Brevet FR2741411A1 — publié le 19970523

La présente invention concerne en général des assemblages d'embrayage à friction actionnés électromagnétiquement et en particulier un procédé amélioré pour fabriquer un composant destiné à être utilisé dans un tel assemblage d'embrayage à friction actionné électromagnétiquement. Les embrayages sont des dispositifs bien connus qui sont couramment utilisés dans des machines pour sélectivement connecter une source d'énergie rotative à un mécanisme entraîné en rotation. Une structure d'embrayage de base comprend un arbre d'entrée connecté à la source d'énergie rotative, un arbre de sortie connecté au mécanisme entrainé en rotation, et un moyen pour sélectivement connecter l'arbre d'entrée à l'arbre de sortie pour une rotation concourante. Lorsque le moyen pour sélectivement connecter est embrayé, l'arbre d'entrée est connecté à l'arbre de sortie pour entraîner en rotation le mécanisme. Lorsque le moyen pour sélectivement connecter est débrayé, l'arbre d'entrée est déconnecté de l'arbre de sortie, et le mécanisme n'est pas entraîné en rotation. De nombreux types différents d'embrayages sont connus dans la technique pour accomplir ce but général. Dans les embrayages du type à friction, l'arbre d'entrée est connecté à un élément d'entrée qui est entraîné en rotation par la source d'énergie rotative. L'élément d'entrée est habituellement fixé dans une position axiale prédéterminée. Un tel embrayage à friction comprend en outre une armature qui est contrainte à tourner avec l'élément d'entrée, mais libre de se déplacer axialement par rapport à celui-ci entre des positions embrayée et débrayée. Dans la position embrayée, l'armature vient en contact frottant avec un élément de sortie qui est connecté à l'arbre de sortie. Lorsque cela arrive, l'arbre de sortie est entraîné pour tourner avec l'arbre d'entrée. Dans la position débrayée, toutefois, l'armature est espacée à distance de l'élément de sortie et, par conséquent, ne produit aucune connexion d'entraînement rotatif avec celui-ci. Souvent, l'armature est 2 2741411 normalement maintenue dans la position débrayée pour ne pas venir en contact frottant avec l'élément de sortie à moins d'être positivement déplacée dans la position embrayée. Les embrayages à friction de ce type général sont bien connus dans la technique. Dans certains embrayages à friction, un électro-aimant est utilisé pour provoquer le déplacement de l'armature entre les positions embrayée et débrayée. Les embrayages à friction actionnés électromagnétiquement fonctionnent sur le principe qu'un champ magnétique, qui est créé autour d'un composant formé à partir d'un matériau magnétiquement perméable, exercera une force mécanique sur ce composant. Cette force mécanique sollicitera le composant à se déplacer vers une position de résistance minimale par rapport à la circulation du flux magnétique (lignes de force) engendré par le champ magnétique, habituellement désignée par une position de reluctance minimale. Par conséquent, dans les embrayages à friction actionnés électromagnétiquement, l'armature et l'élément de sortie sont habituellement formés tous deux en matériau magnétiquement perméable. Lorsque l'électro-aimant est alimenté en énergie, le champ électromagnétique engendré de ce fait attire l'armature vers l'élément de sortie. En résultat, l'armature se déplace de la position débrayée vers la position embrayée pour connecter l'arbre d'entrée à l'arbre de sortie et provoque ainsi l'entraînement rotatif du dispositif mené par la source d'énergie rotative. L'élément de sortie de l'embrayage à friction actionné électromagnétiquement est typiquement réalisé sous la forme d'une pièce polaire annulaire ayant une section transversale en forme générale de U. La pièce polaire est formée avec une face polaire plate qui est normalement séparée axialement de l'armature par un entrefer relativement petit. Comme ils sont tous deux formés en matériau magnétiquement perméable, l'armature sera attirée pour se déplacer axialement vers l'élément de sortie lorsque l'électro-aimant est alimenté en énergie. Pour augmenter l'amplitude de l'attraction magnétique, et ainsi augmenter la capacité de transmission de 3 2741411 couple de l'embrayage dans son ensemble, l'armature et la face polaire de la pièce polaire sont fréquemment divisées en une ou plusieurs régions polaires par un matériau non magnétiquement perméable. Ces régions polaires séparées conduisent le flux magnétique engendré par l'électro-aimant à sauter d'avant en arrière plusieurs fois & travers l'entrefer séparant l'armature et la face polaire lorsque l'électro- aimant est excité. Pour des raisons qui sont bien connues dans la technique, cette structure discontinue de flux magnétique, ou plus simplement cette rupture de flux, est efficace pour augmenter l'amplitude de l'attraction