Machine électrique rotative comprenant un dispositif de freinage On trouve, dans de nombreuses installations, des moteurs comprenant un dispositif de freinage à ac tion progressive ; tel est le cas, par exemple, dans les wagonnets à moteur utilisés dans les installations mécaniques de transport. Les dispositifs de freinage du genre habituel donnent, dans ce cas, parfaitement satisfaction. Par contre, certaines occasions peuvent se présenter où une diminution progressive de l'accé lération n'est pas désirable et ne répond pas aux besoins de l'installation ; c'est, par exemple, le cas lorsqu'un wagonnet entraîné par un moteur électri que doit gravir un plan incliné.
De même, l'emploi de dispositifs de freinage à action progressive ne pré sente pas non plus d'avantages sur les palans entraî nés par l'énergie électrique et destinés à lever ou à abaisser directement de lourdes charges. C'est dans de telles circonstances qu'il est désirable d'avoir un dispositif de freinage à effet instantané.
La présente invention a pour objet une machine électrique rotative comprenant un dispositif de frei nage à action rapide.
La machine électrique rotative selon l'invention est caractérisée par le fait qu'elle comprend un arbre monté dans une carcasse de manière à pouvoir tour ner à l'intérieur de celle-ci, un stator entourant un rotor fixé sur l'arbre, le stator s'étendant axialement au-delà de l'une des extrémités du rotor de manière à former une cavité dont le fond est constitué par ladite extrémité du rotor,
un piston plongeur monté sur l'arbre de telle façon qu'il soit solidaire en rota tion de l'arbre mais qu'il puisse se déplacer axiale- ment par rapport à cet arbre entre une position de freinage et une position de déblocage dans laquelle il est amené dès que la machine est mise sous ten sion, l'une des extrémités du piston venant alors s'en- gager à l'intérieur de ladite cavité, l'autre extrémité de ce piston présentant une surface de freinage des tinée à venir en contact avec une surface de freinage fixe solidaire de la carcasse de la machine, lorsque le piston occupe ladite position de freinage,
et un dispositif magnétique agencé de manière à éloigner le piston plongeur du rotor et à l'amener dans ladite position de freinage dès que la machine n'est plus sous tension.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de la présente invention.
La fig. 1 est une coupe verticale par l'axe d'un moteur électrique montrant le dispositif de freinage dont les pièces mobiles sont placées en position de freinage ; la fig. 2 est une coupe verticale analogue mon trant le dispositif de freinage dont les pièces mobiles sont placées en position de déblocage ; la fig. 3 est une coupe du dispositif à aimant, suivant la ligne 3-3 de la fig. 2 ; la fig. 4 est une coupe verticale de la seconde forme d'exécution montrant les pièces mobiles du dispositif de freinage en position de déblocage ;
la fig. 5 est une coupe verticale par l'axe du dis positif de freinage du moteur de la fig. 4, montrant les pièces mobiles placées en position de freinage ; la fig. 6 est une élévation du moteur illustré dans les fig. 4 et 5 et vu de la gauche de ces figures ; la fig. 7 est une vue du piston plongeur des fig. 4 et 5, partiellement en coupe et partiellement en élé vation.
Dans les dessins, les mêmes numéros de réfé rence se rapportent aux mêmes pièces, si nous nous reportons plus particulièrement aux fig. 1 et 2, qui montrent un dispositif de freinage monté sur un mo teur électrique du type à cage d'écureuil, nous voyons que la carcasse du moteur comprend une enveloppe 1 renfermant le stator et le rotor comme on les trouve d'habitude.
A l'extrémité de gauche du mo teur, vue selon les fig. 1 et 2, on trouve un prolon gement 2 de l'enveloppe 1 présentant une nervure annulaire 3 sans évidements dirigée perpendiculaire- ment à l'axe de rotation du moteur. Cette nervure supporte une bride 4 qui s'étend dans la direction de l'axe et qui est renforcée en certains endroits de sa périphérie par des nervures radiales 4a.
Un flas que 5 complète la carcasse, ce flasque comprenant un bouchon terminal<I>5a</I> et présentant une bride cir culaire 5b disposée à l'intérieur et destinée à recevoir un palier à roulement à billes 6.
