EP4721256A1 - Dispositif de freinage magnetique pour roue freinee d'un atterrisseur d'aeronef - Google Patents
Dispositif de freinage magnetique pour roue freinee d'un atterrisseur d'aeronefInfo
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- EP4721256A1 EP4721256A1 EP24730018.9A EP24730018A EP4721256A1 EP 4721256 A1 EP4721256 A1 EP 4721256A1 EP 24730018 A EP24730018 A EP 24730018A EP 4721256 A1 EP4721256 A1 EP 4721256A1
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Abstract
Dispositif de freinage magnétique (1) pour une roue freinée d'un atterrisseur d'aéronef comprenant un stator (2) et un rotor (3). Le stator et le rotor comprenant une première série d'aimants (10.1) définissant une surface principale radiale étant tournée vers l'entrefer entre rotor et stator et une deuxième série d'aimants (10.2) définissant une deuxième surface principale axiale étant tournée vers l'entrefer. Les aimants sont magnétisés perpendiculaire à l'entrefer. La première série d'aimants et la deuxième série d'aimants étant magnétisé décalées angulairement l'une de l'autre de sorte que un pôle nord dans la première série est adjacent à un pôle sur dans le deuxième série.
Description
DISPOSITIF DE FREINAGE MAGNETIQUE POUR ROUE FREINEE D’UN ATTERRISSEUR D’AERONEF
La présente invention concerne le domaine du freinage des roues de véhicule telles que les roues d'aéronef. L'invention s'applique plus particulièrement aux dispositifs à freinage magnétique, c'est-à-dire les dispositifs dans lesquels on utilise sélectivement un champ magnétique pour produire un effort de freinage.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Une roue d'aéronef comprend généralement une jante reliée par un voile à un moyeu qui est monté pour tourner sur un essieu porté par une extrémité inférieure d'un atterrisseur . La roue d'aéronef est traditionnellement pourvue d'un dispositif de freinage permettant de ralentir et d'immobiliser l'aéronef lorsqu'il est au sol.
Il est connu des dispositifs de freinage magnétique à courant de Foucault (dénommé « Eddy current » en anglais) utilisés pour le freinage de roues de véhicules et plus particulièrement de roues d'aéronef. Le dispositif de freinage magnétique comprend généralement un rotor qui est rapporté sur la roue en regard d'un stator monté coulissant par rapport à l'essieu. L'un du rotor et du stator est pourvu d'aimants permanents ou d'électroaimants (voire une combinaison des deux) formant une première surface principale, tandis que l'autre dudit rotor et dudit stator est composé d'un matériau électriquement conducteur formant une deuxième surface principale. Le coulissement du stator est généralement assujetti à des actionneurs hydrauliques ou électromécaniques agencés pour rapprocher sélectivement ledit stator du rotor de manière à générer un couple de freinage sur ledit rotor et ainsi freiner la rotation de la roue.
Le dispositif de freinage magnétique peut être à flux axial, à flux radial ou les deux afin d'augmenter les performances du dispositif de freinage magnétique.
OBJET DE L'INVENTION
L' invention a pour but de proposer un agencement particulier des aimants d'un dispositif de freinage magnétique à flux radial et axial permettant d'optimiser les performances dudit dispositif de freinage magnétique.
RESUME DE L’INVENTION
A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un dispositif de freinage magnétique comprenant un stator et un rotor, l'un du stator et du rotor comprenant une première série d'aimants définissant une surface principale qui s'étend radialement et qui est tournée vers l'autre du stator et du rotor pour émettre entre ledit stator et ledit rotor un flux magnétique axial, et l'un du stator et du rotor comprenant une deuxième série d' aimants définissant une deuxième surface principale qui s'étend axialement pour pouvoir recevoir ou être engagée dans l'autre du stator et du rotor pour émettre entre ledit stator et ledit rotor un flux magnétique radial.
Selon l'invention, la première série d'aimants comprend en alternance au moins des premiers aimants et des deuxièmes aimants ayant un vecteur de magnétisation perpendiculaire à la première surface principale, le vecteur de magnétisation de ces premiers aimants et de ces deuxièmes aimants respectivement sortant et rentrant dans la première surface principale. La deuxième série d'aimants comprend en alternance au moins des premiers aimants et des deuxièmes aimants ayant un vecteur de magnétisation perpendiculaire à la deuxième surface principale, le vecteur de magnétisation de ces premiers aimants et de ces deuxièmes aimants respectivement sortant et rentrant dans la deuxième surface principale. La première série d'aimants et la deuxième série d' aimants sont décalées angulairement
l'une de l'autre de sorte que chaque premier aimant et deuxième aimant de la première série d'aimant s'étend respectivement, selon un plan radial, en vis-à-vis d'un deuxième aimant et d'un premier aimant de la deuxième série d' aimants .
Ce décalage particulier de la première série d'aimants par rapport à la deuxième série d' aimants permet à ladite première série d' aimants et à ladite deuxième série d'aimants d'émettre ensemble un flux magnétique transversal entre le stator et le rotor et d' engendrer un couple de freinage supplémentaire sur la roue, ce flux magnétique transversal s'ajoutant aux flux magnétiques axial et radial.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, l'un du stator et du rotor comprend la première série d'aimants et la deuxième série d'aimants.
De manière particulière, le stator comprend la première série d'aimants et la deuxième série d'aimants.
