Brevet FR3159717A1 — publié le 20250829

L’invention concerne un dispositif (1) de freinage magnétique pour un moteur électrique d’un organe rotatif comportant au moins: un aimant formant rotor, de forme cylindrique s’étendant le long d’ un axe de rotation (AA’), la paroi du cylindre comportant au moins une partie nord (2) et au moins une partie sud (4) formant au moins une paire de pôles, chaque partie formant un demi-cylindre et étant prolongée vers l’intérieur et/ou l’extérieur du rotor, pour former une partie de détection; un stator (6) de rebouclage magnétique permettant de créer un couple de maintien du rotor aimanté dans une position fixe dudit organe rotatif. Figure 1A Dispositif de blocage magnétique et de mesure de position pour un organe rotatif DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le domaine de l’invention est celui des éléments de blocage pour des organes rotatifs, par exemple des organes d’obturation tels que des volets roulants électrifiés. Si on considère par exemple les volets roulants, ils se présentent sous forme de tubes et comportent un assemblage d’un moteur, d’un réducteur et d’un frein. Pour ces organes rotatifs, il se pose le problème de disposer d’un système de freinage, de préférence sans friction, assurant le freinage du système ainsi que le maintien dudit organe en position lorsque le moteur est à l’arrêt. Mais il se pose aussi le problème de fournir une indication de position ou une détection de la rotation de l’organe rotatif. De préférence encore, un tel système est fiable, simple, économique et compact. En effet, on connait des systèmes de freinage statique mettant en œuvre des aimants fixes ou statiques, à l’aide desquels on ne peut donc pas compter les tours ou identifier la position de l’organe concerné. On connait par ailleurs un système de comptage de tours mettant en œuvre un rotor magnétique, mais qui impose l’utilisation d’aimants puissants, fortement chargés en terres rares (par exemple du Néodyme) avec une densité suffisante pour permettre de générer un champ magnétique suffisamment fort en vue d’atteindre le capteur et ainsi compter les tours. On connait également un système de rotor centrifuge qui se désolidarise d’un stator cranté lors de la rotation : mais cette solution de frein sans aimant est complexe et impose d’ajouter d’autres moyens, par exemple à l’extrémité de la partie mobile du frein, pour réaliser une fonction de détection de position ou de comptage des tours. L’invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur. Elle concerne d‘abord un frein magnétique, au moins statique, comportant au moins deux éléments : un rotor, muni d’un système d’aimantation, par exemple un aimant, à au moins une paire de pôles ; un stator de rebouclage magnétique permettant de créer un couple de freinage en combinaison avec le rotor aimanté. Un tel frein permet également de freiner un organe à petite vitesse, en fin de course. Il peut donc exercer un freinage dynamique, mais sur une petite plage de vitesse faible proche de l’arrêt. L’invention permet de limiter le nombre de composants en assurant plusieurs fonctions avec le même aimant, ce qui contribue également à la compacité du système. Elle permet également d’utiliser un aimant au moins en partie en ferrite ou un plastoaimant, par exemple de type NdFeB, à faible densité de terres rares ; des telles solutions sont plus économiques que les terres rares et ont un impact environnemental bien plus limité que celles-ci. Un rotor selon l’invention comporte un aimant comportant une ou plusieurs alternance(s) de polarités nord et sud qui interagissent avec le stator pour former le frein électrique. L’invention permet d’utiliser une technologie de freinage magnétique statique. Elle permet la mise en œuvre d’une forme d’aimant économique, par exemple en ferrite, et assurant le freinage statique du moteur, et donc son maintien en position à l’arrêt ; éventuellement, le même système d’aimantation permet de fournir une mesure de position en utilisant une sonde, par exemple à effet Hall, qui peut être localisée à un diamètre fixe de l’aimant. L’invention permet de minimiser la masse d’aimant (avec un même aimant, on peut réaliser la fonction de freinage statique et de détection de la rotation) et d’utiliser la technologie d’aimant injecté pour avoir une forme de rotor remplissant une fonction de frein et éventuellement une fonction de capteurs de position pour la commande du moteur. Selon l’invention la génératrice de l’aimant est en forme de « L » : l’aimant est par exemple prolongé vers l’intérieur et/ou