L'arbre du moteur 7 passe à travers l'enveloppe 1 et son prolongement 2 et s'étend jusqu'au flasque 5 où il vient aboutir dans le palier à roulement à billes. L'extrémité extérieure 7a de l'arbre présente un dia mètre réduit pour pouvoir être enfilée dans l'anneau intérieur du palier à roulement à billes. A l'intérieur de l'enveloppe 1, l'arbre 7 supporte le rotor 8. Le stator 9 entoure le rotor 8 et s'étend axialement au- delà de la face latérale du rotor, de la façon illustrée à la fig. 1.
Il forme ainsi une cavité peu profonde 11 de forme circulaire, destinée à recevoir l'extrémité la plus proche d'un piston plongeur massif 12. Le pis ton plongeur 12 est constitué de préférence en acier laminé à froid, mais il pourrait être également fabri qué à partir de n'importe lequel des métaux utilisés habituellement pour la confection des noyaux de solénoïdes. Son diamètre extérieur est légèrement inférieur au diamètre intérieur du stator 9, ce qui lui permet d'entrer et de sortir de la chambre 11 sans risquer de toucher le stator.
L'extrémité 12a du pis ton plongeur 12 adjacente au rotor 8 est pourvue d'un alésage 13 dans lequel est logé un ressort à boudin 14 tendant à maintenir le piston plongeur 12 dans la position de freinage illustrée à la fig. 1. Le piston plongeur 12 peut glisser sur la surface de l'arbre 7, le jeu entre ces deux pièces étant de quel ques centièmes de millimètre.
A l'extrémité opposée 12b, le piston 12 présente la forme d'un cône tronqué et se termine par une douille 15 entourant complètement l'arbre. L'extré mité terminale de la douille 15 aboutit à une pièce polaire 16 ayant la forme d'un disque de faible épais seur dont la diamètre extérieur est légèrement infé rieur au diamètre intérieur de la nervure 3. La pièce polaire 16 peut être réalisée en n'importe quelle manière convenable ; toutefois l'acier laminé à froid convient le mieux pour cette pièce.
Cette pièce est rattachée à la partie principale du piston 12 au moyen de vis 17, lesquelles viennent se loger dans des trous taraudés 18 percés dans la; masse du piston 12. Bien que les fig. 1 et 2 ne montrent qu'une seule de ces vis, il y en a généralement deux ou plus répar ties à des distances angulaires égales tout autour de l'arbre et placées parallèlement à ce dernier.
Entre la pièce polaire 16 et le corps du piston 12, c'est-à- dire autour de la douille 15, est disposée une masse annulaire 19 constituée par une matière spéciale for mant garniture de frein, de composition connue ; elle est maintenue en place au moyen de la pièce polaire 16 et des vis 17, qui la traversent.
La surface extérieure de cette garniture de frein, indiquée dans la fig. 2 par le chiffre 21, présente un profil de cône tronqué. La face interne de la bride 4 forme une surface de cône tronqué 22 complé mentaire à la première et disposée selon le même an gle par rapport à l'axe de rotation du moteur. En fait, cette surface de cône tronqué 22 de la bride 4 constitue la surface de freinage fixe. La surface de freinage mobile, constituée par la surface de cône tronqué 21 de la garniture de frein 19, vient s'en gager contre la surface fixe lorsque les pièces sont en position de freinage.
Lorsque les pièces sont en position de déblocage, le jeu 23, comme le montre la fig. 2, sépare la surface conique 21 de la surface conique 22. On trouve dans la même position un jeu très faible 24 entre le piston 12 et le rotor 8 assuré par un dispositif d'arrêt non montré dans la figure ou par la limite de compression du ressort 14.
Pour que le piston plongeur 12 puisse tourner avec l'arbre 7, deux tiges d'entraînement 25, en mé tal, dirigées vers l'arrière, sont vissées dans la pièce polaire 16 dans des trous taraudés à cette intention, comme on le voit sous le chiffre 25a. L'extrémité libre des tiges 25 est introduite dans des trous cylin driques longs et étroits 26 percés dans un dispositif de support 27 dont la position par rapport à l'arbre peut être ajustée à volonté. Ce dispositif est constitué par un anneau cylindrique 28 monté sur l'arbre et dans lequel est logé un aimant.
