Brevet FR2560722A1 — publié le 19850906

La présente invention est relative à un. moteur électrique muni d'un frein. qui agit automatiquement lors de la déconnexion du moteur et comporte un induit ferromagnétique qui entoure l'arbre moteur entre le paquet de tôles du rotor et le bouclier à palier et peut être attiré dans le sens axial vers le rotor, en s'opposant à une force élastique par le flux magnétique du moteur qui traverse le rotor, l'induit étant fixé directement sur un élément de frein, guidé dans le sens axial sur l'arbre, qui peut tourner avec le rotor et peut être poussé contre un élément de frein qui peut tourner, d'un angle limité par des butdes,- par rapport au rotor, et comporte des premières surfaces en forme de coin, inclinées vers le plan de rotation, qui, lors de la mise en prise du frein, s'appliquent contre des deuxièmes surfaces en forme de coin inclinées d'une manière correspondante, ces surfaces formant une butée, le moteur étant également du type décrit par le brevet BE-PS 563 234. Pour la ventilation du frein agissant lors de la déconnexion du moteur, une partie du flux magnétique qui traverse le rotor est conduite en passant par un induit de frein qui est attiré dans le sens axial contre le rotor en s'opposant à une force élastique L'induit de frein fait partie intégrante d'un élément de frein qui peut tourner avec le rotor et qui, lors de l'enclenchement du moteur, est soulevé par l'élément de frein non mobile fixé sur le bati du moteur. Comme le flux magnétique qui peut être dérivé à partir du rotor est relativement faible, on ne peut envisager que des forces élastiques faibles, de sorte que les moments de freinage sont également faibles. Aussi a-t-on envisagé, dans le cas connu, des moyens d'augmenter l'action de freinage. L'élément du frein rotatif peut tourner par rapport au corps du rotor, d'un certain angle, jusqu'à une butée. Cette butée est constituée par une surface inclinée vers le plan de rotation qui est reliée rigidement à l'arbre du rotor et par une surface inclinée correspondante de l'élément de frein rotatif. Dès que le courant du moteur est coupé, la force élastique pousse l'élément de frein rotatif dans le sens axial vers l'élément de frein fixe et, en même temps, est tiré, par le moment de freinage produit, sur les surfaces inclinées, de sorte que l'effet de coin augmente le moment de freinage. Si, cependant, on veut obtenir une multiplication du moment de freinage, il faut que les angles d'inclinaison cz des surfaces en forme de coin inclinées vers l'axe de rotation soient faibles. On n'obtient des augmentations notices que pour des valeurs de Des angles d'inclinaison plus petits ont pu être admis dans le cas d'un mode de construction assez compliqué décrit par le brevet DE-OS 29 19 672. Dans ce cas, l'élément de frein rotatif est constitué par deux pièces qui peuvent se déplacer à l'encontre d'un ressort de compensation axial. L'élément de frein rotatif tourne par rapport à l'axe du rotor sur des surfaces inclinées jusqu'à une butée fixe directe. Du fait du mouvement hélicoldal,le ressort de compensation est tendu pour des forces qui peuvent être nettement plus fortes que la force élastique agissant à l'encontre de l'induit de frein. Dans le cas de ce frein, il n'y a pas de risque de blocage, mais l'expérience a montré que, malgré la plus grande complication du dispositif il n'est pas possible, en vue d'augmenter l'action de freinage, de diminuer comme on le voudrait l'angle d'inclinaison d car le frein se serre et n'est plus ramené par la force de l'induit de frein.Cet inconvénient est particulièrement manifeste dans un mode de construction correspondant à la fig. 4 du brevet DE-OS 29 19 672 dans lequel l'une des surfaces en coin inclinées est incorporée à l'anneau de courtcircuit du rotor du moteur électrique. Le but de l'invention est de permettre la réalisation d'un dispositif initialement défini dans lequel on peut obtenir de forts moments de freinage pour une faible complication de construction sans qu'il y ait risque de blocage ou de serrage du frein. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait que le matériau constituant l'une des surfaces en forme de coin est nettement plus mou que le matériau constituant l'autre surface en forme de coin. Du fait de la coopération de surfaces en forme de coin dont l'une est dure et l'autre molle, la surface en forme de coin la plus molle, après quelques freinages, se trouve déformée, est adapatée à un secteur partiel de la surface dure et est rendue lisse. Pour cela, il faut que la surface dure soit, au départ, lisse et que la profondeur de ses aspérités ne depasse pas 6 m. Il est donc préférable qu'elle soit réalisée par étirage, estampage ou laminage. Par contre, la surface en forme de coin molle n'a pas besoin d'être,au départ, lisse ni absolument plane et il n'est pas nécessaire non plus que son angle d'inclinaison soit exactement égal à celui de la surface dure. L'expérience a même montré qu'une orientation non parallèle au début est particulièrement avantageuse. il est cependant recommandé de lubrifier la surface en forme de coin pour éviter, lors des premiers freinages, un blocage éventuellement possible du frein. Lorsque la plus dure des surfaces en forme de coin inclinées dépasse de tous côtés, et au moins dans le sens radial, la surface la plus molle, on évite le risque que des arêtes de la surface la plus dure s'enfoncent dans la surface la plus molle par suite de la forte pression axiale qui se produit pendant le freinage. C'est notamment en cas d'enfoncement dans le sens radial qu'un dégagement vers l'arrière de l'induit de frein pourrait être empêché. Dans un mode de réalisation particulièrement simple, les surfaces molles en forme de coin sont incorporées, d'une manière connue, à l'anneau de court-circuit d'un rotor à cage moulé en aluminium. D'une part, on économise un élément de construction supplémentaire et, d'autre part les alliages d'aluminium utilisés pour le moulage de rotors à cage conviennent particulièrement, car ils sont mous, s'adaptent particulièrement bien à une surface opposée en acier dur et deviennent facilement lisses. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 est une coupe longitudinale de la partie d'un moteur asynchrone qui est munie d'un dispositif de freinage suivant l'invention. La fig. 2 est une coupe partielle d'une partie du dispositif représenté par la fig. 1. La fig. 3 est une vue frontale du rotor à cage. La fig. 4 est une vue frontale de la partie de l'élément de frein qui comporte les surfaces inclinées en forme de coin. Le moteur asynchrone représenté à la fig. 1, qui comprend le paquet de tôles du bâti 1, la tête d'enroulement 2, le paquet de tôles du rotor 3 à côté des anneaux de court-circuit 4 de l'arbre 5 moulé en aluminium, l'enveloppe 6 et le plateau à palier 8 qui contient un roulement à billes 7, est muni d'un frein automatique suivant l'invention. Le plateau à palier 8 est réalisé en tôles d'acier par estampage et constitue, en même temps qu'une surface annulaire, l'élément de frein fixe 9. I1 serait également possible, par exemple, de réaliser le plateau a palier par moulage d'aluminium et, en cas de besoin, de fixer. sur lui un disque annulaire réalisé par estampage d'une ele d'acier qui sert ensuite d'élément de frein fixe. L'élément de frein rotatif forme une seule unité de construction et est constitué par plusieurs pièces solidement reliées les unes aux autres qui sont l'induit de frein 10, le disque en forme de coin 11 et le pot de prolongement 12 qui porte quatre éléments de frein 13 à peu près carrés et repartis symétriquement à la périphérie. Le disque 11 en forme de coin et le pot de prolongement 12 sont réalisés par formage de tôle d'acier. I1 est également possible de réaliser les deux pièces en une seule tôle ou de les mouler en meme temps que l'induit d'aimant 20 en acier bon conducteur. Dans la moitié supérieure de la fig. 1, l'induit d'aimant 19 est attiré contre le paquet de tôles 3 du rotor. Dans la moitié inférieure, l'induit daaimant est représenté en position séparée, le moteur étant déconnecté et devant être freiné. Dans la moitié inférieure, le ressort hélicoïdal 14 pousse les garnitures de frein 13 de l'élément de frein rotatif contre l'élément de frein fixe 9. Les fig. 2, 3 et 4 montrent quelle forme avantageuse on peut donner aux surfaces en forme de coin inclinées pour obtenir une augmentation des moments de freinage. Le disque en forme de coin 11 comporte quatre rentrants 15 en forme de toit dont les surfaces 16 ou 17 constituent, pour la