Brevet FR2627913A1 — publié le 19890901

L'invention est relative aux ralentisseurs élec- tromagnétiques destinés à engendrer un couple de frei- nage ou de ralentissement sur un arbre et comportant à cet effet un stator traversé par l'arbre, des moyens de guidage, généralement à roulements, pour centrer l'arbre par rapport au stator tout en permettant ses rotations relatives et un rotor solidarisé avec l'arbre de façon à présenter une face annulaire à proximité d'une face annulaire du stator avec interposition d'un intervalle de faible épaisseur ou "entrefer", l'un des deux ensem- bles rotorique et statorique constituant un inducteur, à bobines de fil électrique, propre à engendrer par son excitation électrique un champ magnétique dans une pièce ferromagnétique annulaire constituant l'induit et com- prise par l'autre ensemble. L'inducteur et l'induit sont conçus de façon telle que leurs déplacements relatifs donnent naissance dans l'induit, lorsque l'inducteur est excité électri- quement, à des courants de Foucault qui ont pour effet à la fois de ralentir le rotor et dénc l'arbre et d'é- chauffer l'induit. Dans les modes de réalisation habituels de ces ralentisseurs, c'est le stator qui constitue l'induc- teur: l'alimentation électrique nécessaire des bobines inductrices est en effet beaucoup plus simple lorsque ces bobines sont fixes, un montage rotatif de ces bobi- nes exigeant le recours à des contacts tournants coteux et difficiles à entretenir pour le passage du courant d'alimentation. Dans ce cas, c'est l'induit qui est rotatif. L'évacuation des calories qui sont engendrées dans cet induit par la création des courants de Foucault fait généralement appel à une ventilation de cet induit rotorique, ce pour quoi l'on prévoit sur celuici un ailetage particulier. C'est alors l'air qui constitue le fluide utili- sé pour ladite évacuation de calories. Il est connu que le refroidissement d'une surfa- ce métallique chaude par balayage de celle-ci à l'aide d'un fluide est beaucoup plus efficace lorsque ce fluide est de l'eau que de l'air. Mais le fait que l'induit soit monté rotatif a pratiquement exclu jusqu'à ce jour l'utilisation de l'eau pour son refroidissement. Dans les rares exemples o un tel refroidisse- ment à l'eau a été envisagé, l'eau était, ou bien proje- tée sur l'induit rotatif à l'aide de buses extérieures, ou bien forcée à circuler dans des canalisations fixes ménagées dans les pièces polaires de l'inducteur à pro- ximité de l'entrefer: aucune de ces formules n'a donné lieu à des réalisations satisfaisantes. L'invention a pour but, entre autres, de propo- ser une construction de ralentisseur électromagnétique qui permette un refroidissement efficace de l'induit par de l'eau. A cet effet les ralentisseurs-électromagnétiques selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce que l'induit fait partie du stator, en ce que l'in- ducteur fait partie du rotor, en ce que l'induit est associé à un circuit de refroidissement par un liquide et en ce que l'alimentation électrique de l'inducteur est assurée à l'aide d'une machine tournante génératrice d'électricité dont le rotor et le stator sont solidari- sés respectivement avec le rotor et le stator du ralen- tisseur, ladite machine étant d'un type à rotor induit, sans balai et excitable par un courant électrique de relativement faible intensité. Dans des modes de réalisation préférés, on a re- cours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions 26279 13 suivantes: - la machine génératrice est un alternateur polyphasé, notamment triphasé, dont la sortie est connectée à l'enroulement inducteur du ralentisseur par l'intermé- diaire d'un redresseur, lequel est monté, avec les composants qu'il relie entre eux, sur le rotor de la machine, - l'inducteur fixe de la machine génératrice est alimen- té par une source de courant continu à travers un cir- cuit de réglage, ce qui permet de régler l'intensité du courant d'excitation de l'inducteur, et par suite l'intensité du courant engendré par la génératrice et finalement le couple de freinage développé par le ra- lentisseur, - le circuit de réglage ci-dessus présente un organe de commande manuelle, - le circuit de réglage ci-dessus est agencé de façon à assurer un réglage progressif et continu de l'intensi- té du courant d'excitation, - l'induit du ralentisseur se présente sous la forme d'un tambour cylindrique entourant l'inducteur du ra- lentisseur et le circuit de refroidissement par liqui- de de l'induit comporte une conduite rapportée direc- tement sur la face extérieure de ce tambour, - les stators du ralentisseur et de la génératrice