Brevet FR2409179A1 — publié le 19790615

L'invention concerne une bobine d'excitation pour des aimants de freins électromagnétiques sur rails, dont l'axe s'étend transversalement par rapport au rail et qui comporte dans l'espace allongé, qu'elle enserre, au moins une culasse d'au moins une pièce polaire, dont les bras entourent et débordent sur la partie inférieure des spires, ledit enroulement de la bobine d'excitation étant disposé dans un corps de bobine dont la section transversale est en forme de U et dont le côté ouvert, tourné radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe de la bobine, est fermé au moyen d'un capot fixé par soudage ou de fa çon analogue. Les bobines d'excitation d'aimants de freins électromagnétiques sur rails du type indiqué plus haut, ainsi que les aimants individuels montés sur ces bobines et constitués par une culasse magnétique, des branches magnétiques et des pièces polaires magnétiques, sont disposés entre les roues de deux essieux du véhicule, au dessus de l'arete supérieure du rail, sur certaines parties du véhicule. Ces emplacements de montage sont relativement peu protégés et sont soumis à l'action du vent de déplacement fortement tourbillonnaire, empreint de poussières et, par moments,d'humidité. Comme support pour l'enroulement de la bobine d'excitation, on utilise un corps de bobine cylindrique allongé, dénommé également botte à bobine. Une section transversale de cette botte à bobine transversalement par rapport aux spires, placées dans cette botte, de l'enroulement possède un enroulement profilé en U constitué par trois surfaces perpendiculaires entre elles. Le côté extérieur de cette botte est tout d'abord ouvert et n'est fermé complètement que lors de l'insertion des spires de l'enroulement. Avant l'insertion de l'enroulement dans la bote à bobine , les surfaces intérieures de la paroi profilée en U U sont revêtues d'une couche de plaquettes de mica possédant une épaisseur d'un bon millimètre.Sur la dernière couche des spires de l'enroulement de la bobine d'excitation, on appose également une couche d'un millimètre d'épaisseur de plaquettes de mica. La fermeture du côté, initialement vers l'extérieur, de la bobine d'excitation est réalisée à l'aide d'une bande de tôle métallique épaisse et résistante, qui est soudée sur toute sa longueur, sur ses deux bords, d'une façon étancheà l'air à proximité des extrémités et entre les extrémités de chaque branche de la paroi profilée en U. Sur ltenroulement situé au-dessous de cette bande de tôle métallique et sur le tissu stratifié aux fibres de verre, on appose une plaque épaisse en matériau isolant, qui doit protéger la bobine pendant l'opération de soudage, en particulier son isolant, contre une destruction sous l'effet d'un chauffage trop intense. Cette plaque épaisse constituée par un matériau isolant calorifuge limitait l'espace de la boite à bobine , disponible pour l'enroulement. La plaque prévue pour réaliser l'isolation était constituée par plusieurs couches de carton en amiante. Lors de la réalisation de l'enroulement de bobines d'excitation, on parle à ce sujet d'un facteur de remplissage de la bobine. On désigne par ce terme le rapport des dimensions extérieures du profil en U de la boite à bobine, rapporté à la section transversaledevant être contenue-de la somme de l'ensemble des spires. Par suite du type de construction décrit précédemment, de la bobine d'excitation comportant des dispositifs d'isolation hautement calorifuges, le facteur f de remplissage de la bobine atteignait une valeur voisine de 0,37. Le flux magnétique produit par la bobine d'excitation traversée par un courant dépend entre autres du nombre d'ampères-tours. Si par exemple le nombre de spires de la bobine vient à augmenter et si l'on se contente d'une conservation de la valeur du flux magnétique, on peut réduire la puissance électrique (le courant électrique), que reçoit la bobine La présente invention a pour but de réaliser une économie d'énergie tout en conservant la puissance de freinage du frein électromécanique sur rail . C'est pourquoi la présente invention a pour but de créer une bobine d'excitation dont le type de construction et le système d'isolation thermique entraînent simultanément un accroissement important du facteur de remplissage, en sorte que d'une part on peut mettre en jeu une puissance électrique plus faible tout en conservant les dimensions existant jusqu'alors des différents composants, et d'autre part on peut obtenir des forces d'adhérence nettement plus élevées de l'aimant du frein électromagnétique sur rail grâce à une modification des dimensions des différents composants. