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L'invention concerne des freins à friction, à commande électro- magnétique, tels que ceux utilisés par exemple pour les appareils de leva- ge ou destinés à être montés sur les moteurs électriques. Les freins de ce type doivent travailler par friction quand ils ne sont pas excités, et ils doivent être desserrés par des organes électr-magnétiques.
On connait pour cette application des freins à ressorts et à desserrage électro-magnétique, dans lesquels la force de serrage entre les pièces de friction est produite par un accumulateur d'énergie qui y est incorporé de préférence par la pression de ressorts tendus. Dans ces freins, l'électro-aimant ne sert qu'à desserrer le frein, l'un des éléments de l'ac- couplement étant écarté de l'autre par déplacement axial contre la pression des ressorts. L'entrefer nécessaire, initialement étroit, augmente avec l'usure de la garniture du frein. La force des ressorts et par conséquent le couple de freinage doivent être choisis suffisamment petits pour que la force de traction exercée par l'électro-aimant soit suffisante pour réali- ser le desserrage même avec l'entrefer maximum, qui peut atteindre plusieurs millimètres.
Ceci présente l'inconvénient de ne permettre d'obtenir, pour une dimension déterminée des freins à ressorts, qu'une fraction - en géné- ral inférieure à 25 % - du couple de freinage des freins électro-magnétiques.
Ces freins électro-magnétiques également connus, ne sont cités ici qu'à ti- tre de comparaison. A poids égal, ils permettent d'obtenir les couples de freinage les plus élevés. Ils ne peuvent cependant pas être utilisés pour la présente application, car ils ne travaillent par friction que lorsqu'ils sont excités. Les freins à ressorts connus présentent en outre l'inconvé- nient de nécessiter, après usure de la garniture du frein, un réglage pour rétablir l'entrefer initial.
On connaît également un frein dans lequel la force nécessaire pour établir la liaison par friction entre les éléments de l'accouplement est produite par un aimant permanent, qui est disposé avec une bobine électroma- gnétique dans l'élément fixe d'accouplement, et qui attire un disque de frei- nage ferromagnétique contre sa surface polaire , afin d'établir la liaison par friction. Lorsque l'électro-aimant est excité, il y a réduction du champ magnétique produit par l'aimant permanent. Pour séparer ensuite les éléments d'accouplement, il faut, dans le frein connu, des ressorts qui écartent l'un de l'autre lesdits éléments.
L'emploi de ces ressorts pré- sente toutefois l'inconvénient que le champ produit par l'aimant permanent, qui a été affaibli, au moment du desserrage du frein, par la formation de l'entrefer entre les deux éléments d'accouplement, doit travailler contre la force des ressorts lorsque l'électro-aimant est coupé. Dans cette for- me de réalisation connue, il y a donc une réduction importante de la for- ce d'attraction et par conséquent du couple de freinage, car le champ pro- duit par les aimants permanents connus, ayant la rémanence élevée nécessai- re pour en éviter la désaimantation, ne peut pas être supprimé totalement, ce qui rend nécessaire des ressorts d'écartement relativement puissants pour surmonter l'attraction magnétique résiduelle.
Un autre inconvénient inévitable lié à l'emploi de ressorts d'é- cartement réside dans un allongement du temps de réponse. En outre, ce frein est soumis à une usure importante et il nécessite des réglages réguliers, car il est à craindre que l'aimant permanent ne soit plus en mesure d'atti- rer le disque formant armature contre la force des ressorts, à travers l'en- trefer qui s'élargit. Si l'on utilise des garnitures de frein interchan- geables sur les surfaces polaires, ainsi qu'on l'a prévu pour ce type de construction connu, il en résulte une réduction importante du couple de freinage par suite de l'accroissement de la réluctance magnétique.
C'est pourquoi cette disposition ne peut être employée que pour les petits couples- de freinage, et que, pour le couple qu'elle permet d'obtenir, elle reste
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très inférieure aux freins électromagnatiques de dimensions et de poids comparables. L'objet de l'invention est un frein à commande électromagné- tique, qui travaille par friction lorsqu'il n'est pas excité, et qui ne présente pas les inconvénients des réalisations connues précédemment dé- crites ; en particulier, il travaille sans aucun ressort entre les pièces de friction ; n'est sujet à aucun allongement du temps de réponse ; ne nécessite aucun réglage ; il développe en outre un couple de freinage presque égal à celui du frein électromagnétique ;
il peut être ajusté pour différents couples de freinage, à l'aide de moyens simples, et in nvient pour les couples de freinage importants.
Ce résultat est obtenu, conformément à l'invention, par le con- cours de plusieurs dispositions. L'une de ces dispositions conforme à l'invention consiste à disposer un électro-aimant et un aimant permanent respectivement dans un élément différent de l'accouplement. On parvient ainsi à ce que les deux éléments de l'accouplement sont écartés l'un de l'autre par répulsion magnétique lorsque l'électro-aimant est excité, si bien qu'il n'y a pas besoin de ressorts et que l'on évite toute perte de couple de freinage.
