Brevet FR2562348A1 — publié le 19851004

La présente inventié concerne un moteur-frein comprenant un moteur asynchrone à rotor à "cage oê écureuil" et un frein fonctionnantpar manque de courant. Le rotor du moteur comporte, d'une part, à ses extrémités oppo- sées, respectivement des première et seconde bagues de court-circuit en ma- tière non magnétique reliées par les conducteurs rotoriques, d'autre part une bague intermédiaire de court-circuit, en matière non magnétique, sépa- rant une partie du rotor, destinée à dévier la partie correspondante du champ radial statorique, en direction du plateau mobile du frein. Ce pla- teau mobile, dont une face sensiblement radiale est disposée vis-à-vis de l'extrémité radiale du rotor, est solidaire en rotation du rotor, et dépla- çable axialement sur l'arbre du rotor pour s'écarter du plateau fixe de frein, contre l'action d'un ressort. Un évidement cylindrique s'étend axia- lement depuis la seconde bague jusqu'au moins à la bague intermédiaire, et entre ces deux bagues," les conducteurs rotoriques,s'étendent radialement depuis le diamètre exté- rieur du rotor jusqu'à l'évidement cylindrique. Dans des moteurs-freins connus de ce genre, tels que celui décrit dans le brevet français N I 532 298, la seconde bague de court-circuit non magnétique est disposée radialement à une distance très réduite, mais non nulle, du pourtour du rotor et, avec la bague intermédiaire de court- circuit et les conducteurs rotoriques longitudinaux, elle constitue une succession de spires en court-circuit réparties régulièrement autour du rotor à l'intérieur de celui-ci. Lors du démarrage du moteur à pleine char- ge, il en résulte que le circuit magnétique passant entre la périphérie du rotor et la périphérie de la seconde bague est saturé, et la majeure par- tie (85 % environ) du flux magnétique (F2)dévié vers le plateau mobile est déphasée relativement au champ statorique, tout en fournissant un appoint au couple moteur. La majorité du flux magnétique de la partie du rotor, sé- parée par la bague intermédiaire, est donc appliquée à une zone du plateau mobile du frein, de diamètre relativement réduit, et n'est pas utilisée en totalité pour attirer le plateau mobile du frein, ce qui est un inconvé- nient lorsque l'on s'efforce d'obtenir une force d'attraction aussi élevée que possible. D'autre part, la bague intermédiaire de court-circuit s'étend radia- lement depuis le diamètre extérieur du rotor sur une partie seulement du rayon de celui-ci. Les deux parties du rotor, séparées par cette bague in- termédiaire, ne sont donc pas séparées magnétiquement totalement et, à l'instant o l'alimentation du stator est coupée, est créé dans ce stator un courant bref et important qui génère instantanément dans le rotor, par l'effet de transformation, un courant encore plus important dans les con- ducteurs rotoriques. Un ch-amp magnétique intense est donc créé dans les tôles magnétiques constituant le rotor, ce qui est un inconvénient du point devue du fonctionnement du frein puisque les t8les, notamment celles qui sont proches du frein se trouvent magnétisées fortement, ce qui provoque un champ rémanent dans ces tôles, donc une force de maintien du plateau mo- bile du frein pendant un certain temps (une à deux secondes) après la cou- pure de l'alimentation du moteur. Ceci nuit donc au fonctionnement instan- tané du frein et empêche une immobilisation instantanée de la charge, no- tamment lors de la descente de celle-ci, et risque de provoquer une dété- rioration progressive des garnitures de frein des plateaux fixe et mobile, consécutive-au frottement brutal et à l'échauffement de ces garnitures qui entrent en contact avec retard à un instant o la vitesse relative des deux plateaux est déjà trop importante. Le moteur-frein,suivant l'invention, est caractérisé en ce que la bague intermédiaire de court-circuit s'étend radialement depuis le diamètre extérieur du rotor jusqu'au moins à l'évidement cylindrique, et en ce que la seconde bague de court-circuit s'étend radialement depuis l'évidement cylindrique, vers l'extérieur, en laissant subsister, entre le