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que l'enroulement de la bobine d'excitation s'étend approximativement jusqu'au-dessous des extrémités, situées à l'opposé de la barre transversale du corps de bobine, des deux branches de la paroi profilée en U du corps de bobine (boitte à bobine ), qu'au moins les surfaces intérieures situées en vis à vis de la paroi profilée en U sont revêtues d'une couche mince (tissu stratifié aux fibres de verre) et que les extrémités des parties de tissu stratifié aux fibres de verre, situées en saillie aux deux extrémités des branches, sont rabattues sur la surface, tournée vers l'extérieur, de l'enroulement terminé, que les bords supérieurs et extérieurs de l'enroulement recouvert par un tissu stratifié aux fibres de verre, sont enserrés , sur toute leur longueur, par une cornière constituée en un métal non ferreux, et que la bande de tôle métallique fermant la botte à bobine se termine extérieurement de niveau avec les extrémités de la paroi profilée en U. D'autres variantes du dispositif conforme à l'invention présentent les caractéristiques suivantes. - La cornière comporte un premier élément court appliqué contre l'extrémité de la branche dé la paroi profilée en U et un second élément plus bng sensiblement perpendiculaire au premier et parallèle à la base du profilé en U, tandis qu'il existe un espace intercalaire entre les extrémités opposées des seconds éléments plus longs. - Le matériau, présentant un coefficient de conductivité élevé, de la cornière possède une épaisseur réalisant, par évacuation de chaleur, une protection suffisante de l'enroulement vis à vis de la chaleur de soudage. - La cornière est constituée en cuivre ou en aluminium et possède une épaisseur de 0,5 à 2 millimètres. A titre d'exemple on a décrit ci-desous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure représente une coupe transversale de la boîte à bobine munie de l'enroulement d'excitation recouvert conformément à l'invention. La coupe transversale, représentée sur la figure, de la boîte à bobine , de l'enroulement d'excitation et du capot présente une paroi profilée en U 1' de la boîte à bobine 1, dans laquelle est logé l'enroulement d'excitation 2', constitué de plusieurs spires, de la bobine d'excitation 2. La paroi profilée en U 1' comporte deux branches 3 et 4 se terminant par les extrémités 5 et 6. Avant la mise en place des spires de l'enroulement 2', on revêt les trois surfaces intérieures de la paroi profilée en U 1' par une couche mince de tissu stratifié aux fibres de verre 7 possédant une épaisseur non supérieure à 0,3 mm. L'épaisseur du tissu stratifié aux fibres de verre 7, qui est maintenant introduit, n'atteint environ qu'un quart de l'é- paisseur de la couche d'isolant disposée auparavant. Le tissu stratifié aux fibres de verre 7, mis en place, fait saillie.au-delà des deux extrémités 5 et 6 des branches 3 et 4, et ce sur une certaine distance, en sorte qu'à la fin de la mise en place de la dernière spire de l'enroulement d'excitation, les parties saillantes du tissu stratifié aux fibres de verre 7 peuvent être rabattues sur la surface formée par la dernière couche de spires. Les bords, visibles à proximité de l'ouverture de la paroi profilée en U 1', de l'enroulement d'excitation enveloppé par une couche mince de tissu stratifié aux fibres de verre 7, sont enserrés par une cornière mince 8 constituee en un métal non ferreux. Ce sertissage s'étend sur les deux bords autour de l'ensemble de l'enroulement. Alors des premiers éléments plus courts 10 de la cornière 8 sont disposés entre la bobine et les extrémités 5,6 des branches 3, 4, tandis que des seconds éléments plus longs de ladite cornière 8 sont disposés sur la couche supérieure des spires de la bobine d'excitation. Le profilé, ainsi rempli par l'enroulement 2', de la boite à bobine I est alors fermé, avec étanchéité à l'air, de façon connue, par une bande de tôle métallique dont les bords sont soudés sur les branches respectives 3, 4 de la paroi profilée en U. Conformément à l'invention la position de la bande de tôle métallique est telle que sa surface extérieure se termine de niveau avec les extrémités extérieures 5, 6 des branches 3, 4. Malgré le tissu stratifié aux fibres de verre 7, relativement mince, l'opération de soudage de la bande de tôle métallique 9 sur les branches 3 et 4 n'entraîne aucun risque de destruction thermique de l'isolant de l'enroulement 2'.L'épaisseur de la cornière 8 constituée en un métal non ferreux est dimensionnée de telle manière qu'un développement de chaleur destructeur est supprimé au niveau des couches les plus proches des spires de la bobine d'excitation 2. L'épaisseur du matériau de la corniè- re est inférieure à 1 mm. Sur la figure on peut voir nettement que la section transversale de l'enroulement 2' de la bobine d'excitation 2 ste- tend sur presque tout l'espace compris entre les surfaces inférieures de la paroi profilée en U 1'. A cela coopèrent essentiellement la couche conforme à l'invention, ne possédant que quelques millimètres, du tissu stratifié à fibres de