Il n'est donc plus nécessaire que le champ produit par l'aimant permanent et affaibli par l'entrefer, surmonte la force de ressorts, lorsque le frein ou l'accouplement est actionné.'
Une autre disposition conforme à l'invention consiste à faire se toucher les pièces des deux éléments de l'accouplement qui guident les lignes de force magnétiques, au cours de la liaison par friction, et à réduire leur section au niveau des zones de contact. Sans augmenter sen- siblement la réluctance offerte au flux magnétique, on obtient ainsi, dans ces zones de passage, une densité maxima des lignes de force, ainsi donc qu'une induction maxima.
Comme la force d'attraction est proportionnelle au carré de l'induction et qu'elle augmente seulement linéairement avec l'aire de la section, on obtient grâce à cette réduction de la section un accroissement a peu près linéaire de ladite force d'attraction. De cette façon, pour un aimant permanent produisant un flux donné, on peut obtenir une force de traction ou un couple de freinage optimum. Ceci permet d'em- ployer un aimant permanent ayant une rémanence relativement faible. Les aimants permanents ayant une rémanence faible peuvent cependant être réali- sés avec un champ coercitif sensiblement plus élevé que celui des aimants permanents avant une rémanence élevée. Ces dispositions permettent donc d'employer des .aimants permanents ayant un champ coercitif élevé, tout en ayant une rémanence relativement faible.
C'est ce qui permet de disposer 1'électro-aimant et l'aimant permanent respectivement dans des éléments différents de l'accouplement pour produire une répulsion entre lesdits élé- ments, car les aimants permanents à rémanence élevée qui sont employés dans le type de frein connu, perdraient de la rémanence sous l'action d'un champ électromagnétique antagoniste d'égale intensité, par suite de leur champ coercitif faible.
Des aimants permanents présentant les propriétés réclamées par la présente invention sont par exemple des aimants permanents céramiques, qui sont réalisés à base d'oxydes métalliques, par exemple de polyoxydes de barium et de fer. Ces aimants permanents céramiques présentent un champ coercitif très élevé ; ils n'avaient cependant pas pu, jusqu'à présent, être employés d'une façon générale pour les freins et les accouplements, car ils ne présentaient pas la rémanence nécessaire pour les types de freins et d'accouplements précédemment connus.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on prévoit pour modifier la réluctance magnétique, des pièces directrices mobiles les unes par rapport aux autres, dans au moins l'un des éléments de l'accouplement.
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La modification de la réluctance magnétique permet alors de régler simple- ment le couple de freinage ou d'accouplement en déplaçant ces pièces di- rectrices
Pour obtenir des résultats satisfaisants avec un électro-aimant le plus faible possible, on prévoit, suivant une autre caractéristique de l'invention, de composer l'aimant permanent de plusieurs aimants par- tiels, montés en parallèle au moyen de pièces directrices appropriées.
Ceci permet la production d'une répulsion entre les éléments de l'accouple- ment, au moyen d'un nombre relativement faible d'Ampère-tours de la bobine électromagnétique.
Dans une forme de réalisation préférée du frein ou de l'accouple- ment, l'aimant permanent et les pièces directrices qui'guident lé flux ma- gnétiqùe sont annulaires et concentriques à l'axe de rotation; et elles sont encastrées dans des pièces de préférence non aimantables.
A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et représenté schémati- quement au dessin annexé, plusieurs formes de réalisation du dispositif con- forme à l'invention.
Les figures 1 et 2 sont des coupes longitudinales de deux formes de réalisation différente d'un frein conforme à l'invention.
La figure 3 est une coupe longitudinale d'un frein, qui est formé par plusieurs aimants permanents du type de celui représenté sur la fig. 1.
La figure. 4 représente en coupe longitudinale un frein du même type que celui de la fige l,mais pourvu d'un dispositif pour ajuster le cou- ple de freinage et d'un dispositif pour compenser l'usure.
La fig. 5 est -une coupe longitudinale d'un frein du même type que celui représenté sur la fig. 2, mais dans lequel l'aimant permanent est com- posé de plusieurs aimants séparés, montés en parallèle.
Le frein représenté à la fig. 1 comprend un élément fixe 1 et un élément 3 solidaire en rotation de l'arbre 2 qui est à freiner, et suscepti- ble d'être déplacé axialement sur cet arbre. L'élément 3 est composé de plusieurs pièces assemblées rigidement entre elles. Au contact direct de l'arbre 2 se trouve un moyeu 4, que la surface cylindrique externe duquel est fixée une bague 5 en fer doux Sur la surface cylindrique externe de cette bague 5 est fixé un aimant permanent annulaire 6, dont la surface externe est solidaire d'une bague en fer doux 7 analogue à la bague 5. Sur la surface cylindrique externe de la bague 7 est fixée une pièce annulaire 8, dont la face plane également annulaire 8' coopère avec une garniture de friction 9 de l'élément l.