magnétique entre l'armature et la pièce polaire. Dans le passé, les ruptures de flux ont été prévues dans l'armature et la face polaire en formant des fentes ou des évidements dans l'armature et la face polaire. Ces fentes ou évidements définissent des entrefers relativement grands entre les régions polaires adjacentes du matériau magnétiquement perméable. Bien qu'efficace pour augmenter l'attraction magnétique entre l'armature et la pièce polaire, la formation de telles fentes ou évidements dans la face polaire nécessite le retrait de matériau de la pièce polaire, ce qui s'est révélé affaiblir la résistance globale de celle- ci. Les embrayages à friction actionnés électromagnétiquement de ce type sont souvent utilisés pour sélectivement transmettre des charges relativement élevées en couple. En conséquence, toute faiblesse dans la pièce polaire diminue la capacité de transmission de couple de l'embrayage dans son ensemble. En outre, comme les embrayages actionnés électromagnétiquement de ce type sont souvent utilisés dans des applications automobiles, comme dans des assemblages compresseurs de conditionnement d'air, ils doivent être relativement simples et peu coûteux en construction. En conséquence, la présente invention a pour but de proposer un procédé amélioré pour fabriquer un composant destiné à être utilisé dans un embrayage actionné électromagnétiquement ayant une ou plusieurs ruptures de 4 2741411 flux, tel qu'une armature ou une pièce polaire, qui résolve ces problèmes. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé amélioré pour fabriquer un composant destiné à être utilisé dans un embrayage actionné électromagnétiquement, tel qu'une armature ou une pièce polaire, ayant une ou plusieurs ruptures de flux prévues dans celui-ci. Initialement, un moule est prévu ayant une colonne centrale verticale qui définit une cavité de moule annulaire. Une quantité de matériau métallique en poudre est disposée dans la cavité du moule. Le matériau métallique en poudre est formé en matériau magnétiquement perméable, tel qu'un matériau ferro- magnétique. Ensuite, une ou plusieurs préformes en un matériau non magnétiquement perméable sont disposées dans la cavité du moule. La préforme est axialement placée au-dessus de la quantité de matériau métallique en poudre au-dessus de l'endroit désiré pour former la région magnétiquement non conductrice du composant. Puis, un piston d'une presse est déplacé axialement vers le bas en engagement avec la préforme et le matériau métallique en poudre contenus dans le moule. Lorsque le piston se déplace vers le bas, il vient en contact initialement avec la préforme, la déplaçant axialement vers le bas à travers le matériau métallique en poudre jusqu'à ce que la préforme vienne en contact avec la surface inférieure du moule. Un mouvement ultérieur descendant du piston comprime à la fois la préforme et le matériau métallique en poudre en une unique préforme de composant intégrée. Enfin, le piston est retiré pour permettre le retrait de la préforme de composant, et la préforme de composant est placée dans un four de frittage traditionnel pour former le composant final. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre de plusieurs modes de réalisation particuliers actuellement préférés de l'invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexes, dans lesquels: 2741411 - la figure 1 est une vue schématique en élévation et en coupe montrant un embrayage à friction actionné électromagnétiquement, comprenant une armature et une pièce polaire fabriquées conformément à la présente invention; - les figures 2 à 4 sont des vues agrandies en élévation et en coupe montrant les étapes mises en oeuvre dans une première forme de réalisation d'un procédé de fabrication de l'armature illustrée sur la figure 1 conformément à la présente invention; et - les figures 5 à 7 sont des vues partielles agrandies en élévation et en coupe montrant les étapes mises en oeuvre dans une seconde forme de réalisation d'un procédé de fabrication de l'armature illustrée à la figure 1 conformément à la présente invention. En se référant maintenant aux dessins, un embrayage à friction actionné électromagnétiquement conforme à l'invention est indiqué généralement en 10 et schématiquement représenté à la figure 1. La structure de base et le fonctionnement de l'embrayage 10 sont bien connus dans la technique. Par exemple, le brevet US N 4 187 939 au nom de Silvestrini et al. appartenant à la présente demanderesse, décrit un embrayage à friction actionné électromagnétiquement similaire. La description de ce brevet est incorporée ici par référence. Ainsi, seules les parties de l'embrayage à friction actionnées électromagnétiquement 10 qui sont nécessaires pour une compréhension complète de la présente invention seront décrites. L'embrayage à friction actionné