Brevet FR2390319A1 — publié le 19781208

La présente invention concerne un frein electromagnétique sur rail à pièces polaires de section transversale en U et symetriques ou non par rapport å une ligne médiane, chaque pièce polaire entant constituée par deux branches latérales reliées rigidement å la branche transversale et lesdites pièces polaires étant montées, suivant un pas déterminé, les unes a la suite des autres en position de chevauchement de la partie inférieure de la boîte à bobine à ouverture rectangulaire ou ovale, du type dans lequel les pièces polaires sont maintenues en position écartée l'une de l'autre par des moyens appropriés tels que des parois de séparation d'une épaisseur d'environ 8 mm réparties suivant ledit pas dans l'ouverture de la boîte à bobine et solidaires de celleci, ou des appuis opposés et articulés, et du type dans lequel la distance de la surface d'appui inférieure des branches latérales sur le rail, au côté inférieur de la branche transversale, est d'environ 115 mm, la largeur de la branche transversale, mesurée transversalement à l'axe du rail, est dtenviron 140 mm, les extrémités libres inférieures des branches latérales sont décalées par rapport à leurs parties reliées à la branche transversale, ont, dans le sens transversal de l'axe du rail, une épaisseur d'environ 26,5 mm chacune, et sont distantes entre elles d'environ 12 mm, la section transversale des branches latérales restant constante sur une hauteur d'environ 21 mm à partir de la surface d'appui inférieure et se poursuivant par une zone de transition qui se raccorde progressivement à une hauteur d'environ 57 mm à une section transversale épaissie des branches latérales , qui reste constante jusqu'à la liaison à la branche transversale. Des freins électromagnétiques sur rail de ce genre sont constitués par une bobine enroulée en direction longitudinale et enfermée dans une boîte à bobine, par le noyau de l'électro- aimant et par les pièces polaires. Lorsque ltélectroaimant excité porte contre le rail, le flux magnétique passe par le champignon ou boudin du rail ; la force magnétique d'attraction donne naissance, par l'effet de friction, à une force de freinage qui est transmise, par l'intermédiaire de butées, au véhicule, provoquant la décélération de ce dernier. Etant donné que les entrefers ne se présentent qu'aux joints, la force magnéto-motrice de la bobine est essentiellement utilisée pour le circuit de fer.La force verticale est proportionnelle au carré du flux magnétique et à peu près inversement proportionnelle au carré de l'entrefer effectif au passage du rail. Une amélioration du rendement du frein élec tromagnétique sur rail par l'accroissement de la force d'adhérence est limitée par les dimensions prédéterminées de la boîte à bobine et du profil de l'entrefer dans le voisinage du rail. Le profil d'entrefer admissible limite les dimensions qui peuvent être données aux pièces polaires, dans le sens transversal à l'axe du rail, par suite des éléments constitutifs des aiguillages et autres installations fixes liées au rail. C'est la raison pour laquelle il faut subdiviser le noyau de l'électroaimant en plusieurs pièces polaires disposées sur une bobine commune, ce qui permet d'obtenir une certaine mobilité des différentes pièces polaires qui peuvent ainsi suivre de meilleure façon les irrégularités du rail qui sont dues à un manque de planéité, ce qui diminue l'entrefer entre la pièce polaire et le rail. Le jeu entre les différentes pièces polaires doit être prévu par une possibilité de déplacement des pièces polaires. Dans une forme de réalisation connue, on prévoit entre les pièces polaires des parois de séparation d'épaisseur déterminée, séparant les unes des autres les différentes pièces polaires et absorbant les forces de freinage. Une pièce polaire du genre rappelé cidessus met largement à profit l'espace dont on peut disposer, et fournit de ce fait une force d'adhérence relativement élevée. La présente invention a pour objet d'augmenter, dans les conditions limites susmentionnées, le flux magnétique des pièces polaires et, par voie de conséquence, la force d'adhérence que l'on peut obtenir par unité, pour une même excitation de la bobine et pour un même profil de l'entrefer. A cet effet, le frein électromagnétique sur rail et qui est du type rappelé en tête du présent mémoire, est essentiellement caractérisé par le fait que la hauteur de la branche transversale, mesurée perpendiculairement à l'axe du rail, est d'environ 47 mm et que la distance entre les faces intérieures et opposées des deux branches latérales est d'environ 56 mm, au voisinage de la boîte à bobine. Suivant une forme de réalisation préférée, le frein électromagnétique sur rail selon l'invention est caractérisé par le fait qu'au niveau situé en-dessous de