Brevet FR2289802A1 — publié le 19760528

La présente Invention est relative à la réalisation de Freins mixtes, par assemblage sur un meme arbre amagnétique, d'un Frein électro-magnétique à poudre dont le rotor est jumelé à celui d'un Frein homopolaire à courants de Foucault, présentant une caractéristique identique à celle du Frein électro-magnétique à poudre en ce qui concerne le Couple, celui-ci étant indépendant de la Vitesse pour une excitation électrique donnée. L'ensemble ainsi décrit est logé dans une carcasse refroidie par circulation de fluide (eau par exemple) et comporte en bout d'arbre une prise d'informations vitesse. Il convient toutefois de noter que le Frein électro-ma gnétique à poudre peut conserver son Couple à l'arrêt, tandis que le Frein homopolaire à courants de Foucault est un Frein ralentisseur ne possédant aucun Couple à l'arrêt. La combinaison de ces deux caractéristiques est particulièrement intéressante lorsqu'il s'agit; de mesurer des Couples statiques et d'enchainer sur des couples dynamiques. L'on saisira plus particulièrement l'intérêt de l'Invention en se reportant à la P1. unique annexée. Il est utile de rappeler les caractéristiques principales des 2 modèles de Freins employés... . D'une part un Frein électro-magnétique à poudre composé d'un stator (20) dans lequel est logée une bobine torique d'excitation dont les sorties sont représentées en (10), ce stator étant réalisé en fer extra-doux. . Un arbre amagnétique (23) porte un rotor (21) réalisé en matériau magnétiquement doux, il ménage avec le stator un entrefer dans lequel est logée une charge de poudre magnétique, cette poudre tendant à s'orienter suivant les lignes de force du champ magnétique, développé par le passage d'un courant continu dans la bobine torique jusqu'à former une masse compacte tendant à rendre plus ou moins solidaire-stator et rotor, en fonction de I'intensité du courant circulant dans la bobine torique. Les caractéristiques fondamentales de ce type de Frein sont rappelées ci-dessous... . Proportionnalité du Couple au courant (à I'hystérésisprès). . Stabilité du Couple transmis et indépendance de la vitesse de rotation (avec ou sans glissement). . Reproductibilité dans le temps des valeurs de Couple affichées en fonction d'un courant d'excitation donné. Nous résumons d'autre part les caractéristiques propres au Frein électro-magnétique homopolaire à courants de Foucault. Ce Frein est constitué d'un rotor homopolaire (29) réalisé en matériau magnétiquement doux (fer extra-doux par exemple) solidaire de l'arbre amagnétique (23) par clavetage. . Dans ce rot or à excitation homopolaire est ménagé un logement circulaire (27) recevant l'isolation et le bobinage de l'excitation homopolaire, réalisé de préférence en bande d'aluminium anodisé, qui sera électriquement raccordée sur un collecteur isolé (16) extérieur à la boite à roulements (13). . Ce mode de réalisation-permettra de travailler à des temperatures de 2500, en évitant le risque d'échauffement prohibitif qui serait obtenu par um exécution en fil de cuivre isolé par les vernis de protection habituels. . il est d'autre part bonnu qu!un tel rotor va développer des courants de Foucault en tournant dans une masse extérieure indentée et que le Couple de freinage résultant sera fonction de la nature du ou des matériaux magnétiques employés . Il est également connu que si cette masse extérieure indentée est en fer extra-doux par-exemple, après un temps de montée en vitesse le Couple de freinage produit sera inversement proportionnel à la vitesse, par contre si cette masse indentée était en cuivre le Couple produit serait proportionnel à la vitesse de rotation du rotor, ces Couples étant donnés pour un courant constant d'excitation du rotor homopolaire. Le mode de réalisation suivant 1'Invention consiste donc à réaliser un stator double dont une moitié à un Couple de courants de Foucault inversement proportionnel (28) à la vitesse de rotation du rotor, l'autre moitié ayant un Couple de courants de Foucault (26) proportionnel à cette même vitesse de rotation, après indenture suivant (22) la somme de ces Couples de freinage donnant une somme = constante pour un courant donné d'excitation du rotor. Les caractéristiques électriques fondamentales de ce type de Frein ralentisseur étant d'ailleurs identiques à celles du Frein d'arret électro-magnétique à poudre, déjà décrit. Les principales caractéristiques des Freins employés, suivant l'invention, ayant été décrites l'on reprendra avantageusement la Fl. unique annexée pour compléter le descriptif. Suivant l'invention, un bâti réalisé par 2 montants verticaux (01 & 03) équipés de 2 boites à roulements amagnétiques (04 & 24) portant un arbre amagnétique (23), ces 2 montants étant assemblés sur un socle (02) formeront l'ossature extérieure, qui portera par l'intermédiaire de l'arbre (23) l'ensemble Frein dont la carcasse est réalisée par deux boîtes à roulements (12 & 13) solidaires de deux flasques verticaux (09 & 15), munis d'une série de trous concentriques (11 & 14) destinés à favoriser l'évacuation thermique du rotor homopolaire, ces deux flasques