FR2875969A1 - Ralentisseur electromagnetique, ainsi que vehicule et banc de test equipes d'un tel ralentisseur - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un ralentisseur électromagnétique, pour la réduction d'une vitesse de rotation d'une machine tournante, le ralentisseur comportant un stator et un rotor (15) porté par un arbre (16) la partie magnétique du rotor étant réalisée en au moins deux parties (151, 152).L'invention concerne également un véhicule automobile et un banc de test équipés d'un tel ralentisseur.

Description

2875969 1

Ralentisseur électromagnétique, ainsi que véhicule et banc de test équipés d'un tel ralentisseur.

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un ralentisseur électromagnétique pour la réduction d'une vitesse de rotation d'une machine tournante, ainsi qu'un véhicule automobile et un banc de test équipés d'un tel ralentisseur.

La présente invention concerne un ralentisseur électromagnétique destiné à être utilisé dans un véhicule automobile comme dispositif de freinage d'appoint ou d'endurance ou sur un banc de test comme charge réglable d'un moteur monté en test sur ce banc.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Pour ralentir des véhicules automobiles présentant une grande inertie liée à leur poids et à la vitesse avec laquelle ils se déplacent, il est nécessaire d'utiliser un freinage d'appoint, qui est un dispositif de freinage d'endurance, car un freinage classique avec le frein de service des véhicules, utilisant des patins ou plaquettes de frein frottant contre un disque d'un moyeu de roue, n'est pas toujours suffisant pour assurer de manière sûre le ralentissement, voire le freinage de ces véhicules.

En effet, le frottement des freins de service étant à la base de leur fonctionnement, la sécurité du freinage dépend de l'efficacité du frottement, par exemple, des patins contre un disque. De plus, le frottement engendrant de la chaleur, et un échauffement trop élevé des patins et du disque réduisant l'efficacité du freinage, l'utilisation du frein de service est exclu dès lors qu'un freinage d'endurance est nécessaire, par exemple sur une route en descente. Outre cette restriction, une utilisation très fréquente du frein de service entraîne une consommation assez importante en 2875969 2 patins de frein et heures de maintenance pour le remplacement des patins usés.

Au contraire des freins à friction, les ralentisseurs électromagnétiques, utilisés typiquement en tant que dispositifs de freinage d'appoint et d'endurance, sont des éléments presque sans usure. En effet, leur conception et leur fonctionnement sont basés sur le principe des courants de Foucault, un phénomène électromagnétique demandant l'absence de contact physique et donc de frottement des pièces intervenant.

Ainsi, un ralentisseur électromagnétique tel que ceux décrits dans les documents FR-2.440.110 et FR-2.577.357, comporte au moins un stator et au moins un rotor. Le stator est traversé par un arbre et le rotor est assemblé avec l'arbre de façon à présenter une face cylindrique externe à proximité d'une face cylindrique interne du stator et avec un entrefer de faible épaisseur interposé entre le rotor et le stator. Le rotor et le stator sont montés coaxialement et selon deux plans parallèles l'un à l'autre. Selon le modèle de ralentisseur électromagnétique choisi, c'est soit le rotor soit le stator qui comporte un nombre pair de bobines de fils électriques de polarité alterné et propre à engendrer un champ magnétique dans une pièce ferromagnétique du stator, lorsque le rotor est inducteur, et vice-versa. L'engendrement des courants induits dans la pièce ferromagnétique, dits courants de Foucault, étant accompagné d'un échauffement du rotor par effet Joule dont il résulte une perte d'énergie, il faut en général refroidir le ralentisseur électromagnétique moyennant un fluide gazeux ou liquide. Dans le cas d'un refroidissement par air, le ralentisseur comprend un ventilateur et dans le cas d'un refroidissement par un fluide, le ralentisseur comprend une chemise de refroidissement, communément appelée chemise d'eau.

Pour obtenir le fonctionnement typique d'un ralentisseur électromagnétique, le stator comprend un 2875969 3 inducteur formé par des bobines de fils électriques, propre à engendrer un champ magnétique dans une pièce ferromagnétique du rotor constituant l'induit. Lorsque le rotor est mis en rotation, les parcelles de métal du rotor coupent des lignes d'induction du champ magnétique engendré par les bobines de l'inducteur. Il en résulte les naissances des courants induits dans la pièce ferromagnétique. Ces courants induits, en raison d'une faible résistance électrique qui leur est offerte dans cette pièce ferromagnétique, ont une intensité notable et, suivant la loi de Lenz, un sens tel qu'ils s'opposent par leurs effets, à la cause qui leur donne le sens, à savoir le mouvement de rotation du rotor. Plus le champ magnétique engendré par les bobines de l'inducteur est fort, plus les courants de Foucault sont forts aussi et engendrent de leur côté un champ magnétique inverse fort ayant pour effet de ralentir, et finalement freiner le rotor plus rapidement.

