Brevet FR3151296A1 — publié le 20250124

Dispositif de freinage magnétique (1) à courant de Foucault, comprenant un stator (2) et un rotor (3) dont l’un porte une pluralité d’aimants permanents (10.1, 10.2) pour émettre vers l’autre un premier flux magnétique radial apte à engendrer des courants de Foucault lorsque le stator et le rotor sont engagés l’un dans l’autre dans une position de freinage maximal, le stator (2) et le rotor (3) étant mobiles l’un par rapport à l’autre entre la position de freinage maximal et une position de libre rotation dans laquelle ils sont au moins partiellement dégagés l’un de l’autre. L’un du stator et du rotor comprend deux parties (2.1, 2.2) actives pour la production des courants de Foucault qui sont mobiles axialement l’une par rapport à l’autre pour être rapprochées l’une de l’autre lorsque le stator (2) et le rotor (3) sont en position de freinage maximal et écartées l’une de l’autre lorsque le stator (2) et le rotor (3) sont en position de libre rotation. Roue de véhicule, atterrisseur d’aéronef et aéronef comportant un tel dispositif. FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 3 Dispositif de freinage magnétique à courant de foucault ; roue freinée de véhicule et atterrisseur d’aéronef équipé d’un tel dispositif La présente invention concerne le domaine du freinage des roues de véhicule telles que les roues d’aéronef. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION Une roue d’aéronef comprend généralement une jante reliée par un voile à un moyeu monté pour tourner sur un arbre (essieu ou fusée) support de roue. Il est connu des dispositifs de freinage par friction comprenant une pile de disques de freinage qui est logée dans un espace s’étendant entre la jante et le moyeu et qui comprend une alternance de disques rotoriques liés en rotation avec la roue et de disques statoriques fixes par rapport au support de roue. Le dispositif de freinage comprend également des actionneurs hydrauliques ou électromécaniques montés sur un porte-actionneurs et agencés pour appliquer un effort de freinage commandé sur la pile de disques de manière à freiner la rotation de la roue. Il a été proposé, notamment dans le document FR-A-2953196, d’équiper de telles roues freinées d’un frein auxiliaire électromagnétique assurant une dissipation d'énergie par d'autres moyens que la friction mécanique. Sont en outre connus des dispositifs de freinage magnétique à courant de Foucault (dénommé « Eddy current » en anglais) utilisés pour le freinage de roues de véhicules et plus particulièrement de roues d’aéronef. Le document W0-A-2014/029962 décrit un tel dispositif comprenant un rotor monté en regard d’un stator électromagnétique. Le document US-A-20200300310 décrit lui aussi un dispositif de freinage magnétique à courant de Foucault. Le principe de fonctionnement est toujours le même. Le dispositif de freinage magnétique comprend un rotor lié en rotation à la roue et un stator monté en regard du rotor. L’un du rotor et du stator est en matériau électriquement conducteur et l’autre du rotor et du stator est pourvu d’aimants produisant un champ magnétique qui donne naissance, lorsque le rotor pivote en regard du stator, à des courants de Foucault engendrant un couple de freinage s’opposant au pivotement du rotor. Ce couple de freinage dépend de la puissance des aimants et de l’entrefer séparant le rotor et le stator. Classiquement, le dispositif de freinage est commandé en faisant varier cet entrefer par un déplacement relatif du rotor et du stator entre une position de freinage maximal dans laquelle le stator et le rotor sont au plus près l’un de l’autre et une position de freinage minimal dans laquelle le stator et le rotor sont éloignés l’un de l’autre. On comprend que l’amplitude de variation d’entrefer conditionne l’encombrement du dispositif de freinage et que plus cette variation d’entrefer peut être effectuée rapidement, plus la commande du dispositif de freinage peut être réactive. Il existe des dispositifs de freinage à flux radial dans lesquels le rotor et le stator ont la forme de tambours, à savoir un tambour externe et un tambour interne mobiles l’un par rapport à l’autre entre une position dans laquelle le tambour interne est reçu dans le tambour externe – l’entrefer étant alors minimal et le couple de freinage maximal - et une position dans laquelle le tambour interne est dégagé du tambour externe – l’entrefer étant alors maximal et le couple de freinage minimal. L’ampleur du déplacement relatif du tambour interne et du tambour externe conditionne l’encombrement axial du dispositif de freinage et la course de l’actionneur