[0001] La présente invention se rapporte à un patin électromagnétique utilisable en particulier
pour le freinage d'un véhicule ferroviaire par application sur le rail de roulement
en acier de ce véhicule.
[0002] Les patins de ce type comportent une série de patins trotteurs élémentaires constitués
d'un noyau ferromagnétique dont les deux faces polaires, (nord et sud) séparées par
un entrefer vertical sont appliquées sur le rail. Au moment du freinage, le noyau
ferromagnétique coopère avec au moins une bobine excitatrice parcourue par un courant
électrique continu qui provoque l'attraction magnétique des faces polaires par la
surface de roulement du rail qui ferme le circuit magnétique.
[0003] L'effort d'attraction entre les faces polaires et le rail se développe de façon pratiquement
indépendante de l'adhérence des roues du véhicule ferroviaire sur le rail, à l'exception
de l'effort initial d'application du patin sur le rail généralement supérieur au double
de l'action de la pesanteur sur le patin magnétique et son système de suspension et
de rappel en position inactive à distance du rail.
[0004] L'effort d'attraction entre le patin et le rail peut atteindre des valeurs très importantes
qui représentent plus de 20 fois l'action de la pesanteur sur le patin et son système
de suspension et de rappel et qui peuvent être voisines de celles de-l'effort d'application
sur le rail des roues d'un bogie ferroviaire encadrant ce patin. A titre d'exemple,
on peut indiquer que les deux patins magnétiques d'un bogie ferroviaire pèsent environ
1/2 tonne avec leur équipement mobile d'application et de relevage mais peuvent être
appliqués sur le rail par l'attraction électromagnétique avec un effort d'attraction
maximal d'environ 14 000 daN. Les efforts retardateurs obtenus avec de tels patins
au cours des essais de freinage ne dépassent en général pas des valeurs de 1 000 à
1 200 décanewtons (daN) ce qui traduit un coefficient de frottement relativement faible
entre la surface de friction des patins et le rail ainsi qu'une diminution de l'induction
traversant la surface du rail lorsque le patin se déplace sur le rail. En dépit de
ces performances de freinage apparemment modestes, les patins magnétiques de freinage
sont de plus en plus utilisés sur les véhicules ferroviaires rapides destinés au transport
de voyageurs car leur usage, d'une part ne sollicite pratiquement pas d'adhérence
entre les roues et le rail et réduit les distances d'arrêt dans les pires conditions
d'adhérence, et d'autre part, peut être considéré comme de sécurité lorsque les patins
sont appliqués automatiquement en cas de freinage d'urgence et sont alimentés en courant
continu par les batteries de bord du véhicule. L'usage des patins magnétiques sur
les véhicules ferroviaires légers pour le transport des voyageurs, tels que les trams,
a toujours été très prisé car dans une telle application, il est possible d'alimenter
le bobinage d'excitation électrique à grande puissance par prélèvement direct ou quasi-direct
sur la caténaire à courant continu généralement à 600V, et la charge des bogies plus
limitée, permet d'atteindre en freinage d'urgence des décélérations voisines de 3m/sec
2.
[0005] De nombreux perfectionnements ont été proposés et/ou appliqués pour améliorer les
performances de freinage des patins magnétiques. L'augmentation de l'excitation électrique
ne peut être envisagée par suite de la quasi saturation des circuits magnétiques,
non plus que l'augmentation des dimensions en largeur et en longueur qui se heurtent,
respectivement à la largeur limitée du champignon du rail de roulement et à l'espace
disponible entre les deux roues du bogie en dehors duquel il ne saurait être question
de transmettre au véhicule les forces frottantes appliquées par le rail au patin.
Un autre perfectionnement a consisté à ajouter entre les pôles magnétiques du patin,
notamment dans l'entrefer entre ces deux pôles, des garnitures de friction à coefficient
de frottement élevé. De telles garnitures se sont révélées pratiquement inefficaces
car, ou bien leur effort d'application sur le rail est faible, ou bien la perméabilité
entre les pôles du patin magnétique et le rail en est sérieusement affectée et le
gain sur le coefficient de frottement est pratiquement annulé par la diminution de
l'effort d'application magnétique du patin sur le rail.
