Dispositif électromagnétique de transmission de couple La présente invention a pour objet un dis positif électromagnétique de transmission de couple, comprenant des pièces espacées axiale- ment l'une de l'autre, susceptibles de tourner les unes par rapport aux autres et présentant des surfaces agencées de manière à être ame nées en engagement à friction les unes avec les autres sous la commande d'un champ magné tique passant par lesdites pièces, l'une au moins de ces surfaces présentant un revêtement d'une substance de friction résistant à l'usure et à la chaleur.
Ce dispositif est caractérisé en ce que ladite substance de friction contient au moins une matière non magnétique sous forme de poudre et de fines particules de fer, et en ce qu'il comprend un mélange magnétique fluide dis tribué entre lesdites surfaces et comprenant des particules magnétiques finement divisées et un lubrifiant solide finement divisé.
En permettant de réduire la réluctance au champ, de manière à diminuer le glissement entre les pièces en rotation relative, le mélange magnétique assure un couplage ou un freinage rapide et doux pour une transmission à grande puissance du couple. Ce dispositif est de nature à durer longtemps, par suite d'une usure extrê mement faible du revêtement fait avec ladite substance de friction. Lorsque la production du flux cesse, les pièces embrayées se libèrent effi cacement et complètement, et restent ensuite libérées en l'absence d'un flux, l'effort de traînée transmis à ces pièces par le mélange magnétique étant très faible.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, trois formes d'exécution du dispositif objet de l'invention et des courbes explicatives.
La fig. 1 est une coupe longitudinale d'un embrayage constituant une première forme d'exécution du dispositif.
La fig. 2 est une coupe par la ligne 2 - 2 de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe par la ligne 3 - 3 de la fig. 2.
La fig. 4 est une coupe par la ligne 4 - 4 de la fig. 1.
La fig. 5 est une coupe par la ligne 5 - 5 de la fig. 4.
La fig. 6 est une coupe semblable à la fig. 1 d'un embrayage constituant une deuxième forme d'exécution du dispositif.
La fig. 7 est une coupe par la ligne 7 - 7 de la fi-. 6.
La fig. 8 est une coupe semblable à la fig. 1 d'un embrayage constituant une troisième forme d'exécution du dispositif.
La fig. 9 montre les courbes explicatives. Des numéros de référence semblables indi quent des parties correspondantes dans les diverses figures du dessin. On connait déjà des dispositifs électro magnétiques qui fonctionnent avec un mélange magnétique comprenant des particules magné tiques finement divisées et un mélange fluide huileux, tandis que le dispositif qui va être décrit fonctionne avec un mélange de particules magnétiques finement divisées et un lubrifiant solide finement divisé.
Par l'utilisation d'un tel mélange en association avec des revêtements comprenant une matière non magnétique, on obtient un embrayage ou un frein sujet à une usure extrêmement faible entre les. pièces sus ceptibles d'être engagées par friction, par le fait que le mélange magnétique constitue un milieu capable de transmettre un couple en même temps qu'un milieu lubrifiant entre les surfaces à engager.
Ce mélange magnétique, en plus du fait qu'il diminue l'usure entre les surfaces s'enga geant à friction, permet un engagement rapide et doux entre ces surfaces, attendu qu'il offre une faible résistance au mouvement axial des surfaces les unes vers les autres pour produire l'engagement, lors de la production d'un flux entre les pièces du dispositif magnétiquement correspondantes.
Bien que le mélange magnétique utilisé ici n'offre que peu de résistance, soit au mouve ment axial soit au mouvement rotatif relatif des pièces du dispositif, il est extrêmement efficace pour assurer la transmission d'un fort couple et maintenir ce couple pratiquement constant dans un domaine étendu de glissement entre lesdites pièces en rotation relative, en partant d'un glis sement nul.
Le dispositif représenté à la fi-. 1 constitue un embrayage électromagnétique désigné d'une manière générale par la référence 10, du type à plateaux de friction comprenant principale ment une pièce polaire 12, un plateau de pression 14 formant armature, un plateau d'embrayage 16 disposé axialement entre la pièce polaire et le plateau de pression, et un enroulement 18 monté sur la pièce polaire.
La pièce polaire est annulaire et de section transversale en U, et l'enroulement 18 de forme annulaire est logé dans cette pièce qui présente des faces polaires 20 et 22 planes, concen- triques et annulaires. Elle est montée sur un moyeu à joue 24 de manière à pouvoir tourner sur un arbre de sortie 26.