verticaux étant emboités et solidaires dtune couronne périphérique en aluminium coulé (18), dans laquelle est noyé un serpentin en cuivre (19) équipé de deux prises permettant le raccordement sur une tuyauterie flexible extérieure assurant la libre circulation d'un fluide refroidisseur. L'ensemble ainsi constitué, assemblé sur le socle (02) par l'intermédiaire de deux manchons élastiques (25), représente la carcasse dans laquelle viendront- se monter-à force les parties actives du Frein électro-magnétique à poudre (20) ainsi que le stator du Frein homopolaire à double genérateur de courants de Foucault (28/26) indenté suivant (22). Du côté opposé à la prise d'accouplement de l'arbre (23) est monté un générateur d'informations vitesse, composé d'un rotor amagnétique (06)-équipé d'un-certain nombre. d'aimants permanents (05) venant déclencher des signaux proportionnels à la vitesse de rotation de l'arbre, dans un générateur de Hall (07) dont le courant d'excitation et le signal alternatif de réponse sont acheminés par un répartiteur (08). Ce générateur dtinformations vitesse, suivi d'un circuit redresseur-amplificateur déjà connu, permettra de lire la vitesse de-rotation et éventuellement d'asservir en vitesse progressive ou dégressive, en couple, par un amplificateur diasservissement également connu. Les principales applications de ces Freins mixtes seront.. . Essais de moteurs asynchrones â-partir du Couple quasi-statique de démarrage et'enchaSnement sur le Couple nominal (à vide ou en charge). . Essais de machines pneumatiques-O. P. P. (Outillage Portatif Pneumatique) dans le cas où ces machines ont une courbe Couple travaillant au refus (calage)-. . Essais de toutes machines mécaniques ou électro-mécaniques-où la mesure d'un Couple important à très basse vitesse est souhaitable. REVENDICATIONS 1. Dispositifs permettant la réalisation de Freins mixtes, par jumelage d'un Frein Electro-Magnétique à poudre associé à un Frein Electro-Magnétique à courants de Foucault à excitation homopolaire, dont le refroidissement est assuré par un élément à circulation de fluide, ces dispositifs étant équipés d'une prise d'informations vitesse permettant de lire la vitesse de rotation, d'asservir éventuellement celle-ci en vitesse ou en Couple. 2. Dispositif suivant la Revendication 1 où le rotor homopolaire du Frein Electro-Magnétique à courants de Foucault est réalisé en matériau magnétiquement doux, et où la bobine d'excita7 tion, exécutée en bande d'aluminium anodisé est raccordée sur un collecteur double, isolé, extérieur au rotor. 3. Dispositif suivant la Revendication 1 caractérisé en ce que le stator du Frein Electro-Magnétique à courants de Foucault est du type double constitué pour une moitié par un matériau magnétiquement doux, l'autre moitié étant constituée par un matériau amagnétique, la somme des Couples de freinage étant pour une excitation donnée sensiblement constante et indépendante de la vitesse de rotation du rotor homopolaire. 4 Dispositif suivant la Revendication 3 où le générateur double de courants de'Foucault est indenté par fraisage sur une longueur égale à la largeur du bobinage d'excitation homopolaire. 5. Dispositif suivant les Revendications 1 & 2 où les rotors des deux Freins sont jumelés sur un même arbre amagnétique, les stators étant emmanchés à force dans un élément refroidisseur à clrculation de fluide, ce même élément refroidisseur étant porté par deux paliers solidaires de deux flasques verticaux permettant à l'arbre amagnétique de tourner librement. 6. Dispositif suivant la Revendication 5 où l'élément refroidisseur-est constitué par un tube formé en spirale et noyé dans une couronne en aluminium coulé, les deux extrémités du tube étant- équipées de prises. permettant le raccordement sur une tuyauterie flexible extérieure laissant circuler le fluide refroidisseur. 7. Dispositif suviant la-Revendication 1 où la prise d'informations vitesse solidaire de l'arbre amagnétique, pourra être réalisée par un moyen connu, mais de préférenee par un générateur de Hall manipulé par un disque amagnétique équipé d'aimants permanents, déclenchant un nombre d'impulsions proportionnel à la vitesse de rotation des deux rotors. 8. Dispositif suivant la Revendication 7 où ce générateur d'informations vitesse sera suivi d'un circuit redresseuramplificateur déjà connu, permettant de lire la vitesse de rotation et éventuellement d'asservir en vitesse progressive ou.dégres- sive-, en couple, par un amplificateur d'asservissement également connu venant commander simultanément par séquences ou alternativement des bobinages d'excitation des 2 modèles de Frein. 9. Dispositif suivant les Revendications i à 8 où les Freins mixtes ainsi réalisés et refroidis seront particulièrement adaptés aux essais de moteurs asynchrones à partir du Couple quasistatique, aux essais de machines pneumatiques 0. P. P. ( Outillage Portatif Pneumatique) dans le cas où ces machines ont une courbe Couple travaillant au refus (calage), également aux essais de toutes machines mécaniques ou électro-mécaniques où la mesure d'un Couple important à très basse vitesse est souhaitable.