Brevet FR3157490A1 — publié le 20250627

Frein magnétique à hystérésis (10), comprenant au moins un premier élément (11.1) portant des aimants (17.1) et un deuxième élément (12) en matériau magnétique, une première surface (15.1) du premier élément (11.1) étant en regard d’une deuxième surface (14) du deuxième élément (12), pour que les aimants (17.1) engendrent un flux magnétique induit dans le deuxième élément (12) au travers desdites surfaces, caractérisé en ce que les aimants (17.1) sont séparés les uns des autres par des dents (18.1) qui sont en un matériau conducteur du flux magnétique et qui ont une surface libre voisine de la première surface (15.1). Instrument de commande et véhicule comprenant un tel frein. FIGURE DE L’ABREGE: Fig. 2 Frein magnétique à hystérésis à rappel élastique réduit 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. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION L’effort résistant en question est le résultat d’une perte hystérétique imitant une friction exercée sur une pièce reliée à l’objet à freiner. Un frein magnétique à hystérésis comprend deux éléments en regard et mobiles l’un par rapport à l’autre, à savoir un rotor et un stator : l’un des éléments, par exemple le stator a des pôles magnétiques en regard du rotor et le rotor est réalisé dans un matériau qui a des propriétés magnétiques telles que : lorsque le matériau est soumis à un champ magnétique d’excitation, un champ magnétique est induit dans le matériau, et lorsque le champ d’excitation varie, le champ induit correspondant décrit un cycle d’hystérésis, c’est-à-dire que lorsque le champ d’excitation revient à sa valeur initiale (nulle), le champ induit demeure (on dit que le matériau conserve une induction rémanente). Ainsi, les pôles magnétiques du stator imposent un champ magnétique dans le rotor. Lorsque le rotor est en mouvement, le champ magnétique reste inchangé par rapport au stator et donc variable dans le rotor. Cette variation crée des pertes hystérétiques proportionnelles au mouvement du rotor. En d’autres termes, il en résulte une force constante qui s’oppose au mouvement du rotor. De tels freins magnétiques à hystérésis sont par exemple utilisés dans les instruments de commande. Le rotor est alors relié à une manette de l’instrument de commande, cette manette étant déplacée par un utilisateur par exemple pour commander un dispositif tel qu’un moteur. Le champ magnétique induit produit une résistance au déplacement du rotor et donc une résistance au déplacement de la manette manipulée par l’utilisateur. Cette résistance permet à l’utilisateur de mieux doser le mouvement qu’il imprime à la manette de l’instrument de commande. Le document FR-A-2998347 décrit un frein magnétique dans lequel les pôles sont formés par des enroulements électromagnétiques. Les pôles magnétiques peuvent également être formés par des aimants permanents, ce qui permet d’avoir une structure plus simple et sans besoin d’alimentation. Toutefois, les freins magnétiques à hystérésis présentent un rappel élastique magnétique qui provoque un déplacement du rotor à l’opposé du mouvement imprimé par l’utilisateur sur la manette une fois celle-ci relâchée. Il est nécessaire que ce rappel élastique magnétique ait une amplitude la plus faible possible pour permettre à la manette de rester dans la position dans laquelle la manette a été relâchée. En effet, dans le cas où l’amplitude de rappel élastique magnétique est élevée, la manette recule après avoir été lâchée et la consigne de poussée moteur est erronée. Par ailleurs, le rappel élastique magnétique est défini comme un phénomène physique dû au cycle d’hystérésis du matériau magnétique utilisé et au nombre de pôles magnétiques. L’augmentation du nombre de pôles magnétiques permettrait de réduire le rappel élastique magnétique. Cependant, l’augmentation du nombre de pôles magnétiques, augmenterait proportionnellement l’encombrement et la masse du frein magnétique à hystérésis. OBJET DE L’INVENTION L’invention a notamment pour but un frein magnétique à hystérésis remédiant au moins en partie aux inconvénients précités. A cet effet, on prévoit, selon l’invention, un frein magnétique à hystérésis, comprenant au moins un premier élément portant des aimants et un deuxième élément en matériau magnétique, une première surface du premier élément étant en regard d’une deuxième surface du deuxième élément, pour que les aimants engendrent un flux magnétique induit dans le deuxième élément au travers desdites surfaces. Les aimants sont séparés les uns des autres par des dents qui sont en un matériau conducteur du flux magnétique et qui ont une surface libre voisine