FR2580355A1 - Low inertial mass magnetic brake - Google Patents

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Abstract

The brake includes an electromagnetic ring (8) mounted in a U-shaped housing open to the brake disc. The thin brake disc has cut-outs and is spaced between the electromagnet and a soft iron pressure ring (6) mounted on a sprung support. The permanent magnet is in the magnetic circuit of the electromagnet, or opposes its action. It pulls the pressure plate onto the brake disc when the electromagnet is switched off. The narrow permanent magnet is made from a rare earth alloy and the housing is of ferromagnetic material. The cut-outs in the brake disc separate concentric ribs which complete the magnetic circuit.

Description

"Frein magnétique"
L'invention concerne un frein magnétique comprenant un corps magnétique fixe qui entoure partiellement un aimant permanent et un électro-aimant, un disque d'armature qui est relié par des ressorts à une partie de carter du frein, ainsi qu'un disque de frein rotatif se trouvant entre le corps magnétique et le disque d'armature."Magnetic brake"
The invention relates to a magnetic brake comprising a fixed magnetic body which partially surrounds a permanent magnet and an electromagnet, an armature disc which is connected by springs to a part of the brake housing, as well as a brake disc. rotating between the magnetic body and the armature disc.

On connait, par la demande de brevet DE 26 38 944 un tel frein magnétique qui peut également être utilisé comme embrayage à friction. Bien que ce frein présente déjà une construction relativement compacte par rapport à d'autres conceptions connues, il est tout de même équipé, lorsqu'on l'utilise comme frein magnétique, d'un disque relativement épais avec un moyeu large et haut, et présente donc des masses tournantes relativement importantes qui, en raison de leur inertie, réduisent la dynamique d'entrainement et exigent une puissance de freinage considérable. En outre, l'aimant permanent monté dans un circuit magnétique secondaire doit être de dimensions relativement grandes pour pouvoir compenser, lors de l'excitation, l'électroaimant dont il est séparé par une paroi en fer doux. We know from patent application DE 26 38 944 such a magnetic brake which can also be used as a friction clutch. Although this brake already has a relatively compact construction compared to other known designs, it is nevertheless equipped, when used as a magnetic brake, with a relatively thick disc with a wide and high hub, and therefore has relatively large rotating masses which, due to their inertia, reduce the drive dynamics and require considerable braking power. In addition, the permanent magnet mounted in a secondary magnetic circuit must be of relatively large dimensions to be able to compensate, during excitation, the electromagnet from which it is separated by a soft iron wall.

Pour réduire les flux de dispersion des deux aimants, il est nécessaire de prévoir en outre dans le moyeu, dans le carter de corps magnétique et dans le disque de frein, des montures non magnétiques qui compliquent le montage du frein et rendent sa fabrication encore plus complexe.To reduce the dispersion fluxes of the two magnets, it is necessary to additionally provide in the hub, in the magnetic body casing and in the brake disc, non-magnetic mounts which complicate the mounting of the brake and make its manufacture even more complex.

L'invention a pour objet de maintenir, sur un frein magnétique du type mentionné ci-dessus, l'aimant permanent et la masse tournant du disque de frein aussi réduits que possible et en outre de réduire fortement les pièces nécessaires pour le fonctionnement du frein magnétique. Ce problème est résolu par le fait que l'aimant permanent ayant la forme d'une bague étroite est constitué d'un aimant en terres rares et qu'il est monté dans l'une des bagues de cerclage d'un carter de corps magnétique entourant l'électro-aimant en formant un U ouvert seulement en direction du disque de frein, et par le fait que ledit disque de frein est constitué sous la forme d'une lamelle mince de forme annulaire qui présente extérieuremen deux anneaux reliés entre eux par des barrettes étroites, lesdits anneaux ayant approximativement le même diamètre et la même épaisseur radiale que les bagues du carter de corps magnétique qui entourent 1 'électro-aimant.  The object of the invention is to maintain, on a magnetic brake of the type mentioned above, the permanent magnet and the rotating mass of the brake disc as reduced as possible and, furthermore, to greatly reduce the parts necessary for the operation of the brake. magnetic. This problem is solved by the fact that the permanent magnet having the shape of a narrow ring consists of a rare earth magnet and that it is mounted in one of the strapping rings of a magnetic body casing. surrounding the electromagnet by forming a U open only in the direction of the brake disc, and by the fact that said brake disc is constituted in the form of a thin strip of annular shape which presents externally two rings interconnected by narrow bars, said rings having approximately the same diameter and the same radial thickness as the rings of the magnetic body casing which surround the electromagnet.

