FR2952153A1 - Dispositif de freinage electromecanique - Google Patents

Abstract

Un dispositif de freinage électromécanique selon l'invention comporte un moteur électrique muni de moyens d'alimentation électrique et associé à un premier système vis-écrou (4) afin de fournir un effort axial et commander la course d'un élément frottant destiné à venir en appui sur une pièce en rotation. L'effort axial du premier système vis-écrou (4) est transmis à un bras de commande d'un levier (12) pivotant autour d'un arbre (14). Le bras de commande est un bras déformable lorsqu'un couple est exercé par le bras de commande sur l'arbre (14) du levier (12) et un capteur (38) mesure la déformation du bras de commande. Des moyens de commande permettant d'agir sur les moyens d'alimentation électrique du moteur électrique lorsque la déformation mesurée dépasse une valeur prédéterminée sont également prévus.

Description

La présente invention concerne un dispositif de freinage électromécanique et plus particulièrement un tel dispositif possédant des moyens de contrôle de l'effort de freinage. L'invention est faite dans le domaine des freins électromécaniques dans lesquels un effort de freinage est obtenu par l'application d'un effort presseur sur des éléments frottants, tels des plaquettes de freinage, venant en appui sur un disque ou un tambour. Elle concerne plus particulièrement un frein dans lequel l'effort presseur est mis en place par un système de type vis-écrou. Dans un tel système, un mouvement de rotation est transformé en un mouvement de translation et/ou un couple est transformé en effort axial. Le problème technique qui se pose alors, notamment dans le cas où le système de freinage est utilisé pour le freinage d'un rotor d'éolienne, est d'avoir un effort de freinage constant. Il convient alors d'une part d'appliquer l'effort axial fourni par le système vis-écrou sur les éléments frottants et d'autre part d'assurer un effort de freinage constant. Une difficulté consiste ici à ce que l'effort de freinage soit constant. En effet, il convient ici de se détacher le plus possible des différents rendements mécaniques du système ainsi que de la position relative des différents éléments du système et de toutes sources de dispersion qui peuvent avoir des influences différentes selon les conditions (température notamment) dans lesquelles le freinage est réalisé. La mise en place d'un capteur d'effort peut alors être envisagée. Cette solution a le double inconvénient d'être chère car elle nécessite la mise en place d'un relativement grand nombre de pièces et ne permet pas a priori représentatif du couple à contrôler pour obtenir un freinage constant.

La présente invention a alors pour but de fournir un dispositif de freinage électromécanique permettant de réaliser un contrôle performant du freinage réalisé dans le but d'avoir un freinage constant tout en limitant le nombre de pièces mises en jeu pour assurer la transmission de la puissance du moteur électrique utilisé vers les éléments frottants et réaliser le contrôle. À cet effet, la présente invention propose un dispositif de freinage électromécanique dans lequel un moteur électrique muni de moyens d'alimentation électrique est associé à un premier système vis-écrou afin de fournir un effort axial et commander la course d'un élément frottant destiné à venir en appui sur une pièce en rotation.

Selon la présente invention, l'effort axial du premier système vis-écrou est transmis à un bras de commande d'un levier pivotant autour d'un arbre ; le bras de commande est un bras déformable lorsqu'un couple est exercé par le bras de commande sur l'arbre du levier ; un capteur mesure la déformation du bras de commande, et des moyens de commande permettent d'agir sur les moyens d'alimentation électrique du moteur électrique lorsque la déformation mesurée dépasse une valeur prédéterminée. Dans un tel système, le levier est utilisé à la fois pour transmettre des efforts et pour réaliser le contrôle des efforts transmis. La structure proposée permet de limiter le nombre de pièces mécaniques puisqu'aucune pièce mécanique supplémentaire n'est nécessaire pour la réalisation du contrôle de l'effort de freinage. En outre, en mesurant la déformation du levier, on réalise une mesure à proximité du point d'application de l'effort de freinage et donc exempte des dispersions mécaniques et autres.

Compte tenu notamment de la bonne répétabilité d'un effort appliqué par un système vis-écrou, il proposé une forme de réalisation préférée dans laquelle le couple exercé sur le levier est transformé par un second système vis-écrou en un effort axial sur un élément frottant, l'arbre du levier présentant un filetage coopérant avec un taraudage d'une pièce portant l'élément frottant.

