Brevet FR2487027A1 — publié le 19820122

L'invention concerne un frein à ressorts actionné par électro-aimant, comportant une culasse stratifiée, une bobine excitatrice et un induit à lamelles, soumis à l'action de poussée de ressorts, qui agit sur un disque de frein monté solidaire en rotation sur l'arbre à freiner mais mobile axiale- ment sur ce dernier. On connaît déjà des freins de ce type qui sont actionnés, en particulier deserrés, au moyen d'électro-aimants à courant alternatif. On utilise ici principalement des armatu- res à lamelles en forme de T ou en forme de I; Pour que les forces nécessaires au freinage puissent être réalisées, on met en service simultanément plusieurs électro-aimants, ou bien on produit, par des transmissions à leviers, les forces de desser- rage correspondant aux efforts de freinage. La fabrication de ces freins à ressorts connus est très co teuse, leur densité de puissance est faible et fréquemment, on ne peut pas les intégrer dans les moteurs de freinage modernes. En outre, il n'est la plupart du temps pas possible de mettre en oeuvre économiquement les freins à ressorts de ce genre pour le fonc- tionnement en courant continu. On connait, d'autre part, des freins à ressorts qui sont actionnés par courant continu. Ceux-ci comportent un système d'aimants en forme de pot qui est constitué massivement en matériau magnétique et qui sont par suite impropres à l'uti- lisation pour le fonctionnement avec du courant alternatif en raison de l'importance des pertes par effet Joule qui se produi- raient. Un fonctionnement économique dans une certaine mesure, avec du courant alternatif est possible seulement avec des freins à ressorts très petits dont les parties conduisant le flux magnétique ont des parois minces. L'invention a pour but de réaliser un frein à ressorts qui puisse fonctionner d'une façon économique avec du courant continu et avec du courant alternatif, et qui puisse s"intégrer, avec des dimensions de constructions faibles, concentriquement à l'arbre du moteur que l'on doit freiner. A cet effet, l'invention propose que, dans un frein à ressorts du type mentionné en commençant, la culasse est constituée par deux paquets symétriques par rapport à l'arbre, formés de t8les en forme de U, de formes identiques, la bobine excitatrice étant reçue dans l'espace interpolaire entre les 2 2487027 ailes de la culasse, les tôles de -la culasse étant empilées de façon telle que la largeur de l'espace interpolaire dans le sens radial par rapport à l'arbre soit sensiblement constante sur toute la hauteur d'empilage des paquets de la culasse, et que la ligne 'marginale extérieure ait la forme d'un cercle concen- trique à l'arbre, l'induit étant constitué de deux paquets d'induit faits de t8les d'induit en forme de I, de formesidenti- ques, qui sont empilées de la même façon que les t8les de culasse. D'autres modes de réalisation avantageux, et per- fectionnements de l'invention ressortiront de la description ci-après. La construction de la culasse et de l'induit sous forme de paquets de t8les de culasse et de t8les d'induit de mêéme forme permet de simplifier la fabrication de ces tôles sous la forme de pièces estampées. L'empilage avec une disposi- tion décalée des t8les de culasse et des tÈles d'induit, symé- triquement à l'arbre à freiner, donne un diamètre extérieur faible qui favorise un montage intégré sur le moteur à freiner. En outre, du fait de la constance à peu près totale de la lar- geur radiale de l'espace interpolaire et par suite de la bobine excitatrice, on tire un parti avantageux du volume de la bobine et on arrive à une importante densité de puissance. La construction de la culasse se rapproche de la forme d'un pot telle qu'elle est connue pour la matière massive magnétique des freins à ressorts actionnés par un courant con- tinu. Les propriétés constatées quand l'actionnement se fait par un courant continu correspondent par suite sensiblement aux propriétés de ces freins à ressorts connus. Mais, en raison de la construction lamellée, on obtient des propriétés tout aussi favorables par actionnement en courant alternatif. En outre, on obtient, dans le fonctionnement en courant continu, un établis- sement plus rapide du champ et par suite un délai de desserrage plus court. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 représente un-frein à ressorts dans une vue en coupe suivant B-B de la figure 2. - la figure 2 représente le frein à ressorts en coupe suivant A-A de la figure 1. - la figure 3 est une vue en coupe partielle suivant C-C de la figure 2. - la figure 4 est une vue en plan axialedu c8té des p8les de l'induit du frein à ressorts. - la figure 5 représente la culasse et l'induit du frein à ressorts, en coupe axiale. - la figure 6 est une vue en plan axiale du dis- positif de desserrage à la main, à l'état monté. - la figure 7 représente le desserrage à la main en coupe axiale. - la figure 8 est une vue axiale en plan du disque de frein du frein à ressorts. - la figure 9 représente le disque de frein en coupe suivant D-D de la figure 8. - la figure 10 représente schématiquement la dis- position de la culasse du frein à ressorts. - la figure ll représente schématiquement un autre mode de disposition de la culasse. Dans les dessins, le frein à ressorts actionné par un électro-aimant est représenté sous sa forme à l'état; desserré électromagnétiquement, ce qui correspond à l'utilisa- tion la plus fréquente.- Dans ce cas, quand le système magnétique est excité, le frein est desserré contre la force du ressort et l'arbre est libéré. Quand on coupe l'excitation, le frein entre en action sous la force du ressort-et freine l'arbre du - moteur. Cela correspond à l'utilisation courante, comme frein de sécurité, du frein à ressort, qui immobilise un arbre entraîné par un moteur électrique aussit8t que le moteur est déconnecté ou que l'alimentation en courant s'arrête. Naturellement on pourrait, d'une façon correspondante, établir le frein à ressort de façon telle qu'il entre en action quand le système magnétique est excité et qu'il soit desserré par-la poussée du ressort quand on suspend l'excitation. Dans la figure 1, le frein à ressort desserré par un électro-aimant est représenté monté sur un moteur électri- que, dont sont représentés une surface d'appui ll et l'arbre 6 qui doit être freiné. L'arbre 6 traverse en tournant librement le système magnétique 17 qui est fixé sur la surface d'appui 11 d'une façon qui sera décrite plus loin. Sur l'extrémité de l'arbre 6 qui dépasse au-delà du système magnétique 17- est calée une roue de ventilateur 7, qui aspire, par des ouvertu- res 9, de l'air de refroidissement dans une bague de refroidis- sement 10 qui entoure le frein à ressorts, cet ait indiqué par là flèche 8, étant envoyé ensuite au moteur électrique. Le système magnétique 17 présente deux paquets de culasse 20 qui sont disposés symétriquement par rapport à l'arbre 6. Chaque paquet de culasse 20 est lamellé et est formé par l'empilage de tôles de culasse en forme de U, qui sont toutes de forme identique, et sont estampées à partir de bande de t8le pour dynamo. Les t8les de culasse 18 sont empilées décalées les unespar rapport aux autres, de sorte qu'il se forme un tracé en forme de toit. Le sommet arrondi des deux paquets de culasse 20 en forme de toit se trouve sur un plan qui contient l'axe de l'arbre 6, et les ailes du toit des paquets 20 de culasse sont tournées les unes vers les autres. Dans l'espace interpolaire, entre les ailes 21 des paquets de culasse 20, est montée une bobine excitatrice 1, qui encercle l'arbre 6. Sur la surface frontale de l'aile exté- - rieure 21, est prévue chaque fois une bague de court-circuit 22 pour empocher, dans le cas de fonctionnement en courant alter- natif, les bruits de ronflement qui seraient dûs au passage périodique de la force magnétique. Les tôles-18 de culasse sont dressées avec-leurs ailes 21 sur la surface d'appui 11. A leur extrémité opposée, ces t8les de culasse 18 présentent une saillie axiale qui est insétée dans une entaille d'une plaque 19, à laquelle elles sont soudées aux points 39 comme le montre la figure 5. La plaque 19 est fabriquée, avec l'entaille en forme de toit, sous la forme d'une pièce estampée, et assure d'une façon simple, l'empilage en forme de toit de la disposition des tôles 18 de culasse au cours du montage. Les paquets 20 de culasse et la bobine excitatrice 1-sont enrobés de matière plastique de façon à former le système magnétique 17, compact. Entre les paquets 20 de la culasse, sont insérés dans le système magnétique 17, symétriquement à l'arbre 6, deux ressorts de poussée 3 qui s'appuient axialement sur la plaque 19. Ils s'appuient par leur autre extrémité sur un induit 2, qui est traversé par l'arbre 6 qui y tourne librement. L'induit 2 comporte deux paquets lamellés 38 de 2487027 l'induit qui sont formés par l'empilage de tôles d'induit 26 en forme de I. Toutes les tôles 26 de l'induit ont une forme iden- tique, et sont estampées à partir d'une bande de tôle pour dynamo. Les tôles 26 d'induit sont empilées de telle façon que ces paquets d'induit 38 correspondent par leur configuration en forme de toit aux paquets 20 de