FR2638497A1 - Procede de realisation d'un disque d'accouplement electromagnetique - Google Patents
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Abstract
Procédé de formation de fentes dans le disque d'accouplement métallique (par exemple, l'induit ou le rotor) d'un accouplement électromagnétique tel qu'un embrayage ou un frein. Le procédé est réalisé en produisant un mouvement relatif entre le disque d'accouplement et un faisceau laser pour que le faisceau fasse fondre des parties du disque en formant ainsi des fentes dans ce disque. Le faisceau laser est défocalisé par rapport au disque, afin qu'un faisceau laser de puissance relativement faible puisse créer des fentes relativement larges dans le disque. Un jet de gaz sous pression est envoyé contre le disque, à proximité immédiate du faisceau et a pour effet de chasser le métal des fentes et de faciliter la formation de fentes larges.
Description
PROCEDE DE REALISATION D'UN DISQUE D'ACCOUPLEMENT
ELECTROMAGNETIQUE
1 La présente invention concerne un procédé pour fabriquer des disques d'accouplement multipolaires du type utilisé dans un accouplement magnétique tel qu'un embrayage ou un frein électromagnétique. Le disque d'accouplement peut faire partie d'un champ tournant ou non tournant ou peut être un induit tournant ou non tournant. Un accouplement électromagnétique classique a été décrit dans le brevet U.S. 4,187,939 et, dans ce cas particulier, l'accouplement est un embrayage électromagnétique ayant un disque d'induit rotatif réalisé en un matériau magnétique tel que de l'acier et ayant un champ avec un disque d'accouplement rotatif ou rotor qui est également réalisé en matériau magnétique. Lorsque la bobine du champ est excitée, le flux magnétique passe entre le rotor et l'induit opposés axialement et attire l'induit qui vient au contact du rotor afin d'accoupler les deux pièces pour
qu'elles tournent ensemble.
Dans l'accouplement décrit par le brevet Silvestrini et al., l'induit est constitué d'un anneau avec des fentes "en banane" espacées angulairement, tandis que le rotor est constitué par deux anneaux concentriques avec des fentes en banane espacées angulairement, situées sur les côtés opposés de l'anneau 1 ou des fentes dans l'induit. Les fentes en banane constituent des entrefers à réluctance élevée, si bien que le rotor et l'induit définissent quatre pôles magnétiques qui augmentent le couple d'un accouplement de diamètre donné. Si l'on réalise un anneau supplémentaire avec des fentes dans le rotor ainsi que dans l'induit, l'accouplement peut alors devenir un accouplement hexapolaire avec un couple encore plus élevé. Jusqu'à tout récemment, les fentes en banane étaient normalement estampées dans le rotor et dans l'induit. Les techniques d'estampage actuellement disponibles imposent, d'une manière générale, que la largeur radiale des fentes ne soit pas sensiblement inférieure à l'épaisseur du disque. Il en résulte des difficultés pour l'estampage d'anneaux multiples avec des fentes dans un disque relativement épais qui est de diamètre assez faible. D'autre part, l'estampage des fentes tend à imposer des restrictions quant à l'emplacement des fentes dans le disque. La conception du disque tend donc à être dictée par des considérations d'outillage plutôt que par des caractéristiques magnétiques. En variante au procédé de création de fentes dans le rotor et dans l'induit pour obtenir des entrefers à réluctance élevée, on peut également usiner des canaux dans le disque, puis les remplir de matériau non magnétique afin de créer des barrières à réluctance élevée entre les pôles. Le disque est ensuite usiné pour éliminer les fonds des canaux magnétiques et supprimer ainsi les fuites de flux qui existeraient sinon par les fonds de ces canaux. Ce procédé de fabrication est relativement coûteux et cela tout particulièrement lorsque chaque disque est réalisé avec
deux ou plusieurs anneaux à réluctance élevée.
1 La préparation des fentes dans un disque d'accouplement en utilisant un faisceau laser a été décrite dans le brevet U.S. 4,685,202. Dans le procédé décrit par ce brevet, le faisceau laser crée des fentes continues qui sont immédiatement remplies de matériau non magnétique. En variante, le procédé envisage la formation de fentes en banane espacées angulairement et séparées par des ponts non magnétiques qui sont obtenus en remplissant les espaces entre les fentes
avec un matériau non magnétique.
Les procédés décrits dans le brevet précité constituent une amélioration remarquable dans la
technique des disques d'accouplement magnétique.
Toutefois, même ces procédés présentent certaines limitations. Par exemple, il est difficile de réaliser des fentes de largeur radiale notable en une seule passe et avec une vitesse de production élevée sans utiliser un laser très puissant ayant un faisceau de diamètre important. La présente invention a pour objectif général de proposer un procédé nouveau et amélioré pour réaliser un disque d'accouplement magnétique en utilisant un laser qui, bien que de puissance relativement faible, est rendu capable de découper des fentes relativement
larges dans le disque.
