Brevet FR2669161A1 — publié le 19920515

i Perfectionnements aux rotors induits des ralentisseurs électromacnétiques et à leurs procédés et dispositifs de fabrication. 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 en matériau ferromagnétique. Chaque ailette peut s'étendre d'un seul tenant continu depuis un bord interne situé au voisinage de la surface cylindrique contenant le bord interne du disque à un bord externe situé au voisinage de la surface cylindrique contenant le bord externe de ce disque. Mais dans des modes de réalisation avantageux faisant l'objet du brevet FRANCE né 85 10654 de la de- manderesse, chaque ailette est décomposée en plusieurs tronçons ou ailettes élémentaires qui peuvent être déca- lés transversalement les uns des autres par rapport aux trajectoires de l'air de ventilation de façon à amélio- rer la turbulence de cet air sans augmenter de façon gênante les pertes de charge, les différentes ailettes élémentaires étant alors de préférence régulièrement réparties selon des "couronnes" concentriques. L'invention vise également les procédés et dis- positifs de fabrication des rotors considérés. 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, la convection étant fortement renforcée par venti- lation: en effet la présence des ailettes fait jouer au rotor un rôle de ventilateur en balayant par un courant d'air de refroidissement les surfaces chaudes à refroi- dir. 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 identiques égal à 8 ou 16 et au maxi- mum à 24 pour chaque "couronne" considérée. Pour augmenter la capacité d'évacuation calori- fique d'un tel rotor de ralentisseur, et donc augmenter la valeur du couple à chaud engendré par cet appareil, sans pour autant accroître de façon sensible le couple nécessaire à l'entraînement du rotor, on a proposé d'augmenter le nombre d'ailettes comprises dans chaque "couronne" d'ailettes et donc de réduire l'épaisseur de ces ailettes. Une telle formule a été présentée dans le brevet FRANCE né 88 02125 de la demanderesse, formule permet- tant de réaliser des ailettes identiques particulière- ment minces, rapprochées et nombreuses, leur épaisseur étant inférieure à 5 mm, leur écartement moyen étant inférieur à 10 mm et leur nombre étant supérieur à 24, et notamment égal à 64 pour chaque "couronne" considé- rée. Cette formule permet d'améliorer l'évacuation des calories et donc le rendement à chaud du ralentis- seur. Mais elle suppose la mise en oeuvre d'un procédé de moulage de précision à modèle perdu qui est relative- ment onéreux. L'invention a pour but, surtout, de remédier à cet inconvénient, c'est-àdire d'obtenir de manière relativement économique un rotor présentant un nombre élevé d'ailettes particulièrement minces et rapprochées de façon à améliorer le refroidissement du ralentisseur correspondant, et donc le couple de freinage qu'il en- gendre. A cet effet, les rotors du genre en question selon l'invention sont essentiellement caractérisés en ce qu'ils comprennent, entre le disque et la joue, en plus d'ailettes relativement épaisses, espacées et peu nombreuses venues de moulage avec le disque et la joue, une pluralité de plaquettes indépendantes thermiquement conductrices s'étendant parallèlement à l'axe du rotor et dont les tranches terminales axiales sont encastrées sur une petite profondeur dans respectivement les deux faces transversales en regard du disque et de la joue. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des disposi- tions suivantes: les plaquettes sont inclinées en chacun de leurs points, sur les rayons du rotor qui passent en ces points, d'angles sensiblement égaux aux angles d'in- clinaison, sur les rayons correspondants, des portions d'ailettes qui encadrent circonférentiellement ces pla- quettes, chaque plaquette s'étend seulement sur une fraction de l'étendue radiale du disque, la fraction selon l'alinéa précédent est com- prise entre le quart et la moitié, limites incluses, chaque plaquette présente une épaisseur cons- tante, les plaquettes sont incurvées semblablement aux ailettes qui les encadrent circonférentiellement, chaque ailette est formée de plusieurs tron- çons distincts, chaque ailette comprend un tronçon