ou des actionneurs chargé(s) de ce déplacement relatif, ce qui a également des conséquences sur la masse du dispositif de freinage. Or, la masse et l’encombrement sont des contraintes sévères pour une utilisation dans le domaine du transport et en particulier sur aéronef. OBJET DE L’INVENTION L’invention a notamment pour but de proposer un dispositif de freinage magnétique à courant de Foucault remédiant au moins en partie aux inconvénients précités. A cet effet, on prévoit, selon l’invention, un dispositif de freinage magnétique à courant de Foucault, comprenant un stator et un rotor dont l’un porte une pluralité d’aimants permanents pour émettre vers l’autre un premier flux magnétique radial apte à engendrer des courants de Foucault lorsque le stator et le rotor sont engagés l’un dans l’autre dans une position de freinage maximal, le stator et le rotor étant mobiles l’un par rapport à l’autre entre une position de freinage maximal et une position de libre rotation dans laquelle ils sont au moins partiellement dégagés l’un de l’autre. Selon l’invention, l’un du stator et du rotor comprend deux parties actives pour la production des courants de Foucault qui sont mobiles axialement l’une par rapport à l’autre pour être rapprochées l’une de l’autre lorsque le stator et le rotor sont en position de freinage maximal et écartées l’une de l’autre lorsque le stator et le rotor sont en position de libre rotation. Par partie active dans la production des courants de Foucault on entend soit une partie émettrice de flux magnétique (portant les aimants) soit une partie réceptrice de flux magnétique (dans laquelle les courants de Foucault sont destinés à circuler). Ainsi, on déplace les deux parties de rotor ou de stator l’une par rapport à l’autre dans deux directions opposées pour amener le rotor et le stator en position de freinage maximal ou en position de libre rotation. La course entre ces deux positions peut donc être divisée par deux par rapport à des stator et rotor en une unique partie : le déplacement d’une position à l’autre est donc plus rapide et nécessite des actionneurs moins encombrants. Selon des caractéristiques optionnelles, utilisées en tout ou partie, individuellement ou en combinaison : lesdites parties appartiennent au stator, chacune desdites parties ayant de préférence une longueur sensiblement égale à une moitié d’une longueur du rotor ; lesdites parties sont dimensionnées pour être complètement dégagées de l’autre du stator et du rotor lorsque le stator et le rotor sont en position de libre rotation ; lesdites parties portent chacune une pluralité des aimants. L’invention concerne également une roue freinée équipée d’un tel dispositif, un atterrisseur d’aéronef équipé d’une telle roue et un aéronef équipé d’un tel atterrisseur. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l’invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : la est une vue schématique partielle d’un aéronef équipé d’atterrisseur selon l’invention ; la est une vue en perspective d’une roue d’aéronef, sans le dispositif de freinage ; la est une vue en perspective d’une roue d’aéronef selon l’invention, avec le dispositif de freinage ; la est une demi-vue en coupe axiale de cette roue, avec le dispositif de freinage dans un état de freinage ; la est une demi-vue en coupe axiale de cette roue, avec le dispositif de freinage dans un état de libre rotation de la roue ; la est une demi-vue en coupe axiale de cette roue selon une variante de réalisation de l’invention, avec le dispositif de freinage dans un état de freinage ; la est une demi-vue en coupe axiale de la roue selon cette variante, avec le dispositif de freinage dans un état de libre rotation de la roue. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION En référence à la , le système de freinage selon l’invention est porté par un aéronef 100 comportant des atterrisseurs 101. Chaque atterrisseur 101 comporte une jambe ayant une extrémité pourvue de deux arbres 102 coaxiaux sur chacun desquels est montée pour pivoter une roue 103. En référence à la également, chaque roue 103 comporte de façon connue en soi un moyeu 104 monté pour pivoter sur l’arbre 102 et une jante 105 reliée au moyeu 104 par un voile 106 en définissant avec le moyeu 104 un espace annulaire 107 ouvert à l’opposé du voile 106. La jante 105 comprend deux rebords externes dont un rebord 108 situé du côté de l’entrée de l’espace annulaire 107. Des barrettes 109.1, solidaires de la jante 105, s’étendent en saillie de la jante 105 dans l’espace annulaire 107 et des barrettes 109.2, solidaires du rebord 108 de la jante 105, s’étendent en saillie vers