Brevet FR2466673A1 — publié le 19810410

La présente invention se rapporte à un frein commu- table à aimantation permanente et comportant des pièces polaires de polarité alternée contre lesquelles s'appli- quent des aimants permanents fixes et tournants. Des freins de ce type peuvent être utilisés aussi bien pour des freins à courant de Foucault et/ou des freins à fric- tion destinés à des véhicules ferroviaires, que pour des ralentisseurs fonctionnant selon le principe des courants de Foucault et destinés à des véhicules routiers, notam- ment à des véhicules automobiles. On connatt déjà un frein à courant de Foucault et/ou à hystérésis à aimantation permanente et réglable en continu, pour véhicules ferroviaires dans lequel des pièces polaires de polarité alternée et auxquelles s'ap- pliquent des aimants permanents fixes et des aimants tournants en forme de cylindre, sont disposées dans le sens longitudinal du rail. L'établissement et la suppres- sion ou le réglage du flux magnétique ou de la force de freinage s'effectuent alors par une rotation pouvant at- teindre 180e des aimants permanents en forme de cylindre (demande de brevet allemand 2 638 133). Un frein de cette conception permet de loger un volume relativement important de matière à aimantation permanente entre les plaques polaires et les pièces polai- res mais l'induction sur les faces polaires des pièces polaires nécessaire à une force de freinage optimale, ne peut pas être atteinte. La présente invention a pour objet d'améliorer ce frein connu de façon à permettre de profiter pleinement de la matière magnétique utilisée tout en évitant des pertes par dispersion de manière à obtenir des forces de freinage élevées. Ces problèmes sont résolus conformément à ltinven- tion par un frein qui est caractérisé en ce que les aimants permanents fixes s'appliquent par un p8le contre les sur- faces latérales en regard des pièces polaires et par l'autre pôle contre des plaques latérales ou des bagues formant armature et en ce que les aimants permanents pouvant tourner et aimantés perpendiculairement à leur axe de rotation, présentent sur leurs faces polaires des cornes polaires en fer en forme de segment de façon à former des systèmes à aimantation permanente dont les axes de rotation s'étendent transversalement par rapport aux surfaces de freinage, les cornes polaires en fer s'engageant dans des évidements en regard et en forme de segment des pièces polaires, qui sont adaptées à la sec- tion des cornes polaires en forme de segment de façon que les masses polaires actives (pièces polaires et cornes polaires en fer et en forme de segment) présentent à l'état de fonctionnement une section rectangulaire fermée et sont entourées de toute part par une matière à aimanta- tion permanente et présentant la même polarité afin d'évi- ter des pertes par dispersion. Cette forme de réalisation présente l'avantage que toutes les lignes de forces provenant des surfaces polai- res des aimants tournants sont collectées par les cornes polaires et sont transmises, tout en évitant des pertes par dispersion, aux surfaces évidées des pièces polaires grâce à la forme en segment des cornes polaires. Les aimants permanents fixes s'appliquant contre les surfaces non évidées des pièces polaires, contribuent, en outre, à une induction optimale aux surfaces polaires des corps de freinage par suite d'une addition des lignes de force à l'état de fonctionnement. Les pertes par dis- persion sont notamment évitées du fait que les masses polaires actives présentant une section rectangulaire fermé., sont entourées complètement, par une matière à aimantation permenante de même polarité. Comme cela ressort de mesures effectuées, la réali- sation suivant l'invention permet d'obtenir une induction d'environ 18 000 Gauss pour un entrefer de 1 mm et pour une matière anisotrope à aimantation permanente des ferri- tes additionnés d'un oxyde métallique de baryum, de stron- tium ou de plomb. Lors de l'utilisation de matières ferromagnétiques pauvres en carbone