Avantageusement, les aimants de la première série d'aimants et les aimants de la deuxième série d'aimants sont disposés selon un motif de Halbach.
De manière particulière, le dispositif de freinage magnétique comprend au moins un actionneur agencé pour déplacer le rotor et le stator relativement l'un par rapport à l'autre suivant l'axe de rotation du rotor entre une position de libre rotation du rotor et une position de freinage du rotor.
L' invention concerne aussi une roue freinée de véhicule montée à rotation sur un essieu et équipée d'un tel dispositif de freinage magnétique, le rotor et le stator étant respectivement solidaires en rotation de la roue et de l'essieu.
L' invention concerne également un atterrisseur d'aéronef comprenant au moins une telle roue.
L' invention concerne en outre un aéronef comprenant au moins un tel atterrisseur .
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L' invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels :
[Fig.l] la figure 1 est une représentation simplifiée d'un aéronef comprenant des roues freinées selon un mode de réalisation particulier de l'invention ;
[Fig.2] la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective et en coupe axiale en secteur angulaire d'une des roues freinées de l'aéronef illustré à la figure 1, avec le dispositif de freinage par friction dans un état de freinage et le dispositif de freinage magnétique dans un état de freinage ;
[Fig.3] la figure 3 est une vue en demi-coupe axiale de la roue freinée illustrée à la figure 2, selon le plan III de la figure 2, avec le dispositif de freinage par friction dans l'état de freinage ;
[Fig.4A] la figure 4A est une vue en demi-coupe axiale de la roue freinée illustrée à la figure 2, selon le plan de IV de la figure 2, avec le dispositif de freinage magnétique dans l'état de freinage ;
[Fig.4B] la figure 4B est une vue analogue à la figure 4A, avec le dispositif de freinage magnétique dans un état de libération ;
[Fig.5] la figure 5 est une vue schématique en perspective du stator du dispositif de freinage magnétique illustré aux figures 4A-4B ;
[Fig.6A] la figure 6A illustre l'évolution du couple de freinage engendré par la première série d' aimants équipant le stator illustré à la figure 5 ;
[Fig.6B] la figure 6B illustre l'évolution du couple de freinage engendré par la deuxième série d' aimants équipant le stator illustré à la figure 5 ;
[Fig.6C] la figure 6C illustre l'évolution du couple de freinage engendré par la première série d' aimants et la deuxième série d'aimants équipant le stator illustré à la figure 5 ;
[Fig.7] la figure 7 est une vue schématique partielle d'une variante du stator illustré à la figure 5.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence à la figure 1, l'invention est décrite en application à un aéronef 100 comprenant deux atterrisseurs 101 principaux. Chaque atterrisseur 101 comporte une jambe ayant une première extrémité articulée à une structure de l'aéronef et, à l'opposé, une deuxième extrémité portant des roues 103 tournant autour d'un axe X sur un essieu 102 tubulaire. Les atterrisseurs 101 sont ici du type rétractable mais l'invention est applicable à des atterrisseurs fixes, voire à un autre type de véhicule comme un véhicule terrestre.
Les roues 103 sont dites « freinées », c'est-à-dire équipées d'un frein F destiné à sélectivement ralentir et arrêter l'aéronef 100 lorsque celui-ci est au sol. La description qui suit porte sur l'une des roues 103 de l'aéronef 100, les roues 103 étant ici identiques mais pouvant aussi être différentes.
En référence à la figure 2, la roue 103 comporte ici, de façon connue en soi, deux demi-roues qui sont réalisées chacune en une seule pièce et qui sont boulonnées l'une à l'autre. Chaque demi-roue comporte une partie de moyeu
104.1, 104.2 et une partie de jante 105.1, 105.2 reliée à la partie de moyeu 104.1, 104.2 par une partie de voile
106.1, 106.2. Chaque partie de jante 105.1, 105.2 a une forme annulaire ayant un premier bord annulaire solidaire de la partie de voile 106.1, 106.2 et un deuxième bord
annulaire opposé pourvu d'un rebord ou lèvre 107.1, 107.2. On parle de demi-roue mais également couramment de demi- jante, demi-voile, demi-moyeu quand bien même ces parties ne représentent pas la moitié d'une roue, jante, voile, moyeu. Chaque demi-roue est ici en aluminium.
Lorsque les demi-roues sont boulonnées l'une à l'autre :
- les parties de moyeu 104.1, 104.2 forment un moyeu qui peut être monté pour pivoter sur l'essieu 102 ;
- les parties de jante 105.1, 105.2 forment une jante apte à recevoir un pneu entre les lèvres 107.1, 107.2 ; et
- les parties de voile 106.1, 106.2 sont pressées l'une contre l'autre par les boulons et forment un voile transmettant les efforts entre le moyeu et la jante.
La partie de jante 105.1 s'étend en regard de la partie de moyeu 104.1 : elles définissent ensemble un espace annulaire 108 ayant une extrémité au moins partiellement obturée par la partie de voile 106.1 et, à l'opposé, une extrémité ouverte du côté de la lèvre 107.1.
Le frein F de la roue 103 comporte un dispositif de freinage par friction généralement désigné en 50 et un dispositif de freinage magnétique généralement désigné en 1.
