et dispo-5 sée de manière à être séparée de l'inducteur de freinage par un entrefer, la matière ferromagnétique étant éventuellement revêtue d'une matière bonne conductrice de l'électricité, tandis que l'inducteur de freinage est aménagé de manière à pouvoir se déplacer par rapport à la voie de courants de Foucault, caracté-10 risé en ce que l'inducteur de freinage est constitué par des pièces polaires disposées en forme d'anneau, contre lesquelles s'appliquent des aimants permanents et sur lesquelles sont disposés des enroulements de champ supplémentaires destinés à produire un champ électromagnétique, de telle façon que 1' on ob-15 tienne dans les pièces polaires, des pôles de polarité alternante dont le champ magnétique produit par les aimants permanents peut être intensifié, affaibli ou compensé par le champ électromagnétique produit par les enroulements de champ» 2 - Frein ou embrayage à courants de Foucault et/ou à in-20 duction suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les ■ aimants permanents placés entre les pièces polaires sont aimantés dans le sens de leur plus faiblè épaisseur et que les aimants permanents avoisinants s'appuient respectivement.contre chaque pièce polaire par des faces polaires de même signe, de 25 telle façon que l'on obtienne dans les pièces polaires successives des pôles de polarité alternante et que les têtes polaires des pièces polaires, qui"font saillie au-dessus des aimants permanents, soient munies d'un enroulement de champ qui présente d'une pièce polaire à la suivante un sens d'enroulement in-30 verse» 3 - Frein ou embrayage à courants de Foucault et/ou à induction suivant la revendication 1, caractérisé.en ce que les pièces polaires sont constituées par'deux segments reliés en- - tre eux par une entreteise médiane et que les aimants permanents 35 aimantés dans le sens de leur plus faible épaisseur, s'appuient contre les faces latérales des segments par des faces polaires de signe contraire, 1'entretoise médiane des pièces polaires étant munie d'un enroulement de champ qui présente d'une pièce polaire à la suivante le même sens d'enroulement» 02155 10 2029036 4 - Frein ou embrayage à courants de Foucault et/ou à induction suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pour l'alimentation des enroulements de champ de linduc-teur de freinage, il est prévu un alternateur dont le rotor tour- 5 ne avec les enroulementB- de champ, le courant alternatif ainsi obtenu étant converti, par des redresseurs associés à l'inducteur de freinage, en courant continu utilisé pour l'alimentation des enroulements de champ* 5 - Frein ôu embrayage à courants de Foucault et/ou à induc-10 tion suivant l'une des revendications 1 à 4, caraetérisé en œ que 1'alternateur comporte deux rotors qui tournent avec lés enroulements de champ de l'inducteur de freinage et qu'à l'intérieur des deux rotors est prévu vin stator déplaçable qui agit conjointement avec l'un des rotors pour renforcer l'action de 15 freinage et avec l'autre rotor pour affaiblir ou annuler 1*action de freinage. 6 - Frein ou embrayage à courants de Foucault et/ou à induction selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pour l'excitation de l'alternateur alimentant les enroulements 20 de champ de l'inducteur de freinage sont prévus des aimants permanents entourés d'un enroulement inverse excité par une source de courant indépendante, de telle façon que le champ d'excitation réglable produit par l'enroulement inverse soit dirigé dans le sens opposé à celui du champ provoqué par les aimants permanents» 25 7 - Frein ou embrayage à courants de Foucault et/ou à induc tion suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une source de courant indépendante, comme par exemple un générateur séparé ou la batterie du véhicule automobile, est prévu pour permettre l'excitation de 1'alternateur• 30 8 - Frein ou embrayage à courants de Foucault et/ou à in duction suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par la présence d'un alternateur séparé dont le courant est amené directement à un convertisseur.dont 1'enroulement primaire est disposé de manière fixe et dont l'enroulement secondaire tourne avec l'inducteur de freinage porteur des enroulements de champ, 35 des redresseurs étant placés, de manière connue, entre l'enroulement secondaire et l'enroulement de champ. 9 - Frein ou embrayage à courants de Foucault et/ou à induction suivant l'une des revendications î à 8, caractérisé en ce que Ses moyens sont prévus qui maintiennent le courant d'exci-40 tation des enroulements de champ constant afin de permettre la 70 02155 . ,t, „ . " 2029036 mise hors circuit du frein. 10 - Frein ou embrayage à courants de Foucault et/ou à induction suivant la revendication 9, caractérisé en ce que ces moyens sont placés dans le circuit d'excitation de l'alternateur 11 - Frein ou embrayage à courants de Foucault et/ou à in-5 duction suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le réglage du champ d'excitation de l'alternateur alimentant les enroulements de champ s'effectue par l'intermédiaire d'éléments du véhicule à comportement variable suivant la charge ce réglage étant par exemple fonction du degré de fléchissement 10 des ressorts du véhicule, de sorte que le degré de freinage soit à tout moment réglé automatiquement en fonction de la charge du véhicule• 12 - Frein ou embrayage à courants de Foucault et/ou à induction suivant la revendication 1-1, caractérisé en ce que les 15 éléments à comportement variable suivant la charge sont reliés à des organes de réglage placés dans le circuit d'excitation de 1'alternateur. 13 - Frein ou embrayage à courants de Foucault ou à induction suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'en cas 20 d'utilisation d'unrefroidissement par liquide un système de refroidissement à haute pression est prévu. 14 - Frein ou embrayage à courants de Foucault et/ou à induction suivant l'une des revendications 1 et 13, caractérisé par le fait que la voie de courants de Foucault étant réalisée 25 en forme d'anneau, le refroidissement du liquide est assuré par un refroidisseur annulaire dont le refroidissement s'effectue directement au moyen de ventilateurs axiaux ou radiaux disposés latéralement. 15 - Frein ou embrayage à courants de Foucault et/ou à in-30 duction suivant l'une des revendications 1 et 13, caractérisé en ce que, la voie de courants de Foucault étant réalisée en for me d'anneau, cette dernière est munie d'ailettes de refroidissement latérales et que des pales de ven'tilation sonrt" disposées le long des faces latérales de l'inducteur de freinage.