Conformément à la présente invention, il est prévu un procédé pour réaliser un disque d'accouplement multipolaire pour un accouplement magnétique, ledit procédé comprenant les étapes de préparer un disque en matériau magnétique, de diriger un faisceau laser sur une face de ce disque à un endroit entre le centre du disque et sa périphérie extérieure, en faisant agir ledit faisceau laser à un point du disque écarté du point focal du faisceau laser tandis que le faisceau est défocalisé par rapport au disque, d'effectuer une 1 rotation relative entre le disque et le faisceau laser pour que le faisceau laser défocalisé fasse fondre des parties du disque et crée des fentes incurvées relativement larges dans le disque, et d'injecter un jet de gaz sous pression sur le disque pendant la formation des fentes, ce jet étant à proximité immédiate dudit faisceau laser, afin de réaliser un disque d'accouplement multipolaire pour un accouplement magnétique, ledit procédé comprenant les étapes de préparer un disque en matériau magnétique, de diriger un faisceau laser sur une face de ce disque à un endroit entre le centre du disque et sa périphérie extérieure, en faisant agir ledit faisceau laser à un point du disque écarté du point focal du faisceau laser tandis que le faisceau est défocalisé par rapport au disque, d'effectuer une rotation relative entre le disque et le faisceau laser pour que le faisceau laser défocalisé fasse fondre des parties du disque et crée des fentes incurvées relativement larges dans le disque, et d'injecter un jet de gaz sous pression sur le disque pendant la formation des fentes, ce jet étant à proximité
immédiate dudit faisceau laser.
Ces objectifs et avantages propres à l'invention et d'autres encore apparaîtront plus
clairement à l'examen de la description détaillée ci-
après et des figures en annexe.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 est une vue en perspective représentant un disque d'accouplement dont les fentes ont été réalisées par le procédé de la présente invention. La figure 2 est une vue en perspective partielle et agrandie de certaines parties représentées
à la figure 1.
1 La figure 3 est une coupe transversale agrandie
prise suivant la ligne 3-3 de la figure 1.
La figure 4 est une vue en coupe transversale schématique montrant le disque dont les fentes sont réalisées par un faisceau laser défocalisé. Les figures décrivent les procédés de la présente invention utilisés pour réaliser un disque
d'accouplement 10 destiné à un accouplement électro-
magnétique tel qu'un frein ou un embrayage électro-
magnétique. Bien que le disque puisse être un induit, il sera représenté ici comme faisant partie d'un rotor d'embrayage 11 qui peut être, par exemple, du type décrit dans le brevet précité n 4,187,939. Dans ce cas particulier, le rotor a une forme circulaire et comprend une bride extérieure 12- s'étendant dans le sens axial et un moyeu intérieur 13 s'étendant dans le sens axial, qui sont réalisés, de préférence, d'une pièce avec une face 14 du disque 10 (figure 2). La face opposée du disque constitue la face de travail du rotor 11 et est conçue pour venir en contact à frottement avec l'induit de l'embrayage. Conformément à la technique classique, le rotor est réalisé en matériau magnétique à faible
réluctance tel que l'acier AISI 1010.
Pour raisons de simplicité, le rotor particulier 11 représenté aux figures 1 à 4 fait partie d'un embrayage quadripolaire et le disque 10 comprend donc des barrières concentriques intérieures et extérieures 20, qui sont non magnétiques. Dans ce cas, les barrières non magnétiques sont définies par des rangées ou des anneaux intérieurs et extérieurs également espacés, formés de fentes angulairement espacées. Un p8le magnétique est défini par la zone du disque située à l'intérieur de l'anneau de fente intérieur, deux p8les étant définis par la zone entre les anneaux, et le quatrième p8le étant défini par la zone située à 1 l'extérieur de l'anneau extérieur. Si le disque 10 comprend un troisième anneau de fente, le rotor 11 peut
alors faire partie d'un embrayage hexapolaire.
Les fentes 20 de chaque anneau sont séparées les unes des autres par des ponts magnétiques 21 espacés angulairement (figure 3), qui sont maintenus entre les fentes afin de conserver l'intégrité mécanique du disque 10. Chaque fente est généralement appelée une fente "en banane" pour autant que chacune d'elles ait une forme comportant un côté extérieur incurvé et allongé, un c8té intérieur concentrique et allongé et deux
extrémités arrondies.
Conformément à la présente invention, les fentes 20 sont réalisées dans le disque 10 au moyen d'un faisceau laser 25 qui, bien qu'ayant une densité de puissance relativement faible, est capable de créer des fentes relativement larges. A cet effet, le faisceau laser est défocalisé par rapport au disque et un jet de gaz sous pression est utilisé en combinaison avec le faisceau. Comme on le verra ultérieurement, l'emploi du faisceau défocalisé et du jet sous pression permet à un laser de puissance donnée de créer une fente plus
large que ce ne serait possible autrement.
Dans le cas présent, le faisceau laser 25 est dirigé vers le bas par une pointe de focalisation 26 située à l'extrémité inférieure d'une tête laser 27. Le disque 10 et la tête laser 27 sont conçus pour tourner l'un par rapport à l'autre autour d'un axe coïncidant avec le centre du disque et, dans ce cas particulier, la rotation relative est réalisée en maintenant la tête laser fixe dans l'espace et en faisant tourner le rotor 11 autour de son propre axe. Il est bien évident que le rotor pourrait être maintenu en position fixe et que la tête laser pourrait parcourir
un trajet circulaire autour de l'axe du rotor.