En référence à la figure 3, le dispositif de freinage par friction 50 comprend un tube de torsion 51 s'étendant autour de la partie de moyeu 104.1, dans l'espace annulaire 108. Le tube de torsion 51 a une première extrémité qui est pourvue d'une collerette interne fixée à une collerette 102' de l'essieu 102, et une deuxième extrémité, opposée à la première extrémité, qui est pourvue d'une collerette externe s'étendant au voisinage et en regard de la partie de voile 106.1.
Sur le tube de torsion 51 est enfilée une pile de disques de friction comprenant en alternance un disque rotorique 52 lié en rotation avec la partie de jante 105.1,
et deux disques statoriques 53 fixes en rotation par rapport au tube de torsion 51 et donc à l'essieu 102. Le disque rotorique 52 est par exemple engagé pour coulisser axialement sur des nervures axiales massives 109 s'étendant depuis la partie de jante 105.1 radialement en saillie dans l'espace annulaire 108. Les disques statoriques 53 sont par exemple engagés pour coulisser axialement sur des nervures axiales (non visibles sur les figures) s'étendant depuis une surface externe du tube de torsion 51 radialement en saillie dans l'espace annulaire 108.
Le dispositif de freinage par friction 50 comprend également une couronne porte-actionneurs 54, transversale à l'essieu 102, qui obture en partie l'espace annulaire 108 à l'opposé de la partie de voile 106.1 et qui comprend des premiers logements 55 (ici au nombre de quatre) cylindriques, ouverts du côté de l'espace annulaire 108 et borgnes à l'opposé. Les premiers logements 55 sont formés chacun par un tube d'axe central parallèle à l'axe X de rotation de la roue 103 et sont symétriquement répartis autour dudit axe X. Chaque premier logement 55 reçoit un actionneur 56, ici hydraulique, ayant un piston mobile selon l'axe central du premier logement 55 pour prendre appui sur la pile de disques afin d'appliquer un effort de freinage commandé sur ladite pile de disques en butée contre la collerette de la deuxième extrémité du tube de torsion 51 de manière à freiner la rotation de la roue 103. Les actionneurs 56 sont reliés à une source de fluide et sont commandés de manière connue en elle-même.
En référence aux figures 4A et 4B, le dispositif de freinage magnétique 1 comprend un élément fixe en rotation, ou stator 2, et un élément mobile en rotation, ou rotor 3. Le stator 2 et le rotor 3 ont ici respectivement la forme d'un disque et d'une couronne ayant des axes centraux confondus avec l'axe X de rotation de la roue 103.
Dans le présent mode de réalisation, le rotor 3 est d'une seule pièce avec la partie de jante 105.1 et donc d'une seule pièce avec la demi-roue correspondante. Le rotor 3 et la demi-roue correspondante sont donc réalisés dans un même matériau, à savoir de l'aluminium.
La couronne formant le rotor 3 s'étend ici devant la lèvre 107.1 et comprend :
- une face radiale définissant une première surface principale 3.1 du rotor 3, plane, qui s'étend transversalement à l'axe X de rotation de la roue 103 et qui est tournée à l'opposé de la lèvre 107.1 ; et
- un pourtour interne définissant une deuxième surface principale 3.2 du rotor 3, cylindrique, qui s'étend coaxialement à l'axe X de rotation de la roue 103 et qui définit un pourtour interne de la partie annulaire radiale de la couronne.
Le rotor 3 est relié à la partie de jante 105.1 par un anneau de liaison 4 qui s'étend dans le prolongement de la deuxième surface principale 3.2 et de la partie de jante 105.1 au-delà de la lèvre 107.1. L'anneau de liaison 4 est percé de trous radiaux 5 assurant plusieurs fonctions et notamment de limiter la masse de la roue 103.
Le disque formant le stator 2 s'étend en regard du rotor 3 coaxialement à celui-ci et présente un rebord axial interne. Le stator 2 a ainsi une section transversale en L et comprend :
- une face radiale pourvue d'une première série d'aimants 10.1 définissant une première surface principale 2.1 du stator 2, plane, qui s'étend transversalement à l'axe X de rotation de la roue 103 et qui est tournée vers la première surface principale 3.1 du rotor 3 ; et
- un pourtour externe du rebord axial interne pourvu d'une deuxième série d'aimants 10.2 définissant une deuxième surface principale 2.2 du stator 2, cylindrique, qui
s'étend axialement pour pouvoir être engagée dans la deuxième surface principale 3.2 du rotor 3.
La première série d'aimants 10.1 est agencée de manière à émettre un premier flux magnétique axial engendrant des courants de Foucault dans le rotor 3 lorsque la première surface principale 3.1 dudit rotor 3 est séparée de la première surface principale 2.1 du stator 2 par un faible entrefer axial, et que ledit rotor 3 pivote par rapport audit stator 2.
La deuxième série d'aimants 10.2 est agencée de manière à émettre un deuxième flux magnétique radial engendrant des courants de Foucault dans le rotor 3 lorsque la deuxième surface principale 3.2 dudit rotor 3 est séparée de la deuxième surface principale 2.2 du stator 2 par un faible entrefer radial, et que ledit rotor 3 pivote par rapport audit stator 2.
