FR3065420A1 - Frein pour moteur electrique - Google Patents

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Abstract

Frein (20) pour moteur électrique comportant un rotor (11) muni d'un arbre (12) tournant autour d'un axe de rotation (X), le frein (20) comportant : - une culasse électromagnétique (24), - au moins une armature mobile (30) déplaçable sous l'effet de l'alimentation électrique de la culasse (24), - au moins un disque de friction (31), destiné à être entraîné en rotation avec l'arbre (12), - optionnellement, une contre-plaque (21) pour fixer le frein (20) à un flasque arrière (50) du moteur (10), - une pluralité d'éléments de fixation (25) pour fixer la culasse (24) au flasque arrière (50) du moteur (10) ou à la contre-plaque (21) lorsque présente, et un bandeau d'étanchéité (8) disposé au moins autour d'un jeu fonctionnel (j) entre le disque de friction (31) et l'armature mobile (30), le bandeau d'étanchéité (8) étant radialement extérieur au disque de friction (31) et radialement intérieur aux éléments de fixation (25).

Description

Domaine technique
La présente invention concerne les freins pour moteurs électriques.
Art antérieur
Certains moteurs sont équipés de freins à manque de courant, qui bloquent le rotor du moteur lorsqu’ils cessent d’être alimentés électriquement.
Ces freins comportent classiquement une culasse fixe par rapport au carter du moteur, qui loge une bobine, et une armature mobile qui peut être déplacée sous l’effet d’un champ magnétique généré par la bobine. Des ressorts de rappel exercent une poussée sur l’armature pour la maintenir en position de blocage du rotor lorsque la bobine n’est pas alimentée. Pour desserrer le frein, un courant est envoyé dans la bobine, ce qui éloigne l’armature de sa position de blocage, contre l’action de rappel des ressorts.
WO2015/177767 divulgue un frein à manque de courant de ce type.
On connaît dans l’art antérieur un frein muni d’un bandeau d’étanchéité entourant un disque de friction disposé entre une armature mobile sous l’action d’un électroaimant logé dans une culasse, et une contre-plaque ou entre cette armature et un flasque arrière du moteur sur lequel tiennent les roulements et qui sert aussi de palier. La culasse est traversée à sa périphérie par des éléments de fixation fixés à la contre-plaque ou directement au flasque arrière du moteur. Le diamètre du disque de friction est inférieur au diamètre extérieur de la culasse. Le couple de freinage et la réserve d’usure s’en trouvent limités, sauf à accroître le diamètre extérieur de la culasse. Cela peut obliger à multiplier le nombre de freins.
Objectifs de l’invention
Il existe un besoin pour perfectionner encore les freins pour moteurs électriques afin notamment de les rendre compacts et adaptés à un fonctionnement dans un environnement industriel où ils sont susceptibles d’être exposés à l’humidité et aux poussières, tout en ayant un couple de freinage élevé.
Résumé de l’invention
L’invention répond à ce besoin en proposant un frein pour moteur électrique comportant un rotor muni d’un arbre tournant autour d’un axe de rotation, le frein comportant :
- une culasse électromagnétique, au moins une armature mobile déplaçable sous l’effet de l’alimentation électrique de la culasse, au moins un disque de friction, destiné à être entraîné en rotation avec l’arbre, optionnellement, une contre-plaque pour fixer le frein à un flasque arrière du moteur,
- une pluralité d’éléments de fixation pour fixer la culasse au flasque arrière du moteur ou à la contre-plaque lorsque présente, et
- un bandeau d’étanchéité disposé au moins autour d’un jeu fonctionnel entre le disque de friction et l’armature mobile, le bandeau d’étanchéité étant radialement extérieur au disque de friction et radialement intérieur aux éléments de fixation.
L’invention permet d’éviter l’entrée de poussières au moins dans le jeu fonctionnel entre le disque de friction et l’armature mobile.
Grâce au fait que le bandeau d’étanchéité est radialement intérieur aux éléments de fixation, le diamètre du disque de friction n’a pas à être réduit pour laisser passer ces derniers, ce qui permet de conserver un couple de freinage et une réserve d’usure importants.
De préférence, le bandeau d’étanchéité est réalisé en un matériau polymérique, de préférence élastomère, notamment thermoplastique. En variante, le bandeau d’étanchéité est réalisé en métal ou en matière plastique non élastomère.
Lorsqu’il est en élastomère, le bandeau d’étanchéité peut être surmoulé sur une armature.
Le bandeau d’étanchéité peut présenter, à hauteur du jeu fonctionnel, une épaisseur comprise, environ, entre 0,5 et 10 mm, de préférence entre 0,5 et 5 mm.
Le bandeau d’étanchéité peut être fixé de diverses façons sur la machine.