pourtour de cette seconde bague de court-circuit et le diamètre extérieur du rotor, des segments d'anneau en matière magnétique, dont la section radiale est suffi- santepour que ces segments ne soient jamais saturés lors du démarrage du moteur, et dont la face radiale est disposée vis-à-vis de la face radiale du plateau mobile de frein. Selon une réalisation, intéressante notamment dans le cas o des empilages de tôles magnétiques sont disposés entre, d'une part la première bague et la bague intermédiaire, d'autre part entre cette dernière et la seconde bague, la face radiale des segments d'anneau en matière magnétique est disposée en retrait par rapport à la face radia- le de la seconde bague de court-circuit, d'une distance, mesurée axialement au moins égale à l'épaisseur 1 de cette seconde bague, et le plateau mobile du frein a sa face radiale active qui est décalée d'une distance au moins égale à l'épaisseur 1 en avant du reste dudit plateau en direction de la face radiale des segments, uniquement vis-à-vis de ladite face radiale. Se- lon une autre réalisation, intéressante notamment lorsque la partie en ma- tière magnétique située entre la bague intermédiaire et la seconde bague est constituée d'une matière massive, la face radiale des segments en ma- tière magnétique est avancée dans le même plan que la face radiale de la seconde bague, et la face radiale du plateau mobile est éventuellement re- culée d'autant. La présente invention se propose de permettre la réalisation d'un moteurfrein ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur cité, dans!lequel, lors du démarrage en charge, le maximum du flux magnétique dé- vié dans le rotor vers le plateau mobile du frein est utilisé pour attirer ce plateau de façon à ce que la force d'attraction, et donc la force de freinage, soient aussi élevées que possible, et dans lequel, lors de la coupure de l'alimentation du moteur, aucun champ magnétique rémanent ne subsiste dans les tôles du rotor, proches du plateau mobile du frein, de telle façon que ce plateau puisse instantanément s'écarter du rotor et se plaquer contre le plateau fixe du frein, pour immobiliser sans retard la charge en évitant, de ce fait, tout risque de détérioration anormale des garnitures de ces plateaux. Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, un mode de réalisa- tion conforme à la présente invention. La fig. 1 représente, vu partiellement en coupe longitudinale sui- vant I-I de la fig. 2, ce mode de réalisation d'un moteur-frein. La fig. 2 repésente, vu en coupe suivant II-II de la fig. 1, le ro- tor du même mode de réalisation. La fig. 3 représente, vu en coupe suivant III-III de la fig. 1, le rotor du même mode de réalisation. Tel qu'il est représenté sur les fig. 1 à 3, le moteur-frein compor- te un moteur asynchrone 1 associé à un frein 2 fonctionnant par manque de courant. Dans cet exemple de réalisation, tous deux sont logés bout à bout dans un tube 3 leur servant de carter et susceptible de contenir également un réducteur de vitesse et des dispositifs d'arrêt automatique fonctionnant après un certain nombre de tours,non représentés sur le dessin, etc. Un tel moteur-frein, généralement de diamètre exterieur relativement réduit (moins de 90 mm par exemple), est destiné notamment à être logé dans le tube d'en- roulage d'un store à rouleau, volet roulant, grille de magasin, etc. Le moteur 1 est un moteur asynchrone qui peut être triphasé ou monor phase. Dans cet exemple, il s'agit d'un moteur monophasé avec condensateur. Ce moteur 1 comporte un stator 4 dont les dimensions extérieures correspon- dent aux dimensions intérieures du tube 3, et un rotor "à cage d'écureuil" 5. Ce rotor comporte, à ses deux extrémités opposées, respectivement des première et seconde bagues de court-circuit 11, 12 en matière non magnéti- que conductrice, reliées par des conducteurs rotoriques 9 s'étendant lon- gitudinalement. Il comporte en outre une bague intermédiaire de court-cir- cuit 13, également en matière non magnétique conductrice, qui sépare, d'une première partie 5' du rotor, une seconde partie 5". Ces deux parties 5' et " sont