Brevet FR2890499A1 — publié le 20070309

La présente invention concerne les machines électriques tournantes destinées notamment à l'entraînement des ascenseurs. L'invention concerne plus particulièrement une machine ayant un encombrement relativement faible et comportant au moins un frein électromagnétique. Il existe un besoin pour bénéficier d'une machine dont la fabrication soit relativement aisée et économique, de fonctionnement fiable et capable d'assurer éventuellement une fonction de parachute ascensionnel. L'invention a ainsi pour objet une machine électrique comportant: -un rotor, - un stator, - au moins un frein électromagnétique comportant au moins un disque de frein, le rotor comportant un arbre monolithique comprenant: - au moins une portion formant poulie pourvue d'au moins une gorge annulaire pour l'entraînement d'au moins un câble, et - au moins une portion cannelée sur laquelle est engagé ledit au moins un disque de frein, le diamètre extérieur de la portion formant poulie étant au moins triple de celui de la portion cannelée. La portion formant poulie et la portion cannelée étant réalisées d'un seul tenant l'une avec l'autre, le frein électromagnétique peut agir sur la portion formant poulie avec une seule interface mécanique et une seule transmission de couple, ce qui est une configuration avantageuse par rapport aux machines dans lesquelles la poulie et le disque de frein sont chacun rapportés sur l'arbre du rotor, de sorte qu'une action du frein sur la poulie nécessite deux transmissions de couple. De plus, l'encombrement de la machine selon l'invention est relativement faible étant donné que le frein peut être disposé axialement, sur l'axe longitudinal de la machine, et non directement sur le pourtour extérieur de la poulie. La largeur totale de la machine peut n'être dans des réalisations préférées que légèrement supérieure au diamètre extérieur de la poulie. L'encombrement général de la machine peut donc être déterminé sensiblement par le diamètre extérieur de la poulie seulement. L'entraînement de la poulie s'effectue sans engrenages. Le diamètre extérieur de la portion formant poulie peut être supérieur au diamètre extérieur de la portion cannelée d'un facteur d'au moins 3,5, voire 4, voire encore 4,5, mieux 5. L'arbre peut être réalisé en acier, notamment en acier usiné. Selon un aspect de l'invention, les cannelures de la portion cannelée peuvent être usinées sur l'arbre. La largeur de la gorge annulaire précitée peut être supérieure à 5 mm, voire 6 mm, voire encore 8 mm, voire 10 mm, selon la section du câble. Le diamètre extérieur de la portion formant poulie peut être environ 40 fois supérieur à la largeur de la gorge annulaire, étant par exemple supérieur à 200 mm, voire supérieur à 240 mm, voire supérieur à 320 mm, voire encore supérieur à 400 mm. La machine peut être à moteur synchrone. Le rotor peut comporter des aimants permanents fixés sur un empilement de tôles magnétiques. En variante, le rotor peut comporter des aimants permanents fixés directement sur l'arbre. Les aimants permanents peuvent être fixés au reste du rotor par collage ou autrement, notamment par serrage. Le rotor peut être dépourvu de tôles magnétiques. L'arbre peut reposer sur un flasque d'extrémité de la machine par l'intermédiaire d'un roulement dans lequel est engagé l'arbre. La portion formant poulie peut entourer extérieurement au moins partiellement 20 le roulement. L'arbre peut comporter un évidement central qui s'étend axialement sur au moins la majeure partie du stator. L'arbre peut comporter un évidement central présentant un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de la portion cannelée. La portion formant poulie peut être en contact avec la surface radialement extérieure d'un roulement. La portion cannelée peut être disposée, par rapport au stator, du côté opposé à la portion formant poulie. En variante, la portion cannelée peut être disposée par rapport à la portion formant poulie du côté opposé au stator. L'arbre peut comporter deux portions cannelées disposées, par rapport à la 30 portion formant poulie, l'une du côté opposé au stator et l'autre du côté du stator. De préférence, le rotor est un rotor intérieur et le stator un stator extérieur. La machine peut comporter au moins une gorge annulaire sous la portion formant poulie. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une machine électrique 5 comportant: - un rotor à aimants permanents, - un stator, au moins un frein électromagnétique comportant au moins un disque de frein, le rotor comportant un arbre monolithique comprenant: - au moins une portion formant poulie pourvue d'au moins une gorge annulaire pour l'entraînement d'au moins un câble, et - au moins une portion cannelée sur laquelle est engagé ledit au moins un disque de frein, le rotor étant dépourvu de tôles magnétiques. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une machine électrique comportant: - un rotor à aimants permanents, - un stator, - au moins un frein électromagnétique comportant au moins un disque de frein, le rotor comportant un arbre monolithique comprenant: - au moins une portion formant poulie pourvue d'au moins une gorge 25 annulaire pour l'entraînement d'au moins un câble, et - au moins une portion cannelée sur laquelle est engagé ledit au moins un disque de frein, l'arbre comportant un évidement central. L'évidement central peut présenter un diamètre intérieur supérieur au diamètre 30 extérieur de la portion cannelée. L'évidement central peut s'étendre axialement sur au moins la majeure partie du stator. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une machine électrique comportant: - un rotor à aimants permanents, - un stator, - au moins un frein électromagnétique comportant au moins un disque de frein, le rotor comportant un arbre monolithique comprenant: - au moins une portion formant poulie pourvue d'au moins une gorge 10 annulaire pour l'entraînement d'au moins un câble, et - au moins une portion cannelée sur laquelle est engagé ledit au moins un disque de frein, la portion cannelée et la portion formant poulie étant usinées. L'invention a encore pour objet une machinerie d'ascenseur comportant au moins un câble relié à une cabine et entraîné en déplacement par une machine électrique telle que définie plus haut. La machine peut comporter plusieurs câbles de section sensiblement circulaire. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à l'examen du dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un exemple de machine réalisée conformément à l'invention, - la figure 2 est une coupe longitudinale de la machine de la figure 1, - la figure 3 est une vue de côté selon III de la machine de la figure 1, - la figure 4 représente isolément, en perspective, une portion de l'arbre de la machine de la figure 2, - la figure 5 est une vue analogue à la figure 2 d'une variante de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 6 représente, de manière schématique en perspective, un autre exemple de machine réalisée conformément à l'invention, - la figure 7 est une coupe longitudinale de la machine de la figure 6, et - la figure 8 est une vue en perspective d'un autre exemple de machine conforme à l'invention. La machine électrique 10 représentée aux figures 1 à 4 est destinée à l'entraînement de câbles d'ascenseurs et comporte un carter 11 pourvu à chacune de ses extrémités de flasques 12 et 13 destinés à être fixés à un bâti. La machine comporte, d'un côté du carter, au moins un frein électromagnétique 17 et, dans l'exemple considéré, deux freins électromagnétiques 17 et 18. Si l'on se reporte à la figure 2, on voit que la machine comporte un rotor 20 et un stator 28 disposé à l'intérieur du carter 11, le rotor 20 tournant autour d'un axe de rotation X qui est aussi l'axe longitudinal de la machine 10 dans l'exemple considéré. Le rotor 20 comporte un arbre 21, monolithique, en acier usiné, tournant sur des roulements 22 et 23 portés respectivement par les flasques 12 et 13. L'arbre 21 comporte une portion formant poulie 30 adjacente au flasque 13, cette portion formant poulie 30 comportant une portion périphérique 31 pourvue de gorges annulaires 32 et se raccordant au reste de l'arbre par une portion radiale 34. Deux gorges annulaires 63 et 64 sont ménagées sous la portion périphérique 31 de part et d'autre de la portion radiale 34, ce qui peut permettre d'alléger l'arbre. Les gorges annulaires 32 sont adaptées à recevoir des câbles de section sensiblement circulaire, constituée de fils métalliques et/ou synthétiques torsadés. Les câbles peuvent comporter des brins de section circulaire ou non, par exemple de diamètre différent ou réalisés dans des matériaux différents. Une gorge peut comporter un fond de forme partiellement circulaire en section. En variante, une gorge peut comporter deux flancs convergeant vers l'axe de rotation de la machine. L'écartement entre deux gorges de la poulie peut être non constant, le cas échéant. Le carter 11 comporte en partie inférieure une ouverture 14 pour le passage des câbles et, en partie supérieure, une fenêtre 15 de mise en place et d'observation du ou des câbles engagés dans la machine. Un doigt 26 est fixé sur le flasque 13 pour empêcher le ou les câbles de quitter la ou les gorges 32 de la portion formant poulie 30. En outre, le flasque d'extrémité 13 de la