Ci-après, le ralentisseur électromagnétique de l'invention sera expliqué en rapport avec un véhicule automobile pour lequel il constitue un dispositif de freinage d'appoint et d'endurance. Toutefois, les explications générales et la description des modes de réalisation d'un ralentisseur électromagnétique de l'invention sont transposables par analogie à d'autres applications, par exemple à l'application d'un ralentisseur électromagnétique dans un banc de test pour moteurs ou machines tournantes où l'énergie de freinage employée par le ralentisseur est réglable et constitue une mesure pour la puissance du moteur. En effet, le régime du ralentisseur peut être varié et réglé très facilement, alors que l'inertie d'une masse tournante, entraînée par le moteur en test, ne l'est pas.

De même, il sera fait référence par la suite de manière générale à un véhicule automobile sans distinction spécifique entre un camion, un autobus ou tout autre type de véhicule que l'on souhaite équiper 2875969 4 d'un ralentisseur électromagnétique pour le rendre utilisable dans des applications particulières, notamment sur des parcours comprenant des routes en descente.

Comme il ressort de la description générale d'un

ralentisseur électromagnétique donnée ci avant, le rotor du ralentisseur s'avère être un des éléments le plus sollicités, sinon même le plus sollicité, du ralentisseur. Cette sollicitation est double du fait que, dans le cas où le rotor constitue l'inducteur, il doit permettre d'engendrer un champ magnétique, c'est-à-dire être en un matériau ferromagnétique, et supporter les bobines inductrices. De plus, le rotor doit avoir une bonne tenue mécanique en rotation puisque c'est le rotor qui est à la base de la transmission du couple de freinage sur l'arbre primaire du ralentisseur. De plus, la liaison entre le rotor et l'arbre doit être suffisamment forte et fiable pour pouvoir assurer non seulement la transmission du couple de freinage, mais aussi résister à toutes les contraintes mécaniques inhérentes à une telle transmission, notamment des contraintes de torsion, de vibration, de chocs et de la fatigue.

Pour adapter les ralentisseurs au mieux à des applications différentes, et plus particulièrement pour adapter leur capacité thermomécanique à ces applications et aux contraintes qui en résultent, il peut être nécessaire de donner au rotor des formes les plus variées. Cependant, il n'est pas toujours facile, voire parfois même impossible d'adapter la conception du rotor au besoin du ralentisseur, puisque la fabrication du rotor avec la forme voulue s'avère trop onéreuse, parfois même impossible en raison de certaines contraintes de procédé de fabrication.

OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention est de pallier les difficultés énoncées plus haut en proposant un 2875969 5 ralentisseur dont le rotor permet d'obtenir des performances améliorées.

Plus particulièrement, le but de la présente invention est de proposer un ralentisseur électromagnétique dont l'amélioration des performances résulte d'une conception améliorée du rotor.

Le but de l'invention est atteint avec un ralentisseur électromagnétique pour la réduction d'une vitesse de rotation d'une machine tournante, le ralentisseur comportant un stator traversé par un arbre ayant une première et une seconde extrémités axialement opposées et destinées à être reliées respectivement à une source motrice et à une charge, et un rotor lié en rotation avec l'arbre, la partie magnétique du rotor étant réalisée en au moins deux parties.

Ce ralentisseur peut avoir, selon le mode de réalisation choisi, encore au moins une des caractéristiques supplémentaires suivantes: - la partie magnétique du rotor est réalisée en au 20 moins deux matériaux différents; - la partie magnétique du rotor est réalisée au partiellement selon un procédé de frittage; - chacune des parties magnétiques du rotor entoure le premier arbre sur une longueur axiale de celui-ci; - le rotor est lié au premier arbre par une liaison de type cannelures; - les parties magnétiques du rotor sont positionnées axialement les unes par rapport aux autres; - la partie magnétique du rotor est réalisée en trois parties.