[0006] L'un des buts de la présente invention est de réaliser un patin magnétique, d'une
part compatible avec les exigences actuelles de poids, d'encombrement, de puissance
d'excitation électrique et de coût pour les bogies des véhicules ferroviaires destinés
au transport de voyageurs.et, d'autre part, dont les performances effectives de freinage
sur la voie sont améliorées de façon considérable.
[0007] A cet effet, le patin électromagnétique utilisable en particulier pour le freinage
d'un véhicule ferroviaire par application sur le rail de roulement en acier de ce
véhicule, du type comportant au moins un patin frotteur élémentaire constitué d'un
noyau ferromagnétique dont les deux faces polaires (nord et sud) séparées par un entrefer
vertical sont susceptibles de venir s'appliquer sur le rail, le noyau coopérant avec
au moins une bobine excitatrice apte à provoquer l'attraction magnétique de ces faces
polaires par la surface de roulement du rail qui ferme alors le circuit magnétique,
est caractérisé en ce que le noyau ferromagnétique et ses faces polaires susceptibles
de s'appliquer sur le rail sont réalisés en un matériau à haute perméabilité magnétique
tel que de l'acier doux tandis qu'une plaque en un matériau à bonne perméabilité magnétique,
à coefficient de friction élevé et de bonne résistance mécanique tel qu'une poudre
agglomérée et frittée à base de fer doux ou de ferrites est rapportée et fixée rigidement
sur chaque face polaire pour venir s'interposer, lorsque le patin est appliqué sur
le rail de roulement, entre la surface de ce rail et la face polaire en matériau à
haute perméabilité magnétique. Le matériau de frottement le plus généralement utilisé
jusqu'ici pour réaliser les faces polaires était une fonte de frottement à bonne perméabilité
magnétique mais qui néanmoins ne supportait pas des inductions aussi élevées que l'acier
doux. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser le circuit magnétique principalement
en acier doux à haute perméabilité et de bénéficier vraiment d'un coefficient de friction
élevé entre la surface des pôles et le rail. Des matériaux frittés existent déjà qui
possèdent une perméabilité élevée et un coefficient de frottement compris entre 0,3
et 0,5. L'interposition de plaques d'un tel matériau entre les faces polaires et le
rail devrait permettre de tripler les forces freinantes obtenues avec les patins magnétiques
sans augmenter leur poids, encombrement et excitation électrique.
[0008] Selon une autre caractéristique de l'invention, le matériau à bonne perméabilité
magnétique et à coefficient de friction élevé possède également des propriétés de
magnétisme rémanent aptes à renforcer l'effort d'attraction exercé par le rail de
roulement sans interdire le rappel du patin magnétique en position inactive après
coupure du courant de la bobine excitatrice. Un patin doté d'un léger magnétisme rémanent
peut être appliqué sur le rail sans excitation électrique pendant le freinage de service
du véhicule aux fins de nettoyer la surface du rail mouillée ou polluée par des produits
gras. L'application sur le rail d'un tel patin peut être réalisée par l'action de
la pression de freinage du véhicule agissant sur un ou plusieurs pistons d'application
et le coefficient de friction élevé du matériau de frottement des pôles permet d'obtenir
des forces freinantes sensibles et un nettoyage efficace de la surface du rail sans
que le rappel du patin en position inactive à distance du rail, n'exige des efforts
de rappel plus importants que ceux des ressorts de rappel habituellement utilisés
capables d'exercer un effort de rappel sensiblement égal à deux fois l'action de la
pesanteur sur le patin et la partie mobile de son système de suspension et de rappel.
[0009] Pour diminuer l'échauffement de la surface du rail en cas de défilement d'une longue
rame de véhicules freinés par patins magnétiques, le matériau à bonne perméabilité
magnétique et à coefficient de friction élevé peut posséder également une bonne conductibilité
thermique et être relié à au moins un bloc d'accumulation de chaleur apte à diminuer
au cours du freinage l'échauffement du matéri.au à bonne conductibilité thermique
et, par voie de conséquence du rail.
