Brevet FR2206223A1 — publié le 19740607

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de freinage pour véhicules ou engins se déplaçant sur des rails ou analogues de métal magnétique, et dont les roues sont également en métal magnétique0 La présente invention a notamment pour but de résoudre le problème du freinage des véhicules ferroviaires par un dispositif simple et plus efficace que ceux connus jusquà présents le dispositif le plus couramment utilisé, "le frein à sabot sur la roue" est limité vers les grandes vitesses par laugmen- tation inadmissible de l'usure des sabots et l'apparition de points de fatigue thermique sur les surfaces de roulement.Ces points de fatigue thermique sont provoqués par l'importance du flux de chaleur libéré sur ces surfaces par le freinage et ltéle- vation corrélative des températures. D'autre part, tout en conser vant, par son effet auto-nettoyant, le coefficient d'adhérence roue-rail maximum, le frein à sabot sur la roue est néanmoins limité en efficacité par ce coefficient; l'effort de freinage doit en effet dans tous les cas rester en dessous de la limite d'enrayage, phénomène entraSnant la détérioration rapide des roues. D'autres dispositifs adaptés à freiner les essieux sans agir directement sur la surface de roulement, comme les freins à disque par exemple, protègent partiellement la roue en lui évitant les points chauds à sa surface de roulement mais, touåours tribu taires du coefficient dradhérence roue-rail, ils voient lenr efficacité limitée à une valeur de décélération maximum pratiquement; indépendante de la masse de l'essieu à freiner et voisine de I mis - 2. Deux autres systèmes-dont le principe est d'appliquer l'ef- fort de freinage directement au rail sans passer par la roue redédient à l'inconvénient de la limite d'adhérence roue-rail mais soulèvent d'autres difficultés. le premier système qui consiste à faire frotter les faces actives d'un électro-aimant sur le rail, ne peut guère être utilisé quten freinage d'urgence car, il est suet à de fortes usures et le second qui consiste à développer dans le rail des courants de Foucault par un électro-aimant situé juste au-dessus est d'une application très difficile en raison de la faible distance qu'il suppose entre les faces actives et le rail.En effet, les électro-aimants sont lourds et doivent entre suspendus donc tributaires des variations de hauteur du bogie par rapport au rail, si par exception on acceptait de ne pas les suspendre, il faudrait encore adapter leur hauteur à l'usure des roues ce qui complique beaucoup. Les combinaisons entre eux de ces dispositifs, associés dans le cas d'essieux moteurs au freinage par le moteur permettent de résoudre les problèmes des grandes vitesses, mais au prix d'une grande complexité du matériel La présente invention a pour objet un procédé de freinage de véhicules ou engins se déplaçant sur des rails ou analogues de métal magnétique et dont les roues sont également en métal magnétique, caractérisé en ce qu'on crée au moins un flux magnétique circulant à travers les roues radialement, et se refermant d'une roue à l'autre par la partie da rail comprise entre lesdites roues après avoir traversé les zones de contact rail-roue. La présente invention a également pour objet un dispositif de freinage pour véhicules ou engins se déplaçant sur des rails ou analogues de métal magnétique, et dont les roues sont également en métal magnétique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bobinage excitateur et au moins un circuit induit comportant au moins deux roues situées d'un même côté du véhicule, la partie de rail comprise entre lesdites roues, et au moins un élé- ment en métal magnétique refermant ledit circuit induit entre les roues. la présente invention a également pour objet un dispositif du type précité comportant au moins un bobinage excitateur et un circuit induit comportant au moins deux paires de roues coaxiales dudit véhicule, les parties de rail comprises entre lesdites roues, et au moins deux éléments en métal magnétique, chacun desdits éléments refermant ledit circuit entre les roues coaxiales. Le ou les bobinages excitateurs sont disposés autour d'une ou plusieurs sections du circuit induit, à l'exception évidemment des rails. En créant un flux magnétique dans un circuit tel que précé gemment décrit, on produit des courants de Foucault dans le corps des roues et dans les rails0 Ces courants de Foncault ont un effet de freinage, tandis qu'en même temps un effort d'attraction magnétique important, fonction de l'intensité du flux magnétique et par conséquent de l'effet de freinage est développé entre les roues et les rails. I1 en résulte une amélioration de l'adhérence rails-roues, et la possibilité d'une décélération plus importante Dans le dispositif