électromagnétiquement est adapté pour sélectivement connecter un élément d'entrée entraîné en rotation, tel qu'un engrenage d'entrée 11, à un arbre de sortie cylindrique creux 12. L'engrenage d'entrée 11 engrène avec une source d'énergie en rotation (non représentée) d'une manière quelconque classique et est constamment entraîné en rotation par celle-ci. L'engrenage d'entrée 11 est supporté en rotation sur l'arbre de sortie 12 par tout moyen traditionnel, tel qu'une pluralité de roulements à aiguilles 13. L'embrayage à friction actionné 6 2741411 électromagnétiquement 10 comprend également une armature 14 qui est connectée & l'engrenage d'entrée 11 pour tourner avec celui-ci et pour un mouvement axial relatif par rapport à celui-ci d'une manière connue. L'armature 14 est également supportée en rotation sur l'arbre de sortie 12 par l'intermédiaire d'un manchon de palier à faible friction 14a. Comme cela sera expliqué en détail ci-dessus, l'armature 14 est principalement formée en matériau magnétiquement perméable. L'embrayage à friction actionné électromagnétiquement comprend en outre un rotor cylindrique creux 15 qui est fixé à l'arbre de sortie 12 pour tourner avec celui-ci. Une pièce polaire indiquée généralement en 16 est montée sur le rotor 15 pour tourner avec celui-ci. Ainsi, la pièce polaire 16, le rotor 15 et l'arbre de sortie 12 tournent tous ensemble en une unité. La pièce polaire 16 est annulaire et a une section transversale en forme générale de U, définissant un pied externe s'étendant axialement, une face polaire s'étendant radialement et un pied interne s'étendant axialement. Une bobine 17 de conducteur électrique est prévue dans la pièce polaire 16 pour fonctionner comme électro- aimant. La bobine 17 est supportée d'une manière non rotative par rapport à la pièce polaire 16 par toute structure de support traditionnelle (non représentée). La bobine 17 peut être contenue dans un boîtier 18 à l'intérieur de la pièce polaire 16. Comme cela sera également expliqué en détail plus loin, la pièce polaire 16 est principalement formée en matériau magnétiquement perméable. Comme cela est bien connu, la bobine 17 fonctionne comme un électroaimant lorsque le courant électrique passe & travers celle-ci. Lorsqu'elle est ainsi alimentée en énergie, la bobine 17 engendre un champ électromagnétique. Le flux magnétique circule axialement le long du trajet indiqué par les flèches sur la figure 1 à partir de la bobine 17 dans une première direction (vers la gauche sur la figure 1) à travers le pied radialement externe de la pièce polaire 16 et à travers un entrefer jusqu'à l'armature 14. Puis, le flux 7 2741411 magnétique circule radialement vers l'intérieur à travers les faces adjacentes de l'armature 14 et de la face polaire de la pièce polaire 16, sautant alternativement entre elles plusieurs fois comme représenté. Puis, le flux magnétique circule axialement dans une seconde direction (vers la droite sur la figure 1) à travers l'armature 14 et à travers un entrefer vers le pied radialement interne de la pièce polaire 16 pour retourner à la bobine 17. Normalement, l'armature 14 est maintenue dans la position débrayée illustrée, dans laquelle elle est axialement espacée à distance de la pièce polaire 16. Un ressort traditionnel (non représenté) ou d'autres moyens connus peuvent être utilisés pour solliciter l'armature vers la position débrayée. Dans cette position débrayée, l'armature 14 n'est pas en contact frottant avec la face polaire de la pièce polaire 16. En résultat, la pièce polaire 16, le rotor 15 et l'arbre de sortie 12 ne sont pas entraînés en rotation par l'engrenage d'entrée 11. Lorsque la bobine 17 est excitée comme décrit plus haut, la circulation du flux magnétique provoque l'attraction de l'armature 14 vers la pièce polaire 16. Si une quantité suffisante de courant électrique passe à travers la bobine 17, l'armature 14 se déplacera axialement vers une position embrayée, dans laquelle elle est en contact frottant avec la face polaire de la pièce polaire 16. Dans cette position embrayée, l'armature 14 vient en contact frottant avec la pièce polaire 16 pour provoquer l'entraînement en rotation de la pièce polaire 16, du rotor 15 et de l'arbre de sortie 12 par l'engrenage d'entrée 11. Les figures 2 à 4 représentent une première forme de réalisation d'un procédé de fabrication de l'armature 14 décrite plus haut conformément à la présente invention. En se référant d'abord à la figure 2, est représenté un moule traditionnel 20 ayant une colonne centrale verticale 21 formée d'une seule pièce avec celui-ci. La surface périphérique interne du moule 20 et la surface périphérique externe de la colonne 21 définissent une cavité ou un 8 2741411 évidement annulaire 22 dans le moule 20. Comme cela apparaîtra plus loin, le diamètre externe de la cavité de moule 22 (défini par la surface périphérique interne du moule ) est égal au diamètre externe désiré de l'armature 14 à former. De manière similaire, le diamètre interne de la cavité de moule 22 (défini par la surface périphérique externe de la colonne 21) est égal au diamètre interne désiré de l'armature 14 à former. Une quantité de matériau métallique en poudre 23 est disposée dans la cavité de moule 22. Le matériau métallique en poudre 23 est formé en matériau magnétiquement perméable, tel qu'un matériau ferro-magnétique. Les métaux ferro- magnétiques présentent une perméabilité magnétique élevée, ont la capacité d'acquérir une aimantation élevée dans des champs magnétiques relativement faibles, et présentent une hystéresis magnétique, parmi d'autres caractéristiques. Les métaux ferro-magnétiques préférés utilisés pour fabriquer l'élément ferro-magnétique sont sélectionnés à partir du groupe comprenant l'acier, le fer, le cobalt, le nickel et leurs alliages. Le préféré est le fer, tel qu'il est disponible dans le commerce à partir de Hoeganaes Corporation de Riverton, New Jersey sous la dénomination matériau phosphoreux en poudre 45P Anchorsteel. La quantité de matériau métallique en poudre 23 disposée dans la cavité de moule 22 dépend de la taille de l'armature 14 à former. En se référant maintenant à la figure 3, l'étape suivante dans le procédé de fabrication de l'armature 14 consiste à prévoir une préforme 30 en matériau non magnétiquement perméable. De préférence, la préforme 30 est formée en un alliage de poudre d'acier inoxydable qui est pressé d'une manière traditionnelle dans la forme souhaitée. Par exemple, la préforme 30 peut être formée en poudre d'acier inoxydable 316L, qui est également disponible dans le commerce à partir de Hoeganaes Corporation de Riverton, New Jersey. Si souhaité, d'autres matériaux tels que des quantités relativement petites de cuivre ou de lubrifiant, peuvent être mélangés avec la poudre d'acier inoxydable avant 9 2741411 qu'elle soit pressée dans la préforme 30. La préforme 30 peut être formée en utilisant des techniques de métallurgie à actionnement standard, typiquement en comprimant une quantité de poudre d'acier inoxydable dans un moule à une pression comprise environ 35 tonnes/pouce carré (530 MPa) et 40 tonnes/pouce carré (610 MPa). La préforme 30 est de préférence formée avec une densité qui est généralement dans la plage de 6,3 à 6,6 grammes par cm3. Toutefois, la densité de la préforme 30 peut être plus grande ou plus petite si souhaité. Apres avoir été formée, la préforme 30 est placée au sommet de la quantité de matériau métallique en poudre 23 disposée dans la cavité de moule 22, comme représenté sur la figure 3. Comme cela apparaîtra plus loin, la préforme 30 est axialement localisée par rapport au matériau métallique en poudre 23 au-dessus de l'emplacement désiré pour la région magnétiquement non conductrice de l'armature 14 à former. Comme représenté sur la figure 4, l'étape suivante dans le procédé consiste à déplacer axialement un piston 40 d'une presse traditionnelle vers le bas en engagement avec la préforme 30 et le matériau métallique en poudre 23. Lorsque le piston 40 se déplace vers le bas, il vient en contact d'abord avec la préforme 30, la déplaçant axialement vers le bas à travers le matériau métallique en poudre 23 jusqu'à ce que la préforme 30 vienne en contact avec la surface inférieure du moule 20. Un mouvement descendant ultérieur du piston 40 comprime à la fois la préforme 30 et le matériau métallique en poudre 23 en une unique préforme d'armature intégrée, indiquée généralement en 50. Typiquement, l'épaisseur axiale de la préforme d'armature résultante 50 sera quelque peu inférieure à l'épaisseur axiale d'origine de la préforme 30. Apres l'achèvement de cette étape, le piston 40 est rétracté pour permettre le retrait de la préforme d'armature 50. La préforme d'armature 50 est alors placée dans un four de frittage traditionnel pour former l'armature finale 14. De préférence, la préforme d'armature 50 est frittée dans une atmosphère d'ammoniaque complètement dissocié à une 2741411 température élevée. Par exemple, la préforme d'armature 50 peut être frittée à une température d'environ 2050 F (1121 C) pour une période d'environ 10 mn. Ce processus de frittage est effectué pour favoriser une bonne liaison entre ces régions 50a de la préforme d'armature 50 formées par la préforme 30 et ces régions 50b de la préforme 50 formées par le matériau métallique en poudre 23. Comme mentionné plus haut, l'armature 14 fabriquée conformément à ce procédé est principalement formée à partir du matériau phosphoreux comprimé 23 Anchorsteel 45P, qui est magnétiquement perméable. En résultat, le flux magnétique peut circuler le long du trajet indiqué par les flèches sur la figure 1 à travers les régions 50b radialement extrêmes