Brevet FR2385251A1 — publié le 19781020

La presente invention concerne un ralentisseur magneto-electrique destine à des vehicules divers et qui s'applique non sêulement aux vehicules lourds comme les camions, les autocars ou les véhicules ferroviaites, mais aussi aux automobiles et aux avions. On connaît des ralentisseurs magneto-electriques, dits à courants de Foucault, qui sont actuellement largement utilises, notamment sur les véhicules de transport en commun ou lueur emploi est d'ailleurs obligatoire dans certaines regions de France. Ces ralentisseurs sont essentiellement constitues par un disque conducteur massif mobile dans ltentrefer d'un electro-aimant, et mettent ainsi en jeu les très importants courants de court-circuit resultant du shuntage des forces electro-motrices, pour absorber un couple magneto-electrique qui est proportionnel à la vitesse angulaire et au carre de l'induction.De par leur principe, de tels ralentisseurs ne peuvent pas assurer à eux seuls l'immobilisation du vehicule, mais ils offrent en revanche une bonne protection contre l'enrayage total des roues puisque leur action cesse dès que les roues ne tournent plus. Il peut cependant se produire un enrayage partiel lorsque le couple de freinage exerce par le ralentisseur atteint une valeur supérieure à celle permise par l'adherence du bandage. Sans être bloquées, les roues tournent alors à une vitesse périphérique inférieure à la vitesse du véhicule, et peuvent ainsi entraîner son dérapage ou une usure prématurée -des bandages. Le ralentisseur magnéto-électrique classique utilisé actuellement sur les autocars présente égalementd'autres inconvénients, parmi lesquels on peut citer tout d'abord le fait que toute l'énergie cinétique détruite est dissipée dans le disque. Même s'il est massif et ventilé, l'inertie thermique de ce dernier est limitée et on ne peut donc utiliser le ralentisseur qu'épisodiquement. De plus, le fonctionnement de ce ralentisseur nécessite la présence à bord dtune batterie convenablement chargée, ce qui constitue une source d'ennuis du point de vue de la sécurité Enfin, on sait que dans un tel ralentisseur, le couple de freinage à induction donnee ne croît plus au-delà d'une certaine vitesse, mais au contraire décroît sensiblement après être passé par un maximum, ce qui est évidemment néfaste à la sécurité. La présente invention a donc pour but principal de remédier à tous ces inconvénients et, pour ce.faire, elle a pour objet un ralentisseur magnétoélectrique qui se caractérise essentiellement en ce qu'il est constitué par un moteur asynchrone dont le rotor est lié au déplacement du véhicule, tandis que le stator comprend au moins deux électro-aimants dont les bobinages sont reliés chacun à un dipôle RC (résistance plus condensateur). On verra plus en détail par la suite que la machine tournante ainsi formée est capable de fonctionner-en génératrice hypersynchrone à auto-excitation donc sans le secours d'une batterie, à condition que la vitesse angulaire o du rotor soit supérieure à la pulsation xS de la tension présente aux bornes des bobinages. Les condensateurs C fournissent la puissance réactive nécessaire à son excitation, tandis que les résistances R dissipent la puissance électrique engendrée. Un tel dispositif exerce donc, sur l'arbre du rotor, un couple de freinage dont l'importance dépend de la valeur desdites résistances R, et ce aussi longtemps que w est supérieur à xS On évite ainsi automatiquement tout risque d'erayage meme partiel, puisque cela se traduit alors immédiatement par le désamorçage de la génératrice. Ce dispositif permet en outre, en faisant varier simplement les condensateurs C qui déterminent la valeur de la pulsation SS de réaliser très facilement un freinage par paliers successifs. On est ainsi toujours assuré de se trouver sur la portion linéaire de la caractéristique vitesse/freinage. il convient enfin de noter que la majeure partie de la puissance due au freinage n'est pas dissipée dans le rotor lui-même, qui ainsi n'a pas besoin d'etre ventilé ni d'entre très massif, mais dans les résistances R qui peuvent, grâce à des fils de liaison appropriés, être disposées à un endroit du véhicule aussi bien ventilé que possible. Dans une application particulière de l'invention aux véhicules roulants industriels comme les camions ou les autocars, le rotor, prévu cylindrique et du type en cage d'écureuil, est solidaire en rotation de l'un au moins des trains de roues du véhicule, tandis que le stator, également cylindrique, est constitué par des tôles concentriques au rotor dont les encoches sont garnies de conducteurs isolés groupés en au moins deux enroulements