L'anneau 28 est constitué par une matière ferro magnétique. Il est maintenu en place sur l'arbre 7 au moyen d'un goujon fileté 29 dont l'extrémité inté rieure vient s'appuyer sur un méplat 7b pratiqué à la surface de l'arbre. En ajustant le goujon: de fixa tion 29 par rapport au méplat 7b, on peut déplacer axialement le dispositif 27 le long de l'axe 7, et ainsi augmenter ou diminuer le jeu 30 entre ce dis positif et l'extrémité la plus proche de la pièce po laire<B>16.</B>
L'anneau 28 n'est pas plein, mais comporte un logement annulaire 22 dans lequel est inséré un aimant annulaire 31 constitué par une matière for tement magnétique, telle qu'un alliage du type Alnico, par exemple un alliage durci par précipita tion à base de fer, de nickel, de cobalt, de cuivre et d'aluminium.
L'aimant 31 est enveloppé le long de ses parois latérales d'une matière non magnétique, par exemple de la résine époxy desséchée. On peut obtenir dans le commerce un certain nombre de résines époxy appropriées livrées sous forme de monomères par les fabricants de produits chimiques.
La résine est intro duite sous forme liquide dans l'espace formé entre les parois longitudinales de l'aimant 31 et les sur faces correspondantes de l'anneau 28, puis amenée à dessiccation au moyen d'un catalyseur liquide, for mant ainsi un revêtement 32 servant, d'une part, à maintenir en place l'aimant 31 et, d'autre part, par un effet d'isolation magnétique, à empêcher le champ magnétique d'atteindre les parties voisines de l'an neau 28.
Après que l'aimant 31 a été monté dans l'an neau 28 de la façon que l'on vient de décrire, tout le dispositif 27 (les tiges 25 non comprises) est sou mis à un fort champ magnétique et ainsi magnétisé. Une des extrémités de l'aimant 31 devient, par con séquent, l'un des deux pôles du dispositif 27. L'ex trémité adjacente de l'anneau 28 constitue le second pôle. De cette manière, lorsque le dispositif 27 est fixé sur l'arbre 7 au moyen de la vis d'arrêt 29, il exerce une très forte \attraction magnétique sur la pièce polaire 16.
Lorsque les pièces sont placées dans la position de freinage illustrée à la fig. 1, la force magnétique ainsi produite, renforcée par le ressort 14,a pour effet de maintenir les surfaces de freinage mobile et fixe solidement l'une contre l'autre. Cette situation dure jusqu'à ce que le moteur soit mis sous tension.
Dès que le moteur est alimenté, un puissant champ magnétique se développe dans le stator 9. La partie du stator qui dépasse le rotor 8 et qui forme la cavité 11 exerce une forte attraction sur le piston plongeur 12 lequel, rappelons-le, peut coulisser sur l'arbre 7. La force d'attraction est particulièrement puissante au départ, c'est-à-dire pendant la période de temps où le rotor 8 et l'arbre 7 commencent à tourner.
A mesure que la force d'attraction se dé veloppe, elle tire le piston plongeur et, par consé- quent, la garniture mobile de freinage 19 hors de la position de freinage, malgré l'effet opposé du ressort 14 et malgré les forces magnétiques exercées par le dispositif 27 sur la pièce polaire 16. Une fois que le moteur marche à pleine charge, la force d'attrac tion diminue considérablement. En ce qui concerne le piston plongeur 12, l'effet de cette force est de toute façon assez puissant pour que l'attraction qu'elle exerce le maintienne en position.
Malgré la masse du piston plongeur 12, l'effet est rapide et assure un déblocage du dispositif de frei nage pratiquement immédiat. Tant que le moteur est en marche, la force exercée par le ressort 14 sur le piston plongeur 12 n'est pas assez forte pour vaincre les forces d'attraction développées par le stator 9 et pour renvoyer le piston dans la position de freinage. Les forces d'attraction, continuent de dominer malgré qu'elles soient réduites à partir du moment où le moteur fonctionne à pleine charge. Toutefois, dès que le moteur n'est plus sous tension, la force d'attraction exercée par le stator 9 disparaît rapidement et le ressort 14 provoque le mouvement de retour du piston plongeur vers la position de freinage.
