CH634180A5 - Equipement de ralentissement, notamment pour vehicule. - Google Patents

Description

L'invention est relative aux équipements de ralentissement, notamment pour véhicules, comprenant un ralentisseur à courants de Foucault comportant lui-même n enroulements inducteurs, n étant un entier égal à 3,4 ou 5, une source de tension continue et des moyens de commande actionnés par un organe de commande à n + 1 positions stables, permettant de faire engendrer par le ralentisseur n + 1 couples distincts de freinage dont les valeurs croissent de 0 à une valeur maximum lorsque l'organe de commande passe de sa position 0 à sa position d'ordre n en reliant à la source un nombre d'enroulements inducteurs croissants de 0 à n-

Par «enroulement inducteur» ou simplement «enroulement», on entend ici et dans la suite de l'exposé aussi bien un enroulement inducteur proprement dit qu'un groupe de tels enroulements connectés entre eux une fois pour toutes en série et/ s ou en parallèle.

Dans ce qui suit on appellera:

— P la puissance électrique maximum susceptible d'être absorbée par l'ensemble des différents enroulements du ralentisseur, lors-que ceux-ci sont tous excités en permanence, sans que

«réchauffement qui en résulte se traduise par une détérioration appréciable de ce ralentisseur.

— N le nombre d'ampères-tours correspondant de l'ensemble des enroulements, nombre déterminé sur la base du même critère d'échauffement maximum tolérable quand ils sont tous

15 excités en permanence,

— P' la puissance électrique maximum susceptible d'être délivrée par la source pendant une longue durée sans qu'il en résulte de dommages appréciables sur cette source, compte tenu de ses capacités de récupération par recharge automatique après

20Usage, ladite source étant choisie de façon telle que les valeurs P et P' soient pratiquement égales.

— et S la section du fil conducteur constitutif de chacun de ces enroulements.

Pour une tension d'alimentation donnée, un circuit magnéti-25 que donné, un dimensionnement général donné de chaque enroulement et un type donné du fil conducteur, le nombre N peut être considéré comme proportionnel d'une part à VP et d'autre part à S.

Dans les équipements du genre en question connus jusqu'à 30 ce jour, on choisit la source et le ralentisseur de façon à respecter le «critère de sécurité» défini comme suit: toutes choses égales par ailleurs, on détermine le nombre N, c'est-à-dire la section S, de façon telle que l'on observe réchauffement maximum admissible du ralentisseur lors de l'application permanente 35 de la puissance P sur les enroulements.

Pour augmenter le couple de ralentissement maximum susceptible d'être engendré à froid par un tel équipement à partir d'une source de tension donnée et pour un circuit magnétique donné de ralentisseur,

40 il a déjà été proposé d'assurer une surexcitation momentanée du ralentisseur.

Mais les solutions proposées à cet effet jusqu'à ce jour exigeaient de recourir:

— soit à au moins une batterie supplémentaire, avec les câ-45 blages et organes de commande correspondants,

— soit à au moins un contacteur supplémentaire monté de façon à modifier les connections mutuelles série ou parallèle de certains enroulements, avec encore les câblages associés.

De plus les enroulements considérés, étant choisis de façon à 50 respecter le critère de sécurité défini ci-dessus, lié à l'hypothèse d'une excitation totale permanente de ces enroulements, ne pouvaient engendrer de couples de ralentissement aussi importants qu'ils l'auraient pu si leur choix avait été déterminé en fonction d'une excitation totale rapidement neutralisée. 55 L'invention a donc pour but de fournir un équipement de ralentissement permettant l'établissement de couples de ralentissement élevés à froid et ce dans des conditions très économiques, tant en ce qui concerne le prix de revient de l'équipement que son coût de fonctionnement, vu les économies d'énergie 60 qu'elle rend possibles.

L'équipement de ralentissement objet de l'invention est défini dans la revendication 1.

