Brevet FR2724504A1 — publié le 19960315

L'invention a trait à un moteur-frein comprenant, d'une part, un moteur asynchrone muni d'un stator et d'un rotor, à "cage d'écureuil", et, d'autre part, un frein fonctionnant par manque de courant, comprenant un plateau mobile monté sur l'axe du rotor et à même de coopérer, avec un plateau fixe, sous l'action de moyens de rappel élastiques. La présente invention trouvera son application dans le domaine des moteurs asynchrones utilisés en combinaison avec un frein fonctionnant par manque de courant. En fait, l'on connaît déjà un moteur-frein du type décrit ci-dessus, notamment au travers du document FR-A-2.562.348. Plus précisément, le moteur asynchrone dont il est question comporte un rotor à cage d'écureuil présentant, au niveau de ses extrémités opposées des bagues de court-circuit en matière non magnétique conductrice reliées par des conducteurs rotoriques s'étendant longitudinalement. Ce rotor comporte, en outre, une bague intermédiaire de court-circuit, également en matière non magnétique, conductrice qui vient, ainsi, séparer le rotor en deux parties. Dans la première de ces parties, le champ radial créé par le courant circulant dans le stator est à l'origine d'un champ rotorique provoquant la rotation de ce rotor.Par contre, dans la seconde partie du rotor, aucun flux magnétique ne peut traverser, radialement, le rotor en raison d'un évidement cylindrique qui s'étend entre la bague de court-circuit extrême et la bague de court-circuit intermédiaire délimitant cette seconde partie de ce rotor. De plus, le flux ne peut pas se boucler circulairement en raison des conducteurs rotoriques qui s'étendent, précisément. depuis le diamètre externe du rotor jusqu'à cet évidement. Par contre, ladite bague de court-circuit extrême ne s'étend radialement. depuis l'évidement cylindrique, que sur une partie de la section du rotor. Elle laisse, ainsi, apparaître, au niveau de la face radiale de ce dernier, des segments d'anneaux en matière magnétique, plus particulièrement, en tôles empilées qui sont disposés vis-à-vis de la face radiale du plateau mobile magnétique du frein.Par conséquent, le flux issu du champ radial statorique est dévié axialement en direction de ce plateau mobile du frein qu'il vient. donc. attirer contre l'action du ressort précisément disposé dans l'évidement cylindrique dont il a été question plus haut. Les principaux inconvénients liés à une telle conception proviennent, essentiellement. de la construction spécifique du moteur et plus particulièrement du rotor. Ainsi. dès l'empilage des tôles, il faut insérer, entre les tôles du rotor, une bague séparatrice à l'endroit où doit se situer, ultérieurement, la bague de court-circuit intermédiaire. Une telle bague séparatrice doit, ensuite, être supprimée lors de l'usinage de l'évidement. A ce propos, cet évidemment a pour objectif de supprimer, bien sûr, tout le moyeu amagnétique conducteur à partir duquel s'étendent, radialement, les segments d'anneaux magnétiques. ainsi que les barreaux rotoriques sans quoi le flux pourrait se refermer circulairement. Or, dans ces conditions, lesdits segments magnétiques ne sont maintenus, les uns par rapport aux autres que par les seuls barreaux rotoriques de sorte qu'il y a fragilisation du rotor à ce niveau. A cela s'ajoutent tous les problèmes de précision d'usinage de cet évidement cylindrique dont le fond doit déboucher sur la première des tôles de la partie du rotor. siège du champ rotorique. Ces opérations d'usinage du rotor n'en sont pas pour autant terminées puisqu'il faut, encore, usiner la bague de court-circuit disposée du côté où il y a déviation axiale du flux de sorte que la face radiale correspondante du rotor laisse apparaître des segments d'anneaux en matière magnétique. Lâ encore. cet usinage doit être exécuté avec une très grande précision. A noter que la configuration particulière de ce rotor nécessite des aménagements spécifiques au niveau du plateau mobile du frein de sorte que la face radiale de ce dernier puisse. effectivement, faire face aux segments d'anneaux magnétiques du rotor. Dans tous les cas et en dehors de ces problèmes de main-d'oeuvre liés à des usinages spécifiques, il faut observer que ce rotor de conception spécifique doit donc sortir dune chaîne de production spécialement destinée à cet effet. L'ensemble est, par conséquent, d'un