Brevet FR2721080A1 — publié le 19951215

La présente invention concerne un embrayage ou frein électromagnétique à un ou plusieurs disques. Les embrayages ou freins électromagnétiques connus sont des appareils à un ou plusieurs disques dans lesquels la force nécessaire pour la transmission d'un couple ou la génération d'un couple de freinage est obtenue soit par des ressorts soit par un champ magnétique d'un aimant permanent. Pour supprimer le couple soit le champ magnétique permanent est annulé par un champ électromagnétique généré par une bobine et de sens inverse à celui de l'aimant, soit la force des ressorts de pression est annulée par l'effet d'un champ électromagnétique, ce champ électromagnétique étant généré par l'excitation électrique d'une bobine. Dans les embrayages ou freins connus précités, le maintien de l'état débrayé ou défreiné impose de maintenir sous tension la bobine de l'électro-aimant. Outre, l'inconvénient qui est du à la consommation permanente d'énergie électrique, cette consommation d'énergie provoque un échauffement du bobinage. Par conséquent, la consommation d'énergie doit être minimale afin de contenir l'échauffement du bobinage dans des limites acceptables. Par conséquent, les freins et les embrayages fonctionnant suivant ce principe nécessitent un entrefer de travail très faible, ce qui nécessite un réglage fin à la mise en service et un contrôle fréquent de l'entrefer pour le rattrapage de l'usure des garnitures de l'embrayage ou du frein. Pour les versions à aimant permanent existantes, l'encombrement longitudinal est relativement important en raison de la juxtaposition axiale de l'aimant et de la bobine. L'invention vise à remédier aux inconvénients des embrayages ou freins électromagnétiques classiques en créant un embrayage ou frein qui tout en étant d'une construction relativement simple et compacte, soit capable d'un fonctionnement prolongé sans nécessiter d'opérations de réglage pour le rattrapage de l'usure des garnitures. Elle a donc pour objet un embrayage ou frein électromagnétique comprenant un corps traversé par un arbre tournant portant des disques pourvus de garnitures de friction solidaires en rotation dudit arbre et coulissant librement par rapport à celui-ci, les disques coopérant avec des couronnes portant des garnitures de friction solidaires en rotation du corps et déplaçables en translation dans celui-ci sous l'action de ressorts de serrage contre un élément d'appui solidaire du corps pour assurer leur mise en contact de friction avec les disques par l'intermédiaire des garnitures de friction, caractérisé en ce que l'une desdites couronnes est réalisée en matériau magnétique et constitue l'armature mobile d'une ventouse électromagnétique d'actionnement comprenant un enroulement d'excitation et un aimant permanent annulaire coaxial avec l'armature et en contact avec la surface latérale extérieure de la carcasse de la ventouse électromagnétique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - La Fig.l est une vue en coupe et en élévation d'un premier mode de réalisation d'un embrayage électromagnétique suivant l'invention; - la Fig.lA est une vue partielle en coupe montrant une variante de réalisation de l'armature mobile de la ventouse électromagnétique de l'embrayage de la Fig.l; - la Fig.lB est une vue partielle en coupe d'une autre variante de cette armature mobile; - la Fig.2 est une vue en élévation et en coupe d'un second mode de réalisation d'un embrayage électromagnétique suivant l'invention; et - la Fig.3 est une vue en élévation et en coupe d'un mode de réalisation particulier de l'armature magnétique entrant dans la construction de la ventouse électromagnétique utilisée dans l'embrayage électromagnétique suivant l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un embrayage électromagnétique qui comporte un corps 1 en matériau amagnétique dans lequel est ménagé un alésage axial épaulé 2 dans une partie de grand diamètre 3 duquel est disposé l'embrayage 4 proprement dit. Dans la partie 5 de plus petit diamètre de l'alésage 2, est placée une ventouse électromagnétique 6 d'actionnement de l'embrayage. L'embrayage proprement dit désigné par la référence générale 4, comporte des disques 7 équipés de garniture annulaire de friction 8. Les disques 7 sont liés en rotation et coulissent