[0010] En variante, le matériau à bonne perméabilité magnétique et à coefficient de friction
élevé peut posséder des qualités de fragmentation à l'abrasion par friction (du type
de celles de la fonte des sabots de freins ferroviaires) permettant d'évacuer dans
les fragments d'abrasion une part importante de la chaleur de frottement dégagée au
cours de la friction du patin sur lé rail.
[0011] Selon une autre caractéristique importante de l'invention, le matériau à bonne perméabilité
magnétique et à coefficient de friction élevé est doté également d'une grande résistance
à l'abrasion et est rapporté en couche mince sur les faces polaires par un moyen d'accrochage
tel qu'une projection de métallisation.
[0012] Une autre mode de réalisation de l'invention consiste à former le matériau à bonne
perméabilité magnétique et à coefficient de friction élevé en un bloc massif de patin
de friction à haute perméabilité magnétique fixé de façon amovible sur chacune des
faces polaires par tout moyen réalisant la continuité du circuit magnétique traversant
le noyau ferromagnétique. En perfectionnement de ce mode de réalisation, les deux
blocs de patin de friction correspondant aux deux pôles (nord et sud) d'un patin frotteur
élémentaire peuvent être assemblés en un monobloc unique, d'une part constitué des
deux blocs de patin séparés par une bande continue en matériau(x) amagnêtique(s) pour
constituer l'entrefer entre les deux pôles, d'autre part, fixé de façon amovible entre
et sur les deux faces polaires par tout moyen réalisant la continuité du circuit magnétique.
La bande continue en matériau(x) amagnétique(s) peut contenir un bloc d'accumulation
de chaleur tel qu'une cire fusible et présenter une section évasée en direction de
la bobine d'excitation pour former un entrefer de largeur minimale à la sortie entre
les deux pôles du monobloc unique du côté du rail.
[0013] Selon un mode de réalisation particulièrement compact et novateur, la bande continue
en matériau(x) amagnêtique(s) est solidarisée par frittage aux deux blocs de patin
de friction correspondant aux deux pôles et le monobloc unique est d'une part, serré
et assemblé de façon amovible par tout moyen approprié tel que des vis entre les faces
polaires latérales opposées ménagées sur chaque pôle du noyau magnétique et d'autre
part, en appui par chacune de ces faces latérales sur une autre face polaire ménagée
parallèlement à la surface du rail sur chaque pôle du noyau. Les faces polaires latérales
opposées ménagées sur chaque pôle du noyau magnétique présentent de préférence une
hauteur limitée permettant, en position inactive du patin magnétique monté sur le
véhicule ferroviaire, de dégager vers le rail ou respectivement d'engager depuis le
rail, le monobloc unique après dépose des moyens d'assemblage de ce monobloc sur les
pôles du noyau magnétique. En variante, les monoblocs uniques peuvent être glissés
latéralement entre les deux faces polaires latérales opposées ménagées sur chaque
pôle du noyau après dépose de leurs moyens d'assemblage sur les pôles du noyau magnétique,
jusqu'à une position latérale hors du patin magnétique pour permettre la pose et/ou
la dépose des monoblocs parallèlement au rail. Pour l'assemblage sur le noyau magnétique,
les deux faces latérales opposées ménagées sur chaque pôle du noyau peuvent être inclinés
symétriquement par rapport à l'axe longitudinal du patin et former deux surfaces de
retenue pour le monobloc unique assemblé en queue d'aronde entre les deux faces polaires
du noyau ferromagnétique.
[0014] La bande centrale continue en matériau(x) amagnétique(s) du monobloc unique peut
être munie de dents et/ou saillies aptes à coopérer avec des dents et/ou saillies
conjuguées ménagées sur une enveloppe rigide de la bobine excitatrice afin de transmettre
à cette enveloppe rigide les efforts de friction développés par le rail sur la partie
du monobloc unique en contact avec le rail.
[0015] D'autres buts, avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront
à la lecture de la description qui va suivre à titre non limitatif et en regard du
dessin où:
. les figures 1 et 2 représentent en coupe transversale deux modes de réalisation
différents du patin électromagnétique selon l'invention appliqué en position de freinage
sur le raiT de roulement d'un véhicule ferroviaire.
