Brevet FR2998347A1 — publié le 20140523

La présente invention concerne un frein magnétique à hystérésis utilisable, par exemple, dans les interfaces homme/machine pour engendrer un effort résistant au déplacement d'un objet, tel qu'un instrument de commande, manipulé par un utilisateur. L'effort résistant en question est le résultat d'une friction magnétique exercée sur une pièce reliée à l'objet à freiner. Un frein magnétique à hystérésis comprend généra- lement un stator ayant des pôles en regard desquels un rotor est monté pour pivoter. Le rotor est réalisé dans un matériau à forte rémanence magnétique et le stator est pourvu de moyens pour engendrer un champ magnétique auquel le rotor est soumis de sorte à produire une résis- tance au déplacement du rotor. Le rotor est relié à un instrument déplacé par un utilisateur par exemple pour commander un dispositif tel qu'un moteur. Le champ magnétique auquel le rotor est soumis produit une résistance au déplacement du rotor et donc une résistance au déplacement de l'instrument mani- pulé par l'utilisateur. Il existe deux types de freins selon que la friction procurée par le frein est constante ou variable. Dans les freins à friction constante, les moyens engendrant le champ magnétique sont des aimants engen- drant un champ magnétique constant. L'invention ne concerne pas ce type de frein. Dans les freins à friction commandée, les moyens engendrant le champ magnétique sont formés d'une bobine dont l'alimentation est pilotée pour faire varier le champ magnétique produit. Dans le cas d'un instrument de commande d'un régime moteur, ceci permet par exemple d'augmenter la résistance au déplacement de l'instrument manipulé par l'utilisateur au fur et à mesure que le ré- gime moteur augmente ou d'élever brutalement la résis- tance au déplacement de l'instrument de commande lorsque le régime du moteur va sortir d'une plage prédéfinie de fonctionnement optimal. Cette caractéristique rend les freins à friction commandée particulièrement intéressants notamment dans le domaine des interfaces homme-machine. Toutefois, ces freins à friction commandée présentent un couple de crantage préjudiciable au ressenti de l'utilisateur. Un tel couple de crantage est le résultat d'une brusque baisse du courant d'excitation circu- Tant dans la bobine alors que le rotor est arrêté. Cette brusque baisse laisse subsister localement dans le rotor un champ rémanent qui s'oppose au déplacement du rotor sur une partie seulement de son mouvement de rotation, d'où la perception d'un crantage par l'utilisateur. Ce phénomène n'apparaît pas lorsque la baisse de courant se produit quand le rotor est en mouvement, car ce mouvement permet une annulation progressive du champ rémanent sur toute la circonférence du rotor. Il a été envisagé deux solutions pour résoudre ce problème. Dans la première, on utilise pour le rotor un matériau faiblement rémanent. Pour l'obtention d'une friction prédéterminée, il est alors nécessaire d'augmenter le volume du rotor et donc le poids de celui-ci, ce qui est incompatible avec certaines applications notamment dans le domaine aéronautique. Dans la deuxième, une préconisation d'emploi prévoit de devoir toujours maintenir le rotor en mouvement dans les phases de diminution de l'excitation du frein à friction. Ceci revient à imposer un mouvement à l'utilisateur dans des circons- tances particulières alors que ce mouvement peut être inadapté à la commande du dispositif dans ces circonstances. Lorsqu'un couple de crantage est apparu, le seul moyen de l'éliminer est d'augmenter le courant d'excitation jusqu'à son niveau maximum puis de le bais- ser en maintenant le rotor en mouvement. Là encore, ces opérations peuvent être incompatibles avec une commande du dispositif adaptée à la situation. Un but de l'invention est de fournir un moyen pour éliminer au moins en partie l'inconvénient ci- dessus. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un frein magnétique à hystérésis comportant un stator équipé d'au moins une bobine de commande et un rotor monté mo- bile en regard de pôles du stator. Le frein comprend au moins un aimant monté sur le stator en regard du rotor et ayant une puissance suffisante de manière à engendrer localement dans le rotor un niveau d'induction sensiblement égal à un niveau d'induction maximal engendré par la bo- bine lorsque celle-ci est alimentée. Ainsi, lors d'un arrêt brutal de l'excitation, l'aimant va constituer un moyen pour homogénéiser le champ rémanent dans le rotor. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un frein selon l'invention, en coupe selon un plan contenant l'axe de rotation du rotor, - la figure 2 est une vue en coupe transversale de ce frein, - la figure 3 est une vue agrandie de détail de portions du rotor et du stator en regard l'une de l'autre. Le frein conforme à l'invention est ici décrit en application à un instrument de commande, comme une ma- nette ou un manche de commande, destiné à être manipulé par un utilisateur. L'instrument de commande est ici un levier pivotant. En référence aux figures, l'invention concerne un frein magnétique à hystérésis, généralement désigné en 1, comportant un stator 2 équipé d'au moins une bobine de commande 3. Le stator 2 comprend une armature dans laquelle a été ménagée une rainure 4 de forme circulaire et d'axe central 5. La rainure 4 a un flanc extérieur et un flanc intérieur qui présentent respectivement des reliefs formant des pôles 6.1, 6.2 du stator 2. Les pôles 6.1 sont décalés angulairement des pôles 6.2 de sorte que chaque pôle 6.1 se trouve en regard de l'espace s'étendant entre deux pôles 6.2 adjacents l'un à l'autre. La bobine de commande 3 a un diamètre voisin de celui de la rainure 4 et est montée dans le stator 2 coaxialement à la rainure 4 de telle manière que, lorsque la bobine de commande 3 est soumise à un courant d'excitation, elle engendre des flux magnétiques passant des pôles 6.1 aux pôles 6.2, ou inversement, en traversant la rainure 4 se- lon une direction non radiale. La bobine de commande 3 est reliée à une unité de pilotage, connue en elle-même et non représentée ici, agencée pour alimenter la bobine Le frein 1 comprend également un rotor 7 de forme annulaire qui est reçu dans la rainure 4 à pivotement au- tour de l'axe 5. Le rotor 7 est en matériau ferromagnéti- que. Le rotor 7 est relié par une chaîne de transmission de mouvement à l'instrument de commande. Dans l'exemple ici décrit, la chaîne de transmission comprend un train d'engrenages ayant un rapport multiplicateur tel qu'un pivotement d'une dizaine de degrés de l'instrument de commande engendre plusieurs tours du rotor 7. Lorsque la bobine de commande 3 est soumise à un courant d'excitation, elle engendre des flux magnétiques passant des pôles 6.1 aux pôles 6.2, ou inversement, en traversant la rainure 4 et donc le rotor 7 dans lequel ces flux induisent des champs magnétiques locaux. Ainsi, dans le rotor 7, chaque flux a une direction de cheminement ayant une composante radiale et une composante circonférentielle. En cas de coupure brutale de l'excitation alors que le rotor est immobile, un champ rémanent est créé localement dans le rotor à chaque endroit où un flux magnétique a circulé et a une direction identique à celle du flux. Le frein 1 comprend au moins un aimant 8 monté sur le stator 2 en regard du rotor 7 et ayant une puis- sance suffisante de manière à engendrer localement dans le rotor 7 un niveau d'induction sensiblement égal à un niveau d'induction maximal engendré par la bobine lorsque celle-ci est alimentée. Plus précisément, le frein comprend un aimant 8.1 fixé entre deux pôles 6.1 adjacents l'un à l'autre et un aimant 8.2 fixé entre deux pôles 6.2 dont l'un se trouve en face de l'aimant 8.1. Les aimants sont positionnés sensiblement en vis-à-vis l'un de l'autre, nonobstant un décalage angulaire correspondant au décalage angulaire entre les pôles 6.1, 6.2. Les aimants 8 sont polarisés de manière à engendrer un flux magnétique radial qui traverse le rotor 7 selon une direction ayant une composante radiale et une composante circonférentielle tout comme le flux engendré par la bobine de commande 3 lorsqu'il tra- verse le rotor 7 au même endroit. Comme mieux visible à la figure 3, le flux engendré par les aimants 8 va faire en sorte que les champs magnétiques locaux qui ont été créés dans le rotor 7 soient tous orientés dans le même sens, éliminant l'effet de crantage. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, le frein peut comprendre un seul aimant ou au contraire plusieurs aimants, par exemple répartis autour de la rainure 4. Le frein peut avoir une autre structure que celle décrite et représentée ici. Le rotor peut par exemple avoir la forme d'un disque ou d'un anneau reçu dans une gorge ménagée dans le stator. L'aimant peut être monté à la place d'un des pôles du stator. REVENDICATIONS1. Frein magnétique à hystérésis comportant un stator équipé d'au moins une bobine de commande et un ro- tor monté mobile en regard de pôles du stator, caractéri- sé en ce que le frein comprend au moins un aimant monté sur le stator en regard du rotor et ayant une puissance suffisante de manière à engendrer localement dans le rotor un niveau d'induction sensiblement égal à un niveau d'induction maximal engendré par la bobine lorsque celle- ci est alimentée. 2. Frein selon la revendication 1, dans lequel le rotor a une forme annulaire et est reçu à pivotement autour de son axe central dans une rainure circulaire du stator, la rainure ayant des flancs pourvus de reliefs formant les pôles du stator, le frein comprenant au moins un aimant monté sur un des flancs de la rainure. 3. Frein selon la revendication 2, comprenant deux aimants montés chacun sur un des flancs de la rai- nure. 4. Frein selon la revendication 3, dans lequel les aimants sont positionnés sensiblement en vis-à-vis l'un de l'autre. 5. Frein selon la revendication 1, dans lequel l'aimant est monté entre deux pôles du stator.