Le bandeau d’étanchéité peut présenter au moins une lèvre annulaire d’étanchéité s’appliquant sur le flasque arrière du moteur ou la contre-plaque lorsque présente. La présence d’une telle lèvre peut contribuer au maintien du bandeau d’étanchéité sur le flasque arrière du moteur ou la contre-plaque.
Le bandeau d’étanchéité peut alternativement présenter au moins un retour engagé dans une gorge périphérique du flasque arrière du moteur ou de la contre-plaque, lorsque présente.
Le bandeau d’étanchéité peut présenter au moins un retour engagé dans une gorge périphérique de la culasse, pour maintenir le bandeau d’étanchéité sur celle-ci.
Le frein selon l’invention comporte de préférence des entretoises traversées par les éléments de fixation.
Les éléments de fixation peuvent comporter des vis ou des goujons.
De préférence, les éléments de fixation sont fixés à des pattes de la contreplaque, lorsque présente, les pattes s’étendant radialement vers l’extérieur ou au flasque arrière du moteur. Par ailleurs, les éléments de fixation peuvent être fixés à des pattes de la culasse s’étendant radialement vers l’extérieur. La présence de ces pattes permet d’écarter radialement les éléments de fixation et de laisser le jeu radial nécessaire à la mise en place du bandeau d’étanchéité, tout en autorisant la circulation du flux d’air de ventilation pour refroidir le moteur.
Le frein selon l’invention comporte par exemple quatre éléments de fixation situés à la même distance de l’axe de rotation. Ces éléments de fixation sont, en variante, asymétriques par rapport à l’axe de rotation.
Le bandeau d’étanchéité peut s’étendre autour d’un jeu fonctionnel entre l’armature mobile et la culasse. Le bandeau d’étanchéité peut s’étendre autour d’un jeu fonctionnel entre le disque de friction et le flasque arrière du moteur ou la contre-plaque, lorsque présente.
L’invention a encore pour objet une machine électrique comportant au moins un frein tel que défini plus haut et un moteur électrique.
Brève description des figures
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 est une vue schématique et partielle en perspective de la partie arrière d'une machine électrique dont le moteur est équipé d'un frein selon l'invention,
- la figure 2 est un agrandissement du frein représenté à la figure 1,
- les figures 3A et 3B représentent le détail III de la figure 2 dans les configurations de libre rotation et de freinage respectivement,
- la figure 4 est une vue schématique en perspective éclatée d’un frein selon l’invention,
- la figure 5 est une vue schématique en coupe axiale du bandeau d’étanchéité de la figure 4,
- la figure 6 représente le détail VI de la figure 5,
- la figure 7 représente de manière schématique et partielle, en vue de côté, un exemple de frein selon l’invention, fixé au flasque arrière du moteur, et
- la figure 8 illustre de manière schématique et partielle, en coupe axiale, un exemple de coopération entre un bandeau d’étanchéité et un flasque arrière du moteur.
Description détaillée des figures
La machine électrique 1 selon l'invention, représentée à la figure 1, comporte un moteur 7 dont seule la partie arrière est partiellement représentée et un frein 20 qui est associé à ce moteur.
Le frein 20 est logé dans un capot 10 muni d’une grille 6 d’aération.
Le moteur électrique 7 peut être de tout type connu, synchrone ou asynchrone, à aimants permanents ou non, à stator à bobinage distribué ou concentré, et à rotor intérieur ou extérieur.
Dans l'exemple illustré aux figures 1 et 2, le moteur 7 comporte, comme on peut le voir sur la figure 1, un rotor intérieur 11 pourvu d'un arbre 12 tournant autour d'un axe de rotation X.
Le rotor 11 tourne à l'intérieur d'un carter 13 sur lequel est fixé le frein 20. Dans l’exemple illustré, le carter 13 du moteur 7 est fermé à son extrémité arrière par un flasque 14 qui est traversé par l'arbre 12.
L’arbre 12 porte à son extrémité arrière un ventilateur 9 disposé près de la grille 6 et générant un flux d’air de refroidissement.
Le frein 20 comporte, dans cet exemple, une contre-plaque 21 qui sert à sa fixation sur le moteur 7, par exemple à l’aide de vis non représentées, engagées dans le carter 13.
Le frein 20 comporte une culasse 24 fixée sur la contre-plaque 21 par l'intermédiaire d’éléments de fixation 25 constitués par des vis dans ce mode de réalisation. Les éléments de fixation 25 traversent des entretoises 26, au nombre de quatre dans cet exemple.
Comme visible sur la figure 2, les éléments de fixation 25 sont fixés à une extrémité à des pattes 45 de la contre-plaque 21 s’étendant radialement vers l’extérieur et prennent appui à l’autre extrémité sur des pattes 47 de la culasse 24 s’étendant également radialement vers l’extérieur.