Dans un logement annulaire de l'élément 1 est fixée une bague 10 en fer doux, qui a une section en forme de U, dont les branches 10' sont dans le prolongement direct des bagues 5 et 7 de l'élément 3. Cette bague 10 est disposée de façon à ce que les faces en regard des branches 10' et des bagues 5 et 7 se touchent lorsque la face 8' de l'élément 3 est appli- quée contre la garniture de friction 9 de l'élément 1. Comme on peut le voir sur le dessin, la section des branches 10' et des bagues 5 et 7 est plus faible à proximité des faces en contact de ces pièces que dans leurs autres régions. Les bagues 5, 7 et 10 servent de pièces directrices pour guider les lignes de force magnétiquesde l'aimant permanent 6, qui est ai- manté de façon à ce que ses lignes de force internes soient radiales par rapport à l'arbre 2.
Grâce à la forme particulière de la section des ba- gues, on arrive à ce que la section des pièces directrices soit minima dans les zones où les lignes de force passent des pièces 5 et 7 de l'élément 3 aux pièces 10, 10' de l'élément l. Les pièces 5, 6, 7 et 10 forment un
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circuit magnétique fermé.
Dans la bague 10 est disposée une bobine annulaire 11 qui peut être alimentée en courant continu, et qui produit un champ d'intensité égale à celui produit par l'aimant permanent, mais de direction opposée.
Les pièces l, 4 et 8 sont réalisées de préférence en un matériau non magnétique, afin d'éviter le plus possible les fuites ou les dériva- tions magnétiques.
Le mode de fonctionnement de la forme de réalisation représentée à la fig. 1 est très simple. Lorsque la bobine 11 est alimentée en cou- rant, le oamp qu'elle produit s'oppose dans le circuit magnétique formé par les pièces 5, 6, 7 et 10, à celui produit par l'aimant permanent et l'annule en totalité. Les bagues 5 et 7 sont par suite repoussées par la bague 10, si bien que l'élément 3 d'accouplement se déplace axialement sur l'arbre 2 et s'éloigne un peu de l'élément l. Pour limiter ce mouvement on prévoit sur l'arbre 2 une bague d'arrêt 15. Comme les deux éléments d'accouplement s'écartant l'un de l'autre, il se forme, entre d'une part les pièces directrices 10' et d'autre part les pièces directrices 5 et 7, un entrefer qui réduit l'action démagnétisante de l'électro-aimant 11 sur l'aimant permanent 6.
Dès que le courant dans la bobine 11 est coupé, le champ électro- magnétique antagoniste s'annule, si bien que le circuit magnétique n'est plus aimanté que par l'aimant permanent 6. Par suite, les bagues 5 et 7 sont attirées vers la bague 10, de telle sorte que l'élément 3 se rapproche de l'élément 1 jusqu'à ce que sa face 8' appuie contre la garniture de fric- tion 9, et qu'il y ait freinage.
Comme les faces des bagues 5, 7. 10 qui glissent les unes sur les autres sont relativement petites, on n'obtient pas seulement un accroisse- ment de l'induction dans les zones de passage. Cette réduction des surfaces a aussi pour effet de rendre l'usure des pièces qui glissent les unes sur les autres plus rapide que celle de la garniture de friction 9. De cette usure plus rapide il résulte que la pression de la surface 8' sur la garni- ture de friction n'est réduite que faiblement par suite de ce que les faces des bagues 5, 7 et 10 se touchent.
L'exemple de réalisation représenté à la fig. 3 correspond pour l'essentiel à celui représenté sur la fig. 1. Pour éviter des répétitions, on a repéré les éléments de la force de réalisation de la fig. 3 qui cor- respondent à des éléments déjà décrits de la forme de réalisation de la fig. 1, par des chiffres de référence qui sont supérieurs de 100 par rapport à ceux employés sur la fig. l. Il suffit par suite d'indiquer les diffé- rences existant entre la forme de réalisation de la fige 3 et celle de la fig. 1. Contrairement à l'exemple de réalisation de la fig. 1, la pièce qui forme le moyeu de l'élément 103 s'étend jusqu'à la face 108'. Au lieu d'un seul aimant permanent 6, on prévoit trois aimants permanents 106a, 106b et 106c.
De façon analogue, les pièces directrices sont constituées par les bagues 105a, 105b et 1050, 107a, 107b et 107c, et 110a, 110b et 110c.
On prévoit en outre trois bobinages différents llla, lllb, 111c. Ceux-ci peuvent être reliés de façon connue, en parallèle ou en série, à la sour- ce de courant continu. Pour obtenir des champs de même direction au niveau des surfaces polaires, les aimants permanents 106a, 106b et 106c sont pla- cés les uns au-dessus des autres de façon à ce que leurs pôles de même nom soient tournés les uns vers les autres.