Pour permettre de facilement mesurer la déformation ûélastique- du levier lorsqu'il transmet un effort, il est proposé une forme de réalisation dans laquelle le bras de commande du levier comporte deux branches, une première branche s'étendant entre un point d'application de l'effort axial fourni par le premier système vis-écrou et l'arbre autour duquel pivote le levier, et la seconde branche s'étendant sensiblement parallèlement à la première branche et présente une extrémité libre. Dans une telle forme de réalisation, on peut alors par exemple prévoir qu'un capteur de déplacement détecte un déplacement d'une valeur prédéterminée d'un point de la seconde branche par rapport à la première branche du bras de commande. Il peut par exemple s'agir d'un capteur inductif.

Pour avoir une mesure plus fiable de la déformation du levier, il est par exemple proposé que la seconde branche soit rattachée à la première branche à proximité du point d'application de l'effort axial fourni par le premier système vis-écrou et que son extrémité libre s'étende au-delà de l'arbre autour duquel pivote le levier. On a alors une seconde branche relativement longue et on arrive alors à des déplacements relatifs entre la première branche et la seconde branche qui sont relativement importants et donc plus facilement et plus fiablement mesurables. Le capteur mesurant la déformation du bras de commande est alors avantageusement placé par rapport à l'arbre autour duquel pivote le levier du côté opposé au point d'application de l'effort axial fourni par le premier système vis- écrou, c'est-à-dire là où les déplacements relatifs sont les plus importants. La présente invention concerne également un dispositif de freinage pour rotor d'éolienne, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un dispositif de freinage tel que décrit ci-dessus.

Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels : La figure 1 est une vue schématique en élévation d'un système de freinage selon la présente invention, La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne de coupe II-II de la figure 1, La figure 3 est une vue en élévation d'un levier au repos utilisé dans le système de freinage de la figure 1, et La figure 4 est une vue correspondant à la figure 3 lorsqu'un couple est exercé sur le levier afin de réaliser un effort de freinage. À titre d'exemple illustratif mais non limitatif, la description de l'invention qui suit est faite dans son application à un système de freinage à disque. Un système de freinage tel que montré dans les dessins est plus particulièrement destiné au freinage d'un disque de rotor d'une éolienne.

Sur la figure 1 est représenté partiellement un dispositif de freinage. Cette figure montre les moyens de commande du dispositif de freinage. On reconnaît ainsi sur cette figure un groupe motoréducteur 2, associé à un premier système vis-écrou 4 permettant de transformer la rotation en sortie du groupe motoréducteur 2 et le couple correspondant en un mouvement de translation et un effort axial. Cet ensemble, formé par le groupe motoréducteur 2 et le système vis-écrou 4 est monté sur une bride 6 d'un boîtier 8 du dispositif de freinage de manière à pouvoir légèrement pivoter. Le montage est ici effectué par l'intermédiaire d'un étrier mais d'autres types de montages peuvent être envisagés.

Le premier système vis-écrou 4 comporte un bras de sortie 10 dont l'extrémité est reliée à un levier 12. Ce dernier est montré en élévation sur les figures 3 et 4. Il est monté pivotant autour d'un arbre 14 que l'on aperçoit mieux sur la figure 2. L'arbre 14 est solidaire du levier 12. Dans la forme de réalisation montrée, il s'agit de deux pièces distinctes mais elles ne pourraient former qu'une seule pièce. La liaison entre ces deux pièces est rigide (soudure, clavette, ...) de telle sorte que tout effort exercé sur l'une soit intégralement retransmis à l'autre. L'arbre 14 est monté de manière à n'avoir qu'un degré de liberté en rotation dans le boîtier 8 du dispositif de freinage. Dans la forme de réalisation représentée (figure 2), l'arbre 14 présente une collerette 16 et est logé dans un alésage 18 présentant un diamètre supérieur du côté de l'extérieur du boîtier 8. La collerette 16 prend place dans l'alésage 18, dans la zone de plus grand diamètre l'alésage 18 est fermé par un couvercle 19. L'extrémité de l'arbre 14 se trouvant à l'intérieur du boîtier 8 est filetée.