de la première surface. Ainsi, ces dents sont pourvues d’une polarité opposée à celle des aimants et permettent donc d’augmenter le nombre de pôles dans un encombrement moindre… On propose de plus un frein dans lequel le premier élément et le deuxième élément sont montés pour tourner relativement l’un à l’autre autour d’un axe de rotation. On propose de plus un frein dans lequel la première surface et la deuxième surface sont cylindriques à section circulaire ; les aimants du premier élément étant agencés selon un cylindre et le flux magnétique étant radial. On propose de plus un frein dans lequel le deuxième élément est de forme tubulaire à section circulaire et le frein comprend un second premier élément qui est disposé dans le deuxième élément et qui a une troisième surface en regard d’une quatrième surface du deuxième élément, ladite quatrième surface étant opposée à la deuxième surface du deuxième élément. On propose de plus un frein dans lequel la première surface et la deuxième surface sont planes ; les aimants du premier élément étant agencés selon un cercle et le flux magnétique étant axial. On propose de plus un frein comprenant plusieurs premiers éléments et plusieurs deuxièmes éléments. On propose de plus un instrument de commande comprenant un bâti, une manette montée mobile sur le bâti, et un frein, l’un du premier élément et du deuxième élément étant monté fixe par rapport au bâti et l’autre du premier élément et du deuxième élément étant lié à la manette. On propose de plus un instrument de commande dans lequel la manette est montée sur le bâti pour pivoter. On propose de plus un instrument de commande comprenant un réducteur ayant un premier arbre lié audit autre du premier élément et du deuxième élément et un deuxième arbre lié à la manette. On propose de plus un véhicule comportant un instrument de commande. L’invention concerne également un instrument de commande équipé d’un tel frein et un véhicule équipé d’un tel instrument de commande. 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 : FIG. 1 la FIG. 1 est une vue schématique partielle d’un poste de pilotage de véhicule, pourvu d’un instrument de commande selon l’invention ; FIG. 2 la FIG. 2 est une vue en perspective d’un frein équipant l’instrument de commande, selon un premier mode de réalisation ; FIG. 3 la FIG. 3 est une vue en perspective d’une portion du frein selon le premier mode de réalisation ; FIG. 4 la FIG. 4 est une vue en perspective d’un frein équipant l’instrument de commande, selon un deuxième mode de réalisation ; FIG. 5 la FIG. 5 est une vue en perspective éclatée du frein selon le deuxième mode de réalisation ; FIG. 6 la FIG. 6 est une autre vue en perspective du frein selon le deuxième mode de réalisation. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION En référence aux figures 1 à 6, l’invention est ici décrite en application à un instrument de commande, généralement désigné en 1, équipant le poste de pilotage d’un véhicule V tel qu’un véhicule aérien, terrestre ou naval. L’instrument de commande 1 est ici agencé pour commander le moteur dudit véhicule (l’instrument de commande 1 est ici ce qu’on appelle couramment la manette des gaz). L’instrument de commande 1 comprend un bâti 2 qui est fixé à la structure du véhicule V, dans le poste de pilotage, à portée de main du pilote. Une manette 3 est montée sur le bâti 2 pour pivoter autour d’un axe de rotation 4 ici horizontal. L’instrument de commande 1 comprend en outre un frein 10 comportant deux stators 11.1, 11.2 liés en rotation au bâti 2 et un rotor 12 lié en rotation à la manette 3. Le frein 10 est un frein magnétique à hystérésis. Selon le premier mode de réalisation représenté sur les figures 2 et 3, le rotor 12 est ici une cloche comportant une surface externe 14 cylindrique et une surface interne 16 cylindrique qui est coaxiale à la surface externe 14 et qui définit un logement interne du rotor 12. La surface externe 14 et la surface interne 16 forment des surfaces principales du rotor 12. Le rotor 12 est en un matériau magnétique et plus particulièrement ici un matériau semi-rémanent. Le matériau choisi est appelé « semi-rémanent » car son cycle d’hystérésis majeur se rapproche de celui d’un aimant. Le matériau est par exemple celui produit sous la marque MAGNETOFLEX (et plus particulièrement MAGNETOFLEX 35 U) ou CROVAC par le fabricant VACUUMSCHMELZE. Le rotor 12 comprend en outre un moyeu tubulaire qui est centré sur l’axe de rotation 4 et qui lie le rotor 12 à la manette 3. Le stator 11.1 est un stator externe s’étendant autour du rotor 12 et le stator 11.2 est un stator interne qui s’étend dans le logement du