. La figure 3 est une vue en élévation partielle d'un bogie de véhicule ferroviaire
équipé de patins électromagnétiques conformes à l'invention.
[0016] En référence à la figure 3 qui représente un patin en service sur un véhicule, le
repère 1 désigne un patin électromagnétique supporté par le bogie 2 d'un véhicule
ferroviaire au moyen des tiges de piston 4a et 4b de deux cylindres de relevage dont
l'action est schématisée par des flèches 4. Des bobines annulaires d'excitation 6,
logées à l'intérieur d'une enveloppe rigide 5, sont alignées dans le sens longitudinal
du rail 3. Ces bobines présentent un plan vertical de symétrie 7 (voir les figures
1 et 2) s'étendant sur toute la hauteur du patin et sensiblement confondu en service
avec le plan de symétrie longitudinal du rail 3. Le patin 1 comporte une séné de patins
frotteurs élémentaires 8 montés en ligne et disposés entre deux éléments de tête 9
le long de l'enveloppe rigide 5 formant châssis porteur de manière que chaque patin
élémentaire soit associé à sa propre bobine 6. Les patins élémentaires d'extrémité
9 sont pourvus chacun d'un chanfrein 18 leur permettant d'engager le rail 3 progressivement
et de franchir ainsi sans accrochage une discontinuité brutale de la surface de roulement
telle qu'un joint de rail ou un raccord d'aiguillage.
[0017] Si l'on se refère maintenant à la figure 1, on voit que chaque patin élémentaire
8 appliqué sur la surface de roulement du champignon 3a du rail 3, comprend un noyau
ferromagnétique en forme de U renversé, dont les deux branches 10 partent de l'ouverture
centrale 6a de la bobine 6 vers le rail 3 en épaulant cette bobine 6 de part et d'autre
de manière à former à l'une de leur extrémité deux faces polaires 11, qui viennent
en face de la surface supérieure du rail 3 perpendiculairement à l'axe longitudinal
de celui-ci. Les deux branches du U passent horizontalement à travers l'ouverture
centrale de la bobine 6 et viennent s'appliquer l'une sur l'autre par une surface
d'appui 12, plane et sans entrefer pour constituer le circuit magnétique de chaque
patin élémentaire 8 en deux parties aisément amovibles 13 et 14 de part et d'autre
du plan de symétrie 7.
[0018] Chaque partie 13 ou 14 comporte à sa base un embout de friction 15 rentrant sous
la bobine 6, dirigé verticalement vers le rail 3 et maintenu à l'écart de l'embout
homologue de l'autre partie 13 ou 14 au moyen d'une bande de séparation 16 en un matériau
amagnétique tel que du laiton ou de l'acier inoxydable. Les deux parties amovibles
13 et 14 constituant le noyau ferromagnétique de chaque patin élémentaire 8, sont
serrées l'une sur l'autre directement par la surface d'appui 12 et sur la bande de
séparation 16 par des boulons transversaux 17, dont l'un traverse la surface 12 et
peut être réalisé en un matériau à haute perméabilité magnétique tandis que l'autre,
passant dans un espace ménagé à la base de la bobine 6, traverse respectivement les
parties en retrait 15 des branches 10 et la bande de séparation 16 et doit impérativement
être réalisé en un matériau amagnétique tel que de l'acier inoxydable pour éviter
un court- circuit magnétique de l'entrefer constitué par la bande 16.
[0019] Conformément à l'invention, les faces polaires 11 des parties 13 et 14 sont couvertes
d'une plaque mince 19 en un matériau de bonne perméabilité magnétique, de coefficient
de friction élevé, de bonne résistance mécanique et doté d'une bonne résistance à
l'abrasion. De telles plaques sont maintenant réalisées par la métallurgie des poudres,
notamment par frittage mais leur accrochage qui peut être réalisé par des vis fixées
perpendiculairement à la surface de roulement du rail 3, présente des difficultés
lorsqu'elles sont de faible épaisseur. Dans le cas où le matériau interposé entre
la surface du rail et les faces polaires présente une grande résistance à l'abrasion,
on peut envisager de l'accrocher sur ces faces polaires en couche mince par mêtatlisation,
c'est-à-dire projection à grande vitesse d'impact sous forme de particules fondues
ou microfondues.
