Brevet FR2773923A1 — publié le 19990723

B17284 DESCRIPTION FREIN ELECTROMAGNETIQUE A HYSTERESIS, NOTAMMENT UTILISE EN TANT QUE FREIN DE FILS POUR MACHINES TEXTILES La présente invention se rapporte à un frein électroma- gnétique à hystérésis, notamment utilisé en tant que frein de fils pour machines textiles, comprenant un aimant de freinage stationnaire qui comporte des pièces polaires annulaires inté- rieure et extérieure, et un enroulement magnétique; et un induit rotatif relié à une bague à hystérésis en un matériau à magnétisation permanente, la bague à hystérésis pénétrant dans un entrefer annulaire de l'aimant de freinage, formé entre les pièces polaires annulaires intérieure et extérieure. Des freins à hystérésis connus de ce type (DE-A1-44 24 457) sont employés, par exemple, en tant que freins de fils dans des machines textiles. La caractéristique typique de telles ma- chines réside dans un grand nombre d'unités de production qui sont alignées et possèdent, parallèlement, le même processus opératoire. Les freins de fils individuels sont commandés élec- triquement de manière centralisée en appliquant, aux enroule- ments magnétiques des freins à hystérésis, du courant provenant d'une source de tension continue. Le couple de freinage est alors formé exclusivement par le flux magnétique qui est engen- dré dans l'entrefer, par l'enroulement de l'électro-aimant, et dépend de la grandeur du courant respectivement appliqué audit enroulement. Si aucun courant n'est présent, aucun flux magné- tique n'est semblablement présent et le couple de freinage, engendré par le frein à hystérésis connu jusque-là, serait égal à zéro dans ce cas. Cela signifie que, lorsque le frein à hysté- résis est utilisé en tant que frein de fils, le fil se relâche en cas de défaillance de l'alimentation en courant. Cela peut avoir des conséquences fatales dans des ma- chines textiles. Les fils de toutes les broches prennent du mou. Si, par exemple lors du câblage, le frein de fils du fil exté- rieur est dépourvu de couple de freinage, du fil continue d'être dévidé du râtelier jusqu'à ce que ledit fil devienne totalement lâche. Du fait de la torsion induite par le processus de retor- dage ou de câblage, les fils présentent un couple de torsion interne. Lorsque les fils ne sont plus soumis à aucune tension, cela se traduit par une formation de boucles. Ces dernières ne peuvent plus être étirées au stade de la remise en route de la machine. Un défaut intolérable affecte le produit fini. Pour éviter de tels défauts, la machine textile doit être complète- ment dégarnie lors de la coupure de l'alimentation électrique des freins de fils, puis garnie de nouveau. En règle générale, des bobines semi-finies ne peuvent pas faire l'objet d'un trai- tement ultérieur. Les restes des bobines de présentation non encore épuisées soulèvent, eux aussi, des problèmes. Par ail- leurs, outre les coûts élevés générés par des bobines entamées inutilisables, contenant le fil retors et le matériau d'alimen- tation, les machines textiles accusent également des temps d'indisponibilité importants. Pour contrecarrer ces problèmes occasionnés par un manque de courant, les machines textiles sont équipées d'une alimentation électrique d'urgence au moyen de batteries. La complexité de cette alimentation électrique d'urgence, en matière de place, de coûts et de maintenance, est néanmoins considérable. De surcroît, l'alimentation électrique d'urgence, et donc le couple de freinage des freins de fils, ne perdurent que jusqu'à épuisement de la capacité des batteries, ce qui est normalement le cas après environ 20 minutes. L'invention a par conséquent pour objet de fournir un frein électromagnétique à hystérésis du type mentionné en in- troduction, utilisé notamment en tant que frein de fils pour machines textiles, qui prodigue un couple de freinage suffisam- ment fort, en cas de panne de courant, également sans alimen- tation électrique d'urgence. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait qu'au moins un aimant permanent est placé en dérivation du circuit magnétique de l'enroulement magnétique, de façon telle que le champ magnétique soit formé, dans l'entrefer, par coopé- ration des flux magnétiques de l'électro-aimant (enroulement magnétique) et de l'aimant permanent; et par le fait que la grandeur et, par une polarisation correspondante, la direction du flux magnétique de l'électro-aimant peuvent être réglées, dans l'entrefer, de telle sorte que ledit flux renforce le flux magnétique de l'aimant permanent, ou s'oppose à ce flux. Ainsi, l'invention se fonde sur l'idée consistant à en- gendrer le flux magnétique, dans l'entrefer, partiellement au moyen de l'enroulement magnétique de l'électro-aimant et par- tiellement au moyen de l'aimant permanent, et à superposer mu- tuellement les champs magnétiques engendrés par ledit électro- aimant et ledit aimant permanent. Grâce à un réglage correspon- dant du courant appliqué à l'électro-aimant, la superposition peut alors avoir lieu, dans la région de la bague à hystérésis, d'une manière telle que le flux magnétique total tende vers zéro dans l'entrefer, ou ne soit que partiellement utilisé, ou bien soit complètement concentré