Brevet FR2505577A1 — publié le 19821112

Perfectionnements aux équipements de ralentissement pour véhicules. L'invention est relative aux équipements de ra- lentissement pour véhicules comprenant un ralentisseur à courants de Foucault comportant lui-mime 2 N enroule- ments inducteurs, N étant un entier au moins égal à 2, une source de tension continue, et des moyens de commande actionnés par un organe à 2 n+ l positions permettant de faire engendrer normalement par le ralentisseur 2 n+l couples distincts de freinage, couples dont les valeurs croissent de zéro à une valeur maximum quand l'organe d'actionnement passe de sa position zéro à sa position 2 n, ce qui a pour effet de relier respectivement en parallèle à la source un nombre d'enroulements indé- pendants croissant de zéro à 2 n. Par "enroulement inducteur" ou simplement "enroulement", on entend ici et dans la suite de l'ex- posé aussi bien un enroulement inducteur proprement dit qu'un groupe de tels enroulements connectés entre eux une fois pour toutes en série et/ou en parallèle. Pour réduire l'échauffement créé par un tel ralentisseur, il a déjà été proposé de prévoir des moyens pour 'sous-exciter" celui-ci, en montant automa- tiquement ses enroulements en série deux à deux, lors- que la température de ces enroulements dépasse un seuil donné et en rendant alors inopérants les passages de l'organe d'actionnement en ses positions de rang pair. C'est ainsi que, si N est égal à 2, les deux premiers enroulements sont excités en série pour l'une quelconque des deux positions 1 et 2 de l'organe d'ac- tionnement et, en outre, les deux autres enroulements sont également excités en série pour l'une quelconque des deux positions 3 et 4 de l'organe d'actionnement dans l'hypothèse considérée, les puissances électriques dissipées en calories dans le ralentisseur pour les po- sitions 1, 2, 3 et 4 de l'organe d'actionnement sont divisées respectivement par 2, 4, 3 et 4 par rapport aux puissances dissipées normalement pour ces mêmes positions. Indépendamment des réductions d'échauffement signalées, dont le besoin ne se manifeste que très long- temps savoir généralement plus d'une demi-heure ou me- me d'une heure après le début de la mise en service du ralentisseur, la demanderesse a observé que les mon- tages provisoires "en série" ci-dessus, correspondant à la "sousexcitation" du ralentisseur, se traduisaient par de très fortes économies d'énergie, moyennant des réductions dans un rapport beaucoup plus faible du cou- ple de freinage correspondant, à partir de la période o ce couple est devenu une faible fraction du couple nominal à froid et s'est pratiquement stabilisé. C'est ainsi que, dans l'exemple indiqué ci- dessus, le passage au montage "en série" oul'sous- excité" conduit, pour les positions 1, 2, 3 et 4 de l'organe d'actionnement: à diviser respectivement par 2, 4, 3 et 4 la puis- sance électrique soutirée à la source, et à réduire d'environ 15 à 20 % seulement le cou- ple de freinage à partir de l'instant o ce couple est tombé à environ 1/3 de sa valeur nominale à froid. La demanderesse a eu l'idée d'exploiter cette double observation en faisant comprendre aux équipements de ralentissement considérés des moyens pour faire passer automatiquement le mode d'excitation normal du ralentisseur à son mode de "sous-excitation" décrit ci- dessus dès que le couple de freinage dû au ralentisseur est réduit à une fraction donnée de sa valeur nominale à froid, cette fraction étant au plus égaler à la moitié et de préférence de l'ordre du tiers. Dans ces conditions, il devient possible de faire fonctionner le ralentisseur selon un régime quasi- permanent, c'est-à-dire même pendant une très longue durée pouvant dépasser largement la demi-heure ou mê- me l'heure comme il est fréquemment requis dans certaines régions montagneuses et ce sans épuiser la batterie du véhicule. En effet, si le maintien d'une excitation to- tale de tous les enroulements du ralentisseur conduit à un tel épuisement de la batterie au-delà d'une cer- taine durée, il n'en est rien lorsque tous ces enroule- ments sont excités avec une puissance réduite au quart de la précédente, cette puissance fortement réduite pou- vant être intégralement produite par l'alternateur du véhicule sans aucune contribution de la batterie. Il est à noter en outre que la légère perte de couple signalée ci-dessus, qui est due à la réduc- tion de l'excitation et demeure en général inférieure à 20 %, n'est pas un inconvénient dans la pratique, les descentes les plus longues n'étant pas en général les plus raides. Cette perte de couple peut d'ailleurs être compensée par le choix d'un ralentisseur légèrement plus puissant pour le véhicule concerné, le faible supplément d'investissement correspondant étant très rapidement amorti par les économies d'énergie que rend possible son fonctionnement fréquent en régime de sous- excitation. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des disposi- tions suivantes les moyens pour permuter le mode d'excitation du ralentisseur sont sensibles au dépassement d'un seuil donné par la température de l'induit rotorique de ce ralentisseur, les moyens selon l'alinéa précédent comprennent un élément thermosensible logé dans un alvéole évidé dans la face, d'un épanouissement polaire du stator, en regard de laquelle défile l'induit rotorique, les moyens pour permuter le mode d'excitation du ralentisseur sont sensibles au passage de la boite de vitesses du véhicule en l'une de ses positions "rétro- gradées" ou de la gamme basse, les moyens pour permuter le mode d'excitation du ralentisseur sont automatiquement déclenchés au bout d'un retard t 1 consécutif au début de l'excitation de ce ralentisseur, notamment de son excitation correspon- dant à la mise en position 2 N de son organe d'actionne- ment, le retard t 1 selon l'alinéa précédent est compris entre 5 et 10 minutes. L'invention comprend, mises à part ces disposi- tions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il se- ra plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit l'on va décrire des modes de réalisation préférés de l'invention en se référant aux dessins ci-annexés d'une manière bien entendu non li- mitative. La figure 1, de ces dessins, est le schéma électrique d'un équipement de ralentissement de véhi- cule établi selon l'invention. La figure 2 est un graphique permettant de faire comprendre le fonctionnement de cet équipement. La figure 3 est le schéma électrique d'une va- riante de l'équipement de la figure 1. Les figures 4 et 5 montrent, respectivement en vue de face et en coupe selon V-V, figure 4, un épanouissement polaire d'un stator de ralentisseur associé à une bobine de celui-ci et équipé selon l'in- vention d'un élément propre à détecter la température du rotor de ce ralentisseur. D'une façon connue en soi, chaque équipement de ralentissement de véhicule, notamment de véhicule poids lourd, comprend: un ralentisseur à courantsde Foucault comportant lui-même quatre enroulements inducteurs 1, 2, 3 et 4 constitués notamment chacun par deux paires de bobi- nes, les deux bobines de chaque paire étant montées en série l'une sur l'autre et les deux paires étant montées en parallèle l'une sur l'autre, une batterie 5 propre à engendrer un courant con- tinu sous une tension d'amplitude V, généralement égale à 24 Volts, quatre contacteurs 6, 7, 8 et 9 propres à con- trôler chacun la connexion électrique entre l'un des enroulements 1, 2, 3 et 4 et la batterie 5, et un organe de commande 10 à cinq positions (dont une, dite "position zéro" dans la présente des- cription, correspond au repos, c'est-à-dire à la désexcitation du ralentisseur), organe propre à relier successivement et cumulativement, à une partie de la batterie 5, quatre plots a, b, c, et d connectés res- respectivement aux quatre contacteurs 6,7,8 et 9 et donc alimoen- ter successivement et cumulativement ces quatre con- tacteurs à partir d'une portion de la tension V. Les retours à la masse des bobines des deux contacteurs 6 et 8 sont établis directement, mais il n'en est pas de même des retours à la masse des bobi- nes des deux autres contacteurs 7 et 9, lesquels sont établis à travers un contact Il normalement fermé sur lequel on reviendra plus loin. On prévoit en outre un quadruple contacteur 12 dont la bobine est alimentée comme celle du contac- teur 6 à partir du plot a et est mise à la masse à travers le contact 11. Pour la position excitée du contacteur quadru- ple 12 représentée sur la figure 1 position qui est la position de travail normale du ralentisseur, par exemple en début de fonctionnement deux des contacts 13 et 14 de ce contacteur quadruple relient respecti- vement à la masse les deux enroulements 1 et 3 et les deux autres contacts 15 et 16 dudit contacteur demeu- rent ouverts, ce qui laisse non perturbé le montage habituel des deux autres enroulements 2 et 4, en parallèle sur leurs homologues 1 et 3. Au contraire, pour la position désexcitée (non représentée) du contacteur quadruple 12, due à l'ouverture du contact 11 de la manière décrite plus loin, les retours à la masse des deux premiers enrou- lements 1 et 3 sont coupés par l'ouverture des contacts 13 et 14, et au contraire les fermetures