Brevet FR2556063A1 — publié le 19850607

"Accouplement électromagnétique La présente invention concerne un accouplement électromagnétique tel qu'un embrayage ou un frein. Plus particulièrement, la présente invention concerne un ac- couplement électromagn6tique dans lequel la force ma- gnétique active est produite par un aimant permanent mais est rendue sans effet quand un enroulement corres- pondant est mis sous tension. Un accouplement du type général précité a déjà été décrit dans le brevet américain n 2.832.918. Dans cet accouplement, un aimant permanent crée un flux dont le trajet constitue une liaison dynamique entre une armature et les pièces polaires concentriques d'une en- veloppe annulaire, afin d'entraîner magnétiquemen-t l'ar- mature qui est solidaire de l'enveloppe par frottement. L'enroulement est disposé concentriquement aux pièces polaires et, quand il est mis sous tension,il crée un flux traversant l'aimant permanent suivant un trajet en dérivation qui est parallèle au trajet assu- rant la liaison dynamique. Quand l'enroulement est mis sous tension, le flux dû à l'enroulement déplace le flux de l'aimant permanent de- son trajet normal, pour l'amener sur le parcours en dérivation, si bien que l'aimant permanent devient sans effet, ce qui pro- voque le dégagement de l'armature par rapport aux piè- ces polaires. L'objectif général de la présente invention est de proposer un accouplement à desserrage électroma- gnétique qui fonctionne, de préférence, suivant le mê- me principe général que l'accouplement Pierce mais qui présente un caractère modulaire, de manière à ce que des modules séparés, conçus suivant un principe identi- que, puissent être groupés avec une disposition et en nombre optimal en vue de différentes applications. 1 Conformément à la présente invention, il est prévu un accouplement électromagnétique comprenant une paire de pièces polaires écartées l'une de l'autre et présentant des faces polaires, une armature pouvant tourner par rapport aux dites pièces polaires et mon- tées de manière à se déplacer axialement pour venir au contact à frottement avec lesdites faces polaires et pour s'en écarter, un aimant permanent magnétisé dispo- sé entre lesdites pièces polaires et dont la polarité crée un flux magnétique permanent qui traverse ledit aimant dans une direction suivant un trajet sortant de l'une des dites faces polaires, traversant ladite arma- -ture et pénétrant dans l'autre des dites faces polaires de manière à attirer ladite armature afin qu'elle vien- ne au contact des dites faces polaires et un enroule- ment annulaire conçu pour être mis sous tension d'une manière sélective par une source de tension, caractéri- sé en ce que ledit enroulement est situé entre lesdi- tes pièces polaires et présente un axe central dirigé d'une manière essentiellement perpendiculaire aux di- tes pièces polaires, un noyau réalisé en matériau ma- gnétique et disposé suivant ledit axe et à travers le- centre du dit enroulement, ledit noyau étant séparé du dit aimant permanent par une zone à réluctance élevée et réalisant, avec lesdites pièces polaires et ledit aimant permanent, un parcours pour le flux dû à l'en- roulement qui sort du dit noyau et pénètre dans l'une des dites pièces polaires,-qui traverse-ledit aimant permanent et pénètre dans l'autre des dites pièces po- laires et revient ensuite au dit noyau, ledit enroule- ment ayant une polarité telle que ledit flux dû à l'en- roulement traverse ledit aimant permanent dans la même direction que ledit flux dû à l'aimant permanent, de manière à écarter ce dernier flux de son parcours assu- rant une liaison dynamique et permettant donc d'é- 1 carter ladite armature des dites faces polaires lorsque ledit enroulement est mis sous tension. Cet accouplement à desserrage électromagnéti- que, constitué de plusieurs modules, possède des en- roulements séparés dont le temps de réponse est inf6ri- eur à celui des enroulements antérieurement connus, ayant un couple d'entraînement comparable mais ne pos- sédant qu'un seul enroulement. L'accouplement à