la densité des lignes de force se trouve encore augmentée. Dans les freins à aimantation permanente connus à ce jour on n'obtenait qu'une induction d'environ 12 000 Gauss dans le circuit magnétique fermé. Par la rotation de 900 des systèmes à aimantation permanente en forme de cylindre en vue d'interrompre le fonctionnement, les lignes de force provenant des p8les des aimants permanents fixes et des systèmes tournants à aimantation permanente, sont court-circuitées par les cornes polaires qui sont en liaison avec les pièces polaires voi- sines. Il est évident qu*on peut interrompre le fonction- nement également en faisant tourner de 180 les systèmes à aimantation permanente en forme de cylindre. Dans ce cas la compensation des champs s'effectue par un montage en opposition. Afin d'obtenir une interruption complète lors de la rotation, le volume de la matière aimantée de chaque sys- tème magnétique tournant doit ôtre d'environ 20 % plus important que celui des aimants permanents s'appliquant contre chacune des pièces polaires. Selon l'utilisation envisagée, le frein suivant la présente invention peut présenter une forme allongée, annulaire, polygonale ou la forme d'un segment. Les sur- faces des pièces polaires de polarité alternée peuvent étre disposées les unes en face des autres soit sur un c8té soit sur les deux c8tés des éléments à freiner et dans lesquels les courants de Foucault sont induits. Les systèmes tournants à aimantation permanente peuvent être réglés au moyen d'une couronne à dentures intérieure et extérieure, des roues dentées fixées aux systèmes magnétiques tournants engrenant avec la denture intérieure tandis que les organes de commande agissent sur la denture extérieure de la couronne. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Deux formes de réalisation de l'objet de. 1inven- tien sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs aux dessine annexés. La fig. 1 est une vue de dessus montrant en coupe horizontale un frein électromagnétique de rail. La fig. 2 est une coupe suivant la ligne I-I de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe suivant la ligne II-II de la fig. 1. La fig. est une coupe longitudinale d'un frein à courants de Foucault pour véhicules routiers vu en di- rection de l'essieu. La fig. 5 est une représentation partiellement on coupe et en partie arrachée du frein de la fig. 4 vu per- pendiculairement par rapport à l'essieu. La fig. 6 est une vue de dessus partielle du dis- que du frein à courants de Foucault. La fig. 7 est une coupe verticale partielle du disque du frein à courante de Foucault. Dans l'exemple de réalisation suivant la fig. 1, les surfaces polaires du frein sont équipées de corps de freinage ou de corps d'usure de manière que le frein agisse en tant que frein de friction. Ce frein de friction se compose de pièces polaires 2 en fer deux qui sont disposées à une certaine distance, les unes des autres, dans le sens longitudinal du rail 1. Les surfaces des pièces polaires se faisant face dans le sens longitudinal du frein, présentent des évidements 3 en ferme de segment. Des systèmes tournants à aimantation parmanente 4 épousent ces évidements de façon coulissante. Chacun des systèmes tournants à aimantation perma- nente 4 est constitué par un aimant permanent 5 qui est aimanté transversalement par rapport à l'axe de rotation etétendant perpendiculairement à l'axe du rail. Les p8los des aimants permanents sont désignée par N et S. Les sur- faces polaires 6, 7 des aimants permanents 5 portent des cornes polaires en fer 8 qui font saillie dans les évidements 3 en forme de segment des pièces polaires 2. Les évidements 3 en forme de segment sont adaptés de façon précise à la section transversale des cornes polaires de façon à obtenir une section de l'armature fermée rectan- gulaire à l'état de fonctionnement du frein. Le frein comporte également des aimants permanents fixes 9 qui sont aimantés transversalement par rapport au sens longitudinal du rail et s'appliquent avec l'un de leurs pôles