Brevet FR2462049A1 — publié le 19810206

La présente invention concerne un accouplement élec- tromagnétique (à induction), en particulier pour des ventila- teurs de refroidissement de moteurs de véhicules automobiles, comportant un élément excitateur et un élément à hystérésis (en tant qu'éléments menant et mené) qui sont montés sans se toucher mais sont très rapprochés, l'élément excitateur comportant plu- sieurs pôles magnétiques et l'élément à hystérésis étant consti- tué par une matière pour aimant permanent, ce qui rend possible des inversions multiples de l'aimantation de l'élément à hysté- résis. Les ventilateurs de refroidissements ne sont utili- sés, en particulier pour les moteurs de véhicules automobiles, que rarement, c'est-à-dire àdesrégimes de fonctionnement sortant de l'ordinaire, et sont alors mis en action et hors d'action par l'intermédiaire d'accouplements. Il est connu d'utiliser pour la mise en action et hors d'action de ces ventilateurs des accouplements simples à commande électromagnétique. Si néces- saire, le ventilateur peut être aussi mis en marche même à de très grandes vitesses de rotation à l'aide de ces accouplements, ce qui produit beaucoup de bruit et diminue le rendement. Par ailleurs, le couple de ces.accouplements n'est pas réglable. En outre, des accouplements à induction (électro- magnétiques) à couple limité sont connus (voir l'article "Dauermagnetische Kupplungen" (accouplements à aimants perma- nents) dans la revue TEW-Technische Berichte n0 2 de 1962, pages 153/159), comportant un élément excitateur et un élément à: hystérésis, l'élément excitateur comportant un aimant per- manent et l'élément à hystérésis étant constitué par un disque doué d'hystérésis disposé parallèlement à l'élément excitateur. Cette disposition parallèle et axiale des pièces produit des forces axiales qui sont appliquées aux paliers. Cet accouple- ment électromagnétique connu a une dissipation de puissance permanente, associée à un fort échauffement. En outre, on ne peut ni régler son couple, ni le mettre hors d'action. L'invention a pour objet la description d'un ac- couplemerit, en particulier pour un ventilateur de refroidis- sement, qui fonctionne sans bruit, présente une dissipation de puissance minimale, dont le couple est réglable et peut être complètement supprimé, qui ne donne pas lieu à des efforts axiaux et produit un échauffement minimal. Selon les caractéristiques essentielles de l'inven- tion, l'élément excitateur comporte deux anneaux d'orientation et de position relatives invariables, supportant le même nombre de pôle saillants décalés les uns par rapport aux autres, entre lesquels passe l'élément à hystérésis en tournant autour d'un axe. L'accouplement selon l'invention est un accouple- ment à induction qui est basé sur le principe de l'accouplement électromagnétique, comporte par conséquent un élément excitateur et un élément à hystérésis en tant qu'éléments menant et mené. Ils sont montés de façon à ne pas se toucher, mais sont très rapprochés l'un de l'autre, l'élément excitateur comportant deux séries, liées l'une à l'autre avec une position et une orientation relatives invariables, d'un même nombre de pôles saillants et décalées l'une par rapport à l'autre d'un demi-pas polaire. De plus, l'élément à hystérésis tourne et passe entre ces deux séries de pôles. Du fait du décalage des pâles d'un demi-pas polaire, le flux magnétique est obligé de prendre dans l'élément à hystérésis se trouvant entre les séries de pâles une direction sensiblement tangentielle mais changeant d'un pôle au suivant et,de plus, d'aimanter les "domaines" magnéti- ques en sens contraire. Lors de la rotation d'un des éléments de l'embrayage, il se produit obligatoirement une inversion de l'aimantation des domaines élémentaires, ce qui engendre un cou- ple. Il est en outre particulièrement avantageux que l'é- lément excitateur soit un électro-aimant constitué par une culas- se en métal magnétiquement doux avec une bobine excitatrice. Le champ magnétique très intense de l'électro-aimant permet d'utili- ser un matériau doué d'hystérésis comportant un cycle d'hystéré- sis de grande surface, c'est-à-dire dont l'inversion de