[0020] Lorsque le patin magnétique représenté sur la figure 1 est appliqué en position active
sur le rail et glisse sur celui-ci, la bobine 6 est parcourue par un courant continu
fournissant un grand nombre d'ampères-tours d'excitation capables de quasi-saturer
le circuit magnétique fermé sur les parties 13 et 14 et sur le rail où le flux magnétique
entre par l'une des faces polaires 11 et ressort par l'autre en réalisant dans le
rail un parcours en forme d'arcs de cercles concentriques représentés en traits fins
20. La bande de séparation 16 et la tige amagnétique du boulon inférieur 17 obligent
en effet le flux magnétique à traverser préférentiellement le rail relativement plus
perméable aux lignes de force pour relier les pôles nord et sud des faces polaires
11. L'induction élevée qui traverse la surface de roulement du champignon 3a du rail
3 provoque un effort d'attraction magnétique très important entre les plaques 19 et
cette surface du rail. L'effort d'application des plaques 19 sur le rail peut ainsi
atteindre pour les plus longs patins magnétiques des valeurs statiques de 7000 à 10000
daN. Le déplacement rapide du patin magnétique sur le rail induit dans celui-ci des
courants de Foucault qui réduisent l'induction magnétique traversant la surface du
rail mais le coefficient de friction élevé des plaques 19 provoque un effort de freinage
important appliqué par le champignon 3a du rail aux plaques 19 qui le transmettent
aux parties 13 et 14 du noyau ferromagnétique qui vient alors en appui sur les faces
latérales de l'ouverture 6a de la bobine 6 contenue dans l'enveloppe rigide 5 qui
vient en butée sur le châssis du bogie 2 du véhicule.
[0021] Les patins magnétiques de type connu comportent des noyaux ferromagnétiques qui sont,
soit massifs en fonte de relativement bonne perméabilité magnétique, soit en acier
moulé à très bonne perméabilité magnétique avec des patins de friction rapportés en
fonte de frottement de perméabilité magnétique moyenne. La perméabilité du circuit
magnétique de tels noyaux reste inférieure à celle obtenue avec les patins magnétiques
représentés sur la figure 1. Un tel avantage permet d'augmenter de façon sensible
l'induction magnétique traversant la surface du rail et de bénéficier d'efforts d'attraction
nettement plus importants du fait que ces efforts d'attraction sont proportionnels
au carré de l'induction. Dans de tels patins, l'effort de retenue par les courants
de Foucault est minoré le plus possible pour privilégier l'action du frottement entre
les plaques 19 à haut coefficient de frottement (0,2 à 0,4) et le rail dont la rugosité
de surface augmente après le passage abrasif du patin mégnétique du premier bogie
d'un train, ce qui augmente l'efficacité des patins suivants.
[0022] Le patin magnétique représenté en coupe sur la figure 2 reprend certains éléments
de celui représenté sur la figure 1. Les éléments identiques portent les mêmes références
et concernent la bobine d'excitation 6, les branches 10 du noyau ferromagnétique en
deux parties 13 et 14 et leur surface d'appui commune 12.
[0023] Pour des raisons de facilité de démontage depuis le côté extérieur (partie 14) du
patin par rapport au châssis du bogie 2, les boulons 17 sont remplacés par des vis
17 à 6 pans creux du côté extérieur, la partie 13 en acier doux moulé étant munie
de trous taraudés pour recevoir les embouts filetés de ces vis 17. L'embout 15 à la
base des parties 13 et 14 du noyau magnétique n'est pas prolongé en direction du rail
mais est muni de deux faces d'appui perpendiculaires entre elles respectivement, 21
parallèle au plan de symétrie 7 et 22, parallèle à la surface de roulement du rail.