sont logés à l'intérieur d'un même carter cylindrique, - les rotors du ralentisseur et de la génératrice sont juxtaposés axialement l'un contre l'autre et l'extré- mité axiale, du rotor du ralentisseur, la plus éloi- gnée du rotor de la génératrice, est prolongée axiale- ment par une structure ailetée de ventilation. L'invention comprend, mises à part ces disposi- tions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limita- tive. La figure 1, de ce dessin, montre schématique- ment l'ensemble, établi conformément à l'invention, d'un ralentisseur électromagnétique et de ses moyens d'exci- tation électrique. La figure 2 montre le même ensemble en vue pers- pective, portions arrachées. Le ralentisseur électromagnétique considéré est destiné à ralentir un arbre rotatif qui est notamment celui d'un véhicule, de préférence du type "poids lourd". D'une façon connue en soi, ce ralentisseur com- prend un rotor 2 solidarisé en rotation avec l'arbre 1 et un stator 3 monté sur le châssis qui supporte ledit arbre 1, c'est-à-dire sur le châssis du véhicule pour le mode de réalisation préféré. Mais contrairement à ce qui est habituellement envisagé, c'est ici l'inducteur qui est monté rotatif, l'induit étant fixe. En d'autres termes: - les enroulements ou bobines de fil électrique 4 qui conduisent le courant électrique d'excitation du ra- lentisseur et qui définissent une couronne de pôles inducteurs à polarités alternées de proche en proche font partie du rotor 2, - et la pièce annulaire 5 en matériau ferromagnétique qui constitue l'induit et dans laquelle sont engendrés les courants de Foucault générateurs de freinage et% d'échauffement fait partie du stator 3. Cette pièce 5 peut parfaitement être constituée par au moins un disque, comme bien connu. Dans le mode de réalisation illustré à titre d'exemple sur la figure 2, ladite pièce annulaire 5 est constituée par un tambour cylindrique entourant l'in- ducteur avec interposition d'un entrefer cylindrique E. Comme cette pièce 5 est ici fixe, elle peut être facilement refroidie à l'aide d'un courant de liquide puisqu'il n'est pas nécessaire d'avoir recours à des joints spéciaux destinés à assurer l'étanchéité au ni- veau de raccords entre deux pièces en mouvement relatif. On prévoit à cet effet un circuit de liquide 6 comportant un tronçon 7 qui longe directement la face, de la pièce induite 5, opposée à l'entrefer E. Plus précisément ledit tronçon 7 est ici formé par une canalisation s'étendant selon une hélice autour du tambour 5, canalisation terminée à ses deux extrémi- tés par deux raccords d'entrée 8 et de sortie 9. Pour améliorer l'échange thermique entre le tam- bour 5 et le liquide circulant dans la canalisation 7, on peut prévoir sur la face, du tambour, délimitant une paroi dudit tronçon, des creux ou reliefs tels que des stries annulaires ou hélicoïdales 10. De tels creux ou reliefs peuvent également être prévus sur les autres parois dudit tronçon. Selon une variante, le tronçon de circuit 7 est constitué par une simple chemise d'eau annulaire délimi- tée par deux parois cylindriques coaxiales raccordées entre elles d'une part à leurs extrémités axiales par deux rondelles transversales et d'autre part par une cloison longitudinale radiale séparant l'entrée de la sortie. Le circuit de refroidissement 6 comprend, en plus du tronçon 7, une pompe d'entraînement 11 et un échangeur thermique extérieur 12, tel qu'un radiateur à ailettes, permettant de dissiper vers l'extérieur les calories portées par le liquide en circulation. Ce liquide est avantageusement constitué par de l'eau additionnée d'anti-gel. 26291 i 3 La pompe 11 et l'échangeur 12 peuvent être res- pectivement la pompe à eau et le radiateur qui font par- tie du circuit normal de refroidissement du moteur du véhicule: il est à noter en effet que, lors du fonc- tionnement du ralentisseur, le moteur dégage peu de calories de sorte que ses besoins de refroidissement sont alors réduits. Les axes des bobines 4 qui définissent les pôles inducteurs s'étendent ici radialement autour de l'axe de l'appareil. Cet inducteur étant rotatif, il convient de pré- voir des moyens spéciaux pour alimenter ses bobines 4 en courant électrique. On a recours à cet effet à une machine tournante génératrice d'électricité dont le rotor est solidarisé avec celui 2 du ralentisseur. La demanderesse a en effet observé que, lors- qu'il existe un besoin de ralentir l'arbre 1, celui-ci tourne: cette rotation de l'arbre 1 correspond une énergie inutilisée et, selon la présente invention, on transforme une portion de cette énergie en le courant électrique nécessaire pour