De préférence, l'aimant permanent est monté à l'intérieur de la bague interne du carter de corps magnétique. Preferably, the permanent magnet is mounted inside the inner ring of the magnetic body casing.

Suivant un mode de réalisation de l'invention, la lamelle de frein constituée en acier ferromagnétique est encastrée de manière fixe dans un arbre et présente entre sa partie d'encastrement et son anneau interne opposé au carter de corps magnétique d'autres anneaux munis de barrettes permettant un déplacement axial élastique de la partie d'encastrement par rapport audit anneau interne. According to one embodiment of the invention, the brake strip made of ferromagnetic steel is fixedly embedded in a shaft and has between its embedding part and its internal ring opposite the magnetic body casing of other rings provided with bars allowing an elastic axial displacement of the embedding part relative to said internal ring.

Le carter de corps magnétique et le disque d'armature peuvent être avantageusement constitués en fer doux. The magnetic body casing and the armature disc can advantageously be made of soft iron.

Grâce à l'invention, il a été réalisé un concept totalement nouveau d'un frein magnétique par l'aimant permanent intégré dans le carter de corps magnétique et la lamelle de frein pratiquement dépourvue d'inertie. Du fait que la lamelle de frein pratiquement sans inertie est la seule pièce tournante, il ne se produit aucune réduction de la dynamique d'entraînement et son freinage ne consomme pratiquement pas d'énergie. Lorsque l'électro-aimant est débranché, le flux de l'aimant permanent intégré dans le carter de corps magnétique passe, en circuit direct, à travers les anneaux de la lamelle de freinage et à travers le disque d'armature. On se trouve donc en présence d'un seul circuit principal des lignes de force et tout circuit secondaire est absent.L'électro-aimant branché produit un champ de forces opposé de grandeur équivalent à celui de l'aimant permanent, de telle sorte que les effets de leurs forces s'annulent. En même temps, le disque d'armature est attiré sur le carter au moyen des ressorts fixés sur celui-ci et la lamelle de frein qui, dans sa partie interne, est réalisée sous la forme d'un ressort axial, est soulevée du corps magnétique de telle sorte qu'elle puisse tourner librement. La position de l'aimant permanent à l'intérieur du circuit électromagnétique est rendue possible du fait que cet aimant permanent est réalisé en un matériau de terres rares qui ne présente aucune perte d'énergie magnétique en cas de déplacement du point de fonctionnement.La structure simple du frein magnétique selon l'invention dans lequel la lamelle de frein est constituée dans sa totalité en acier ferromagnétique, le carter de corps magnétique et le disque d'armature dans le ensemble en fer doux, a donc pour résultat une longueur de construction extrêmement courte avec un faible nombre de pièces constitutives, ce qui a également pour effet de simplifier notablement la fabrication. Thanks to the invention, a completely new concept of a magnetic brake has been realized by the permanent magnet integrated in the magnetic body casing and the brake strip practically devoid of inertia. Since the practically inertia-free brake strip is the only rotating part, there is no reduction in drive dynamics and its braking consumes practically no energy. When the electromagnet is disconnected, the flux of the permanent magnet integrated in the magnetic body casing passes, in a direct circuit, through the rings of the brake lamella and through the armature disc. There is therefore only one main circuit of the force lines and no secondary circuit is present. The connected electromagnet produces an opposite force field of magnitude equivalent to that of the permanent magnet, so that the effects of their forces cancel each other out. At the same time, the armature disc is attracted to the casing by means of the springs fixed thereon and the brake lamella which, in its internal part, is produced in the form of an axial spring, is lifted from the body. magnetic so that it can rotate freely. The position of the permanent magnet inside the electromagnetic circuit is made possible by the fact that this permanent magnet is made of a rare earth material which presents no loss of magnetic energy in the event of movement of the operating point. simple structure of the magnetic brake according to the invention in which the brake strip is made entirely of ferromagnetic steel, the magnetic body casing and the armature disc in the assembly of soft iron, therefore results in a construction length extremely short with a small number of component parts, which also has the effect of considerably simplifying the manufacture.

