Brevet FR2607637A1 — publié le 19880603

La présente invention se rapporte à un moteur à frein à disque comprenant un moteur électrique, un électro- aimant, au moins une surface de friction et un disque ou roue de frein qui est en contact, lors du freinage, avec la dite surface de friction. Dans les dispositifs de ce type dans lesquels un moteur électrique est prévu avec un frein à disque électro- magnétique, le moteur électrique, le frein à disque et la bobine d'électro-aimant appartenant au frein à disque s'é- chauffent pendant l'utilisation et ils nécessitent donc un refroidissement. Le refroidissement a été effectué avec des ventilateurs séparés, au moyen desquels on peut refroi- dir le frein à disque seulement superficiellement. La présente invention a pour objet un moteur à frein à disque de type nouveau, beaucoup plus efficace et plus simple. Le moteur à frein à disque suivant l'invention est caractérisé en ce que la roue de frein porte un élément d'aspiration et de soufflage d'air, l'air aspiré par ledit élément étant dirigé de manière à circuler sur la roue de frein tangentiellement à la surface de l'électro-aimant, et l'air soufflé par ledit élément étant dirigé de manière à s'écouler au-delà de la surface de frictionsur la surface du carter du moteur électrique. Le dispositif suivant l'in- vention a donc pour avantages un refroidissement efficace de toutes les parties engendrant de la chaleur et une élimi- nation efficace des résidus d'abrasion,qui sont entraînés par l'air soufflé. Un autre avantage estla conception sim- ple, comportant peu de composants. Un mode préféré de réalisation de l'invention est caractérisé en ce que la roue de frein est composée de deux brides mutuellement entretoisées par deux cloisons, ces élé- ments constituant un ventilateur centrifuge, et en ce que lesdites cloisons ont une direction sensiblement radiale. Par conséquent, l'air de refroidissement peut être dirigé de manière à passer aussi efficacement que possible et de façon spécifique à travers les parties à refroidir, de sor- te que le rendement du refroidissement est très supérieur à celui des dispositifs de l'art antérieur. Un deuxième mode de réalisation de l'invention est caractérisé en ce qu'une des brides de la roue de frein présente un seul grand trou ou plusieurs petits trous pour l'entrée de l'air. Un troisième mode de réalisation de l'invention est caractérisé en ce que le frein à disque est entouré par un capot de guidage d'air qui s'étend en partie sur le moteur électrique. On comprend donc que l'air de refroidissement entrant directement est introduit de manière efficace dans le ventilateur centrifuge à partir duquel il passe ensuite, guidé par le capot de guidage d'air, entre les ailettes de refroidissement du moteur électrique. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du com- plément de description ci-après, qui se réfère aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente le moteur à frein à disque, en élévation et en coupe partielle, la figure 2 représente le moteur à frein à disque, en élévation et en coupe partielle, avec des flèches de circulation d'air et des indications de flux thermique, et la figure 3 représente le moteur à frein à disque de la figure 1, vu de son extrémité comportant le frein à disque et en coupe suivant la ligne III-III de la figure 1. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces dessins et les parties descriptives correspondantes sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'in- vention, dont ils ne constituent en aucune manière une limi- tation. Un flasque 20 du moteur électrique 1 comporte des griffes 15 et des ailettes de refroidissement 28 et il constitue, avec un capot 14 de guidage d'air et des composants principaux 3 à 8 d'un frein à disque 2, le moteur à frein à disque. Les composants principaux du mo- teur à frein à disque sont un arbre 17, un rotor, un sta- tor et un carter de stator 19 muni d'ailettes de refroidis- sement, l'extrémité du carter portant le flasque de moteur 20 pourvu de griffes. Dans les griffes 15 du flasque de mo- teur est enclenché, par poussée axiale, le support 5b de plaque de friction, auquel est fixée une plaque de friction 8b. Des griffes ou indentations, ménagées sur la circonfé- rence de la plaque de friction, s'accouplent avec les grif- fes 15 du flasque de moteur et fixent le support 5b de la plaque de friction de façon non tournante par rapport au flasque 20. Le support de la plaque de friction est appli- qué contre la face d'extrémité 16 