distincts. Dans une autre application de l'invention destinée plus particulièrement aux véhicules automobiles légers ou aux avions équipés de freins à disques, le rotor est constitué par le disque lui-mrne, tandis que le stator comprend des culasses magnétiques prévues articulés ou coulissantes, solidaires en translation dune mâchoire de freinage susceptible de venir en contact avec le disque par l'intermédiaire d'une garniture. Plusieurs formes d'exécution de l'invention sont décrites ci-après à titre d'exesples, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente de façon schématique un ralentisseur magnéto-électrique conforme à l'invention, applicable plus particulièrement aux véhicules indus triels Lourds ; et - la figure 2 représente, également de façon schématique, une variante de réalisation de l'invention applicable aux véhicules automobiles légers ou aux avions. Le ralentisseur magnéto-électrique représenté sur la figure 1 comprend tout d'abord un rotor 1 dont l'arbre 2 est rendu solidaire en rotation de l'un au moins des essieux du vehicule considéré, généralement par 11 intermédiaire d'un système démultiplicateur. Il s'agit ici d'un rotor cylindrique dit "en cage d'écureuil", constitué d'un empilage de tales a encoches garnies de barreaux conducteurs orientés selon les g-énératrices du cylindre et connectés à leurs extrémités sur deux bagues de court-circuit.Quant au stator 3, egalement de forme cylindrique, il est constitué de tôles concentriques au rotor dont les encoches sont garnies de conducteurs isolés qui sont groupés en au moins deux enroulements distincts L1 et L2, afin de former ainsi une machine polyphasée asynchrone. Conformément à l'invention, chacun des enroulements statoriques L1 et L2 est en outre connecté à un dipôle RC semblable, respectivement R1C1 et R2C2, dont le rôle apparaîtra plus clairement par la suite. Des moyens sont par ailleurs prévus pour faire varier simultanément la valeur des condensateurs CI et C2, comme illustré schématiquement en 4 sur la figure. De même, des moyens schématisés en 5 sont prévus pour faire varier simultanément la valeur des résistances R1 et R2. Le dispositif ralentisseur qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante Lorsque les deux enroulements statoriques L1 et t2 ne sont pas raccordés aux dipôles correspondants R1C1 et R2C2, le'moteur n'est pas magnétise, sauf du fait de l'induction rémanente, et sa rotation sous l'action des roues du véhicule n'absorbe donc qu'un couple infime. Par montre, si l'on raccorde lesdits enroulements aux dipôles RC, la machine est capable de s'amorcer par auto-excitation et fonctionne alors en génératrice hypersynchrone, à condition que la vitesse angulaire w de l'arbre 2 du rotor soit supérieure à la pulsation oS pour laquelle le condensateur C de chaque dipôle est accordé à l'inductance que présente l'enroulement statorique correspondant. On notera que la puissance réactive nécessaire a l'aimantation de la machine et donc a son auto-excitation est précisément fourni par les condensateurs C1 et C2. La génératrice hypersynchrone ainsi amorcée est donc capable de fournir une certaine puissance électrique qui est alors dissipée dans les résistances Rj et R2 des dipôles. Ce faisant, elle exerce sur I'arbre 2 du rotor un couple de freinage r que l'on peut facilement doser en faisant va la valeur des résistances R et R au moyen de la commande unique 5. 2 Le couple de freinage r s'exerce sur l'arbre 2 aussi longtemps que X est supérieur à S On évite ainsi automatiquement tout risque d'enrayage, mime partiel. Un début d'enrayage se traduit en effet immédiatement par un désamorçage de la génératrice, puisque celle-ci n'est plus alors en régime hypersynchrone. D'un point de vue électrique, ltensemble peut être regardé comme un oscillateur polyphasé dont la source d'énergie est de nature mécanique. Si la vitesse # de cette source s affaiblit jusqu a la valeur pour laquelle l'oscillatidn cesse, elle n'a plus d'energie à fournir. il s'ensuit évidemment qutavec le dispositif ralentisseur conforme à l'invention, le véhicule considéré n' est véritablement freiné- que jusqu'à une vitesse déterminée qui correspond à celle pour laquelle la génératrice se désamorce, ctest-à-dire à une vitesse # de l'arbre 2 inférieure à #S. il est cependant facile de modifier 1? valeur de xS et de réaliser ainsi un freinage progressif -du véhicule par paliers successifs, en faisant simplement varier la valeur des-condensateurs C1 et C2 au moyen de la commande unique 4 prevue à cet effet. On voit donc en définitive que la ralentisseur selon 11 invention impose au véhicule une consigne de vitesse