L'invention va maintenant être expliquée en détail sur la base d'un exemple de réalisation représenté sur le dessin. Sur ce dessin
la figure 1 représente une demi-coupe d'un frein magnétique ; et
la figure 2 est une représentation agrandie en perspective des trois éléments principaux du frein magnétique représenté sur la figure 1.The invention will now be explained in detail on the basis of an embodiment shown in the drawing. On this drawing
Figure 1 shows a half section of a magnetic brake; and
FIG. 2 is an enlarged perspective view of the three main elements of the magnetic brake shown in FIG. 1.

Un frein magnétique 1 qui est utilisé pour freiner un arbre moteur 2 est constituée principalement d'un carter 3, d'un corps magnétique 4, d'une lamelle de frein 5 et d'un disque d'armature 6. Le corps magnétique est constitué par un carter 7 qui renferme un éléctro-aimant 8 et un aimant permanent 9. Ce dernier est ici monté dans la bague interne du carter 7 dont la section est en forme de
U. La lamelle de frein 5 fabriquée avantageusement par découpage présente, selon la figure 2, un trou rectangulaire 5a pour la fixation à encastrement à l'arbre moteur 2 d'une manière non représentée en détail.A magnetic brake 1 which is used to brake a drive shaft 2 consists mainly of a casing 3, a magnetic body 4, a brake lamella 5 and an armature disc 6. The magnetic body is constituted by a casing 7 which contains an electromagnet 8 and a permanent magnet 9. The latter is here mounted in the inner ring of the casing 7 whose section is in the form of
U. The brake strip 5 advantageously produced by cutting has, according to FIG. 2, a rectangular hole 5a for fixed mounting to the motor shaft 2 in a manner not shown in detail.

Grâce à sa structure comportant plusieurs anneaux concentriques, la lamelle de frein 5 peut exercer simultanément l'effet d'un ressort axial de telle manière que sa partie d'encastrement puisse être déplacée axialement par rapport aux deux autres anneaux externes 5b et 5c. Sur le disque armature 6 sont fixés, au moyen de vis 11, des ressorts 12 qui, à leur tour, sont fixés au moyen de vis 11 identiques sur le carter 3.Thanks to its structure comprising several concentric rings, the brake strip 5 can simultaneously exert the effect of an axial spring so that its mounting part can be moved axially relative to the other two external rings 5b and 5c. On the armature disc 6 are fixed, by means of screws 11, springs 12 which, in turn, are fixed by means of identical screws 11 on the casing 3.

Lorsque l'arbre moteur 2 tourne, la lamelle de frein 5 doit, bien entendu, pouvoir tourner librement elle aussi. Pour cette raison, il est nécessaire qu'entre le corps magnétique 4, la lamelle de frein 5 et le disque d'armature 6 existe respectivement une distance A (voir figure 2). Dans cet état de fonctionnement dans lequel la distance A est égale à environ 0,2 mm, l'electro-aimant 8 est en circuit et produit à l'égard de l'aimant permanent 9 un champ antagoniste de même grandeur, de telle sort que les lignes de force ne passent pas à travers les entrefers du frein magnétique. Si le courant est coupé dans ltelectro-aimant 8, le flux des lignes de force 13 de l'aimant permanent 9 peut agir comme cela est indiqué en trait interrompu sur la figure 2. When the drive shaft 2 rotates, the brake strip 5 must, of course, also be able to rotate freely. For this reason, it is necessary that between the magnetic body 4, the brake strip 5 and the armature disc 6 respectively exist a distance A (see FIG. 2). In this operating state in which the distance A is equal to approximately 0.2 mm, the electromagnet 8 is in circuit and produces with respect to the permanent magnet 9 an antagonistic field of the same magnitude, such as that the lines of force do not pass through the air gaps of the magnetic brake. If the current is cut in the electromagnet 8, the flow of the lines of force 13 of the permanent magnet 9 can act as indicated in broken lines in FIG. 2.