librement sur un moyeu 9 luimême rendu solidaire d'un arbre d'entraînement 10 au moyen d'une clavette 11. Entre les disques 7 qui dans le présent exemple sont au nombre de deux, est interposée une couronne 12 pourvue d'un orifice axial 13 pour le passage du moyeu 9 et dans la périphérie de laquelle sont ménagées des encoches, telles que l'encoche 14 coopérant avec des tiges telles que la tige 15 qui comportent chacune une portion filetée 16 par laquelle elles sont vissées dans le corps 1 et une tète 17 engagée dans un flasque de fermeture 18 du corps 1 qui, sur sa face tournée vers le disque 7 voisin comporte lui aussi une garniture annulaire 19 coopérant avec la garniture 8 du disque 7 voisin et qui sert d'élément d'appui lors de la venue en prise de la couronne de la couronne 12 avec les disques 7. L'embrayage comporte en outre une couronne 20 en matière magnétique, de construction similaire à celle de la couronne 12 et portant sur sa face tournée vers le disque 7 le plus intérieur au corps 1, une garniture de friction annulaire 21. Cette couronne 20 coopère avec le couronne 12 et avec la face intérieure du flasque de fermeture 18, pour assurer le serrage des disques 7 et leur solidarisation par l'intermédiaire des garnitures de friction 8, 19 et 21 avec les couronnes 12 et 20 et le flasque d'extrémité 18 afin de solidariser en rotation le boîtier 1 avec l'arbre 10. Dans le présent exemple, les couronnes 12 et 20 sont appliquées contre les disques 7 par l'action de ressorts hélicoïdaux 25 disposés sur les tiges 15, entre le fond de la portion 3 de grand diamètre de l'alésage épaulé 2 du corps 1 et la couronne 20 en matériau magnétique de l'embrayage proprement dit. Cette couronne 20 constitue l'armature mobile de la ventouse électromagnétique qui va maintenant être décrite. La ventouse électromagnétique 6 comporte une carcasse 26 en matériau magnétique en forme de pot, munie d'un noyau central 27 qui délimite avec une paroi latérale 28 de la carcasse un logement dans lequel est disposé un enroulement d'excitation 29 entourant le noyau 27. Le noyau 27 dépasse légèrement du bord libre de la paroi latérale 28 du pot pour les raisons indiquées ciaprès. Un aimant permanent 30 constitué par exemple par une bande d'élastomère chargée de poudre de ferrite ou bien d'un aimant annulaire rigide et aimanté suivant son épaisseur, est disposé coaxialement à l'enroulement d'excitation 29, autour de la surface extérieure de la paroi latérale 28 de la carcasse. Cette bande est disposée de façon que l'un de ses bords affleure le bord libre de la paroi latérale 28 de la carcasse 26. Elle est maintenue en place sur la carcasse 26 au moyen d'une pièce polaire 31 annulaire, concentrique à l'ensemble constitué par la carcasse 26 et l'aimant 30. La pièce polaire 31 s'étend au-delà du bord de la bande 30 de manière à se trouver dans le même plan radial que l'extrémité libre du noyau 27. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, la couronne 20 formant l'armature mobile de la ventouse 6 présente une face plane tournée vers les extrémités du noyau 27 et de la pièce polaire 31. Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit, est le suivant. La force des ressorts hélicoïdaux 25 exercée sur la couronne 20 formant armature mobile de la ventouse et transmise au disque 7 voisin à la couronne 12, et par l'intermédiaire de celle-ci au disque rotatif 7 suivant, ainsi qu'à la face intérieure du flasque de fermeture 18, engendre le couple de frottement entre ces divers éléments au moyen de leurs garnitures de friction 8, 19 et 21. Ainsi, le boîtier 1 de l'embrayage est rendu solidaire en rotation de l'arbre 10. Pour annuler l'effet des ressorts 25, il est nécessaire d'écarter la couronne 20 du disque 7 avec lequel elle est en contact et libérer ainsi l'ensemble des constituants de l'embrayage 4. A cet effet, on provoque l'alimentation de l'enroulement d'excitation 29 de la ventouse électromagnétique 6 qui assure le déplacement de la couronne 20 formant armature mobile jusqu'au collage avec le noyau central 27 et la pièce polaire 17 de la ventouse tout en assurant la compression des ressorts 25, ce qui est obtenu par la force du champ magnétique engendré par l'enroule ment d'excitation 29 et dont le sens est identique à celui créé par l'aimant 30. Ensuite, le