Brevet FR2627643A1 — publié le 19890825

Perfectionnements aux rotors induits des ralentisseurs électromaqnétiaues. L'invention est relative aux rotors induits des ralentisseurs électromagnétiques, notamment pour véhi- cules, rotors comprenant au moins un disque en matériau ferromagnétique propre à défiler en regard d'une cou- ronne statorique de pôles électromagnétiques alternati- vement positifs et négatifs dont il n'est séparé que par un entrefer, ce disque étant alors freiné et échauffé du fait de la création de courants de Foucault dans sa masse. Elle vise plus particulièrement, parmi ces ro- tors, ceux pour lesquels la face du disque opposée à l'entrefer est raccordée à une pluralité d'ailettes, chaque ailette s'étendant axialement à partir de ladite face et étant délimitée par deux faces parallèles ou sensiblement telles inclinées sur les rayons correspon- dants, les crêtes de ces ailettes étant raccordées entre elles par une joue annulaire et l'ensemble du disque, des ailettes et de la joue étant constitué en un seul bloc moulé. Elle vise plus particulièrement encore, mais non exclusivement, parmi les rotors considérés, ceux pour lesquels le disque est raccordé à une bague de fixation interne par des bras prolongeant certaines des ailettes, cette bague et ces bras étant, eux aussi, venus de mou- lage avec le disque. L'évacuation des calories engendrées dans le disque d'un tel rotor par les courants de Foucault, lors de la mise en service du ralentisseur équipé de ce ro- tor, se fait essentiellement par conduction, rayonnement et convection à partir du disque, des ailettes et de la joue ainsi que des bras si ceux-ci sont prévus, la con- vection étant fortement renforcée par ventilation: en effet la présence des ailettes fait jouer au rotor un rdle de ventilateur en balayant par un courant d'air de refroidissement les surfaces chaudes à refroidir. Dans les modes de réalisation connus, les ailet- tes sont relativement épaisses et peu nombreuses. En effet les rotors considérés sont généralement fabriqués par un procédé de coulée dans des moules en sable, lequel procédé ne permet pas de réaliser des ailettes d'épaisseur inférieure à 7 mm; en pratique, dans les réalisations connues, les rotors présentant un diamètre extérieur de l'ordre de 500 mm comportent un nombre d'ailettes au maximum égal à 24. On ne pensait pas d'ailleurs qu'il soit opportun de réduire l'épaisseur de ces ailettes et d'augmenter leur nombre pour améliorer le refroidissement du disque. Or un tel refroidissement est vivement recher- ché. On rappelle en effet: - qu'en cours de fonctionnement, le disque peut être porté au rouge, sa température atteignant ou même dépassant une valeur de l'ordre de 700 C, - et que le couple de ralentissement susceptible d'être engendré par le ralentisseur équipé de ce disque est réduit dans une proportion considérable lorsque ce disque s'échauffe. C'est ainsi que ce couple peut décroitre d'une valeur C à une valeur C/3, pour des valeurs données de la vitesse de rotation et de la puissance électrique. consommée, lorsque le disque s'échauffe de la tempéra- ture ambiante à une température de l'ordre de 700' C. L'invention a pour but, surtout, d'améliorer le refroidissement du disque au cours du fonctionnement du ralentisseur et donc d'augmenter la valeur du couple à chaud engendré par cet appareil sans pour autant accroi- tre de façon sensible le couple nécessaire à l'entraîne- ment du ralentisseur. A cet effet, les rotors du genre en question selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce que leurs ailettes sont particulièrement minces, nombreuses et donc rapprochées, l'épaisseur de chaque ailette étant inférieure à 5 mm et la largeur de l'in- tervalle compris entre deux ailettes consécutives, en sa zone la plus étroite, comptée perpendiculairement aux faces en regard des ailettes, étant inférieure à 10 mm. La demanderesse a constaté que, d'une