[0024] Selon l'invention, un bloc massif de friction 23 comportant deux pôles massifs 24
et 25 en un matériau de bonne perméabilité magnétique à coéfficient de friction élevé
et de bonne résistance mécanique (par exemple moulés par la métallurgie des poudres
et une opération de frittage, en un monobloc unique 23 comportant une bande de séparation
26 constituant l'entrefer entre les deux pôles 11) est assemblée sur le noyau magnétique
par l'intermédiaire de faces latérales d'appui conjuguées des faces 21 et 22 (des
parties 13 et 14 du noyau) et est serré entre les deux faces 21 par les vis inférieures
17 traversant avec jeu un alésage 27 ménagé par exemple par moulage dans le bloc 23.
La bande de séparation 26 est réalisé en un matériau amagnétique par tout moyen convenable,
notamment par la métallurgie des poudres et peut présenter une section évasée vers
le haut de la figure en direction de la bobine 6, tel que représenté sur la figure.
Cette section évasée permet d'une part de disposer d'un entrefer de grande longueur
au voisinage de la bobine 6 dans une zone risquant le plus les court-circuits magnétiques
par induction de fuite et d'autre part de réduire à une faible largeur l'entrefer
entre les deux pôles au voisinage de la surface de friction sur le rail. Cette disposition
permet d'augmenter la surface de contact entre les patins de friction et le rail et
d'augmenter l'induction traversant cette surface et partant d'augmenter l'effort d'attraction
entre le patin magnétique et le rail. Les monoblocs 23 montés sur les patins frotteurs
de tête 9 sont munis du chanfrein 18 déjà décrit en référence à la figure 3, et d'un
aileron latéral extérieur 28 permettant au monobloc de se raccrocher au rail dans
le cas où, au moment de l'application du patin en direction du rail, un choc transversal
déporte latéralement l'ensemble des deux patins magnétiques d'un bogie reliés entre
eux par un cadre de butée frontale et latérale sur le châssis de bogie.
[0025] Lorsque le patin magnétique représenté sur la figure 2 est appliqué en position active
sur le rail et glisse sur celui-ci, la bobine 6 étant parcourue par un courant continu
d'excitation, le flux magnétique traverse les faces 21 et 22 pratiquement sans entrefer,
s'étale dans le pôle massif 25 de bonne perméabilité magnétique, entre par l'une des
faces polaires 11 et ressort par l'autre en réalisant dans le rail un parcours en
forme d'arcs de cercles concentriques représentés en traits fins 20 et revient par
le pôle massif 24 dans la partie 14 du noyau, sans traverser la bande de séparation
26 constituant un entrefer de largeur variable. L'attraction magnétique-développée
entre les pôles 24 et 25 et le rail produit des efforts de frottement importants par
suite du coefficient de frottement élevé du matériau fritté constituant les pôles
et du matériau amagnétique constituant la bande de séparation 26. Dans cette version,
il est possible d'utiliser pour-le bloc massif 23 des matériaux moins résistant à
l'usure par abrasion que dans le cas de la figure 1 car le changement des blocs 23
peut s'opérer aisément sur le patin monté sur le bogie 2. Il suffit pour cela de dévisser
les vis inférieures 17 en acier inoxydable .et de faire descendre les blocs 23 sur
le rail avec un levier, lé patin magnétique étant en position inactive haute telle
que représentée sur la figure 3. On peut alors retirer latéralement les blocs 23 si
la hauteur de descente sur le rail est supérieure à la
/hauteur de la face 21. Dans le cas où cette face 21 est plus haute que l'espace libre
entre la face polaire 11 et le rail, on peut sortir les blocs 23 en les faisant glisser,
après desserrage des vis inférieures 17, entre les faces 21 jusqu'à une extrémité
libre du patin au-delà du patin d'extrémité 9. On doit comprendre également que les
pôles massifs 24 et 25 peuvent être entièrement séparés de la bande 26 sur laquelle
ils sont serrés par les vis inférieures 17. La bande 26 peut présenter diverses sections
transversales, notamment une section rectangulaire de type connu facilitant le serrage
des pôles massifs entre les deux faces 21 et elle peut être munie de dents et/ou de
saillies coopérant avec des dents et/ou saillies conjuguées ménagées sur l'enveloppe
rigide 5 réalisée de préférence en tôle d'acier inoxydable pour. limiter les fuites
magnétiques.
