Brevet FR2624419A1 — publié le 19890616

Y'- 2624419 DISQUE d'ACCOUPLEMENT ELECTROMAGNETIQUE ET METHODE DE FABRICATION DE CELUI-CI 1 La présente invention concerne des disques d'accouplement multipolairesdu type utilisé dans un accouplement électromagnétique tel qu'un frein ou un embrayage électromagnétique. Le disque d'accouplement peut faire partie d'un champ rotatif ou non rotatif ou peut être une armature rotative ou non rotative. Un accouplement électromagnétique typique a été décrit dans le brevet US 4,187,939 et,dans ce cas particulier, l'accouplement est un embrayage électromagnéti- que ayant un disque d'armature rotatif réalisé en matériau magnétique tel que de l'acier et ayant un champ avec un disque d'accouplement rotatif ou un rotor, qui est également réalisé en matériau magnétique.Quand la bobine de champ est excitée, le flux magnétique passe entre le rotor et l'armature axialement opposée et attire l'armature qui vient au contact du rotor afin d'accoupler les deux pièces et de provoquer leur rotation d'ensemble. - Dans l'accouplement décrit dans ledit brevet,. l'armature est constituée d'une bague à encochesde type "banane" espacées angulairement, tandis que le rotor est formé de deux bagues concentriques avec des encoches du type "banane" espacées angulairement situées sur les faces opposées de la bague des encoches dans l'armature. Les encoches de type banane constituent des entrefers à réluctance élevée, si bien que le rotor et l'armature 1 définissent quatre pôles magnétiques qui augmentent le couple d'un accouplement de diamètre donné. Si l'on forme une bague supplémentaire à encoches dans le rotor et dans l'armature, l'accouplement peut être réalisé sous forme d'un accouplement hexapolaire,avec la possibilité de transmettre un couple encore plus important. Jusqu'à tout récemment, les encoches de type banane étaient classiquement estampées dans le rotor et l'armature. Les techniques d'estampage actuellement disponibles sont telles que, d'une manière générale, la largeur radiale des encoches ne peut pas être notablement inférieure à environ les 3/4 de l'épaisseur du disque. Par conséquent, on rencontre des difficultés pour estamper des bagues à encochesmultiples dans un disque relativement épais et qui présente un diamètre relativement faible. D'autre part, l'estampage des encoches laisse des bavures sur les arêtes de celles-ci et tend à imposer des restrictions quant à l'emplacement des encoches dans le disque. La conception du disque a donc tendance à être dictée par des considérations d'outillage plutôt que par les caractéristiques magnétiques. Une méthode en variante pour réaliser les encoches dans le rotor et l'armature afin d'obtenir des entrefers à réluctance élevée consiste à usiner des canaux dans le disque, puis à les remplir de matériau non magn6tique de façon À définir des barrières à réluctance élevée entre les pôles. Par la suite, le disque est usiné pour enlever les fonds des canaux magnétiques et pour éliminer les lignes de fuite de flux qui seraient créées sinon à travers les fonds des canaux. Cette méthode de fabrication est relativement coûteuse et le devient encore davantage lorsque chaque disque est réalisé avec deux ou plusieurs bagues à réluctance élevée. La réalisation des encoches dans un disque d'accouplement en utilisant un faisceau laser a été décrite 1 dans le brevet US 4.685,202. Dans le procédé décrit par cette demande de brevet, le faisceau laser crée des fentes continues qui sont immédiatement remplies par un matériau non magnétique. En variante, le procédé vise également à former des fentes de type banane angulairement espacées et séparées par des ponts non magnétiques qui sont obtenus en remplissant les espaces entre les fentes au moyen d'un matériau non magnétique. Les procédés décrits dans le brevet précité apportent des améliorations remarquables à la technique de fabrication des disques d'accouplement magnétique. Toutefois, ces méthodes présentent encore certaines limitations. Par exemple, la formation d'encoches de largeur radiale notable nécessite l'utilisation d'un laser très puissant ayant un faisceau de diamètre notable. En outre, le remplissage des encoches ou de parties de celles- ci impose certaines restrictions quant à la forme de la section transversale et/ou à l'orientation des encoches. La présente invention a pour objet de proposer un procédé