Les particularités de l'équipement de ralentissement object de l'invention ressortiont mieux de la déscription qui suit, dans 65 lquelle on va décrire à titre d'exemple un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin annexé.

La figure 1, de ce dessin, est le schéma électrique d'un équipement de ralentissement établi selon l'invention.

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Et la figure 2 est un graphique explicatif du fonctionnement de cet équipement.

D'une façon connue en soi l'équipement de ralentissement considéré comprend:

- un ralentisseur à courants de Foucault comportant quatre enroulements inducteurs identiques 1,

- une batterie 2,

- et des moyens de commande actionnés par une manette 3 à cinq positions.

Chacun des enroulements 1 considérés ci-dessus est en général constitué par une paire de deux enroulements élémentaires diamétralement opposés et connectés électriquement en série l'un à l'autre, ces deux enroulements élémentaires faisant partie d'une couronne de huit tels enroulements élémentaires portés par le stator du ralentisseur coaxialement à l'arbre de celui-ci.

La batterie 2 est généralement choisie de façon à engendrer une tension de 12 ou de 24 Volts.

Les moyens de commande comprennent quatre relais con-tacteurs 4 propres à commander la fermeture et l'ouverture d'autant d'interrupteurs 5 montés respectivement sur les circuits d'alimentation électrique des enroulements 1 à partir de la batterie 2.

La manette de commande 3 est associée à un interrupteur dessiné de façon telle qu'en la position de rang 0 de cette manette (représentée sur la figure 1) aucun contacteur 4 n'est excité, tous les interrupteurs 5 étant donc ouverts, alors que les mises en positions de rangs 1, 2, 3 et 4 de ladite manette se traduisent respectivement par l'excitation d'un, de deux, de trois, et des quatre contacteurs 4 et donc par les fermetures cumulées des interrupteurs 5 correspondants: en d'autres termes, pour la position £ de la manette 3,2 étant un entier égal à 1,2,3 ou 4, un nombre g d'interrupteurs sont fermés simultanément, ce qui correspond à l'alimentation électrique de £ enroulements 1.

Dans les réalisations connues on calcule les différentes caractéristiques des enroulements 1, en fonction des caractéristiques du circuit magnétique du ralentisseur, de façon telle que la mise de la manette 3 en sa position de rang 4, c'est-à-dire d'excitation à puissance maximum P ou «pleine excitation», pendant une longue durée - par exemple de l'ordre de 10 minutes ou davantage, comme il est fréquemment requis pour le ralentissement de poids lourds dans de longues descentes de montagne -se traduise par réchauffement maximum admissible de ces enroulements sans détérioration appréciable.

On choisit en outre la batterie 2 de façon telle que ce soit précisément ladite «pleine excitation» qui soutire de cette batterie la puissance électrique instantanée maximum P' compatible avec ses capacités de recharge.

Or la titulaire a observé qu'à plein excitation le couple engendré par le ralentisseur diminue rapidement dans une forte proportion et devient au bout de très peu de temps sensiblement identique à celui qui serait obtenu pour une excitation du ralentisseur correspondant à une position de la manette de rang inférieur d'une ou même de deux unités.

Ce phénomène est dû en particulier à réchauffement du rotor, qui approche alors du point de Curie, ce qui réduit sa perméabilité magnétique et rend surabondante la capacité de magnétisation du ralentisseur.

En d'autres termes, dans le mode de réalisation ici décrit, la position de rang 4 et même celle de rang 3 de la manette de commande ne sont vraiment utiles que pendant des périodes relativement courtes au cours desquelles le ralentisseur demeure «froid» ou du moins pas trop chaud: le couple réellement développé en permanence par le ralentisseur à chaud pour ces positions est en effet à peine supérieur à celui qui correspond à la position de rang 2 de la manette de commande.

Pour exploiter cette observation, et préserver la batterie de tout soutirage inutile de puissance, on prévoit selon l'invention des moyens pour faire rétrograder automatiquement les moyens de commande de leur état de rang 4 à celui de rang 3, puis de leur état de rang 3 à celui de rang 2, dès que ce soutirage devient inutilement surabondant.