marche à droite ou à gauchegles surfaces inclinees en forme de coin de l'élément de frein rotatif. Ces surfaces extérieures 16 et 17 sont assez lisses, car le disque 11 en forme de coin est réalisé par formage à partir de tôle d'acier laminée. Elles dépassent de tous côtés les surfaces inclinées correspondantes 18 ou 19 de l'anneau de court-circuit 4, de sorte que, notamment, la pointe du toit 20, même lorsque les garnitures de frein 13 sont usées, ne peut pas venir en contact des surfaces 18 et 19, qui, pour la même raison , sont maintenues à distance par une rainure libre 20. Suivant le sens de rotation du moteur, ce sont les surfaces 16 et 18 ou 17 et 19 qui se mettent en contact l'une avec l'autre lors du freinage.Entre ces deux positions angulaires, l'élément de frein rotatif peut tourner au niveau du palier 22 (fig. 1) sur l'arbre 5. I1 est avantageux que cet emplacement de palier se trouve dans la zone médiane entre la surface frontale du paquet de tôles 3 du rotor et la surface de frein 9. Le jeu du palier est choisi assez grand pour que l'axe de l'élément de frein rotatif puisse pivoter d'un angle restreint par rapport à l'axe de l'arbre 5, de sorte que l'élément de frein rotatif puisse s'orienter d'une manière optimale aussi bien lors de sa mise en contact contre l'élément de frein fixe 9 que lors de sa mise en contact contre le rotor 3. Les surfaces 16 et 18 ou 17 et 19 sont initialement inclinées les unes par rapport aux autres, ce qui permet un contact "saturé" sur une zone partielle par suite des forces axiales considérables qui se développent lors du freinage en raison de la déformation plastique des surfaces plus molles 18 ou 19. Le manque de parallélisme initial résulte du fait que, d'une part, toutes les surfaces inclinées 16, 17, 18 et 19 sont des plans qui sont orientés parallèlement à une diagonale perpendiculaire à l'arbre 3 et que, d'autre part, même lorsque l'induit de frein 10 est attiré, il y a un angle de rotation libre entre l'élément de frein rotatif et le paquet de tôles de rotor 3. I1 est surprenant de constater que l'on obtient des moments de freinage élevés lorsque la tangente de l'angle dtinclinaison satisfait à la condition suivante tg &alpha; Pour éviter tout blocage et tout serrage du frein, il faut que tg &alpha; soit > ssB ssK Lorsque l'angle d'inclinaisons est choisi dans le domaine défini par ces conditions, on obtient des moments de freinage qui sont nettement supérieurs à ce que l'on peut attendre théoriquement, compte tenu de ce que le calcul indique pour l'augmentation dûe à l'effet de coin.Cette augmentation inattendue des moments de freinage se manifeste notamment lorsqu'au lieu d'une garniture de frein fermée en anneaux on utilise un ensemble de garniture 13(au nombre de trois au moins et de préférence au nombre de quatre)réparties symétriquement à la périphérie de l'élément de frein rotatif, l'expérience ayant également montré qu'il est avantageux que la surface de freinage de l'élément de frein fixe comporte, à sa périphérie, de très petites inégalités orientées dans le sens axial suivant une périodicité de 1 au moins, ce qui est le cas lorsque le plateau à palier n'est pas exactement perpendiculaire à l'arbre. I1 est préférable que la périodicité des irrégulas rités corresponde au nombre des garnitures de frein 13. On peut l'obtenir simplement dans le cas d'un plateau à palier en tôle, du fait qutå l'extérieur de la surface de freinage il y a des déformations réparties symétriquement, en nombre correspondant, constituées par exemple par des évidements réalisés par estampage et servant à l:amenée de lCair. REVENDICATIONS 1. Moteur électrique muni d'un frein qui agit automatiquement lors de la déconnexion du moteur et comporte un induit ferromagnétique qui entoure l'arbre moteur entre le paquet de tôles de rotor et le bouclier à palier et peut être attiré dans le sens axial vers le rotor,en s'opposant à une force élastique, par le flux magnétique du moteur qui traverse le rotor, l'induit étant fixé directement sur un élément de frein, guidé dans le sens axial sur l'arbre, qui peut tourner avec le rotor et peut être poussé contre un élément de frein qui peut tourner, d'un angle limité par des butées, par rapport au rotor, et comporte des premières surfaces en forme de coin, inclinées vers le plan de rotation, qui, lors de la mise en prise du frein s'appliquent contre des deuxièmes surfaces en forme de coin inclinées d'une manière correspondante, ces surfaces formant une butée, caractérisé en ce que le matériau constituant l'une des surfaces en forme de coin (18, 19) est nettement plus mou que le matériau constituant l'autre surface en forme de coin (16, 17). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'initialement la première surface en forme de coin (18, 19) et la deuxième surface en forme de coin (16, 17) se touchent en faisant l'une avec l'autre un angle de 0,5 au moins. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaisono( entre les deux surfaces en forme de coin (16, 18 ou 17, 19) qui se touchent est inférieur à 50. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les surfaces molles en forme de coin (18, 19) sont constituées par de l'aluminium et que les surfaces dures en forme de coin (16, 17) sont constituées par de l'acier. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les surfaces dures en forme de coin (16, 17) dépassent de tous côtés les surfaces molles en forme de coin (18, 19). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les surfaces molles en forme de coin (18, 19) font partie intégrante de ltanneau de courtcircuit (4) du moteur électrique. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les surfaces dures en forme de coin (16, 17) ont des aspérités ayant une profondeur infé- rieure à 6 m. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les surfaces dures en forme de coin (16, 17) sont réalisées par étirage, estampage ou laminage. 9. Dispositif selon 1'une des revendications I à 8, caractérisé en ce que les surfaces en forme de coin (16 à 193 sont recouvertes d'un lubrifiant. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison &alpha; des surfaces en forme de coin (16 à 19) par rapport au plan de rotation est de 25 à 35 . 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les butées pour lélément de frein (10 11, 12) par rapport au rotor (3) sont constituées pour les deux sens de rotation, par des surfaces en forme de coin (18, 19). 12. Dispositif selon la revendication 11, carac térisé en ce qu l'anneau de court-circuit (4) du moteur électrique comporte des rentrants en forme de toits et que des saillants correspondants en forme de toit, sont ménagés sur l'élément de frein pivotant, ou inversement. 13. Dispositif selon la revendication 12, carac- térs- en ce que les pointes du rentrant en forme de toit sont remplacées par des renforcements 22 en forme de rainu- res. 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois et et de préférence quatre surfaces en forme de coin (16 à 19) réparties symétriquement à la périphérie du rotor (3) ou de l'élément de frein rotatif (11). 15. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte un seul emplacement de palier (22) de l'élément de frein rotatif dans la zone médiane entre la surface frontale du rotor (3) et la surface de freinage (9). 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'emplacement de palier (22) comporte un tel jeu de palier que l'axe de l'élément de frein pivotant (parties 10 à 12) peut pivoter d'un angle d'au moins 20 par rapport à l'arbre (5) du moteur électrique. 17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que l'élément de frein fixe (9) est un élément de construction réalisé par étirage à partir de tôle. 18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que l'élément de frein fixe (9) est partie intégrante d'un bouclier de palier en tôle (8). 19. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que l'élément de frein rotatif (pièces 10 à 12) comporte un nombre de trois au moins et de six au plus de garnitures de frein (13) individuelles et en ce que la surface de freinage de l'élément de frein fixe (9) comporte, orientées dans le sens radial, des inégalités suivant une périodicité de 1 au moins et de préférence un nombre de périodes correspondant au nombre des garnitures de frein. 20. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que la tangente de l'angle d'in clinaisond des surfaces (16 à 18) en forme de coin est inférieure à la somme des coefficients de frottement AB des garnitures de frein et ssK des surfaces en forme de coin.