Le stator 2 est relié en rotation à l'essieu 102 par un voile 6 assujetti en translation à des pistons d' actionneurs 7 (ici au nombre de quatre) , ici électromécaniques, reçus dans des deuxièmes logements 57 de la couronne porte-actionneurs 54. Plus précisément, le stator 2 est bloqué en rotation par rapport à l'essieu 102 par le contact du voile 6 sur la couronne porte-actionneurs 54 qui est elle-même fixée à l'essieu 102. Des vis 63 asservissent la translation du stator 2 aux mouvements des pistons des actionneurs 7. Les deuxièmes logements 57 sont ouverts à l'opposé de l'espace annulaire 108 et borgnes du côté de l'espace annulaire 108. Les deuxièmes logements 57 sont formés chacun d'un tube d'un axe central parallèle à l'axe X de rotation de la roue 103 et sont symétriquement répartis par rapport audit axe X de rotation de la roue 103 et par rapport aux premiers logements 55. Les pistons des actionneurs 7 sont mobiles selon l'axe X de rotation de la roue 103 pour déplacer le stator 2 entre une position
de freinage maximal de la roue 103 et une position de libre rotation de la roue 103.
On comprend que les pistons des actionneurs 7 du dispositif de freinage magnétique 1 se déplacent selon des directions parallèles aux directions de déplacement des pistons des actionneurs 56 du dispositif de freinage par friction 50 mais dans des sens opposés (sur la figure 2, les pistons des actionneurs 7 sortent en se déplaçant vers la gauche tandis que les pistons des actionneurs 56 sortent en se déplaçant vers la droite) : on dit que les actionneurs 7 sont placés en opposition par rapport aux actionneurs 56.
Ainsi, le rotor 3 tourne sur lui-même autour de son axe central devant le stator 2 qui lui est fixe en rotation : pendant ce déplacement du rotor 3 selon une direction circonférentielle, la première surface principale 3.1 et la deuxième surface principale 3.2 du rotor 3 restent respectivement parallèles à la première surface principale 2.1 et la deuxième surface principale 2.2 du stator 2. Dans le même temps, le stator 2 est déplaçable axialement entre la position de freinage maximal et la position de libre rotation.
Dans sa position de freinage maximal, le stator 2 est rapproché du rotor 3 au point que la deuxième surface principale 2.2 du stator 2 est engagée dans la deuxième surface principale 3.2 du rotor 3 : la première surface principale 2.1 du stator 2 et la première surface principale 3.1 du rotor 3 sont séparées axialement l'une de l'autre par un premier entrefer prédéterminé, et la deuxième surface principale 2.2 du stator 2 et la deuxième surface principale 3.2 du rotor 3 sont séparées radialement l'une de l'autre par un deuxième entrefer prédéterminé.
Dans sa position de rotation libre, le stator 2 est écarté du rotor 3 au point que la deuxième surface principale 2.2 du stator 2 est dégagée de la deuxième
surface principale 3.2 du rotor 3 : la première surface principale 2.1 du stator 2 et la première surface principale 3.1 du rotor 3 sont séparées axialement l'une de l'autre par un troisième entrefer prédéterminé, et la deuxième surface principale 2.2 du stator 2 et la deuxième surface principale 3.2 du rotor 3 sont séparées radialement l'une de l'autre par un quatrième entrefer prédéterminé.
On comprend qu'en position de freinage maximal, la première série d'aimants 10.1 et la deuxième série d'aimants 10.2 engendrent dans le rotor 3 des courants de Foucault suffisants pour générer respectivement un premier couple de freinage Ci et un deuxième couple de freinage Ci sur ledit rotor 3, et qu'en position de libre rotation, ce premier couple de freinage Ci et ce deuxième couple de freinage Ci sont négligeables (c'est-à-dire qu'ils ne sont pas suffisants pour provoquer un ralentissement significatif de l'aéronef) , voire inexistants, quelle que soit la vitesse de rotation de la roue 103 autour de son axe X de rotation.
Le stator 2 est guidé en translation entre sa position de freinage maximal et sa position de libre rotation par des plots de guidage 8, ici de forme cylindrique, reçus chacun partiellement dans une encoche 9 ménagée dans un pourtour interne du voile 6 (visible sur la figure 3) . Chaque plot de guidage 8 est formé par un tube qui s'étend coaxialement à un des premiers logements 55 d'un côté de la couronne porte-actionneurs 54 opposé audit premier logement 55. Plus précisément, le tube formant chaque plot de guidage 8 prolonge le tube formant un des premiers logements 55 du côté de la couronne porte-actionneurs 54 opposé à l'espace annulaire 108.
On comprend que pour provoquer le freinage, les actionneurs 7 sont pilotés pour amener le stator 2 depuis la position de libre rotation vers la position de freinage et que, pour interrompre le freinage, les actionneurs 7
sont pilotés pour ramener le stator 2 vers la position de rotation libre.
En dessous d'une certaine vitesse de rotation du rotor 3, le couple de freinage est négligeable quelle que soit la position du stator 2 : on actionne alors le dispositif de freinage par friction en alimentant les actionneurs 56 pour provoquer l'application de l'effort de presse sur la pile de disques. Le dispositif de freinage par friction est également utilisé comme frein de stationnement.
On relâche l'effort de freinage exercé sur le dispositif de freinage par friction en évacuant le fluide des actionneurs 56.
On relâche l'effort de freinage exercé sur le dispositif de freinage magnétique en amenant le stator 2 vers sa position de libre rotation. Dans la position de rotation libre du stator 2, la première série d'aimants 10.1 et la deuxième série d'aimants 10.2 ne permettent pas d'engendrer dans le rotor 3 des courants de Foucault suffisants pour provoquer le freinage du rotor 3.