machine comporte une ouverture 86 permettant un accès à l'arbre 21. L'arbre 21 comporte, du côté opposé à la portion formant poulie 30, une portion cannelée 36 qui s'étend axialement au-delà du flasque 12, comportant des cannelures 37, comme on peut le voir sur la figure 4. Sur cette portion cannelée 36 sont engagés les moyeux de deux disques de frein 40 et 41 appartenant respectivement aux freins 17 et 18. Ces disques comportent en périphérie des garnitures 57, de façon conventionnelle. Les freins 17 et 18 comportent des culasses respectives 43 et 44 qui comportent chacune un logement 46 pour recevoir un électroaimant non représenté et des logements 47 pour recevoir des ressorts qui appliquent, en l'absence de champ magnétique généré par l'électroaimant, une armature 48 contre le disque de frein correspondant. Des entretoises non représentées sont prévues pour assurer le guidage en translation des armatures 48. Un codeur 50 électro-optique ou à détection magnétique est monté à une extrémité de l'arbre 21 pour lire la rotation de celui-ci. L'arbre 21 comporte une portion centrale 53 qui supporte un empilement de tôles magnétiques 54 sur lequel sont montés des aimants permanents 55. Ces derniers peuvent être collés, ou en variante être insérés dans des logements correspondants ménagés dans l'empilement de tôles 54. Les aimants 55 interagissent avec les pôles du stator 28, lequel comporte des enroulements non représentés. Le stator 28 est par exemple du type à bobinage concentré, comportant des dents, chaque dent recevant un enroulement dont l'axe est confondu avec celui de la dent. La machine des figures 1 et 2 présente l'avantage de n'avoir qu'une transmission de couple entre la portion formant poulie 30 et les disques de freins 40 et 41, par l'intermédiaire de la portion cannelée 36, ce qui accroît la sécurité. De plus, le diamètre de la machine n'est, dans l'exemple considéré, que peu supérieur au diamètre D de la portion formant poulie 30, ce qui facilite l'installation de la machine dans une machinerie d'ascenseur. Le diamètre d de la portion cannelée 36 est dans l'exemple considéré inférieur 30 au tiers du diamètre extérieur D de la portion formant poulie, avec D/d de l'ordre de 5 environ. La variante de réalisation représentée à la figure 5 diffère de celle décrite en référence aux figures 1 à 4 par la structure du rotor 20 et plus particulièrement par la forme de l'arbre 21. L'arbre 21 présente dans cette réalisation une portion radiale 34 de raccordement de la portion périphérique 30 plus large, et une portion centrale 53 de plus grand diamètre, à la surface 60 de laquelle sont montés, par exemple collés, les aimants permanents 55. Le rotor est ainsi dépourvu d'un empilement de tôles, contrairement à l'exemple de la figure 2. L'arbre 21 est plus rigide, de par l'augmentation de son diamètre, ce qui peut réduire le bruit de fonctionnement de la machine. L'arbre 21 est dans cet exemple réalisé de préférence dans un acier magnétique, alors que l'arbre 21 dans l'exemple de la figure 2 est par exemple réalisé dans un acier n'ayant pas de propriétés magnétiques particulières, par exemple un acier amagnétique. La variante de réalisation illustrée aux figures 6 et 7 diffère des exemples des figures 2 et 5 notamment par la manière dont est réalisé le rotor. Dans cet exemple, l'arbre 21 comporte un évidement central 70 ouvert du côté du flasque 13 et vient en appui par une surface radialement intérieure 72 contre le 20 roulement 23. L'évidement 70 s'étend sur la majeure partie de la longueur du stator 28, ce qui procure un allègement du rotor et diminue la quantité de matière de celui-ci, donc en réduit le coût. L'arbre 21 comporte, du côté du flasque 13, une portion plus épaisse à la 25 périphérie de laquelle sont réalisées les gorges 32. Ainsi, dans l'exemple de la figure 7, les gorges 32 sont supportées sur toute leur longueur par une épaisseur de matière relativement importante, alors que dans les exemples des figures 2 et 5, une partie des gorges 32 est supportée par une épaisseur de matière moins importante en raison de la présence des gorges annulaires 63 et 64. En outre, une partie des gorges 32 entoure le roulement 23, ce qui améliore la reprise des efforts. La forme du flasque 13 dans l'exemple des figures 6 et 7 est légèrement modifiée par rapport à celle des exemples des figures précédemment décrites, en raison du montage différent du roulement 23. Le flasque 13 ne comporte pas d'ouverture centrale 86. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. En particulier, la machine peut être réalisée avec un seul frein électromagnétique ou avec plus de deux freins électromagnétiques. La machine peut notamment comporter un frein électromagnétique qui est situé du côté du flasque 13 et non pas du côté opposé. Le cas échéant, la machine peut comporter au moins un frein électromagnétique de chaque côté du carter, auquel cas l'arbre peut comporter deux portions cannelées à ses extrémités, comme illustré à la figure 8. Le cas échéant, la poulie ne comporte qu'une seule gorge et ne reçoit qu'un seul câble. La machine peut comporter plusieurs portions formant poulie, le cas échéant. Le diamètre D est par exemple supérieur ou égal à 200 mm, voire 240 mm, voire 320 mm, voire 400 mm, selon la grosseur du câble par exemple. Le diamètre d'un câble reçu dans une gorge est par exemple d'au moins 5 mm, par exemple compris entre 5 et 10 mm, ces valeurs n'étant données qu'à titre d'exemples. L'expression comportant un doit être comprise comme étant synonyme de comportant au moins un , sauf si le contraire est spécifié. REVENDICATIONS 1. Machine électrique comportant: - un rotor (20), - un stator (28), - au moins un frein (17, 18) électromagnétique comportant au moins un disque de frein (40, 41), le rotor comportant un arbre (21) monolithique comprenant: - au moins une portion formant poulie (30) pourvue d'au moins une gorge 10 annulaire (32) pour l'entraînement d'au moins un câble, et - au moins une portion cannelée (36) sur laquelle est engagé ledit au moins un disque de frein, le diamètre extérieur (D) de la portion formant poulie étant au moins triple de celui (d) de la portion cannelée. 2. Machine selon la revendication précédente, dans laquelle le diamètre extérieur (D) de la portion formant poulie (30) est supérieur au diamètre extérieur (d) de la portion cannelée (36) d'un facteur d'au moins 3,5. 3. Machine selon la revendication 2, dans laquelle le facteur est d'au moins 4, mieux 4,5, encore mieux 5. 4. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'arbre (21) est réalisé en acier, notamment en acier usiné. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la largeur de la gorge annulaire (32) est supérieure à 5 mm, voire 6 mm, voire encore 8 mm, voire 10 mm. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le diamètre extérieur (D) de la portion formant poulie (30) est environ 40 fois supérieur à la largeur de la gorge annulaire (32), étant par exemple supérieur à 200 mm, voire supérieur à 240 mm, voire supérieur à 320 mm, voire encore supérieur à 400 mm. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le rotor (20) comporte des aimants permanents (55) fixés sur un empilement (54) de tôles magnétiques. 8. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le rotor (20) comporte des aimants permanents (55) fixés directement sur l'arbre (21). 9. Machine selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans laquelle les aimants permanents (55) sont fixés au reste du rotor par collage. 10. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la portion formant poulie (30) est en contact avec la surface radialement extérieure d'un roulement (23). 11. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'arbre comporte un évidement central (70) qui s'étend axialement sur au moins la majeure partie du stator (28). 12. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'arbre comporte un évidement central (70) présentant un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur (d) de la portion cannelée. 13. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle l'arbre repose sur un flasque d'extrémité (13) de la machine par l'intermédiaire d'un roulement (23) dans lequel est engagé l'arbre. 14. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la portion cannelée (36) est disposée, par rapport au stator (28) , du côté opposé à la portion formant poulie (30). 15. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans laquelle la portion cannelée (36) est disposée, par rapport à la portion formant poulie (30), du côté opposé au stator (28). 16. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans laquelle l'arbre comporte deux portions cannelées (36) disposées, par rapport à la portion formant poulie (30), l'une du côté opposé au stator et l'autre du côté du stator. 17. Machine selon la revendication 1, dans laquelle le rotor est dépourvu de tôles magnétiques. 18. Machine selon la revendication 1, comportant au moins une gorge annulaire (63; 64) sous la portion formant poulie (30). 19. Machinerie d'ascenseur comportant au moins un câble relié à une cabine et entraîné en déplacement par une machine électrique telle que définie dans l'une quelconque des revendications précédentes. 20. Machine selon la revendication 19, comportant plusieurs câbles de section sensiblement circulaire.