Tous les éléments de fixation 25 sont, dans cet exemple, situés à équidistance de Taxe de rotation X.
Le frein 20 comporte une armature 30, mobile axialement selon Taxe de rotation X, et un disque de friction 31 qui tourne avec l’arbre 12 et qui est disposé entre l'armature 30 et la contre-plaque 21.
L’armature 30 est mobile axialement selon Taxe X entre une position dite de freinage où elle s’applique contre le disque de friction 31 et une position de libre rotation de l’arbre 12 où elle est écartée du disque de friction 31.
Le disque de friction 31 supporte des garnitures 32 et 33, destinées respectivement à venir en appui sur la contre-plaque 21 et l'armature 30 lorsque cette dernière est dans la position de freinage.
L’armature 30 est sollicitée dans la position de freinage par des ressorts de poussée 35, visibles dans le mode de réalisation de la figure 4, disposés au sein de la culasse 24. Ces ressorts de poussée 35 tendent à maintenir l’armature 30 dans sa position de freinage en l’absence d’alimentation électrique du frein 20.
La culasse 24 loge un électroaimant 39. Lorsque celui-ci est alimenté électriquement, il exerce un champ magnétique qui tend à déplacer l'armature 30 en éloignement de la contre-plaque 21 et ainsi à l'écarter du disque de friction 31. La culasse 24 est par exemple réalisée par fonderie en aluminium ou alliage d'aluminium.
Selon l’invention, le frein 20 comporte un bandeau d’étanchéité 8 de forme annulaire entourant au moins le disque de friction 31, l’armature mobile 30 et les garnitures 32 et 33, et qui s’étend selon Taxe de rotation X de la contre-plaque 21 à la culasse 24. Ce bandeau d’étanchéité 8 est disposé entre les entretoises 26 et le disque de friction 31.
Le bandeau d’étanchéité 8 est dans cet exemple réalisé en un matériau polymérique élastomère. Le bandeau d’étanchéité 8 présente intérieurement, comme visible sur la figure 2, à une extrémité axiale, un retour périphérique 41 vers l’intérieur, engagé dans une gorge périphérique extérieure 58 de la contre-plaque 21. Le bandeau 8 comporte à l’autre extrémité axiale un retour périphérique 40 vers l’intérieur, engagé dans une gorge périphérique extérieure 48 de la culasse 24. Extérieurement, le bandeau d’étanchéité 8 présente une surface sensiblement lisse, dans l’exemple illustré.
Comme illustré sur les figures 3A et 3B, le bandeau d’étanchéité 8 est disposé autour du jeu fonctionnel k entre le disque de friction 31 et la contre-plaque 21 et autour du jeu fonctionnel j entre le disque de friction 31 et l’armature mobile 30. La configuration de l’armature mobile 30 représentée à la figure 3A correspond à la position de libre rotation où l’armature 30 est écartée du disque de friction 31. Dans ce cas, les jeux fonctionnels j et k sont non nuis. Lors du passage de la position de libre rotation à la position de freinage, l’armature mobile 30 se déplace vers la contre-plaque 21 de sorte à venir en appui, par l’intermédiaire de la garniture 33, contre le disque de friction 31 et déplacer ce dernier pour l’amener contre la contre-plaque 21 par l’intermédiaire de la garniture 32. Dans la position de freinage représentée à la figure 3B, le jeu fonctionnel k est nul et le jeu fonctionnel j est entre l’armature mobile 30 et la culasse 24.
Le bandeau d’étanchéité 8 est disposé autour du disque de friction 31 et de l’armature mobile 30 avec un espacement w de quelques millimètres, par exemple compris entre 3 et 8 mm.
Dans la variante représentée aux figures 4 à 6, le bandeau d’étanchéité 8 présente, à une extrémité axiale, deux lèvres annulaires périphériques d’étanchéité 55 et 56, s’étendant vers l’intérieur, s’appliquant sur la périphérie extérieure de la contre-plaque 21, à la place du retour 41. Ces lèvres d’étanchéité 55 et 56, plus particulièrement visibles sur les figures 5 et 6, présentent chacune par exemple une forme triangulaire en section transversale avec une arête 57. Elles sont séparées l’une de l’autre par une gorge 62. La distance c entre les arêtes est par exemple de 2,8 mm.
Dans cet exemple, la largeur l du bandeau d’étanchéité 8 est d’environ 3 cm entre ses deux extrémités axiales. Son épaisseur e, en dehors des lèvres d’étanchéité 55 et 56 et du retour 40, est de 1 mm.