La fig. 2 représente un autre exemple de réalisation de l'objet de l'invention. Les pièces qui correspondent à celles de la fig. 1 sont repérées par des chiffres de référence, égaux à ceux de la première forme
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de réalisation, mais augmentés de 200. L'exemple de réalisation-de la fig. 2 diffère essentiellement de celui de la fige 1 en ce que, au lieu d'un aimant permanent dont les lignes de force internes sont disposées radiale- ment par rapport à l'arbre, on y a prévu un aimant permanent annulaire 206 dont les lignes de force internes sont orientées axialement. En conséquen- ce, les deux bagues 205 et 207 de l'élément 203 ont une constitution diffé- rente.
Comme on peut le voir sur la fig. 2, c'est la bague 207 qui est placée directement sur le moyeu non magnétique 204 et qui forme également la surface 208' destinée à coopérer avec une couronne de friction 209.
La bague 210, qui forme dans ce cas le second élément 201, est fixée di- rectement au bâti de la machine 213, et porte sur l'un de ses prolongements la couronne de friction 209.
Dans de nombreuses utilisations, il est souhaitable ou nécessaire de pouvoir régler le couple de freinage par des moyens simples..La forme de réalisation représentée à titre d'exemple sur la fig. 4 présente alors un intérêt particulier. Dans cette forme de réalisation, la réluctance ma- gnétique formée par les pièces directrices disposées entre l'aimant per- manent et l'électro-aimant peut être augmentée. Ceci présente l'important avantage de permettre d'ajuster la force de traction de l'aimant permanent, et par conséquent le couple de frottement, sans être obligé de modifier la bobine excitatrice. Comme le montre la fige 4, la bague directrice externe est constituée de deux parties 407 et 407', la pièce 407 étant fixée rigidement à l'élément 403.
L'aimant permanent 406 peut être déplacé axiale- ment sur la bague directrice interne'405, au moyen d'une douille filetée 417, et sa surface cylindrique externe supporte la bague directrice 407'.
En déplaçant axialement l'aimant permanent, on peut établir entre les bagues directrices 407 et 407' un entrefer de dimension quelconque, graôe auquel on peut régler le réluctance magnétique du circuit, et par conséquent le flux magnétique et la force de traction.La réluctance magnétique peut être éga- lement réglée sans formation d'un entrefer. A cet effet, les deux bagues sont en contact par des surfaces cylindriques concentriques à l'axe de rotation (non représentées sur le dessin). En déplaçant axialement la bague 407', on modifie les surfaces de contact et par conséquent la réluctance magné- tique. Comme on peut le voir sur la figo 4, la réluctance magnétique formée par les bagues 407 et 407' est disposée dans le flux magnétique entre l'ai- mant permanent 406 et 1'électro-aimant 411.
Il en résulte une réduction de l'action démagnétisante de l'électro-aimant sur l'aimant permanent.
On peut prévoir sur le moyeu 404 de l'élément mobile d'accouple- ment des organes élastiques 418 qui prennent appui sur la surface cylin- drique externe de la bague d'arrêt 415 et qui, quand la garniture de freina- ge est usée, viennent coopérer avec la face 415' de la bague d'arrêt 415, par suite du déplacement de l'élément 403 vers la gauche de la fig. 4, qui se produit alors. Dans l'exemple de réalisation représentée sur la fig.4, ces organes élastiques sont coudés et disposés les uns au-dessus des autres, de façon à ce que , suivant le degré d'usure de la garniture de friction 409, c'est le premier de ces organes qui vient en prise avec la face 415', ou l'un de ceux qui sont situés plus à droite.
Ces organes élastiques 418 sont fixés, dans l'exemple de réalisation de la figo 4, à une bague 419 qui peut être légèrement déplacée dans la direction axiale sur le moyeu 404. L'élément mobile 403 d'accouplement n'est donc pas gêné par les orga- nes 418 au moment du débrayage. Ce dispositif est particulièrement avanta- geux lorsque le frein est monté de façon telle que l'élément 403 pend vers le bas, et est écarté de l'élément fixe 401 par son propre poids au moment du desserrage du frein, jusqu'à une butée constituée par la bague d'arrêt 415.
Comme la section des bagues 5, 7 et 10 est minima dans les zones
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de passage des lignes de force, et que l'aimant permanent exerce son at- traction pratiquement sans entrefer, on peut utiliser pour les freins con- formes à l'invention, un aimant permanent ayant une rémanence relativement faible. La gamme des aimants permanents que l'on peut envisager en est considérablement élargie, si bien que leur choix peut être fondé exclusive- ment sur l'obtention d'un champ coercitif le plus élevé possible et d'une stabilité la plus parfaite possible. On a trouvé comme particulièrement appropriés des aimants permanents céramiques, fabriqués de préférence à base de polyoxydes de fer et de barium et/ou d'autres métaux.