dans ledit entrefer. Une sollici- tation correspondante de l'électro-aimant par du courant per- met de régler de la sorte, sur le frein à hystérésis, chaque couple de freinage souhaité entre 0 % et 100 %. Cependant, un aspect décisif réside dans le fait que l'électro-aimant devient, certes, inopérant en cas de panne de courant, mais que l'aimant permanent entretient néanmoins, pour n'importe quelle durée souhaitée, un champ magnétique totalement suffisant pour engendrer le couple de freinage suffisamment fort lors du fonc- tionnement de la machine par inertie, ou lors de l'immobilisa- tion de cette dernière. La force de freinage est insignifiante pour maintenir la rigidité des fils dans le cas d'une panne de courant; un petit couple de freinage suffit déjà en soi, car il ne faut assurément pas opérer à l'encontre des tensions des fils durant le processus de production. Cela signifie que seule la présence d'un couple de freinage d'au moins 20 % est nécessaire en cas de panne de courant, ce qui peut être aisément obtenu grâce à l'aimant permanent. Ainsi, il peut être totalement re- noncé à une alimentation électrique d'urgence et, de façon cor- respondante, une maintenance de ladite alimentation disparaît elle aussi. A titre d'effet secondaire, l'aimant permanent soulage l'électro-aimant au cours de la production normale. De la sorte, celui-ci ne doit pas être sollicité par un courant aussi fort. La puissance de sortie de l'alimentation électrique normale de l'électro-aimant peut être conçue plus faible. Cela concerne la source de tension continue, les sorties de puis- sance de la commande et les sections des câbles traversant la machine. L'aimant permanent est commodément conçu de manière que le couple de freinage, pouvant être engendré par son seul concours, représente environ 50 % du couple de freinage maxi- mal. Il suffit ensuite que l'électro-aimant engendre la diffé- rence de flux magnétique qui est nécessaire pour obtenir le couple de freinage considéré. Lorsque les besoins exprimés sont inférieurs au couple de freinage moyen, l'électro-aimant fonc- tionne par inversion de polarité dans l'aimant permanent. Lors- qu'un couple de freinage compris entre 50 % et 100 % est exigé, l'électro-aimant amplifie le flux magnétique de l'aimant permanent, moyennant une polarisation correspondante. Ainsi, le couple de freinage est engendré par le flux magnétique des deux aimants en mode de fonctionnement normal de la machine textile. Le réglage du couple de freinage exigé est provoqué par dérivation ou concentration des flux magnétiques de l'aimant permanent et de l'électro-aimant. Le couple de freinage est déterminé exclusivement, par l'aimant permanent, uniquement en cas de panne de courant et d'immobilisation correspondante de la machine textile. De préférence, l'enroulement magnétique de l'électro- aimant est logé concentriquement à l'intérieur de l'aimant permanent. Il est avantageux que l'aimant permanent et l'enroule- ment magnétique de l'électro-aimant soient agencés en succes- sion axiale, l'aimant permanent pouvant alors être disposé au voisinage de la bague à hystérésis. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe axiale d'un premier exemple de réalisation du frein à hystérésis, selon la ligne I-I de la figure 3; la figure 2 est une coupe axiale fragmentaire de cet exemple de réalisation; la figure 3 est une coupe radiale selon la ligne III-III de la figure 1; la figure 4 est une coupe axiale d'un second exemple de réalisation; et la figure 5 est une coupe axiale fragmentaire de cet exemple de réalisation. Il existe des systèmes planaires de freins à hystérésis, dans lesquels le flux magnétique est guidé, dans une large me- sure avec parallélisme axial, à travers un disque à hystérésis; et des systèmes radiaux dans lesquels le flux magnétique tra- verse la bague à hystérésis dans le sens radial. L'invention est expliquée à l'appui de deux exemples de réalisation fonction- nant d'après le système radial. Le frein à hystérésis comprend, tout d'abord, un aimant de freinage 1 stationnaire ou fixe, qui comporte une pièce po- laire annulaire intérieure 2 et une pièce polaire annulaire ex- térieure 3. La pièce intérieure 2 porte un enroulement magnéti- que 4 entouré par un aimant permanent annulaire 5. Ladite pièce 2 présente des pôles 2a qui sont décalés dans le sens périphéri- que par rapport à des pôles 3a de la pièce extérieure 3, comme le met en lumière la figure 3. Un entrefer annulaire 6 est prévu entre les pôles 2a de la pièce 2 et les pôles 3a de la pièce 3. Une bague 7 à hystérésis, constituée d'un matériau à magnétisa- tion permanente, pénètre dans cet entrefer 6. La bague 7 est portée par un induit 8 pouvant tourner, par rapport à l'aimant permanent 5, au moyen de roulements à billes 9 disposés sur un tenon 10 de la pièce intérieure 2. L'induit 8 est mis en liaison avec la pièce à freiner, en particulier un rouleau ou un élément similaire ceinturé par le fil devant être freiné. Le rouleau n'est pas illustré sur les dessins. L'enroulement magnétique 4 est raccordé, par l'intermé- diaire d'un conducteur 11, à une source de tension continue. L'intensité du courant peut être régulée à l'aide d'une comman- de non