l'aiman- -tation nécessite une grande énergie, ce qui garantit un fort couple moteur. De même, selon l'invention, l'intensité du cou- rant parcourant la bobine d'excitation est réglable, par exem- ple par une résistance série dont la valeur ohmique dépend de la température, ce qui permet un réglage continu du couple. Selon l'invention, le nombre de pôles de l'élément excitateur peut être choisi très grand par une réduction du pas des pâles en fer doux, ce qui a pour conséquence avantageuse une augmentation relative du couple. Selon l'invention, on obtient un résultat particu- lièrement bon si la largeur d'un pôle est choisie à peu près double de celle de l'anneau à hystérésis et le pas polaire sen- siblement le quadruple ou le quintuple de l'épaisseur de cet anneau. Selon une caractéristique additionnelle de l'inven- tion, les deux séries de pâles de l'élément excitateur et l'é- lément à hystérésis ont sensiblement la forme d'un disque, ce qui permet de parler de deux disques polaires reliés entre eux et d'un disque à hystérésis intercalé entre ceux-ci. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux séries de pâles de l'élément excitateur et l'élément à hys- térésis ont une forme sensiblement annulaire et sont disposés concentriquement,ce qui permet de parler de deux anneaux polaires reliés l'un à l'autre avec une orientation et une position re- latives invariables et d'un anneau à hystérésis disposé entre ceux-ci et pouvant tourner par rapport à eux. Cette disposition annulaire présente l'avantage que l'anneau à hystérésis est dis- posé radialement, grâce à quoi aucune force axiale n'est engen- drée et les forces radiales s'annulent mutuellement. Le décalage des pâles des anneaux polaires fait apparaître des lignes de force dirigées tangentiellement,qui préaimantent des parties de l'anneau à hystérésis dans deux directions opposées. Lors de la rotation de l'anneau à hystérésis par rapport au rotor compor- tant des pièces polaires, il apparaît une force de réaction s'opposant à une inversion de l'aimantation. Cette force est indépendante de la vitesse de rotation et agit de la même ma- nière en chaque point. L'inversion de l'aimantation de la tota- lité du volume de l'anneau à hystérésis se produit au cours d'une révolution complète un nombre de fois égal au nombre de pôles, sous la forme du parcours d'un cycle d'hystérésis du matériau pour aimants permanents utilisé. L'accouplement électromagnétique selon l'invention peut être utilisé non seulement pour les ventilateurs de vé- hicules à moteurs, mais aussi, avec des modifications appro - priées, comme frein avec régulation du glissement. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 représente une coupe longitudinale d'une partie d'un accouple"aent à anneaux selon l'invention, la figure 2 représente une coupe suivant la li2ne il-Il de la figure 1, montrant la disposition selon l'invention des séries de pôles; et la figure 3 est une.projection développée d'une par- tie des séries de pôles représentées sur la figure 2. L'accouplement électromagnétique selon l'invention est constitué essentiellement par une-bobine 13 d'électro-aimant montée sur une carcasse 14 qui est fixée à un élément 16 du boî- tier. Un arbre 17 est fixé à cet élément 16 par un roulement 15 dans lequel il tourillonne sans pouvoir se déplacer axialement. Un rotor 9, fixé à l'arbre 17, comporte à sa périphérie un déflecteur 11, qui entoure en partie la périphérie de la carcas- se 14, et une poulie 10. Le rotor 9 constitue la culasse en métal magnétiquement doux de la bobine excitatrice 13 et compor- te deux séries de pôles disposées concentriquement, à savoir une série interne 7 et une série externe 8, qui ont le même pas polaire 20. De plus, les pôles des deux séries sont décalés d'un demi-pas polaire 20 les uns par rapport aux autres dans la di- rection tangentielle. Pour faire passer rationnellement le flux magnétique 2 seulement par les éléments polaires, on a prévu une isolation magnétique 12 sur la partie du rotor 9 faisant face axialement à la bobine-13. Un anneau 3 à hystérésis est disposé entre les deux séries de pôles et ses surfaces respectivement intérieure et extérieure se trouvent tout près