Dans le ralentisseur de l'invention, le rotor présente des pôles saillants. C'est notamment cette conception qui fait que le rotor constitue une pièce aux formes complexes. En même temps, le rotor demande de très grandes précisions de réalisation. Pour obtenir une pièce ayant des formes complexes, il y a essentiellement trois procédés industriels, à savoir le moulage, l'estampage et 2875969 6 le frittage. Bien que tous les trois procédés répondent aux exigences qui sont à la base de la présente invention, le procédé de frittage y répondra le plus souvent le mieux, notamment en ce qui concerne la conformité avec des tolérances requises.

Un autre paramètre intervenant dans l'amélioration des performances d'un ralentisseur électromagnétique est le choix du matériau. Etant donné que le ralentisseur doit assurer de bonnes performances aussi bien sur le plan thermique que sur le plan mécanique, il ne sera pas toujours facile à un matériau de pouvoir répondre, à lui seul, aux exigences d'un cahier des charges. Aussi, il peut s'avérer utile de choisir deux ou d'avantages de matériaux et de les utiliser simultanément de manière à tirer de chacun de ces matériaux le meilleur avantage et de cumuler les avantages ainsi obtenus. Ceci conduit alors à une réalisation du rotor en au moins autant de parties qu'il doit y avoir de matériaux différents. Selon une variante de réalisation, une au moins de ces parties peut être, à son tour, réalisée en au moins deux parties, si des contraintes de fabrication l'exigent.

En ce qui concerne le choix des matériaux, il convient de se rappeler, que toutes les parties du rotor doivent être réalisées en un matériau ferromagnétique. En conséquence, les différents matériaux consistent en des mélanges différents de fer, cuivre, nickel, molybdène, étain, carbone et autres composantes pour obtenir les caractéristiques voulues du rotor.

Par ailleurs, le mode de fixation du rotor sur l'arbre du ralentisseur peut également avoir une influence sur le choix des matériaux pour la réalisation du rotor. En effet, l'accouplement entre le rotor et l'arbre doit se faire avec une très grande précision afin de minimiser les jeux qui sont néfastes aussi bien au fonctionnement du ralentisseur qu'à sa durée de vie.

Un des modes de fixation le plus efficace est la liaison par cannelures. Ce mode de fixation offre une 2875969 7 bonne répartition des efforts et des contraintes sur le pourtour de l'arbre et permet notamment une réalisation très précise des parties du rotor. Grâce à cet avantage de fabrication, il est possible de réaliser les parties du rotor avec un jeu extrêmement faible, une caractéristique qui non seulement contribue à une réduction de l'usure, mais qui améliore le confort de l'utilisation du ralentisseur par la réduction du bruit de fonctionnement de celui-ci.

Le principe de l'invention selon lequel la partie magnétique du rotor d'un ralentisseur électromagnétique est réalisé en au moins deux parties, sait donc répondre à toutes ces exigences, puisqu'il devient aisé de réaliser une pièce complexe en plusieurs parties et d'assembler ces parties. Cette manière de procéder permet non seulement de limiter la taille des pièces ou parties à réaliser, mais elle permet également d'appliquer des procédés de fabrication particuliers dans des cas où leur utilisation rencontrerait des limites imposées ou par la nature du matériau choisi ou par certaines étapes du procédé.

En effet, dans la réalisation des parties d'un rotor par moulage, les presses travaillent avec des pressions de très fort tonnage. Aussi, les dimensions des différentes parties d'une pièce ont une influence directe sur la conception des moules de production.

Le principe de la présente invention permet par ailleurs aussi, quelque soit le matériau choisi ou la complexité des formes du rotor à réaliser, de prévoir une forme de liaison plus ou moins complexe selon les efforts auxquels le ralentisseur doit faire face.

En effet, la liaison par cannelures apporte un certain nombre d'avantages pour le montage du rotor sur l'arbre. En même temps, cette liaison demande une réalisation très précise des cannelures. Le principe de la présente invention répond donc très bien à cette exigence dans la mesure où il est plus facile de former 2875969 8 des cannelures sur une pièce ou sur une partie de pièce, lorsque la face destinée à comporter les cannelures correspond à une face extérieure de la pièce ou de la partie de pièce, par opposition à la circonférence d'une ouverture destinée à recevoir un arbre.

Le but de l'invention est également atteint avec un véhicule automobile équipé d'un ralentisseur électromagnétique ayant les caractéristiques décrites plus haut ainsi qu'avec un banc de test dont la charge est constituée par un ralentisseur électromagnétique ayant les caractéristiques décrites plus haut.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci- après d'un mode de réalisation d'un ralentisseur selon l'invention, cette description illustrative et nullement limitative étant faite en référence aux dessins dans lesquels: la figure 1 représente schématiquement un 20 ralentisseur partiellement en coupe et représentant un ralentisseur selon un mode de réalisation préféré de l'invention; - les figures 2 et 3 montrent schématiquement un rotor fritté en deux parties; et - la figure 4 montre schématiquement un rotor fritté en trois parties.

DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION PREFERE DE L'INVENTION La figure 1 montre schématiquement, en une vue en 30 perspective avec une coupe partielle, un ralentisseur selon l'invention.

La figure 1 représente un ralentisseur électromagnétique 1 selon l'invention en une vue en perspective avec coupe partielle axiale et monté sur une 35 boîte de vitesse 2 d'un véhicule automobile. Ce 2875969 9 ralentisseur, qui est destiné à ralentir un arbre de transmission du véhicule et plus particulièrement ici l'arbre de sortie de la boîte de vitesse 2, en engendrant un champ magnétique à répartition alternée dans une pièce ferromagnétique, comprend une chemise de refroidissement 10 comportant un conduit unique 11 de forme hélicoidale en une seule spire. Ce conduit 11, qui est délimité par une paroi radialement intérieure 17 et une paroi radialement extérieure 18 entre lesquelles sont posés des joints d'étanchéité 19, comprend une entrée 12 et une sortie 13 pour le liquide de refroidissement.

Le ralentisseur 1 est équipé d'un générateur 3 destiné à fournir l'énergie d'excitation nécessaire pour engendrer le champ magnétique à répartition alternée. Ce générateur 3 comprend un stator inducteur formé par une couronne de bobines ou enroulements 4 de fils électriques autour de noyaux 5 constituant des pôles magnétiques multiples à polarités alternées, un rotor non représenté, situé au droit des bobines 4 et constituant un induit de ce générateur 3, ainsi qu'un ventilateur 6. Le stator entoure le rotor avec un faible entrefer.

Les bobines 4 sont alimentées par une source de courant continu telle qu'une batterie du véhicule équipé du ralentisseur 1. L'intensité de ce courant est réglée en fonction du couple de freinage que le ralentisseur doit produire. En effet, en réglant l'intensité du courant d'induction des bobines 4, on règle l'intensité du courant électrique engendré par le générateur 3 et, par cela enfin, l'intensité des courants de Foucault générateurs de freinage et d'échauffement, engendrés dans une pièce ferromagnétique 14 du ralentisseur, comme décrit ci-après.

La génération du courant électrique d'alimentation nécessaire à la génération des courants de Foucault, par un générateur 3 intégré dans le ralentisseur 1, apporte un double avantage. Le premier avantage consiste en un apport d'énergie électrique extérieure très faible 2875969 10 prélevé de la batterie du véhicule, par exemple de l'ordre de 20 à 30% de l'énergie totale nécessaire. Le second avantage est celui que la génération du courant électrique par le générateur consomme elle-même une certaine énergie mécanique prélevée sur l'arbre à ralentir.

Pour obtenir l'effet de freinage souhaité, le ralentisseur 1 comprend un rotor 15 porté par un arbre 16 monté tournant à l'intérieur d'un stator 14 et destiné à être solidarisé en rotation avec l'arbre rotatif à ralentir. L'arbre 16, qui est pourvu de cannelures 161 destinées à la fixation du rotor 15 sur l'arbre 16, porte un ventilateur centrifuge 7 pour le refroidissement du rotor 15.

Le rotor 15 comprend par ailleurs une partie magnétique formée par un moyeu 154 et des noyaux 201 radialement disposés, et circonférentiellement espacés, sur le pourtour de ce moyeu 154. Les noyaux 201 sont pourvus, proches de leurs extrémités radialement extérieures, de gorges de réception 202 permettant de retenir une bobine 20 correspondante sur chaque noyau 201. Deux noyaux 201 successifs délimitent entre eux une gorge 203 destinée à recevoir deux moitiés adjacentes de l'une et de l'autre de deux bobines enchâssées sur les deux noyaux.

Le courant d'excitation engendré par le générateur 3 est utilisé par des bobines 20 du rotor 15 du ralentisseur 1 pour engendrer un champ magnétique alternatif. Les bobines 20, qui ne sont représentées que très schématiquement, sont formées par des enroulements de fils électriques autour de noyaux 201 faisant parties intégrantes du rotor 15. Le champ magnétique induit le stator 14 du ralentisseur 1 et y engendre des courants de Foucault, notamment dans la partie inférieure du stator 14 réalisée en un matériau ferromagnétique. Les courants de Foucault étant opposés, par leurs effets, à la cause qui leur donne le sens, à savoir le mouvement de rotation 2875969 11 du rotor, le mouvement de rotation du rotor 15 engendre ainsi un couple de rotation inverse, donc un couple de freinage.