culasse, comme le montre la figure 4. Les t8les 26 de l'induit présentent une saillie axiale, qui est insérée dans une plaque 27 et elles sont soudées à celle-ci en 40. On obtient ainsi une disposition commode et précise des tôles 26 au cours du montages Il est prévu, dans l'enrobage en matière plastique du système magnétique 17, deux évidements pour des vis de fixa- tion 23, qui sont placées, diamétralement opposées, parallèles à l'axe et dans le plan des ressorts de poussée 3. Comme le montrent les figures 1 et 3, les vis de fixation 23 s'engagent par leur tête sur la plaque 19 et sont vissées dans la surface d'appui 11, de telle sorte qu'elles appuient le système magné- tique 17 sur la surface d'appui 11. Des deux côtés des vis de fixation 23, sont disposées deux tiges d'appui 24 métalliques, qui s'appuient d'un côté sur la plaque 19 et de l'autre c8té sur la surface d'appui 11, pour absorber la pression de serrage des vis de fixation 23. Sur le système magnétique 17 est montée une bague en matière plastique 25, qui prolonge sa circonférence sur la surface d'appui 11. Cette bague en matière plastique 25 encer- cle l'induit 2 et présente des nervures 28 qui se prolongent jusqu'à la surface d'appui 11 et qui entourent les tiges d'appui 24. Les nervures 28 pénètrent radialement dans des évidements de la circonférence de l'induit 2, façonnés de façon appropriée, comme le montre la figure 4. Les nervures 28 de la bague 25 en matière plastique guident par suite l'induit 2 pour qu'il résiste à la rotation mais soit mobile axialement. Le système magnétique 17 et la bague en matière plastique 25 sont reliés par pression avec les tiges d'appui 24 et par suite.aussi, entre eux. Entre l'induit 2 et la surface d'appui 11, est inséré un disque de frein 4. Le disque de frein 4 qui est illustré en détail dans les figures 8 et 9 est constitué par un support de garniture 29 en forme de disque, en matière plas- tique, sur les deux faces duquel sont fixées par collage les- garnitures de friction 30. Le support de garniture 29 présente une ouverture polygonale, à quatre c0tés, dans l'exemple de réalisation représenté, par laquelle il repose sur un entrai- neur 5 polygonal correspondant, qui est monté, en s'y adaptant par sa forme sur l'arbre 6. Le disque à friction 4 est de cette façon relié solidaire en rotation, et mobile axialement, sur l'arbre 6. Si la bobine excitatrice 1 ne reçoit pas de courant, les ressorts 3 poussent l'induit contre le disque de frein 4, de telle sorte que ce dernier est bloqué entre l'induit 2 et la surface d'appui 11. L'arbre est ainsi freiné. Si la bobine excitatrice 1 reçoit du courant, l'induit est attiré et rend libre le disque de frein 4, de sorte que celui-ci et par suite l'arbre 6 peuvent tourner librement. Sur la périphérie intérieure du support de garni- tures 29 sont prévus, sur chacun des côtés du polygone, des évidements 41 dans lesquels sont insérés des éléments amortis- seurs 31 en matière élastique comme du caoutchouc, en particu- lier en matière élastomère. Les évidements 41 avec les éléments amortisseurs 31 sont décalés par rapport au plan de symétrie axiale de la surface polygonale dont il s'agit, comme le montre la figure 8. Les éléments amortisseurs 31 dépassent un peu sur la surface du support de garnitures 29. Ces éléments amortis- seurs suppriment les bruits dés à la rotation du disque de frein qui, autrement, apparaissent en raison du faible jeu, qui est nécessaire, en raison de la mobilité axiale du disque de frein, entre ce disque et l'entraîneur 5. Pour que l'on puisse fabriquer le support de garni- tures 29 dans un procédé de coulée par injection, les éléments amortisseurs 31 pnt la forme de rouleaux cylindriques. Les évidements 41 ont en conséquence la forme de cylindres creux qui sont noyés sur plus de la moitié de leur diamètre, dans la surface du support de garnitures 29. Les éléments amortisseurs 31 sont enfoncés dans ces évidements 41. Les deux surfaces frontales axiales des évidements 41 sont partiellement ouvertes, ces ouvertures étant décalées l'une par rapport à l'autre, et établies de façon complémentaire pour qu'elles se complètent, en projection, totalement, par rapport à la section transver- sale totale de l'évidement 41. De cette façon, il est possible de fabriquer les évidements 41 au moyen de poinçons opposés décalés l'un par rapport à l'autre, dans le moule à injection. Comme on le voit dans les figures 6 et 7, il est prévu, dans la zone axiale entre l'induit 2 et la surface d'appui 11, un étrier de desserrage manuel pourvu d'une poignée qui s'étend radialement. Cet