L'agencement particulier de la première série d'aimants 10.1 et de la deuxième série d'aimants 10.2 est représenté sur la figure 5. Les aimants 10.1, 10.2 sont ici à base de terres rares et sont fixés sur la couronne du stator 2 éventuellement via un support en acier magnétique, voire sur un support non magnétique.
La première série d'aimants 10.1 comprend ici des premiers aimants 11.1, 13.1 qui ont un premier vecteur de magnétisation sensiblement perpendiculaire à la première surface principale 2.1 du stator 2, et qui sont séparés deux à deux par des deuxièmes aimants 12.1, 14.1 ayant un deuxième vecteur de magnétisation sensiblement perpendiculaire aux premiers vecteurs de magnétisation des premiers aimants 11.1, 13.1 entre lesquels se trouve le deuxième aimant 12.1, 14.1. On rappelle que le vecteur de magnétisation indique la direction du champ magnétique
engendré par un aimant et s'étend dans l'aimant du pôle Sud vers le pôle Nord. Plus précisément, les premiers et deuxièmes aimants 11.1, 13.1, 12.1, 14.1 ont des formes de secteurs angulaires et sont disposés selon un motif de Halbach, en alternance selon la direction circonférentielle du stator 2 comme suit : un premier aimant 11.1, un deuxième aimant 12.1, un premier aimant 13.1, un deuxième aimant 14.1, un premier aimant 11.1, un deuxième aimant 12.1, un premier aimant 13.1, un deuxième aimant 14.1 et ainsi de suite... En l'occurrence :
- chaque premier aimant 11.1 a son vecteur de magnétisation qui sort de la première face principale 2.1 du stator 2 (son pôle Nord débouche sur la première face principale 2.1) ;
- chaque deuxième aimant 12.1 a son vecteur de magnétisation qui s'étend depuis le premier aimant 11.1 voisin vers le premier aimant 13.1 voisin ;
- chaque premier aimant 13.1 a son vecteur de magnétisation qui rentre dans la première face principale 2.1 du stator 2 (son pôle Sud débouche sur la première face principale 2.1) ; et
- chaque deuxième aimant 14.1 a son vecteur de magnétisation qui s'étend depuis le premier aimant 11.1 voisin vers le premier aimant 13.1 voisin.
On comprend que les premiers aimants 11.1, 13.1 disposés de chaque côté d'un même deuxième aimant 12.1 ont leur vecteur de magnétisation orienté dans des sens opposés et que les deuxièmes aimants 12.1, 14.1 disposés de chaque côté d'un même premier aimant 13.1 ont leur vecteur de magnétisation orienté dans des sens opposés. L'agencement des premiers et deuxièmes aimants 11.1, 13.1, 12.1, 14.1 permet d'optimiser et de concentrer le flux magnétique axial produit par les premiers aimants 11.1, 13.1 en réduisant le chemin de retour du flux magnétique qui passe par les deuxièmes aimants 12.1, 14.1 et non par leur
support dont la masse peut être réduite puisqu'il n'a pas besoin d'assurer une fonction de conduction du flux magnétique .
La deuxième série d'aimants 10.2 comprend ici des premiers aimants 11.2, 13.2 qui ont un premier vecteur de magnétisation sensiblement perpendiculaire à la deuxième surface principale 2.2 du stator 2, et qui sont séparés deux à deux par des deuxièmes aimants 12.2, 14.2 ayant un deuxième vecteur de magnétisation sensiblement perpendiculaire aux premiers vecteurs de magnétisation des premiers aimants 11.2, 13.2 entre lesquels se trouve le deuxième aimant 12.2, 14.2.
L'agencement des premiers et deuxièmes aimants 11.2, 13.2, 12.2, 14.2 est similaire à celui des premiers et deuxièmes aimants 11.1, 13.1, 12.1, 14.1 : les premiers et deuxièmes aimants 11.2, 13.2, 12.2, 14.2 ont des formes de portions de cylindres angulaires et sont disposés selon un motif de Halbach, en alternance selon la direction circonférentielle du stator 2, de sorte que :
- chaque premier aimant 11.2 a son vecteur de magnétisation qui sort de la deuxième face principale 2.2 du stator 2 (son pôle Nord débouche sur la deuxième face principale 2.2) ;
- chaque deuxième aimant 12.2 a son vecteur de magnétisation qui s'étend depuis le premier aimant 11.2 voisin vers le premier aimant 13.2 voisin ;
- chaque premier aimant 13.2 a son vecteur de magnétisation qui rentre dans la deuxième face principale 2.2 du stator 2 (son pôle Sud débouche sur la deuxième face principale 2.2) ; et
- chaque deuxième aimant 14.2 a son vecteur de magnétisation qui s'étend depuis le premier aimant 11.2 voisin vers le premier aimant 13.2 voisin.
On comprend que les premiers aimants 11.2, 13.2 disposés de chaque côté d'un même deuxième aimant 12.2 ont
leur vecteur de magnétisation orienté dans des sens opposés et que les deuxièmes aimants 12.2, 14.2 disposés de chaque côté d'un même premier aimant 13.2 ont leur vecteur de magnétisation orienté dans des sens opposés. L'agencement des premiers et deuxièmes aimants 11.2, 13.2, 12.2, 14.2 permet d'optimiser et de concentrer le flux magnétique radial produit par les premiers aimants 11.2, 13.2 en réduisant le chemin de retour du flux magnétique qui passe par les deuxièmes aimants 12.2, 14.2 et non par leur support dont la masse peut être réduite puisqu'il n'a pas besoin d'assurer une fonction de conduction du flux magnétique .