nouveau et amélioré pour fabriquer un disque d'accouplement magnétique, en utilisant un laser qui, bien qu'il soit de puissance relativement faible, est capable de découper des encoches relativement larges dans le disque. Un autre objet de la présente invention est de présenter un procédé permettant de former facilement des encoches chanfreinées ou suivant un certain angle, qui traversent le disque d'accouplement afin de choisir en toute libarté les caractéristiques magnétiques du disque. Un autre objet encore est de proposer un procédé pour réaliser des encoches dans le disque d'accouplement en des endroits ou ceci était antérieurement impossible, du moins en cas de production en grande série. Conformément à la présente invention, il est prévu un procédé pour former un disque d'accouplement multipolaire 1 pour un accouplement électromagnétique, ledit procédé comprenant les étapes de préparer un disque en matériau magnétique, de diriger un faisceau laser simple vers une face de ce disque à un endroit entre le centre du disque et sa périphérie extérieure et d'effectuer un mouvement relatif entre ce disque le ledit faisceau laser afin que le faisceau laser chauffe le disque et forme plusieurs encoches angulairement espacées qui traversent complètement ce disque, ledit mouvement relatif étant effectué de façon à ce que ledit faisceau laser simple suive un trajet continu et multidirectionnel qui s'étend complètement autour des bords de chaque encoche et qui forme ladite encoche en découpant un morceau de matière dans le disque, lesdites encoches étant disposées vers l'intérieur de la périphérie de ce disque. On prévoit également un disque pour accouplement magnétique ayant des encoches dont les parois sont dispos6es obliquement, ce qui a pour effet de moduler le couple que l'accouplement peut transmettre dynamiquement lorsque l'usure de l'accouplement progresse. Ces objectifs et avantages propres à la présente invention, et d'autres encore, apparaîtront plus clairement à l'examen de la description détaillée ci-après, en combinaison avec les figures en annexe, qui représentent respectivement: La figure 1, une vue en perspective montrant un type de disque d'accouplement dans lequel les encoches sont réalisées grâce au procédé nouveau et amélioré de la présente invention. La figure 2, une coupe transversale prise suivant la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 3, une vue en plan schématique montrant une encoche réalisée par le procédé de la présente invention. Les figures 4, 5 et 6, des vues en coupe transversale de trois types différents de disques 1 d'accouplement réalisés grâce au procédé de la présente invention. Les figures représentent le procédé de la présente invention utilisé pour réaliser un disque d'accouplement 10 à utiliser dans un accouplement électromagnétique tel qu'un frein ou un embrayage électromagnétique. Bien que le disque puisse être une armature, il est représenté ici comme constituant un élément d'un rotor d'embrayage 11 qui peut être,par exemple, du type décrit dans le brevet américain précité 4, 187,939. Dans ce cas particulier, le rotor présente une forme circulaire et comprend une bride extérieure 12 s'étendant axialement et un moyeu intérieur 13 s'étendant axialement, qui est réalisé de préférence d'une pièce avec une face 14 (figure 4) du disque 10.La face opposée 15 du disque- constitue la face de travail du rotor 11 et est conçue pour venir en contact à frottement avec l'armature 17 de l'embrayage. Comme c'est le cas, d'une manière générale, le rotor est réalisé en un matériau magnétique à faible réluctance tel que l'acier AISI 1010. Le rotor particulier 11, qui est représenté aux figures 1 à 4, fait partie d'un embrayage hexapolaire et le disque 10 comprend donc trois bagues concentriques de barrière 20, qui sont non magnétiques. Dans le présent cas, les barrières non magnétiques sont définies par des rangées ou des bagues écartées radialement à encoches écartées régulièrement. Un pale magnétique est défini par la surface du disque située à l'intérieur de la bague d'encoche intérieure, deux pôles étant définis par la surface entre la bague intérieure et la bague intermédiaire et deux pales supplémentaires étant définis par la surface entre la bague intermédiaire et la bague extérieure et le sixième pôle étant défini par la surface située à l'extérieur de la bague extérieure. 