des deux contacts 15 et 16 ont pour effet de monter en série respectivement l'enroulement 2 sur l'enroulement 1 et l'enroulement 4 sur l'enroulement 3. Dès lors, les excitations successives des contacteurs 6, 7, 8 et 9 dues à la rotation de l'or- gane 10 se traduisent respectivement: par l'excitation en série des deux enroulements 1 et 2, par rien de plus, le retcur à la masse du contac- teur 7 ne pouvant plus être établi en raison de l'ou- verture du contact 11, -par l'excitation en série des deux enroulements 3 et 4, ajoutant son effet à l'excitation en série des deux enroulements 1 et 2,mais indépendamment de celle-ci, -et par rien de plus, le retour à la masse du con- tacteur 9 ne pouvant être établi en raison de l'ouver- ture du contact 11. Par rapport au mode d'excitation normal cor- respondant à la figure 1, le mode d'excitation qui vient d'être décrit, et qui correspond au montage "en série" des enroulements 1 et 2 d'une part et des enroulements 3 et 4 d'autre part, conduit à une forte réduction de la puissance électrique consommée par le ralentisseur. En particulier, pour la position 4 de l'organe 10 correspondant à l'excitation maximum du ralentisseur, cette puissance consommée est divisée par quatre. Comme exposé plus haut, cette réduction consi- dérable de la puissance consommée ne se traduit que par une réduction très faible du couple de ralentissement engendré à partir du moment o le couple de ralentisse- emnt réel s'est stabilité à une fraction relativement faible du couple nominal à froid. A titre illustratif, on indique que, pour la position 4 de l'organe 10 et pour-une vitesse de rotation relativement basse du rotor du ralentisseur, savoir de l'ordre de 1 000 t/mn, le couple réel en question est réduit, par suite de l'échauffement, à environ le tiers de sa valeur initiale au bout de 7 mn de fonctionnement et que la perte de couple due alors à la permutation de mode d'excitation du ralentisseur décrite ci-dessus est d'environ 15 % à 20 % seulement pour une puissance consom- mée réduite au quart de celle observée juste avant la permutation. Ce phénomène est bien visible sur le graphique de la figure 2, sur lequel on a porté en ordonnées le couple de freinage C du véhicule, exprimé en m da N, et en abscisses le temps t exprimé en minutes. La courbe D en traits pleins montre la phase initiale de fonctionnement, au cours de laquelle le couple de ralentissement chute d'abord très rapidement de 300 m da N à 200 m da N, puis ensuite plus lentement jusqu'à 90 m da N. Cette courbe D est interrompue à l'abscisse correspondant à une durée t 1 d'excitation maximum égale à 7 mn. La courbe en traits interrompus D' montre ce qu'aurait été le couple en question si le mode d'ex- citation initial avait été conservé au-delà de l'ins- tant tl. La courbe E en traits pleins montre l'évolu- tion du couple réel à partir de l'instant t 1 correspon- dant à la permutation du mode d'excitation selon l'in- vention: on voit, par comparaison avec la courbe D', qu'à partir de cet instant la réduction observée du couple est relativement faible alors que la puissance d'excitation est divisée par quatre. Au lieu d'être assurée par un quadruple contac- teur 12 comme dans le cas de la figure 1, la permuta- tion des modes d'excitation parallèle et série du ra- lentisseur peut être assurée, comme schématisé sur la figure 3, à l'aide d'un double contacteur 17 dont les deux contacts 18 et 19 sont montés sur les retours à la masse des deux enroulements 1 et 3 comme les con- tacts 13 et-14 précédents. Les rôles des contacts 15 et 16 précédents sont alors tenus par deux diodes 20 et 21 reliant, la premiè- re 20, la sortie de l'enroulement 1 à l'entrée de l'en- roulement 2 et la seconde 21, la sortie de l'enroule- ment 3 à l'entrée de l'enroulement 4. Lorsque le double contacteur 17 est excité, c'est-à-dire que l'organe 10 se trouve en l'une quel- conque de ses positions de travail et que le contac- teur hl demeure fermé, les deux enroulements 1 et 3 sont mis à la masse à travers respectivement les con- tacts 18 et 19 fermés. Dans ce cas, l'excitation du contact 6 (ou 8) se traduit par l'alimentation de l'enroulement 1 (ou 3), et seule une portion négligeable du courant sortant de cet enroulement traverse ensuite l'enroulement 2 (ou 4), lequel est monté certes en série avec ledit enroulement 1 (ou 3), mais aussi en parallèle sur le contact 18 (ou 19) fermé. C'est seulement lorsque ce dernier contact est ouvert, par désexcitation du double contacteur 17 - elle-même due à l'ouverture du contact 11 que le courant d'excitation de l'enroulement 1 (ou 3) est obligé