FR3133165A1 - Dispositif de roulage à freinage mixte friction/magnétique, et aéronef ainsi équipé - Google Patents
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Abstract
Dispositif de roulage pour véhicule, comprenant une jante de roue pivotant autour d’un arbre et délimitant deux logements (107.1, 107.2), l’un recevant un dispositif de freinage par friction et l’autre un dispositif de freinage magnétique comprenant un stator (6) solidaire en rotation de l’arbre, un rotor (5) solidaire en rotation de la roue, et un organe de commande (9) du dispositif de freinage magnétique s’étendant au moins partiellement dans l’arbre. Aéronef comportant un tel dispositif de roulage. FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 4
Description
La présente invention concerne le domaine du freinage des roues de véhicule telles que les roues d’aéronef.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Une roue d’aéronef comprend généralement une jante reliée par un voile à un moyeu monté pour tourner sur un arbre (essieu ou fusée) solidaire d’une extrémité d’un atterrisseur.
Il est connu des dispositifs de freinage par friction comprenant une pile de disques de freinage qui est logée dans un espace s’étendant entre la jante et le moyeu et qui comprend une alternance de disques rotoriques liés en rotation avec la roue et de disques statoriques fixes par rapport à l’arbre support de roue. Le dispositif de freinage comprend également des actionneurs hydrauliques ou électromécaniques montés sur un porte-actionneurs et agencés pour appliquer un effort de freinage commandé sur la pile de disques de manière à freiner la rotation de la roue.
Il a été proposé, notamment dans le document FR-A-2953196, d’équiper de telles roues freinées d’un frein auxiliaire électromagnétique assurant une dissipation d'énergie par d'autres moyens que la friction mécanique. Cependant, l’espace libre au niveau de la roue est extrêmement réduit de sorte que l’implantation d’un frein auxiliaire y est compliquée.
Sont en outre connus des dispositifs de freinage magnétique à courant de Foucault (dénommé « Eddy curent brake » en anglais) utilisés pour le freinage de roues de véhicules et plus particulièrement de roues d’aéronef. Le document W0-A-2014/029962 décrit un tel dispositif comprenant un stator qui est pourvu d’un ou plusieurs aimants et qui est monté en regard d’un rotor électriquement conducteur. Le document US-A-20200300310 décrit lui aussi un dispositif de freinage magnétique à courant de Foucault.
D’une manière générale, les performances d’un dispositif de freinage magnétique à courant de Foucault dépendent de la puissance des aimants utilisés et de leurs dimensions. Le dispositif de freinage est donc relativement lourd et encombrant lorsque la puissance maximale de freinage requise est importante. Tel est le cas par exemple d’une utilisation sur avion, alors même que la masse et l’encombrement sont des contraintes sévères pour cette utilisation.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a notamment pour but de proposer un dispositif de roulage présentant des performances de freinage améliorée tout en conservant un encombrement raisonnable.
A cet effet, on prévoit, selon l’invention, un dispositif de roulage pour véhicule, comprenant une jambe pourvue d’un arbre et une roue ayant un moyeu monté pour pivoter sur l’arbre. La roue comprend une jante qui est reliée au moyeu par un voile pour s’étendre coaxialement au moyeu. La jante comprend une première partie annulaire qui s’étend en saillie du voile et en regard du moyeu en délimitant avec celui-ci un premier logement, annulaire, ayant une extrémité fermée par le voile et une extrémité ouverte vers la jambe pour recevoir un dispositif de freinage par friction. La jante comprend une deuxième partie annulaire s’étendant en saillie du voile à l’opposé de la première partie annulaire en délimitant un deuxième logement ayant une extrémité fermée par le voile et une extrémité ouverte à l’opposé. Un dispositif de freinage magnétique est monté dans le deuxième logement, et comprend :
- un premier élément et un deuxième élément qui a une surface en regard d’une surface du premier élément et est mobile en rotation par rapport au premier élément, l’un du premier ou deuxième élément étant solidaire en rotation de l’arbre et l’un du premier ou deuxième élément étant solidaire en rotation de la roue,
- un organe de commande du dispositif de freinage magnétique s’étendant au moins partiellement dans l’arbre.