la branche transversable, les faces extérieures des branches latérales ont une forme en gradin, et l'épaisseur des branches latérales, mesurée transversalement à l'axe du rail est d'environ 37 mm au niveau de la boîte à bobine. Une variante de ce frein est caractérisée par le fait que les parties inférieures des pièces polaires sont prolongées de part et d'autre dans la direction de l'axe du rail, la longueur des pièces polaires dans la direction de l'axe du rail, mesurée à partir de la face d'appui inférieure jusqu'à une hauteur d'environ 51 mm étant plus longue de 8 mm environ qu au niveau de la hauteur de ladite boîte. Avantageusement, la longueur des pièces polaires est d'environ 98 mm, dans leurs parties infériéures. De préférence, le pas susmentionné est de 100 mm environ et la longueur des pièces polaires, mesurée dans le sens de l'axe du rail, est d'environ 90 mm, au niveau de la boîte à bobine. Les dimensions comparatives d'une pièce polaire connue sont de 90 mm pour la longueur, au niveau des pièces polaires, de 41 mm pour la hauteur de la branche transversale et de 31 mm pour l'épaisseur des branches latérales. Par suite de la section transversale du fer que propose l'invention, il a été possible d'augmenter la force d'adhérence d'environ 20% par pièce polaire. Les dimensions qui viennent d'être données peuvent évidemment varier dans certaines limites. Par opposition àla forme de réalisation décrite ci-dessus, la forme de réalisation du frein électromagnétique selon l'invention peut également s'appliquer à des pièces polaires qui s' appuient par articulation les unes contre les autres, étant noté que dans ce cas on peut supprimer les parois de séparation entre les différentes pièces polaires. Même dans un frein électro- magnétique de ce genre, le dimensionnement des pièces polaires selon l'invention permet d'augmenter au maximum la force d'adhérence. L'élargissement de l'épaisseur des branches latérales se fait au détriment de la largeur de la section transversale de la boîte à bobine dont la largeur est diminuée en conséquence, mais par suite d'un meilleur facteur de remplissage des bobines, on obtient quand même la même excitation. Par un prolongement des pièces polaires en-dessous des parois de séparation on diminue l'intervalle entre les différents éléments, intervalle qui est dû à la présence des parois. La combinaison des trois mesures mentionnées permet d'obtenir, de fa çon surprenante, un rendement notablement plus élevé par rapport aux pièces polaires connues et dont on pensait qu'elles fournissaient un résultat maximum. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté aux dessins annexés une forme de réalisation d'un frein électromagnétique selon l'invention. La figure 1 est une vue en perspective de la boîte à bobine, les parois de séparation et les pièces polaires étant mises en place. La figure 2 est une élévation latérale d'une moitié d'une pièce polaire. La figure 3 est une vue en élévation frontale de la moitié d'une pièce polaire selon la. figure 2. La bolte à bobine ovale désignée par la référence 1 dans la figure 1 sert à recevoir l'enroulement qui est nécessaire pour obtenir le flux électromagnétique. Dans l'ouverture 3 de la boîte à bobine 1, qui peut être ovale ou rectangulaire, on a réparti à des distances uniformes des parois de séparation 5 qui sont fixées,dans leur position,avec la boîte. Entre chaque paire de telles parois de séparation on insère dans l'ouverture médiane 3 une pièce polaire 7 de section transversale en U (voir figures 2 et 3), étant noté que les branches longitudinales ou latérales 9 et 11 de chaque pièce polaires situent de part et d'autre de la moitié inférieure de la botte 1. Afin de ne pas surcharger le dessin, une seule pièce polaire 7 a été représentée dans la figure 1.Entre chaque pièce polaire et son environnement il existe, vers le haut et transversalement à l'axe du rail, un jeu qui est suffisant pour que les surfaces 13, 15 des extrémités des branches latérales 9, Il puissent porter complètement sur le champignon du rail, quelle que soit la forme que présente celui-ci par suite de l'usure. Les deux branches latérales 9 et 11 qui constituent des éléments séparés ou inviduels des .pièces polaires 7, sont fixées à demeure entre elles à l'aide de boulons qui passent par la branche transversale, la liaison étant ferme et permanente pour que la surface de jonction entre les branches n'augmente pas la réluctance après une durée de service prolongée. Si,pour réaliser un freinage,l'6lectroaimant est abaissé sur le rail par un dispositif non représenté et si l'enrou- lement ou la bobine est mis sous tension, le flux magnétique tend à se fermer par la pièce polaire 7 et le champignon du rail. Les faces 13, 15 des pièces polaires 7 sont de ce fait attires par le champignon