[0026] On doit comprendre également que le jeu prévu entre l'alésage 27 et chaque vis 17
qui le traverse permet de serrer énergiquement les pôles massifs 24 et 25 entre les
faces 21 tout en autorisant la libre dilatation dans le sens vertical de ces pôles
lorsqu'ils sont portés à température élevée par la friction sur le rail. Pour réduire
l'échauffement du rail et de ces pôles au cours du freinage, on peut prévoir que le
matériau qui les constitue possède des qualités de fragmentation à l'abrasion pour
évacuer (comme la fonte phosphoreuse des sabots de frein ferroviaire) une partie de
la chaleur de frottement dans les fragments d'abrasion portés alors au rouge ou bien
que la bande de séparation 26 contient un bloc d'accumulation de chaleur en matériau
amagnétique tel qu'une cire fusible.
[0027] Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés.
Elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, sans
que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. Ainsi, dans le cas où le patin magnétique
comporte des pôles massifs 24, 25 susceptibles d'être portés à haute température par
le frottement sur le rail, on peut prévoir des faces 21 inclinées symétriquement par
rapport à l'axe 7 pour former deux surfaces de retenue vers le bas pour le monobloc
23 qui est alors assemblé en queue d'aronde entre les deux faces 21 avec un léger
jeu lui permettant de venir en appui sur les parties 13 et 14 par les faces 22 au
cours du freinage. Dans une telle disposition, le circuit magnétique présente un léger
entrefer entre les pôles 24 et 25 et les faces 21 mais un bon contact entre ces pôles
24 et 25 et les surfaces d'appui 22. Le bloc 23 et les pôles 24 et 25 peuvent se dilater
librement dans tous les sens par rapport au noyau magnétique en acier doux. Une telle
disposition se révèle particulièrement avantageuse lorsque les coefficients de dilatation
des noyaux et du bloc 23 sont très différents mais exige des vis inférieures 17 relativement
solides pour faire face aux efforts de torsion et d'ouverture appliqués à ce noyau
lorsque le patin magnétique est en service sur le rail. L'utilisation de monoblocs
23 à queue d'aronde exige le montage par glissement latéral de ces monoblocs à partir
de l'une des extrémités du patin magnétique.
[0028] L'utilisation de patins magnétiques dotés de parties frottantes, soit très résistantes
à l'abrasion comme les plaques minces 19 de la figure 1, soit très faciles à remplacer
sur le patin en service comme les monoblocs 23 de la figure 2, permet d'utiliser de
tels patins en freinage de service. Dans cette application, la modérabilité du freinage,
à défaut d'une modulation du courant d'excitation apparamment difficile et onéreuse
à réaliser, pourrait être obtenue, comme décrit précédemment, en appliquant le patin
sur le rail par l'action de la pression de freinage agissant sur au moins un piston
d'application des patins à l'encontre des ressorts et autres moyens de rappel de ce
patin en position inactive.
[0029] Comme décrit auparavant, cette action de freinage par patin de frottement pourrait
être renforcée par des aimants permanents d'excitation n'interdisant pas le rappel
des patins en position inactive, l'inconvénient bien connu des y aimants permanents
en service ferroviaire étant cependant d'accrocher toutes les particules ferromagnétiques
passant à leur voisinage.
[0030] Une autre variante consiste à prévoir pour le matériau des pôles 24 et 25 et éventuellement
de la bande de séparation 26, une structure relativement élastique, ce qui peut s'obtenir
en laissant des vides entre les grains de matériau frittés. Une telle structure élastique
permet à la face polaire 11 de mieux épouser la surface du rail de roulement sous
l'action de l'effort d'attraction magnétique et partant, d'augmenter l'induction magnétique
en service et les efforts d'attraction magnétique et de freinage du patin sur le rail.