desserrage électromagnétique conforme à la présente invention possède également une large gamme de desserrage, et -est utilisable dans un grand intervalle de températures. L'armature est écartée plus efficacement des pièces polaires et présente une moindre tendance à res- ter adhérer à l'une ou l'autre ou aux deux pièces po- laires lorsque l'enroulement est mis sous tension. Ces objectifs et avantages propres à la pré- sente invention, et d'autres encore, apparaîtront plus clairement dans la description détaillée ci-après,qui est donnée en se référant aux dessins en annexe. La figure 1 est une vue en coupe transversale prise axialement au travers d'un enroulement électroma- gnétique nouveau et amélioré,comprenant les caractéris- tiques originales de la présente invention et représen- tant l'accouplement installé d'une manière typique. La figure 2 est une coupe transversale par- tielle,prise essentiellement le long de la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 3 est une coupe transversale par- tielle agrandie, prise essentiellement suivant la li- gne 3-3 de la figure 2. La figure 4 est une coupe transversale par- tielle, prise essentiellement suivant la ligne 4-4 de la figure 3. La figure 5 est une coupe transversale par- 1 tielle agrandie, prise essentiellement suivant la li- gne 5-5 de la figure 1. La figure 6 est une vue schématique de l'un des modules magnétiques représentés à la figure 1 et montrant les trajets des flux magnétiques d'une manie- re schématique. La figure 7 est une-vue schématique semblable à la figure 6, mais représentant une autre réalisation d'un module magnétique. La figure 8 est-une autre vue schématique sem- blable à la figure 6, mais représentant une autre réa- lisation encore d'un module magnétique. Comme indiqué sur les dessins à titre d'exem- ple, la présente invention est réalisée sous forme d' un accouplement 10 à desserrage électromagnétique, qui se présente ici sous forme d'un frein pour retarder sélectivement la rotation de l'arbre 11 d'un moteur 12. En général, le frein 10 comprend un assemblage constitué d'un aimant fixe 13 et une armature tournante 14, disposée pour se déplacer axialement afin de venir en contact avec frottement de l'assemblage magnétique et de s'en écarter. Le contact à frottement de l'armature avec 1' - assemblage magnétique a pour effet de retarder la rota- tion de l'arbre 11. Dans ce cas, l'armature présente une forme circulaire et est réalisée en matériau magné- tique. Un moyeu 15 (figure 1) est enfilé sur une par- tie d'extrémité de l'arbre 11 et y est fixé par une clavette 16 et deux vis de réglage 17, une seule de ces vis de réglage étant représentée. L'armature 14 est é- cartée axialement de l'extrémité extérieure du moyeu et est montée de maniere à glisser axialement sur un jeu de trois broches 18, espacées angulairement, qui sont vissées dans l'extrémité du moyeu. Chaque broche est coiffée par un ressort hélicoïdal 19 (figure 3), qui é- 1 carte l'armature de l'assemblage magnétique 13, le res- sort étant comprimé entre l'extrémité du moyeu et la face intérieure de l'armature. Un autre ressort héli- coldal 20 est disposé sur la broche et est comprimé en- tre la face extérieure de l'armature et une tête de la broche. Les ressorts 20 poussent l'armature vers l'as- semblage magnétique, mais avec une force de contrainte plus faible que les ressorts 19, si bien que le résul- tat net des ressorts 19 et 20 est de maintenir l'arma- ture en position dégagée. La disposition ainsi décrite et représentée assure une compensation automatique de l'usure, de la manière décrite dans le brevet améri- cain 3.624.767. L'assemblage magnétique 13 comprend un anneau de montage 21, qui entoure le moyeu 15, et qui est mon- té sur le moyeu au moyen d'un palier 22, permettant au moyeu de tourner par rapport à l'anneau de montage.Une coiffe 25, en forme de cuvette (figure 1) est fixée au moteur 12 par les vis 26 (figure 2) et enveloppe l'as- semblage magnétique 13 et l'armature 14. Conformément à la présente invention, l'assem- blage magnétique 13 est