suivant la présente invention, le circuit induit est constitué de parties magnétiques existant déjà sur le chasssis ou bogie et n'apporte aucun supplément de poids autre que celui des bobinages en métal conducteur poids facilement suspendu et dont les débattements au-dessus du rail sont sans importance. La présente invention permet de trouver dans un seul dispo sitif plus léger, les avantages du frein à courant de Foucault agissant sur le rail (absence d'usure, indépendance vis-à-vis du coefficient d'adhérence) tout en évitant les difficultés du ré- glage de l'entrefer au-dessus des rails. Une variante selon l'invention est possible dans laçuelle des portions secondaires de circuit magnétique sont prévues en parallèle sur les portions principales constituées par les corps d'essieu; ces portions secondaires sont constituées par l'armature métallique du bogie luimeAme, le passage de l'axe de. l'essieu au bogie se faisant au voisinage des moyens de roulement 9 travers un entrefer tournant dont la surface est suffisante pour Caves tituer un chemin magnétique préférentiel par rapport à celui constitué par les moyens de roulement proprement dits, Une autre variante selon l'invention est possible dans laquelle on utilise des axes d'essieux en métal non magnétique, le circuit secondaire devenant alors le circuit principal. Dans ce cas les bobinages excitateurs peuvent être disposés autour des portions de circuit constituées par l'armature magnétique du bogie dont les traverses perpendiculaires au rail sont réalisées en matériau non magnétique, de préférence. Ttinvention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée qui suit, et à ltexamen des dessins annexés qui représentent à titre d'exemples non limitatifs plusieurs modes de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un bogie de véhicule ferroviaire comportant un dispositif de freinage suivant un mode de réalisation de l'invention, La figure 2 représente schématiquement et en coupe un dispositif de freinage suivant une variante du dispositif de la figure 1. La figure 3 représente un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 4 représente schématiquement et en détail le passage du flux magnétique d'un élément parallèle à un essieu, à la roue et au rail. le bogie représenté à la figure 1 comprend un chassies désigné dans son ensemble par 2 et sur lequel sont montés deux essieux 4 et 6, portant quatre roues 8, 10, 12, et 14. le circuit induit est constitué de chaque caté da véhicule par deux roues 8, 10 et 12, 14 respectivement, la partie de rail comprise entre ces roues 16 et 18 respectivement, et par un élément 20 et 22 respectivement, parallèle aux rails et portant un bobinage excitateur 24 et 26 respectivement. les rails, les roues et les élé- ments 20 et 22 sont en métal magnétique le passage du flux magnétique induit entre les éléments 20, 22 et les roues se fait au voisinage de celles-ci à travers un entrefer tournant.Suivant ce mode de réalisation, les essieux et les éléments du chassies autres que les éléments 20 et 22 sont en métal amagnétique. le principe du fonctionnement du dispositif de freinage est le suivant. Lorsque les bobinages ne sont pas parcourus par un courant d'excitation, les roues peuvent tourner librement, et il n'y a aucune opposition au déplacement du véhicule, Lorsqu'on fait circuler un courant d'excitation dans les bobinages un flux magnétique est induit dans les circuits représentés par des fl & ohes sur la figure 1. On produit ainsi des courants de Foucault qui ont un effet de freinage, tandis qu'une attraction magnétique importante a'exerce entre les roues et les rails. Â la figure 2, on a représenté schématiquement et en coupe, une variante du dispositif précédemment décrit. Cette variante consiste à remplacer l'entrefer tournant par un sabot 28 de fonte de frottement ou de matière magnétique frottant sur la table de roulement de la roue.Une disposition avantageuse consiste à encastrer ces sabots deux à deux dans l'élément magnétique 20 Paral- lèle aux rails, et situé au-dessus des roues de manière que l'ex- citation des bobinages provoque un flux à travers ces sabots et traverse d'une roue vers la suivante, ainsi, d'une part la moitié supérieure des roues est intéressée par un flux magnétique et est le siège de courants de Foucault retardateurs supplémentaires; d'autre part ce flux crée une attraction magnétique entre le sa- bot et la roue, de sorte qu'un effet de freinage par frottement supplémentaire est créé pendant que le nettoyage de la table de roulement est assuré. Bien entendu des moyens convenables sont disposés de maniére à écarter les sabots des roues après que le courant ait été coupé. Il est possible aussi d'augmenter le freinage par frottement en appliquant aux sabots un effort supplémentaire