interne et un tronçon externe situés dans le prolongement l'un de l'autre, les plaquettes sont réparties de façon à for- mer autour de l'axe du rotor des couronnes de plaquettes identiques, équidistantes et inclinées semblablement sur les rayons correspondants, dans un rotor selon les deux alinéas précé- dents, le nombre des couronnes de plaquettes concentri- ques est égal à trois, la couronne intérieure et la cou- ronne extérieure sont toutes deux interrompues au niveau des tronçons d'ailettes qui traversent respectivement ces deux couronnes, et la couronne intermédiaire s'étend sur toute la périphérie du rotor en traversant les ai- lettes au niveau des intervalles compris entre leurs tronçons constitutifs, chaque plaquette est constituée par plusieurs feuilles accolées dont l'une au moins est constituée en un matériau bon conducteur thermique et dont une autre au moins est constituée en un matériau mécaniquement ré- sistant. Pour ce qui est du procédé de fabrication des rotors considérés, on procède avantageusement comme suit on commence par fabriquer des noyaux en sable dans chacun desquels sont noyées plusieurs plaquettes, en leurs emplacements respectifs qu'elles sont destinées à occuper dans le rotor terminé, les tranches opposées, de ces plaquettes, destinées à être encastrées dans le disque et dans la joue, faisant saillie hors dudit noyau sur une longueur égale à la profondeur désirée d'encas- trement, et on met en place ces noyaux dans le moule destiné à la fabrication du rotor avant coulée du matériau ferromagnétique liquide dans ce moule. Pour ce qui est enfin des dispositifs de fabrication des noyaux ci-dessus, ceux-ci comprennent avantageusement: une boîte à noyau associée à un couvercle et à des moyens d'injection de sable, boîte dont le fond présente une forme identique à celle désirée pour la face, du disque du rotor terminé, délimitant l'un des compartiments de ce rotor disposé entre deux ailettes consécutives, ledit fond étant évidé par des gorges propres à recevoir les tranches en regard des plaquettes concernées, une plaque ajourée de façon à être traversée de manière quasi jointive par lesdites plaquettes et reposant initialement sur le fond de la boîte, et des poussoirs logés dans ce fond permet- tant de déplacer la plaque ajourée, le long des pla- quettes, depuis le fond de la boîte jusqu'à la face intérieure du couvercle de cette boîte, après mise en place de chaque plaquette dans le logement constitué par une gorge et par le jour contigu de la plaque ajourée. 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 quelques modes de réalisation préférés de l'invention en se référant aux dessins ci-annexés d'une manière bien entendu non35 limitative. Les figures 1 et 2, de ces dessins, montrent un rotor de ralentisseur électromagnétique établi confor- mément à l'invention, respectivement en vue partielle 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 schémas montrant des dispositifs de fabrication du rotor ci-dessus également conformes à l'invention. 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 al- ternativement 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 échauffement 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 630 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.35 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 in- férieur au diamètre intérieur du disque 2, percée d'alé- sages axiaux 8, filetés ou non, destinés à recevoir des boulons de fixation de cette bague sur la pièce intermé- diaire 6, une couronne d'ailettes de ventilation 9 fai- sant saillie sur la face, du disque 2, opposée à sa face destinée à délimiter l'entrefer E, une couronne de bras 10 prolongeant vers l'axe X certaines des ailettes 9 et raccordés eux-mêmes à la bague 7, et une jante ou joue annulaire 11 s'étendant en général 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. Chaque ailette 9 est délimitée par deux faces parallèles ou sensiblement telles inclinées sur les rayons correspondants vers l'arrière par rapport au sens de rotation R du rotor, si l'on considère les rayons croissants, et incurvées de façon à présenter leurs con- cavités vers l'arrière, l'angle d'inclinaison formé