A mesure que ce mouvement se développe, la pièce polaire 16 placée à l'extrémité opposée du pis ton plongeur se rapproche de plus en plus près du dispositif 27. Comme nous l'avons dit plus haut, ce dernier est placé sur l'arbre 7 selon une position adéquate. Pour autant que cette position soit celle qui convient, l'attraction exercée par l'aimant 31 sur la pièce polaire 16 provoque un déplacement brus que de celle-ci en direction de l'aimant. Il en résulte un mouvement d'accélération rapide du piston vers sa pôsition de freinage.
En conséquence, l'effet de freinage, de même que l'effet de déblocage, est très rapide, malgré que le piston plongeur lui-même-pré- sente une masse considérable et soit soumis à des forces d'inertie.
Ainsi est obtenu un dispositif de freinage dont l'action est simple, la construction robuste et l'em ploi pratiquement sans risques. L'usinage des pièces étant facile, celles-ci sont relativement bon marché. Les frais de montage ne sont pas non plus trop éle vés. Du fait que l'effet de freinage peut être obtenu en un temps très court, la durée de freinage pour amener un moteur en pleine charge jusqu'à l'arrêt complet est de l'ordre de grandeur de quelques secondes.
Dans les fig. 4 et 5, montrant une autre forme d'exécution, nous voyons que la nervure 3 supporte une bride 4 s'étendant longitudinalement, mais que les nervures radiales 4a font défaut. Dans la fig. 4, l'extrémité opposée du moteur est également repré sentée et cette extrémité comprend un flasque 5' et un palier à roulement à billes 6' semblables au flas que 5 et au palier 6.
Pour simplifier l'explication, la numérotation des pièces ayant la même fonction, mais étant d'une construction différente, commence avec le chiffre 100. A l'intérieur de l'enveloppe 1, l'arbre 7 sup porte un rotor 108 qui renferme une structure mé tallique 208a constituant une cage d'écureuil. Le stator 9 enveloppe et dépasse la face latérale du rotor 108. Un enroulement d'excitation 10 disposé asymétriquement est logé dans le noyau du stator 9.
A l'extrémité de gauche, l'enroulement du stator 9 pénètre profondément à l'intérieur du prolongement 2 de l'enveloppe 1 de la manière illustrée dans les fig. 4 et 5 du stator. La partie s'étendant au-delà du rotor constitue une cavité 111 dont la profon deur est assez grande et dont la forme est circulaire et qui est destinée à recevoir une partie du corps du noyau plongeur métallique 112.
Le noyau plongeur 112 est constitué, de préfé rence, par du fer forgé, mais il pourrait être réalisé en n'importe lequel des métaux utilisés dans la con fection des noyaux plongeurs pour solénoïdes ; il peut, en outre, coulisser en direction de la position de freinage (voir fig. 5) et présente une surface tronconi que. Une seconde surface tronconique complémen taire, inclinée selon un angle égal à la pente de la première surface est également constituée par la pa roi intérieure de la bride longitudinale 4.
Toutefois, dans cette forme d'exécution, c'est la paroi intérieure qui est recouverte d'une garniture 215 de freinage, qui est constituée par 4 segments de forme générale trapézoïdale, disposés tête-bêche les uns par rapport aux autres. Ces segments sont collés sur la bride 4 au moyen d'une colle à base de résine époxy. La surface de la garniture 215 constitue la surface de freinage fixe.
La surface de freinage mobile, c'est-à-dire la sur face tronconique de l'extrémité extérieure du piston plongeur 112, vient frotter contre la garniture 215 lorsque les pièces sont placées dans la position de freinage illustrée à la fig. 5.
Lorsque les pièces sont placées dans la position de déblocage comme le montre la fig. 4, un jeu 216 apparaît entre la garniture de frein 215 et l'extrémité 12b du piston plongeur 112. Dans ces conditions, un jeu de plus faible importance 217 apparaît égale ment entre le rotor<B>108</B> et l'extrémité du piston 112, lequel jeu est assuré par une butée d'arrêt annulaire 12c, que présente l'extrémité 12a du piston plongeur 112 (voir fig. 5 et 7).