Cet agencement permet de limiter l’encombrement de la roue en y intégrant au moins en partie le dispositif de freinage magnétique. Il est donc possible de disposer à la fois d’un freinage par friction et d’un freinage magnétique dans une roue dont l’encombrement reste raisonnable pour la plupart des applications envisageables, en particulier celles dans lesquelles le dispositif de roulage, lorsqu’il n’est pas utilisé, doit pouvoir être rentré dans une soute de véhicule. L’intégration d’une partie du frein magnétique dans la roue permet également de limiter la trainée engendrée par le frein magnétique. On dispose ainsi d’une roue pourvue de deux dispositifs de freinage distincts intégrés procurant un freinage particulièrement efficace pour un encombrement relativement limité.
L’invention concerne également un aéronef équipé d’au moins un tel dispositif de roulage.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l’invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
En référence aux figures 1 à 3, le premier mode de réalisation de l’invention est décrit en application à un aéronef 100 comportant des dispositifs de roulage formant chacun un atterrisseur monté sur la structure de l’aéronef pour pivoter entre une position sortie (représentée sur la ) et une position rentrée dans une soute 108 sous l’action d’un actionneur de train 109 connu en lui-même et relié à une unité électronique de commande 110. Chaque atterrisseur comporte une jambe 101 ayant une extrémité pourvue de deux arbres 102 coaxiaux sur chacun desquels est montée pour pivoter une roue 103. Chaque roue 103 comporte de façon connue en soi un moyeu 104 monté pour pivoter sur l’arbre 102 et une jante 105 qui est reliée au moyeu 104 par un voile 106 et qui possède deux flancs annulaires entre lesquels est logé un pneumatique. Les deux arbres 102 sont d’une seule pièce, creux et ont une surface extérieure servant de portée aux roulements guidant le moyeu 104 de chaque roue 103 en rotation autour de l’axe central de l’arbre 102.
La jante 105 comprend une première partie annulaire 105.1 qui s’étend en saillie du voile 106 et en regard du moyeu 104 en délimitant avec celui-ci un premier logement 107.1, annulaire, ayant une extrémité fermée par le voile 106 et une extrémité ouverte vers la jambe 101. La jante 105 comprend une deuxième partie annulaire 105.2 s’étendant en saillie du voile 106 à l’opposé de la première partie annulaire 105.1 en délimitant un deuxième logement 107.2 de forme cylindrique ayant une extrémité fermée par le voile 106 et une extrémité ouverte à l’opposé. Le deuxième logement 107.2 est en communication avec le volume interne de l’arbre 102.
Selon l’invention, les roues 103 sont équipées chacune d'un dispositif de freinage à friction logé dans le premier logement 107.1 et d’un dispositif de freinage magnétique logé dans le deuxième logement 107.2.
Le dispositif de freinage à friction comprend des éléments mobiles en rotation, ou rotors 1, et des éléments fixes en rotation, ou stators 2.
Plus précisément ici, les stators 2 et les rotors 1 sont en forme de disques, coaxiaux à la roue 103, ayant donc des axes centraux confondus avec l’axe de rotation de la roue 103. Les stators 2 et les rotors 1 sont disposés en alternance et ont des faces principales en regard les unes des autres et parallèles les unes aux autres pour pouvoir être pressées les unes contre les autres et fournir un freinage par friction. Les stators 2 sont liés en rotation à l’arbre 102 et à la jambe de l’atterrisseur 101, ici par l’intermédiaire d’un tube de torsion 3 (ou tube de couple) solidaire d’une couronne 111 solidaire de l’arbre 102, tandis que les rotors 1 sont engagés, de manière connue en elle-même, sur des nervures solidaires de la première partie annulaire 105.1 de la jante 105 de la roue 103 pour lier en rotation les rotors 1 à la roue 103 tout en les guidant en translation parallèlement à l’axe de rotation de la roue 103.