des faces po- laires, mais sans les toucher. L'anneau 3 à hystérésis est assu- jetti, avec une orientation et une disposition invariables, à une flasque de fixation 4, qui tourillonne, par l'intermédiaire d'un palier 18, sur l'arbre 17 mais sans pouvoir se déplacer dans la direction axiale. Un ventilateur 5 est fixé par une vis 1 sur la flasque 4. Lorsque la bobine est connectée, le flux magnétique 2 dans le rotor 9 est orienté essentiellement radia- lement vers l'intérieur, de sorte que du fait du décalage des ?462049 séries de pôles, le flux magnétique est orienté à peu près tangentiellement dans l'anneau à hystérésis lorsqu'il passe d'un pôle à l'autre. On peut déduire de ce qui précède que, pour chaque pôle de la série supérieure de pôles, environ la moitié du flux magnétique (figure 3) est dirigée tangentielleriient vers la gauche, tandis que l'autre-moitié de ce flux est dirigée tangentielle:ent vers la droite, ce qui provoque une inversion d'aimantation d'un do- maine 19 de l'anneau 3 d'hystérésis au domaine voisin. L'accouplement décrit à titre d'exemple peut natu- rellement être aussi utilisé avantageusement, dans le cas des accouplements à induction, pour d'autres applications que pour l'entraînement d'un ventilateur et notamment de préférence lors- qu'un dispositif de commande doit être mis en action sans bruit dans une plage étendue de vitesses de rotation et qu'une force de réaction est nécessaire pour la transmission de l'effort d'entraînement. Il va de soi que la présente invention n'a été dé- crite qu'à titre indicatif, mais non limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Accouplement électromagnétique (à induction), en particulier pour des ventilateurs de refroidissement de véhi- cules automobiles, comportant un élément excitateur et un élé- ment à hystérésis (en tant qu'éléments menant et mené) qui sont montés sans se toucher mais sont très rapprochés l'un de l'autre, l'élément excitateur comportant plusieurs pôles magnétiques et l'élément à hystérésis étant constitué par une matière pour aimant permanent, ce qui rend possible des inversions multiples de l'aimantation de l'élément à hystérésis, caractérisé en ce que l'élément excitateur comporte deux anneaux (7, 8) d'orien- tation et de position relatives invariables supportant le même nombre de pôles saillants décalés les uns par rapport aux autres, entre lesquels passe l'élément (3) à hystérésis en tournant autour d'un axe. 2. Accouplement selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'élément excitateur comprend un électro-ai,.ant (13) comportant une culasse (9) en métal magnétique doux sup- portant une bobine excitatrice. 3. Accouplement selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une série de pôles rappro- chés en fer doux, de telle sorte qu'un grand nombre de pôles soit disposé sur chaque anneau. 4. Accouplement selon la revendication l, caracté- risé en ce que l'élément (3) à hystérésis est réalisé en un matériau doué d'hystérésis dont l'énergie d'inversion de l'ai- mantation est élevée. 5. Accouplement selon l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'on peut faire varier l'intensité du courant dans la bobine excitatrice. 6. Accouplement selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la largeur d'un pôle est égale à environ deux fois l'épaisseur de l'anneau (3) à hystérésis. 7. Accouplement selon l'une des revendications 1 et 6, caractérisé en ce que le pas polaire est de préférence compris entre quatre et cinq fois l'épaisseur de l'anneau O hystérésis. 8. Accouplement selon l'une quelconque des revendi- ?462049 cations 1 à 7, caractérisé en ce que les deux séries de pôles de l'élément excitateur et l'élément à hystérésis sont à peu près en forme de disques et sont décalées axialement 'une par rapport à l'autre. 9. Accouplement selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que les deux séries de pôles de l'élément excitateur et l'élément à hystérésis sont sensible- ment en forme d'anneaux et sont disposées concentriquement. lO.Accouplement selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément excitateur est l'élément d'entrée tandis que l'élément excitateur est l'élé- ment de sortie.