Dans le ralentisseur représenté sur la figure 1, des bobines 20 du rotor 15 créent un champ électromagnétique qui engendre des courants apparaissant et circulant à la surface 17 des parois du stator 14. Ces courants chauffent en surface les parois du stator et en même temps, ils sont à l'origine du couple de freinage.

Ce couple se transmet à l'arbre par l'intermédiaire du rotor 15, le rotor étant lié à l'arbre 16 par des clavettes 21. Un autre moyen de liaison entre le rotor 15 et l'arbre 16 est représenté sur les figures 2 et 3: il s'agit de cannelures 161.

Les figures 2 et 3 montrent la partie magnétique d'un rotor en deux parties selon l'invention, en une vue en perspective respectivement avec et sans une coupe partielle de l'une des deux parties. Les deux parties sont de préférence identiques et symétriques afin de faciliter leur fabrication et afin de simplifier le montage du rotor. Selon cette représentation, le rotor est réalisé en deux parties égales 151, 152, qui se joignent le long d'un plan transversal T par rapport à l'axe du rotor.

Cependant, il est également concevable, sans sortir du principe de la présente invention, de réaliser la partie magnétique du rotor en deux parties identiques et symétriques dont le plan de coupe passe par l'axe de symétrie du rotor.

La figure 2 montre par ailleurs certains détails qui illustrent la complexité qu'un rotor peut avoir. En effet, le rotor comporte des pôles saillants destinés à recevoir des bobines. Ces pôles possèdent également des encoches ou gorges de réception 202 permettant de positionner des cales de maintien des bobines. Le centre du rotor constitue un moyeu 154 cannelé, utile pour la transmission du couple sur l'arbre premier du rotor.

2875969 12 Entre le moyeu central et l'ensemble des pôles saillants, le rotor présente quatre branches de liaison 155, disposées par paires radialement opposées, chaque paire étant perpendiculaire à l'autre, ce qui permet un maintien mécanique de l'ensemble du rotor tout en présentant une zone d'assemblage pour les deux parties du rotor par l'intermédiaire de plots de fixation 156. L'existence de telles branches de liaison contribue à l'évidence à une forme complexe du rotor et favorise ainsi l'utilisation d'un procédé de frittage pour la réalisation des différentes parties du rotor.

La figure 4 montre comme variante du rotor de la figure 3, la partie magnétique d'un rotor en trois parties. Selon cette variante, le moyeu 154, les quatre branches de liaison 155 et une couronne 157 forment une première partie, et les noyaux 201 solidaires d'un élément annulaire de liaison entourant la couronne 157 forment une deuxième et une troisième parties. L'avantage de cette variante réside dans la possibilité de réaliser la première partie, qui doit être fabriquée avec une très grande précision pour assurer un montage parfait sur l'arbre 16, par frittage et de réaliser les deux autres parties en un ou deux autres matériaux magnétiques, le cas échéant avec plus de tolérance de fabrication.

Claims (2)

13 REVENDICATIONS

1. Ralentisseur électromagnétique pour la réduction d'une vitesse de rotation d'une machine tournante, le ralentisseur comportant un stator (14) traversé par un arbre (16) ayant une première et une seconde extrémités axialement opposées et destinées à être reliées respectivement à une source motrice et à une charge, et un rotor (15) lié en rotation avec l'arbre (16), caractérisé en ce que la partie magnétique du rotor (15) est réalisée en au moins deux parties (151, 152).

2. Ralentisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie magnétique du rotor (15) est réalisée en au moins deux matériaux différents.

3. Ralentisseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce la partie magnétique du rotor (15) est au moins partiellement réalisée selon un procédé de frittage.

4. Ralentisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacune des parties magnétiques (151, 152) du rotor (15) entoure l'arbre (16) sur une longueur axiale de celui-ci.

5. Ralentisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le rotor (15) est lié à l'arbre (16) par une liaison de type cannelures (161).

6. Ralentisseur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les parties magnétiques (151, 152) du rotor (15) sont positionnées axialement les unes par rapport aux autres.

7. Ralentisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la partie magnétique du rotor (15) est réalisée en trois parties (151, 153, 154).

8. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il est équipé d'un ralentisseur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.

2875969 14 9. Banc de test pour tester une machine tournante, caractérisé en ce qu'il comprend une charge constituée par un ralentisseur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.