En référence à la figure 5, on note que la première série d'aimants 10.1 et la deuxième série d'aimants 10.2 sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre, de sorte que :
- chaque premier aimant 11.1 de la première série d'aimants 10.1 s'étend en vis-à-vis d'un premier aimant
13.2 de la deuxième série d'aimants 10.2, selon un plan radial ;
- chaque deuxième aimant 12.1 de la première série d'aimants 10.1 s'étend en vis-à-vis d'un deuxième aimant
14.2 de la deuxième série d'aimants 10.2, selon un plan radial ;
- chaque premier aimant 13.1 de la première série d'aimants 10.1 s'étend en vis-à-vis d'un premier aimant
11.2 de la deuxième série d'aimants 10.2, selon un plan radial ; et
- chaque deuxième aimant 14.1 de la première série d'aimants 10.1 s'étend en vis-à-vis d'un deuxième aimant
12.2 de la deuxième série d'aimants 10.2, selon un plan radial ;
Ce décalage particulier de la première série d'aimants 10.1 par rapport à la deuxième série d'aimants 10.2 permet à ladite première série d'aimants 10.1 et à ladite deuxième
série d'aimants 10.2 d'émettre ensemble un troisième flux magnétique transversal engendrant des courants de Foucault dans le rotor 3 lorsque la première surface principale 3.1 et la deuxième surface principale 3.2 dudit rotor 3 sont séparées respectivement de la première surface principale 2.1 et de la deuxième surface principale 2.2 du stator 2 par un faible entrefer axial, et que ledit rotor 3 pivote par rapport audit stator 2.
On comprend qu'en position de freinage maximal, la première série d'aimants 10.1 et la deuxième série d'aimants 10.2 engendrent ensemble dans le rotor 3 des courants de Foucault suffisants pour générer un troisième couple de freinage Ca sur ledit rotor 3, et qu'en position de libre rotation, ce troisième couple de freinage Ca est négligeable (c'est-à-dire qu'il n'est pas suffisant pour provoquer un ralentissement significatif de l'aéronef) , voire inexistant, quelle que soit la vitesse de rotation de la roue 103 autour de son axe X de rotation.
Pour prouver la génération de ce troisième couple de freinage Ca, il a été effectué des simulations dont les résultats sont illustrés aux figure 6A-6C.
La figure 6A illustre l'évolution du couple de freinage exercé sur la roue 103 par le dispositif de freinage magnétique 1 lorsque le stator 2 est dans sa position de freinage maximal et que la roue 103 tourne à une vitesse égale à 1300 tours par minutes, en absence de la deuxième série d'aimants 10.2 : la figure 6A illustre ainsi l'évolution du premier couple de freinage Ci engendré par la première série d'aimants 10.1. Le premier couple de freinage Ci est en moyenne sensiblement égal à 600 Newtons mètre (Nm) .
La figure 6B illustre l'évolution du couple de freinage exercé sur la roue 103 par le dispositif de freinage magnétique 1 lorsque le stator 2 est dans sa position de freinage maximal et que la roue 103 tourne à
une vitesse égale à 1300 tours par minutes, en absence de la première série d'aimants 10.1 : la figure 6B illustre ainsi l'évolution du deuxième couple de freinage C2 engendré par la deuxième série d'aimants 10.2. Le deuxième couple de freinage C2 est en moyenne sensiblement égal à 315 Newtons mètre (Nm) .
La figure 6C illustre l'évolution du couple de freinage exercé sur la roue 103 par le dispositif de freinage magnétique 1 lorsque le stator 2 est dans sa position de freinage maximal et que la roue 103 tourne à une vitesse égale à 1300 tours par minutes, en présence de la première série d'aimants 10.1 et de la deuxième série d'aimants 10.2 : la figure 6C illustre ainsi l'évolution du couple de freinage global Cg engendré par la première série d'aimants 10.1 et la deuxième série d'aimants 10.2. Ce couple de freinage global Cg est en moyenne sensiblement égal à 1005 Newtons mètre (Nm) et est donc supérieur à la somme du premier couple de freinage Ci et du deuxième couple de freinage C2 qui est en moyenne égale à 915 Newtons mètre. Le décalage particulier de la première série d'aimants 10.1 par rapport à la deuxième série d'aimants 10.2 permet ainsi une augmentation d'environ 10% du couple de freinage généré par le dispositif de freinage magnétique 1.
La figure 7 illustre un stator 2' qui n'est autre qu'une variante du stator 2. Le stator 2' diffère du stator 2 en ce qu'il comprend une première série d'aimants 10.1' comportant en alternance des premiers aimants 11.1' et des deuxièmes aimants 12.1' , une deuxième série d'aimants 10.2' comportant en alternance des premiers aimants 11.2' et des deuxièmes aimants 12.2' .