de traverser intégralement l'enroulement 2 (ou 4) monté en série avec lui pour rejoindre la masse. On va maintenant décrire quelques-uns des moyens prévus selon l'invention pour remplacer le mo- de d'excitation normal en parallèle du ralentisseur par son mode de "sousexcitation" en série à partir du moment o la faible perte de couple de ralentisse- ment qui résulte de ce remplacement est justifiée par l'économie d'énergie considérable correspondante. Selon un premier mode de réalisation, ces moyens sont sensibles au dépassement d'un seuil donné par la température de l'induit rotorique, du ralentisseur, dans lequel sont engendrés les courants de Foucault générateurs du couple de freinage. Cet induit est en général constitué par un ou deux disques en métal ferromagnétique défilant cha- cun en regard d'une couronne d'épanouissements polaires du stator qui présentent alternativement des'polarités de signes opposés. Pour détecter la température de l'induit roto- rique, on prévoit dans l'un de ces épanouissements po- laires 22 (figures 4 et 5) un alvéole 23 ouvert en direc- tion de l'induit, c'est-à-dire évidé dans la face 24, de cet épanouissement, qui délimite avec cet induit un en- trefer du ralentisseur, et on loge dans cet alvéole 23 un thermocontact constituant le contact 11 ci-dessus. Le maintien du thermocontact dans son alvéole est avantageusement assuré par un scellement à l'aide d'une résine résistante à la température telle que celle connue sous le nom d'Araldite. Dans le mode de réalisation illustré, l'épa- nouissement polaire 22 considéré est une plaquette trapézoïdale rapportée par vissage sur l'extrémité axiale du noyau d'un électro-aimant dont la bobine 25 constitue l'un des enroulements 1 à 4 ou plus précisé- ment une portion de l'un de ces enroulements. On voit également sur les figures 4 et 5 un perçage 26 pratiqué dans la face 27, de l'épanouisse- ment 22, opposée à la face 24, perçage communiquant avec le fond de l'alvéole 23: ce perçage 26 sert à re- cevoir les fils de connexion électrique qui relient le thermocontact 11 au reste du circuit électrique. Le seuil de température correspondant à l'action- nement de ce thermocontact Il est par exemple de 1600 C. La courbe F en traits mixtes représentée sur la figure 2 montre l'évolution dans le temps de la température T du rotor du ralentisseur, cette tempé- rature T étant exprimée en degrés centigrades dans la graduation de gauche sur cette figure 2. l 1 On voit que ladite température croit rapide- ment pour atteindre un maximum de l'ordre de 7000 C au bout de trois ou quatre minutes, ce qui échauffe par rayonnement le thermocontact 11 et provoque son ac- tionnement trois ou quatre minutes plus tard, l'échauf- fement de ce dernier n'étant pas instantané. La température du rotor décroit ensuite progres- sivement, mais le thermocontact Il est agencé de façon telle que sn contact ne se referme à nouveau que lorsque sa température atteint en décroissant un second seuil prédéterminé inférieur au premier. Selon un second mode de réalisation, on asser- vit la permutation du mode d'excitation du ralentisseur au passage de la boite de vitesses du véhicule en une position "rétrogradée", c'est-à-dire appartenant à la gamme basse des vitesses. En effet, le régime de "sous-excitation" décrit ci-dessus ne présente un véritable intérêt dans la pratique que pour un ralentissement prolongé nécessité par la circulation du véhicule sur une longue descen- te, ce ralentissement venant en complément de l'effet décélérateur dû à l'effet de "frein-moteur" obtenu en faisant entraîner par le véhicule l'ensemble de la boite de vitesses-et du moteur à travers un rapport de cette boîte correspondant à une position rétrogradée ou de la gamme basse. Au contraire, lorsque le rapport affiché par la boite correspond à la gamme haute de celle-ci, c'est-à-dire aux vitesses élevées du véhicule ou à sa circulation "en-plaine", les besoins du ralentissement sont relativement brefs et n'atteignent jamais les durées, relativement longues et généralement supérieu- res à 5 mn, qui sont concernées par le régime de "sous-excitation" ci-dessus. Pour ce second mode de réalisation, le contact 11 peut être constitué par un microrupteur commandé directement ou non par le levier de la boite de vi- tesses ou encore par l'un des éléments mobiles de la- dite boite. Selon un troisième mode de réalisation, le pas- sage du mode d'excitation normal du ralentisseur à son mode de sousexcitation est commandé par des moyens temporisateurs déclenchés automatiquement au bout d'un retard t 1 prédéterminé, consécutif à chaque début