Brevet FR2853158A1 — publié le 20041001

Ralentisseur électromagnétique d'un véhicule muni d'un induit cuivré L'invention concerne un ralentisseur électromagnétique d'un véhicule muni d'un induit cuivré, selon l'invention. L'invention a pour but d'une part, 5 d'augmenter les performances d'un tel ralentisseur, et d'autre part, de réduire le poids, l'encombrement et le coût de fabrication de ce ralentisseur électromagnétique. L'invention est plus particulièrement destinée au domaine de l'automobile mais pourrait également s'appliquer dans d'autres domaines. Un ralentisseur électromagnétique permet d'assister un dispositif de 10 freinage d'un véhicule, notamment pour les véhicules du type "poids lourds". Un dispositif de freinage peut comporter des patins de frein destinés à se rapprocher contre au moins un disque d'un moyeu d'une roue d'un véhicule pour freiner le véhicule. Il existe plusieurs types de ralentisseurs électromagnétiques. Notamment, il existe des ralentisseurs 15 électromagnétiques de type axial et des ralentisseurs électromagnétiques de type "Focal" (marque déposée). Un ralentisseur électromagnétique de type axial est destiné à être placé sur un arbre de transmission entre un pont et une boîte de vitesse du véhicule; l'arbre de transmission étant alors en deux parties pour le montage entre celles- ci du ralentisseur. Un ralentisseur 20 électromagnétique de type "Focal" est destiné à être placé directement sur un arbre de transmission à la sortie de la boîte de vitesse ou directement sur le pont du véhicule. Le pont d'un véhicule entraîne au moins un arbre de roue, lequel arbre de roue entraîne au moins une roue de ce même véhicule. Dans le cas des ralentisseurs électromagnétique de type axial ou de 25 type "Focal", le ralentisseur électromagnétique comporte au moins un stator inducteur et au moins un rotor induit. Le stator inducteur comporte une forme de flasque. Le stator inducteur est destiné à porter à proximité et le long d'une périphérie, au moins une bobine. Le rotor induit est placé selon un plan parallèle à un plan du stator inducteur. Le rotor est destiné à tourner autour 30 d'un axe du stator du fait de la transmission d'un mouvement de rotation au rotor par l'arbre de transmission du véhicule. Le rotor induit est prévu pour assurer la fermeture du champ magnétique produit par les bobines, de telle manière que, magnétiquement, ces bobines soient prises en sandwich entre le rotor et le stator. Le stator pourrait cependant être induit et le rotor 35 inducteur. Le rotor porterait les bobines dans ce cas. Généralement, les ralentisseurs électromagnétiques comportent un nombre paire de bobines de polarité alternée. Les bobines sont portées chacune par un noyau solidaire du rotor et monté à l'intérieur de la bobine. Ces noyaux seront appelés axe ci-après. Une bobine possède une forme 5 cylindrique circulaire creuse. La forme peut, bien entendue, être différente d'une forme circulaire et être, par exemple, carrée, elliptique ou autre. Une bobine est formée par un enroulement d'un fil électrique selon une forme cylindrique circulaire. Dans un exemple, les bobines sont formées par un fil de cuivre. L'enroulement du fil de cuivre permet de définir un axe de la 10 bobine perpendiculaire au sens d'enroulement du fil électrique. Les bobines sont positionnées avec leur axe de bobine perpendiculaire au plan du stator inducteur et au plan du rotor, et parallèlement à l'axe du rotor. Les bobines sont réparties uniformément et circulairement par rapport à l'axe du rotor. Un ralentisseur électromagnétique fonctionne de la manière suivante. 