Les premiers et deuxièmes aimants 11.1' , 12.1' de la première série d'aimants 10.1' ont un vecteur de magnétisation sensiblement perpendiculaire à la première surface principale 2.1 du stator 2. Plus précisément, chaque premier aimant 11.1' a son vecteur de magnétisation
qui sort de la première face principale 2.1 du stator 2 (son pôle Nord débouche sur la première face principale
2.1) , et chaque deuxième aimant 12.1' a son vecteur de magnétisation qui rentre dans la première face principale
2.1 du stator 2 (son pôle Sud débouche sur la première face principale 2.1) . On comprend que les premiers aimants 11.1' et les deuxièmes aimants 12.1' ont leur vecteur de magnétisation orienté dans des sens opposés.
Les premiers et deuxièmes aimants 11.2' , 12.2' de la deuxième série d'aimants 10.2' ont un vecteur de magnétisation sensiblement perpendiculaire à la deuxième surface principale 2.2 du stator 2. Plus précisément, chaque premier aimant 11.2' a son vecteur de magnétisation qui sort de la deuxième face principale 2.2 du stator 2 (son pôle Nord débouche sur la deuxième face principale
2.2) , et chaque deuxième aimant 12.2' a son vecteur de magnétisation qui rentre dans la deuxième face principale
2.2 du stator 2 (son pôle Sud débouche sur la deuxième face principale 2.2) . On comprend que les premiers aimants 11.2' et les deuxièmes aimants 12.2' ont leur vecteur de magnétisation orienté dans des sens opposés.
On note que la première série d'aimants 10.1' et la deuxième série d'aimants 10.2' sont décalées angulairement l'une de l'autre, de sorte que :
- chaque premier aimant 11.1' de la première série d'aimants 10.1' s'étend en vis-à-vis d'un deuxième aimant 12.2' de la deuxième série d'aimants 10.2' , selon un plan radial ; et
- chaque deuxième aimant 12.1' de la première série d'aimants 10.1' s'étend en vis-à-vis d'un premier aimant 11.2' de la deuxième série d'aimants 10.2' , selon un plan radial.
On comprend qu'en position de freinage maximal :
- la première série d'aimants 10.1' émet un premier flux magnétique axial engendrant des courants de Foucault
dans le rotor 3 lorsque le rotor 3 pivote par rapport audit stator 2, ces courants étant suffisants pour générer un premier couple de freinage sur ledit rotor 3 ;
- la deuxième série d'aimants 10.2' émet un deuxième flux magnétique radial engendrant des courants de Foucault dans le rotor 3 lorsque le rotor 3 pivote par rapport audit stator 2, ces courants étant suffisants pour générer un deuxième couple de freinage sur ledit rotor 3 ; et
- la première série d'aimants 10.1' et la deuxième série d'aimants 10.2' émettent ensemble un troisième flux magnétique transversal engendrant des courants de Foucault dans le rotor 3 lorsque le rotor 3 pivote par rapport audit stator 2, ces courants étant suffisants pour générer un troisième couple de freinage sur ledit rotor 3.
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, la roue peut avoir une structure différente de celle décrite.
Le dispositif de freinage par friction peut avoir une structure différente de celle décrite. Il peut comprendre un nombre différent de disques statoriques (par exemple un ou plus de deux) et/ou rotoriques (par exemple plus de deux) . Les actionneurs peuvent être des actionneurs électromécaniques et non pas des actionneurs hydrauliques. A titre d'exemple, chaque actionneur électromécanique comprend un moteur électrique et un poussoir apte à être déplacé par le moteur électrique pour presser la pile de disques. L' actionneur électromécanique est ainsi destiné à produire un effort de freinage commandé sur la pile de
disques. Un mode de pilotage des dispositifs de freinage est par exemple connu du document FR-A-2953196.
Le dispositif de freinage par friction est facultatif.
D'une manière générale, les actionneurs peuvent être des actionneurs électromécaniques ou hydrauliques, à simple ou double effet. Pour un actionneur à simple effet, l'alimentation en énergie permet un mouvement aller du piston et un élément élastique permet le retour du piston. Le nombre d' actionneurs peut être différent de celui mentionné. De préférence, on utilisera au moins trois actionneurs symétriquement répartis pour chaque dispositif de freinage.
Une partie de jante (servant de support au pneumatique) peut être rapportée sur une partie de voile et/ou une partie de voile peut être rapportée sur une partie de moyeu.
Au lieu d'être formée de deux demi-roues, la roue 103 peut être une pièce unique, réalisée en fonderie ou par fabrication additive.
Le rotor 3 peut être rapporté sur la roue 103.
La première série d'aimants 10.1 et la deuxième série d'aimants 10.2 peuvent être portés par le rotor 3 au lieu du stator 2.
L'une des première et deuxième séries d'aimants 10.1, 10.2, 10.1' , 10.2' peut être portée par le stator 2 tandis que l'autre des première et deuxième séries d'aimants 10.1, 10.2, 10.1' , 10.2' est portée par le rotor 3.
Le nombre, la forme, l'agencement et les dimensions des aimants peuvent être différents de ceux décrits et illustrés. Par exemple, les aimants 11.1, 11.1' , 11.2, 11.2' , 12.1, 12.1' , 12.2, 12.2' , 13.1, 13.2, 14.1, 14.2 peuvent être identiques les uns aux autres ou occuper des surfaces différentes en ayant des largeurs et/ou des longueurs différentes. L'agencement en motif de Halbach est avantageux mais n'est pas obligatoire.
Bien que les aimants soient ici des aimants permanents, ils peuvent être remplacés par des électroaimants .