l’extérieur du rotor, pour permettre de former une partie de détection laquelle, en coopération avec un capteur par exemple de type à effet Hall, va permettre de détecter la rotation du rotor. Dans le cas de la génératrice de l’aimant en forme de « L », le côté de l’aimant faisant face au stator (la « grande barre » du « L ») est utile pour le freinage et l’autre côté de l’aimant (la « petite barre » du « L ») est utile pour la mesure de la position. Cette forme en « L » peut être réalisée exemple par un procédé d’injection plasturgique. Avantageusement, on n’utilise pas de matière aimantée dans les zones qui ne sont pas fonctionnelles ; autrement dit la matière n’est présente que là où celle-ci est nécessaire. Cette forme de rotor remplit une fonction de frein magnétique, au moins statique, et éventuellement une fonction de capteur de position, par exemple pour la commande du moteur. Le stator peut être feuilleté ou bien être un stator plein, non feuilleté. L’invention concerne également un dispositif de freinage magnétique pour un moteur électrique d’un organe rotatif ou un procédé de freinage magnétique, au moins statique, d’un moteur électrique d’un organe rotatif, ce dispositif ou ce procédé mettant en œuvre un dispositif selon l’invention. Le stator de rebouclage magnétique permet de créer un couple de maintien du rotor aimanté dans une position fixe dudit organe rotatif. L’invention concerne également un procédé de freinage magnétique, au moins statique, d’un moteur électrique d’un organe rotatif, par exemple à l’aide d’un dispositif selon l’invention, ce procédé comportant: - la rotation d’un aimant, de forme cylindrique s’étendant le long d’un axe de rotation (AA’), la paroi du cylindre comportant au moins une partie nord et au moins une partie sud formant au moins une paire de pôles, chaque partie formant un demi-cylindre et étant prolongée vers l’intérieur et/ou l’extérieur du rotor, pour former une partie de détection; - la formation, à l’aide d’un stator de rebouclage magnétique, d’un couple de maintien du rotor aimanté dans une position fixe dudit organe rotatif. Selon un exemple de réalisation, ledit organe rotatif est ou comporte un volet roulant. D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, données à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 et FIG. 1 sont des vues schématiques d’un exemple de frein selon l’invention ; FIG. 2 et FIG. 2 représentent 2 vues d’un exemple de rotor pour un frein selon l’invention ; FIG. 3 et FIG. 3 sont des vues d’un autre exemple de frein selon l’invention. FIG. 4 et FIG. 4 représentent diverses vues d’un autre exemple de rotor pour un frein selon l’invention ; FIG. 5 représente un exemple de support pour un dispositif selon l’invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l’échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux. Sauf indication contraire, les termes « sensiblement », « environ », « de l’ordre de » signifient à 10% près. Par ailleurs, les termes « compris entre … et … » et équivalents signifient que les bornes sont incluses, sauf mention contraire. L’invention porte notamment sur un frein 1, dont un exemple est illustré en figures 1A et 1B : un rotor (d’axe de rotation AA’) de forme cylindrique comporte un aimant ayant une partie 2 de polarité nord et une partie 4 de polarité sud, ces polarités étant diamétralement opposées l’une à l‘autre ; ces différentes parties 2, 4 peuvent interagir avec un stator 6 de rebouclage magnétique (représenté en FIG. 1 ) pour former un frein électrique. En FIG. 1 , la référence 8 désigne un support d’accouplement de l’aimant à un moteur. Le frein 1 peut être couplé à un moteur, par exemple de type à balai ou de type BLDC. Ce moteur peut être par exemple disposé dans un moteur tubulaire, autour duquel s’enroule un organe rotatif, par exemple un volet roulant, ou un store ou une moustiquaire se présentant sous la forme d’un store, ou un brise soleil, ou une porte de garage, ou un portail. L’organe rotatif en question a un axe disposé horizontalement lors de son utilisation. Entre le moteur et l’axe de sortie du moteur tubulaire peut se trouver un réducteur ou étage de réduction de couple et/ou de vitesse, l’aimant étant donc entrainé à vitesse élevée (par exemple vitesse > 100 tr/min) par le moteur et pouvant donc être avantageusement utilisé pour une mesure ou une détection de position ou de rotation, puisque la vitesse plus élevée permet une plus grande fiabilité de cette détection. Le rotor d’un frein 1 selon l’invention est donc avantageusement fixe par rapport au rotor