1 Les encoches 20 de chaque bague sont séparées l'une de l'autre par des ponts magnétiques 21 écartés angulairement les uns des autres et qui sont laissés entre les encoches afin d'assurer la cohésion structurelle du disque 10. Chaque encoche est du type appelé couramment à "banane" vu que chaque encoche présente une forme telle qu'elle présente un côté intérieur allongé et arqué(fig.3), un côté extérieur concentrique et allongé 23 et deux extrémités arrondies 24. Conformément à un aspect de la présente invention, les encoches 20 sont réalisées dans le disque 10 au moyen d'un faisceau laser 25 qui se déplace autour du périmètre de chaque encoche et forme l'encoche en découpant un morceau d'acier dans le disque. Du fait que le faisceau laser découpe la matière autour du périmètre de l'encoche, on peut réaliser des encoches relativement larges avec un faisceau laser de diamètre relativement faible et, en outre, les extrémités arrondies 24 des encoches peuvent être réalisées avec une forme précise. La figure 3 représente schématiquement un procédé pour former chaque encoche 20. Le faisceau laser 25 est représenté alors qu'il est dirigé vers le bas, contre la face non-travaillante 14 du disque 10, au moyen d'une pointe de focalisation 26 (21) située à l'extrémité inférieure de la tête de laser 27, quoique le faisceau puisse être envoyé vers la face travaillante 15. Le rotor 11 et la tête de laser sont conçus de manière à se déplacer d'un mouvement relatif l'un par rapport à l'autre,defaçon à ce que le faisceau 25 se déplace autour du périmètre de chaque encoche 20, comme le montre la figure 3 et que, dans ce cas particulier, ce mouvement relatif soit effectué avec déplacement physique de la tête de laser 27. Il est toutefois bien entendu que la tête de laser 27 peut être maintenue en position fixe et que le rotor 11 peut se déplacer de façon à ce que le faisceau 25 trace l'encoche 20. 1 Bien que le découpage puisse commencer en tout endroit donné le long de l'encoche 20, on supposera, pour faciliter l'explication, que le découpage commence à une extrémité du bord intérieur 22 de l'encoche. Par conséquent, le faisceau se déplace suivant un trajet en arc dans une direction le long du bord intérieur 22 et, quand il a atteint l'autre extrémité de ce bord, il se déplace d'un mouvement généralement radial vers l'extérieur, mais en suivant un trajet incurvé, de façon à former une extrémité arrondie 24 de l'encoche. Ensuite, le faisceau se déplace en sens inverse suivant un trajet en arc, le long du bord extérieur 23 de l'encoche. Le découpage est terminé en déplaçant le faisceau d'un mouvement généralement radial vers l'intérieur, suivant un trajet incurvé, vers le point de départ et de façon à former l'autre extrémité arrondie 24 de l'encoche. Le générateur laser présente une puissance relativement faible et crée un faisceau focalisé 25 ayant un très faible diamètre, de l'ordre de 0,25 à 0,50 mm. Par conséquent, la découpe pratiquée par le laser le long des bords 22 et 23 et aux extrémités 24 de l'encoche 20 est très étroite. Pour que le découpage sur le périmètre soit efficace, l'encoche doit avoir une largeur radiale d'au moins 1,25 mm, afin d'éviter que le faisceau laser 25 ne surchauffe et ne déforme un bord de l'encoche pendant que le faisceau découpe le long de l'autre bord de l'encoche. Bien entendu, la largeur maximale de l'encoche est virtuellement illimitée, vu que le découpage effectué par le faisceau autour du périmètre de l'encoche découpe celle-ci plutôt que de former l'encoche en une seule passe. Si l'encoche a une largeur de 1,25 mm ou davantage, on obtient un morceau de métal qui tombe du disque 10 à l'achèvement du découpage ou quasi à ce moment. Dans certains cas, le morceau de métal peut être si petit qu'il est consommé au cours de l'opération de 1 d6coupage. Le découpage du périmètre des encoches 20 ne permet pas seulement d'utiliser un laser de faible puissance, mais permet également de réaliser avec plus de précision les extrémités arrondies 24 de chaque encoche que ce ne serait le cas si l'encoche était obtenue en une seule passe du laser. Le mouvement du faisceau étroit autour des extrémités de l'encoche peut être contrôlé avec précision, de façon à ce que les extrémités soient découpées nettement. Le découpage net aux extrémités des encoches réduit le danger que les ponts 21 ne se rompent