Brevet FR2785656A1 — publié le 20000512

L'invention se rapporte à un frein à actionnement électromagnétique, en particulier un frein d'arrêt, avec un couple d'arrêt élevé et des courses de freinage courtes, constitué par un disque à saillies guidé en blocage de5 rotation, par un ressort pressant ledit disque axialement dans une position de blocage et par un électroaimant débloquant celui-ci à l'encontre du ressort. Le frein à actionnement électromagnétique doit ici être réalisé pour des petites pièces rotatives qui sont arrêtées avec faible marche à vide directement à la fin d'une phase de travail et qui sont retenues par coopération de formes avec un couple très élevé. De même, il doit convenir à un freinage et à un arrêt en cas de panne de courant. Il est connu de mettre en oeuvre dans ce but des freins à ressorts ou des freins à patins qui sont desserrés par des moyens électromécaniques à l'encontre d'un ressort qui les actionne, pour libérer le mouvement de rotation. Dans le cas d'embrayages, on utilise des éléments de transmission à coopération de forces et en partie à20 coopération de formes pour réaliser aussi grand que possible le couple transmissible ou le couple de freinage ou d'arrêt, dans le cas de freins. Dans les embrayages et les freins, des couples de transmission et de rotation requièrent des forces normales en conséquence élevées sur25 les engrenages de transmission ou sur les garnitures de freins. Lors du débrayage ou du déblocage, ces forces doivent toutefois être engendrées par exemple par des moyens électromécaniques avec une énergie à l'avenant. Si l'on requiert un patinage faible ou des courses de freinage30 courtes et des couples de transmission et d'arrêt élevés, il en résulte ainsi une structure comparativement grande, complexe et puissante. L'invention a pour but de réaliser un frein électromagnétique du type précité, pour des problèmes d'entraînement dans le régime de puissance inférieur qui concerne plutôt la mécanique de précision, de sorte à obtenir une structure peu coûteuse, en particulier une forme de construction plate, le frein étant d'une part, du point de vue énergie, dans un rapport favorable avec l'entraînement associé, en réalisant d'autre part aussi des5 courses de freinage courtes et des couples d'arrêt élevés. Ce but est réalisé par le fait que le disque à saillies axialement mobile est ferromagnétique et présente un nombre de saillies qui s'engagent par coopération de formes dans les évidements de la partie rotative à freiner, que les10 saillies et les événements présentent des flancs perpendiculaires à la direction de rotation, et que le ressort est réalisé en tant que ressort à lames avec trois bras flexibles qui sont appliqués à même distance les uns des autres sur la surface du disque à saillies.15 Pendant l'opération de freinage et d'arrêt, on réalise ici une liaison par coopération de formes entre le frein et la pièce rotative, l'énergie de la pièce rotative étant convertie en un choc élastique des pièces qui s'engagent pour former la liaison par coopération de formes. Cet20 agencement ne peut pour cette raison être conçu que pour des vitesses de rotation et des couples d'inertie de masse tels que l'énergie de freinage à fournir ici puisse être encaissée par les matériaux utilisés sans qu'ils se déforment de manière irréversible.25 Pour l'opération de freinage, la liaison par coopération de formes est réalisée entre un disque muni de saillies, guidé axialement en blocage de rotation, actionné axialement par un ressort à lames plat circulaire, et la pièce rotative à freiner qui présente des évidements30 latéraux pour réaliser la coopération de formes avec les saillies. Le ressort à lames circulaire est appliqué sur trois points pour déplacer axialement le disque à saillie bloqué en rotation et guidé axialement et assure ainsi un mouvement axial régulier, c'està-dire que par son appui35 stable, il ne tend pas à se coincer, ce qui constitue une condition importante pour un engagement si possible uniforme dans le pendant rotatif à freiner. En raison du principe de la coopération de formes avec des surfaces actives de saillies, réalisées perpendiculaires à la direction de rotation et avec des évidements associés, la force du ressort à lames n'a aucune influence sur les couples de feinage et d'arrêt. Au freinage, aucun composant n'agit contre le ressort en direction axiale. Celui-ci peut ainsi être conçu10 relativement faible et sous forme de ressort à lames très plat en extension axiale. Pour débloquer le frein, il suffit donc aussi d'un électroaimant relativement faible avec pôles plans, pour