constituées, dans cet exemple, par des t8les magnétiques empilées, -1! et la ba- respectivement 10' et 10", disposées respectivement entre la première bague/ gue intermédiaire i3, et entre cette dernière et la seconde bague 12. Dans la première partie 5' du rotor 5, les premières parties 9' respectives des conducteurs rotoriques 9 sont constituées par des barreaux de section rela- tivement réduite, s'étendant à fleur du diamètre extérieur 8 du rotor 5. Dans la seconde partie 5" du rotor 5, les secondes parties 9" respectives des conducteurs rotoriques 9 s'étendent radialement depuis le diamètre ex- térieur 8 du rotor, jusqu'à un évidement cylindrique 15 qui s'étend axiale- ment depuis la face radiale extérieure 21 de la seconde bague 12 jusqu'à la face de la bague intermédiaire 13, qui est en contact avec les t8les ma- gnétiques 10'. L'évidement cylindrique 15 est concentrique avec l'arbre 16 du rotor. La bague intermédiaire 13 s'étend radialement depuis le diamètre ex- térieur 8 du rotor 5 jusqu'à l'évidement cylindrique 15, dans cet exemple. La seconde bague de court-circuit 12 s'étend radialement depuis l'évidement cylindrique 15, vers l'extérieur, en laissant subsister, entre le pourtour 7 de cette seconde bague de court-circuit 12, et le diamètre extérieur 8du rotor 5, des segments d'anneau 17 en matière magnétique (fig. 2) constitués par les t6les empilées 10". Dans une réalisation, le diamètre extérieur 8 du rotor est égal à 33,5 mm, le diamètre extérieur 7 de la seconde bague 12 est égal à 27,5 mm, et le diamètre intérieur de l'évidement 15 est égal à 21,5 mm. Dans ce cas, le rapport entre la section radiale totale des seg- ments 17 en matière non magnétique, et la section transversale du rotor 5, diminuée de celle de l'évidement cylindrique 15, est sensiblement égal à 0,3. En fonction de la variation possible de certaines dimensions, sans sortir du cadre de la présente invention, ce rapport peut lui-même varier touten restant égal ou supérieur à 0,2. La face radiale 18 des segments 17 est disposée vis-à-vis de la fa- ce radiale 19 du plateau mobile 20 du frein 2, plateau disposé concentri- - quement à l'arbre 16. Dans cet exemple, la face radiale 18 des segments d'anneau 17 en matière magnétique est disposée en retrait (fig. 1) par rap- port à la face radiale extérieure 21 de la seconde bague de court-circuit 12, d'une distance, mesurée axialement, au moins égale à l'épaisseur L de cette seconde bague 12. Le plateau mobile 20 du frein 2 a lui-m8me sa face radiale active 19 qui est décalée d'une distance égale à L, en avant sui- vant 25 du reste dudit plateau 20 en direction de la face radiale 18 des segments 17, uniquement vis-à-vis de ladite face radiale 18. Le plateau mobile 20 est solidarisé en rotation de l'arbre 16 duro- tor 5 par une clavette 22, et il est déplaçable axialement suivant 25 (fig. 1) sur l'arbre 16 du rotor 5 pour s'écarter du plateau fixe 26 du frein 2, contre l'action d'un ressort, par exemple de compression,28 disposé coaxia- lement à l'arbre 16 dans l'évidement cylindrique 15. Sans sortir du cadre de la présente invention, ce ressort de compression 28 pourrait être rem- placé par un ou plusieurs - sorts de traction, ou autres, disposés en de- hors de l'évidemnent 15. Le plateau fixe 26, cui est également disposé concentriquement à l'arbre 16, est solidarisé du pourtour intérieur du tube 3, par exemple par des goupilles transversales 27. Le plateau fixe 26 et le plateau mobile comportent, sur leurs faces respectives disposées vis-à-vis l'une de l'autre, des garnitures de frein 26' et 20' destinées à coopérer entre el- les lorsque l'alimentation du moteur est coupée. Dans la présente réalisation, les trois bagues de court-circuit 11, 12 et 13, ainsi que les deux parties 9' et 9" des conducteurs rotoriques 9, sont avantageusement constitués d'une matière non magnétique, conductrice, telle que l'aluminium, moulée d'un seul bloc sur les t8les magnétiques em- pilées 10' et 10" dont les deux empilages sont préalablement maintenus es- pacés d'une distance égale à l'épaisseur souhaitée pour la bague intermé- diaire 13. Lors du démarrage