l’extérieur du rebord 108 de la jante 105. Des roulements 110 (visibles sur la ) assurent le guidage en rotation du moyeu 104 sur l’arbre 102. Comme visible sur la , les roues 103 sont équipées d'un dispositif de freinage magnétique, généralement désigné en 1, logé dans un espace annulaire 107 défini entre le moyeu 104 et la jante 105. En référence également aux figures 4 et 5, le dispositif de freinage magnétique 1 comprend un élément fixe en rotation, à savoir un stator 2, et un élément mobile en rotation, à savoir un rotor 3. Le stator 2 a la forme d’un tambour interne et le rotor 3 a la forme d’un tambour externe dans lequel le stator 2 peut être engagé, le stator 2 et le rotor 3 étant coaxiaux à la roue 103 et ayant donc des axes centraux colinéaires. Plus précisément ici, le stator 2 comprend une première bague 2.1 et une deuxième bague 2.2. La bague 2.1 comprend une partie tubulaire qui a une extrémité pourvue d’une collerette radiale destinée à s’étendre en regard du rebord 108. La partie tubulaire est pourvue extérieurement d’aimants 10.1 définissant une surface cylindrique externe de la bague 2.1. La partie tubulaire de la bague 2.1 a une extrémité pourvue d’une collerette radiale, en saillie externe, qui est destinée à s’étendre en regard du rebord 108 et sur laquelle s’étendent également les aimants 10.1, permanents, qui définissent une surface radiale avant de la bague 2.1. Les aimants 10.1 sont ici à base de terres rares et sont de préférence fixés sur un support en acier magnétique, ou sur un support non magnétique. La bague 2.2 comprend une partie tubulaire qui est dépourvue de collerette mais porte comme la partie tubulaire de la bague 2.1 des aimants 10.2, permanents, définissant une surface cylindrique externe de la bague 2.2. Les aimants 10.2 sont ici à base de terres rares et sont de préférence fixés sur un support en acier magnétique, ou sur un support non magnétique. Le rotor 3 comprend une partie tubulaire reçue dans la jante 105 et pourvue extérieurement de rainures axiales externes engagées sur les barrettes 109.1. La partie tubulaire du rotor 3 a une surface interne cylindrique et a une extrémité pourvue d’une collerette radiale, en saillie externe, qui est destinée à s’étendre en regard du rebord 108. La collerette du rotor 3 a une surface radiale faisant face à la surface radiale de la bague 2.1 du stator 2 et comporte, à l’opposé, des rainures engagées sur les barrettes 109.2. On comprend que les barrettes 109.1, 109.2 lient en rotation le rotor 3 et la jante 105. Le rotor 3 est en cuivre ou en tout autre matériau électriquement conducteur. Un écran 4 est installé entre le rotor 3 d’une part et la jante 105 et le rebord 108 d’autre part. L’écran 4 est ici réalisé en fer et a une fonction d’écran magnétique pour empêcher le flux magnétique de faire chauffer la roue dans le cas où la roue n’est pas prévue pour former un puit de chaleur mais également une fonction d’écran thermique pour protéger la jante 105 et le rebord 108 de la chaleur engendrée par le fonctionnement du dispositif de freinage magnétique 1. Comme indiqué précédemment, les bagues 2.1 et 2.2 du stator sont destinées à être engagées dans le rotor 3. A cette fin, la surface cylindrique externe de la bague 2.1 a un diamètre légèrement inférieur au diamètre de la surface cylindrique interne du rotor 3 et la surface cylindrique externe de la bague 2.2 a un diamètre légèrement inférieur au diamètre de la surface cylindrique interne du rotor 3. Un entrefer radial est donc défini entre les surfaces cylindriques externes du stator 2 et la surface cylindrique interne du rotor 3 et un entrefer axial est défini entre les surfaces radiales du stator 2 et du rotor 3. Les aimants 10.1 produisent des flux magnétiques axiaux dans l’entrefer axial et des flux magnétiques radiaux dans l’entrefer radial et les aimant 10.2 produisent des flux magnétiques radiaux dans l’entrefer radial. Ces flux magnétiques sont aptes à engendrer des courants de Foucault dans le rotor 3 lorsque le rotor 3 pivote en face du stator 2. Ces courants de Foucault sont d’autant plus puissants que les entrefers sont faibles et la variation d’entrefer est utilisée pour commander l’activation du dispositif de freinage magnétique 1. Plus précisément, la bague 2.1 et la bague 2.2 sont montées pour coulisser axialement sur une couronne 5 fixée par des boulons 6 à une collerette 102’ s’étendant en saillie externe de l’arbre 102. La couronne 5 est pourvue de nervures axiales 7 reçues dans des rainures internes des bagues 2.1, 2.2 pour assurer le guidage en translation des bagues 2.1, 2.2 sur la couronne 5. Le rotor 3, le stator 