retirer le disque à saillies ferromagnétique en direction axiale contre l'effet du ressort à lames. En ce qui concerne encore les grandes surfaces polaires du boîtier ferromagnétique de l'électroaimant, son extension axiale peut également être maintenue faible bien que les forces de traction et de retenues soient suffisantes.20 D'autres configurations de l'invention sont indiquées dans la description ci-après. Les avantages obtenus avec l'invention se résument en ce que pour réaliser l'effet drastique de freinage et d'arrêt obtenu par la coopération de formes, on peut mettre25 en oeuvre un ressort de faibles dimensions et un électroaimant peu puissant et en ce qu'on peut ainsi obtenir une forme de construction très plate des deux composants, avec peu de pièces supplémentaires. La structure du frein est par conséquent simple, robuste,30 fiable et peu coûteuse. Une configuration avantageuse de l'invention est possible grâce à la taille et à la forme des évidements recevant les saillies dans la pièce rotative. Des chanfreins évidés selon la direction de rotation rendent35 sûr l'engagement des saillies. L'arbre ou une douille supplémentaire dans laquelle l'arbre tourne, sont en matériau ferromagnétique et réduisent l'entrefer, augmentant ainsi la force de l'électroaimant au déblocage, à l'encontre du ressort à5 lames. La douille peut aussi être réalisée en tant qu'aimant permanent axialement polarisé, grâce à quoi l'électroaimant avec le ressort à lames constitue un système polarisé qui peut fonctionner par impulsions, donc de manière très10 économique du point de vue énergie, et qui, en cas d'absence de courant, ne se détache pas pour réaliser un blocage de sécurité. Dans le premier cas, pour maintenir l'électroaimant à l'état fermé le courant peut être réduit en raison de la grande force dudit électroaimant. Ceci peut être réalisé de manière avantageuse par une bobine divisée pourvue d'une prise qui permet à ladite bobine de ne fonctionner que partiellement à l'arrêt. Pour pouvoir réaliser le ressort à lames, ledit ressort à lame devrait avantageusement présenter trois bras flexibles longs réalisés plutôt tangentiels, puisque le petit diamètre de l'agencement étant petit, comparé à la course du disque à saillies. Le nombre croissant des saillies permet d'améliorer la répartition de la charge lors du freinage et de raccourcir la course et l'angle de freinage. Le guidage fixe pour les saillies exécutant un mouvement de levage axial peut en même temps porter la bobine de l'électroaimant faisant office d'armature30 d'enroulement. Des saillies injectées et l'armature d'enroulement avec fentes de guidage sont avantageusement réalisées en un appariement de matières plastiques hautement sollicitables et à bonnes propriétés élastiques. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté aux dessins et sera décrit en détail ci-après. Les dessins montrent: - la figure 1, une vue en coupe du frein, - la figure 2, une coupe en perspective du frein de la figure 1, sans la pièce rotative à freiner, et - la figure 3, une représentation éclatée du frein de la figure 1. Aux figures 1 à 3, une pièce 1 cylindrique rotative, qui peut être réalisée sous forme de roue dentée motrice, est représentée sur un arbre 2, des évidements 11 étant ménagés dans ladite pièce pour l'engagement de saillies 31. Ces évidements 11 sont répartis à même distance les uns des autres sur le côté tourné vers le frein, comme les saillies15 31 associées le sont sur le disque à saillies 3. Comme représenté, le disque à saillies 3 et la pièce rotative 1 se trouvent en engagement puisque, avec ses trois bras flexibles 41, le ressort à lames 4 presse dans les évidements 11 le disque à saillies 3 mobile axialement sur l'arbre 2. Puisque les saillies 31 sont encore guidées dans les fentes de guidage 51 de l'armature d'enroulement 5 mis en place de manière stationnaire dans le boîtier 6, la pièce rotative est arrêtée.25 Dans l'armature d'enroulement 5 est logée une bobine 7 électrique qui, en cas d'alimentation en courant dans le boîtier 6 en matériau ferromagnétique, engendre un champ magnétique qui exerce via la surface polaire intérieure 61 et la surface polaire extérieure 62 une force sur le30 plateau 32 ferromagnétique du disque à saillies 3. Cette force est dirigée à l'encontre de la force du ressort à lames 4 et libère le disque à saillies 3 en direction axiale de l'engagement avec la pièce 1 rotative. Le frein est débloqué. Le disque à saillies 3 adhère35 maintenant avec son plateau ferromagnétique sur les pôles intérieur et extérieur 61, 62 du boîtier 6, représentés à la figure 