coût de revient non négligeable. A cela, se posent certains problèmes de qualité du fonctionnement de l'ensemble. Notamment, tel que déjà précisé plus haut, les tôles, dans la partie du rotor où s'effectue une déviation axiale de flux, ne sont maintenues que par des barreaux rotoriques et, de ce fait, elles sont susceptibles de se désolidariser les unes par rapport aux autres sous l'influence d'une alternance du champ magnétique. De plus, la section des segments d'anneaux magnétiques faisant face au plateau mobile est forcément limitée de sorte que l'on rencontre des problèmes de saturation et de flux de fuite important. L'on observera, par ailleurs, que cette section des segments magnétiques conditionne le coefficient de raideur du ressort et le diamètre du moteur. Ainsi. il y a tout lieu de pouvoir optimiser les caractéristiques liées à la force d'attraction du plateau mobile. La présente invention se veut à même de répondre à l'ensemble des exigences formulées ci-dessus lors de l'exposé de l'état de la technique antérieure et, plus particulièrement de ses inconvénients. A cet effet, l'invention concerne un moteur-frein comprenant, d'une part, un moteur asynchrone muni d'un stator et d'un rotor à "cage d'écureuil" et, d'autre part, un frein fonctionnant par manque de courant et comportant un plateau mobile monté sur l'axe du rotor et à même de coopérer avec un plateau fixe, sous l'action de moyens de rappel élastiques, caractérisé par le fait que, entre le plateau mobile du frein et le rotor est monté un déviateur de flux magnétiquement séparé du rotor et de diamètre extérieur au plus égal au diamètre de ce dernier, ce déviateur de flux comprenant un moyeu amagnétique sur le pourtour externe duquel s'étendent, radialement et longitudinalement, au moins deux barreaux amagnétiques définissant au moins deux segments magnétiques dont la face radiale, opposée au rotor, est disposée vis-à-vis de la face radiale magnétique du plateau mobile, le stator étant prolongé par rapport au rotor de manière à s'étendre. également, au moins au-dessus du déviateur de flux et soumettre ce dernier à un champ radial statorique. Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent, essentiellement, en ce que l'on dispose d'un rotor de caractéristiques standards qui peut être exécuté sans usinage postérieur et donc sur une ligne de fabrication traditionnelle. Quant au déviateur de flux. celui-ci peut être conçu en vue d'obtenir le meilleur résultat recherché sur le plan de l'attraction du plateau mobile. Ainsi. contrairement à la conception selon l'état de la technique, la face radiale des segments magnétiques correspondant à ce déviateur de flux et faisant face au plateau mobile peut être optimisée. Notamment le nombre de ces segments peut être différent de ceux définis dans le cadre d'un rotor classique. Tout particulièrement, ils peuvent être d'un nombre plus réduit dans le but. finalement. de réduire la surface correspondant aux barreaux amagnétiques. En outre, la présence d'un moyeu amagnétique contribue, favorablement, au maintien de ces segments magnétiques qui ne présentent plus les risques précédemment évoqués à savoir. en cas de conception de ces segments en tôles empilées, celles-ci ne peuvent se désolidariser sous l'influence d'un champ magnétique alterné. A noter. à ce propos, que ces segments magnétiques peuvent être conçus. ici, par frittage ou par un matériau magnétique quelconque. De plus, en optimisant la traction du plateau mobile, l'on peut améliorer la qualité de freinage obtenue par ce dernier grâce à des moyens de rappel élastiques de raideur plus importante. De même, la longueur axiale du déviateur de flux peut être réduite au minimum de sorte que le stator ne doit être prolongé que faiblement. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre se rapportant à un mode de réalisation qui n'est donné qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif. La compréhension de cette description sera facilitée en se référant au dessin joint en annexe et dans lequel - la figure 1 est une vue schématisée et en coupe partielle d'un moteur frein conforme à l'invention: - la figure 2 est une vue schématisée et en coupe selon II-II de ce qui définit le déviateur de flux dans la figure 1. Telle que représentée dans la figure 1, la présente invention concerne un moteur frein 1 comprenant. tout particulièrement, un moteur asynchrone 2 qui peut être monophasé ou triphasé ou encore monophasé avec condensateur. En fait. ce moteur asynchrone 2 comporte un stator 3 s'étendant audessus d'un rotor 4 à cage d'écureuil. Celui-ci est du type standard et comporte, à ses extrémités 5, 6. des bagues de court-circuit amagnétiques 7, 8, reliées par des barreaux conducteurs amagnétiques disposés longitudinalement (non visibles sur les dessins) délimitant des secteurs magnétiques en tôles empilées. Ainsi, lorsque le stator 3 est alimenté, il crée un champ radial coupant les barreaux amagnétiques conducteurs du rotor dans lequel naît un courant induit s'écoulant par l'intermédiaire des bagues de court-circuit 7 et 8. En fait, ce courant induit crée un champ rotorique d'où résulte la force nécessaire à la rotation du rotor. Celui-ci transmet cette rotation à l'axe 9. Quant au frein 10 qui fonctionne par manque de courant, il comporte au moins un plateau fixe 1 1 contre lequel s'appuie, sous l'influence de moyens de rappel élastiques 12, un plateau mobile 13. Un seul de ces plateaux ou même les deux peuvent être garnis de mâchoires de freinage 14. Pour en revenir, plus particulièrement, au plateau mobile 13, celui-ci est monté solidaire en rotation sur l'axe 9 du rotor 4 grâce à des moyens de liaison 15 appropriés qui, par ailleurs, autorisent une certaine mobilité axiale de ce plateau mobile 13 sur cet axe 9. Dans le cas présent il a été représenté, dans la figure 1. des moyens de liaison 15 sous forme d'une clavette 16 qui coopère, d'une part, avec un évidemment 17 de dimension appropriée usiné dans l axe 9 du rotor 1 et avec une rainure axiale 18 aménagée dans la paroi de l'alésage 19 aux dimensions ajustées à cet axe 9 usiné dans ledit plateau mobile 13. Quant aux moyens de rappel élastiques 12, ils ont pour fonction, tel que précisé plus haut, de repousser le plateau mobile 13 contre le plateau fixe 11. Ils peuvent. par conséquent. emprunter une configuration quelconque dès l'instant qu'ils sont en mesure de remplir cette fonction. Toutefois, étant donné que le plateau mobile 13 est soumis en rotation par l'intermédiaire de l'axe 9. ces moyens de rappel élastiques 12 prennent appui, préférentiellement, entre un point butée sur le plateau mobile 13 et un point butée dépendant dudit axe 9. Selon le mode de réalisation préférentiel représenté dans la figure 1, le plateau mobile 13 est prolongé. du côté orienté en direction du rotor 4 par d'un embout 20 comportant un évidemment cylindrique 21 de diamètre supérieur à celui de l'axe 9 du rotor 4 de manière à définir un espace annulaire 22 à l'intérieur duquel prend position le ressort à boudins constituant les moyens de rappel élastiques 12. Ainsi, ce ressort à boudins prend appui, d'une part, au niveau d'un épaulement 23 défini à l'intérieur de l'évidement 21 et correspondant au fond de l'espace annulaire 22 et, d'autre part, sur un point butée 24 fixe sur l'axe 9 du rotor 4. Selon l'invention le plateau mobile 13 est décalé du plateau fixe 11, contre l'action des moyens de rappel élastiques 12, en cas d'alimentation du moteur asynchrone 2, ceci sous l'influence d'un déviateur de flux 25. Ainsi, celui-ci vient s'interposer entre une extrémité 5 du rotor 4 et ledit plateau mobile 13. Ce déviateur de flux 25 est, par ailleurs, séparé, amagnétiquement, de ce rotor 4 et comporte, tel que visible dans les figures 1 et 2, un moyeu amagnétique 26 sur le pourtour externe duquel s'étendent, radialement et longitudinalement, au moins deux barreaux amagnétiques 27 délimitant au moins deux segments magnétiques 28. De plus, le stator 3 est prolongé du côté de l'extrémité 5 du rotor 4 où se situe ce déviateur de flux 25, de manière à s'étendre au moins au-dessus de ce dernier. A noter, à ce propos, que le diamètre externe 29 du déviateur de flux 25 est, au plus égal au diamètre externe du rotor 5. Le but recherché est, bien évidemment, de dévier, axialement et en direction du plateau mobile 13 du frein 10, tout le flux magnétique issu du champ radial statorique. En effet, ce flux magnétique ne peut, en aucun cas, se refermer au travers de l'axe 9 du rotor 4. en raison du moyeu amagnétique 26 ou encore circulairement grâce aux barreaux amagnétiques 27 s'étendant radialement.De plus. étant séparé amagnétiquement du rotor 4, il est évident que l'intégralité de ce flux magnétique contribue