Ceux-ci présentent en effet une rémanence relativement faible, tout en ayant un champ coercitif et une stabilité très grand .
La réluctance interne très élevée des aimants permanents cérami- ques rend malheureusement nécessaire la fourniture par l'électro-aimant d'un nombre relativement élevé d'Ampère-tours antagonistes pour produire la désaimantation. Il est donc avantageux de constituer l'aimant permanent par plusieurs aimants partiels présentant une faible épaisseur dans la direction des lignes de force, et connectés entre eux en parallèle. La fig. 5 représente un exemple d'une telle disposition, pour un frein dont la réalisation correspond à celle de la fig. 2. L'aimant permanent est constitué dans ce cas par 3 aimants partiels 306, 306', 306". Les pièces directrices sont également réalisées de façon analogue en plusieurs élé- ments, et elles présentent des sortes de lamelles 307' et 307", ou 305' et 305".
Pour un même volume de matière aimantée que dans le cas de la fig. 2, la désaimantation de l'aimant n'exige, conformément à la fig. 4, qu'une fraction des Ampère-tours de la bobine électromagnétique. La réali- sation de l'aimant permanent en plusieurs aimants partiels de faible épais- seur dans la direction des lignes de force peut bien entendu être également employée dans le cas d'aimants permanents aimantés radialement.
La présente invention permet donc de réaliser un nouveau frein à commande électromagnétique, fonctionnant lorsqu'il n'est pas excité, dont le rendement dépasse de beaucoup celui des freins à ressorts connus pour le même usage, et qui satisfait à toutes les exigences de sécurité grâce à l'emploi d'aimants permanents. Dans une forme de réalisation particulière- ment simple et de fonctionnement particulièrement sûr, aucun réglage n'est nécessaire pendant toute la durée de la garniture. Des essais ont montré que l'on peut obtenir sensiblement le même couple de freinage qu'avec des freins dans lesquels la force nécessaire pour établir la liaison par friction est produit3par un électro-aimant.
Il n'y a pas de limite supérieure à son emploi , puisque l'aimant permanent, quand il ne peut plus être exécuté d'une seule pièce, peut être constitué par un nombre quelconque de segments ou d'aimants partiels convenablement aimantés.
Au lieu de deux surfaces de friction 8' et 9 coopérant l'une avec l'autre, on peut aussi prévoir plusieurs surfaces de lamelles, ainsi que cela est connu d'une façon générale.
La présente invention peut être employée sans difficulté chaque fois que sont nécessaires des accouplements qui travaillent par friction lorsqu'ils ne sbnt pas excités, l'élément qui porte l'électro-aimant étant alors réalisé de façon à pouvoir tourner, et le courant lui étant amené par des bagues collectrices.
Le rétrécissement des pièces directrices 5, 7 et 10', au niveau des faces qui viennent s'appliquer les unes sur les autres au moment du freinage, présente les mêmes avantages que ci-dessus dans le cas de la forme de réalisation connue, dans laquelle l'électro-aimant et l'aimant permanent sont disposés dans un même élément de l'accouplement.
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The invention relates to friction brakes, electromagnetically controlled, such as those used, for example, for lifting devices or intended to be mounted on electric motors. Brakes of this type must work by friction when they are not excited, and they must be released by electromagnetic organs.
Spring brakes and electromagnetic release brakes are known for this application, in which the clamping force between the friction parts is produced by an energy accumulator which is incorporated therein preferably by the pressure of tensioned springs. In these brakes, the electromagnet only serves to release the brake, one of the coupling elements being moved away from the other by axial displacement against the pressure of the springs. The necessary air gap, initially narrow, increases with the wear of the brake lining. The force of the springs and therefore the braking torque must be chosen small enough so that the tensile force exerted by the electromagnet is sufficient to effect loosening even with the maximum air gap, which can reach several millimeters.
This has the drawback of making it possible to obtain, for a given dimension of the spring brakes, only a fraction - generally less than 25% - of the braking torque of the electromagnetic brakes.
These electromagnetic brakes, also known, are cited here only for the purpose of comparison. At equal weight, they make it possible to obtain the highest braking torques. However, they cannot be used for the present application, since they only work by friction when they are excited. The known spring brakes also have the drawback of requiring, after wear of the brake lining, an adjustment to restore the initial air gap.
A brake is also known in which the force necessary to establish the frictional connection between the elements of the coupling is produced by a permanent magnet, which is arranged with an electromagnetic coil in the fixed coupling element, and which attracts a ferromagnetic brake disc against its pole surface to establish the friction connection. When the electromagnet is excited, there is a reduction in the magnetic field produced by the permanent magnet. To then separate the coupling elements, it is necessary, in the known brake, springs which separate said elements from one another.
However, the use of these springs has the drawback that the field produced by the permanent magnet, which was weakened when the brake was released by the formation of the air gap between the two coupling elements, must work against the force of the springs when the electromagnet is cut. In this known embodiment, there is therefore a significant reduction in the force of attraction and consequently in the braking torque, since the field produced by known permanent magnets, having the high remanence required. re to avoid demagnetization, cannot be removed entirely, making relatively strong spacer springs necessary to overcome the residual magnetic attraction.