du flasque. Le support b de la plaque de friction présente une ouverture plus grande que l'arbre 17 du moteur et à travers laquelle passe l'arbre 17. Sur l'arbre de moteur 17, vers l'extérieur à par- tir de la plaque de friction 8b,est montée une roue de frein en fonte 7, mobile axialement, qui tourne avec l'arbre. La direction vers l'extérieur désigne ici la direction al- lant de la face d'extrémité 16 du flasque de moteur vers le frein à disque. Contre la surface extérieure de la roue de frein 7 est appliquée une plaque de friction 8a, qui est fixée à un support 5a de plaque de friction. Le support 5a de plaque de friction est en outre monté, de façon mobile en direction axiale, sur les griffes du flasque de moteur, de manière analogue au support de plaque de friction 5b. Les supports 5a et 5b des plaques de friction ont des cir- conférences extérieures similaires et une petite force élas- tique s'exerce entre eux de manière à les écarter l'un de l'autre. Dans sa région centrale, le support de plaque de friction 5a présente un grand trou ou plusieurs petits trous permettant le passage de la quantité voulue d'air de refroidissement. Le support de plaque de friction 5a constitue, seul ou en combinaison avec des plaques similaires 5c, une plaque d'armature d'un électro-aimant 4. En dehors de la plaque d'armature 5c est prévu un anneau mince non magné- tique 18 dont la circonférence extérieure ne comporte pas de griffes et dont le diamètre est tel qu'on peut facile- ment monter l'anneau contre la face extérieure de la pla- que d'armature 5c. Le diamètre extérieur de l'anneau 18 est légèrement inférieur au diamètre intérieur défini par les griffes 15 du flasque 20. L'électro-aimant 4 est placé entre la plaque d'armature 5c et une contreplaque 3 et il est appliqué contre les griffes de flasque 15 ou la contre- plaque 3. La plaque d'armature 5c, l'électro-aimant 4 et la contreplaque 3 présentent chacun dans leur partie centrale un grand trou ou plusieurs petits trous de forme optionnelle permettant le passage de la quantité voulue d'air de refroi- sement. L'électro-aimant comporte des trous de guidage 21 pour des ressorts 6 engendrant la force de rappel du frein, les ressorts placés dans ces trous s'appuyant contre l'os- sature de l'électro-aimant ou la contreplaque 3. Les res- sorts 6 poussent la plaque d'armature 5c axialement vers le disque ou la roue de frein 7. Au point o les ressorts agissent, un anneau mince non magnétique 18 est interposé entre la plaque d'armature 5c et les ressorts 6, cet anneau ayant un rayon intérieur plus petit que le rayon exté- rieur de l'anneau 18, la différence représentant au moins le diamètre des ressorts 6. Plus avantageusement, la dif- férence entre le rayon extérieur de l'anneau 18 et son ra- yon intérieur est légèrement supérieure au diamètre des ressorts 6. La contreplaque 3 est fixée au flasque 20 du moteur ou aux griffes 15 du flasque, par exemple au moyen de vis de fixation. Le capot 14 de guidage d'air est fixé du côté extérieur des griffes 15 du flasque de moteur, pour guider le flux d'air, généré par la roue de frein 7, sur les ai- lettes du moteur. La surface cylindrique de la roue de frein présente des ouvertures d'écoulement d'air, définies par exemple conformément à l'espacement de cloisons radiales reliées aux brides 11,12. La bride intérieure 12 de la roue de frein est fixée solidairement au moyeu de la roue de frein qui transmet le couple à l'arbre de moteur 17. Le moyeu de la roue de frein et la bride 12 constituent en combinaison une ossature sensiblement solidaire pour le ventilateur. Les cloisons 10 servent de pales du ventila- teur et, en même temps, elles portent la bride 11. Dans sa partie centrale, la bride 11 présente un grand trou ou plusieurs petits trous 13, pour l'aspiration du flux d'air voulu. Les surfaces extérieures des brides 11 et 12 servent de surfaces de contact avec les surfaces de friction 8a et 8b. Un couple de freinage est engendré lorsque la force des ressorts pousse les surfaces de friction 8a et 8b, fi- xées aux supports de plaque de friction 5a et 5b, contre les brides 11 et 12 de la roue de frein 7. Le couple est transmis à l'arbre 17 par l'intermédiaire du moyeu de la roue de frein et, à partir des supports de plaque de fric- tion 5a et 5b, aux griffes 15 du flasque de moteur. Le cou- ple de freinage agit lorsque l'électro-aimant 4 n'est pas excité. Le couple de freinage cesse d'agir lorsqu'on excite l'électro-aimant 4 de manière à ce que celui-ci attire la plaque d'armature 