La couronne porte-actionneurs 54 peut être fixée directement sur l'essieu 102. Le tube de torsion 51 peut être fixé sur la couronne porte-actionneurs 54.
L'agencement tubulaire des plots de guidage 8 dans le prolongement des premiers logements 55 est avantageux à plusieurs titres : il permet une grande rigidité des plots de guidage 8 et donc une bonne précision du guidage, il est possible de loger dans le plot de guidage 8 la vanne d'alimentation de l'actionneur 56 de sorte que le plot de guidage 8 assure une protection mécanique de ladite vanne.
Néanmoins, les plots de guidage 8 peuvent avoir une autre forme, comme un demi-tube, un cylindre plein, un demi-cylindre, avoir une section polygonale, ou être disposés ailleurs que dans le prolongement des premiers logements 55.
Le nombre de plots de guidage 8 peut être inférieur ou supérieur à quatre.
On peut aussi prévoir d'avoir un guidage en translation d'une part (par exemple deux surfaces cylindriques assurant une liaison pivot glissant entre la couronne porte-actionneurs 54 et le stator 2) et un transfert de couple d'autre part (une clavette par exemple) .
Le stator 2 peut être fixé aux actionneurs par d'autres moyens que des vis et par exemple une fixation par magnétisme, adhésif, goupillage...
Lorsqu'au moins une partie de la roue 103 et le rotor 3 sont fabriqués en une seule pièce, par exemple en fonderie ou en fabrication additive, l'intégration du rotor 3 dans la roue est améliorée, ce qui dispense d'utiliser
des moyens de fixation du rotor sur la jante. On peut donc obtenir une structure plus simple, plus compacte et plus légère que celle des roues freinées classiques. Néanmoins, le rotor 3 peut alternativement être rapporté sur la roue. L'aluminium utilisé ici peut être en tout ou partie remplacé par tout matériau ayant des propriétés physiques compatibles avec l'application envisagée et par exemple en acier, en cuivre, ou en magnésium.
Les vis 63 peuvent être remplacées par tout organe pouvant assurer les mêmes fonctions.
L' invention est utilisable sur tout type de véhicule, aérien ou terrestre ou amphibie.
L'invention est utilisable pour d'autres applications qu'un véhicule et par exemple pour tout équipement industriel ou personnel requérant un freinage.
Claims
REVENDICATIONS
1. Dispositif de freinage magnétique (1) comprenant un stator (2) et un rotor (3) , l'un du stator et du rotor comprenant une première série d'aimants (10.1) définissant une surface principale (2.1) qui s'étend radialement et qui est tournée vers l'autre du stator et du rotor pour émettre entre ledit stator et ledit rotor un flux magnétique axial, et l'un du stator et du rotor comprenant une deuxième série d'aimants (10.2) définissant une deuxième surface principale (2.2) qui s'étend axialement pour pouvoir recevoir ou être engagée dans l'autre du stator et du rotor (3) pour émettre entre ledit stator et ledit rotor un flux magnétique radial, caractérisé en ce que la première série d'aimants comprend en alternance au moins des premiers aimants (11.1, 11.1' ,
13.1) et des deuxièmes aimants (12.1, 12.1' , 14.1) ayant un vecteur de magnétisation perpendiculaire à la première surface principale, le vecteur de magnétisation de ces premiers aimants et de ces deuxièmes aimants respectivement sortant et rentrant dans la première surface principale, et en ce que la deuxième série d'aimants comprend en alternance au moins des premiers aimants (11.2, 11.2' ,
13.2) et des deuxièmes aimants (12.2, 12.2' , 14.2) ayant un vecteur de magnétisation perpendiculaire à la deuxième surface principale, le vecteur de magnétisation de ces premiers aimants et de ces deuxièmes aimants respectivement sortant et rentrant dans la deuxième surface principale, la première série d' aimants et la deuxième série d' aimants étant décalées angulairement l'une de l'autre de sorte que chaque premier aimant et deuxième aimant de la première série d'aimant s'étend respectivement, selon un plan radial, en vis-à-vis d'un deuxième aimant et d'un premier aimant de la deuxième série d'aimants.
2. Dispositif de freinage magnétique (1) selon la revendication 1, dans lequel l'un du stator (2) et du rotor
(3) comprend la première série d'aimants (10.1) et la deuxième série d'aimants (10.2) .
3. Dispositif de freinage magnétique (1) selon la revendication 2, dans lequel le stator (2) comprend la première série d'aimants (10.1) et la deuxième série d'aimants (10.2) .
4. Dispositif de freinage magnétique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les aimants de la première série d'aimants (10.1) et les aimants de la deuxième série d'aimants (10.2) sont disposés selon un motif de Halbach.
5. Dispositif de freinage magnétique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un actionneur (7) agencé pour déplacer le rotor (3) et le stator (2) relativement l'un par rapport à l'autre suivant l'axe de rotation du rotor entre une position de libre rotation du rotor et une position de freinage du rotor .
6. Roue (103) freinée de véhicule, montée à rotation sur un essieu (102) et équipée d'un dispositif de freinage magnétique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le rotor (3) et le stator (2) étant respectivement solidaires en rotation de la roue et de 1' essieu .
7. Atterrisseur (101) d'aéronef comprenant au moins une roue (103) selon la revendication 6.
8. Aéronef (100) comprenant au moins un atterrisseur (101) selon la revendication 7.
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