du rail avec une force qui correspond au flux magnétique et sont appliquées contre le champignon du rail. La mobilité des pièces polaires autour de l'axe longitudinal de ltelectro- aimant permet leur bonne application sur les différentes portions usées que peut présenter le champignon du rail et le développement d'une force de freinage suffisante.Les parois de séparation 5 assurent que les pièces polaires ne peuvent pas se gêner malgré leur mobilité, et absorbent, en outre, les forces qui se développent dans les pièces polaires par suite de la friction sur le champignon du rail et transmettent ces forces à la boite 1 qui les transmet au véhicule à freiner. L'épaisseur des parois de séparation 5 est, compte tenu de l'importance des forces à absorber, de 8 mm, leur distance entre leurslignesmédianes est de 100 mm. Une forme de réalisation des pièces polaires 7 est donnée à titre d'exemple dans les figures 2 et 3. Dans chacune de ces figures onn'areprésenté qu'une moitié d'une pièce polaire. Les moitiés sont symétriques et sont assemblées à l'aide de vis ou de boulons 17 pour constituer le profil en U. E-tant donné que la longueur des pièces polaires entre les parois de séparation est de 90 mm, et que 1'épaisseur des parois est de 8 mm, il reste, dans le cas d'une disposition des parois suivantes un pas de 100 mm, un entrefer de 1 mm. Endessous des parois de séparation 5 (figure 3), chaque pièce polaire est prolongée de part et d'autre et dans la direction de l'axe longitudinal du rail, symétriquement de 4 mm environ, en sorte que sa longueur au total est de 98 mm ; il résulte que l'espace entre les pièces polaires et qui est normalement de 10 mm, se trouve réduit à 2 mm. Une variante des pièces polaires, qui sera décrite plus loin, a été indiquée en traits interrompus dans la figure 3. A partir des surfaces drappui 13, 15, la partie allongée des pièces polaires s'étend jusqu'à une hauteur de 51 mm. La limite gauche de la moitié d'une pièce polaire représentée dans la figure 2, et qui serait complétée par une autre moitié symétrique, représente le profil habituellement admis et possédant, au niveau de la bra-nche transversale 21 une largeur de 140 mm, mesurée dans le sens transversal à l'axe du rail, et une largeur de 130 mm dans une partie sous-jacente qui entoure la boîte à bobine (non représentée).La surface extérieure 22 de la bran che latérale présente, à cet effet, en-dessous de la branche transversale 21, un gradin dirigé vers l'intérieur et les faces intérieures 23 des branches latérales 9, 11 sont de ce fait écartées l'une de l'autre d'une distance d'environ 56 rnm. Dans le dessin,on n'a indiqué que la moitié de ces dimensions qui doivent par conséquent être multipliées par deux lors de l'assemblage avec la moitié complémentaire de celle qui est représentée en figure 2. Dans la partie inférieure, l'extrémité libre de la branche latérale 9, 11 est décalée vers l'intérieur par rapport à sa partie qui porte contre la branche transversale 21, de façon à se situer à une distance de 6 mm par rapport à la ligne médiane et présente, par rapport à la branche latérale opposée une distance de 12 mm. L'dpaisseur de chacune des branches latérales est de 26,5mm. La section transversale de la branche latérale est invariable entre les surfaces 13, 15 et une hauteur de 21 mm, et augmente progressivement, dans une zone de transition 25, à une largeur de 37 mm qui est atteinte à un niveau de 57 mm par rapport aux surfaces 13, 15.En tenant compte de la transition régulière à la largeur plus faible de 26,5 mm de la branche latérale, la section transversale de la zone de transition 25 est aussi grande que possible à son extrémité. La face inférieure de la branche transversale se situe, par rapport aux faces 13, 15,à une hauteur de 115 min, la hauteur de ladite branche transversale, mesurée perpendiculairement à l'axe du rail, est de 47 mm. Les droites 27 et 29 indiquent respectivement l'épaisseur des branches latérales et la hauteur de la branche transversale d'une pièce polaire connue. On voit nettement que la section transversale du fer est augmentée par rapport à la pièce polaire connue, le profil restant le même. La forme de réalisation décrite ci-dessus pour les pièces polaires 7 est particulièrement appropriée pour une fabrication de celles-ci ou de ces sections d'usure inférieures, au moins, et comprenant les parties verticales des branches latérales 9, 11 qui se raccordent aux surfaces 13, 15, en fonte nodulaire, c'est-8-dire en fonte à graphite sphérique.Si on réalise les pièces polaires avec de l'acier, la largeur d'appui des pièces polaires de 98 mm peut conduire à des soudures ; pour éviter cette soudure il peut être avantageux de renoncer à élargir les branches latérales en direction de l'axe des rails et dans leur partie qui est