à l'attraction du plateau mobile 13 dont une face radiale magnétique 30 est disposée vis-àvis d'une face radiale 31 des segments magnétiques 28 du déviateur de flux 25. A ce propos, la face radiale magnétique 30 du plateau mobile 13 est constituée, substantiellement. par un embout annulaire magnétique 32 associé à ce plateau mobile 13. Ainsi, cet embout 32 peut être constitué, soit par des tôles empilées ou encore en un matériau magnétique fritté ou, simplement, par un matériau magnétique quelconque. I1 convient d'observer que cet embout annulaire magnétique 32 est, préférentiellement, amagnétiquement séparé du restant du plateau mobile 13 si celui-ci est un matériau magnétique. En fait, le but recherché consiste, à obtenir au niveau de cet embout annulaire 32, une saturation suffisante de sorte que le champ magnétique statorique puisse se refermer lorsqu'il est en contact avec la face radiale 31 des segments magnétiques 28.A ce propos, il se peut que cet embout annulaire magnétique 32 soit constitué, substantiellement, par ledit plateau mobile 13 si celui-ci est de dimension adéquate pour obtenir cette saturation. En outre, cet embout annulaire magnétique 32, qu'il soit constitué par le plateau mobile 13 ou qu'il soit adjoint à ce dernier, étant de forme annulaire, il comporte un diamètre externe au plus égal au diamètre externe du déviateur de flux 25 et un diamètre interne qui est au moins égal à celui de l'axe 9 du rotor 4 afin d'en permettre le passage. Préférentiellement, ce diamètre interne de l'embout annulaire magnétique 32 est sensiblement égal au diamètre externe du moyeu amagnétique 26. A ce propos, l'on observera qu'en raison de l'évidement 21 au niveau de l'embout 29 prolongeant le plateau mobile 13 la portée de guidage de ce dernier sur l'axe 9 est relativement réduite. De manière à améliorer ce guidage du plateau mobile 13 sur cet axe 9 du rotor 4, au niveau de son extrémité 34 orientée en direction du déviateur de flux 25, le moyeu amagnétique 26 de ce dernier est sensiblement prolongé par rapport à la face radiale 31 des segments magnétiques 28, le plateau mobile 13 présentant une ouverture, par exemple, définie par le diamètre interne de l'embout annulaire magnétique 32 autorisant son engagement sur ce prolongement saillant 35 dudit moyeu amagnétique 26.Le point butée fixe 24 sur l'axe 9 du rotor 4 sur lequel prend appui le ressort est constitué, dans ces conditions, par l'extrémité libre de ce prolongement dudit moyeu amagnétique 26. Le matériau composant ce dernier peut être conducteur ou non conducteur et tout particulièrement. il peut être réalisé en matériau synthétique, tout comme les barreaux amagnétiques 27. Par ailleurs, pour une meilleure tenue mécanique de ce déviateur de flux 25, un flasque annulaire 36, disposé du côté de la face radiale 37 correspondant aux segments magnétiques 28 et orienté en direction du rotor 4, relie les barreaux amagnétiques 27 au moyeu amagnétique 26. En fait, ce flasque annulaire 36, les barreaux 27 et le moyeu 26 sont constitués en un matériau amagnétique identique et sont issus d'un même procédé de fabrication et d'assemblage du déviateur de flux 25. Tel que représenté sur la figure 1, le déviateur de flux 25 est, préférentiellement, directement accolé au rotor 4 de manière à concevoir un stator 3 aussi court que possible. A noter que la longueur de ce dernier est minimisée au travers d'une optimisation du fonctionnement du déviateur de flux 25. Dans le cadre de la présente description, il n'a pas été insisté sur la conception et la coopération du plateau fixe 1 1 et du plateau mobile 13 composant le frein 10. En effet, celui-ci peut être adapté en fonction des besoins. Ainsi, il peut être muni de plusieurs mâchoires de frottement qui viennent se resserrer les unes contre les autres au moment du relâchement du plateau mobile 13. I1 se peut, également, que ce frein 10 soit équipé d'un système à crabot améliorant. encore, la fonction de blocage de l'axe 9 du rotor 4 en cas de coupure de courant. Ce type de moteur frein 1 peut avantageusement être logé dans un tube 3 servant de carter. De plus, associé à un réducteur, un tel moteur tubulaire trouvera son application, plus particulièrement, dans le domaine des volets roulants ou autres éléments d'occultation dont ils assurent l'entraînement en rotation d'un arbre, par exemple duquel et sur lequel se déroule et s'enroule soit une bâche, soit un tablier de volet roulant. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. Revendications 1. Moteur frein comprenant, d'une part, un moteur asynchrone (2) muni d'un stator (3) et d'un rotor (4) à "cage d'écureuil" et, d'autre part, un frein (10) fonctionnant par manque de courant et comportant un plateau mobile (13) monté sur l'axe (9) du rotor (4) et à même de coopérer avec un plateau fixe (11) sous l'action de moyens de rappel élastiques (12), caractérisé par le fait que, entre le plateau mobile (13) du frein (10) et le rotor (4), est monté un déviateur de flux (25), magnétiquement séparé du rotor (4) et de diamètre extérieur (29) au plus égal au diamètre de ce dernier, ce déviateur de flux (25) comportant un moyeu amagnétique (26) sur le pourtour externe duquel s'étendent, radialement et longitudinalement, au moins deux barreaux amagnétiques (27) définissant au moins deux segments magnétiques (28) dont la face radiale (30), opposée au rotor (4), est disposée vis-à-vis de la face radiale magnétique (31) du plateau mobile (13), le stator (3) étant prolongé par rapport au rotor (4) de manière à s'étendre, également, au moins audessus du déviateur de flux (25) et soumettre ce dernier à un champ radial statorique. 2. Moteur frein (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le déviateur de flux (25) comporte un flasque annulaire (36) disposé du côté de la face radiale (37) correspondant aux segments magnétiques (28) et orienté en direction du rotor (4), ce flasque annulaire (36) étant constitué en un matériau amagnétique identique aux barreaux amagnétiques (27) et au moyeu amagnétique (26) et venant relier ces derniers. 3. Moteur frein selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le moyeu amagnétique (26) et les barreaux amagnétiques (27) sont constitués en un matériau amagnétique non conducteur, notamment en un matériau synthétique. 4. Moteur frein (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le plateau mobile (13) est prolongé, du côté orienté en direction du rotor (4). par un embout (20) comportant un évidement cylindrique (21) de diamètre supérieur à celui de l'axe (9) du rotor (4) de manière à définir un espace annulaire (22) à l'intérieur duquel prend position un ressort à boudins constituant les moyens de rappel élastiques (12), ce ressort à boudins prenant appui, d'une part, au niveau d'un épaulement (23) défini à l'intérieur de l'évidement (21) et correspondant, préférentiellement, au fond de l'espace annulaire (22) et, d'autre part, sur un point butée (24) fixe sur l'axe (9) du rotor (4). 5. Moteur frein selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le moyeu amagnétique (26) du déviateur de flux (25) est sensiblement prolongé par rapport à la face radiale (31) des segments magnétiques (28), tandis que le plateau mobile (13) présente une ouverture autorisant son engagement sur ce prolongement saillant (35) dudit moyeu amagnétique (26) en vue d'augmenter sa portée du guidage sur l'axe (9). 6. Moteur frein selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la face radiale magnétique (30) du plateau mobile (13) est constituée par un embout annulaire magnétique (32) défini par le plateau mobile (13) ou associé à ce dernier, cet embout annulaire (32) étant déterminé pour y obtenir une saturation suffisante et pour que le champ magnétique statorique puisse s'y refermer lorsqu'il est en contact avec la face radiale (31) des segments magnétiques (28) correspondant au déviateur du flux (25). 7. Moteur frein selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'embout annulaire magnétique (32) comporte un diamètre externe au plus égal au diamètre externe du déviateur de flux (25) et un diamètre interne qui est au moins égal à celui de l'axe (9) du rotor (4) et, de préférence, sensiblement égal au diamètre externe du moyeu amagnétique (26) en vue d'autoriser l'engagement du plateau mobile (13) sur le prolongement saillant (35) de ce moyeu amagnétique (26). 8. Moteur frein selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que l'embout annulaire magnétique (32) est constitué par un empilage de tôles ou encore en un matériau magnétique fritté ou en un matériau magnétique quelconque. 9. Moteur frein selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est introduit dans un tube qui lui sert de carter.