1 La pointe 26 focalise le faisceau 25 de façon à ce que le diamètre du faisceau soit de l'ordre de 0,25 à 0,5 mm dans sa section transversale la plus étroite. C'est dans cette zone de section étroite que la densité de puissance du faisceau laser est la plus grande, la densité de puissance d'un laser typique étant d'environ 15,5 - 105 watts/cm2. Avec cette valeur de densité de puissance et avec le point focal 35 situé dans le plan du disque 10, le faisceau est capable de découper rapidement de l'acier à faible teneur en carbone, mais ne peut découper en une seule passe que des fentes ayant une largeur relativement faible de
l'ordre de 0,25 à 0,5 mm.
Dans le cadre de l'invention,le faisceau 25 est défocalisé par rapport au disque 10, soit en abaissant la pointe laser 26 par rapport au disque, soit en soulevant le disque par rapport à la pointe laser. Dans l'un et l'autre cas, le point focal 35 ou la zone de plus faible diamètre du faisceau est abaissé dans ou en dessous du plan du disque, comme le montre la figure 4, tandis que le diamètre du faisceau, à l'endroit o celui-ci touche la face 14 du disque pour la première fois, se trouve sensiblement augmenté. Cette augmentation diminue la densité de puissance du faisceau sur la face 14 du disque, mais l'emploi du jet de gaz
sous pression compense cette réduction.
Comme le montre la figure 2, le jet de gaz sous pression est dirigé contre le disque 10 par une tuyère 30. Le gaz est amené sous pression à la tuyère par un flexible 31, tandis que la tuyère envoie le gaz sur une zone du disque immédiatement voisine de la zone balayée par le faisceau 25. Le jet sous pression chasse le métal fondu des fentes 20 et permet ainsi au faisceau
défocalisé de découper efficacement une large fente.
Par exemple, l'emploi d'un jet d'air avec un faisceau 1 défocalisé ayant une densité de puissance de 15,5.103 watts/cm2 permet de découper des fentes ayant une largeur
jusqu'à 1,9 mm.
Si l'on utilise un jet d'oxygène au lieu d'un jet d'air, l'oxygène réagit avec l'acier du disque et permet de fondre l'acier à une vitesse plus grande que
ce ne serait possible en utilisant le faisceau seul.
Ceci permet au laser de créer des fentes relativement larges à une vitesse relativement élevée. L'emploi d'oxygène comme gaz auxiliaire permet de découper des fentes ayant une largeur jusqu'à 5 mm en une seule passe, mais les bords des fentes sont quelque peu plus irréguliers que les bords des fentes réalisées en
utilisant de l'air comme gaz auxiliaire.
Claims (4)
1. Procédé pour réaliser un disque d'accouplement multipolaire pour un accouplement magnétique, ledit procédé comprenant les étapes de préparer un disque en matériau magnétique, de diriger un faisceau laser sur une face de ce disque à un endroit entre le centre du disque et sa périphérie extérieure, en faisant agir ledit faisceau laser à un point du disque écarté du point focal du faisceau laser tandis-que le faisceau est défocalisé par rapport au disque, d'effectuer une rotation relative entre le disque et le faisceau laser pour que le faisceau laser défocalisé fasse fondre des parties du disque et crée des fentes incurvées relativement larges dans le disque, et d'injecter un jet de gaz sous pression sur le disque pendant la formation des fentes, ce jet étant à proximité immédiate dudit faisceau laser, afin de réaliser un disque d'accouplement multipolaire pour un accouplement magnétique, ledit procédé comprenant les étapes de préparer un disque en matériau magnétique, de diriger un faisceau laser sur une face de ce disque à un endroit entre le centre du disque et sa périphérie extérieure, en faisant agir ledit faisceau laser à un point du disque écarté du point focal du faisceau laser tandis que le faisceau est défocalisé par rapport au disque, d'effectuer une rotation relative entre le disque et le faisceau laser pour que le faisceau laser défocalisé fasse fondre des parties du disque et crée des fentes incurvées relativement larges dans le disque, et d'injecter un jet de gaz sous pression sur le disque pendant la formation des fentes, ce jet étant à proximité
immédiate dudit faisceau laser..
2. Procédé selon la revendication 1, 1 caractérisé en ce que ledit gaz est de l'air qui chasse ledit matériau de la fente lorsque celle-ci est créée
par ledit faisceau laser.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz est de l'oxygène et réagit avec ledit matériau pour faciliter la fusion du disque, cet oxygène chassant le matériau de la fente lorsque
celle-ci est créée par ledit faisceau laser.
4. procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit faisceau laser est fixe dans l'espace, ladite rotation relative étant obtenue en faisant tourner le disque autour d'un axe traversant le centre du disque et perpendiculaire à une face de
ce disque.
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