15 A la suite d'une excitation d'au moins une bobine, un champ électromagnétique se propage depuis un axe d'une première bobine puis se propage dans le rotor induit et rejoint ensuite l'axe d'une deuxième bobine perpendiculairement au plan du rotor pour se refermer dans le stator inducteur. Au cours de son passage dans le rotor, le champ magnétique 20 forme un courant de Foucault. Ce courant de Foucault est responsable du freinage du véhicule en s'opposant au mouvement de rotation du rotor, empêchant alors l'arbre de transmission de transmettre le mouvement de rotation aux roues du véhicule. Le rotor habituellement est fabriqué en acier coulé. Cet acier coulé 25 présente une perméabilité thermique et des performances mécaniques thermiques souhaitées. Mais cet acier coulé comporte une conductivité électrique médiocre. La conductivité électrique et la résistance électrique du rotor peuvent être augmentées en ajoutant du cuivre ou de l'argent à l'acier du rotor. On a tenté d'obtenir un rotor comportant de l'acier et du cuivre. 30 Cependanf, on s'est rendu compte que la fixation du cuivre sur l'acier était difficile du fait que le cuivre a particulièrement tendance à se décoller de l'acier lorsque le rotor est soumis à une source de chaleur. Une source de chaleur peut être, par exemple, le passage des courants de Foucault à l'intérieur du rotor. On a notamment essayé de cuivrer une paroi supérieure du rotor, le rotor comportant une paroi supérieure éloignée du stator et une paroi inférieure proche du stator. Pour maintenir le cuivre sur l'acier du rotor, on a tenté de fixer le cuivre en soudant le cuivre sur l'acier et en disposant des bandes de maintient s'enroulant autour du rotor et du cuivre. Cependant, la 5 soudure entre le cuivre et l'acier a régulièrement tendance à se rompre et les bandes ont tendance à se casser du fait de la dilatation du cuivre lors de l'élévation de la température du rotor soumis à une source de chaleur. On a également essayé de cuivrer des ailettes du rotor. Des ailettes du rotor sont des protubérances s'étendant longitudinalement ou 10 obliquement par rapport à un axe du rotor à partir d'une paroi du rotor. Ces ailettes permettent d'augmenter une surface de refroidissement par air du rotor, lorsque le rotor se met à chauffer lors du passage des courants de Foucault dans le rotor. Cependant, pour les mêmes raisons que précédemment mentionnées, ces essais ont échoué du fait du décollement 15 du cuivre des ailettes lorsque le rotor est soumis à une source de chaleur. On s'est aperçu que le décollement du cuivre lorsque le rotor est soumis à une source de chaleur est lié au fait que le cuivre présente un coefficient de dilatation supérieur à un coefficient de dilatation de l'acier lorsque le rotor est soumis à une source de chaleur. Ainsi, pour empêcher le 20 cuivre de se décoller du rotor lorsque celui-ci est soumis à une source de chaleur, l'invention prévoit d'encastrer du cuivre dans au moins une paroi du rotor induit de telle manière que le cuivre est automatiquement retenu dans le rotor lors d'une augmentation de la chaleur du rotor provoquée par une source de chaleur. Pour ce faire, on utilise les propriétés dilatatrices du 25 cuivre supérieures à celles de l'acier pour maintenir le cuivre dans le rotor. Le cuivre est disposé de telle manière qu'il est au moins partiellement encastré dans la paroi du rotor. Le cuivre peut être encastré dans la paroi du rotor en creusant une cavité dans la paroi du rotor. Cette cavité est creusée dans au moins une partie d'une épaisseur d'une paroi du rotor selon une 30 direction longitudinale par rapport à l'axe du rotor. Ainsi, lors d'une augmentation de la chaleur du rotor, le cuivre ne peut se dilater que d'un volume correspondant au volume délimité par la cavité. Surtout, le cuivre est retenu par une portion du rotor présente entre la cavité et une périphérie externe du rotor, cette portion de rotor en acier ayant ainsi un rôle de frette 35 de maintient du cuivre. Plus précisément le cuivre est retenu dans le rotor en se plaquant contre une face externe de la cavité du rotor, la face externe empêchant le cuivre de se dilater radialement selon une direction opposée à l'axe du rotor. L'invention a donc pour objet un ralentisseur électromagnétique d'un véhicule comportant - au moins un stator inducteur portant au moins une bobine électromagnétique, - au moins un rotor induit muni d'au moins une paroi avec une épaisseur selon une direction longitudinale par rapport à un axe du rotor, 10 lequel axe du rotor correspond à un axe du ralentisseur, et lequel rotor est destiné à être placé selon un plan parallèle à un plan du stator, caractérisé en ce que - le rotor est partiellement cuivré, et - le cuivre est au moins partiellement encastré dans au moins une 15 partie de l'épaisseur de la paroi du rotor. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - figure 1: une coupe longitudinale médiane d'un ralentisseur 20 électromagnétique d'un véhicule par rapport à un axe du ralentisseur, selon l'invention, - figure 2: une coupe longitudinale médiane d'une moitié d'un ralentisseur électromagnétique d'un véhicule, selon des variantes de l'invention; - figures 3a à 3c: des représentations schématiques d'une coupe longitudinale d'une paroi d'un rotor par rapport à un axe du rotor; - figures 4a et 4b: des représentations schématiques d'une coupe transversale d'une paroi d'un rotor d'un ralentisseur électromagnétique, selon l'invention, et - figure 5: une représentation schématique d'une coupe transversale d'une paroi d'un rotor d'un ralentisseur électromagnétique, selon une variante de l'invention. La figure 1 représente un ralentisseur électromagnétique d'un véhicule 1 comportant un premier stator inducteur 2 et un deuxième stator inducteur 35 3, un premier rotor induit 4 et un deuxième rotor induit 5, selon l'invention. Le ralentisseur électromagnétique pourrait comporter un seul stator inducteur et un seul rotor induit. Le ralentisseur électromagnétique 1 selon la figure 1, est un ralentisseur de type axial mais pourrait être un ralentisseur de type "Focal". 5 Au moins une bobine électromagnétique (non représentée) est destinée à être fixé par l'intermédiaire de son axe au noyau en matériau ferromagnétique sur le premier stator et sur le deuxième stator. Dans un exemple, le premier stator et le deuxième stator peuvent comporter quatre paires de bobines. Le premier stator et le deuxième stator forment chacun un 10 flasque et sont collés l'un sur l'autre de telle manière que les bobines sur chacun des stators soient positionnées à l'opposées chacune de l'autre et en regard du premier rotor 4 et du deuxième rotor 5. Les bobines sont disposées de telle manière que chacune des bobines placées sur chacun des stators est prise en sandwich entre chacun des stators et chacun des 15 rotors correspondants. Le premier rotor et le deuxième rotor sont placés de telle manière qu'un plan du premier rotor et un plan du deuxième rotor sont parallèles à un plan du premier stator et à un plan du deuxième stator respectivement. Le premier rotor et le deuxième rotor peuvent être fabriqués en acier coulé. 20 Chacun des rotors peut comporter une paroi supérieure 7 éloignée du stator, et une paroi inférieure 8 proche du stator. Mais chacun des rotors pourrait ne comporter qu'une paroi unique délimitant une face supérieure éloignée du stator et une face inférieure proche du stator. Dans le cas o chacun des rotors comporte une paroi supérieure 7 et 25 une paroi inférieure 8, la paroi supérieure et la paroi inférieure du rotor forment chacune une épaisseur 9 et 10 respectivement selon une direction longitudinale par rapport à un axe 6 du ralentisseur électromagnétique. L'axe du ralentisseur électromagnétique correspond également à un axe du rotor et à un axe du stator. L'épaisseur 9 de la paroi supérieure 7 et l'épaisseur 10 de 30 la paroi inférieure 8 correspondent chacune à une quantité de matière formée par le rotor que l'on mesure longitudinalement par rapport à l'axe du rotor. Dans l'exemple figure 1, l'épaisseur de la paroi supérieure 7 du rotor est plus faible que l'épaisseur de la paroi inférieure 8 du rotor. Cependant l'épaisseur de la paroi supérieure 7 pourrait être plus grande que l'épaisseur 35 de la paroi inférieure 8 du rotor. Ou bien, la paroi inférieure et la paroi supérieure peuvent présenter une même