maintien de l'armature 20 contre le noyau 27 et la pièce polaire 30 de la ventouse est assuré par la force de collage sur les pôles générées par le champ magnétique de l'aimant permanent 30 seul. Par son énergie propre, l'aimant 30 suffit à contenir l'énergie potentielle stockée dans les ressorts 25 comprimés, de sorte que l'alimentation de l'enroulement d'excitation est coupée. Pour retrouver le couple de frottement, un champ magnétique inverse à celui de l'aimant, généré par l'alimentation de l'enroulement 29 d'excitation dans le sens inverse du sens d'alimentation nécessaire pour provoquer le collage de l'armature mobile 20, annule la force de maintien de l'aimant 30 et, sous l'effet des ressorts 25, l'armature 20 est ramenée en contact avec le disque 7 voisin, de sorte que de proche en proche, les pièces 7,12,20,18 constitutives de l'embrayage reviennent en prise les unes avec les autres par l'intermédiaire de leurs garnitures de friction 8, 19, 21. L'embrayage à ventouses, à aimant permanent suivant l'invention, assure le maintien de l'armature 20 dans sa position extrême débrayée, sans consommation de courant. Seule une énergie électrique externe est nécessaire pour la commutation du dispositif dans ses deux positions extrêmes. De plus, lors de la translation de l'armature 20 vers la ventouse 6, la force du champ magnétique de l'aimant 30 s'ajoute à celle engendrée par l'enroulement d'excitation 29 avec un effet de plus en plus important au fur et à mesure que l'armature 20 se rapproche de la ventouse, ce qui permet une nette réduction de l'énergie nécessaire à la mise en mouvement de celle-ci. Pour la mise en mouvement inverse, seule une impulsion électrique, appliquée à l'enroulement d'excitation 29, suffit pour annuler l'effet du flux magnétique de l'aimant permanent 30 et par conséquent, pour libérer l'armature 20 poussée par les ressorts 25. L'embrayage électromagnétique à ventouse suivant l'invention, comporte un entrefer 35 entre le noyau central 27 et la pièce polaire 31 d'une part, et l'armature mobile 20 d'autre part, important par rapport à ceux pouvant être obtenus dans des agencements connus. Cet entrefer a par exemple une valeur initiale de 0,5 mm et peut accepter un accroissement dû à l'usure des garnitures 8,19,21 de l'embrayage, pouvant atteindre 1,5 mm. Cet entrefer peut être compris entre 1 et 1,5 mm. En raison de l'importance de l'entrefer, entre l'armature mobile 20 de la ventouse et sa face polaire constituée par les extrémités de son noyau central 27 et de sa pièce polaire 31, les déplacements axiaux de l'armature mobile 20 par rapport à la carcasse de la ventouse électromagnétique peuvent être décelés pour transmettre des informations relatives à l'état de l'embrayage suivant l'invention. A cet effet, la couronne 20 formant armature magnétique porte un doit 36 qui s'étend axialement dans le corps 1 et qui fait saillie à l'extérieur de celui-ci pour permettre l'actionnement d'un commutateur à bouton-poussoir non représenté dont le signal traduit l'état de fonctionnement de l'embrayage suivant l'invention. Selon une variante représentée à la figure 1A, l'armature mobile 20 porte sur sa face tournée vers la face polaire de la carcasse 26, une saillie annulaire cylindrique 37 disposée en regard de l'intervalle entre le bord du noyau central 27 et la pièce polaire 31, de façon à permettre d'accroître l'entrefer de la ventouse. Selon une autre variante représentée à la Fig.lB, l'armature mobile 20 comporte une saillie annulaire tronconique 38 disposée de la même façon que la saillie 37 de la variante de la figure lA. L'agencement décrit en référence à la figure 2 est semblable à celui de la figure 1, de sorte que les constituants identiques de deux agencements, sont désignés par les mêmes numéros de références. L'embrayage de la figure 2 diffère de celui de la figure 1, en ce que le noyau central 27a de la carcasse 26 de la ventouse électromagnétique 6 entrant dans le construction de cet embrayage est plus court que le noyau central 27 du mode de réalisation de la figure 1, de sorte qu'il se trouve en retrait par rapport à la surface latérale 28a de cette carcasse. Par conséquent, lors du collage de l'armature 20a, il subsiste un entrefer entre le noyau central 27a et ladite armature. Le bord de la pièce polaire 31 de la