Brevet FR2290073A1 — publié le 19760528

La présente Invention est relative à la réalisation de Freins Electro-Magnétiques à courants de Foucault, excités par un rotor homopolaire et où les courants de Foucault sont générés par deux couronnes magnétiquement douces, de matériaux ayant des Couples fonction de la vitesse différents, mais dont la somme fournit un Couple indépendant de la vitesse de rotation pour un courant d'excitation donné du rotor. Les Freins Electro-Magnétiques à poudre possèdent cette caractéristique Couple sensiblement linéaire, indépendante de la vitesse, mais dans ce genre de Frein, où la bobine torique d'ex- citation est située dans le rotor externe, les possibilités d'évacuation thermique dues au glissement sont très limitées. Les Freins à courants de Foucault habituels ont une courbe Couple diminuant très rapidement avec la vitesse de rotation, et ceci explique pourquoi nous avons dû innover en la matière. D'autre part, il est nécessaire de refroidir énergiquement les générateurs de courants de Foucault afin d'augmenter les possibilités d'évacuation thermique et de ce fait, d'augmenter la puissance qui pourra être dissipée par ces Freins. Pour une meilleure compréhension de l'invention, l'on se reportera avantageusement à la Planche unique annexée. Suivant l'invention, un bâti réalisé par deux montants verticaux (01 & 03) sont solidement assemblés sur un socle (02) et forment l'ossature extérieure indéformable qui portera d'une manière semi-élastique par deux entretoises souples (25) la masse extérieure de l'ensemble Frein. Un arbre amagnétique (23) tourillonnant dans deux boites à roulements (22 & 04) solidaires des deux montants verticaux (01 & 03) portera l'ensemble Frein proprement dit et entrainera en bout d'arbre un générateur d'informations vitesse composé d'un rotor amagnétique (06) équipé d'un certain nombre d'ai- , mants permanents (08) venant déclencher des signaux proportionnels à la vitesse de rotation d'un générateur de Hall (09) dont le courant d'excitation et le signal de réponse sont aeheminés par un répartiteur (10). L'arbre amagnétique (23) est destiné à être accouplé en bout d'arbre soit à un moteur dont on veut mesurer les caractéristiques ou à un ensemble complet qu'il est souhaitable de freiner par séquences asservies ou programmées en vitesse. D'autre part, l'arbre amagnétique (23) porte également l'ensemble Frein dont la carcasse est réalisée par deux boites à roulements (28 & 29) exécutées en matériau amagnétique, solidaires de deux flasques circulaires amagnétiques (11 & 16), percés d'orifices cylindriques et concentriques (12 & 18) ces orifices étant destinés à favoriser l'évacuation thermique du rotor homopolaire, ces deux flasques verticaux étant emboités et solidaires d'une couronne périphérique en matériau amagnétique (14) dans laquelle est noyé un serpentin en cuivre (30) permettant la libre circulation d'un fluide refroidisseur. L'ensemble ainsi constitué représente la carcasse dans laquelle viendront se monter 'les parties actives du Frein homopolaire à courants de Foucault. Ce Frein sera constitué d'un rotor homopolaire (26) réalisé en matériau magnétiquement doux (fer extra-doux par exemple), solidaire par clavetage de l'arbre (23). Dans ce rotor à excitation homopolaire est ménagé un logement circulaire (27) recevant l'isolation et le ;bobinage de l'excitation homopolaire. Ce bobinage sera de préférence réalisé en bandes d'aluminium anodisé et sera raccordé sur-un collecteur isolé (19) extérieur à la boite à roulements (28), ce collecteur à deux bagues de contact étant alimenté en coupant par un porte-balai double (20). Ce mode de réalisation permettra de travailler à des températures voisines de 2500 en évitant le risque d'échauffement prohibitif qui serait obtenu par une exécution en cuivre isolé par les vernis de protection habituels. il est d'autre part connu qu'un tel rotor à excitation homopolaire entrainé par son arbre va développer des courants de Foucault dans une masse extérieure indentée, parfaitement concentrique par rapport au rotor. il est également connu que si cette masse indentée est en fer extra-doux, le Couple produit sera sensiblement inversement proportionnel à la vitesse de rotation de l'arbre et que d'autre part, si cette masse indentée était en cuivre, le Couple produit serait sensiblement proportionnel à la vitesse de rota -tion du rotor. il est rappelé que nous cherchons à produire un Couple