constitué de plusieurs modules magnétiques identiques 30, dont la disposition est iden- tique. Chaque module magnétique comprend un aimant per- manent 31 (figure 3) pour amener l'armature 14 en posi- tion de freinage, et comprenant en outre un enroulement annulaire 32 électromagnétique, pouvant être mis sous tension d'une manière sélective, de manière à rendre in- efficace l'aimant permanent afin que l'armature puisse se mettre en position de dégagement. L'invention est caractérisée,en particulier,par la disposition origina- le de l'aimant permanent et de la bobine électromagné- tique, grâce à laquelle ces deux éléments constituent un module magnétique efficace. Dans ce cas particulier, trois modules magné- 1 tiques 30 sont répartis d'une manière régulière autour de l'anneau de montage 21. Les trois modules sont i- dentiques, si bien que la description d'un seul suffi- ra pour tous. Comme on le voit à la figure 3, chaque modu- le magnétique 30 comprend une pièce polaire 35, ayant généralement une forme en "U" et présentant une bran- che intérieure 36 disposée dans le sens axial, une branche extérieure 37 disposée dans le sens axial et parallèlement à la branche intérieure, une branche 38 disposée dans le sens radial et réunissant les extrémi- tés intérieures des branches disposées dans le sens axial. La pièce polaire 35 est réalisée en une pièce d'un matériau magnétique et présente, de préférence, une forme telle que les trois branches 36, 37 et 38 soient plates et dans un plan. Deux vis 40 (figure 4) traversent la branche intérieure 36 et sont vissées dans l'anneau 21, afin de fixer la pièce polaire en forme de "U" sur l'anneau. En outre, les pièces polai- res en forme de "U" de deux des modules magnétiques 30 s'adaptent dans les cavités 41 (figure 2), constituées à l'intérieure de la coiffe d'extrémité 25. Les cavi- tés empêchent la rotation des pièces polaires en forme de "U" et servent donc à maintenir les trois modules 30 et l'anneau de montage 21 en position fixe et sans rotation. Chaque module magnétique comprend en outre u- ne seconde pièce polaire 45 (figure 3), qui présente ici la forme d'une plaque plate et dans un plan, réali- sée en matériau magnétique. La pièce polaire 45 est si- tuée entre les branches 36 et 37 de la pièce polaire en forme de "U" et s'étend parallèlement à celle-ci, tout en étant placée plus près de la branche intérieu- re 36 que de la branche extérieure 37. Les extrémités extérieures de la branche 36 et de la pièce polaire 45 1 sont disposées dans un plan à orientation radiale et définissent les faces polaires 46 et 47,respectivement. Une pièce rectangulaire de matériau à coefficient de frottement élevé 48, telle qu'une garniture de frein, est fixée aux parties extrêmes extérieures de la bran- che 36 et de la pièce polaire 45 et présente des ouver- tures destinées à recevoir celles-ci de manière à ce que les faces polaires 46 et 47 affleurent la face ex- térieure du matériau de frottement (voir figure 3). L'aimant permanent 31 (figure 3) de chaque mo- dule magnétique 30 est serré étroitement entre la bran- che 36 et la pièce polaire 45 avec l'un de ses pôles (par exemple le pôle "nord") au contact de la branche 36 et avec son autre pôle au contact de la pièce polai- re 45. Deux boulons 50 (figure 4) traversent la bran- che 36, la pièce polaire 45 et la branche 37, de maniè- re à assembler ces constituants et à serrer rigidement l'aimant à sa place entre la branche 36 et la pièce po- laire 454, grâce aux écrous 51 montés sur les extrémi- tés des boulons. Comme mentionné ci-dessus, chaque module ma- gnétique 30 comprend une bobine annulaire électromagné- tique 32. Pour la réalisation de l'invention, la bobi- ne est disposée avec son axe perpendiculaire à la bran- che 36 et à la pièce polaire 45 et est montée de préfé- rence, comme indiqué, entre la branche 37 et la pièce polaire 45. La bobine comprend un rouleau annulaire 55 (figure 3) sur lequel est bobiné un enroulement 56 à spires multiples. Le rouleau est serré entre la bran- che 37 et la pièce polaire 45 par des boulons 50,tandis que l'enroulement 56 comprend des conducteurs 57 (figu- re 1) qui sont raccordés au bornier 58 sur l'anneau de montage 21. Le bornier est conçu de manière a être con- necté à une source de courant continu, pour mettre sé- lectivement sous tension l'enroulement 56. 