contre les surfaces non évidées Il des pièces polaires 2 et avec leur pôle opposé contre les faces intérieures des plaques d'armature 10 s'étendant dans le sens longitudinal du rail. Comme cela est illustré par les lettres N et S. les surfaces polaires des aimants fixes 9 s'appliquent avec une polarité alternée contre les faces non évidées de pièces polaires 2, en considérant le sens de déplacement du véhicule ou le sens longitudinal du rail, de façon que les pièces polaires soient pré-aimantées alternativement par un pôle nord et un pôle sud. Dans la partie de gauche de la fig. 1 le frein est représenté à l'état de fonctionnement. Dans cette position les cornes polaires 8 en forme de segment, qui présentent un pôle nord, s'engagent dans les évidements en forme de segment des pièces polaires 2 pré-aimantées par un pôle nord, tandis que les cornes polaires opposées et présen- tant un pôle sud s'engagent dans les pièces polaires pré- aimantées par un pôle sud-. Les différentes polarités des cornes polaires en forme de segment et des pièces polaires sont désignées par les lettres N et S. On obtient alors dans cette position une augmentation supplémentaire de l'induction dans les pièces polaires 2 grâce aux systèmes tournants à aimantation permanente. Comme cela ressort du dessin les masses polaires actives (pièces polaires 2 et cornes polaires 8 en forme de segment) sont entourées complètement par des aimants permanents ce qui permet d'éviter, dans une large mesure, des pertes par dispersion. Dans cet exemple de réalisation la surface ferromagnétique totale d'un p. le est de 24 cm2 et l'induction pour un entrefer de 1 mm est d'environ 18 000 Gauss. Lorsque l'action du frein doit tre interrompue les systèmes à aimantation permanente 4 dont les axes de rotation sont perpendiculaires par rapport à la surface de roulement du rail, sont tournés de 90-. Cette position est représentée à la partie de droite de la fig. 1. Les cornes polaires 8 en forme de segment court-circuitent alors les pièces polaires 2 voisines et de polarité oppo- sée de façon que les lignes de force provenant des p8les nord et sud des aimants permanents fixes et des aimants permanents tournants soient court-circuitées par les cor- nes polaires en forme de segment. La conception du frein ressort clairement de la fig. 2. Dans cette représentation qui est une coupe ver- ticale dans le sens longitudinal suivant la ligne I-I de la fig. 1, le frein se trouve à l'état de fonctionnement, c'est-à-dire que les cornes polaires 8 en forme de seg- ment font saillie dans les évidements 3 également en forme de segment, des pièces polaires 2. Les cornes polaires 8 s'appliquant contre les surfaces polaires 6, 7 des aimants permanents tournants, sont reliées au moyen de plaques de fixation 12, 13 en matière non magnétique et, par exemple, par des vis. Les cornes polaires peuvent également Otre fixées à l'aide d'un adhésif sur les aimants. La plaque de fixation 12 des systèmes tournants à aimantation per- manente 4 comporte un axe 14 et un tourillon 15. Sur l'axe 14 est fixée une roue dentée 16 dans laquelle engrènent des crémaillères 17, 18 à mouvement opposé et commandant la rotation des systèmes magnétiques 4. À la fig. 3 on voit plus clairement les crémaillères 17, 18 s'étendant dans le sens longitudinal du frein. Les crémaillères peuvent être commandées mécaniquement, lpna- matiquement ou hydrauliquement. Les pièces polaires 2 sont reliées au moyen de goupilles 21 avec une plaque de recouvrement supérieure 19 et une plaque de recouvrement inférieure 20 qui s'étendent sur toute la longueur du frein et sonten une matière non magnétique. Les systèmes 4 à aimantation permanente sont montés pour tourner dans des paliers 22, 23 prévus dans les plaques de recouvrement inférieure et supérieure, par l'intermédiaire des tourillons 15. Dans le présent exemple de réalisation des corps de freinage ou d'usure 24 sont fixés de façon interchangeable sur la face polaire inférieure des pièces polaires 2 au moyen de vis non