d’un motoréducteur (avant réduction donc à haute vitesse), le stator du frein étant avantageusement fixe par rapport au stator du motoréducteur. Ce stator du motoréducteur est de préférence fixe par rapport au bâti du mécanisme (par exemple d’un volet roulant). L’invention permet de réaliser un frein passif, c’est-à-dire pour lequel il n’y a pas besoin d’utiliser une bobine excitatrice pour activer la fonction de freinage et de maintien en position. La fonction de maintien en position est obtenue par la position naturelle de repos des aimants face au stator 6, cette position étant maintenue par attraction par l’aimant. On a donc un point d’équilibre dû au crantage magnétique. La fonction de freinage est obtenue par le passage du champ magnétique de l’aimant dans le stator qui par, sa perméabilité relative, créé un couple de freinage visqueux réglable par l’empilement de tôle(s) du stator 6 et/ou l’épaisseur de chaque tôle du stator. Les pertes fer du stator peuvent se décomposer en 3 parties selon le modèle de Bertotti : Où : est le coefficient de pertes par hystérésis également appelé le frottement sec magnétique ; est le coefficient de pertes par courants de Foucault également appelé frottement visqueux magnétique ; est le coefficient de pertes par excès (on peut le supposer nul car le domaine fréquentiel n’est pas assez élevé pour que ce terme soit prépondérant par rapport aux pertes par hystérésis et par courants de Foucault). On ne tient compte de ce coefficient que pour les fréquences de l’ordre du Mégahertz (MHz), or ici la fréquence est Les pertes par hystérésis sont dues à la géométrie du moteur, les pertes par courants de Foucault font intervenir l’épaisseur des tôles du stator qui permet de régler le frottement visqueux magnétique (c’est cette épaisseur des tôles qui permet de régler le frottement visqueux) et donc le freinage en fréquentiel du frein magnétique. Chaque tôle de rebouclage magnétique fait partie du stator 6; par exemple des logements sont prévus dans une pièce statique, fixée sur le stator du moteur, pour accueillir une ou plusieurs tôles du stator. Il y a autant de tels logements que de pôles sur l’aimant et les différentes tôles 6 1 , 6 2 sont situées de manière diamétralement opposée l’une à l’autre. Dans le cadre de la présente invention, on cherche à obtenir un maintien en position d’arrêt du rotor, après rotation complète, dans un sens ou dans un autre, d’un organe rotatif (par exemple après enroulement complet ou déroulement complet d’un volet électrique) et non pas un freinage de celui-ci pendant l’intégralité de sa course. Un dispositif selon la présente invention met donc de préférence en œuvre un stator plein, non feuilleté, dont le freinage (pendant la rotation du stator) est négligeable au vu du système dans lequel le frein magnétique s’intègre. De plus, dans le cas où on utilise un plasto-aimant pour l’aimant 1, on ne sature pas magnétiquement le stator (celui-ci est épais dans son rayon par rapport au niveau de champ magnétique émis par les aimants); donc le coefficient Bm de l’équation de Bertotti est alors faible, ce qui diminue encore le freinage magnétique. Chaque partie 2, 4 de l’aimant forme un demi-cylindre. Selon un aspect de l’invention, la partie active de l’aimant pour le freinage dynamique et le maintien en position (ou freinage magnétique statique) est la partie 12 (la « grande barre » du « L ») qui se situe sous la ou les tôle(s) 6 de rebouclage magnétique . L’aimant forme un cylindre 14 ; comme représenté en figures 2A – 2B, chacune de ses parties 2, 4 peut s’étendre vers l’intérieur du rotor, en direction de l’axe AA’, de préférence à une des extrémités du cylindre 14, pour former une partie en forme une couronne ou un anneau ou un disque 16 comportant une partie 161 de polarité nord et une partie 162 de polarité sud et dont le centre est sur l‘axe AA’. Cette partie est plate, c’est-à-dire d’extension, le long de l’axe AA’, faible par rapport à son diamètre extérieur ou à sa dimension (mesurée dans un plan perpendiculaire à l’axe AA’) la plus large. L’aimant a donc une génératrice en forme de « L », dont la grande barre fait face au stator et la petite barre permet la détection de la rotation ou de la position, la petite barre ayant son extrémité libre orientée vers l’intérieur (en direction de l’axe AA’). Chacune de ces parties 161, 162 est plane, disposée à l’extrémité de la grande barre du « L » et s’étend de manière sensiblement perpendiculaire à l’axe AA’, en direction de celui-ci. Ces parties vont permettre, en coopération avec un capteur 20 (représenté en figures 1A et 1B), par exemple de type à effet Hall, de mesurer la position en rotation du rotor. Les données qui résultent de cette mesure peuvent être traitées par une carte électronique de commande (PCBA) et permettent de connaître la position de l’axe rotor et donc de piloter un moteur électrique accouplé au frein magnétique statique en ajustant son alimentation selon cette mesure. En figures 1A – 2B, le capteur 20 est situé à une distance de l’axe AA’ du rotor, inférieure à l’encombrement extérieur ou au diamètre de celui-ci ou des parties 2, 4. Une autre réalisation est illustrée en figures 3A - 3B et 4A – 4B, dans laquelle le capteur 20 est situé à une distance de l’axe AA’ du rotor qui est supérieure à l’encombrement extérieur ou au diamètre de celui-ci ou des parties 2, 4. L’utilisation des données peut être la même que celle décrite ci-dessus. Les figures 4A – 4B représentent diverses vues du rotor, dans lequel chaque partie 2, 4 s’étend vers l’extérieur du rotor, pour former une couronne ou un anneau 17 comportant une partie 171 de polarité nord et une partie 172 de polarité sud et dont le centre est sur l‘axe AA’. L’aimant a donc une génératrice en forme de « L », dont la grande barre faite face au stator et la petite barre permet la détection de la rotation ou de la position, mais la petite barre a son extrémité libre orientée vers l’extérieur (en direction opposée à l’axe AA’). Là encore : - chacune de ces parties 161, 162 est plane et s’étend de manière sensiblement perpendiculaire à l’axe AA’, cette fois au moins en direction opposée à celui-ci, vers l’extérieur du cylindre ; - ces parties vont permettre, en coopération avec un capteur 20 (représenté en figures 3A et 3B), par exemple de type à effet Hall, de mesurer la position en rotation du rotor. En figures 3A – 4B, le capteur 20 est donc situé à une distance de l’axe AA’ du rotor, supérieure à l’encombrement extérieur ou au diamètre de celui-ci ou des parties 2, 4. De préférence, un aimant mis en œuvre dans le cadre de l’invention est au moins en partie en ferrite ou est un plastoaimant, par exemple de type NdFeB, à faible densité de terres rares ; de telles solutions sont plus économiques que les terres rares et ont un impact environnemental bien plus limité que celles-ci. On peut par exemple réaliser un aimant comportant du néodyme injecté avec du plastique : le Nd est alors beaucoup moins dense (par exemple on a une densité inférieure à 5 g/cm 3 ) que dans les aimants purement en néodyme (qui ont une densité de l’ordre de 7.5 g/cm 3 ). Une technique d’injection plasturgique est bien adaptée pour la réalisation d‘un aimant ayant une génératrice en forme de « L ». La perte de matière est alors minimisée. Dans un ensemble selon l’invention combinant un frein et un capteur de rotation ou de position, le capteur est fixe par rapport au stator du frein et leur position peut être réglée afin d’assurer la fiabilité de la mesure. Pour cela, une pièce en matériau non ferreux pour ne pas interférer avec les différents champs magnétiques, par exemple en plastique, peut permettre d’assurer la position respective de ces 2 éléments et leur maintien relatif. Le crantage magnétique du frein c’est-à-dire la force de rappel statique des aimants sur le stator permet de maintenir en position un organe rotatif, par exemple un tablier de volet roulant via son axe d’enroulement : par exemple un crantage de 0.06N.m sur le frein pour un ratio de réducteur de 220 donne un couple de maintien en bout d’axe de 10N.m (en supposant un rendement de 81% pour le réducteur). La FIG. 5 représente un support 30 pour un dispositif selon l’invention : on reconnait les parties 2, 4 du rotor et le stator 6. Le support comporte ici 2 bras 32, 34 munis chacun d’un trou 33, 35 pour fixation sur un moteur. L’invention concerne donc notamment un dispositif de freinage magnétique pour un moteur électrique d’un organe rotatif comportant au moins: un aimant formant rotor, de forme cylindrique s’étendant le long d’ un axe de rotation (AA’), la paroi du cylindre comportant au moins une partie nord 2 et au moins une partie sud 4 formant au moins une paire de pôles, chaque partie formant un demi-cylindre et étant prolongée vers l’intérieur et/ou l’extérieur du rotor, pour former une partie de détection; un stator 6 de rebouclage magnétique permettant de créer un couple de maintien du rotor aimanté dans une position fixe dudit organe rotatif. Un dispositif selon l’invention comportant en outre un capteur, pour permettre, en interaction avec la partie de détection, de