représentée, et la direction du courant peut être réglée par une polarisation correspondante. L'aimant permanent 5 est judicieusement conçu de telle sorte que le couple de freinage, pouvant être engendré par son seul concours, représente environ 50 % du couple de freinage maximal. Sur les figures 1 et 2, de même que sur les figures 4 et 5 des dessins, les lignes de flux magnétique sont évoquées, par des traits noirs épais, dans différents états de fonctionnement du frein à hysteresis. Lorsque les besoins concernent un couple de freinage moyen, représentant environ 50 % du couple de freinage maximal, l'enroulement magnétique 4 est privé de courant. L'aimant per- manent 5 engendre un flux magnétique circulant vers la droite conformément à la figure 1, en partie à travers l'entrefer 6 et, en partie, à travers la pièce polaire annulaire intérieure 2 et la pièce polaire annulaire extérieure 3. Lorsqu'est atteint un couple de freinage inférieur à 50 %, l'enroulement 4 est mis en circuit, plus précisément avec une polarité telle que le flux magnétique dudit enroulement 4 s'oppose au flux magnétique de l'aimant permanent 5. Le flux magnétique total, parcourant l'entrefer 6, devient d'autant plus faible que l'intensité du courant est réglée sur une valeur élevée. Conformément à la par- tie de gauche de la figure 1, l'aimant permanent 5 agit en tant que fermeture postérieure vis-à-vis de l'en- roulement magnétique 4 de l'électro-aimant, et pratiquement plus aucun flux magnétique ne parcourt l'entrefer 6. Le couple de freinage, imposé à l'induit 8 par la bague 7 à hystérésis, est par conséquent égal à zéro. En revanche, si les besoins exigent un couple de freinage supérieur à 50 %, cela peut être obtenu par inversion de la polarité de l'enroulement 4 et par régulation de l'intensité du courant. L'allure du flux magnétique de l'élec- tro-aimant, à travers l'entrefer 6, présente désormais la même direction que le flux magnétique de l'aimant permanent 5, si bien que les effets des deux flux magnétiques s'additionnent. Le couple de freinage, imposé à l'induit 8, devient d'autant plus fort que l'intensité du courant, sur l'électro-aimant, est réglée sur une valeur forte. L'électro-aimant est renforcé par l'aimant permanent 5 et ne doit, pratiquement, engendrer que % du couple de freinage maximal. L'exemple de réalisation illustré sur les figures 4 et 5 ne se distingue, de l'exemple de réalisation décrit ci-avant, que par l'assignation mutuelle de l'aimant permanent 5 et de l'enroulement 4 de l'électro-aimant. Dans l'exemple de réali- sation représenté sur les figures 4 et 5, l'aimant permanent 5 et l'enroulement 4 de l'électro-aimant sont agencés en succes- sion axiale, l'aimant permanent 5 étant prévu au voisinage de la bague 7 à hystérésis. L'agencement structurel du frein à hysté- résis et le mode de fonctionnement de ce dernier correspondent, pour le reste, à l'exemple de réalisation décrit ci-avant, de sorte que les mêmes références numériques ont été utilisées pour des pièces à fonction identique, et que la description qui précède s'applique également, de manière rationnelle, à l'exemple de réalisation illustré sur les figures 4 et 5. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au frein à hystérésis décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. -R E V E N D I C A T I O N S- 1. Frein électromagnétique à hystérésis, notamment uti- lisé en tant que frein de fils pour machines textiles, compre- nant un aimant de freinage stationnaire qui comporte des pièces polaires annulaires intérieure et extérieure, et un enroule- ment magnétique; et un induit rotatif relié à une bague à hys- térésis en un matériau à magnétisation permanente, la bague à hystérésis pénétrant dans un entrefer annulaire de l'aimant de freinage, formé entre les pièces polaires annulaires intérieu- re et extérieure, frein caractérisé par le fait qu'au moins un aimant permanent (5) est placé en dérivation du circuit magné- tique de l'enroulement magnétique (4), de façon telle que le champ magnétique soit formé, dans l'entrefer (6), par coopéra- tion des flux magnétiques de l'électro-aimant (enroulement magnétique 4) et de l'aimant permanent (5); et par le fait que la grandeur et, par une polarisation correspondante, la direc- tion du flux magnétique de l'électro-aimant peuvent être ré- glées, dans l'entrefer, de telle sorte que ledit flux renforce le flux magnétique de l'aimant permanent, ou s'oppose à ce flux. 2. Frein à hystérésis selon la revendication 1, caracté- risé par le fait que l'aimant permanent (5) est conçu de manière que le couple de freinage, pouvant être engendré par son seul concours, représente environ 50 % du couple de freinage ma- ximal. 3. Frein à hystérésis selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé par le fait que l'enroulement magnétique (4) de l'électroaimant est logé concentriquement à l'intérieur de l'aimant permanent (5). 4. Frein à hystérésis selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé par le fait que l'aimant permanent (5) et l'enroule- ment magnétique (4) de l'électro-aimant sont agencés en succes- sion axiale, l'aimant permanent (5) étant alors disposé au voisinage de la bague (7) à hystérésis.