Another unavoidable drawback associated with the use of spreading springs lies in an extension of the response time. In addition, this brake is subject to significant wear and requires regular adjustments, since it is feared that the permanent magnet will no longer be able to attract the armature disc against the force of the springs, through hell which widens. If interchangeable brake linings are used on the pole surfaces, as has been provided for in this known type of construction, a significant reduction in the braking torque results from the increase in brake force. magnetic reluctance.
This is why this arrangement can only be used for small braking torques, and that, for the torque which it allows to obtain, it remains
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much inferior to electromagnetic brakes of comparable size and weight. The object of the invention is an electromagnetically controlled brake, which works by friction when it is not energized, and which does not have the drawbacks of the known embodiments described above; in particular, it works without any spring between the friction parts; is not subject to any extension of the response time; does not require any adjustment; it also develops a braking torque almost equal to that of the electromagnetic brake;
it can be adjusted for different braking torques, using simple means, and is suitable for large braking torques.
This result is obtained, in accordance with the invention, by the combination of several arrangements. One of these arrangements according to the invention consists in placing an electromagnet and a permanent magnet respectively in a different element of the coupling. It is thus achieved that the two elements of the coupling are separated from each other by magnetic repulsion when the electromagnet is excited, so that there is no need for springs and that the 'any loss of braking torque is avoided.
It is therefore no longer necessary that the field produced by the permanent magnet and weakened by the air gap, overcome the spring force, when the brake or the coupling is actuated.
Another arrangement in accordance with the invention consists in making the parts of the two elements of the coupling which guide the magnetic lines of force touch each other, during the friction connection, and in reducing their section at the level of the contact zones. Without significantly increasing the reluctance offered to the magnetic flux, we thus obtain, in these passage zones, a maximum density of the lines of force, as well as a maximum induction.
As the force of attraction is proportional to the square of the induction and that it increases only linearly with the area of the section, one obtains thanks to this reduction of the section an approximately linear increase of the said force of attraction . In this way, for a permanent magnet producing a given flux, an optimum tensile force or braking torque can be obtained. This makes it possible to employ a permanent magnet having a relatively low remanence. Permanent magnets with low remanence, however, can be made with a significantly higher coercive field than permanent magnets before high remanence. These arrangements therefore make it possible to use permanent magnets having a high coercive field, while having a relatively low remanence.
This is what makes it possible to dispose the electromagnet and the permanent magnet respectively in different elements of the coupling to produce a repulsion between said elements, since the permanent magnets with high remanence which are employed in the type known brake, would lose remanence under the action of an antagonistic electromagnetic field of equal intensity, as a result of their weak coercive field.
Permanent magnets exhibiting the properties claimed by the present invention are, for example, ceramic permanent magnets, which are made on the basis of metal oxides, for example polyoxides of barium and iron. These ceramic permanent magnets have a very high coercive field; hitherto, however, they had not been able to be used in general for brakes and couplings, since they did not exhibit the remanence necessary for the types of brakes and couplings previously known.
According to another characteristic of the invention, in order to modify the magnetic reluctance, guide parts are provided which are movable relative to each other, in at least one of the elements of the coupling.
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The modification of the magnetic reluctance then makes it possible to simply adjust the braking or coupling torque by moving these steering parts.
To obtain satisfactory results with the weakest possible electromagnet, provision is made, according to another characteristic of the invention, to compose the permanent magnet of several partial magnets, mounted in parallel by means of suitable guide pieces.
This allows the production of a repulsion between the elements of the coupling, by means of a relatively small number of Amp-turns of the electromagnetic coil.
In a preferred embodiment of the brake or coupling, the permanent magnet and the guide pieces which guide the magnetic flow are annular and concentric with the axis of rotation; and they are embedded in preferably non-magnetizable parts.
By way of example, several embodiments of the device according to the invention have been described below and shown schematically in the accompanying drawing.
Figures 1 and 2 are longitudinal sections of two different embodiments of a brake according to the invention.
FIG. 3 is a longitudinal section through a brake, which is formed by several permanent magnets of the type shown in FIG. 1.
The figure. 4 shows in longitudinal section a brake of the same type as that of the pin 1, but provided with a device for adjusting the braking torque and a device for compensating for wear.
Fig. 5 is a longitudinal section of a brake of the same type as that shown in FIG. 2, but in which the permanent magnet is made up of several separate magnets, mounted in parallel.