2. Lorsqu'on déconnecte l'entraînement de l'arbre 2, ou en cas de panne de courant, l'électroaimant formé par la bobine 7, le boîtier 6 et l'armature d'enroulement 5 est aussi déconnecté. La force du ressort 4 fait maintenant déplacer le disque à saillies 3 sur l'arbre 2, guidé dans les fentes de guidage 51 en direction axiale, le ressort 4 étant appliqué avec trois bras flexibles 41 sur trois points du disque à saillies 3, assurant ainsi un mouvement longitudinal stable. Comme montré à la figure 3, les bras flexibles 51 peuvent avoir une structure en longueur, grâce à leur agencement tangentiel, et permettent ainsi une forme de construction plate du ressort 4. Transportées par les chanfreins 12 ménagés dans la pièce 1 rotative et représentés à la figure 3, les saillies 31 qui sont toujours guidées dans leurs fentes de guidage 51, s'engagent dans les évidements 11, et la pièce 1 rotative est amenée à s'arrêter momentanément par les chocs élastiques des saillies 31 sur les flancs des évidements 11 et des fentes de guidage 51. Pour cette raison, les saillies 31 et l'armature d'enroulement 5 sont réalisées en un appariement de matières plastiques hautement sollicitables. Ceci est aussi25 avantageux pour la zone des évidements 11 dans la pièce rotative. Ces propriétés de matériau et le moment d'inertie de masse à freiner déterminent la vitesse de rotation admissible pour laquelle le frein peut être utilisé de manière fiable. 30 Grâce à l'engagement par coopération de formes, on obtient des forces de retenues élevées et, pour une vitesse de rotation qui n'est pas trop grande, un angle de freinage maximum de presque 60 pour six saillies 31. Cet angle peut toutefois encore être réduit à volonté par un nombre plus35 élevé de saillies, mais il ne faut pas négliger ici le temps de commutation de l'électroaimant 5, 6, 7. REVENDICATIONS 1. Frein à actionnement électromagnétique, en particulier frein d'arrêt, avec un couple d'arrêt élevé et des distances de freinage courtes, constitué par un disque5 à saillies (3) guidé en blocage de rotation, un ressort (4) pressant ledit disque axialement dans une position de blocage et un électroaimant (5, 6, 7) débloquant celui-ci à l'encontre du ressort (4), caractérisé en ce que le disque à saillies (3) axialement mobile est ferromagnétique et présente un nombre de saillies (31) qui s'engagent par coopération de formes dans les évidements (11) de la partie (1) rotative à freiner, en ce que les saillies (31) et les évidements (11) présentent des flancs perpendiculaires à la direction de rotation, et en ce que le ressort est réalisé en tant que ressort à lames (4) avec trois bras flexibles qui sont appliqués à même distance les uns des autres sur la surface du disque à saillies (3). 2. Frein à actionnement électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les évidements (11) recevant les saillies (31) présentent dans la partie rotative (1) des chanfreins (12) évidés selon la direction de rotation, rendant ainsi plus sûr l'engagement des saillies (31). 3. Frein à actionnement électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre (2) ou une douille supplémentaire, dans laquelle tourne l'arbre (2), sont en matériau ferromagnétique. 4. Frein à actionnement électromagnétique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la douille est réalisée en tant qu'aimant permanent axialement polarisé et en ce que la bobine (7) fonctionne par impulsions pour commuter le système bistable. 5. Frein à actionnement électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant pour retenir l'électroaimant à l'état fermé est réduit et la bobine (7) est pourvue d'une prise via laquelle ladite bobine peut fonctionner seulement partiellement à l'arrêt, respectivement. 6. Frein à actionnement électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort à lames (4) présente trois bras flexibles longs réalisés tangentiels. 7. Frein à actionnement électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guidage (5) fixe avec ses fentes de guidage (51) pour le disque à saillies10 (3) exécutant un mouvement de levage axial, porte simultanément, en tant qu'armature d'enroulement, la bobine (7) de l'électroaimant. 8. Frein à actionnement électromagnétique selon la revendication 7, caractérisé en ce que les saillies (31) sont injectées en tant que parties en matière plastique sur un plateau (32) ferromagnétique et en ce que lesdites saillies (31) et l'armature d'enroulement (5) avec les fentes de guidage (51) sont constituées par un appariement de matières plastiques hautement sollicitables et à bonnes20 propriétés élastiques.