façon sur- prenante, le. refroidissement des rotors ainsi définis au cours de leur fonctionnement était fortement amélioré, et que leur couple de ralentissement à chaud était accru dans une proportion considérable, par rapport aux ralen- tisseurs antérieurement connus: pour un rotor à 64 ailettes conforme à l'invention, ladite augmentation de couple est de l'ordre de 50 % par rapport à un rotor du genre connu à 16 ailettes. Parallèlement la demanderesse a observé qu'il existe depuis peu sur le marché des procédés de coulée de l'acier permettant de réaliser des pièces de géomé- trie complexe et de relativement grandes dimensions comportant des portions de petite épaisseur, savoir inférieure à 7 mm. Ces procédés rendent possible la fabrication industrielle des rotors améliorés du genre défini ci- dessus. Dans des modes de réalisation préférés, on a re- cours en outre & l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: l'épaisseur de chaque ailette est de l'ordre de 3 à 4 mm, - les ailettes sont réunies entre elles à un niveau intermédiaire entre leur base et leur crête par-un anneau mince venu de moulage avec elles, - l'anneau cidessus est plan, - l'épaisseur de l'anneau ci-dessus est de l'ordre de 3 mm, - dans un rotor du genre ci-dessus comportant des bras de raccordement à une bague de fixation, chaque bras prolonge deux ailettes contiguës qui se fondent en lui, - chacune des ailettes est décomposée en plusieurs tron- çons décalés les uns par rapport aux autres et formant une pluralité de couronnes concentriques qui sont tou- tes composées par des nombres identiques de tronçons. 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, l1'on va décrire plusieurs modes de réalisation préférés de l'invention en se réfé- rant aux dessins ci-annexés d'une manière bien entendu non limitative. Les figures 1 et 2, de ces dessins, montrent un rotor de ralentisseur électromagnétique établi confor- mément à l'invention respectivement en demi-vue en bout selon la flèche I de la figure 2 et en demi-coupe axiale selon II-II, figure 1, le stator correspondant étant en outre représenté partiellement en spectre sur la figure 2. Les figures 3 et 4 sont des coupes de la figure 1 respectivement selon III-III et selon IV-IV. Le mot "rotor" utilisé dans le présent texte désigne plus précisément chacun des sous-ensembles mono- blocs 1 qui sont compris par l'ensemble rotorique d'axe X d'un ralentisseur électromagnétique ou à "courants de Foucault" et qui comportent un disque induit 2 en maté- riau ferromagnétique. Comme on le sait, 'un tel disque 2 est solidarisé avec l'arbre 3 à ralentir, tel que l'arbre de transmis- sion d'un véhicule, et il est monté de façon à pouvoir défiler devant le stator 4 du ralentisseur, ou plus pré- cisément devant une couronne de pôles inducteurs 5 alternativement positifs et négatifs faisant partie de ce stator, avec interposition d'un entrefer E, le disque 2 en question étant alors le siège de courants de Foucault qui se traduisent par un freinage et un échauf- fement de ce disque. L'ensemble rotorique du ralentisseur comprend, en plus du rotor ou sous-ensemble défini ci-dessus, le- quel est unique ou de préférence dédoublé symétriquement de part et d'autre du stator, une pièce intermédiaire 6 de révolution autour de l'axe X, telle qu'un manchon, moyeu ou plateau, elle-même fixée, généralement par bou- lonnage, sur l'arbre 3 à ralentir, chaque "rotor' 1 ici considéré étant de son côté fixé par boulonnage sur cette pièce intermédiaire. D'une façon encore connue en soi, chaque rotor 1 comprend, en plus du disque 2, et venues de moulage avec ce disque: - une bague de fixation 7 de diamètre moyen inférieur au diamètre intérieur -du disque 2, percée d'alésages axiaux 8, filetés ou non, destinés à recevoir des bou- lons de fixation de cette bague sur la pièce intermé- diaire 6, - une couronne d'ailettes de ventilation 9 faisant sail- lie sur la face, du