The brake shown in fig. 1 comprises a fixed element 1 and an element 3 integral in rotation with the shaft 2 which is to be braked, and capable of being displaced axially on this shaft. Element 3 is made up of several parts rigidly assembled together. In direct contact with the shaft 2 is a hub 4, which the outer cylindrical surface of which is fixed a ring 5 of soft iron On the outer cylindrical surface of this ring 5 is fixed an annular permanent magnet 6, the outer surface of which is fixed. integral with a soft iron ring 7 similar to the ring 5. On the external cylindrical surface of the ring 7 is fixed an annular part 8, the flat face of which also annular 8 'cooperates with a friction lining 9 of the element l.
In an annular housing of the element 1 is fixed a ring 10 of soft iron, which has a U-shaped section, the branches 10 'of which are in the direct extension of the rings 5 and 7 of the element 3. This ring 10 is arranged so that the opposite faces of the branches 10 'and of the rings 5 and 7 touch each other when the face 8' of the element 3 is pressed against the friction lining 9 of the element 1. As can be seen in the drawing, the section of the branches 10 'and of the rings 5 and 7 is smaller near the contacting faces of these parts than in their other regions. The rings 5, 7 and 10 serve as guide pieces to guide the magnetic lines of force of the permanent magnet 6, which is magnetized so that its internal lines of force are radial with respect to the shaft 2.
Thanks to the particular shape of the cross-section of the rings, it is possible to achieve a minimum cross-section of the guide pieces in the areas where the lines of force pass from pieces 5 and 7 of element 3 to pieces 10, 10 '. of element l. Pieces 5, 6, 7 and 10 form a
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closed magnetic circuit.
In the ring 10 is disposed an annular coil 11 which can be supplied with direct current, and which produces a field of intensity equal to that produced by the permanent magnet, but of opposite direction.
The parts 1, 4 and 8 are preferably made of a non-magnetic material, in order to avoid magnetic leaks or by-pass as much as possible.
The mode of operation of the embodiment shown in FIG. 1 is very simple. When the coil 11 is supplied with current, the oamp that it produces opposes in the magnetic circuit formed by the parts 5, 6, 7 and 10, to that produced by the permanent magnet and completely cancels it out. . The rings 5 and 7 are consequently pushed back by the ring 10, so that the coupling element 3 moves axially on the shaft 2 and moves away from the element 1 a little. In order to limit this movement, a stop ring 15 is provided on the shaft 2. As the two coupling elements move away from each other, it forms, between on the one hand the guide parts 10 ' and on the other hand the guide parts 5 and 7, an air gap which reduces the demagnetizing action of the electromagnet 11 on the permanent magnet 6.
As soon as the current in the coil 11 is cut, the antagonistic electromagnetic field is canceled, so that the magnetic circuit is no longer magnetized by the permanent magnet 6. As a result, the rings 5 and 7 are attracted. towards the ring 10, so that the element 3 approaches the element 1 until its face 8 'bears against the friction lining 9, and there is braking.
As the faces of the rings 5, 7. 10 which slide over each other are relatively small, not only an increase in induction is obtained in the passage areas. This reduction of the surfaces also has the effect of making the wear of the parts which slide over each other faster than that of the friction lining 9. This more rapid wear results in the pressure of the surface 8 'on the The friction lining is only slightly reduced as a result of the faces of the rings 5, 7 and 10 touching each other.
The exemplary embodiment shown in FIG. 3 essentially corresponds to that shown in FIG. 1. To avoid repetitions, the elements of the production force of FIG. 3 which correspond to elements already described of the embodiment of FIG. 1, by reference figures which are 100 greater than those employed in FIG. l. It suffices therefore to indicate the differences existing between the embodiment of the pin 3 and that of FIG. 1. Unlike the embodiment of FIG. 1, the part which forms the hub of the element 103 extends as far as the face 108 '. Instead of a single permanent magnet 6, three permanent magnets 106a, 106b and 106c are provided.
Similarly, the guiding parts are formed by the rings 105a, 105b and 1050, 107a, 107b and 107c, and 110a, 110b and 110c.
There are also three different windings IIIa, IIIb, 111c. These can be connected in a known manner, in parallel or in series, to the direct current source. In order to obtain fields of the same direction at the level of the polar surfaces, the permanent magnets 106a, 106b and 106c are placed one above the other so that their poles of the same name face each other.
Fig. 2 represents another embodiment of the object of the invention. The parts which correspond to those of fig. 1 are identified by reference numbers, equal to those of the first form
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embodiment, but increased by 200. The exemplary embodiment of FIG. 2 differs essentially from that of fig 1 in that, instead of a permanent magnet whose internal lines of force are disposed radially with respect to the shaft, there is provided an annular permanent magnet 206 whose lines of internal forces are oriented axially. Consequently, the two rings 205 and 207 of the element 203 have a different constitution.
As can be seen in fig. 2, it is the ring 207 which is placed directly on the non-magnetic hub 204 and which also forms the surface 208 'intended to cooperate with a friction ring 209.
The ring 210, which in this case forms the second element 201, is fixed directly to the frame of the machine 213, and bears the friction ring 209 on one of its extensions.