préatur&rent sous l'effet des efforts de fatigue. Comme les extrémités 24 sont quasi parfaitement réalisées, les ponts 21 peuvent être constitués de façon à ce qu'ils aient une dimension circonférencielle plus étroite, ce qui réduit les fuites de flux à travers ces ponts et qui diminue le poids du rotor 11. Des encoches avec des extrémités essentiellement droites peuvent également être réalisées avec le présent procédé. La méthode de formation des encoches décrite ci-dessus permet d'obtenir des disques d'accouplement uniques 10,dont les caractéristiques magnétiques peuvent être conçues sur mesure, d'une manière qui serait irréalisable avec les techniques antérieures, du moins en production à grande vitesse. A titre d'exemple, la figure 4 représente une section transversale dans un rotor hexapolaire 11 ayant un disque d'accouplement circulaire , avec une bride extérieure 12 s'étendant axialement et conçu pour fonctionner avec un disque d'armature 17 qui, dans le présent cas, est constitué de trois rangées d'encoches type banane 35 écartées angulairement, dont les axes s'étendant axialement sont parallèles à l'axe du rotor et de l'armature. Conformément à l'invention, les encoches type banane 20 du rotor 11 sont découpées par le faisceau laser suivant des angles obliques (par exemple, un angle A 1 compris en 10 et 300) par rapport à l'axe du rotor, comme le montre la figure 4. Les parois latérales intérieures et extérieures 22 et 23 des encoches sont concentriques mais sont inclinées suivant des angles obliques A. Du fait que les encoches de rotor 20 sont inclinées, la distance radiale entre chaque encoche de rotor et l'encoche d'armature voisine se modifie lorsque le disque de rotor s'use et que la largeur de l'entrefer entre le disque de rotor et l'armature 17 augmente. Ceci provoque une modification de la largeur radiale effective des pôles magnétiques et permet de moduler le couple dynamique de l'embrayage lorsque celui-ci s'use. La figure 4 représente également un avantage important résultant de la formation des encoches 20 à l'aide d'un découpage au laser. Comme on le voit, les encoches 20 de la rangée la plus extérieure s'étendent directement à travers la jonction entre le disque 10 et la bride 12. Ceci permet qu'une face polaire 36 soit située à l'extérieur de la jonction, entre le disque 10 et la bride 12 et, ce qui est plus important encore, ceci permet que la face polaire suivante 37 soit située immédiatement à proximité de la jonction. Par conséquent, on peut obtenir un disque de diamètre relativement faible avec un nombre de pôles relativement grand. Un disque 10', qui est préféré pour réaliser la modulation efficace du couple au cours de la progression de l'usure est représenté à la figure 5. Dans ce cas, chacune des encoches 20' comprend des parois intérieures et extérieures 22' et 23' qui sont inclinées suivant des angles obliques de façon à converger symétriquement l'une vers l'autre lorsque l'encoche progresse de la face non travaillante 14' du disque vers-la face travaillante 15' de celui-ci. Grace à cette disposition, les encoches 20' ont une largeur radiale qui augmente, tandis que les faces polaires entre les encoches voient leur largeur 26 2 4 4 1 9 1 radiale diminuer lorsque le disque 10' s'use et que l'entrefer entre le disque et l'armature 17 devient plus grand. De cette manière, le couple de l'embrayage est modulé de façon à réduire la tendance du couple à être excessif au cours du contact initial de l'armature contre le disque de rotor. La figure 5 montre également que les encoches 20' de la rangée extérieure sont situées à proximité immédiate de la jonction du disque 10' et de la bride 12', cette disposition étant possible du fait que les encoches sont découpées au laser plutôt que d'ktre estampées. Dans ce cas, le faisceau laser est orienté vers la face travaillante 15' du disque 10' et permet de former les encoches avec une section transversale biseautée, vu que le faisceau laser 25 tend à enlever plus de matière de la face travaillante 15' que de la face non travaillante 14'. Les encoches peuvent présenter un biseautage inverse, comme le montre la figure 6, dans laquelle les parois latérales 22" et 23" des encoches 20" convergent les unes vers les autres quand on s'écarte de la face travaillante 15" du disque 10" vers la face non travaillante 14". Cette disposition permet donc de modifier le couple dynamique de l'embrayage lorsque l'embrayage s'use, et cette disposition est généralement obtenue en orientant le faisceau laser vers la face non travaillante 14" du disque 10". 