2 et la couronne 5 sont donc coaxiaux et sont positionnés successivement, dans cet ordre, selon une direction radiale de la roue 103. Le stator 2 est lié en rotation à l’arbre 102 tandis que le rotor 3 est lié en rotation à la roue 103, ici à la jante 105 de la roue 103. Ainsi, le rotor 3 tourne sur lui-même autour de son axe central par rapport au stator 2 : pendant ce déplacement du rotor 3 selon une direction circonférentielle, la surface cylindrique interne du rotor 3 reste en regard des surfaces cylindriques externes du stator 2 et parallèles à celles-ci ; et les surfaces radiales du rotor 3 et du stator 2 restent en regard l’une de l’autre et parallèles entre elles. Le dispositif de freinage magnétique 1 comprend un dispositif d’actionnement 8 pour déplacer les bagues 2.1, 2.2 entre : une position de freinage (représentée à la ) dans laquelle les parties tubulaires des bagues 2.1, 2.2 sont engagées complètement dans le rotor 3 et les surfaces radiales du stator 2 et du rotor 3 sont au plus près l’une de l’autre ; et une position de libre rotation de la roue 103 (représentée à la ) dans laquelle les parties tubulaires des bagues 2.1, 2.2 sont complètement extraites du rotor 3 et les surfaces radiales du stator 2 et du rotor 3 sont éloignées au maximum l’une de l’autre. Le dispositif d’actionnement 8 comprend un ou plusieurs actionneurs montés sur la couronne 5. Chaque actionneur peut comprendre : une vis, actionnée par un moteur électrique ou un train d’engrenage commun, ayant un premier tronçon et un deuxième tronçon ayant des pas inversés de telle manière que la bague 2.1 montée sur le premier tronçon et la bague 2.2 montée sur le deuxième tronçon se déplacent dans des directions opposées l’une par rapport à l’autre lorsque la vis est entraînée dans un premier sens de rotation et inversement lorsque la vis est entraînée dans un deuxième sens de rotation et inversement ; et/ou deux moteurs linéaires ou vérins associés chacun à une des bagues et pilotés pour rapprocher les bagues l’une de l’autre ou les éloigner l’une de l’autre ; et/ou une structure de biellettes articulées entre elles pour former des parallélogrammes déformables… Ces actionneurs sont connus en eux-mêmes et ne seront pas plus décrits ici. On comprend que le dispositif d’actionnement 8 est piloté pour rapprocher axialement les bagues 2.1, 2.2 pour amener le stator 2 et le rotor 3 en position de freinage maximal et pour écarter les bagues 2.1, 2.2 l’une de l’autre pour amener le stator 2 et le rotor 3 en position de libre rotation. En effet, comme chacune des parties tubulaires des bagues 2.1, 2.2 a une longueur au moins égale, et ici sensiblement égale, à une moitié d’une longueur de la partie tubulaire du rotor 3 : la totalité de la surface interne du rotor 3 est soumise aux champs magnétiques produits par les aimants 10.1, 10.2 lorsque les bagues 2.1, 2.2 sont au plus près l’une de l’autre ; la surface interne du rotor 3 n’est plus soumise aux champs magnétiques produits par les aimants 10.1, 10.2 lorsque les bagues 2.1, 2.2 sont éloignées l’une de l’autre et ont été extraites du rotor 3. On notera que cet agencement permet non seulement de limiter la course nécessaire au déplacement du stator entre les positions de freinage maximal et de libre rotation mais également de rapprocher la roue 103 et la jambe de l’atterrisseur 101. Dans la variante de réalisation des figures 6 et 7, la bague 2.1 du stator 2 et le rotor 3 sont dépourvues de collerettes de sorte que les aimants 10.1 sont agencés pour n’engendrer qu’un flux radial. On notera que la pluralité d’aimants permanents peut avantageusement être agencée selon un motif de Halbach avec des premiers aimants ayant un premier vecteur de magnétisation localement perpendiculaire à la surface cylindrique externe du stator 2 et étant séparés deux à deux par un deuxième aimant ayant un deuxième vecteur de magnétisation sensiblement perpendiculaire aux premiers vecteurs de magnétisation des deux premiers aimants entre lesquels se trouve ledit deuxième aimant. Les deuxièmes aimants disposés de chaque côté d’un même premier aimant ont leur vecteur de magnétisation orientés dans des sens opposés. On rappelle que le vecteur de magnétisation indique la direction du champ magnétique engendré par un aimant et s’étend dans l’aimant du pôle Sud au pôle Nord. Les premiers aimants peuvent être espacés deux à deux d’une première distance (égale à la largeur des deuxièmes aimants) inférieure à une deuxième distance (égale à la largeur des premiers aimants) séparant deux à deux les deuxièmes aimants. Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la largeur des deuxièmes aimants est 70% environ celles des premiers aimants. Les longueurs des aimants peuvent être identiques les unes aux autres, ou pas. De préférence, les deuxièmes aimants occupent sur la surface cylindrique externe du stator 2 une surface moindre que celle des premiers aimants. Cet agencement des aimants permet d’optimiser et de concentrer le flux magnétique produit par les premiers aimants en réduisant le chemin de retour du flux magnétique qui passe par les deuxièmes aimants et non par leur support dont la masse peut être réduite puisqu’il n’a pas besoin d’assurer une fonction de conduction du flux magnétique. On notera qu’en dessous d’une certaine vitesse de rotation du rotor 3, le couple de freinage est négligeable quel que soit l’entrefer. Il faudra alors éventuellement envisager un frein additionnel servant aussi de frein de parc. 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 dispositif peut avoir une structure différente de celle décrite. La forme, l’agencement et les dimensions des aimants peuvent être différents de ceux décrits. Par exemple, les aimants ont tous les mêmes dimensions. Le nombre de rotors et/ou le nombre de stators peuvent être différents de ceux mentionnés. Le dispositif de freinage magnétique selon l’invention peut être associé à un dispositif de freinage à friction classique qui comprend des organes de friction, par exemple une pile de disques de carbone, et une pluralité d’actionneurs électromécaniques portés par un porte-actionneurs. Chaque actionneur électromécanique comprend un moteur électrique et un poussoir apte à être déplacé par le moteur électrique pour presser la pile de disques. L’actionneur électromécanique est ainsi destiné à produire un effort de freinage commandé sur la pile de disques. Un mode de pilotage des dispositifs de freinage est par exemple connu du document FR-A-2953196. Le rotor peut être lié à l’arbre 102 ou à la jambe de l’atterrisseur 101. Le dispositif de freinage magnétique peut comprendre un ou plusieurs électroaimants avec ou à la place des aimants permanents. Le rotor peut porter les aimants, le ou les stators comportant un matériau électriquement conducteur comme du cuivre. Le rotor ou le stator peut être en deux parties, indépendamment qu’il porte les aimants ou pas. L’invention est utilisable sur tout type de véhicule, par exemple des véhicules aériens, terrestres ou amphibies, ou tout équipement mobile industriel ou de transport nécessitant un freinage. Dispositif de freinage magnétique (1) à courant de Foucault, comprenant un stator (2) et un rotor (3) dont l’un porte une pluralité d’aimants permanents (10.1, 10.2) pour émettre vers l’autre un premier flux magnétique radial apte à engendrer des courants de Foucault lorsque le stator et le rotor sont engagés l’un dans l’autre dans une position de freinage maximal, le stator (2) et le rotor (3) étant mobiles l’un par rapport à l’autre entre la position de freinage maximal et une position de libre rotation dans laquelle ils sont au moins partiellement dégagés l’un de l’autre, caractérisé en ce que l’un du stator et du rotor comprend deux parties (2.1, 2.2) actives pour la production des courants de Foucault qui sont mobiles axialement l’une par rapport à l’autre pour être rapprochées l’une de l’autre lorsque le stator (2) et le rotor (3) sont en position de freinage maximal et écartées l’une de l’autre lorsque le stator (2) et le rotor (3) sont en position de libre rotation. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel lesdites parties (2.1, 2.2) appartiennent au stator. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel chacune desdites parties (2.1, 2.2) a une longueur sensiblement égale à une moitié d’une longueur du rotor. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdites parties (2.1, 2.2) sont dimensionnées pour être complètement dégagées de l’autre du stator et du rotor lorsque le stator et le rotor sont en position de libre rotation. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdites parties (2.1, 2.2) portent chacune une pluralité des aimants (10.1, 10.2). Roue (103) freinée de véhicule comportant un dispositif de freinage (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une jante (105), un voile (106) ou un moyeu (104) auquel le rotor (3) du dispositif de freinage est lié en rotation. Atterrisseur (101) comprenant une jambe ayant une extrémité portant un arbre (102) sur lequel est monté le moyeu (104) d’une roue (103) selon la revendication 6, le stator (2) du dispositif de freinage (1) étant lié en rotation à la jambe. Aéronef (100) comprenant un atterrisseur (101) selon la revendication 7.