Dans un autre mode de réalisation, représenté sur les figures 7 et 8, dans lequel le frein ne comporte pas de contre-plaque, le bandeau d’étanchéité 8 coopère avec le flasque arrière 50 du moteur 10. Dans ce cas, le bandeau d’étanchéité 8 présente par exemple un retour 60 engagé dans une gorge périphérique 59 du flasque arrière 50, tel qu’illustré schématiquement sur la figure 8. Il est à noter que, dans ce cas, le flasque arrière 50 du moteur est agencé pour recevoir les éléments de fixation 25.
Le flasque arrière 50 du moteur 10 est soit rapporté sur le carter 13 soit réalisé au moins partiellement d’une seule pièce avec celui-ci.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.
Le frein selon l’invention peut comporter plus d’un disque de friction.
Le bandeau d’étanchéité peut être réalisé en métal.
Le nombre d’éléments de fixation peut être différent.
Les éléments de fixation peuvent être positionnés de manière asymétrique par rapport à l’axe de rotation.
Le bandeau d’étanchéité 8 peut comporter une, ou deux, lèvre(s) d’étanchéité à une extrémité axiale et une, ou deux, autre(s) lèvre(s) d’étanchéité à l’autre extrémité axiale.
Le bandeau d’étanchéité 8 peut être entouré d’un collier à serrage concentrique pour le plaquer à ses extrémités contre des surfaces d’appui de la culasse du frein et du flasque du moteur par exemple.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Frein (20) pour moteur électrique comportant un rotor (11) muni d’un arbre (12) tournant autour d’un axe de rotation (X), le frein (20) comportant :
    - une culasse électromagnétique (24), au moins une armature mobile (30) déplaçable sous l’effet de l’alimentation électrique de la culasse (24), au moins un disque de friction (31), destiné à être entraîné en rotation avec l’arbre (12), optionnellement, une contre-plaque (21) pour fixer le frein (20) à un flasque arrière (50) du moteur (10),
    - une pluralité d’éléments de fixation (25) pour fixer la culasse (24) au flasque arrière (50) du moteur (10) ou à la contre-plaque (21) lorsque présente, et
    - un bandeau d’étanchéité (8) disposé au moins autour d’un jeu fonctionnel (j) entre le disque de friction (31) et l’armature mobile (30), le bandeau d’étanchéité (8) étant radialement extérieur au disque de friction (31) et radialement intérieur aux éléments de fixation (25).
  2. 2. Frein (20) selon la revendication précédente, le bandeau d’étanchéité (8) étant réalisé en un matériau polymérique, notamment élastomère ou thermoplastique.
  3. 3. Frein (20) selon l'une des revendications précédentes, le bandeau d’étanchéité (8) présentant au moins une lèvre annulaire d’étanchéité (41) s’appliquant sur le flasque arrière (50) du moteur (10) ou la contre-plaque (21) lorsque présente.
  4. 4. Frein (20) selon la revendication 1 ou 2, le bandeau d’étanchéité (8) présentant au moins un retour (41) engagé dans une gorge périphérique (58) de la contre-plaque (21) lorsque présente ou un retour (60) engagé dans une gorge périphérique (59) du flasque arrière (50) du moteur (10).
  5. 5. Frein (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le bandeau d’étanchéité (8) présentant au moins un retour (40) engagé dans une gorge périphérique (48) de la culasse (24).
  6. 6. Frein (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des entretoises (26) traversées par les éléments de fixation (25).
  7. 7. Frein (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, les éléments de fixation (25) étant fixés à des pattes (45) de la contre-plaque (21), lorsque présente, s’étendant radialement vers l’extérieur, ou directement au flasque arrière (50) du moteur (10).
    5
  8. 8. Frein (20) l’une quelconque des revendications précédentes, les éléments de fixation (25) étant fixés à des pattes (47) de la culasse (24) s’étendant radialement vers l’extérieur.
  9. 9. Frein (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, les éléments de fixation (25) comportant des vis ou des goujons.
  10. 10 10. Frein (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant quatre éléments de fixation (25), situés à la même distance de l’axe de rotation (X).
  11. 11. Frein (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le bandeau d’étanchéité (8) s’étendant autour d’un jeu fonctionnel (k) entre le disque de friction (31) et le flasque arrière (50) du moteur (10) ou la contre-plaque (21)
    15 lorsque présente.
  12. 12. Machine électrique (1) comportant au moins un frein (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes et un moteur électrique (7).
    1/5
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AU455043B2 (en) * 1970-05-14 1974-10-30 ADAM BAUMULLER Gmbh FABRIK FUR ELEKTROT ROBNIK Single disc brake for motors, more especially electric motors
DE102013219878B3 (de) * 2013-10-01 2015-03-12 Kendrion (Villingen) Gmbh Elektromagnetisch betätigbare Federdruckbremse sowie Verfahren zur Herstellung derselben
WO2015177767A1 (fr) * 2014-05-23 2015-11-26 Moteurs Leroy-Somer Frein pour une machine electrique et machine electrique equipee d'un tel frein

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