voisine du rail, donc de réaliser les pièces polaires suivant les lignes interrompues 19 de la figure 3. Même lorsque les pièces polaires sont articulées pour prendre appui les unes contre les autres, et que de ce fait on ne fait pas appel à des parois de séparation 5, il peut être avantageux d'adopter une telle forme quel que soit le matériau approprié utilisé pour réaliser les pièces polaires.La longueur des pièces polaires en direction de l'axe du rail peut être uniforme sur toute la hauteur des pièces polaires et être égale à 90 à 100 mm, lorsque la distance entre les pièces polaires est faible. Dans des cas particuliers, et notamment en tenant compte des profils d'usure particuliers du champignon du rail, il peut être avantageux d'adopter pour la longueur des pièces polaires,en direction de 11 axe du rail, des dimensions qui sont différentes de celles indiquées ci-dessus, par exemple des dimensions se situant entre 50 mm et 150 mm. En outre, et pour un profil différent de celui indiqué ci-dessus, les surfaces extérieures des branches latérales peuvent s'etendre,sur la plus grande partie de leur hauteur, sans gradin et se situer, sans interruption, dans la section plane de la branche 21. Enfin, les pièces polaires peuvent également être dissymétriques : la section inférieure des deux branches,associées pour constituer une pièce polaire,et qui se raccorde aux surfaces 13, 15 présente des saillies latérales de dimensions différentes, étant toutefois noté que leur distance réciproque est maintenue à environ 12 mm. La bote à bobine est alors décalée latéralement au-dessus du rail. REVENnICATIONS 1. Frein électromagnétique sur rail à pièces polaires de section transversale en U et symétriques ou non par rapport àune ligne médiane, chaque pièce polaire étant constituée par deux branches latérales reliées rigidement à la branche transversale et lesdites pièces polaires étant montées, suivant un pas déterminé, les unes à la suite des autres en position de chevauchement de la partie inférieure de la boîte à bobine à ouverture rectangulaire ou ovale, du type dans lequel les pièces polaires sont maintenues en position écartée l'une de l'autre par des moyens appropriés tels que des parois de séparation d'une épaisseur d'environ 8 mm réparties suivant ledit pas dans l'ouverture de la boîte à bobine et solidaires de celle-ci, ou des appuis opposés et articulés,et du type dans lequel la distance de la surface d'appui inférieure des branches latérales sur le rail, au coté inférieur de la branche transversale est d'environ 115rmss la largeur de la branche transversale, mesurée transversalement à l'axe du rail, est d'environ 140 mm, les extrémités libres inférieures des branches latérales sont décalées par rapport à leurs parties reliées à la branche transversale, ont, dans le sens transversal de l'axé du rail, une épaisseur d'environ 26,5 mm chacune, et sont distantes entre elles d'environ 12 mm, la section transversale des branches latérales restant constante sur une hauteur d'environ 21 mm à partir de la surface d'appui inférieure et se poursuit par une zone de transition qui se raccorde progressivement, à une hauteur d'environ 57 mm à une section transversale épaissie des branches latérales qui reste constante jusqu'à la liaison à la branche transversale, caractérisé par le fait que la hauteur de la branche transversale (21), mesurée perpendiculairement à l'axe du rail, est d'environ 47 mm et que la distance entre les faces intérieures et opposées des deux branches latérales (9, 11) est d'environ 56 mm, au voisinage de la boîte à bobine. 2. Frein électromagnétique sur rail selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au niveau situé endessous de la branche transversale (21), les faces extérieures (22) des branches latérales ont une forme en gradin, et l'épais- seur desbranches latérales (9, 11), mesurée transversalement à l'axe du rail, est d'environ 37 mm au niveau de la botte à bobine. 3. Frein électromagnétique sur rail selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les parties inférieures des pièces polaires (7) sont prolongées de part et d'autre dans la direction de l'axe du rail, la longueur des pièces polaires (7) dans la direction de l'axe du rail, mesurée à partir de la face d'appui inférieure (t3, 15) jusqu'S une hauteur d'environ 51 mm, étant plus longue de 8 mm environ qu'au niveau de la hauteur de ladite bolte ( 4. Frein électromagnétique selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la longueur des pièces polaires(7) est d'environ 98mm, dans leurs parties inférieures. 5. Frein électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le pas est de 100 mm environ et que la longueur des pièces polaires (7), mesurée dans le sens de l'axe du rail, est d'environ 90 mm au niveau de la boîte à bobine (1).