1 La réalisation de la présente invention com- prend,en outre,un noyau 60 (figure 3), réalisé en maté- riau magnétique, et traversant le centre de la bobine 32, qui est placé perpendiculairement à la pièce polai- re 45 et à la pièce polaire constituée par la branche 36. Ce noyau présente la forme d'une courte tige cylin- dirque, qui est séparée de la branche 37 par une zone à haute réluctance magnétique. Une zone de ce genre peut être simplement un vide d'air mais est constituée ici par une fine plaquette de laiton 61, comprise en- tre la branche 37 et le noyau 60 et collée à l'extrémi- té du noyau. Les boulons 50 serrent le noyau et la pla- quette entre la branche 37 et la pièce polaire 45.Dans une réalisation préférée, l'axe du noyau est non seule- ment perpendiculaire à la branche 37 et à la pièce po- laire 45, mais est également parallèle à un plan con- tenant les faces polaires 46 et 47. Il convient de no- ter toutefois que l'axe du noyau peut être perpendicu- laire à un plan comprenant les faces polaires, tout en restant encore perpendiculaire aux pièces polaires. La figure 6 est une représentation simplifiée de l'un des modules magnétiques 30. Quand la bobine 32 est mise hors tension, la majeure partie du flux magné- tique permanent provenant de l'aimant permanent 31 suit un trajet 65 venant du pôle nord de l'aimant permanent traversant la pièce polaire constituée par la branche 36 sortant de la face polaire 46 et pénétrant dans 1' armature 1-4 pour ressortir de l'armature à la face po- laire 47, puis pour revenir ensuite en traversant la pièce polaire 45 au pôle sud de l'aimant. Ce flux atti- re l'armature 14 vers les faces polaires 46 et 47, sur- monte la force des ressorts 19 et ramène l'armature en contact avec frottement contre les faces polaires, si bien que le matériau à coefficient de frottement élevé 48 provoque un effet de freinage sur l'arbre 11. La 1 plaquette 61 à haute réluctance empêche le flux de 1' aimant permanent de traverser le noyau 60 pour attein- dre la branche 37. L'enroulement 56 est polarisé (c'est-à-dire qu'il est bobiné dans la direction convenable et est mis sous tension par un courant continu dont le sens d' écoulement possède la polarité appropriée), de manière à ce que, en cas d'excitation, l'enroulement crée un flux qui traverse l'aimant permanent 31 dans la même direction que le flux dû à l'aimant permanent et sui- vant un trajet 66 (figure 6). Plus particulièrement,le flux produit par l'enroulement 56 sort d'un pôle (par exemple le pôle nord) du noyau 60 et traverse la pièce polaire 45, puis passe du pôle sud au pôle nord de 1' aimant permanent 31, traverse les branches 36, 38 et 37 et revient ensuite à travers la plaquette 61'jusqu' au pôle sud du noyau. Comme le flux dû à l'enroulement suit le trajet 66, la réluctance de ce trajet est dimi- nuée jusqu'à une valeur inférieure à la réluctance du trajet 65. Il en résulte que le flux cr6éé par l'aimant permanent 31 est dérivé par le trajet 66 et évite, en fait, le trajet 65, ce qui permet au ressort 19 d'é- carter l'armature 14 du matériau à coefficient de frot- tement élevé 48, ce qui supprime l'action de freinage. Par conséquent, le flux dû à l'aimant permanent 65 main- tient l'armature au contact du matériau à coefficient de frottement élevé aussi longtemps que l'enroulement 56 n'est pas sous tension, mais est rendu inefficace par suite du fait qu'il évite en fait l'armature lorsque l'enroulement est mis sous tension. Comme le flux dû à l'enroulement 66 traverse l'aimant permanent dans la même direction que le flux 65 dû à l'aimant permanent, le flux dû à l'enroulement tend à re-magné- tiser l'aimant permanent plutôt qu'à démagnétiser ce- lui-ci. 1 La disposition décrite ci-dessus présente dif- férents avantages. Tout d'abord, les