Un carter 28 est fixé à la pièce polaire 12 près de sa périphérie, de manière à enfermer le plateau de pression et le plateau d'embrayage dans une chambre 30 formée conjointement avec la pièce polaire. Le carter 28 comprend une pièce annulaire 32 et une pièce frontale 34. Le plateau de pression 14 a la forme d'un anneau de section transversale en U, de manière à présenter des faces polaires 36 et 38 corres pondant aux faces polaires de la pièce polaire. II est capable d'un mouvement axial relative ment à la pièce polaire, grâce à une pluralité de doigts à ressort 40 également espacés, dis posés entre le carter 28 et le plateau de pres sion.
Le dispositif de support entre le plateau de pression 14 et le carter 28 est représenté plus clairement sur les fig. 2 et 3. Le plateau de pression 14 peut être déplacé axialement par rapport à la pièce frontale 34 du carter. Les doigts à ressort permettent non seulement le mouvement axial relatif entre le carter et le plateau de pression, mais ils assurent aussi, au moyen du carter 28, la rotation couplée de la pièce polaire et du plateau de pression formant bloc. Un moyeu 42 du carter 28 est monté sur l'arbre de sortie 26, espacé axialement de la partie axiale du moyeu à joue 24.
La pièce polaire et le carter, dans leur ensemble, sont entraînés par un anneau denté 44 fixé sur la pièce polaire et entraîné par un moteur exté rieur non représenté. Le plateau d'embrayage 16 est fixé sur un moyeu 46 qui est claveté sur l'arbre de sortie et s'étend dans la chambre 30 entre la pièce polaire et le plateau de pression.
Dans le but d'assurer la fermeture et l'étanchéité de la chambre 30 vis-à-vis de l'exté rieur, pour une raison qui sera exposée plus loin, des joints 48 et 50 sont prévus respecti vement au niveau du moyeu 24 et du moyeu 42 du carter 28. Des revêtements annulaires 52, constitués en une matière résistant à l'usure et à la chaleur et présentant une perméabilité magnétique de l'ordre du tiers de celle d'un acier doux, sont fixés sur les faces opposées du plateau d'embrayage, de manière à corres- pondre respectivement aux faces polaires con centriques de la pièce polaire et du plateau de pression avec lesquelles ils peuvent s'engager à friction quand le plateau de pression est sous l'influence d'un circuit magnétique en forme de tore A établi par l'excitation de l'enroule ment 18.
Cette matière peut être constituée par de fines particules de fer et par de fines parti cules d'une ou plusieurs matières non magnéti ques résistant à l'usure et à la chaleur. Cette substance de friction constituant le revêtement 52 peut comprendre, par exemple, du cuivre, du graphite, de l'étain, du zinc et du plomb, sous forme de poudre, mélangés à de fines par ticules de fer et à une matière inerte, le volume du fer variant selon l'usage demandé à l'em brayage ou au frein. Par le mélange du fer avec la matière non magnétique, on obtient une substance de friction qui présente une perméa bilité magnétique relativement basse.
Dans le but d'améliorer le fonctionnement de l'embrayage 10, on peut employer des revê tements de friction 52 à forte réluctance magné tique, spécialement quand on désire obtenir un engagement et un dégagement doux et rapides lors de l'excitation ou de la désexcitation de l'enroulement 18 et on utilise un mélange magnétique fluide 54 comprenant des particules finement divisées de fer et de graphite, le fer constituant un milieu magnétique et le graphite un lubrifiant solide.
Le mélange magnétique est utilisé en quantité juste suffisante pour assurer une ample distribution du mélange dans l'espace annulaire compris entre les faces des revêtements de friction et les faces respectives de la pièce polaire et du plateau de pression, de manière à assurer une lubrification efficace quand l'enroulement 18 est excité et à produire le mouvement axial du plateau de pression vers la pièce polaire.
Le courant est amené à l'enroulement 18 depuis une source de courant non représentée, au moyen d'un balai 56 frottant sur un anneau conducteur 58 isolé, monté sur le moyeu 42 du carter 28, cet anneau étant connecté à son tour à un conducteur 60 relié à une extrémité de l'enroulement 18, tandis que l'autre extré mité de cet enroulement est mise à la terre au moyen de la pièce polaire et du carter 28 par le moyeu de ce dernier et un anneau conduc teur 62 fixé sur le moyeu 42 et relié électri quement à un balai 64 mis à la terre.