Le tube de torsion 3 est pourvu de nervures pour former des glissières permettant à chacun des stators 2 de coulisser sans rotation sur le tube de torsion 3 de telle manière qu’il soit possible de presser la pile de disques ainsi formée par les stators 2 et les rotors 1 et procurer un effort de freinage de la roue 103. L’effort de presse de la pile de disques est exercé par des actionneurs 4 solidaires de la couronne 111 et commandables, de façon connue en elle-même, par le pilote de l’avion pour déplacer les stators 2 de manière à pouvoir presser ou relâcher la pile de disques et appliquer, moduler ou interrompre l’effort de freinage de la roue 103. Le dispositif de freinage par friction est connu en lui-même et ne sera pas plus détaillé ici.
Le dispositif de freinage magnétique comprend un rotor 5 et un stator 6.
Le rotor 5 comprend un manchon 5.1 engagé dans la deuxième partie annulaire 105.2 de la jante 105, et une collerette 5.2 s’étendant en saillie radiale vers l’extérieur d’une extrémité dudit manchon 5.1 opposée au flanc 106 pour s’étendre en avant du flanc solidaire de la partie annulaire 105.2 de la jante 105 et parallèlement audit flanc. Le rotor 5 est lié en rotation à la partie annulaire 105.2 par exemple par l’intermédiaire de vis de fixation de la collerette 5.2 au flanc de la partie annulaire 105.2. Le rotor 5 est en cuivre ou en tout autre matériau électriquement conducteur et est pourvu du côté de la jante 105 d’un écran thermique 5.3 pour limiter la transmission de chaleur vers la jante 105 et le pneumatique.
Le stator 6 comprend un support principal 6.1 ayant la forme d’un disque ayant une face principale en périphérie duquel est fixée une première couronne d’aimants 7 s’étendant en regard de la collerette 5.2 du rotor 5. Un manchon 6.2 de section circulaire s’étend en saillie de ladite face principale pour pouvoir être engagé dans le manchon 5.1. Le manchon 6.2 a un diamètre extérieur inférieur à un diamètre intérieur du manchon 5.1 et a une surface extérieure pourvue d’une deuxième couronne d’aimants 8 ayant un diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur du manchon 5.1. Les aimants sont ici à base de terres rares ; le support 6.1 et le manchon 6.2 sont de préférence en acier magnétique, voire en un matériau non magnétique.
En référence à la , la première couronne d’aimants 7 comprend des premiers aimants 11, 13 qui ont un premier vecteur de magnétisation sensiblement perpendiculaire à la face principale du support 6.1 et qui sont séparés deux à deux par un deuxième aimant 12, 14 ayant un deuxième vecteur de magnétisation sensiblement perpendiculaire aux premiers vecteurs de magnétisation des deux premiers aimants 11, 13 entre lesquels se trouve le deuxième aimant 12, 14. 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 au pôle Nord. Plus précisément, les aimants 11, 12, 13, 14 ont des formes de secteurs angulaires et ont une longueur mesurée selon une direction radiale du stator 2 et une largeur moyenne mesurée selon une direction localement tangentielle du stator 2 (c’est-à-dire perpendiculairement à la direction de la longueur) à moitié de ladite longueur. Les longueurs et largeurs sont mesurées selon des directions localement parallèles à la surface principale du support 6.1.
Les aimants 11, 12, 13, 14 sont disposés selon un motif de Halbach, en alternance selon la direction circonférentielle de la couronne d’aimants 7 (et donc du support 6.1) comme suit : un aimant 11, un aimant 12, un aimant 13, un aimant 14, un aimant 11, un aimant 12, un aimant 13, un aimant 14 et ainsi de suite… En l’occurrence :
- chaque aimant 11 a son vecteur de magnétisation qui sort de la face radiale du stator 6 (opposée à la face principale du support 6.1) vers la collerette 5.2 (son pôle Nord débouche sur ladite face radiale),
- chaque aimant 12 a son vecteur de magnétisation qui s’étend depuis l’aimant 11 voisin vers l’aimant 13 voisin,
- chaque aimant 13 a son vecteur de magnétisation qui rentre dans ladite face radiale (son pôle Sud débouche sur ladite face radiale),
- chaque aimant 14 a son vecteur de magnétisation qui s’étend depuis l’aimant 11 voisin vers l’aimant 13 voisin.