1 1 REVENDICATIONS 1 R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour former un disque d'accouplement multipolaire d'un accouplement électromagnétique ledit procédé comprenant les étapes de préparer un disque en matériau magnétique, de diriger un -faisceau laser simple vers une face du dit disque à un endroit entre le centre du disque et la périphérie extérieure de celui-ci et d'effectuer un mouvement relatif entre ledit disque et ledit faisceau laser de façon à ce que ledit faisceau laser chauffe le disque et forme plusieurs encoches angulairement écartées et traversant complètement ce disque, ledit mouvement relatif étant effectué de façon à ce que ledit faisceau laser simple suive un trajet continu et multidirectionnel qui parcourt entièrement les bords de chaque encoche et de façon à former ladite encoche en découpant un morceau de métal dans le disque, lesdites encoches étant disposées à l'intérieur de la périphérie extérieure de ce disque. 2. Procédé tel que défini à la revendication 1, dans lequel lesdites encoches sont allongées angulairement et sont situées sur plusieurs rangées radialement espacées, ledit mouvement relatif entre ledit disque et ledit faisceau laser étant effectué de façon à ce que ledit faisceau laser suive un trajet s'étendant angulairement, qui progresse dans une direction le long d'un bord allongé de chaque encoche, puis suive un trajet -s'étendant généralement dans le sens radial le long d'une extrémité de cette encoche, puis suive un trajet s'étendant angulairement qui progresse le long de l'autre bord allongé de l'encoche dans une direction opposée à ladite direction et qui suit ensuite un trajet s'étendant généralement en direction radiale le long de l'autre extrémité de l'encoche. 3. Procédé selon la revendication 2,dans lequel 1 ledit mouvement relatif est effectué de façon à ce que les bords allongés de chaque encoche présentent une forme en arc et que les extrémités de chaque encoche soient arrondies. 4. Disque d'accouplement multipolaire pour un accouplement électromagnétique, ledit disque (10) étant réalis6 en matériau magnétique et ayant un axe central, les encoches étant formées à travers ce disque, lesdites encoches(20) étant définies par des parois (22, 23) qui sont inclinées obliquement par rapport au dit axe central et à travers toute l'épaisseur du disque (10). 5. Accouplement multipolaire selon la revendication 4, dans lequel lesdites encoches sont définies par des rangées radialement espacées d'encoches écartées angulairement (20). 6. Accouplement multipolaire selon la revendication 5, dans lequel les parois obliquement inclinées (22, 23) de chaque encoche (20) sont essentiellement concentriques l'une par rapport à l'autre. 7. Accouplement multipolaire selon la revendication 5, dans lequel les parois obliquement inclinées (22', 23') de chaque encoche (20) convergent continuellement l'une vers l'autre. 8. Accouplement multipolaire selon la revendication 7, dans lequel le disque (10") comprend une face travaillante (15") et une face non travaillante(14"), les parois (223, 23") de chaque encoche (20") convergeant l'une vers l'autre lorsque les parois progressent depuis ladite face travaillante (15") vers ladite face non travaillante (14"). 9. Accouplement multipolaire selon la revendication 7, dans lequel ledit disque (10') comprend une face travaillante (14") et une face non travaillante (15'), les parois (22', 23') de chaque encoche (20') convergeant l'une vers l'autre lorsque les parois (22', 1 23') progressent depuis ladite face non travaillante(14') vers ladite face travaillante (15'). 10. Accouplement multipolaire selon la revendication 5, comprenant en outre une bride (12) s'étendant axialement et réalisée d'une pièce avec la périphérie extérieure du disque (10), les encoches de la rangée la plus extérieure des encoches (20) s'étendant à travers ledit disque (10) essentiellement à la jonction du dit disque (10) avec ladite bride (20'). 11. Accouplement multipolaire selon la revendication 10, dans lequel les parois obliquement inclinées (22, 23) de chaque encoche (20) de ladite rangée la plus extérieure sont essentiellement concentriques les unes par rapport aux autres.