Pour que le piston plongeur 112 puisse tourner avec le rotor 108, ce dernier comprend deux tiges d'entrainement métalliques 118 dirigées vers l'exté rieur. Les extrémités de ces tiges sont maintenues solidement en place dans le rotor 108. Les extré mités libres s'engagent dans des trous allongés et étroits de forme cylindrique 219 pratiqués dans le piston 112.
Ces tiges 118 tournent avec le rotor 108 et, en conséquence, avec l'arbre 7, puisque celui-ci est soli daire du rotor. Toutefois, le piston 112 peut glisser librement le long de la surface de l'arbre. A son extrémité intérieure, le piston plongeur 112 présente une cavité annulaire 220 destinée à recevoir la struc ture métallique 208a du rotor 108 (fig. 4).
L'extrémité extérieure 128 du piston plongeur 112 comporte un logement annulaire 122' renfer mant un aimant annulaire 131 constitué par une matière ferromagnétique du même genre que celle décrite dans l'explication des fig. 1 à 3. L'anneau aimanté 131 est recouvert d'un revêtement 132 ap pliqué de la même manière que le revêtement 32. La face terminale 224 du piston et la paroi extérieure de l'anneau aimanté 131 forment une surface de passage pour le flux magnétique, comme le montre la fig. 7.
Ladite surface extérieure de l'anneau aimanté 131 constitue l'un des pôles et la face terminale du corps du piston forme l'autre des deux pôles du dispositif magnétique porté par le piston plongeur 112, après que l'aimant 131 a été monté et magné tisé. La force magnétique produite par ce dispositif, renforcée par la force du ressort 114 placé à l'inté rieur du logement 113 pratiqué dans le piston 112, est utilisée de la manière décrite plus bas pour main tenir les surfaces de freinage mobile et fixe engagées l'une contre l'autre, lorsqu'elles se trouvent dans la position de freinage illustrée à la fig. 5.
Cette forme d'exécution comprend une pièce polaire 226 .en forme d'anneau et en fer forgé placée en face de l'extrémité extérieure du piston plongeur 112. Cette pièce polaire 226 est maintenue en place dans le flasque 5 par deux vis de réglage 227. Ces vis ne sont pas visibles dans les fig. 4 et 5, mais on peut les voir dans la fig. 6. Les vis 227, qui passent à travers des ouvertures pratiquées dans le flasque 5, servent à placer la pièce polaire 226 dans n'importe quelle position désirée par rapport à la nervure 3.
Un jeu annulaire 228 existe entre la pièce polaire 226 et l'arbre 7 et un jeu de dimen sions variables existe entre la pièce polaire 226 et la face extérieure de la nervure 3.
Lorsqu'on veut ajuster la position de la pièce polaire 226, on tourne les vis 227 dans le sens in verse des aiguilles d'une montre jusqu'à ce que la pièce polaire 226 vienne en contact avec la nervure 3. Les vis 227 sont alors tournées dans le sens des aiguilles d'une montre jusqu'à ce que les têtes des vis viennent se loger dans le flasque 5. Si l'on con tinue alors de tourner les vis 227 dans le même sens des aiguilles d'une montre, on provoque le déplace ment vers l'extérieur de la pièce polaire 226 et l'agrandissement du jeu terminal 229, qui peut ainsi être choisi aussi grand ou aussi petit qu'on veut, sui vant le nombre de tours dans le sens des aiguilles d'une montre qu'auront effectué les vis 227.
Pour maintenir en place la pièce polaire 226 une fois sa position ajustée, on utilise les deux vis de blocage<B>231</B> auxquelles on accède à travers deux ouvertures 230 pratiquées dans le flasque 5, comme le montrent les fi-. 4 et 5. Lorsqu'on tourne les vis 231 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre à travers les ouvertures 230, on sort les vis 231 de la pièce polaire 226 jusqu'à ce que les têtes de ces vis viennent s'appuyer contre la paroi intérieure du flas que 5. A ce moment, la pièce polaire 226 est main tenue solidement en place. Lorsqu'on tourne les vis 231 dans le sens des aiguilles d'une montre, on dé gage la pièce polaire 226 qui peut alors être ajustée à volonté au moyen des vis de réglage 227.