épaisseur. Entre ces deux parois, des ailettes 17 peuvent être disposées transversalement par rapport à ces deux parois, lesquelles ailettes rejoignent la paroi supérieure et la paroi inférieure de telle manière que ces ailettes 5 forment au moins un compartiment ouvert dans le rotor. Ces ailettes permettent d'augmenter une surface de refroidissement du rotor. Dans le cas o chacun des rotors comporterait une seule paroi, les ailettes s'étendraient alors à partir de la face supérieure de cette paroi unique. Le premier rotor et le deuxième rotor peuvent former chacun un 10 disque et être reliés entre eux par un premier bras 11 et par un deuxième bras 12. Le premier bras et le deuxième bras sont coudés et positionnés de telle manière qu'ils se rejoignent dans un orifice central 13. Chacun des rotors et chacun des stators est percé de cet orifice central commun 13. Cet orifice central est réalisé de telle manière qu'il autorise au moins le passage 15 d'un arbre de transmission du véhicule (non représenté), lequel arbre de transmission est destiné à communiquer un mouvement de rotation au rotor et à au moins une roue du véhicule (non représenté). Pour plus de précisions, on se reportera par exemple au document FR-A-2 577 357, un disque étant intercalé entre les bras 11, 12 assemblés par des tirants et des 20 écrous (non référencés). Chacune des parois inférieures et des parois supérieures des rotors comporte une périphérie interne 14 et une périphérie externe 15. La périphérie interne 14 est proche de l'orifice central 13 alors que la périphérie externe 15 est éloignée de l'orifice central 13. Les stators sont reliés à un châssis du véhicule (non représenté) par l'intermédiaire d'un support 16 et les rotors sont reliés à l'arbre de transmission. Ainsi, les rotors sont destinés à tourner autour de l'axe 6 du stator. En tournant autour de l'axe du stator, les bobines du stator une fois excitées, créent des courants de Foucault dans le rotor entraînant le freinage 30 du mouvement de rotation du rotor et donc de l'arbre de transmission pour freiner le véhicule. Selon l'invention, au moins une paroi du rotor est au moins partiellement cuivrée par encastrement au moins partiel du cuivre dans au moins une partie de l'épaisseur de la paroi du rotor. On entend par 35 encastrement le fait que le cuivre est enfoncé selon une direction longitudinale par rapport à l'axe du rotor dans au moins une partie d'une épaisseur de la paroi du rotor. Ainsi le cuivre peut être encastré dans le rotor par insertion du cuivre dans une cavité 21 creusée dans la paroi du rotor selon au moins une partie de l'épaisseur de la paroi du rotor, figure 3a. Le 5 cuivre peut être encastré de telle manière qu'il occupe au moins une portion du volume délimité par la cavité 21. Les figures 4a et 4b représentent une coupe transversale d'un rotor permettant de visualiser l'emplacement du cuivre encastré dans la paroi du rotor, selon l'invention. Pour chacune de ces figures, il peut s'agir de la paroi 10 inférieure 8 et/ou de la paroi supérieure 7 du rotor. Le cuivre peut être encastré selon au moins une portion d'un cercle par rapport à l'axe 6 du rotor. Le cuivre peut être encastré selon une couronne interne 17 ou selon une couronne externe 18, figures 4a et 4b respectivement. Bien que les 15 figures 4a et 4b ne le montrent pas, le cuivre peut également être encastré selon une couronne interne et selon une couronne externe. La couronne interne 17 est proche de l'axe du rotor et de la périphérie interne 14 du rotor. A l'inverse, la couronne externe 18 est éloignée de l'axe du rotor et de la périphérie interne du rotor. Ainsi, pour recevoir le cuivre, la paroi du rotor peut être creusée d'une cavité 21 permettant l'insertion du cuivre dans l'épaisseur de cette même paroi, figure 3a. Cette cavité peut être creusée sur une face 25 de la paroi du rotor, laquelle face 25 est destinée à être opposée au stator tandis qu'une face 26 de cette même paroi est destinée à être proche du stator. Mais cette 25 cavité 21 pourrait être creusée sur la face 26 ou même être creusée en traversant la paroi du rotor d'une face à une autre. Cette cavité 21 peut être creusée selon une forme s'adaptant à la forme du cuivre destiné à s'encastrer dans la paroi du rotor. Ainsi cette cavité peut être creusée selon une gorge au moins partiellement circulaire par rapport à l'axe 6 du rotor. 