du moteur, par exemple dans un sens provoquant la descente de la charge, à l'instant o le stator 4 est alimenté, le courant circulant dans ce stator crée un champ radial qui est tournant, ou pulsa- toire, ou tournant pulsatoire, selon que l'alimentation est triphasée, mo- nophasée, ou monophasée avec condensadeur comme dans le présent exemple. Dans la première partie 5' du rotor 5, ce champ radial coupe les conducteurs rotoriques 9' qui sont le siège d'un courant induit important qui s'écoule par la première bague de court-circuit 1i] et par la bague in- termédiaire de court-circuit 13. Ce courant induit crée un champ rotorique et la force qui résulte des différents champs provoque la rotation du ro- tor. Le courant induit dans cette première partie 5' ne peut pas etre dé- vié axialement vers la seconde partie 5" du rotor à cause de la présence de la bague intermédiaire 13. Dans la second partie 5" du rotor 5, le champ statorique radial ne peut pas créer dans le rotor un flux provoquant la rotation de ce rotor. En effet aucun flux magnétique ne peut traverser radialement le rotor 5 à cau- se de la présence de l'évidement cylindrique 15o Le flux ne peut pas non plus contourner circulairement suivant S1 (fig. 3) cet évidement 15 à cause de la présence des conducteurs rotoriques 9" qui s'étendent depuis le dia- mèere extérieur 8 jusqu'à cet évidement 15, etnepeut donc couper ces con- ducteurs 9". Le flux ne peut pas non pluis être dévié axialement suivant S2 (fig 1) vers ia première partie 5' du rotor 5, à cause de la présence de la bague intermédiaire de court-circuit 13, ni dévié axialement à proximité immédiate du ressort 28 en direction du plateau mobile 20 à cause de la présence de la seconde bague de court-circuit 120 Tout le flux magnétique 6 t bï provenant radiaie-ent du champ du stator 4 peut seulement être dévié axia- iement suivant S$ (fig. i' a tzavers les segments magnétiques 17, endehors du pourtour 7 de la seconde bague de court-circuit 12, en direction de la face radiale active 19 du plateau mobile 20 du frein sans que les segments 17 soient jamais saturés. La totalité du flux magnétique statorique concourt donc à attirer le plateau mobile 20, suivant 25, contre l'action du ressort 28 (fig. 1), en direction des segments 17, la force d'attraction étant maximum puisque le flux magnétique est concentré dans une zone annu- laire de diamètre relativement grand. Cette attraction s'effectue instan- tanément dès que le stator 4 est alimenté. Les garnitures 26' et 20' s'é- cartant l'une de l'autre, le frein 2 ne joue plus son r8le et le rotor 5 peut entraîner la charge en rotation. Tant que le stator 4 est alimenté pendant la descente de la charge, la force d'attraction exercée sur le plateau mobile 20 reste sensiblement identique à la force d'attraction qui existait à l'instant du démarrage. Cette force d'attraction dépend en effet seulement du champ statorique et non d'un champ rotorique lié à la vitesse de rotation du rotor 5. A l'instant o l'alimentation du stator 4 est coupée, le plateau mo- bile est immédiatement relâché et vient se plaquer contre le plateau fixe - 26 pour immobiliser la charge entraînée jusqu'alors par le moteur. En effet à cet instant, un courant bref et important est généré dans le stator 4, mais il ne génère dans la seconde partie 5" du rotor 5 pratiquement aucun courant, grâce à la présence de la bague intermédiaire de court-circuit 13 qui shunte les courants existant dans les conducteurs rotoriques 9' de la première partie 5' du rotor, et également parce que, comme indiqué précé- demment, lefluxissu duchamp statorique ne peut pas traverser radialement la seconde partie 5" du rotor. Il n'existe donc aucun flux rotorique magnéti- sant les t8les 10" de la seconde partie 5", à l'instant de la coupure. Il n'y a donc, juste après la coupure d'alimentation,aucun flux magnétique ré- manent dans ces t8les 10", et aucune force d'attraction ne retient le pla- teau mobile 20, écarté du plateau fixe 26. D'autre part, encore grâce à la présence de la bague intermédiaire de court-circuit 13, la rémanence des t8les 10' de la première partie 