par chaque face d'ailette en chacun de ses points sur le rayon correspondant étant supérieur à 40 degrés et no- tamment de l'ordre de 50 à 60 degrés. Chaque ailette 9 pourrait s'étendre d'un seul tenant continu sur toute son étendue comprise axialement entre le disque 2 et la joue 11. Mais dans le mode de réalisation préféré illus- tré, chaque ailette 9 est constituée par un tronçon interne 91 et un tronçon externe 92 disposés dans le prolongement l'un de l'autre et séparés l'un de l'autre par un intervalle 93 s'étendant sur le tiers de la largeur radiale du disque, et même un peu plus. Les bras 10 sont de préférence axialement cou- dés, comme dans le 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 du fonctionnement du ralentisseur que la présente invention se propose d'améliorer. A cet effet on garnit les volumes intérieurs des couloirs 12 par une pluralité de plaquettes 13 s'éten- dant parallèlement à l'axe X et dont les deux extrémités axiales sont encastrées ou plantées respectivement dans les deux faces en regard du disque 2 et de la joue 11. Ces plaquettes 13 sont à la fois thermiquement conductrices et suffisamment résistantes aux déforma- tions pour demeurer solidement en place lors d'un service prolongé, malgré notamment les échauffements, l'application sur elles de la force centrifuge, les agressions extérieures (boues, cailloux). Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, lesdites plaquettes 13 sont composées par une feuille de cuivre prise en sandwich entre deux feuilles d'acier. Les plaquettes 13 sont inclinées en chacun de leurs points, sur les rayons du rotor qui passent en ces points, d'angles sensiblement égaux aux angles d'incli- naison, sur les rayons correspondants, des portions d'ailettes qui encadrent circonférentiellement des pla- quettes. Les angles en question sont en général de l'or- dre de 45 '. Chaque plaquette 13 s'étend avantageusement sur une fraction seulement de l'étendue radiale du disque, ladite fraction étant notamment de l'ordre du tiers, mais pouvant également être avec avantage de l'ordre du quart ou de la moitié. Chaque plaquette 13 présente avantageusement une épaisseur constante. Cette épaisseur est généralement inférieure à 5 mm, étant par exemple égale à 3 ou 4 mm. Les profondeurs d'encastrement de chaque pla- quette respectivement dans le disque 2 et dans la joue 11 sont avantageusement de l'ordre de 5 à 10 mm pour la première et de l'ordre de 2 à 5 mm pour la seconde. Chaque plaquette peut présenter une surface mo- yenne plane, comme illustré, ce qui simplifie la fabri- cation, mais, dans des modes de réalisations avantageux, cette surface moyenne est légèrement incurvée, sembla- blement aux surfaces moyennes des ailettes 9 qui enca- drent circonférentiellement ces plaquettes. Les plaquettes 13 sont avantageusement réparties de façon à former autour de l'axe du rotor des couronnes de plaquettes identiques, équidistantes et inclinées semblablement sur les rayons correspondants. Dans le mode de réalisation ici illustré, le nombre de ces couronnes est égal à trois, la couronne intérieure est interrompue au niveau des tronçons inter- nes 91 des ailettes 9, la couronne extérieure est inter- rompue au niveau des tronçons externes 92 desdites ai- lettes et la couronne intermédiaire, disposée au niveau radial des intervalles 93 s'étend de façon régulière sur toute sa longueur, certaines de ses plaquettes cons- titutives 13 pouvant même être disposées au moins en partie dans lesdits intervalles. Lorsque les plaquettes forment plusieurs couron- nes qui s'entourent mutuellement, les nombres des pla- quettes dans les différentes couronnes peuvent être dif- férents. C'est ainsi que, dans le mode de réalisation il- lustré, comprenant huit ailettes 9 angulairement déca- lées de 45 et trois couronnes de plaquettes, les nom- bres de plaquettes, de chaque couronne, comprises dans un même couloir 12, c'est-à-dire entre deux ailettes 9 successives, sont de 6 pour la couronne inférieure et la couronne extérieure et de 7 pour la couronne intermé- diaire. Comme visible sur la figure 1, certaines pla- quettes sont décalées angulairement par rapport aux positions qu'elles devraient occuper pour