Brevet FR3035279A1 — publié le 20161021

Frein magnétique pour machine électrique La présente invention concerne un moteur électrique équipé d'un frein pour bloquer en rotation son arbre, et plus particulièrement un moteur équipé d'un frein visant à maintenir un couple sensiblement constant sur l'arbre pour éviter sa rotation tout en produisant un couple inférieur au couple de démarrage maximal du moteur. L'état de l'art met en évidence plusieurs solutions pour assurer le blocage de l'arbre d'un moteur électrique. Il s'agit en premier lieu d'utiliser à bon escient le couple de détente naturel des machines à aimants permanents pour réaliser cette fonction. La solution visant à utiliser le couple de détente naturel de la machine à aimants est relativement complexe à dimensionner. En général, le couple de détente présent à l'arrêt et créé par les aimants - est minimisé afin que le moteur puisse démarrer. Par conséquent, le couple de blocage, bien qu'existant, est très faible et ne permet pas un blocage de l'arbre très efficace. Une autre solution consiste en l'utilisation d'une boucle de régulation en courant au moyen d'un circuit électronique de contrôle. Cela permet de maintenir un couple constant sur l'arbre de la machine tout en conservant une vitesse nulle. Les aspects de contrôle et de régulation sont très fortement mis à contribution par cette solution, complexe et ayant un impact sur la consommation énergétique. Dans le cas où un couple de blocage important est nécessaire, des freins électromécaniques ou des freins à courant de Foucault sont utilisés. Dans ce cas, le blocage mécanique de l'arbre empêche toute rotation de ce dernier. Un frein électromécanique présente un volume et une complexité de montage très importante. Il utilise également un bobinage, ce qui se répercute sur la consommation électrique. Le freinage mécanique réalisé par deux pièces en contact présente en outre des inconvénients en termes de bruit, de vibrations et de durée de vie. Enfin, on connaît des freins qui emploient, à l'image de l'utilisation du couple de détente naturel d'une machine à aimants, un dispositif magnétique dédié au blocage de l'arbre du moteur, d'où l'expression "frein magnétique". 3035279 2 Ce frein magnétique est monté, dans les solutions connues, dans le carter de la machine électrique. Les aimants employés sont en terres rares et collés, ce qui complique l'opération de recyclage. Les aimants liés à la partie tournante doivent être collés ou bien bloqués. Les 5 aimants liés à la partie fixe, en forme de tuile, doivent eux aussi être collés en raison du phénomène d'attraction magnétique. Cela entraine une imprécision de leur positionnement lors de la phase de collage et un processus d'industrialisation complexe. La demande CN 103973031 A divulgue un moteur électrique comportant un carter en deux parties, dont une partie avant réalisée par moulage de matière avec un 10 logement de réception d'aimants permanents. L'invention a pour but d'assurer le blocage en rotation de l'arbre d'une machine électrique, afin de permettre la création de couple à l'arrêt, sans courant électrique. L'invention y parvient grâce à une machine électrique comportant : 15 - un carter portant à l'avant une bride de fixation, - un arbre tournant à l'intérieur du carter, - un frein magnétique à l'arrière du carter, à l'extérieur de celui-ci, comportant : o un rotor de frein, 20 o un stator de frein interagissant magnétiquement avec le rotor. L'assemblage du frein se fait grâce à l'invention hors du carter du moteur, ce qui simplifie le processus industriel. Le montage et l'intégration du frein à la machine via le flasque est très rapide et très simple vis-à-vis des autres solutions. Lorsque l'invention est appliquée aux moteurs à aimants, on peut utiliser à la 25 fois le couple de détente lié aux aimants et le couple du frein magnétique selon l'invention pour assurer le blocage de l'arbre à l'arrêt. Le niveau de couple demandé au frein peut être réglé par sa longueur axiale. 3035279 3 Le frein n'a pas besoin d'électricité et il n'y a pas de bobinage, ce qui est avantageux sur le plan énergétique. Il est possible d'utiliser des aimants à forte énergie volumique à base de terres rares, lorsque l'encombrement est un problème majeur, ou des aimants à faible énergie 5 volumique tels que des ferrites pour des questions écologiques et de coût. Le stator de frein peut comporter un ou plusieurs aimants permanents en interaction magnétique avec le rotor, de préférence un aimant annulaire à plusieurs pôles radiaux, de préférence à 8 pôles. Le stator de frein comporte une culasse en matériau magnétique, entourant le 10 ou les aimants permanents. De préférence, de la tôle feuilletée est utilisée pour le circuit magnétique du frein au stator et au rotor. La culasse de frein peut ainsi comporter un paquet de tôles magnétiques superposées. Le rotor de frein peut comporter également un paquet de tôles magnétiques superposées. 