interne et externe de l'armature 14. Toutefois, ces régions radialement extrêmes interne et externe 50b de l'armature 14 qui sont formées à partir de ce matériau magnétiquement perméable sont séparées par la région annulaire 50a formée par la préforme 30 en poudre d'acier inoxydable 316L, qui n'est pas un matériau magnétiquement perméable. Ainsi, afin de compléter le circuit magnétique, le flux magnétique doit sauter de la région radialement extrême externe 50b de l'armature 14 à travers un entrefer vers la pièce polaire 16, puis sauter en arrière vers la région radialement extrême interne 50b de l'armature 14. Les figures 5 à 7 représentent une seconde forme de réalisation du procédé de fabrication de l'armature 14 décrite plus haut conformément à la présente invention. Le procédé de cette seconde forme de réalisation. Le procédé de cette seconde forme de réalisation est similaire à la première forme de réalisation, sauf que la préforme 30 est disposée dans le moule 20 avant le matériau métallique en poudre 23. Le piston 40 est déplacé axialement vers le bas en contact avec la préforme 30 et le matériau métallique en poudre 23 pour former la préforme d'armature intégrée unique indiquée généralement en 50, comme décrit plus haut. Les procédés de la présente invention peuvent être utilisés pour former l'armature 14 avec des formes ou des il 2741411 configurations autres que celle qui est illustrée. De manière similaire, on appréciera que les procédés de la présente invention peuvent être utilisés pour former la pièce polaire 16 de l'embrayage à friction électromagnétique illustré 10. A cet effet, la pièce polaire 16 peut être principalement formée à partir du même matériau phosphoreux comprimé 23 Anchorsteel 45P utilisé pour former l'armature 14. La pièce polaire illustrée 16 comporte deux régions annulaires en matériau perméable non magnétique qui peuvent être formées en disposant deux préformes annulaires 30 de différentes tailles, une localisée concentriquement dans l'autre, au sommet de la quantité de matériau métallique en poudre 23 disposée dans la cavité de moule 22. Aussi, la présente invention peut être utilisée pour former d'autres composants pour l'embrayage à friction électromagnétique 10 ayant des régions en matériau magnétiquement perméable qui sont séparées des régions en matériau non magnétiquement perméable. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des formes de réalisation particulières, il est évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. 12 2741411 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un composant (14, 16) pour usage dans un embrayage actionné électromagnétiquement (10), comprenant les étapes consistant à: (a) prévoir un moule (20) qui définit une cavité de moule (22); (b) prévoir une quantité de matériau magnétiquement perméable (23) dans la cavité de moule; (c) prévoir une quantité de matériau non magnétiquement perméable (30) dans la cavité de moule; et (d) comprimer la quantité de matériau magnétiquement perméable et la quantité de matériau non magnétiquement perméable dans le moule pour former un unique composant intégré (50). 2. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite étape (a) est effectuée en prévoyant une colonne centrale verticale (21) dans le moule pour définir une cavité annulaire de moule (22). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape (b) est effectuée en prévoyant une quantité de matériau métallique en poudre magnétiquement perméable (23) dans la cavité de moule. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite étape (b) est effectuée en prévoyant une quantité de matériau métallique en poudre ferro-magnétique magnétiquement perméable (23) dans la cavité de moule. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau métallique en poudre ferro-magnétique magnétiquement perméable (23) est formé en alliage de fer. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape (c) est effectuée en prévoyant au moins une préforme (30) en matériau non magnétiquement perméable. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite étape (c) est effectuée en formant la préforme en 13 2741411 matériau non magnétiquement perméable (30) avant de la disposer dans le moule (20). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite étape (c) est effectuée en formant la préforme (30) à partir d'un alliage de poudre d'acier inoxydable. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite étape (c) est effectuée en formant la préforme (30) pour avoir une densité qui est généralement dans la plage de 6,3 à 6,6 g/cm3. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape (d) est effectuée en déplaçant un piston (40) d'une presse axialement vers le bas en contact avec la quantité de matériau magnétiquement perméable et la quantité de matériau non magnétiquement perméable.