re- présentéesq Lors de l'actionnement du frein les corps d'usure sont appliqués par des forces d'attraction magné- tiques sur le rail avec leurs faces polaires 25 dont les p8les sont désignés par les lettres N et S. Les forces de friction ainsi créées permettent d'obtenir un freinage efficace. Il est évident que le frein décrit ci-dessus peut également être utilisé en tant que simple frein à courants - de Foucault et à hystérésis en supprimant les corps d.usu- re. Dans ce cas les faces polaires,"des pièces polaires 2 présentant dans le sens de déplacement du véhicule des pôles de polarité alternée, se trouvent en regard du rail. La coupe verticale de la fig. 3 montre une pièce polaire 2 sur les faces latérales de laquelle s'appliquent les aimants permanents fixes 9 par l'un de leurs peles, tandis que l'autre p8le de ces aimants fixes est. en con- tact avec la plaque 10 de l'armature. Les plaques de recouvrement supérieure et inférieure 19, 20 sont reliées aux plaques 10 de l'armature par des vis 26, 27, 28 de ma- nière que le frein forme un corps complètement fermé. Les corps d'usure 24 ou les faces polaires 25, en regard du rail 1, font saillie de la plaque de recouvrement inférieure 20. lorsque le frein suivant l'invention est destiné à des véhicules routiers, deux disques de frein 30 sont fixés, comme le montre la fig. 4, à une certaine distance l'un de l'autre, sur l'essieu 29 à freiner. Le corps de freinage 32 de forme annulaire et comportant les systèmes 2466673- tournants 4 à aimantation permanente, est placé entre les deux disques 30 en étant séparé de-ces derniers par un entrefer 31. Le corps de freinage 32 est relié à des éléments fixes du véhicule par exemple au chAssis, et il est monté sur l'essieu à freiner par l'intermédiaire de roulements à billes 33. Les surfaces des disques tournants en regard des surfaces polaires 25 du corps de frein 32 sont revAtues d'une matière 34 présentant une bonne conductibilité -électrique, par exemple, d'une couche de cuivre déposé. par voie galvanique. La conception du corps de frein 32 ressort de la fig. 5. Dans cet exemple de réalisation représenté, le corps immobile 32 du frein est de forme annulaire. Les pièces polaires 2 réalisées en une matière ferromagnétique de benne c-nductibilité, sont disposées à une certaine distance, les unes des autres, de façon à former un cercle. Les surfaces en regard des pièces polaires 2 pré- sentent des évidements 3 en forme de segment. Les systèmes tournants 4 à aimantation permanente épousent les évide- monte 3 de façon coulissante. Chacun des systèmes tournants 4 à aimantation per- manente se compose dtun aimant permanent 5 aimanté trans- versalement par rapport à l'axe de rotation et qui s'étend perpendiculairement au plan de rotation des disques 30 du frein à courant de Foucault. Les p8les des aimants perma- nents 5 sont désignés par N et S au dessin. Les surfaces polaires 6, 7 des aimanta 5 portent des cornes polaires 8 en forme de segment et qui font saillie dans les évide- ments 3 également en forme de segment, des pièces polaires 2. Les évidements 3 sont adaptés avec précision à la sec- tion des cornes polaires afin d'obtenir une armature de section rectangulaire fermée lorsque le frein est actionné. Le corps de frein 32 contient de plus des aimants permanents fixes 9 qui sont aimantés radialement et s'ap- pliquent avec un p81e contre les surfaces-non évidées 11 des pièces polaires 2 et avec l'autre p8le contre les cOtés intérieurs et extérieurs des bagues 35 formant armature. Comme cela est illustré au dessin par les lettres N et S, les faces polaires des aimants fixes 9 *'appliquent en présentant des polarités alternées contre les surfaces non évidées des pièces polaires 2 de façon à obtenir une polarisation alternée de ces dernières par un pôle nord et un pôle sud. Sur la représentation arrachée à la partie infé- rieure de la fig. 5 le frein est montré en état de fonc- tionnement. Dans cette position les cornes polaires 8, en forme de segment et présentant un pôle