détecter la rotation du rotor, peut comporter en outre des moyens de traitement pour calculer ou estimer la position du rotor. Dans un dispositif selon l’invention, le stator de rebouclage magnétique peut comporter au moins 2 parties disposées dans des logements du stator. L’invention concerne également un moteur électrique comportant un rotor, un stator et un dispositif de freinage magnétique selon l’invention, l’aimant formant rotor de ce dispositif de freinage magnétique étant lié au rotor du moteur électrique. L’invention concerne également un organe roulant électrifié, comportant un organe roulant, par exemple un volet roulant ou un store ou une moustiquaire se présentant sous la forme d’un store, ou un brise-soleil, ou une porte de garage, ou un portail, et un moteur électrique selon l’invention. Dispositif (1) de freinage magnétique pour un moteur électrique d’un organe rotatif comportant au moins: un aimant formant rotor, de forme cylindrique s’étendant le long d’ un axe de rotation (AA’), la paroi du cylindre comportant au moins une partie nord (2) et au moins une partie sud (4) formant au moins une paire de pôles, chaque partie formant un demi-cylindre et étant prolongée vers l’intérieur et/ou l’extérieur du rotor, pour former une partie de détection; un stator (6) de rebouclage magnétique permettant de créer un couple de maintien du rotor aimanté dans une position fixe dudit organe rotatif. Dispositif selon la revendication 1, chaque partie de l’aimant se prolongeant, suivant une direction perpendiculaire à l’axe de rotation (AA’), pour former une couronne ou un anneau ou un disque (16, 17) comportant au moins une partie (161, 171) de polarité nord et au moins une partie (162, 172) de polarité sud et dont le centre est sur l‘axe de rotation (AA’). Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comportant en outre un capteur (20) par exemple de type à effet Hall, pour permettre, en interaction avec la partie de détection, de détecter la rotation du rotor. Dispositif selon la revendication 3, comportant en outre des moyens de traitement pour calculer ou estimer la position du rotor. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, le stator (6) de rebouclage magnétique comportant au moins 2 parties disposées dans des logements du stator. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5, chaque partie du rotor formant un demi-cylindre étant prolongée vers l’intérieur et/ou l’extérieur du rotor pour former une partie de détection à une extrémité de l’aimant, le long dudit axe de rotation (AA’). Dispositif selon l’une des revendications 1 à 6, l’aimant formant rotor étant au moins en partie en ferrite. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 6, l’aimant formant rotor comportant ou étant un plastoaimant, par exemple de type NdFeB, à faible densité de terres rares. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 8, le stator étant feuilleté ou bien étant un stator plein, non feuilleté. Moteur électrique comportant un rotor , un stator et un dispositif (1) de freinage magnétique selon l’une des revendications 1 à 9, l’aimant formant rotor de ce dispositif de freinage magnétique étant lié au rotor du moteur électrique. Moteur électrique selon la revendication 10, disposé dans un moteur tubulaire. Moteur électrique selon la revendication 11, un réducteur étant disposé entre le moteur électrique et le moteur tubulaire. Organe roulant électrifié, comportant un organe roulant, par exemple un volet roulant ou un store ou une moustiquaire se présentant sous la forme d’un store, ou un brise-soleil, ou une porte de garage, ou un portail, et un moteur électrique selon l’une des revendications 10 à 12. Procédé de freinage magnétique statique d’un moteur électrique d’un organe rotatif comportant: la rotation d’un aimant, de forme cylindrique s’étendant le long d’ un axe de rotation (AA’), la paroi du cylindre comportant au moins une partie nord (2) et au moins une partie sud (4) formant au moins une paire de pôles, chaque partie formant un demi-cylindre et étant prolongée vers l’intérieur et/ou l’extérieur du rotor, pour former une partie de détection; la formation, à l’aide d’un stator (6) de rebouclage magnétique, d’un couple de maintien du rotor aimanté dans une position fixe dudit organe rotatif. Procédé selon la revendication 14, ledit organe rotatif comportant un volet roulant ou un store ou une moustiquaire se présentant sous la forme d’un store, ou un brise-soleil, ou une porte de garage, ou un portail, ledit organe rotatif ayant un axe de rotation disposé horizontalement.