Lorsque la polarité de l'aimant permanent 9 est conforme aux indications N et S de figure, le flux des lignes de force 13 passe du pôle nord N à travers le carter de corps magnétique 7, dans l'anneau supérieur 5c de la lamelle de frein 5, à travers le disque d'armature 6 et retourne à travers l'anneau inférieur 5b dans le carter de corps magnétique 7 jusqu'au pôle sud S. Ainsi, la lamelle de frein 5 et le disque d'armature 6 sont attirés contre le carter 7, ce qui a pour résultat d'exercer un effet de freinage sur la lamelle de frein 6 et donc sur l'arbre moteur 2.  When the polarity of the permanent magnet 9 conforms to the indications N and S in the figure, the flow of the force lines 13 passes from the north pole N through the magnetic body casing 7, into the upper ring 5c of the lamella brake 5, through the armature disc 6 and returns through the lower ring 5b in the magnetic body casing 7 to the south pole S. Thus, the brake strip 5 and the armature disc 6 are attracted against the casing 7, which has the result of exerting a braking effect on the brake strip 6 and therefore on the motor shaft 2.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Frein magnétique comprenant un corps magnétique fixe qui entoure partiellement un aimant permanent et un électro-aimant, un disque d'armature qui est relié par des ressorts à une partie de carter du frein, ainsi qu'un disque de frein rotatif se trouvant entre le corps magnétique et le disque d'armature, caractérise par le fait que l'aimant permanent (9) ayant la forme d'une bague étroite est constitué d'un aimant en terres rares et qu'il est monté dans l'une des bagues de cerclage d'un carter (7) de corps magnétique entourant l'électro-aimant (8) en formant un U ouvert seulement en direction du disque de frein (5), et par le fait que ledit disque de frein est constitué sous la forme d'une lamelle (5) mince de forme annulaire qui présente extérieurement deux anneaux (5b, 5c) reliés entre eux par des barrettes étroites, lesdits anneaux ayant approximativement le même diamètre et la même épaisseur radiale que les bagues du carter (7) de corps magnétique qui entourent l'électro-aimant (8). 1. Magnetic brake comprising a fixed magnetic body which partially surrounds a permanent magnet and an electromagnet, an armature disc which is connected by springs to a part of the brake housing, as well as a rotating brake disc located therein. between the magnetic body and the armature disc, characterized in that the permanent magnet (9) having the shape of a narrow ring consists of a rare earth magnet and that it is mounted in one strapping rings of a casing (7) of magnetic body surrounding the electromagnet (8) by forming a U open only in the direction of the brake disc (5), and by the fact that said brake disc is constituted in the form of a thin strip (5) of annular shape which externally has two rings (5b, 5c) interconnected by narrow bars, said rings having approximately the same diameter and the same radial thickness as the rings of the casing ( 7) of magnetic bodies which surround the electromagnet ( 8). 2. Frein magnétique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'aimant permanent (9) est monté à l'intérieur de la bague interne du carter (7) de corps magnétique. 2. Magnetic brake according to claim 1, characterized in that the permanent magnet (9) is mounted inside the inner ring of the housing (7) of the magnetic body. 3. Frein magnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la lamelle de frein (5) constituée en acier ferromagnétique est encastrée de manière fixe dans un arbre (2) et présente entre sa partie d'encastrement (5a) et son anneau interne (5b) opposé au carter de corps magnétique d'autres anneaux munis de barrettes permettant un déplacement axial élastique de la partie d'encastrement par rapport audit anneau interne (5b). 3. Magnetic brake according to claim 1 or 2, characterized in that the brake strip (5) made of ferromagnetic steel is fixedly embedded in a shaft (2) and has between its embedding part (5a) and its internal ring (5b) opposite the magnetic body casing of other rings provided with bars allowing an elastic axial displacement of the embedding part relative to said internal ring (5b). 4. Frein magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le carter (7) de corps magnétique et le disque d'armature (6) sont constitués en fer doux.  4. Magnetic brake according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the casing (7) of the magnetic body and the armature disc (6) are made of soft iron.
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