rotor 12. Le stator 11.1 comprend une armature cylindrique, en un matériau conducteur du flux magnétique, centrée sur l’axe de rotation 4, et un ensemble d’aimants 17.1 permanents qui sont fixés en périphérie interne de l’armature cylindrique pour avoir une surface libre formant une surface principale 15.1, sensiblement cylindrique, dudit stator 11.1 entourant la surface externe 14 du rotor 12. L’armature comprend des dents 18.1 qui séparent les aimants 17.1 les uns des autres et qui ont une surface libre voisine de la surface principale 15.1 dudit stator 11.1. La surface libre des dents 18.1 affleure ici la surface libre des aimants 17.1 et coïncide donc avec la surface principale 15.1 du stator 11.1. Les aimants 17.1 sont positionnés pour que leur vecteur d’aimantation s’étende selon une direction radiale du stator 11.1 pour produire un flux magnétique radial ou bien axial dans le cas illustré dans les figures 4 à 6. De plus, les aimants 17.1 ont tous le même pôle orienté vers le rotor 12. Les dents 18 intercalées entre les aimants 17 sont pourvues d’une polarité opposée à celle des aimants. Cette architecture permet un rebouclage optimal du flux magnétique. Le stator 11.1 comprend une surface externe 13.1 cylindrique coaxiale à la surface principale 15.1 constituant la surface interne du stator 11.1. Le diamètre de la surface principale 15.1 du stator 11.1 est légèrement supérieur au diamètre de la surface externe 14 du rotor 12. Le stator 11.2 a une structure similaire au stator 11.1 et est coaxial à celui-ci et au rotor 12. Le stator 11.2 est toutefois disposé dans le logement interne du rotor 12 et comprend une armature portant des aimants 17.2 sur sa périphérie externe. Les aimants 17.2 ont une surface libre définissant une surface principale 15.2 (qui est la surface externe du stator 11.2 et non la surface interne comme dans le stator 11.1) et comportant des dents 18.2 séparant les aimants 17.2 les uns des autres. Comme précédemment, les dents 18.2 ont une surface libre voisine de la surface principale 15.2 dudit stator 11.2. La surface libre des dents 18.2 affleure ici la surface libre des aimants 17.2 et coïncide donc avec la surface principale 15.2 du stator 11.2. Les aimants 17.2 sont positionnés pour que leur vecteur d’aimantation s’étende selon une direction radiale du stator 11.2 pour produire un flux magnétique radial. De plus, les aimants 17.2 ont tous le même pôle orienté vers le rotor 12. Cette architecture permet un rebouclage optimal du flux magnétique. Le stator 11.2 comprend une surface interne 13.2 cylindrique coaxiale à la surface principale 15.2 constituant la surface externe du stator 11.2. On comprend que lorsque le pilote déplace la manette 3, la manette 3 déplace le rotor 12 en rotation. Sous l’effet de la rotation du rotor 12 par rapport aux stators 11.1 et 11.2, la cloche sature localement en vis-à-vis des pôles ce qui engendrera une friction sèche. On note que les dents 18.1, 18.2 permettent d’augmenter le nombre de pôles, de canaliser le flux magnétique et de réduire le rappel élastique. Plus particulièrement, le nombre de pôles permet à la cloche de s’aligner davantage, lorsqu’elle est rémanente, sur les pôles. Dans le deuxième mode de réalisation des figures 4 à 6, les stators 11.1, 11.2 et le rotor 12 ne sont pas agencés de la même manière. En effet, les stators 11.1, 11.2 et le rotor 12 ont une forme de disques et les stators 11.1, 11.2 ont des surfaces principales planes en regard de surfaces principales planes opposées du rotor 12. De ce fait, le rotor 12 a une position centrale entre les stators 11.1, 11.2. Comme précédemment, les surfaces principales 15.1, 15.2 des stators 11.1, 11.2 sont formées par les surfaces libres des aimants 17.1, 17.2 qui sont portés par une armature comportant des dents 18.1, 18.2 séparant les aimants 17.1, 17.2 les uns des autres. Les dents 18.1, 18.2 ont une surface libre affleurant les surfaces principales 15.1, 15.2 des stators 11.1, 11.2. Les aimants 17.1, 17.2 des stators 11.1 et 11.2 sont agencés selon un cercle et ont un vecteur d’aimantation parallèle à l’axe de rotation 4 et dont le sens est orienté vers le rotor 12 pour produire un flux magnétique axial. Le couple de frottement précité est réglable par décalage d’un stator 11 par rapport à l’autre 11.2. En variante, un réducteur peut être associé au frein afin de réduire encore l’amplitude de l’effet du rappel élastique magnétique. Dans un tel mode de réalisation, le réducteur comporte un premier arbre lié au rotor et un deuxième arbre lié à la manette. Le rapport x de transmission du réducteur, de la manette 3 vers le rotor 12, est supérieur à 1 de sorte qu’un rappel du rotor 12 sur une amplitude angulaire θ se traduira par un déplacement de la manette 3 d’une amplitude moindre égale θ/x. 