finale qui est déterminée par la valeur des condensateurs Cl et C2. Or, cela peut sVavérer très utile dans la pratique. On sait en effet que si l'on a parfois besoin de starreter complètement, il est beaucoup plus fréquent d'avoir simplement à passer d'une vitesse donnee à une vitesse inférieure. Dans ce cas, il suffira donc de placer la commande 4 des condensateurs sur la position convenable, pour obtenir automatiquement le freinage du véhicule jusqu'à la vitesse finale souhaitée.Ladite commande pourra d'ailleurs avantageusement être étalonnée en conséquence, de manière que le conducteur puisse choisir la valeur la plus appropriée en fonction de la vitesse propre du véhicule et obtenir ainsi le freinage désiré en passant au besoin par plusieurs~paliers successifs, L'expérience et le calcul montrent en outre que la puissance mécanique due à l'action de freinage n'est que partiellement détruite au sein meme du ralentisseur. En fait, celle-ci est en majeure partie dissipée sous forme de chaleur dans les résistances R1 et R2 qui, grâce à des fils de liaison appropriés, peuvent être placées à un endroit du véhicule aussi bien ventilé qu'on le veut. Le ralentisseur selon l'invention pourra donc ainsi être utilisé de façon inten- sive, sans pour autant perdre de son efficacité, ce qui n'était pas le cas avec les dispositifs analogues connus jusqu a maintenant. Dans la variante de réalisation illustrée par la figure 2 et qui est plus spécialement destinée aux véhicules automobiles légers ou aux avions équipées à 11 origine de freins à disques, le rotor de la machine tournante est- constitué par le disque de freinage normal 6 dont l'axe 7 est solidaire en rotation de la roue correspondante. Quant au stator, il est constitué de deux culasses magné- tiques 8 associées respectivement aux deux enroulements L1 et L2 qui, comme précédemment, sont reliés chacun à un dipôle RC. Les culasses magnétiques 8 sont en outre supportées de maniere articulée ou coulissante, perpendiculairement au plan du disque 6, par des moyens non repre- sentés, et sont rendus solidaires en translation d'une mâchoire 9 qui est susceptible de venir stappliquer contre la surface du disque par l'intermédiaire d'une -garniture. On obtient ainsi un systeme de freinage hybride combinant à la fois les avantages du ralentisseur hypersynchrone tel que décrit précédemment et ceux du frein à mâchoire assisté, puisque l'attraction magnétique qui s exerce alors entre le stator et le rotor de la machine tournante contribue à accentuer la pression de la mâchoire 9 sur Iè disque 6, proportionnellement au carré du flux engendré. Bien entendu, il faudra également pré voir dans ce cas un dispositif de compensation de l'usure des garnitures, celle-ci modifiant au fur et à mesure la valeur de l'entrefer. Il Il va de soi par ailleurs que l'invention n'est pas limitée aux modes de realisation qui ont été représentés et décrits, et qu'on peut leur apporter de nombreuses modifications sans, pour autant, sortir du cadre de la présente invention. On notera en particulier que le principe du ralentisseur hypersynchrone selon l'invention peut être transposé sous forme rectiligne pour application aux véhicules ferroviaires et même à ceux dépourvus de roues comme les aérotrains, le rotor étant alors remplacé par le rail lui-même, ou par l'élément métallique supporté par la voie de guidage lorsqu'il s'agit d'un véhicule du type aérotrain. REVENDICATIONS 1.- Ralentisseur magnéto-électrique pour véhicules, caractérisé en ce qutil est constitué par une-machine asynchrone dont le rotor est lié au déplacement du véhicule, tandis que le stator comprend au moins deux électro-aimants dont les bobinages sont reliés chacun à un dipôle RC. 2.- Ralentisseur selon la revendication 1, applicable plus particulièrement aux véhicules roulants industriels comme les camions, les autocars ou les wagons, caractérisé en ce que le rotor, prévu cylindrique et du type en cage d'écureuil, est solidaire en rotation de l'un au moins des trains de roues du véhicule, tandis que le stator, également cylindrique, est constitué par des tôles concentriques au rotor, dont les encoches sont garnies - de conducteurs isolés groupés en au moins deux enroulements distincts. 3.- Ralentisseur selon la revendication 1, applicable plus particulière- ment aux véhicules automobiles ou aux avions équipés de freins à disques, caractérisé.en ce que le rotor est constitué par le disque lui-meme, tandis que le stator comprend des culasses magnétiques prévues mobiles, solidaires en translation d'une m ehoire de freinage susceptible de venir en contact avec le disque par l'intermédiaire d'une garniture.