5 Ces moyens peuvent être asservis à la température d'un élément chauffé par le ralentisseur.

Selon un mode de réalisation préféré, ils sont asservis au temps et sont donc constitués par des dispositifs de temporisation 7 et 8 montés respectivement sur les circuits d'excitation 10des deux contacteurs 4 correspondant respectivement aux positions de rang 4 et 3 de la manette 3: pour fixer les idées et à titre purement illustratif, la temporisation relative à la position de rang 4 correspond à un retard tj compris entre 10 et 30 secondes et celle relative à la position de rang 3 correspond à un retard t2 15 compris entre 1 et 4 minutes.

C'est cette hypothèse des temporisations qui a été schématisée sur le graphique de la figure 2.

Sur ce graphique on a porté en ordonnées les couples engendrés par le ralentisseur et en abscisses les temps. 20 Les variations de couples correspondant respectivement aux positions de rangs 1, 2, 3 et 4 de la manette 3 sont représentées respectivement sur ce graphique par les courbes A, B, C et D.

On voit que les couples engendrés par le ralentisseur décroissent d'autant plus vite que le niveau d'excitation de départ 25 est plus élevé et qu'après une courte période les courbes B, C et D sont pratiquement confondues à 10% près.

Du fait de l'intervention des dispositifs de temporisation 7 et 8 ci-dessus, qui mettent respectivement hors circuit les contacteurs 4 des deux étages de rangs 4 et 3 de la commande au bout 30 des temps tt et t2, la loi des variations en fonction du temps du couple de ralentissement engendré par le ralentisseur lorsqu'on place sa manette 3 en sa position de rang 4 est celle qui a été représentée par la courbe en trait renforcé V sur la figure 2:

cette courbe est en définitive très proche de la courbe D bien 35 que, pour une longue durée de fonctionnement, elle corresponde pratiquement à une consommation électrique moitié moindre.

Ayant ainsi procédé à la neutralisation à chaud des étages d'excitation maximum du ralentisseur, la titulaire a observé en 40 outre qu'il n'y avait plus lieu de prendre en considération pour le choix des enroulements le critère de sécurité rappelé ci-dessus, critère tenant compte de l'excitation simultanée et permanente de ces enroulements à la pleine puissance P vu qu'une telle excitation parmanente était maintenant rendue impossible 45 par les moyens de sécurité.

Elle a, selon l'invention, tiré profit de cette observation pour augmenter volontairement en conséquence en le multipliant par un coefficient K, le nombre d'ampéres-tours maximum N défini ci-dessus, susceptible d'être engendré parles enroulements 1. 50 Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, comprenant quatre enroulements ainsi «renforcés» identiques et des moyens de commande à quatre positions dont deux automatiquement neutralisables, le coefficient de renforcement K est avatageuse-ment égal à V2.

55 D'une façon plus générale on donne de préférence à ce coefficient une valeur comprise entre 1,1 et 1,7.

Dans ces conditions le couple engendré en régime permanent par le ralentisseur pour la position 2 de sa manette de 60 commande, ainsi que réchauffement correspondant, ne sont guère supérieurs à ceux observés dans le précédent exemple, la portion de courbe correspondant à ce régime permanent étant alors comprise entre les deux tronçons pratiquement horizontaux des deux courbes B et D de la figure 2: il n'existe donc 65 aucun risque de détérioration du ralentisseur.

Par contre le couple engendré à froid est pour toutes les positions de la manette de commande, augmenté dans le rapport K à la saturation magnétique près bien entendu, et ce sans aucun

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risque d'échauffement dangereux vu les neutralisations prévues en conséquence.

Cet avantage est très important dans la pratique.