ventouse se trouve dans le même plan que le bord libre de la paroi latérale 28a de la carcasse 26. Par ailleurs, l'armature mobile 20a de la ventouse présente une saillie axiale annulaire 40 de forme cylindrique, ce qui permet d'accroître l'entrefer 35 de la ventouse. Sur la figure 3, on a représenté un autre mode de réalisation de l'armature mobile 20b en forme de couronne de la ventouse électromagnétique suivant l'invention. Cette armature 20b comporte une portion axiale annulaire 41 de forme tronconique. Les modes de réalisation qui viennent d'être décrits sont considérés comme étant des embrayages électromagnétiques. Il est toutefois possible d'utiliser ces dispositifs en tant que freins électromagnétiques sans en modifier la conception. Les avantages du dispositif d'embrayage ou de frein électromagnétique suivant l'invention sont les suivants a) rendement énergétique important; b) gain de poids; c) réduction de l'effet de l'usure des garnitures de friction sur les performances grâce à un fonctionnement à entrefer important; d) détection des positions de l'armature grâce à un fonctionnement à entrefer important; e) coût de production faible; f) suppression de l'énergie nécessaire au maintien dans les positions extrêmes; g) réduction de l'énergie électrique nécessaire à la commutation dans les deux positions par l'effet complémentaire de l'enroulement d'excitation 29 et de l'aimant 30. REVENDICATIONS 1. Embrayage ou frein électromagnétique comprenant un corps (1) traversé par un arbre tournant (10) portant des disques (7) pourvus de garnitures de friction (8) solidaires en rotation dudit arbre et coulissant librement par rapport à celui-ci, les disques (7) coopérant avec des couronnes (12,20; 12,20a) portant des garnitures de friction (21) solidaires en rotation du corps (1) et déplaçables en translation dans celui-ci sous l'action de ressorts de serrage (25) contre un élément d'appui (18) solidaire du corps (1), pour assurer leur mise en contact de friction avec les disques (7) par l'intermédiaire des garnitures de friction (8,21), caractérisé en ce que l'une desdites couronnes (20;20a;20b) est réalisée en matériau magnétique et constitue l'armature mobile d'une ventouse électromagnétique (6) d'actionnement comprenant un enroulement d'excitation (29) et un aimant permanent annulaire (30) coaxial avec l'armature et en contact avec la surface latérale extérieure de la carcasse (26) de la ventouse électromagnétique. 2. Embrayage ou frein électromagnétique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrefer (35) entre la couronne (20) formant armature mobile de la ventouse électromagnétique (4) et la face polaire (27,31; 28a, 31) de ladite ventouse est compris entre 0,5 et 1,5 mm. 3. Embrayage ou frein suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la face de la couronne (20) formant armature magnétique de la ventouse, tournée vers la face polaire de celle-ci est plane. 4. Embrayage ou frein électromagnétique suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la face de la couronne (20,20a;20b) formant armature magnétique de la ventouse, tournée vers la face polaire de la carcasse magnétique de celle-ci comporte une portion axiale annulaire (37;38;40;41) d'accroissement de l'entre- fer de la ventouse. 5. Embrayage ou frein électromagnétique suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ladite saillie axiale (37;40) de l'armature magnétique (20;20a) est cylindrique. 6. Embrayage ou frein électromagnétique suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ladite saillie axiale (38;41) de l'armature magnétique (20;20b) est tronconique. 7. Embrayage ou frein électromagnétique suivant l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la face polaire de la carcasse magnétique de la ventouse ayant un noyau central (27) et une pièce polaire (31) dont les extrémités sont dans un même plan radial, la portion annulaire axiale (37;38) de ladite couronne, est disposée en regard de l'intervalle annulaire ménagé entre le noyau central (27) et la pièce polaire (31). 8. Embrayage ou frein électromagnétique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la couronne (20;20a;20b) formant armature magnétique de la ventouse porte un doigt (36) s'étendant axialement dans le corps (1) et faisant saillie à l'extérieur de celui-ci.