15 Le rotor de frein peut avoir un nombre de pôles compris entre 6 et 10. Par exemple, le rotor de frein est à 8 pôles. La machine peut comporter un logement de réception du frein, défini par une jupe tubulaire, monolithique avec un flasque. La puissance nominale de la machine est par exemple supérieure ou égale à 20 100W. L'aimant est de préférence sous la forme d'un anneau, et il n'y a dans ce cas qu'une seule pièce aimantée. La partie fixe du frein se compose ainsi, de préférence, d'un aimant en forme d'anneau, et d'une culasse pour refermer le circuit magnétique. Cette partie est fixée sur le flasque arrière de la machine électrique. Un tel montage sur le flasque 25 est plus compact qu'une solution où le frein est monté dans le carter. En raison de l'absence de bobinage et de contact mécanique, la durée de vie du frein est assimilable à celle de l'aimant, soit quelques milliers d'années. 3035279 4 L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : 5 l'invention, - la figure 1 représente, en perspective éclatée, un exemple de moteur selon machine, et - la figure 2 représente le frein magnétique avant montage sur le reste de la - la figure 3 représente le frein magnétique en place. On a représente sur les figures 1 à 3 une machine électrique 10 selon 10 l'invention. Cette machine 10 comporte un moteur 11 comportant un carter 12 muni d'un flasque arrière 13. Un frein magnétique 20 est lié mécaniquement au moteur 11 ; ce frein 20 comporte un rotor 21, et un stator comportant une culasse 22 et un aimant 23. 15 Le rotor 21 est formé par un paquet de tôles magnétiques superposées, clipsées les unes aux autres, pour constituer un bloc. Cela permet de réduire les pertes et l'échauffement par courants de Foucault. Dans l'exemple illustré, le rotor 21 est à huit pôles 25, ce qui constitue un bon compromis entre résistance mécanique et efficacité du frein. 20 Chaque pôle 25 est constitué par une dent radiale, de largeur constante. Ces dents se raccordent à leur base à un moyeu cylindrique 27, d'axe X. La culasse 22 et l'aimant 23 sont montés serrés, et sont fixés dans un logement correspondant 17 du flasque arrière 13. L'aimant 23 est de forme annulaire d'axe X et présente plusieurs pôles N et S 25 radiaux distribués sur sa circonférence, en l'espèce huit pôles dans l'exemple considéré. La culasse 22 comporte un paquet de tôles métalliques. 3035279 5 Le rotor 21 du frein magnétique 20 est monté sur un bout d'arbre 14 du moteur 11, d'axe X. Un circlips permet de bloquer axialement le rotor tandis qu'un méplat sur l'arbre permet d'assurer le blocage en rotation et le bon alignement des deux pièces. Le rotor 21 du frein magnétique 20 est ainsi lié au bout d'arbre 14 du moteur. 5 La machine 10 comporte à l'avant une bague de fixation 19 qui permet de la fixer à un bâti de support ou à un réducteur, par exemple. Le logement 17 peut être défini par une jupe tubulaire 18 monolithique avec le flasque 13. La présence de la culasse 22 contribue à canaliser radialement le flux 10 magnétique, et accroît l'efficacité du frein. L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. L'aimant annulaire peut être remplacé par plusieurs aimants, chacun en forme de tuile. Le ou les aimants peuvent être montés au rotor et le stator du frein peut 15 recevoir un paquet de tôles en matériau magnétique, avec des dents. Les pièces magnétiques pour le stator et le rotor du frein magnétique peuvent encore être massives ou en poudre de fer, ou être réalisées avec une imprimante 3D en un matériau magnétique. 20 REVENDICATIONS1. Machine électrique (10), comportant : - un carter (12) portant à l'avant une bride de fixation (19), - un arbre (14) tournant à l'intérieur du carter, - un frein magnétique (20) à l'arrière du carter (12), à l'extérieur de celui-ci, comportant : o un rotor de frein (21), o un stator de frein (22, 23) interagissant magnétiquement avec le rotor (21). 2. Machine selon la revendication 1, le stator de frein comportant un ou plusieurs aimants permanents (23) en interaction magnétique avec le rotor, de préférence un aimant annulaire à plusieurs pôles radiaux. 3. Machine selon la revendication 2, le stator de frein comportant une culasse (22) en matériau magnétique, entourant le ou les aimants permanents (23). 4. Machine selon la revendication 3, la culasse de frein (22) comportant un paquet de tôles magnétiques superposées. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, le rotor de frein (25) comportant un paquet de tôles magnétiques superposées. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, le rotor de frein ayant un nombre de pôles compris entre 6 et 10. 7. Machine selon la revendication précédente, le rotor de frein étant à 8 pôles. 8. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un logement (17) de réception du frein, défini par une jupe tubulaire (18) monolithique avec un flasque (13). 9. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, sa puissance nominale étant supérieure ou égale à 100W.