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 avoir une structure différente de celle décrite ci-avant. La manette de l’instrument de commande peut par exemple être un bouton, un volant, un levier, ou autre. L’invention est également applicable aux commandes de gouvernes et plus généralement pour tout dispositif devant mettre en œuvre un frottement sec. La manette peut être montée sur le bâti pour coulisser selon un axe linéaire. Le stator peut constituer l’élément interne et le rotor l’élément externe ou inversement. Le frein peut comporter un stator sous forme de tambour et deux rotors annulaires s’étendant pour l’un dans le tambour et pour l’autre autour du tambour. Le rotor 12 et le stator 11 peuvent être montés l’un par rapport à l’autre pour être mobiles, non seulement en rotation autour de l’axe de rotation 4, mais aussi en translation le long de l’axe de rotation 4 pour permettre un réglage de l’entrefer entre stator et rotor. A cette fin, le moyeu du rotor 12 est monté pour coulisser axialement sur un arbre tubulaire lié en rotation, ici via une denture interne, à la manette 3 et monté dans le bâti 2 pour pivoter autour de l’axe de rotation 4. En variante, le stator peut être fixe en rotation et mobile en translation tandis que le rotor est mobile en rotation et fixe en translation. Le rotor peut avoir la forme d’un cylindre plein et non pas d’un moyeu creux. Le rotor peut porter les aimants et le stator être en matériau semi-rémanent ou peu rémanent. Le nombre d’aimants et donc de dents, ainsi que le nombre de rotor(s) et/ou de stator(s) dépendent des performances souhaitées selon l’application envisagée (couple de freinage, encombrement, masse, effet du rappel élastique magnétique). Une autre architecture possible peut être l’alternance successive d’un stator puis d’un rotor, à une fréquence définie en fonction des performances souhaitées selon l’application envisagée. Frein magnétique à hystérésis (10), comprenant au moins un premier élément (11.1) portant des aimants (17.1) et un deuxième élément (12) en matériau magnétique, une première surface (15.1) du premier élément (11.1) étant en regard d’une deuxième surface (14) du deuxième élément (12), pour que les aimants (17.1) engendrent un flux magnétique induit dans le deuxième élément (12) au travers desdites surfaces, caractérisé en ce que les aimants (17.1) sont séparés les uns des autres par des dents (18.1) qui sont en un matériau conducteur du flux magnétique et qui ont une surface libre voisine de la première surface (15.1). Frein selon la revendication 1, dans lequel le premier élément (11.1) et le deuxième élément (12) sont montés pour tourner relativement l’un à l’autre autour d’un axe de rotation (4). Frein selon la revendication 2, dans lequel la première surface (15.1) et la deuxième surface (14) sont cylindriques à section circulaire ; les aimants (17.1) du premier élément (11.1) étant agencés selon un cylindre et le flux magnétique étant radial. Frein selon la revendication 3, dans lequel le deuxième élément (12) est de forme tubulaire à section circulaire et le frein (10) comprend un second premier élément (11.2) qui est disposé dans le deuxième élément (12) et qui a une troisième surface (15.2) en regard d’une quatrième surface (16) du deuxième élément (12), ladite quatrième surface (16) étant opposée à la deuxième surface (14) du deuxième élément (12). Frein selon la revendication 2, dans lequel la première surface (15.1) et la deuxième surface (14) sont planes ; les aimants (17.1) du premier élément (11.1) étant agencés selon un cercle et le flux magnétique étant axial. Frein selon l’une quelconque des revendications 1, 2 et 5, comprenant plusieurs premiers éléments (11.1) et plusieurs deuxièmes éléments (12). Instrument de commande (1) comprenant un bâti (2), une manette (3) montée mobile sur le bâti (2), et un frein (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’un du premier élément (11.1) et du deuxième élément (12) étant monté fixe par rapport au bâti (2) et l’autre du premier élément (11.1) et du deuxième élément (12) étant lié à la manette (3). Instrument de commande selon la revendication 7, dans lequel la manette (3) est montée sur le bâti (2) pour pivoter. Instrument de commande selon la revendication 8, comprenant un réducteur ayant un premier arbre lié audit autre du premier élément (11.1) et du deuxième élément (12) et un deuxième arbre lié à la manette. Véhicule comportant un instrument de commande selon l’une quelconque des revendications 7 à 9.