Elle porte un écrou 20 guidé dans l'alésage 18 et qui porte une plaquette de freinage 22. Cette dernière est formée d'un support et d'une garniture et est montée de manière démontable sur l'écrou 20 car il s'agit d'une pièce d'usure. On réalise de la sorte un deuxième système vis-écrou qui transforme la rotation du levier 12 en translation de l'écrou 20 et de la plaquette de freinage 22 de même qu'il transforme un couple exercé par le levier 12 sur l'arbre 14 en effort de freinage axial au niveau de la plaquette de freinage 22. Le levier 12 est montré plus en détails sur les figures 3 et 4. II s'agit d'une pièce plane, réalisée par exemple dans une tôle et qui relie le bras de sortie 10 à l'arbre 14. Le bras de sortie 10 et le levier 12 se trouvent dans un plan perpendiculaire à l'arbre 14. Le levier 12 présente un alésage 24 pour permettre sa liaison avec le bras de sortie 10. Comme représenté au dessin à titre d'exemple non limitatif, le bras de sortie 10 présente par exemple à son extrémité libre, destinée à être reliée au levier 12, une forme en U destinée à recevoir une extrémité du levier 12, un goujon 26 permettant d'assurer la liaison entre les branches du U du bras de sortie 10 et le levier 12 en traversant d'une part l'alésage 24 et d'autre part des alésages correspondants réalisés dans les branches du U. Le levier 12 présente également un alésage 27 pour recevoir l'arbre 14 qui est lié au levier 12. On peut par exemple prévoir une liaison par cannelures.

Le levier 12 présente une branche principale 28 allongée qui comporte d'une part une zone renflée 30 dans laquelle est réalisé l'alésage 27 et d'autre part une extrémité coudée 32 portant l'alésage 24. Une seconde branche 34 s'étend parallèlement à la branche principale 28. Elle est rattachée à cette dernière au niveau du coude se trouvant entre la branche principale 28 et l'extrémité coudée 32. La seconde branche 34 s'étend parallèlement à la branche principale 28 lorsque le levier 12 est au repos (aucune contrainte exercée sur le levier) sur sensiblement toute la longueur de la branche principale 28, jusqu'au delà du renflement 30. Une mince fente 36 apparaît ainsi entre la branche principale 28 et la seconde branche 34 dont l'extrémité opposée à son extrémité rattachée à la branche principale 28 est libre. Le levier 12 est dimensionné de telle sorte qu'il se déforme élastiquement lorsqu'il transmet un effort pour exercer un effort de freinage au niveau de la plaquette de freinage 22. Comme il ressort des figures, seule la branche principale 28 et l'extrémité coudée 32 du levier se déforment lorsqu'un effort est exercé par le bras de sortie 10 sur le levier 12 afin de réaliser un couple au niveau de l'arbre 14. La seconde branche 34 est réalisée de telle sorte qu'elle s'éloigne de la branche principale 28 lorsqu'un freinage est réalisé. La position de la seconde branche 34 par rapport à la branche principale 28 est directement en relation avec le couple exercé au niveau de l'arbre 14. Pour contrôler ce couple, et donc aussi l'effort de freinage exercé par la plaquette de freinage 22, la présente invention propose de mesurer en un point donné la distance entre la branche principale 28 et la seconde branche 34. Dans la forme de réalisation des dessins (figure 1), un capteur inductif 38 est monté sur la branche principale 28 du levier 12, face à l'extrémité libre de la seconde branche 34. Ainsi le capteur inductif 38 se trouve sur la branche principale au-delà de l'arbre 14 par rapport à la zone où l'effort axial exercé par le bras de sortie 10 est transmis au levier 12. C'est en effet à cet endroit, dans le mode de réalisation choisi et représenté aux dessins, que l'amplitude du mouvement de la seconde branche 34 par rapport à la branche principale 28 est la plus élevée. Les mesures de déplacement peuvent donc être plus précises à ce niveau. Lorsque le moteur du groupe motoréducteur 2 est en marche, il exerce par l'intermédiaire du premier système vis-écrou 4 et de son bras de sortie 10 un effort axial représenté sur la figure 4 par une première flèche 40. Cet effort est transformé par le levier 12 en un couple sur l'arbre 14. Ce couple est illustré schématiquement sur les figures 1 et 2 par une seconde flèche 42. Ce couple engendre au niveau de la plaquette de freinage 22 un effort de pincement engendrant par le biais de la plaquette de freinage 22 un effort de freinage, par exemple sur un disque de frein de rotor d'éolienne, illustré par une troisième flèche 44 (figure 2). Comme expliqué plus haut, en fonction du couple exercé sur l'arbre 14, la seconde branche 34 s'écarte de la branche principale 28 du levier 12. Ce déplacement est mesuré par le capteur inductif 38. Dès qu'il dépasse une valeur prédéterminée dépendant de la géométrie du levier 12, le capteur inductif 38 le détecte. Le signal du capteur inductif 38 est alors transmis à un boîtier de gestion (non représenté) qui gère notamment l'alimentation électrique du moteur du groupe motoréducteur 2. Le moteur électrique est alors arrêté.