5c et empêche ainsi la force des ressorts d'agir sur les surfaces de friction 8a et 8b. Lorsque le moteur tourne, la roue de frein 7 tour- ne avec l'arbre 17 de sorte que la roue de frein, du fait de son dessin, engendre un flux d'air 22 qui traverse la contreplaque 3, l'électroaimant 4, la plaque d'armature 5c, le support de plaque de friction 5a et, par l'intermé- diaire des trous d'air ménagés dans la région centrale de la bride 11 de la roue de frein, passe dans la roue de frein 7 o il s'écoule plus loin entre les cloisons 10, les brides 11 et 12 et les brides 15 du flasque de moteur, gui- dé par le capot de guidage d'air 14, jusqu'aux ailettes de refroidissement 9 du moteur 1. Dans le moteur à frein à disque, les sources de chaleur nécessitant un refroidisse- ment sont principalement le moteur électrique, les surfaces de friction qui s'échauffent lors du freinage, et l'électro- aimant. La plus grande partie de l'énergie thermique 23 produite par l'électro-aimant 4 est évacuée par le flux d'air de refroidissement qui touche la surface de l'électro- aimant. De même, la plus grande partie de l'énergie de frei- nage des surfaces de friction 8a et 8b est évacuée sous la forme de chaleur 24 par l'intermédiaire des brides minces 11il et 12 dans l'air de refroidissement qui circule le long de ces dernières. A partir du moteur 1, la chaleur est éva- cuée en partie sous forme de déperdition de chaleur 25 du rotor, par l'intermédiaire de l'arbre 17 et du moyeu de la roue de frein 7 et à travers la bride 12, dans l'air de refroidissement et, pour ses parties principales 26 et 27, par l'intermédiaire du flasque de moteur 20 et du carter de stator 19, dans l'air de refroidissement qui circule le long de ces derniers. Grâce à l'effet de soufflage engendré par le frein à disque, tous les résidus d'abrasion des sur- faces de friction sont entraînés par le flux d'air puissant. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'in- vention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réali- sation et d'application qui viennent d'être décrits de fa- çon plus explicite; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière sans s'écarter du cadre ni de la portée de la présente invention. Par exemple, le frein suivant l'in- vention peut servir de frein de sécurité et dans ce cas la force de rappel engendrant le couple de freinage est cons- tamment active, due par exemple à la force d'un ressort, à la gravité ou à un aimant permanent, et on utilise l'élec- tro-aimant pour relâcher le frein par annulation de la force de rappel. La force de rappel du frein peut également être engendrée par un électroaimant et dans ce cas la régula- tion de la force de rappel est un problème simple et on peut utiliser le frein dans divers entraînements réglés, par exemple pour maintenir une vitesse de rotation constan- te, pour produire une accélération ou une décélération dé- sirées, etc. Dans l'utilisation en entraînement réglé con- tinu, le refroidissement de l'aimant de frein permet d'u- tiliser un aimant de plus petites dimensions, en plus du refroidissement de la surface de friction. Revendications 1. Moteur à frein à disque, comprenant un moteur électrique (1), un électro-aimant (4), au moins une surface de friction (8) et une roue de frein (7) qui est en contact, lors du freinage, avec la surface de friction (8), carac- térisé en ce que la roue de frein (7) comporte un élément d'aspiration et de soufflage d'air, l'air aspiré par ledit élément étant dirigé de manière à circuler tangentiellement à la surface de l'électro-aimant (4) et dans la roue de frein (7), et l'air soufflé par ledit élément étant dirigé de manière à circuler le long de la surface de friction (8) et sur la surface de carter du moteur électrique (1). 2. Moteur à frein à disque suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la roue de frein est cons- tituée de deux brides (11,12) mutuellement entretoisées au moyen de deux cloisons (10), ces composants (10-12) constituant un ventilateur centrifuge, et en ce que les cloisons (10) sont sensiblement radiales. 3. Moteur à frein à disque suivant la revendica- tion 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une bride (11) de la roue de frein présente un grand trou ou plusieurs petits trous (13) pour l'entrée de l'air. 4. Moteur à frein à disque suivant l'une quel- conque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le frein à disque (2) est entouré par un capot de gui- dage d'air (14) s'étendant en partie sur le moteur électri- que (1).