Il permet en effet:

- soit d'obtenir un surcouple notable à froid pour un ralentisseur de dimensions et poids donnés,

- soit d'adopter, pour répondre à des exigences données de couple à froid, un ralentisseur plus petit et plus léger que ceux comparables connus.

Il est à noter que l'augmentation dans un rapport K des ampères-tours susceptibles d'être engendrés par les enroulements 1 ainsi «renforcés» peut être obtenue, sans aucune modification des dimensions générales de chaque enroulement, par une augmentation dans le même rapport K de la section S du fil conducteur constitutif de cet enroulement et par une réduction également dans un rapport K du nombre des spires dudit enroulement.

Il est à noter que l'augmentation ci-dessus d'ampères-tours dans le rapport K se traduit par une augmentation dans un rapport K2 de la puissance électrique soutirée à la batterie 2. Pour la position 4 de l'organe de commande, la puissance maximum soutirée à la batterie — mais ici provisoirement seulement — est donc ici égale à K2P, si P a la valeur définie ci-dessus.

Fort opportunément ce soutirage—realtivement intense pour les positions de rang 3 et 4 - est rendu possible par les batteries modernes: celles-ci se prêtent en effet à des soutirages brefs et répétés de puissances relativement importantes sans qu'il en résulte aucun inconvénient pratique, vu les capacités de récupération subséquente rapide de ces batteries par recharge automatique.

C'est ainsi qu'une telle batterie à faible impédance interne, capable de fournir à la décharge une quantité d'électricité de 150 Amprères-heure peut parfaitement débiter un courant de 200 A pendant 30 secondes puisque la quantité d'électricité correspondante n'est que de 1,67 Ah: on rappelle que de telles batteries sont montées usuellement sur les véhicules poids lourds et que leurs recharges, assurées par les génératrices modernes également montées sur de tels véhicules, correspondent à des quantités d'électricité atteignant et même dépassant couramment 50 Ah par heure.

On notera par ailleurs qu'en régime permanent, si K est égal à V2, la puissance instantanée soutirée à la batterie est égale â P seulement (rang 2 de la commande) et n'est donc pas supérieure à celle correspondant au rang 4 de la commande selon la solution classique à enroulement non renforcés.

Pour bien faire comprendre le sens du «renforcement» ci-dessus mentionné des enroulements, on donne ci-après à titre purement illustratif un exemple comparatif.

- dans un ralentisseur classique à huit enroulements répartis en quatre groupes comprenant chacun deux enroulements en série, chacun des enroulements, composé de 320 spires en fil de cuivre de section S égale à 4,37 mm2 produisait, sous une alimentation de 24 V, un nombre N d'ampères-tours égal à 8,300 avec une consommation totale de 2,500 Watts.

— dans un ralentisseur comparable au précédent, de même poids et de même volume, mais équipé d'enroulements renforcés avec un coefficient K égal à V2, chacun de ces derniers est composé d'un nombre de spires égal à 226 (soit 320/K)

5 constituées en un fil de cuivre présentant une section de 6,18 mm2 (soit 4,37 K) chaque enroulement ainsi constitué étant apte à produire 11.738 ampères-tours (soit 8.300 K) pour une puissance absorbée de 5.000 Watts (soit 2.500 K2).

D'une façon plus générale,

io - la consommation des ralentisseurs connus à pleine puissance est généralement comrpise entre 2.000 et 3.500 Watts, cette consommation maximum pouvant être maintenue en permanence pendant de longues durées,

— avec les ralentisseurs «renforcés» la consommation à

15 pleine puissance est nettement supérieure, généralement comprise entre 4.000 et 7.000 Watts, mais ne peut être maintenue que pendant une courte durée.

En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'un équipement de ralentisse-20 ment dont la constitution et le fonctionnement résultent suffisamment de ce qui précède.

Un tel équipement présente de nobreux avantages par rapport à ceux connus jusqu'à ce jour, notamment celui de permettre la création d'un couple important à froid, toutes choses 25 égales par ailleurs, dans des conditions d'économie remarquables, tant de fabrication que de fonctionnement.