Dans cette forme de réalisation préférée décrite ici, le levier 12 est dimensionné afin d'avoir une flexion maîtrisée correspondant au couple nécessaire pour appliquer au niveau de la plaquette de freinage 22 l'effort de freinage requis. La mesure peut ici s'effectuer quelle que soit la position angulaire du levier 12. En effet, le capteur permettant de mesurer la flexion du levier 12 est embarqué sur le levier 12 et cette flexion est indépendante de la position du levier 12. Cette flexion est directement dépendante du couple exercé au niveau de l'arbre 14. La mesure est donc faite au plus près de l'endroit où l'effort de freinage est exercé. Il n'y a de ce fait aucune (ou presqu'aucune) influence des paramètres extérieurs sur la mesure qui est effectuée.

On remarque également que le système proposé par la présente invention est avantageux car il ne nécessite qu'un capteur et de relier celui-ci au dispositif de gestion de l'alimentation du moteur électrique qui est la source d'énergie du système de freinage. Aucune pièce mécanique n'est rajoutée pour réaliser le contrôle de l'effort de freinage. Ici le levier 12 est utilisé à la fois pour transmettre des efforts que pour assurer le contrôle de ceux-ci. Le système proposé est aussi un système fiable. Un réglage du capteur inductif 38 réalisé en usine permet de garantir un effort de freinage constant. On remarque notamment que le système proposé utilise des systèmes vis-écrou qui sont des systèmes pour lesquels on a une bonne répétabilité : dans de mêmes conditions, ces systèmes délivreront un même effort. La présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférée décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif et représentée sur les dessins. Elle concerne toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi par exemple, de nombreuses autres formes de levier peuvent être envisagées. Il est par exemple prévu qu'une branche du levier s'écarte d'une autre branche du levier lorsqu'un effort est transmis par le levier. On pourrait au contraire, avec un autre dessin du levier, obtenir une branche avec une extrémité libre qui se rapprocherait de la branche du levier qui se déforme lorsqu'un effort est transmis. D'autres types de capteurs peuvent également être utilisés pour la mise en oeuvre de l'invention. Dans le cas par exemple d'une branche du levier qui se rapproche d'une autre branche du levier lors de la transmission d'un effort par le levier, un contacteur pourrait par exemple être utilisé.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de freinage électromécanique dans lequel un moteur électrique muni de moyens d'alimentation électrique est associé à un premier système vis-écrou (4) afin de fournir un effort axial (40) et commander la course d'un élément frottant (22) destiné à venir en appui sur une pièce en rotation, caractérisé en ce que l'effort axial (40) du premier système vis-écrou (4) est transmis à un bras de commande (28, 32) d'un levier (12) pivotant autour d'un arbre (14), en ce que le bras de commande (28, 32) est un bras déformable lorsqu'un couple est exercé par le bras de commande (28, 32) sur l'arbre (14) du levier, en ce qu'un capteur (38) mesure la déformation du bras de commande (28, 32), et en ce que des moyens de commande permettent d'agir sur les moyens d'alimentation électrique du moteur électrique lorsque la déformation mesurée dépasse une valeur prédéterminée.
2. 2. Dispositif de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couple exercé sur le levier (12) est transformé par un second système vis-écrou (14, 20) en un effort axial (44) sur un élément frottant (22), l'arbre (14) du levier (12) présentant un filetage coopérant avec un taraudage d'une pièce (20) portant l'élément frottant (22).
3. 3. Dispositif de freinage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le bras de commande (28, 32) du levier (22) comporte deux branches (28, 34), en ce qu'une première branche (28) s'étend entre un point d'application de l'effort axial (40) fourni par le premier système vis-écrou (4) et l'arbre (14) autour duquel pivote le levier (12), et en ce que la seconde branche (34) s'étend sensiblement parallèlement à la première branche (28) et présente une extrémité libre.
4. 4. Dispositif de freinage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un capteur (38) de déplacement détecte un déplacement d'une valeur prédéterminée d'un point de la seconde branche (34) par rapport à la première branche (28) du bras de commande (28, 32).
5. 5. Dispositif de freinage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le capteur (38) de déplacement est un capteur inductif.
6. 6. Dispositif de freinage selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la seconde branche (34) est rattachée à la première branche (28) à proximité du point d'application de l'effort axial (40) fourni par le premier système vis-écrou (4) et son extrémité libre s'étend au-delà de l'arbre (14) autour duquel pivote le levier (12).
7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur (38) mesurant la déformation du bras de commande (28, 32) est placé par rapport à l'arbre (14) autour duquel pivote le levier (12) du côté opposé au point d'application de l'effort axial (40) fourni par le premier système vis-écrou (4).
8. 8. Dispositif de freinage pour rotor d'éolienne, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un dispositif de freinage selon l'une des revendications 1 à 7.