disque 2, opposée à sa face desti- née à délimiter l'entrefer E, - une couronne de bras 10 prolongeant vers l'axe X cer- taines des ailettes 9 et raccordés eux-mêmes à la bague 7, - et une jante ou joue annulaire 11 s'étendant en géné- ral parallèlement au disque et reliant les crêtes des ailettes 9 de façon à former entre ces ailettes, le disque et la joue des canaux de guidage 12 pour l'air de ventilation. Les ailettes 9 et les bras 10 sont inclinés et de préférence incurvés vers l'arrière par rapport au sens de rotation R du rotor, si l'on considère les rayons croissants. Les bras 10 sont de préférence axialement cou- dés, comme dans ie mode de réalisation illustré sur la figure 2, de façon à "rentrer" axialement la bague 7 vers l'intérieur du stator et à réduire ainsi l'encom- brement axial de la portion centrale du rotor. Mais lesdits bras 10 pourraient également être "droits", leurs lignes moyennes demeurant alors sensi- blement contenues dans un même plan transversal. Le nombre des bras 10 de chaque rotor est avan- tageusement égal à huit. C'est l'évacuation des calories engendrées dans le disque 2 par la création des courants de Foucault lors des mises en service du ralentisseur que la présen- te invention se propose d'améliorer. A cet effet l'on donne à l'épaisseur des ailet- tes 9 et à leurs écartements mutuels des valeurs beau- coup plus faibles que dans les réalisations connues, ces ailettes étant donc beaucoup plus nombreuses et plus serrées. L'épaisseur en question, qui était de l'ordre de 8 mm dans les réalisations antérieures, est ici infé- rieure à 5 mm et de préférence de l'ordre de 3 à 4 mm alors que l'écartement mutuel de deux ailettes consécu- tives, considéré selon la direction perpendiculaire à ces ailettes, à l'endroit le plus étroit de l'intervalle compris entre lesdites ailettes, écartement qui était supérieur à 15 mm dans les réalisations antérieures, est ici inférieur à 10 mm et de préférence de l'ordre de 5 mm. Le nombre qui en résulte pour les ailettes est beaucoup plus élevé que précédemment; c'est ainsi que, pour un rotor dont le diamètre extérieur est de l'ordre de 50 cm, ledit nombre est par exemple égal à 64, comme dans la réalisation illustrée, alors qu'il était anté- rieurement au plus égal à 24. Les bras 10 qui relient le disque aileté à la bague de fixation 7 sont plus épais que les ailettes 9. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, chaque bras 10 prolonge deux ailettes consécu- tives 9 qui se fondent en ces bras: l'épaisseur desdits bras est un peu inférieure au total des épaisseurs.de deux ailettes et de l'intervalle qui sépare ces derniè- res, étant notamment de l'ordre de 12 mm. Dans ledit mode de réalisation illustré, on trouve en outre au milieu de la hauteur axiale des ailettes, c'est-à-dire à mi-chemin entre le disque 2 et la joue 11, un anneau plan 13 qui entretoise lesdites ailettes et est venu de moulage avec elles. Cet anneau 13 est de préférence délimité par deux pians transversaux très rapprochés, leur écartement --qui définit l'épaisseur axiale de l'anneau-étant de préférence de l'ordre de 3 mm. Comme on le voit sur les figures 2 et 3, les différents canaux 12 délimités pour l'air de ventilation par le disque 2, la joue 11, l'anneau 13 et les ailettes 9 sont étroits et rapprochés et se succèdent en étant juxtaposés non seulement selon une direction circonfé- rentielle, mais aussi selon la direction axiale, à la façon d'un faisceau de canaux à section quadrillée ou de nids d'abeilles. Comme visible sur la figure 3, la joue 11 est aussi mince que l'anneau 13, son épaisseur axiale étant avantageusement de l'ordre de 3 mm. Avec un rotor agencé de la manière décrite ci- dessus et illustrée sur les dessins, le refroidissement du disque est fortement amélioré et l'accroissement du couple de ralentissement résultant de cette améliora- tion, lorsque le ralentisseur est chaud et fonctionne à un régime de croisière, est considérable, cet accrois- sement pouvant atteindre et dépasser 50 % dudit couple pour les valeurs numériques explicitées ci-dessus. 