Par suite de la faible viscosité du mélange magnétique et de la petite quantité utilisée de ce mélange, une faible traînée seulement est exercée sur les parties rotatives quand l'enrou lement est désexcité et que l'embrayage est à l'état inactif. Le mélange magnétique agit en formant un mince pont magnétiquement con ducteur entre les surfaces d'engagement des revêtements .de friction, de la pièce polaire et du plateau de pression, de sorte que le plateau de pression est magnétiquement tiré axialement vers la pièce polaire avec le plateau d'em brayage disposé entre eux.
La masse de mélange distribuée entre ces surfaces est com primée, et un petit pourcentage du mélange magnétique est fixé sur la surface des revête ments de friction. Par suite de la nature fine ment pulvérisée du mélange magnétique, un engagement et un dégagement rapide de l'em brayage sont possibles, car le mouvement ne nécessite qu'une faible force axiale initiale pour déplacer la petite quantité du mélange comprise entre les faces d'engagement opposées des pièces de l'embrayage.
Dans le but de distribuer uniformément le mélange magnétique 54 sur les surfaces s'enga geant à friction de la pièce polaire, du plateau d'embrayage et du plateau de pression, il est prévu une pluralité de fentes 66 (fig. 4) espa cées à la périphérie du plateau d'embrayage et s'étendant de cette périphérie vers l'axe du pla teau.
Les fentes s'étendent axialement sur toute l'épaisseur du plateau. et du revêtement, de sorte que le revêtement est divisé en une plura lité de segments espacés qui ont une largeur et une longueur telles qu'une bonne distribution du mélange magnétique est assurée dans toutes les conditions de fonctionnement du dispositif. Le diamètre du plateau d'embrayage est tel qu'il permet de prévoir une pluralité de saillies 68.
disposées entre les fentes 66, présentant une partie frontale 70 et une partie arrière 72, au moyen desquelles le mélange magnétique est en quelque sorte puisé à partir d'une zone annu- Taire 74 (fig. 1), formée à la périphérie inté rieure du carter, proche de la périphérie externe des plateaux de pression et d'embrayage. Le mélange est entraîné par les parties frontales des saillies du plateau d'embrayage et forcé radialement vers l'intérieur à travers les fentes.
Il faut noter que les fentes s'étendent intérieure ment vers l'axe du plateau d'embrayage sur une distance radiale suffisante pour s'approcher du diamètre minimum des surfaces de friction de la pièce polaire et du plateau de pression, mais présentent une longueur inférieure à la largeur radiale des revêtements. On évite ainsi le libre passage du mélange magnétique d'une extrémité d'une fente à l'autre sans qu'il soit distribué à travers les surfaces de friction du dispositif.
Le long du bord du revêtement de friction, la fente est biseautée en 76 (fig. 5) pour permettre le passage du mélange à travers les surfaces s'en gageant à friction et, de là, radialement vers l'intérieur au-delà de la partie de diamètre minimum de la pièce polaire et du plateau de pression, en vue d'une distribution centrifuge subséquente vers la zone annulaire 74 où le mélange est remis en circulation par les saillies 68. La vitesse de circulation du mélange sous l'action de pompage des fentes est déterminée principalement par la position angulaire des fentes relativement à la direction radiale, la vitesse étant d'autant plus grande que l'angle est plus grand, et vice versa.
Les courbes de la fig. 9 donnent la valeur du couple en fonction du glissement pour quatre types comparables de dispositifs. La courbe A se rapporte aux caractéristiques de fonctionnement du dispositif envisagé ici, utili sant un revêtement de friction et un mélange magnétique constitué d'un lubrifiant solide et de poudre de fer finement divisés. Les courbes <I>B, C et D</I> se rapportent à des dispositifs connus de dimensions égales et de construction simi laire à celles de la forme d'exécution décrite et comprenant un même revêtement de friction, mais fonctionnant respectivement à sec, avec de l'huile, et avec de l'huile et une poudre fine ment divisée.
On peut définir arbitrairement un coeffi cient d'usure par le nombre d'engagements nécessaires pour obtenir une usure de 0,025 mm sur le revêtement, divisé par 10 000. Ce coeffi cient est égal à 0,27 pour le dispositif corres pondant à la courbe B dans lequel le revête ment fonctionne à sec.