In many uses, it is desirable or necessary to be able to adjust the braking torque by simple means. The embodiment shown by way of example in FIG. 4 is then of particular interest. In this embodiment, the magnetic reluctance formed by the guide pieces disposed between the permanent magnet and the electromagnet can be increased. This has the important advantage of making it possible to adjust the tensile force of the permanent magnet, and therefore the friction torque, without having to modify the exciter coil. As shown in fig 4, the external directing ring consists of two parts 407 and 407 ', the part 407 being rigidly fixed to the element 403.
Permanent magnet 406 can be moved axially on inner guide ring 405 by means of a threaded sleeve 417 and its outer cylindrical surface supports guide ring 407 '.
By axially moving the permanent magnet, it is possible to establish between the guide rings 407 and 407 'an air gap of any size, graôe which can be adjusted the magnetic reluctance of the circuit, and therefore the magnetic flux and the tensile force. Magnetic can also be adjusted without forming an air gap. For this purpose, the two rings are in contact by cylindrical surfaces concentric with the axis of rotation (not shown in the drawing). By axially moving the ring 407 ', the contact surfaces and therefore the magnetic reluctance are modified. As can be seen in Fig. 4, the magnetic reluctance formed by the rings 407 and 407 'is disposed in the magnetic flux between the permanent magnet 406 and the electromagnet 411.
This results in a reduction in the demagnetizing action of the electromagnet on the permanent magnet.
Elastic members 418 can be provided on the hub 404 of the movable coupling element which bear on the external cylindrical surface of the stop ring 415 and which, when the brake lining is worn , come to cooperate with the face 415 'of the stop ring 415, following the movement of the element 403 to the left of FIG. 4, which then occurs. In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, these elastic members are bent and arranged one above the other, so that, depending on the degree of wear of the friction lining 409, it is the first of these members which engages with the face 415 ', or one of those which are located further to the right.
These elastic members 418 are fixed, in the embodiment of FIG. 4, to a ring 419 which can be slightly displaced in the axial direction on the hub 404. The movable coupling element 403 is therefore not hampered. by components 418 when the clutch is released. This device is particularly advantageous when the brake is mounted such that the element 403 hangs downwards, and is moved away from the fixed element 401 by its own weight when the brake is released, up to a stop. constituted by the stop ring 415.
As the section of rings 5, 7 and 10 is minimum in the zones
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of the lines of force, and that the permanent magnet exerts its traction practically without a gap, it is possible to use for the brakes according to the invention a permanent magnet having a relatively low remanence. The range of permanent magnets that can be envisaged is considerably extended, so that their choice can be based exclusively on obtaining the highest possible coercive field and the most perfect possible stability. Ceramic permanent magnets, preferably made from polyoxides of iron and barium and / or other metals, have been found to be particularly suitable.
These indeed have a relatively low remanence, while having a coercive field and a very high stability.
The very high internal reluctance of ceramic permanent magnets unfortunately makes it necessary for the electromagnet to supply a relatively high number of opposing ampere-turns to produce demagnetization. It is therefore advantageous to constitute the permanent magnet by several partial magnets having a small thickness in the direction of the lines of force, and connected together in parallel. Fig. 5 shows an example of such an arrangement, for a brake whose construction corresponds to that of FIG. 2. The permanent magnet consists in this case of 3 partial magnets 306, 306 ', 306 ". The guiding parts are also made in a similar way in several elements, and they present kinds of lamellae 307' and 307". , or 305 'and 305 ".
For the same volume of magnetized material as in the case of FIG. 2, demagnetization of the magnet does not require, in accordance with fig. 4, that a fraction of the ampere-turns of the electromagnetic coil. The realization of the permanent magnet in several partial magnets of small thickness in the direction of the lines of force can of course also be employed in the case of radially magnetized permanent magnets.
The present invention therefore makes it possible to produce a novel electromagnetically controlled brake, operating when it is not energized, the efficiency of which greatly exceeds that of spring brakes known for the same use, and which satisfies all the safety requirements. thanks to the use of permanent magnets. In a particularly simple and particularly safe embodiment, no adjustment is necessary throughout the life of the seal. Tests have shown that substantially the same braking torque can be obtained as with brakes in which the force required to establish the friction connection is produced by an electromagnet.
There is no upper limit to its use, since the permanent magnet, when it can no longer be made in one piece, can be made up of any number of suitably magnetized segments or partial magnets.
Instead of two friction surfaces 8 'and 9 cooperating with each other, it is also possible to provide several lamella surfaces, as is generally known.
The present invention can be employed without difficulty whenever there is a need for couplings which work by friction when they are not energized, the element which carries the electromagnet then being made in such a way as to be able to rotate, and the current to it. being brought by slip rings.
The narrowing of the guide pieces 5, 7 and 10 ', at the level of the faces which come to rest on each other when braking, has the same advantages as above in the case of the known embodiment, in in which the electromagnet and the permanent magnet are arranged in the same element of the coupling.