alimenter l'inducteur du ra- lentisseur. - On obtient de ce fait à la fois les deux avan- tages suivants: - on alimente l'inducteur du ralentisseur moyennant un apport d'énergie électrique extérieur très faible, cette énergie étant limitée à celle nécessaire à l'a- limentation de l'excitatrice de la génératrice: dans le cas préféré d'un ralentisseur de véhicule, l'éner- gie d'excitation prélevée sur la batterie de ce véhi- cule est de l'ordre de 30 % seulement de celle néces- sitée par l'alimentation du ralentisseur dans les réalisations habituelles et peut même être nettement plus faible, - la génération du courant électrique d'alimentation de l'inducteur du ralentisseur consomme par elle-même une certaine énergie mécanique qui est prélevée sur l'ar- bre à ralentir: cette consommation contribue par elle-même à freiner ledit arbre. Dans le mode de réalisation préféré illustré, la génératrice est un alternateur comportant: - un rotor triphasé 13 constituant l'induit de cet al- ternateur, - et un stator inducteur 14 à pôles multiples entourant le rotor 13 avec un faible jeu formant entrefer e. La liaison électromagnétique entre ce rotor 13 et ce stator 14 est effectuée exclusivement à travers cet entrefer e, sans aucun contact mécanique du type à bague et balai. Les pôles multiples du stator sont créés par une couronne de petits électro-aimants à polarités alternées reliés à une source de courant continu 15 telle que la batterie du véhicule si le ralentisseur considéré équipe un tel véhicule. Cette liaison est effectuée à travers un circuit de réglage 16 permettant de régler à volonté l'intensité du courant d'excitation de l'inducteur 14, et par suite l'intensité du courant électrique engendré par l'alter- nateur, et en définitive le couple de freinage appliqué sur le rotor du ralentisseur et donc sur l'arbre 1. Ce circuit 16 comporte avantageusement un organe de commande manuelle 17. Le courant alternatif recueilli aux bornes du rotor 13 est redressé par un pont approprié 18 avant d'être appliqué sur les bobines 4 du ralentisseur. Bien entendu l'ensemble des composants 18 fait partie du rotor 2 au même titre que les bobines 4 et que l'induit 13. Comme bien visible sur la figure 2, cet induit 13 est solidarisé avec les bobines 4 du ralentisseur, 262Z?913 l'ensemble de ces éléments étant monté sur un même man- chon 19 prolongé intérieurement par un voile transversal lui-même évidé par des trous de fixation 21 et for- mant bride de raccordement à une bride complémentaire (non représentée) solidaire de l'arbre 1. Le stator 14 est, quant à lui, monté à l'inté- rieur d'un manchon fixe 22 délimitant l'extérieur du tronçon de canalisation 7 ci-dessus. Des moyens non représentés, mais à la portée du technicien, et comportant de préférence des roulements, sont prévus pour supporter le rotor 2 et le stator 3 et pour les centrer mutuellement de façon à former entre eux les entrefers annulaires E et & ci-dessus. On voit encore sur la figure 2 une structure ailetée 23 formant ventilateur et rapportée sur l'extré- mité axiale, du rotor 2, la plus éloignée de l'induit 13: cette structure permet d'envoyer un courant d'air de refroidissement entre les bobines 4 du ralentisseur, ce qui contribue à l'évacuation des calories engendrées dans le tambour 5. Le nombre des bobines inductrices 4 et celui des pôles 14 de la génératrice sont de préférence relative- ment élevés, savoir au moins égaux à kouze, pour permet- tre de dégager à l'intérieur de la machine un espace de grand diamètre pour le passage de l'arbre 1 à ralentir: ces nombres sont par exemple respectivement de dix-huit et de vingt-quatre. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'un ralen- tisseur électromagnétique dont la constitution résulte suffisamment de ce qui précède. Le fonctionnement de ce ralentisseur est très facilement commandé par simple excitation de l'inducteur fixe 14 de la génératrice, excitation qui est de préfé- rence commandée à l'aide de l'organe 17. Ledit ralentisseur présente de nombreux avanta- ges par rapport à ceux antérieurement connus, et en par- ticulier les suivants: - le refroidissement de l'induit 5, fixe, du ralentis- seur, par un courant de liquide est extrêmement effi- cace, ce qui permet d'obtenir un excellent couple de ralentissement en régime de croisière étant donné que ce couple est d'autant plus élevé que la température de l'induit demeure plus basse, - l'énergie puisée sur la batterie 15 ou autre source de courant continu est relativement faible vu que cette énergie se limite à celle nécessaire à l'alimentation de l'inducteur 14 de la génératrice, l'alimentation des bobines inductrices 4 du ralentisseur étant inté- gralement engendrée à partir de la rotation de l'arbre 1: dans la pratique, cette énergie prise sur la bat- terie est généralement inférieure au tiers de celle requise pour les réalisations antérieurement connues, - l'excitation du ralentisseur est progressive et conti- nue, ce qui se traduit par une variation semblable du couple de freinage exercée par ledit ralentisseur sur l'arbre à freiner. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réali- sation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celles o la machine tournante génératrice d'électricité serait un'alternateur d'un type polyphasé autre que tri- phase, notamment de type diphasé ou hexaphasé. REVENDICATIONS 1. Ensemble constitué par un ralentisseur élec- tromagnétique destiné à freiner un arbre (1) et par ses moyens d'alimentation électrique, comportant un stator (3) traversé par l'arbre, des moyens de guidage pour centrer l'arbre par rapport au stator tout en permettant ses rotations relatives et un rotor (2) solidarisé avec l'arbre de façon à présenter une face annulaire à proxi- mité d'une face annulaire du stator avec interposition d'un entrefer (E) de faible épaisseur, l'un des deux ensembles rotorique et statorique constituant un induc- teur, à bobines de fil électrique (4), propre à engen- drer par son excitation électrique un champ magnétique dans une pièce ferromagnétique annulaire (5) constituant l'induit et comprise par l'autre ensemble, caractérisé en ce que l'induit (5) fait partie du stator, en ce que l'inducteur (4) fait partie du rotor, en ce que l'induit (5) est associé à un circuit de refroidissement par un liquide (6) et en ce que l'alimentation électrique de l'inducteur (4) est assurée à l'aide d'une machine tour- nante génératrice d'électricité dont le rotor (13) et le stator (14) sont solidarisés respectivement avec le ro- tor (2) et le stator (3) du ralentisseur, ladite machine étant d'un type à rotor induit, sans balai et excitable par un courant électrique de relativement faible inten- sité. 2. Ensemble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la machine génératrice est un alternateur polyphasé, notamment triphasé, dont l'induit rotorique est connecté à l'inducteur (4) du ralentisseur par l'in- termédiaire d'un redresseur (18), lequel est monté, avec les composants qu'il relie entre eux, sur le rotor (2) de l'ensemble. 3. Ensemble selon l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérisé en ce que l'inducteur fixe (14) de la machine génératrice est alimenté par une source de courant continu (15) à travers un circuit de réglage (16), ce qui permet de régler l'intensité du courant d'excitation de l'inducteur, et par suite l'in- tensité du courant engendré par la génératrice et fina- lement le couple de freinage développé par le ralentis- seur. 4. Ensemble selon -la revendication 3, caracté- risé en ce que le circuit de réglage (16) présente un organe de commande manuelle (17). 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendi- cations 3 et 4, caractérisé en ce que le circuit de réglage (16) est agencé de façon à assurer un réglage progressif et continu de l'intensité du courant d'exci- tation. 6. Ensemble selon l'une quelconque des précéden- tes revendications, caractérisé en ce que l'induit (5) du ralentisseur se présente sous la forme d'un tambour cylindrique entourant l'inducteur (4) du ralentisseur et en ce que le circuit de refroidissement par liquide (6) de l'induit comporte une conduite (7) rapportée direc- tement sur la face extérieure de ce tambour. 7. Ensemble selon l'une quelconque des précéden- tes revendications, caractérisé en ce-que les stators (3 et 14) du ralentisseur et de la génératrice sont logés à l'intérieur d'un même carter cylindrique (22). 8. Ensemble selon l'une quelconque des précéden- tes revendications, caractérisé en ce que les rotors (2 et 13) du ralentisseur et de la génératrice sont juxta- posés axialement l'un contre l'autre et en ce que l'ex- trémité axiale, du rotor du ralentisseur, la plus éloi- gnée du rotor de la génératrice, est prolongée axiale- ment par une structure ailetée de ventilation (23). 9. Ensemble selon l'une quelconque des précéden- tes revendications, caractérisé en ce que le nombre des bobines inductrices (4) du ralentisseur et celui des poles inducteurs (14) de la génératrice d'électricité Z627913 sont tous les deux supérieurs ou égaux à douze. 10. Véhicule équipé d'un ensemble selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement par liquide (6,11,12) est le circuit de refroidissement du moteur du véhicule.