On comprend que les aimants 12, 14 disposés de chaque côté d’un même aimant 11 ont leur vecteur de magnétisation orientés dans des sens opposés.
De préférence, selon une version avantageuse de l’invention, les aimants 11, 12, 13, 14 ont des largeurs telles que les premiers aimants 11, 13 sont espacés deux à deux d’une première distance (égale à la largeur des deuxièmes aimants) inférieure à une deuxième distance (égale à la largeur des premiers aimants) séparant deux à deux les deuxièmes aimants 12, 14. Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la largeur des deuxièmes aimants 12, 14 est 70% environ celles des premiers aimants 11, 13.
Les longueurs des aimants 11, 12, 13, 14 sont identiques les unes aux autres. On comprend que les aimants 12, 14 occupent sur la face principale une surface moindre que celle des aimants 11, 13.
L’agencement des aimants 11, 12, 13, 14 selon le motif de Halbach permet d’optimiser et de concentrer le flux magnétique produit par les aimants 11, 13 en réduisant le chemin de retour du flux magnétique qui passe par les aimants 12, 14 et non par le support dont la masse peut être réduite puisqu’il n’a pas besoin d’assurer une fonction de conduction du flux magnétique.
En référence encore à la , les aimants de la deuxième couronne d’aimants 8 ont la forme de secteurs annulaires accolés les uns aux autres autour du manchon 6.2 avec la même alternance que ceux de la première couronne 7 pour former un motif de Halbach selon la circonférence du manchon 6.2. On aura donc des premiers aimants 21, 23 qui ont chacun un premier vecteur de magnétisation s’étendant selon un rayon local (direction localement normale à la surface extérieure du manchon 6.2 en regard de l’aimant 21, 23 en question) et qui sont séparés deux à deux par un deuxième aimant 22, 24 ayant un deuxième vecteur de magnétisation sensiblement tangentiel à la surface extérieure du manchon 6.2 et contenu dans un plan perpendiculaire à l’axe central du manchon 6.2.
Les aimants 21, 22, 23, 24 sont accolés par leurs bords longitudinaux rectilignes selon un motif de Halbach, en alternance selon la direction circonférentielle du manchon 6.2 comme suit : un aimant 21, un aimant 22, un aimant 23, un aimant 24, un aimant 21, un aimant 22, un aimant 23, un aimant 24 et ainsi de suite… En l’occurrence :
- chaque aimant 21 a son vecteur de magnétisation qui sort de la surface cylindrique extérieure du stator 6 vers la surface intérieure du manchon 5.1 (son pôle Nord débouche sur cette surface cylindrique extérieure),
- chaque aimant 22 a son vecteur de magnétisation qui s’étend depuis l’aimant 21 voisin vers l’aimant 23 voisin,
- chaque aimant 23 a son vecteur de magnétisation qui rentre dans la surface cylindrique extérieure du stator 6 (son pôle Sud débouche sur la surface cylindrique extérieure du stator 6),
- chaque aimant 24 a son vecteur de magnétisation qui s’étend depuis l’aimant 21 voisin vers l’aimant 23 voisin.
On comprend que les aimants 22, 24 disposés de chaque côté d’un même aimant 21 ont leurs vecteurs de magnétisation orientés dans des sens opposés.