On voit d'après la courbe C, correspondant à un dispositif connu utilisant de l'huile avec ledit revêtement, dans le but d'améliorer le facteur d'usure, qu'alors que le couple statique reste le même pour les mécanismes selon les courbes B et C, le dispositif selon la courbe C présente une capacité très réduite à transmettre les charges et un glissement continuel, la trans mission d'un couple étant satisfaisante quand elle est limitée à un glissement minimum de 50 tours/minute. Le facteur d'usure de ce méca nisme est augmenté à 0,55.
Pour le dispositif répondant à la courbe D, utilisant un mélange magnétique d'huile et de poudre finement divisée, on obtient un facteur d'usure de 0,62, comparable à celui des dispositifs des courbes B et C, vu que la capacité de transmission du couple de ce dispositif est plus grande que celle du dispositif selon la courbe C.
Le dispositif décrit, auquel correspond la courbe A, utilisant un lubrifiant solide et-de la poudre de fer finement divisée avec le revê tement de friction, donne un facteur d'usure de 0,98 dans les mêmes conditions que les autres dispositifs connus et, en même temps, présente une plus forte capacité de transmission du couple que les dispositifs auxquels correspon dent les courbes<I>C et D.</I>
Bien qu'il soit évident que les dispositifs connus correspondant à ces courbes présentent chacun des caractéristiques les rendant propres à certains usages particuliers, le dispositif décrit ici et correspondant à la courbe A est le mieux adapté à l'ensemble des usages.
Dans la seconde forme d'exécution repré sentée à la fi-. 6, le dispositif comprend une pluralité de plateaux d'embrayage 16 montés de manière similaire au plateau d'embrayage 16 de la fig. 1. Les plateaux 16 extrêmes peuvent s'engager à friction, par leurs revêtements de friction 52, avec les faces polaires complémen- taires de la pièce polaire 12 et du plateau de pression 14. Deux plateaux identiques 100 sont disposés axialement entre les plateaux d'em brayage 16 extrêmes et le plateau d'embrayage 16 central, et peuvent s'engager par friction avec les revêtements annulaires des plateaux 16 adjacents.
Les plateaux 100 sont clavetés à leur partie périphérie extérieure sur la pièce annu laire 32 du carter 28, de manière à pouvoir se déplacer axialement et à tourner avec le carter et la pièce polaire 12.
Cet embrayage fonctionne d'une manière similaire à l'embrayage représenté à la fig. 1, la seule différence étant due au fait que, par suite de la disposition des plateaux 16 et des plateaux 100, on obtient un dispositif plus puis sant par suite d'un meilleur engagement à fric tion entre les plateaux de friction correspon dants. Dans le but d'assurer le passage des lignes de force magnétiques autour de l'enrou lement 18 et à travers la pièce polaire, l'arma ture, les plateaux d'embrayage, le revêtement de friction, et les plateaux 100, les plateaux sont faits en une composition métallique per mettant le libre passage du flux magnétique à travers eux.
Dans la troisième forme d'exécution du dispositif représentée à la fig. 8, les pièces entraînées et entraînantes sont disposées coaxialement et espacées les unes des autres. La pièce polaire 12 reçoit le mouvement de l'extérieur comme dans les formes d'exécution des fig. 1 et 6, mais c'est l'armature 102 qui transmet ce mouvement à un arbre de sortie, non représenté, auquel elle est reliée.
Un carter 104 est placé autour de l'arma ture pour enfermer celle-ci dans une chambre 106 dans laquelle est placé un mélange magné tique retenu dans cette chambre. Entre la pièce polaire 12 et l'armature 102 est disposé un revê tement annulaire 52 du type utilisé dans les formes d'exécution précédentes, fixé sur les faces polaires de l'armature, de manière que les faces polaires de la pièce polaire puissent s'engager à friction avec lui.
On conçoit faci lement qu'on pourrait obtenir un résultat sem blable et une construction similaire en disposant le revêtement de friction sur les faces polaires de la pièce polaire et non sur celles de l'arma ture, de manière que les faces polaires de l'armature puissent s'engager avec le revête ment fixé sur la pièce polaire.
Il est évident que les dispositifs décrits pourraient également être utilisés comme frein.