étrier de desserrage manuel 12 entoure les nervures 28 sur un c8té, et agit, au moyen de cames 13, radialement, entre les nervures 28 diamétralement opposées, de telle sorte que les cames 13 prennent contact avec les ner- vures 28, aux points 33, 34, 36 et 37. Les cames 13 agissent en outre axialement sur la bague en matière plastique 25 avec laquelle elles sont en contact aux points 32 et 35. L'étrier de desserrage manuel 12 est ainsi logé axialement entre l'induit 2 et la surface d'appui 11 et radialement entre les points 32, 33, 34, 35, 36, et 37, sans qu'il soit nécessaire de prévoir aucune fixation demandant un montage délicat. - Les cames 13 s'appuient, par leur extrémité 15 opposée à la poignée, sur la surface d'appui ll et, dans leur zone centrale 16, sur l'induit 2. De cette façon, quand on tourne la poignée dans la direction de la flèche 14 dans la figure 7, il est possible de desserrer le frein à ressorts. Dans les figures 10 et 11 sont représentés schéma- tiquement des exemples d'empilage décalés des t8les 18 de culasse. L'essentiel pour l'invention est ici que les deux paquets de culasse encerclent symétriquement l'arbre 6 et que leur ligne margihale extérieure se rapproche d'un cercle concen- triquement à l'arbre 6. Grâce à ces caractéristiques, on obtient en particulier un faible dimensionnement, et un bonne aptitude a l'intégration dans le moteur électrique. On doit en outre s'efforcer que la largeur b soit le plus possible constante, sur toute la hauteur d'empilage 2a de la culasse, dans la direction radiale de l'espace interpolaire. La largeur radiale dont on dispose pour la bobine excitatrice-1 est déterminée par la plus petite valeur de cette largeur radiale b. Le ré- sultat des variations de cette largeur radiale b a pour consé- quence la formation de volumes inutilisés. Dans l'exemple de réalisation de la figure 10, qui correspond à la solution optimale représentée dans les figures 1 à 9, l'empilage des t8les 18 de la culasse est choisi de façon a donner une configuration en forme de toit. L'angle d'inclinaison 01% de la ligne de toit oblique se- situe entre 15 - 2487027 et 250, un angle de 200 s'étant montré le meilleur. Pour amé- liorer le rapprochement avec le cercle 42 et pour que la largeur radiale b de l'espace interpolaire dans la zone du sommet de la culasse en forme de toit ne devienne pas sensiblement plus grande que dans les autres zones, la zone du sommet du paquet de culasse est arrondie. La zone d'empilage 2a du paquet 20 de culasse est accordée par rapport au rayon R du cercle 42 circonscrit de façon que l'on obtienne que le tracé essentiellement hexagonal de la bobine excitatrice 1 se rapproche le plus possible du cercle. Ce rapprochement de la bobine excitatrice 1 de la forme du cercle signifie que les volumes improductifs de la bobine sont les plus petits possibles et par suite que les pertes de cuivre de la bobine excitatrice sont les plus faibles possibles. La hauteur d'empilage 2_ optimale se monte, i ce point de vue à 0,50 à 0,55 fois le diamètre 2R du cercle circonscrit 42. La largeur radiale b de l'espace interpolaire détermine la dimension à donner à la bobine excitatrice 1 et par suite, en liaison avec la configuration des paquets 20 de culasse, la densité de puissance. On arrive à la valeur la plus avantageuse quand la largeur b de l'espace interpolaire se monte à 0,25 à 0,35 fois le rayon R du cercle circonscrit 42. La figure 11 montre une variante dans laquelle l'empilage des t8les 18 de culasse est choisi tel que sa ligne marginale extérieure coïncide entièrement avec le cercle 42. Comme toutes les t8les 18 présentent la même forme, cela signi- fie que la ligne marginale des ailes intérieures 21 de la cu- lasse se situent sur une ligne correspondante. Cela signifie une plus forte modification de la largeur radiale _ de l'espace interpolaire, un espace improductif, augmentant le volume de la construction se formant en particulier sur le plan central du paquet de la culasse 20. L'ensemble du frein à ressorts est constitué pour l'essentiel de pièces en tôle estampées et de pièces en matière plastique injectées, et en conséquence pour être fabriqué rationnellement et pour un prix avantageux, car en particulier tout usinage avec enlèvement de copeaux est dans une large mesure supprimé. R E V E N D I C A T I O N S 1') Frein à ressorts actionné par électro-aimant, comportant une culasse stratifiée (20), une bobine excitatrice et un induit à lamelles (2), soumis à l'action de poussée de ressorts (3), qui agit sur un disque de frein monté solidaire en rotation sur l'arbre (6) à