verre 7 entourant l'enroulement et les cornières 8 possédant également une épaisseur n'atteignant que quelques dixièmes de millimètres et pré sente entre l'enroulement- 2' et la bande de tôle métallique 9. Par rapport au type de construction usuel jusqu'alors de bobines d'excitation pour des aimants de freins électromagnétiques sur rails, qui poSsèdsit un facteur de remplissage f = environ 0,37, on a obtenu, dans le cas de la forme de réalisation conforme à l'invention de la bobine d'excitation, un facteur de remplissage d'environ 0,5. Si l'on suppose une valeur de 100% pour la grandeur du facteur de remplissage obtenue auparavant, le facteur de remplissage obtenu conformément à l'invention correspond à une valeur de 135%. Un meilleur facteur de remplissage implique la possibilité de loger un plus grand nombre de spires d'enroulement, ce à quoi est liée une amélioration du nombre d'ampères-tours. StI1 n'est pas nécessaire d'accroître le flux magnétique dans le dispositif du frein électromagnétique sur rail c'est-à-dire si le nombre d'ampères-tours peut être conservé sans changement , on peut, compte tenu du nombre plus élevé de spires de la bobine d'excitation, réduire la puissance électri que envoyée à la bobine. Dans le cas présent conforme à l'invention, l'amélioration du facteur de remplissage de la bobine représente par rapport aux valeurs indiquées l'avantage d'une réduction d'environ 25% de la puissance électrique. La forme de réalisation conforme à l'invention de la bobine d'excitation permet cependant également d'autre part une diminution de la paroi profilée en U de la boite à bobine , ce qui fournit de la place pour le logement d'aimants plus importants. Par suite de la mise en place, possible de cette façon, d'aimants plus importants, on peut s'attendre à un accroissement d'environ 20% de la force d'adhérence. Comme matériau approprié pour la cornière 8, on peut utiliser du cuivre ou de l'aluminium possédant un coefficient élevé de conduction thermique, l'épaisseur du matériau utilisé étant comprise entre 0,5 et 2 mm. REVENDICATIONS 1) Bobine d'excitation pour des aimants de freins électromagnétiques sur rails, dont l'axe s'étend transversalement par rapport au rail et qui comporte dans l'espace allongé, qu'elle enserre, au moins une culasse d'au moins une pièce polaire, dont les bras entourent et débordent sur la partie inférieure des spires, ledit enroulement de la bobine d'excitation étant disposé dans un corps de bobine dont la section transversale est en forme de U et dont le côté ouvert, tourné radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe de la bobine, est fermé au moyen d'un capot fixé par soudage ou de façon analogue,caractérisée par le fait que l'enroulement (2') de la bobine d'excitation (2) s'étend approximativement au-dessous des extrémités (5, 6) ,situées à lZop- posé de 1a bse trs du corps de bobine, des deux branches (3, 4) de la paroi profilée en U (1') du corps de bobine (1) (boite à bobine ), qu'au moins les surfaces intérieures en vis à vis de la paroi profilée en U (1') sont revêtues d'une couche mince (tissu stratifié aux fibres de verre) et que les extrémités (5, 6) des éléments de tissu stratifié aux fibres de verre, faisant saillie sur les deux extrémités des dites branches, sont rabattues sur la surface extérieure de l'enroulement terminé (2'), que les bords supérieurs, tournés vers l'extérieur, de l'enroule- ment (2') recouvert du tissu stratifié aux fibres de verre (7) sont enserrés sur toute leur longueur par des cornières (8) constituées en un métal non ferreux et que la bande de tôle métallique (9), qui ferme la boite à bobine (1), se termine extérieurement de niveau avec les extrémités (5, 6) de la paroi profilée en U (I'). 2) Bobine d'excitation-pour des freins électromagnétiques sur rails suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la cornière (8) comporte un premier élément court (10) appliqué contre l'extrémité (5 ou 6) de la branche (3 ou 4) de la paroi profilée en U (I') et un second élément plus long (11) sensiblement perpendiculaire audit premier élément et parallèle à la base du profilé en U, et qu'un espace intercalaire (12) est présent entre les extrémités en vis à vis des seconds éléments plus longs (11). 3) Bobine d'excitation pour des freins électromagnétiques sur rails suivant les revendications 1 et 2 prises dans leur ensemble, caractérisée par le fait que le matériau , possédant un coefficient élevé de conduction thermique, de la cornière (8) possède une épaisseur protégeant suffisamment l'enroule- ment vis à vis de la chaleur de soudage, par suite de 11é- vacuation thermique. 4) Bobine d'excitation pour des freins électromagnétiques sur rails suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la cornière (8) est constituée par du cuivre ou de l'aluminium possédant une épaisseur comprise entre 0,5 et 2 nnn.