nord, s'engagent dans les évidements également en forme de segment et ai- mantés par un pôle nord, des pièces polaires 2 et les cornes polaires opposées présentant un pôle sud s'enga- gent dans les pièces polaires aimantées par un pôle sud. Les différentes polarités des cornes polaires en forme de segment et des pièces polaires sont désignées par les lettres N et S. Dans cette position de commutation on obtient une augmentation supplémentaire de l'induction dans les pièces polaires 2 grâce aux systèmes tournants 4 à aimantation permanente. Comme cela ressort du dessin, les masses polaires actives (pièces polaires 2 et cornes polaires 8 en forme de segment) sont complètement entou- rées par des aimants permanents, ce qui permet d'éviter, dans une large mesure, des pertes par dispersion. Lorsqu'on veut interrompre le freinage, les systè- mes 4 à aimantation permanente dont les axes de rotation sont perpendiculaires au plan du dessin, sont tournés de 900. Cette position de commutation est représentée à la partie supérieure de la fig. 5. Dans cette position les cornes polaires 8 on forme de segment court-circuitent les pièces polaires voisines de polarité différente de façon à courtcircuiter les lignes de forces provenant des pôles nord et sud des aimants permanents fixes et tournants et à empocher l'établissement de lignes de force à partir des surfaces polaires 25. L'allure des lignes de force à l'état court-circuité est représentée par des lignes interrompues au dessin. La rotation des systèmes 4 à aimantation permanente de la position hors service vers la position de service et inversement s'effectue au moyen d'une couronne 36 qui présente des dentures intérieure et extérieure. Un segment denté 39 monté pour tourner et relié à un levier de ma- noeuvre 38 engrène dans la denture extérieure 37 de la couronne 36- Dans la denture intérieure 40 de la couronne 36 engrène des roues dentées 16 qui sont disposées, de préfé- rence, au centre des systèmes tournants 4 à aimantation permanente, comme cela ressort de la fig. 4. Lors de lactionnement du levier 38 dans le sens de la flèche, la couronne dentée 36 est tournée dans le sens de la flèche figurant sur elle par le segment denté 39. Tous les systèmes 4 à aimantation permanente sont alors tournés à partir de la position de service vers la position hors service ou inversement. L'actionnement du frein peut être commandé mécaniquement, pneumatiquement ou hydrauliquement. Des disques de recouvrement 41 en matière non ma- gnétique sont prévus sur les côtés opposés du corps de frein 32. Ces disques 41 présentent des ouvertures dispo- sées en cercle et correspondant à la section transversale des pièces polaires 2 dont les faces polaires 25 font saillie dans les ouvertures. Les systèmes 4 à aimantation permanente sont montés pour tourner grâce à des tourillons , sur les disques de recouvrement 41. La surface extérieure et opposée au corps de frein, des disques de frein 30 comporte des nervures ou des ai- lettes 42 afin d'obtenir un bon refroidissement des dis- ques, Le montage et la fixation des ailettes de refroi- dissement 42 sur la face extérieure des disques 30 du frein à courants de Foucault s'effectuent, de préférence, de la manière illustrée aux fig. 6 et 7. Des rainures radiales 43 sont réalisées à la fraise dans les disques. Comme cela ressort de la fig. 7, ces rainurea sont déli- mitées par des entretoises d'ancrage 44 afin d'obtenir une section en T ou en queue dtaronde. Les ailettes de refroidissement 42 sont engagées dans les rainures 43 avec leur extrémité 45 adaptée à la section des rainures. La fixation des ailettes de refroidissement 42 introdui- tes dane les rainures 43 des diaques de frein 30 steffec- tue en comprimant leu entrQtoises d'ancrage 44. Les ai- lettes 42 peuvent *tre reliécs les unes aux autres, par un anneau 46 de guidage d'air. Cette forme de réalisation crée non seulement une fixation simple des ailettes de refroidissement 42 sur les disques du frein à corants de eoucault mais permet également