d'ex- citation du ralentisseur ou à chaque passage de l'orga- ne d'actionnement 10 en sa position correspondant à l'excitation maximum de ce ralentisseur. Ce retard t 1 est de préférence compris entre 5 et 10 mn, étant par exemple de l'ordre de 7 à 8 mn comme indiqué plus haut, l'échauffement du ralentisseur dû à son excitation pendant une telle durée a pour ef- fet de réduire le couple réel de freinage engendré par ce ralentisseur à une fraction relativement faible et sensiblement stabilisée de sa valeur nominale à froid, fraction qui est de l'ordre du tiers pour une vitesse relativement basse du véhicule correspondant à une vi- tesse de rotation du rotor de l'ordre de 1 000 t/mn. Une réduction de couple identique pourrait être observée plus rapidement pour une vitesse plus éle- vée du véhicule, par exemple au bout de 2 mn seulement pour une vitesse du rotor du ralentisseur de l'ordre de 3 000 t/mn: une telle hypothèse n'est pas exclue ici, mais semble moins avantageuse que la précédente vu que l'invention est surtout destinée au freinage des véhicules empruntant des descentes très longues certes, mais à pente modérée, ce qui correspond à de faibles *vitesses de déplacement - Les moyens temporisateurs considérés,constitués de toute manière désirable,sont avantageusementmontés cle façon à être mis automatiquement en service par l'arrivée de l'organe d'actionnement 10 en sa position correspondant à l'excitation maximum, l'ouverture du contact il - laquelle assure le passage du mode d'excitation du ralentisseur à son mode de "sous-excitation" étant ensuite commandée automatiquement à l'instant posté- rieur du retard t 1 à celui de l'arrivée ci-dessus si, bien entendu, la position de l'organe d'actionnement n'a pas été modifiée entre temps. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'un équipe- ment de ralentissement dont la constitution, le fonc- tionnement et les avantages (notamment la possibilité d'un fonctionnement efficace indépendamment de la durée sans épuisement de la batterie) résultent suffisamment de ce qui précède. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Equipement de ralentissement pour véhicule comprenant un ralentisseur à courants de Foucault com- portant lui-même 2 N enroulements inducteurs ( 1 à 4), N étant un entier au moins égal à 2, une source de tension continue ( 5), des moyens de commande ( 6 à 9) actionnés par un organe à 2 n+ 1 positions ( 10) permet- tant de faire engendrer normalement par le ralentisseur 2 n+ 1 couples distincts de freinage, couples dont les valeurs croissent de zéro à une valeur maximum quand l'organe d'actionnement passe de sa position zéro à sa position 2 n, ce qui a pour effet de relier respec- tivement en parallèle à la source un nombre d'enroule- ments indépendants croissant de zéro à 2 n, et des moyens ( 11-21) pour "sous-exciter" le ralentisseur en montant automatiquement ses enroulements en série deux à deux, caractérisé en ce que cesderniers moyens sont agencés de façon à être actionnés dès que le cou- Dle de freinage engendré par le ralentisseur est réduit à une fraction donnéeau plus égale à la moitié de sa valeur nominale à froid. 2 Equipement de ralentissement selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que la fraction donnée est de l'ordre du tiers. 3 Equipement de ralentissement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour permuter le mode d'excitation du ralentisseur sont sensibles au dépassement d'un seuil donné p ar la température de l'induit rotorique de ce ralentisseur. 4 Equipement de ralentissement selon la re- vendication 3, caractérisé en ce que les moyens de permutation comprennent un élément thermosensible ( 11) logé dans un alvéole ( 23) évidé dans la face ( 24), d'un épanouissement polaire ( 22) du stator du ralentisseur en regard de laquelle défile l'induit rotorique de ce ralentisseur. Equipement de ralentissement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour permuter le mode d'excitation du ralentisseur sont sensibles au passage de la boite de vitesses du véhicule en l'une de ses positions "rétrogradées" ou de la gamme basse. 6 Equipement de ralentissement selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que-les moyens pour permuter le mode d'excitation du ralentisseur sont automatiquement déclenchés au bout d'un retard t 1 consécutif au début de l'excita- tion de ce ralentisseur, notamment de son excitation correspondant à la mise en position 2 N de son organe d'actionnement. 7 Equipement de ralentissement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le retard t 1 est compris entre 5 et 10 minutes.