se trouver dans le prolongement des plaquettes voisines. C'est ainsi que certains des filets d'air de refroidissement f ne s'étendent pas selon un simple arc de cercle, mais selon un trajet en zigzag. Ces trajets tourmentés sont avantageux en ce qu'il leur correspond une certaine turbulence dans les filets d'air concernés, favorable aux échanges ther- miques. Le rotor garni de plaquettes "insérées" ou "encastrées" tel que décrit ci-dessus peut être fabriqué de toute manière désirable. Selon un mode de réalisation avantageux, on com- mence par fabriquer des noyaux 14 en sable (figure 4) dans chacun desquels sont noyées plusieurs plaquettes 13, en leurs emplacements respectifs qu'elles sont destinées à occuper dans le rotor terminé, les tranches opposées 15, de ces plaquettes, qui sont destinées à être encastrées dans le disque et dans la joue, faisant saillie hors dudit noyau 14 sur une longueur égale à la profondeur désirée d'encastrement. 1 1 Ces noyaux 14 hérissés de tranches 15 sont en- suite placés dans le moule 16 destiné à la fabrication du rotor avant coulée dans ce moule du matériau ferro- magnétique liquide 17 destiné à constituer ledit rotor. Lors de cette coulée, le matériau 17 enrobe complètement les tranches 15 et, après durcissement dudit matériau, on dégage la pièce ainsi moulée hors du moule 16 et on élimine le sable constitutif du noyau, notamment en appliquant sur l'ensemble des secousses à l'aide d'un tapis vibrant, puis en nettoyant la pièce par grenaillage. Pour fabriquer le noyau 14 lui-même chargé de plaquettes 13 à tranches 15 en saillie, on a recours avantageusement à une boite à noyau 18 (figure 3) associée à un couvercle 19 et à des moyens d'injection de sable. Le fond 21 de cette boite présente une forme identique à celle désirée pour la face, du disque 2 du rotor terminé, qui délimite l'un des compartiments de ce rotor disposé angulairement entre deux ailettes 9 con- sécutives, ledit fond 21 étant évidé par des gorges 22 propres à recevoir les tranches en regard 15 des pla- quettes 13 concernées. Une plaque 23 ajourée en 24 de façon à être traversée avec un très faible jeu par lesdites plaquet- tes 13 repose initialement sur le fond 21. La distance, comptée perpendiculairement à la plaque 23, entre les fonds des gorges 22 et la face plane intérieure du couvercle 19, est égale à la dimen- sion, de chaque plaquette 13, destinée à être orientée parallèlement à l'axe X du rotor terminé. Des poussoirs 25 logés dans le fond 21 permet- tent de déplacer la plaque ajourée 23, le long des pla- quettes 13, depuis ce fond 21 jusqu'à la face intérieure du couvercle 19, après mise en place de chaque plaquette 13 dans un logement constitué par une gorge 22 et par le jour contigu 24 de la plaque 23, et fermeture consécu- tive du couvercle 19. Cette dernière position de la plaque 23 est représentée en traits interrompus sur la figure 3. C'est à ce stade que l'on injecte dans la boîte à noyau le sable destiné à constituer le noyau 14 autour des portions médianes des plaquettes 13, ce sable étant mélangé à des produits, bien connus en matière de mou- lage, destinés à le durcir en fin d'injection. Comme bien visible sur la figure 3, les seules portions, des plaquettes 13, qui font saillie en dehors du noyau en sable considéré sont: d'une part, les tranches 15 introduites dans les gorges 22 du fond 21, et, d'autre part, les tranches opposées 15 qui sont logées, contre la face intérieure du couvercle 19, dans les jours de la plaque ajourée 23 alors mise en contact avec ladite face. On donne respectivement à la profondeur des gorges 22 et à l'épaisseur de la plaque 24 des valeurs égales aux profondeurs désirées d'encastrement des plaquettes 13, d'une part, dans le disque 2 du rotor final et, d'autre part, dans la joue 11 de ce rotor. Après solidification du sable, il suffit d'ou- vrir le couvercle 19 pour pouvoir dégager successivement la plaque 23, puis le noyau en sable 14 portant les plaquettes 13 avec leurs tranches 15 en saillie. 