Le stator 6 comprend une tige de manœuvre 6.3 engagée à coulissement dans l’arbre 2 (la tige de manœuvre 6.3 est liée en rotation à l’arbre 2 par exemple par un système de type nervure/cannelure) et reliée mécaniquement à un actionneur électromécanique linéaire 9 logé dans l’arbre 2 et relié à l’unité électronique de commande 110. L’actionneur électromécanique linéaire 9 est agencé pour déplacer axialement le stator 6 entre :
- une première position axiale ou position de freinage (représentée à la
- une deuxième position axiale ou position de libre rotation (représentée à la
Dans la première position axiale, le manchon 6.2 est engagé dans le manchon 5.1 (les aimants 21, 22, 23, 24 sont sur toute leur longueur en regard de la surface intérieure du manchon 5.1 et en sont séparés par un entrefer radial) et le support 6.1 est rapproché de la collerette 5.2 (les aimants 11, 12, 13, 14 sont séparés de la surface principale de la collerette 5.2 opposée à la jante 105 par un premier entrefer axial). La première couronne d’aimants 7 est apte à engendrer des courants de Foucault dans la collerette 5.2 du rotor 5 lorsque le stator 6 est dans la première position axiale par rapport au rotor 5 et que le rotor 5 pivote en regard du stator 6. La deuxième couronne d’aimants 8 est, elle, apte à engendrer des courants de Foucault dans le manchon 5.1 du rotor 5 lorsque le stator 6 est dans sa première position axiale par rapport au rotor 5 et que le rotor 5 pivote en regard du stator 6. Les courants de Foucault engendrés sont susceptibles de produire un effort significatif de freinage du rotor 5 selon la vitesse de rotation du rotor 5 par rapport au stator 6.
Dans la deuxième position axiale, le manchon 6.2 est dégagé du manchon 5.1 (les aimants 21, 22, 23, 24 ne sont plus en regard de la surface intérieure du manchon 5.1) et le support 6.1 est écarté de la collerette 5.2 (les aimants 11, 12, 13, 14 sont séparés de la surface principale de la collerette 5.2 opposée à la jante 105 par un deuxième entrefer axial supérieur au premier entrefer axial). Dans cette deuxième position, la première couronne d’aimants 7 et la deuxième couronne d’aimants 8 ne sont plus aptes à engendrer dans le rotor 5 des courants de Foucault susceptibles de produire un effort significatif de freinage de la roue lorsque le rotor 5 pivote en regard du stator 6 quelle qu’en soit la vitesse.
On comprend que pour provoquer le freinage, l’actionneur électromécanique linéaire 9 est piloté pour amener le stator 6 dans la première position axiale et que, pour interrompre le freinage, l’actionneur électromécanique linéaire 9 est piloté pour amener le stator 6 dans la deuxième position axiale, position dans laquelle les aimants ne permettent pas d’engendrer dans le rotor 5 des courants de Foucault suffisants pour provoquer le freinage du rotor 5. Entre les deux positions ci-dessus, le dispositif de freinage magnétique peut produire des valeurs intermédiaires de couple de freinage. On notera qu’en dessous d’une certaine vitesse de rotation du rotor 5, le couple de freinage est négligeable quelle que soit la position du stator 6.
En référence à la , l’unité électronique de commande 110 est agencée pour piloter les actionneurs 4, 9 et 109 comme suit :
- lorsque l’avion est parqué au sol (phase P1), l’atterrisseur 101 étant en position sortie, l’actionneur électromécanique linéaire 9 n’est pas alimenté et maintient le stator 6 en deuxième position axiale et l’actionneur 4 presse la pile de disques ;
- pour les manœuvres de roulage au sol (phase P2, on parle aussi de taxi), le frein magnétique est utilisé comme limiteur de vitesse, l’actionneur 4 étant utilisé si nécessaire si l’effort de freinage fourni par le dispositif de freinage magnétique est insuffisant ;
- au décollage (phase P3), l’actionneur électromécanique linéaire 9 n’est pas alimenté et maintient le stator 6 en deuxième position axiale ;
- l’avion ayant quitté le sol, l’actionneur 109 amène l’atterrisseur 101 en position rentrée (phase P4) et l’actionneur électromécanique linéaire 9 est alimenté pour amener le stator 6 en première position axiale pour réduire l’encombrement du dispositif de roulage autour de la roue 103 ;
- en vol de croisière (phase P5), l’actionneur électromécanique linéaire 9 est alimenté pour maintenir le stator 6 en première position axiale ;
- pour l’atterrissage, l’actionneur 109 amène l’atterrisseur 101 en position sortie (phase P6) et l’actionneur électromécanique linéaire 9 amène le stator 6 en deuxième position axiale pour autoriser la rotation de la roue ;
- au moment du contact avec le sol (phase P7) puis lors de la décélération (phase P8), l’actionneur électromécanique linéaire 9 est alimenté pour amener le stator 6 dans la première position axiale et l’actionneur 4 est commandé en fonction des besoins de freinage pour amener l’avion à la vitesse de roulage ;
- pour le roulage (P2) et le stationnement (P1), voir ci-dessus.