venant d'un vérin pneumatique par exemple. Dans une autre variante des dispositifs précédemment dé crins, l'entrefer tournant étant de préférence du type frottant, les sens respectifs de circulation du courant dans les bobinages sont avantageusement choisis de sorte qutil nty ait pas de refermeture magnétique possible par les essieux, ni par les traverses des bogies parallèles aux essieux. Pour que les deux circuits situés chacun d'un côté du bogie soient séparés on choisira avantageusement le sens de circulation du courant dans les bobinages de façon que les flux magnétique engendrés dans les deux roues d'un même essieu soient de sens identique. Suivant une autre variante représentée à la figure 3 le circuit magnétique induit représenté par des flèches est constitué par deux paires de roues coaxiales, les parties de rail comprises entre les roues et les essieux reliant les roues coaxiale. Dans ce mode de réalisation, les roues, les essieux et les rails sont en métal magnétique. les bobinages excitateurs 30, 32, 34,36 sont fixés par tout moyen approprié au châssis, par exemple par des pattes 38, et ils sont disposés autour de la moitié inSérieu- re des roues. Dans cette disposition, les sens respectifs de circulation du courant dans les bobinages sont choisis de façon que les flux magnétiques parallèles engendrés dans deux roues coaxiales soient de sens tel qu'ils ne s'opposent pas Bien entendu, dans le circuit magnétique représenté à la figure 3 les bobinages excitateurs peuvent être placés autour des essieux,. cette disposition pouvant être préférée en raison de l'agencement des éléments constituant le bogie. On remarquera cependant, que la disposition des bobinages, autour de la moitié inférieure des roues, telle que représentée à la figure 3 est plus avantageuse car elle permet dlutiliser au mieuz la totalité du flux créé, tant pour la génération des courants de Foucault retardateurs, que pour celle des forces d'attraction rails-roues. Afin de situer l'ordre de grandeur des forces de freinage obtenues par les dispositifs décrits précédemment on peut se reporter aux chiffres suivants. Dans le dispositif représenté à la figure 3, c'est-à-dire dans lequel les bobinages sont placés autour des roues, la force de freinage pour une roue est de l'ordre de 800 kg pour un bobinage consommant 10 KW et pesant environ 50 kgo Avec un circuit magnétique tel que celui de la figure 3, mais avec les bobinages autour des essieux, la force de freinage par essieux est de l'ordre de 1500 kg pour un bobinage consommant 16 KW et dont le poids est d'environ 37 kg* Suivant une variante de ltintention on peut placer des bobinages à la fois autour des roues et autour des essieux. Suivant une autre variante non représentée, le circuit ma magnétique comporte deux paires de roues coaxiales, les parties de rail comprises entre lesdites roues et au moins deux éléments en métal magnétique refermant le circuit entre les roues coaxiales, ces éléments étant constitués par des parties perpendiculaires aux rails autres que les essieux, et en métal magnétique du chassis ou bogie. Dans ce cas le passage du flux magnétique des élé- ments précités aux roues, se fait par un entrefer tournant. On a représenté schématiquement à la figure 4, une partie d'un dispositif de ce type. le flux magnétique arrivant par une traverse en métal magnétique 40 parallèle à l'essieu 42 en métal aaggnétique, traverse l'entrefer 44 pour pénétrer ensuite dans la roue 46 et dans le rail 48. Bien entendu sans aucune modification à la construction classique les boutes d'essieux et les éléments de suspension constituent un passage relativement médiocre mais qui n'en reste pas moins utilisable. On peut également associer à l'invention, les dispositions habituellement utilisées dans les machines magnétiques tournantes pour éviter de magnétiser les roulements, par exemple : interposition de bagues non magnétiques, boites d1essieux en métal non magnétique, et tout moyen de type connu pour diriger le fl = ma- gnétique induit suivant une direction préférentielle0 Ordinairement, dans le cas de voitures ou wagons à deux bogies, on montera les bobinages de préférence dans un sens tel qu'il n'y ait pas de flux dans les parties ou portions de rails comprises entre les deux bogies.Il pourra arriver cependant que deux voitures ou wagons consécutifs soient attelés dans un sens tel qu'un flux magnétique traverse les portions de rails comprises en pointillé sur les figures, ceci sera sans influence sur l'efficacité du freinage0 Par contre, dans les cas particuliers où la distance entre les essieux extrêmes de deux voitures consécutives est plus faible que celle existant entre les deux essieux voisins de la même voiture, il y aura intérat à assurer par un inverseur sur chaque voiture ou wagon, un sens identique du courant de toutes les voitures ou wagons d'un même train par rapport au sens de la marche. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela de l1es- prit de l'invention0 R1D DICAEONS tfr Procédé de freinage par courants de Foucault de véhicules ou engins se déplaçant sur des rails ou analogues de métal magnétique, et dont les roues sont également en métal magnétique, caractérisé en ce qu'on crée au moins un flux magnétique au moyen de bobinages parcourus par un courant électrique continu et portés par le véhicule, ledit flux magnétique se refermant dtune roue à l'autre par la partie de rail comprise entre lesdites roues apres avoir traversé les z8nes de contact entre roue et rail. 2. Dispositif de freinage par courants de Foucault de véhicules ou engins se déplaçant sur des rails ou analogues de métal magnétique et dont les roues sont également en métal magnétique, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un procédé suivant la revendication t. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce qulil comporte au moins un bobinage excitateur et au moins un circuit magméti- que induit comportant au moins deux roues situées dtun même côté dudit véhicule, la partie de rail comprise entre lesdites roues et au moins un élément en métal magnétique porté par ledit véhicule refermant ledit circuit entre lesdites roues. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que élément magnétique refermant le circuit magnétique entre deux roues situées d'un mOrne côté du véhicule est constitué par au moins une partie parallèle aux rails et en métal magnétique du chassis ou bogie du véhicule. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le passage du flux magnétique de l'élément magnétique à chaque roue se fait par au moins un entrefer tournant. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le passage du flux magnétique de ltélévent magnétique à chaque roue se fait par au moins un sabot de frottement en métal magnétique, encastré dans ledit élément. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisé en ce que les essieux reliant les roues et les parties du bogie ou chassis perpendiculaires aux rails sont en métal amagnétique. 8 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 a 72 caractérisé en ce que la circulation du courant dans les bobinages est choisie de façon telle que les flux magnétiques parallèles engendrés dans lesdJroues d'un même essieu soient de sens identiques. 9. Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte au poins un bobinage excitateur et un circuit magnétique induit comportant au moins deux paires de roues coaxiales dudit véhicule, les parties de rail comprises entre lesdites roues, et au moins deux éléments en métal magnétique portés par le véhicule, chacun desdits éléments refermant ledit circuit entre les roues coaxiales. 10. Dispositif suivant la revendication 9 caractérisé en ce que l'élément en métal magnétique refermant le circuit entre les roues coaxiales est constitué par au moins une partie perpendiculaire aux rails et en métal magnétique du chassis ou bogie, le passage du flux magnétique dudit élément à chaque roue se faisant par au moins un entrefer tournants 11 > Dispositif suivant la revendication 10 caractérisé en ce que les essieux et les parties du bogie parallèles aux rails sont en métal amagnétique. 12. Dispositif suivant la revendication 9 caractérisé en ce que les éIéments en métal magnétique refermant le circuit entre deux roues coaxiales sont constitués par les essieux desdites roues, lesdits essieux étant en métal magnétique. 13. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 9 à t2 caractérisé en ce que les sens respectifs de circulation du courant dans les bobinages sont choisis de façon que les flux magnétiques parallèles engendrés dans les deux roues d'un meme essieu surajoutent dans l'élément magnétique refermant le circuit entre les dites roues. 14. Dispositif suivant la revendication 12 caractérisé en ce que il comporte au moins un bobinage excitateur autour dtau moins chaque essieu. 15. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 13 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bobinage excitateur autour d'au moins chaque élément magnétique précité refermant le circuit. 16. Dispositif suivant l'une quelconoue des revendications 3 à 15 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bobinage excitateur autour de chaque roue. 17. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 17 carsctérisé en ce que le bobinage excitateur est convena blessent isolé pour pouvoir entre parcouru par un courant alternatif démagnétiseur. 18. Bogie, véhicule ou engin caractérisé en ce qu'il com- porte un dispositif de freinage suivant lune quelconque des re vendications 2 à 17.