d'obtenir une co euctiLblit4 thermique particu- librement bonne entre lec disques 30 et les ailettee 42 grace à une surface de contact étendue. L'invention n'est pae limitée aux exemples de réa- lisation décrits. Dans la forme de réalisation suivant les fig. 1 à 3, il est par exemple possible de prévoir sur les faces du frein opposées aux surfaces polaires, des aimants permaneonts supplémentaires présentant une aimantation antagoniste correspondante, afin de réduire davantage les pertes par dispersion. L'actionnement du frein peut aussi s'effectuer en utilisant d'autres mécanismes pour commander, soit pneu- matiquement soit hydraulîquement, la rotation des aimants permanents. REVENDICATIONS 1 - Frein commutable à aimantation permanente et comportant des pièces polaires de polarité alternée contre lesquelles s*appliquent des aimants permanents fixes et tournants, caractérisé en ce que les aimants perma- nent S fixes (9) s'appliquent par un pule contre les sur- face- latérales en regard (11) des pièces polaires (2) et par ltautre pile contre des plaques latérales (10) ou des bagues (35) formant armature et en ce que les aimants permanents (5) pouvant tourner et aimantés perpendiculai- rement à leur axe de rotation, présentent sur leurs faces polaires (6, 7) des cornes polaires en fer (8) en forme de segment de façen à former des systèmes (4) à aimanta- tien permanente dont les axes de rotation s'étendent trams- versalement par rapport aux surfaces de freinage, les cornes polaires en fer (8) s'engageant dans des évidements (3) en regard et en forme de segment des pièces polaires (2), qui sont adaptées à la section des cernes polaires en forme de segment de façon que les masses polaires acti- vos (pièces polaires et cornes polaires en fer et 'on forme de segment) présentent à l'état de fonctionnement une section rectangulaire fermée et soient entourées de toute part par une matière à ainantation permanente et présentant la mme polarité afin d'éviter des pertes par dispersion. 2 - Frein suivant la revendication 1, destiné à des véhicules routiers, caractérisé en ce que le frein est réalisé sous une forme annulaire, en forme de segment ou sous une forme polygonale et en ce que des disques de frein 30 à courants de Foucault fixés sur l'organe à frei- ner du véhicule, sont disposés soit sur un cité soit les deux côtés des faces polaires (25) des pièces polaires (2) de polarité alternée. 3 - Frein suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les pièces polaires (2) sont réalisées de façon que leurs faces polaires (25) soient situées sur des cités opposés du frein. 4 - Frein suivant l'ne des revendications 2 et 3t caractérisé en ce que la rotation des systèmes tournants (4) à aimantation permanente s'effectue par l'intermé- diaire d'une couronne centrée (36) qui présente des den- tures extérieure et intérieure (37, 40), des roues den- tées (16) fixées aux systèmes tournants(*) à aimantation permanente engrenant avec la denture intérieure 40 et des organes de manoeuvre (38, 39) engrenant dans la denture extérieure (37). 5 - Frein suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'une des faces des disques de frein à courants de Foucault est revêtue d'une matière (34) de bonne conductibilité électrique tandis que l'autre face porte des ailettes de refroidissement (42) réalisées on une matière de bonne conductibilité thermique. 6 - Frein suivant l'une des revendications 2 à 5, caractérisé on ce que les disques 30 du frein à courants de Foucault présentent des rainures radiales (43) délimi- tant des entretoises d'ancrage (44) et en ce que les rai- nures (43) présentent une section on forme de T ou en forme de queue d'aronde dans lesquelles s'engagent les ex- trémités (45), présentant une section complémentaire, des ailettes de refroidissement (42). 7 - Frein suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les ailettes de refroidissement (42) engagées dans les rainures (43) des disques de frein (30), sont fixées en comprimant les entretoises d'ancrage (44).