résultant par courants de Foucault, indépendant de la vitesse de rotation pour une valeur donnée d'excitation électrique du rotor homopolaire. Pour ce faire, la couronne double devant générer les courants de Foucault sera constituée par un assemblage par soudage de deux couronnes (15 & 17), l'une (15) étant par exemple en fer extra-doux, l'autre (17) pouvant être en cuivre écroui par exemple mais dans tous les cas, les matériaux choisis devant avoir des réponses Couple de signes contraires. Les indentures dont le nombre sera fonction de la vitesse maximale demandée seront sorties par un fraisage, dont la longueur sera égale à la largeur du circuit d'excitation du rotor homopolaire. Après finition de la mise aux côtes intérieure et extérieure, l'ensemble inducteur double sera emmanché à force dans l'alésage de l'élément refroidisseur (14). Les avantages essentiels du dispositif suivant l'Invention sont les suivants... Ensemble complet, cohérent et compact susceptible de fonctionner en tant que moyen d'essais de machines tournantes ou de Freins asservis en vitesse par programmation de cet asservissement à des paramètres physiques convertis en informations électriques. Dispositif permettant d'avoir un refroidissement optimal du Frein Electro-Magnétique à courants de Foucault, en plaçant le générateur double de courants de Foucault directement dans la zone de refroidissement optimal de l'élément refroidisseur, à circulation de fluide. Dispositif de freinage à courants de Foucault où le générateur double de courants de Foucault produit une courbe sensiblement linéaire indépendante de la vitesse, en fonction d'une excitation électrique donnée du rotor homopolaire. REVENDICATIONS I. Dispositifs perméttant la réalistion de Freins Electromagnétiques à courants de Foucault, dont l'éxcitation est produite par un rôtor hômopolaire , générant des courants de Foucault dans un disposif double solidaire d'un élément refroidisseur à circulation de fluide , et pouvant étre asservi en vitesse par un générateur d'impulsions 2. Dispositif suivant la revendication 1 , ou le rôtor hômopolaire est réalisé en fer extra-doux , et ou la bobine d'excitation est éxécutée en bande d'aluminium anodisée, et est raccordée sur un collecteur double extérieur au rotor , le tout étant assemblé sur un arbre amagnétique portant également l'ossature extérieure du frein par 2 roulements montés dans des paliers en matériau amagnétique 3.Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur double de courants de Foucault est constitué pour une moitié par un matériau magnétiquement doux , ayant un couple de courants de Foucault inversement proportionnel à la vitesse de rotation du rotor homopolaire , l'autre moitié étant constitué par un matériau amagnétique mais ayant un couple de courants de Foucault proportionnel à la, vitesse de rotation du rotor , la somme de ces couples étant pour une excitation donnée, sensiblement constante et indépendante de la vitesse de rotation du rotor homopolaire 4. Dispositif suivant la revendication 3 , ou le générateur double de courants de Foucault aprés assemblage par soudage est indenté par fraisage sur une longueur égale à la largeur du bobinage d'excitation homopolaire , le nombre de dents étant fonction de la vitesse de rotation maximale souhaitée 5. Dispositif suivant les revendications 1 & 4 , ou aprés mise aux côtes intérieures et exterieures du générateur de courants de Foucault , ce dernier est emmanché à force dans un élément refroidisseur à circulation de fluide 6. Dispositif suivant la revendication 5 ou l'élément refroidisseur est constitué par un tube approprié formé en spirale et noyé dans une couronne en aluminium coulé , les 2 extrémités du tube étant équipées de prises perméttant le raccordement sur une tuyauterie flexible extérieure permettant la circulation du fluide refroidisseur 7. Dispositif suivant la revendiçation 1 ou la prise d' Information vitesse pourra étre réalisée par un moyen connu , mais de préférence par un générateur de Hall manipulé par un disque amagnétique équipé d'aimants permanents , ce disque solidaire de l'arbre porteur , déclenchant un nombre d'impulsions proportionnelles à la vitesse de rotation du rotor homopolaire 8. Dispositif suivant la revendication 1 ou la commande de l'asservissement vitesse , sa programmation éventuelle seront éffectués par des dispositifs extérieurs déja connus , mais ne faisant pas partie de la présente invention