On réa lise ainsi un dispositif extrêmement simple de réglage et de blocage de la pièce polaire 226.
Le piston plongeur 112 et la pièce polaire 226 exercent l'un sur l'autre une forte attraction mu tuelle du fait de l'incorporation de l'aimant annu laire 131 dans le piston 112 et de la magnétisation à laquelle ce dernier a été soumis. Toutefois, la pièce polaire 226 ne peut pas se déplacer librement, puisqu'elle est bloquée sur place au moyen des vis 227 et 231. C'est pourquoi l'attraction mutuelle du piston plongeur 112 et de la pièce polaire 226 ne peut se manifester que par un mouvement du piston plongeur en direction de la pièce polaire, c'est-à-dire par un mouvement du piston en direction de la po sition de freinage illustrée à la fig. 5.
Les pièces ne se trouvent dans la position de déblocage illustrée à la fig. 4 qu'après que le moteur a été mis sous tension et cela selon le processus décrit ci-dessous. Lorsque le moteur n'est pas alimenté, l'attraction magnétique du piston 112 et de la pièce polaire 226 renforcée par l'action du ressort 114 maintient le piston plongeur dans la position de freinage.
Lorsqu'on met le moteur sous tension, un champ magnétique très puissant se développe dans le stator 9. La partie du stator qui surplombe le rotor<B>108</B> exerce une forte attraction sur le piston plongeur 112, lequel, comme on l'a déjà dit, peut coulisser sur l'arbre 7. La force d'attraction est particulièrement puissante lors de la mise en marche, c'est-à-dire au moment où le rotor 108 et l'arbre 7 commencent à tourner. A mesure que la force d'attraction se dé veloppe, le piston plongeur est chassé plus avant hors de la position de freinage, malgré l'action de retenue du ressort 114 et l'attraction magnétique du piston plongeur 112 et de la pièce polaire 226.
Une fois que le moteur tourne à pleine charge, la force d'attraction initiale diminue considérablement; elle demeure toutefois suffisante pour maintenir le piston 112 en position de déblocage.
L'effet de déblocage est rapide et produit un dé placement presque immédiat du piston 112 hors de la position de freinage. Aussi longtemps que le mo teur est en marche, la force exercée par le ressort 114 sur le piston 112 n'est pas suffisante pour domi ner la force d'attraction. produite par le stator 9 et pour chasser le piston dans la position de freinage. Bien que la force d'attraction du stator soit réduite au moment où le moteur marche en pleine charge, elle est encore assez forte pour dominer les autres forces.
Cependant, lorsque le moteur n'est plus ali menté, la force d'attraction produite par le stator 9 disparaît rapidement, 'et le ressort 114 provoque alors un mouvement de retour du piston plongeur 112 en direction de la position de freinage. Le piston plon geur 112 se rapproche de plus en plus de la pièce polaire 226à mesure que ce mouvement se dévelop pe. Dès que l'attraction mutuelle est assez forte pour attirer brusquement les deux pièces l'une contre l'autre, le mouvement du piston vers la position de freinage est fortement accéléré.
De cette façon, l'effet de freinage, de même que l'effet de déblocage du piston, est très rapide, malgré sa lourde masse et malgré les forces d'inertie impor tantes auxquelles il est soumis. Ces forces sont quel que peu réduites par la présence de la cavité annu laire 220 dans laquelle vient s'insérer la structure métallique 208a du rotor lorsque les pièces sont placées en position de déblocage.
Le piston plongeur pourrait présenter une forme différente ou être accouplé de manière différente à l'arbre. La pièce polaire pourrait être profilée diffé remment et/ou disposée de façon différente à diffé- rents emplacements. On pourrait utiliser d'autres moyens pour ajuster sa position. A l'extrémité exté rieure du moteur, le dispositif à aimant pourrait être fixé au flasque correspondant, ce qui permettrait d'éviter l'obligation de le monter sur l'arbre du mo teur. Il pourrait présenter d'autres formes que celles montrées dans les dessins ; par exemple, il pourrait consister en un ensemble d'aimants séparés espacés les uns des autres et situés à des distances angulaires égales autour d'un même axe.