modules magnéti- ques 30 sont tous de conception identique. Tout nombre quelconque de modules peut être utilisé pour réaliser l'assemblage magnétique 13, afin d'obtenir le couple de freinage requis pour une application donnée. Les mê- mes modules peuvent d'ailleurs être utilisés pour réa- liser des assemblages magnétiques de différents diamè- tres et il n'est donc pas nécessaire de prévoir un as- semblage magnétique entièrement différent pour chaque application relative à un diamètre particulier. En outre, l'inductance des différents modules magnétiques 30 assemblés en parallèle est faible si on la compare à l'inductance d'un assemblage magnétique assurant le même couple que le présent assemblage 13, mais possédant uniquement un seul enroulement. Compte tenu de l'inductance relativement faible, le temps re- quis pour établir et supprimer le courant dans les en- roulements est relativemnt court, si bien que le temps global de réponse est diminué. Un module magnétique 30 conforme à la présente invention, peut être conçu fa- cilement de manière à s'adapter à des modifications de production (par exemple, réluctance élevée ou toléran- ce de l'intervalle d'air) et le module présente une vaste gamme de desserrage. Ceci signifie que l'on a constaté qu'un module magnétique 30, conforme à la pré- sente invention, desserre efficacement l'armature 14 dans une vaste gamme de tensions appliquées à l'enrou- lement 56, plutôt que de provoquer le dégagement lors- que la tension atteint une certaine valeur et à provo- quer un nouveau contact lorsque la tension augmente seulement légèrement au-delà de cette valeur. Cette large gamme de dégagement permet à l'accouplement 10 de fonctionner efficacement dans des conditions de tem- pérature variées, qui ont tendance à modifier le flux 1 provenantdel'aimnt permanent 31 et de l'enroulement 56. * On a constaté que le module magnétique 30-per- met un dégagement essentiellement simultané de l'arma- ture 14 des deux faces polaires 46 et 47, et réduit la tendance de l'armature à se détacher d'une face polaire en continuant à adhérer encore à l'autre face polaire. Un dégagement avec une simultanéité virtuellement par- faite de l'armature des deux faces polaires peut être obtenu avec un module magnétique 30',du type représenté à la figure 7, o les parties correspondant à celles du module magnétique 30 de la première réalisation présen- tent les mêmes numéros de référence que dans le premier cas, mais avec des indices. Le module 30' est essentiellement identique au module 30, sauf que la bobine 32', le noyau 60' et la plaquette 61' sont situés directement entre la pièce polaire 45' et une pièce polaire 36' plate, parallèle et située dans un même plan. Dans ce cas, l'aimant per- manent 31' est situé entre les faces polaires 46' et 47' et la bobine 32'. La majeure partie du flux dû à l'aimant permanent suit normalement un trajet 65',tan- dis que le flux produit par la bobine suit un trajet 66' lorsque la bobine est mise sous tension. Quand la bobine est mise sous tension, la réluctance du trajet 66' est réduite, si bien que le flux suivant le trajet ' emprunte le trajet 66' en évitant l'armature 14'. La disposition symétrique de la bobine 32' par rapport aux faces polaires 46' et 47' permet de dégager l'ar- mature des deux faces polaires au même instant. Il en résulte que des ressorts de dégagement 19 plus faibles peuvent être utilisés, ce qui permet de recourir à un aimant permanent moins résistant et, par conséquent, à appliquer une force magnétomotrice plus faible dans la bobine. Le module 30" représent6 à la figure 8 est semblable au module 30', sauf que les positions de l'ai- mant permanent 31" et de la bobine 32" sont inversées. En effet, la bobine 32" est disposée entre les faces polaires 46" et 47" et l'aimant permanent 31". 