5' du rotor ne peut pas se transmettre aux t6les 10" de la seconde partie 5", proches du plateau mobile 20. Dans le cas o l'alimentation du stator est monophaséeavec condensa- teur, ce dernier, après coupure de l'alimentation, maintient certes une a- limentation parasite dans le stator 4, par son énergie emmagasinée, mais le champ statorique fugitif qui en résulte est insuffisant pour retenir le plateau mobile 20, en l'absence de champ rémanent dans la seconde partie 5" du rotor 5. '62348 Sans sortir du cadre de la présente invention, la bague intermédiai- re de court-circuit 13 pourrait s'étendre radialement depuis le diamètre extérieur 8 du rotor 5 jusqu'à l'arbre 16, et l'évidement cylindrique 15 pourrait s'étendre axialement jusqu'à la bague intermédiaire 13, au lieu de se prolonger jusqu'aux t8les]0'. De même, la face radiale 18 des segments magnétiques 17 pourrait être avancée dans le même plan que la face radiale 21 de la seconde bague 12, la face radiale 19 du plateau mobile 20 étant éventuellement reculée d'autant. Le fonctionnement de l'ensemble du moteur-frein resterait inchangé. La présente invention est utilisable en particulier pour réaliserun motoréducteur tubulaire, de diamètre relativement réduit (moins de 90 mm) destiné à être logé notamment dans le tube d'enroulage d'un dispositif de protection solaire, d'un dispositif de fermeture ou d'un treuil. REVENDICATIONS 1. Moteur-frein comprenant un moteur asynchrone (1) à rotor à "cage d'écu- reuil" (5), rotor comportant, d'une part, à ses extrémités opposées, respectivement des première et seconde bagues de court-circuit (11, 12) en matière non magnétique reliées par les conducteurs rotoriques (9), d'autre part une bague intermédiaire de court-circuit (13), en matière non magnétique, séparant une partie (5") du rotor (5), destinée à dévier la partie correspondante du champ radial statorique, en direction du plateau mobile (20) du frein (2), ce plateau mobile, dont une face sen- siblement radiale (19) est disposée vis-à-vis de l'extrémité radiale (21) du rotor (5), étant solidaire en rotation du rotor (5) et déplaça- ble axialement sur l'arbre (16) du rotor pour s'écarter du plateau fixe (28), de frein, contre l'action d'un ressort/ un évidement cylindrique (15) s'étendant axialement depuis la seconde bague (12) jusqu!au moins à la 9"), entre ces deux baguesy.. bague intermédiaire (13), les conducteurs rotoriquesés'tendant radiale- ment depuis le diamètre extérieur (8) du rotor (5) jusqu'à l'évidement cylindrique (15), caractérisé en ce que la bague intermédiaire de court- circuit (13) s'étend radialement depuis le diamètre extérieur (8) du ro- tor (5) jusqu'au moins à l'évidement cylindrique (15), la seconde bague de court-circuit (12) s'étendant radialement depuis l'évidement cylin- drique (15), vers l'extérieur, en laissant subsister, entre le pourtour de cette seconde bague de court-circuit (12) et le diamètre extérieur (8) du rotor (5), des segments d'anneau (17) en matière magnétique, dont la section radiale est suffisante pour que ces segments ne soient jamais saturés lors du démarrage du moteur, et dont la face radiale (18) est disposée vis-à-vis de la face radiale du plateau mobile de frein. 2. Moteur-frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face ra- diale (18) des segments d'anneau (17) en matière magnétique est disposée en retrait par rapport à la face radiale (21) de la seconde bague de court-circuit (12), d'une distance, mesurée axialement, au moins égaleà l'épaisseur (L) de cette seconde bague (12), le plateau mobile (20) du frein (2) ayant sa face radiale active (19) qui est décalée d'une dia- tance au moins égale à l'épaisseur (L), en avant du reste dudit plateau (20) en direction de la face radiale (18) des segments (17), uniquement vis-à-vis de ladite face radiale (18). 3. Moteur-frein selon l'une quelconque des revendications I ou 2, caracté- risé en ce que le rapport entre la section radiale totale des segments (17) en matière magnétique, et la section transversale du rotor (5), di- minuée de celle de l'évidement cylindrique (15), est égal ou supérieur à 0,20.