30 Dans les exemples figures 4a et 4b, la gorge est circulaire. Cette gorge peut alors présenter, selon une section longitudinale médiane de la paroi par rapport à l'axe du ralentisseur électromagnétique, une forme d'un demicercle creusée dans l'épaisseur de la paroi. Ou bien, cette gorge peut se présenter sous la forme d'une cavité rectangulaire selon une même section 35 longitudinale médiane de la paroi du rotor, figures 2, 3a, 3b et 3c. Cette cavité 21 délimite une face externe 27, une face interne 28 et un fond 29. La face externe de la cavité 21 est destinée à être éloignée de l'axe 6 du rotor. La face interne 28 est destinée à être proche de l'axe du rotor. La face externe et la face interne sont reliées par le fond 29. La cavité 21 peut également être creusée sur une portion d'un rayon 24 du rotor. Par exemple, la figure 1 représente une paroi inférieure 8 d'un rotor 4 creusée d'une première cavité 21. La figure 2 représente également une paroi inférieure d'un rotor creusée d'une autre cavité 23. La cavité 21 de la figure 1 est creusée selon une portion du rayon 24 du rotor plus petite que 10 la cavité 23 de la figure 2. La cavité 21 de la figure 1 pourrait correspondre à une cavité permettant un emplacement du cuivre selon une couronne externe comme visible sur la figure 4b. La cavité 23 de la figure 2 pourrait correspondre à une cavité permettant un emplacement du cuivre selon une couronne médiane. Le cuivre est ainsi initialement encastré dans la paroi du rotor de telle manière que le cuivre est placé en regard de la face interne, de la face externe et du fond de la cavité 21 figure 3b. Le cuivre est également encastré dans la paroi du rotor de telle manière que le cuivre est suffisamment retenu dans la cavité du rotor même si le rotor est renversé dans n'importe quel 20 sens par rapport à sa position de fonctionnement. Les figures 3b et 3c représentent l'encastrement du cuivre à proximité de la périphérie externe d'une paroi du rotor sous forme d'une couronne externe 18. Pour éviter que le cuivre ne s'échappe de son logement, on peut disposer des bandes de maintient (non représentées) de telle manière que ces bandes s'enroulent 25 autour du cuivre et de l'acier du rotor. Lorsque le rotor est soumis à une source de chaleur et que sa température s'élève, le cuivre a tendance à se dilater vers l'extérieur du rotor selon une direction opposée à l'axe 6 du rotor et radialement par rapport à ce même axe. L'expansion du cuivre est limitée du fait que la cavité 21 du rotor 30 empêche le cuivre d'augmenter davantage en volume. Plus particulièrement, l'expansion du cuivre est limitée par la face externe 27 de la cavité 21 qui empêche le cuivre de se dilater davantage en venant en appui contre cette face externe. Ainsi, lorsque la température du rotor s'élève, le cuivre tend à adhérer parfaitement contre la face externe 27 de la cavité 21 et à se 35 détacher radialement par rapport à l'axe du rotor, figure 3c. Puis lorsque la température du rotor diminue, le cuivre reprend son volume initial. En venant en appui contre la face externe de la cavité, le cuivre ne peut plus se détacher de la face interne 28 de l'acier du rotor car le rotor joue alors le rôle de frette de maintient vis-à-vis du cuivre. Plus précisément, c'est une portion 5 30 du rotor présente entre la face externe et la périphérie externe du rotor qui joue alors le rôle de frette de maintient. L'efficacité d'une telle frette est d'ailleurs dépendante de la quantité de matière présente dans cette portion du rotor. Par exemple, la quantité de matière représentée par une portion 31 dans le cas o