On peut remarquer en particulier que, par rapport aux solutions antérieurement connues, l'invention n'exige le recours à aucune batterie supplémentaire ni à aucun contacteur acces-30 soire: les branchements mutuels des fifférents enroulements entre eux ne sont pas modifiés et les contacteurs habituellement utilisés pour commander les alimentations de ces enroulements peuvent être conservés tels quels ainsi que tous les câblages de liaison.

35 Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment:

40 — celles où les différents enroulements compris par le ralentisseur ne seraient pas identiques entre eux mais présenteraient des impédances différentes, certains de ces enroulements pouvant par exemple être constitués par deux enroulements élémentaires montés en permanence en série et l'un au moins des 45 autres enroulements, par deux enroulements élémentaires montés en parmanence en parallèle, les KN ampères-tours en-gendrables par l'ensemble des enroulements excités étant alors répartis en correspondance entre ces enroulements et non pas également entre eux,

50 — celles où le nombre des positions de l'organe de commande serait différent de 5 et par exemple égal à 4 ou 6,

— celles où seul le dernier étage de la commande serait équipé d'un dispositif de sécurité propre à neutraliser l'excitation après un retard prédéterminé.

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1 feuille dessins

Claims (7)

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1. Equipement de ralentissement, notamment pour véhicule, comprenant un ralentisseur à courants de Foucault comportant lui-même n enroulements inducteurs, n étant un entier égal à 3,4 ou 5, une source de tension continue et des moyens de commande actionnés par un organe de commande à n + 1 positions stables, permettant de faire engendrer par le ralentisseur n + 1 couples distincts de freinage dont les valeurs croissent de 0 à une valeur maximum lorsque l'organe de commande passe de sa position 0 à sa position d'ordre n en reliant à la source un nombre d'enroulements inducteurs croissant de 0 à n, caractérisé en ce que, si l'on appelle P la puissance électrique maximum susceptible d'être absorbée par l'ensemble des différents enroulements (1) du ralentisseur, lorsque ceux-ci sont tous excités en permanence, sans que réchauffement qui en résulte se traduise par une détérioration appréciable de ce ralentisseur et N le nombre d'ampères-tours correspondant de l'ensemble des enroulements, déterminé sur la base du même critère d'é-chauffement maximum tolérable quand ils sont tous excités en permanence, lesdits enroulements sont choisis de façon telle qu'ils engendrent ensemble KN ampères-tours lorsqu'ils sont tous excités, consommant alors une puissance k2P, K étant un coefficient supérieur à 1, et en ce que des moyens de sécurité (7, 8) sont prévus pour interdire automatiquement, au-delà du seuil de détérioration, le maintien de l'excitation du ralentisseur correspondant à au moins la position n + 1 de l'organe de commande (3).

2. Equipement de ralentissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance K2P est comprise entre 4.000 et 7.000 Watts.

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REVENDICATIONS

3. Equipement de ralentissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les enroulements sont tous identiques.

4. Equipement de ralentissement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'entier n est égal à 4 et en ce que les moyens de sécurité sont prévus pour annuler automatiquement, au moins en partie, à partie de seuils donnés, les excitations du ralentisseur pour respectivement les troisième et quatrième positions de l'organe de commande.

5. Equipement de ralentissement selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de sécurité sont asservis au temps et sont agencés de façon à annuler au moins en partie l'excitation du ralentisseur après un retard (tj) compris entre 10 et 30 secondes pour la quatrième position de l'organe de commande et après un retard (t2) compris entre 1 à 4 minutes pour la troisième position dudit organe.

6. Equipement de ralentissement selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le coefficient K est égal à V2.

7. Equipement de ralentissement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de tension est une batterie capable de supporter sans dommage des décharges courtes et répétées et de débiter, lors de ces décharges, des courants de fort ampérage, la recharge de cette batterie étant assurée rapidement.