Le maintien du stator 6 en position de freinage permet de réduire l’encombrement de la roue 103 et donc la lace nécessaire à son stockage dans la soute 108.
Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrit portent les mêmes références numériques dans les figures et la suite de la description concernant les variantes et les deuxième et troisième modes de réalisation.
Dans la variante de la , le stator 6 est équipé d’un ventilateur symbolisé en 30 pour refroidir les dispositifs de freinage. Un tel ventilateur est connu en lui-même.
Dans la variante de la , le stator 6 est équipé, en plus du ventilateur 30, d’un tachymètre 40 ou tout autre dispositif permettant de mesurer la vitesse de rotation de la roue 103. Un tel tachymètre est connu en lui-même.
En référence aux figures 7 et 8 et selon le deuxième mode de réalisation, le rotor 5 comprend un manchon externe 5.11 et un manchon interne 5.12 délimitant entre eux une goulotte ayant une cloison de fond réunissant le manchon externe 5.11 et le manchon interne 5.12.
Le manchon 6.2 est reçu dans la goulotte et porte deux couronnes d’aimants :
- une couronne d’aimants 8.1 montée sur la surface extérieure du manchon 6.2 pour faire face au manchon externe 5.11 ; et
- une couronne d’aimants 8.2 montée sur la surface intérieure du manchon 6.2 pour faire face au manchon interne 5.12.
Les couronnes d’aimants 8.1, 8.2 sont constituées comme la couronne d’aimants 8 du premier mode de réalisation.
La surface intérieure du manchon externe 5.11 et la surface extérieure de la couronne d’aimants 8.1 forment une première paire de surfaces cylindriques, coaxiales à l’arbre 102, engagées l’une dans l’autre lorsque le stator 6 est en position de freinage et dégagées l’une de l’autre lorsque le stator 6 est en position de libre rotation.
La surface extérieure du manchon interne 5.12 et la surface intérieure de la couronne d’aimants 8.2 forment une deuxième paire de surfaces cylindriques, coaxiales à l’arbre 102, engagées l’une dans l’autre lorsque le stator 6 est en position de freinage et dégagées l’une de l’autre lorsque le stator 6 est en position de libre rotation.
Ces deux paires de surfaces cylindriques ainsi que la paire de surfaces radiales formées par la surface principale de la collerette 5.2 et la surface de la couronne d’aimants 7 en regard permettent chacune le passage de flux magnétique.
On comprend que cet agencement permet d’augmenter les courants de Foucault engendrés dans le rotor 5.
En référence aux figures 9 et 10 et selon le troisième mode de réalisation, le rotor a la même forme que dans le deuxième mode de réalisation et le manchon 6.2 et porte deux couronnes d’aimants 8.1, 8.2 comme précédemment.
Le stator 6 comprend deux manchons au lieu d’un unique manchon 6.1, à savoir un manchon externe 6.21 et un manchon interne 6.22, de telle manière que le manchon interne 5.12 puisse être engagé entre les manchons 6.21, 6.22. Le manchon externe 6.21 a une surface extérieure qui fait face au manchon externe 5.11 et qui est pourvu d’une couronne d’aimants 8.1. Le manchon externe 6.21 a une surface intérieure qui fait face au manchon interne 5.12 et qui est pourvu d’une couronne d’aimants 8.2. Le manchon interne 6.22 a une surface extérieure qui fait face au manchon interne 5.12 et qui est pourvu d’une couronne d’aimants 8.3.
Les couronnes d’aimants 8.1, 8.2, 8.3 sont constituées comme la couronne d’aimants 8 du premier mode de réalisation.
La surface intérieure du manchon externe 5.11 et la surface extérieure de la couronne d’aimants 8.1 forment une première paire de surfaces cylindriques, coaxiales à l’arbre 102, engagées l’une dans l’autre lorsque le stator 6 est en position de freinage et dégagées l’une de l’autre lorsque le stator 6 est en position de libre rotation.