le cuivre est disposé selon une couronne interne 17 (figure 10 4a) est plus important que la quantité de matière représentée par une autre portion 32 dans le cas o le cuivre est disposé selon une couronne externe 18 (figure 4b). Dans une variante de l'invention, au lieu d'être disposé selon une forme de couronne, le cuivre peut également être disposé radialement par 15 rapport à l'axe du rotor. Dans ce cas, le cuivre est réalisé de telle manière qu'il forme au moins une brique 22 de forme rectangulaire, ovale ou de tout autre forme. Une rainure 28 correspondante peut alors être creusée dans la paroi du rotor. Dans un exemple figure 2, le cuivre forme six briques de forme rectangulaire disposées radialement par rapport à l'axe du rotor. La 20 figure 2 représente une coupe longitudinale médiane d'un ralentisseur selon l'invention, lequel ralentisseur pouvant présenter une paroi inférieure 8 d'un rotor creusée d'une rainure 28 correspondant à un emplacement du cuivre sous la forme d'une brique 22. Ou bien le ralentisseur de cette même figure 2 peut présenter une paroi inférieure 8 creusée d'une cavité 23 destinée à 25 recevoir du cuivre sous la forme d'une couronne médiane (non représentée). Comme précédemment mentionné, chacune des parois supérieures et inférieures de chacun des rotors peut être creusée de cavités et/ou de rainures destinées chacune à recevoir le cuivre. Grâce à l'invention, on réduit le poids, l'encombrement et le coût de 30 fabrication du ralentisseur par cuivrage du ou des rotors tout en augmentant les performances du ralentisseur. Ainsi une augmentation des performances du ralentisseur à au moins un rotor cuivré amène une réduction de 15 à 20% de poids et d'encombrement par rapport à un ralentisseur classique. REVENDICATIONS 1 - Ralentisseur électromagnétique (1) d'un véhicule comportant - au moins un stator inducteur (2, 3) portant au moins une bobine électromagnétique, - au moins un rotor induit (4, 5) muni d'au moins une paroi (7, 8) avec une épaisseur (9, 10) selon une direction longitudinale par rapport à un axe (6) du rotor, lequel axe du rotor correspond à un axe du ralentisseur, et lequel rotor est destiné à être placé selon un plan parallèle à un plan du 10 stator, caractérisé en ce que - le rotor est partiellement cuivré, et - le cuivre est au moins partiellement encastré dans au moins une partie de l'épaisseur de la paroi du rotor. 2 - Ralentisseur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le 15 cuivre est encastré dans l'épaisseur de la paroi du rotor selon au moins une portion d'un cercle par rapport à l'axe du rotor. 3 - Ralentisseur selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que le cuivre forme au moins une couronne encastrée dans l'épaisseur du rotor. 4 - Ralentisseur selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que - le rotor comporte un orifice central (13) délimitant une périphérie interne (14) proche de l'axe (6) du rotor et une périphérie externe (15) éloignée de ce même axe du rotor, - le cuivre forme une couronne interne (17) à proximité de la périphérie interne du rotor et/ou une couronne externe (18) éloignée de la périphérie interne. - Ralentisseur selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le cuivre forme une couronne médiane dans la paroi du rotor. 6 - Ralentisseur selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le cuivre est disposé radialement par rapport à l'axe du rotor. 7 - Ralentisseur selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le cuivre est encastré dans le rotor par insertion du cuivre dans une cavité (21) creusée dans la paroi du rotor selon au moins une partie de 35 l'épaisseur de la paroi du rotor. il 8 - Ralentisseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le cuivre est encastré de manière qu'il occupe au moins une portion du volume délimité par la cavité (21). 9 - Ralentisseur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la cavité est creusée selon une gorge au moins partiellement circulaire.