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. REVENDICATIONS 1 Rotor induit de ralentisseur électromagnéti- que, comprenant au moins un disque ( 2) prolongé axiale- ment sur l'une de ses faces par une pluralité d'ailettes ( 9), chaque ailette étant délimitée par deux faces pa- rallèles ou sensiblement telles inclinées sur les rayons correspondants, les crêtes de ces ailettes étant rac- cordées 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 ferromagné- tique, caractérisé en ce qu'il comprend, entre le disque ( 2) et la joue ( 11), entre les ailettes ( 9) venues de moulage avec le disque et la joue, une pluralité de plaquettes indépendantes ( 13) thermiquement conductrices s'étendant parallèlement à l'axe du rotor et dont les tranches terminales axiales ( 15) sont encastrées sur une petite profondeur dans respectivement les deux faces transversales en regard du disque et de la joue. 2 Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaquettes ( 13) sont inclinées en chacun de leurs points, sur les rayons du rotor qui passent en ces points, d'angles sensiblement égaux aux angles d'in- clinaison, sur les rayons correspondants, des portions25 d'ailettes ( 9) qui encadrent circonférentiellement ces plaquettes. 3 Rotor selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que chaque plaquette ( 13) s'étend seulement sur une fraction de l'étendue radiale du disque ( 2). 4 Rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce que les plaquettes ( 13) sont réparties de façon à former autour de l'axe du rotor des couronnes de pla- quettes identiques, équidistantes et inclinées sembla-35 blement sur les rayons correspondants. f Rotor selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que chaque ailette ( 9) comprend un tronçon interne ( 91) et un tronçon externe ( 92) situés dans le prolongement l'un-de l'autre. 6 Rotor selon les revendications 4 et 5, carac- térisé en ce que le nombre des couronnes de plaquettes concentriques ( 13) est égal à trois, en ce que la cou- ronne intérieure et la couronne extérieure sont toutes deux interrompues au niveau des tronçons d'ailettes ( 91,92) qui traversent respectivement ces deux couron- nes, et en ce que la couronne intermédiaire s'étend sur toute la périphérie du rotor en traversant les ailettes au niveau des intervalles ( 93) compris entre leurs tronçons constitutifs. 7 Rotor selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que chaque plaquette ( 13) est constituée par plusieurs feuilles accolées dont l'une au moins est constituée en un matériau bon conduc- teur thermique et dont une autre au moins est constituée en un matériau mécaniquement résistant 'ô 8 Procédé de fabrication d'un rotor selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on commence par fabriquer des noyaux en sable ( 14) dans chacun desquels sont noyées plusieurs plaquet- tes ( 13), en leurs emplacements respectifs qu'elles sont destinées à occuper dans le rotor terminé, les tranches opposées ( 15), de ces plaquettes, destinées à être en- castrées dans le disque ( 2) et dans la joue ( 11), fai- sant saillie hors dudit noyau sur une longueur égale à la profondeur désirée d'encastrement, et en ce que l'on met en place ces noyaux dans le moule ( 16) destiné à la fabrication du rotor avant coulée du matériau ferroma- gnétique liquide ( 17) dans ce moule. 9 Dispositif pour fabriquer des noyaux ( 14) mis en oeuvre selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une boîte à noyau ( 18) associée à un cou- vercle ( 19) et à des moyens ( 20) d'injection de sable, boîte dont le fond ( 21) présente une forme identique à celle désirée pour la face, du disque ( 2) du rotor terminé, délimitant l'un des compartiments de ce rotor disposé entre deux ailettes consécutives ( 9), ledit fond étant évidé par des gorges ( 22) propres à recevoir les tranches en regard ( 15) des plaquettes concernées ( 13), une plaque ajourée ( 23) de façon à être traversée de10 manière quasi jointive par lesdites plaquettes et repo- sant initialement sur le fond de la boîte, et des pous- soirs ( 25) logés dans ce fond permettant de déplacer la plaque ajourée, le long des plaquettes, depuis le fond de la boîte jusqu'à la face intérieure du couvercle de15 cette boîte, après mise en place de chaque plaquette dans le logement constitué par une gorge ( 22) et par le jour ( 24) contigu de la plaque ajourée ( 23).