La surface extérieure du manchon interne 5.12 et la surface intérieure de la couronne d’aimants 8.2 forment une deuxième paire de surfaces cylindriques, coaxiales à l’arbre 102, engagées l’une dans l’autre lorsque le stator 6 est en position de freinage et dégagées l’une de l’autre lorsque le stator 6 est en position de libre rotation.
La surface intérieure du manchon interne 5.12 et la surface extérieure de la couronne d’aimants 8.3 forment une troisième paire de surfaces cylindriques, coaxiales à l’arbre 102, engagées l’une dans l’autre lorsque le stator 6 est en position de freinage et dégagées l’une de l’autre lorsque le stator 6 est en position de libre rotation.
Ces trois paires de surfaces cylindriques ainsi que la paire de surfaces radiales formées par la surface principale de la collerette 5.2 et la surface de la couronne d’aimants 7 en regard permettent chacune le passage de flux magnétique.
On comprend que cet agencement permet d’augmenter encore les courants de Foucault engendrés dans le rotor 5.
De préférence, le manchon interne 5.12 a une épaisseur telle qu’un effet de peau (autrement appelé effet pelliculaire ou effet Kelvin) soit engendré depuis chaque couronne d’aimants 8.2, 8.3 sur plus de la moitié de l’épaisseur du flanc interne 5.12 au moins sur une plage de vitesses relatives possibles du rotor 5 par rapport au stator 6. Les courants de Foucault engendrés depuis les deux couronnes d’aimants 8.2, 8.3 vont alors circuler dans la partie centrale du flanc interne 5.12, ce qui va augmenter le couple de freinage. On obtient ainsi une « superposition des effets de peau », l’épaisseur du manchon interne 5.12 étant suffisamment faible pour obtenir cet effet tout en satisfaisant les contraintes thermiques et mécaniques. Dans un exemple, cet effet donne environ 60% de performance en plus.
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, le dispositif peut avoir une structure différente de celle décrite.
Le rotor peut être déplacé axialement à la place du stator pour activer ou désactiver le freinage magnétique.
Les aimants peuvent être portés par le rotor au lieu du stator.
La forme, l’agencement et les dimensions des aimants peuvent être différents de ceux décrits. Par exemple, les aimants 11, 12, 13, 14 ont tous les mêmes dimensions ou, au contraire, les premiers aimants 11, 13 représentent 70% environ de la surface de l’élément qui les porte mais ce n’est pas obligatoire. Les aimants peuvent avoir des longueurs identiques ou pas, des largeurs identiques ou pas, être positionnés ou pas symétriquement sur un cercle passant par le centre géométrique des pôles Nord des aimants 11 et Sud des aimants 13.
L’utilisation d’un motif de Halbach n’est pas obligatoire.
Le nombre de rotor et/ou le nombre de stator peuvent être différents de ceux mentionnés.
Bien que dans les modes de réalisation décrits, le rotor et le stator soient agencés pour bénéficier d’un flux axial (passant par la paire de surfaces radiales) et d’un flux radial (passant par la ou les paires de surfaces axiales), il est possible d’agencer le rotor et le stator pour n’avoir qu’un flux axial ou un flux radial.
Le dispositif de freinage magnétique peut mettre en œuvre des aimants permanents et des électroaimants alimentés via des câbles passant dans l’arbre 102 pour inhiber ou renforcer le champ magnétique produit par les aimants permanents, le stator étant alors fixe en translation. Un dispositif de freinage comprenant uniquement des électroaimants est également envisageable.
D’une manière générale, les actionneurs peuvent être hydraulique ou électrique.
Les actionneurs du frein à friction peuvent être électromécaniques. 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.
L’invention est utilisable sur tout type de véhicule comportant des éléments de roulage tournants.