1 REVENDICATIONS 1. Accouplement électromagnétique comprenant une paire de pièces polaires écartées l'une de l'autre et présentant des faces polaires, une armature pouvant tourner par rapport aux dites pièces polaires et mon- tée de manière à se déplacer axialement pour venir en contact avec frottement des dites faces polaires et à s'en écarter, un aimant permanent magnétisé situé en- tre lesdites pièces polaires et polaris6 de manière à créer un flux magnétique permanent qui traverse ledit aimant dans une direction suivant un trajet sortant de l'une des dites faces polaires, traversant ladite arma- ture et pén6trant dans l'autre des dites faces polai- res de manière à attirer ladite armature pour qu'elle vienne au contact des dites faces polaires, et un en- roulement annulaire conçu pour être mis sélectivement sous tension par une source de tension, caractérisé en ce que ledit enroulement (56) est situé entre lesdites pièces polaires (35, 45) et présente un axe central disposé d'une manière essentiellement perpendiculaire aux dites pièces polaires (35, 45), un noyau (60) réa- lisé en matériau magnétique et disposé suivant ledit axe et à travers le centre du dit enroulement (56),le- dit noyau (60) étant séparé du dit aimant permanent (31) par une zone à réluctance élevée et créant, de concert avec lesdites pièces polaires (35, 45) et le- dit aimant permanent (31) un trajet pour le flux dû à l'enroulement qui sort du dit noyau (60) et pénètre dans l'une des dites pièces polaires, traverse ledit aimant permanent (31) et pénètre dans l'autre des di- tes pièces polaires puis revient au dit noyau (60),le- dit enroulement (56) étant polarisé de manière à ce que ledit flux dû à l'enroulement traverse ledit aimant permanent (31) dans la même direction que le flux dû 1 à l'aimant permanent, de manière à écarter ce dernier flux du trajet assurant une liaison efficace et permet- tant donc le dégagement de ladite armature (14) des dites faces polaires (46, 47) lorsque ledit enroulement (56) est mis sous tension. 2. Accouplement électromagnétique tel que dé- fini à la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des dites pièces polaires comprend une branche (45) pla- te et comprise dans un plan, l'autre des dites pièces polaires présentant également une branche (36) essentiel- lement plate et comprise dans un plan écartée de l'au- tre branche plate et comprise dans un plan de ladite première pièce polaire. 3. Accouplement magnétique tel que défini à la revendication 2, caractérisé en ce que les branches (36, ) plates et comprises-dans un plan des deux pièces polaires, sont disposées d'une manière essentiellement parallèle l'une à l'autre. 4. Accouplement électromagnétique tel que dé- fini à la revendication 3, caractérisé en ce que ladite pièce polaire (35) comprend une seconde branche (37) plate et comprise dans un plan, disposée d'une manière essentiellement parallèle à la première branche (36) plate et comprise dans un plan de cette pièce polaire, la branche (45) plate et comprise dans un plan de l'au- tre pièce polaire étant disposée entre les première et seconde branches (36, 37) de ladite première pièce po- laire et étant écartée de celle-ci, ledit aimant perma- nent (31) étant situé entre la première branche (45) plate et comprise dans un plan de ladite pièce polaire et la branche (36) plate et comprise dans un plan de ladite autre pièce polaire et ledit enroulement (56) 1 et ledit noyau (60) étant disposés entre la seconde branche (37) plate et comprise dans un plan de ladite pièce polaire et la branche (45) plate et comprise dans un plan de ladite seconde pièce polaire. - 5. Accouplement électromagnétique tel que dé- fini à la revendication 2, caractérisé en ce que ledit aimant permanent (31'), ledit enroulement (56) et ledit noyau (60') sont disposés entre les branches (36', 45') plates et comprises dans un plan des dites pièces po- laires. 6. Accouplement électromagnétique tel que dé- fini à la revendication 5, caractérisé en ce que ledit enroulement (56) est disposé entre lesdites faces po- laires (46", 47") et ledit aimant permanent (31"). 7. Accouplement électromagnétique tel que dé- fini à la revendication 5, caractérisé en ce que ledit aimant permanent (31') est disposé entre lesdites fa- ces polaires (46', 47') et ledit enroulement (56).