262?643 Pour ce qui est du procédé de fabrication des rotors ci-dessus décrits, on a avantageusement recours à un procédé de moulage de précision mettant en oeuvre un modèle perdu tel que celui diffusé sous l'appellation POLYCERAM par la Société "Fonderies et Aciers de Bourges". Selon ce procédé, le modèle perdu est formé en comprimant dans une boite à modèle, représentant en né- gatif la pièce à produire, des billes de polystyrène expansé, puis en y injectant de la cire, puis en revê- tant le modèle ainsi formé d'une mince carapace cérami- que par trempage dans une barbotine appropriée et en durcissant ladite carapace par une cuisson au four, la- quelle élimine ledit modèle lui-même par combustion. La carapace ainsi durcie est ensuite placée dans un châssis rempli de sable sec avant de recevoir l'acier liquide. En suite de quoi et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'un rotor dont la constitution et les avantages (notamment la nette amélioration du refroidissement et, par suite, l'accroissement considérable du couple de ralentissement à chaud), résultent suffisamment de ce qui précède. 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 chacune des ailettes serait décomposée en plu- sieurs tronçons décalés les uns par rapport aux autres 30. et formant une pluralité de couronnes concentriques qui sont toutes composées par des nombres identiques de tronçons. 9 - REVENDICATIONS 1. Rotor induit de ralentisseur électromagné- tique, comprenant au moins un disque (2) prolongé axialement sur l'une de ses faces par une pluralité d'ailettes (9), chaque ailette étant délimitée par deux faces parallèles ou sensiblement telles inclinées sur les rayons correspondants, les crêtes de ces ailettes étant raccordées entre elles par une joue annulaire'(11) et l'ensemble du disque, des ailettes et de la joue étant constitué en un seul bloc moulé en matériau ferro- magnétique, caractérisé en ce que les ailettes (9) sont particulièrement minces, nombreuses et donc rapprochées, l'épaisseur de chaque ailette étant inférieure à 5 mm et la largeur de l'intervalle compris entre deux ailettes consécutives, en sa zone la plus étroite, comptée per- pendiculairement aux faces en regard des ailettes, étant inférieure à 10 mm. 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre des ailettes (9) est supérieur à 24. 3. Rotor selon la revendication 2, caractérisé en ce que le nombre des ailettes (9) est égal à 64. 4. Rotor selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque ailette (9) est de l'ordre de 3 à 4-mm. 5. Rotor selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les ailettes (9) sont réunies entre elles à un niveau intermédiaire entre leur base et leur crête par un anneau mince (13) venu de moulage avec elles. 6. Rotor selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'anneau (13)-est plan. 7. Rotor selon l'une quelconque des revendica- tions 5 et 6, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'anneau (13) est de l'ordre de 3 mm. 8. Rotor selon l'une quelconque des précédentes revendications, comportant des bras de raccordement (10) à une bague de fixation (7), caractérisé en ce que cha- que bras prolonge deux ailettes contiguës (9) qui se fondent en lui. 9. Rotor selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que chacune des ailet- tes (9) est décomposée en plusieurs tronçons décalés les uns par rapport aux autres et formant une pluralité de couronnes concentriques qui sont toutes composées par des nombres identiques de tronçons. 10. Rotor selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que le disque (2) est raccordé à une bague de fixation interne (7) par des bras (10) prolongeant certaines des ailettes (9), cette bague et ces bras étant venus de moulage avec le disque.