freiner mais mobile axialement sur ce dernier, frein caractérisé en ce que la culasse est constituée par deux paquets (20) symétriques par rapport à l'arbre (6), formés de tôles (18) en forme de U, de formes identiques, la bobine excitatrice (1) étant reçue dans l'espace interpolaire entre les ailes de la culasse, les t8les (18) de la culasse étant empilées de façon telle que la largeur (b) de l'espace interpolaire dans le sens radial par rapport à l'arbre (6) soit sensiblement constante sur toute la hauteur d'empilage des paquets (20) de la culasse, et que la ligne marginale extérieure ait la forme d'un cercle (42) concentrique à l'ar- bre (6), l'induit (2) étant constitué de deux paquets (38) d'induit faits de t8les (26) d'induit en forme de I, de formes identiques, qui sont empilées de la même façon que les t8les (18) de culasse. ) Frein à ressorts suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes marginales extérieures des paquets (20) de culasse et des paquets (38) d'induit s'étendent suivant un tracé voisin du cercle. 3 ) Frein à ressorts suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes marginales extérieures des paquets de la culasse (20) et de l'induit (38) s'étendent en forme de toit; ) Frein à ressorts suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la ligne marginale en forme de toit est arrondie dans la zone du sommet. ) Frein à ressorts suivant l'une des revendica- tions 3 et 4, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison (c4) de la ligne marginale en forme de toit est de 15 à 25 . 6 ) Frein à ressorts suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la hauteur d'empi- lage (2a) des paquets (20) de la culasse et des paquets (38) de l'induit représentent 0,50 à 0,55 fois la longueur du dia- mètre (2R) du cercle (42) dont se rapproche la ligne marginale extérieure. ) Frein à ressorts suivant l'une quelconque-des- revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la largeur (b) de l'espace interpolaire, dans le sens radial par rapport à l'ar- bre (6), représente 0,25 à 0,35 fois le rayon (R) du cercle dont se rapproche la ligne marginale extérieure des paquets (20) de la culasse. ) Frein à ressorts suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les toAles (18) de culasse et les t8les (26) de l'induit sont toutes insérées par des saillies engagées axialement dans les plaques (19, ou 27) et sont soudées à ces dernières. 9 ) Frein à ressorts suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la culasse et la bobine excitatrice (1) sont enrobées de toutes parts de matière plastique. ) Frein à ressorts suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la culasse peut être vissée, au moyen de vis de fixation (23), sur une surface d'appui (11) et des tiges d'appui (24) parallèles à l'axe pres- sent la culasse contre la surface d'appui (11) et guident l'in- duit (2) axialement et résistant à la rotation. ) Frein à ressorts suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le disque de frein (4) est posé, avec des éléments amortisseurs (31) à élasticité de caoutchouc, sur un entra neur polygonal (5) de l'arbre (6), ces éléments amortisseurs étant insérés dans des évidements (41) de la surface périphérique intérieure du disque de frein (4). ) Frein à ressorts suivant la revendication 11, caractérisé en ce que les éléments amortisseurs (31) sont dis- posés en dehors du plan de symétrie axiale de l'entraîneur polygonal (5). 13 ) Frein à ressorts suivant l'une des revendica- tions 11 et 12, caractérisé en ce que le disque de frein (4) présente un support de garnitures (29) en matière plastique, sur les deux faces duquel sont collées des garnitures (30) à friction, et que les évidements (41) présentent des ouvertures vers les deux directions axiales, qui se complètent en étant décalées d'une façon complémentaire l'une par rapport à l'autre, par rapport à la section transversale des éléments amortisseurs. 140) Frein à ressorts suivant l'une quelconque des 1l revendications 1 à 13, caractérisé par un étrier (12) de des- serrage à la main entourant le disque de frein (4), cet étrier s'appuyant des deux c8tés de l'arbre (6), dans une direction axiale., sur la surface d'appui (11) et dans la direction axiale opposée, sur l'induit (2). ) Frein à -ressorts suivant l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que l'étrier (12) de desserrage à la main agit, par des cames (13), axialement entre la surface d'appui (11) et l'induit (12), ces cames (13) étant maintenues radialement entre les tiges d'appui (24) ainsi que les nervures (28) diamétralement opposées.