Claims (13)
- Dispositif de roulage pour véhicule, comprenant une jambe (101) pourvue d’un arbre (102) et une roue (103) ayant un moyeu (104) monté pour pivoter sur l’arbre, la roue comprenant une jante (105) qui est reliée au moyeu par un voile (106) pour s’étendre coaxialement au moyeu, la jante comprenant une première partie annulaire (105.1) qui s’étend en saillie du voile (106) et en regard du moyeu en délimitant avec celui-ci un premier logement (107.1), annulaire, ayant une extrémité fermée par le voile et une extrémité ouverte vers la jambe pour recevoir un dispositif de freinage par friction, la jante comprenant une deuxième partie annulaire (105.2) s’étendant en saillie du voile à l’opposé de la première partie annulaire en délimitant un deuxième logement (107.2) ayant une extrémité fermée par le voile et une extrémité ouverte à l’opposé, caractérisée en ce qu’un dispositif de freinage magnétique est monté dans le deuxième logement, et comprend :
- un premier élément et un deuxième élément qui a une surface en regard d’une surface du premier élément et est mobile en rotation par rapport au premier élément, l’un du premier ou deuxième élément étant solidaire en rotation de l’arbre et l’un du premier ou deuxième élément étant solidaire en rotation de la roue,
- un organe de commande (9) du dispositif de freinage magnétique s’étendant au moins partiellement dans l’arbre.
- Dispositif de roulage selon la revendication 1, dans lequel le premier élément est en matériau électriquement conducteur et le deuxième élément est pourvu d’aimants permanents portant une pluralité d’aimants (11, 12, 13, 14 ; 21, 22, 23, 24) pour engendrer, au travers des surfaces en regard, des courants de Foucault dans le premier élément lorsque le premier élément tourne par rapport au deuxième élément.
- Dispositif de roulage selon la revendication 2, dans lequel l’organe de commande comprend un actionneur linéaire (9) relié au premier élément (6) pour déplacer axialement le stator entre une position de freinage dans laquelle les surfaces en regard sont rapprochées l’une de l’autre et une position de libre rotation dans laquelle les surfaces en regard sont éloignées.
- Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le premier élément (6) en position de freinage est plus proche de la jambe (101) qu’en position de libre rotation.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 et 4, dans lequel les surfaces en regard comprennent deux surfaces radiales séparées par un premier entrefer axial lorsque le premier élément (6) est en position de freinage et par un deuxième entrefer axial lorsque le premier élément est en position de libre rotation.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel les surfaces en regard comprennent au moins une première paire de surfaces cylindriques, coaxiales à l’arbre (102), engagées l’une dans l’autre lorsque le premier élément (6) est en position de freinage et dégagées l’une de l’autre lorsque le premier élément est en position de libre rotation.
- Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les surfaces en regard comprennent au moins une deuxième paire de surfaces cylindriques, coaxiales à l’arbre (102), engagées l’une dans l’autre lorsque le premier élément (6) est en position de freinage et dégagées l’une de l’autre lorsque le premier élément est en position de libre rotation.
- Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les surfaces en regard comprennent au moins une troisième paire de surfaces cylindriques, coaxiales à l’arbre (102), engagées l’une dans l’autre lorsque le premier élément (6) est en position de freinage et dégagées l’une de l’autre lorsque le premier élément est en position de libre rotation.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier élément (6) porte un ventilateur de refroidissement (30).
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier élément (6) porte un tachymètre (40).
- Dispositif de roulage selon l’une quelconque des revendications précédentes formant partie d’un atterrisseur d’aéronef.
- Aéronef comprenant une structure à laquelle sont fixés au moins un dispositif de roulage selon l’une quelconque des revendications précédentes et un actionneur (109) de déplacement du dispositif de roulage entre une position sortie dans laquelle le dispositif de roulage est en saillie sous la structure et une position rentrée dans laquelle le dispositif de roulage est reçu dans une soute (108) de la structure.
- Aéronef selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de roulage est conforme à la revendication 4 et l’actionneur (9) du dispositif de freinage magnétique est relié à une unité électronique de commande (110) programmée pour amener le premier élément (6) en position de freinage lorsque le dispositif de roulage est amené dans la soute (108).
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- 2022-03-02 FR FR2201833A patent/FR3133165A1/fr active Pending
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