1.- Patin électromagnétique utilisable en particulier pour le freinage d'un véhicule
ferroviaire par application sur le rail de roulement en acier de ce véhicule, du type
comportant au moins un patin frotteur élémentaire constitué d'un noyau ferromagnétique
dont les deux faces polaires (nord et sud) séparées par un entrefer vertical sont
susceptibles de venir s'appliquer sur le rail, le noyau coopérant avec au moins une
bobine excitatrice apte à provoquer l'attraction magnétique de ces faces polaires
par la surface de roulement du rail qui ferme alors le circuit magnétique, caractérisé
en ce que le noyau ferromagnétique et ses faces polaires susceptibles de s'appliquer
sur le rail sont réalisés en un matériau à haute perméabilité magnétique tel que de
l'acier doux tandis qu'une plaque en un matériau à bonne perméabilité magnétique,
à coefficient de friction élevé et de bonne résistance mécanique tel qu'une poudre
agglomérée et frittée à base de fer doux ou de ferrites est rapportée et fixée rigidement
sur chaque face polaire pour venir s'interposer, lorsque le patin est appliqué sur
le rail de roulement, entre la surface de ce rail et le matériau à haute perméabilité
magnétique de la face polaire.
2.- Patin électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau
à bonne perméabilité magnétique et à coefficient de friction élevé possède également
des propriétés de magnétisme rémanent aptes à renforcer l'effort d'attraction exercé
par le rail de roulement sans interdire le rappel du patin magnétique en position
inactive après coupure du courant de la bobine excitatrice.
3.- Patin électromagnétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le
matériau à bonne perméabilité magnétique et à coefficient de friction élevé possède
également une bonne conductibilité thermique.
4.- Patin électromagnétique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau
à bonne conductibilité thermique est relié à au moins un bloc d'accumulation de chaleur
apte à diminuer au cours du freinage l'échauffement du matériau à bonne conductibilité
thermique et, par voie de conséquence, du rail.
5.- Patin électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce
que le matériau à bonne perméabilité magnétique et à coefficient de friction élevé
possède des qualités de fragmentation à l'abrasion par friction (du type de celles
de la fonte des sabots de frein ferroviaires) permettant d'évacuer dans les fragments
d'abrasion une part importante de la chaleur de frottement dégagée au cours de la
friction du patin sur le rail.
6.- Patin électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce
que le matériau à bonne perméabilité magnétique et à coefficient de friction élevé
est doté également d'une grande résistance à l'abrasion et est rapporté en couche
mince sur les faces polaires par un moyen d'accrochage tel qu'une projection de métallisation.
7.- Patin électromagnétique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce
que le matériau à bonne perméabilité magnétique et à coefficient de friction élevé
est formé en un bloc massif de patin de friction à haute perméabilité magnétique fixé
de façon amovible sur chacune des faces polaires par tout moyen réalisant la continuité
du circuit magnétique traversant le noyau ferromagnétique.
8.- Patin électromagnétique selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux
blocs de patin de friction correspondant aux deux pôles (nord et sud) d'un patin frotteur
élémentaire sont assemblés en un monobloc unique, d'une part, constitué des deux blocs
de patin séparés par une bande continue en matëriau(x) amagnétique(s) pour constituer
l'entrefer entre les deux pôles, d'autre part, fixé de façon amovible entre et sur
les deux faces polaires par tout moyen réalisant la continuité du circuit magnétique.
9.- Patin électromagnétique selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bande
continue en matériau(x) amagnétique(s) contient un bloc d'accumulation de chaleur
tel qu'une cire fusible.
10.- Patin électromagnétique selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que
la bande continue en matériau(x) amagnétique(s) présente une section évasée en direction
de la bobine d'excitation pour former un entrefer de largeur minimale à la sortie
entre les deux pôles du monobloc unique du côté du rail.
11.- Patin électromagnétique selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en
ce que la bande continue en matériau(x) amagnétique(s) est solidarisée par frittage
aux deux blocs de patin de friction correspondant aux deux pôles.
12.- Patin électromagnétique selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en
ce que le monobloc unique est, d'une part, serré et assemblé de façon amovible par
tout moyen approprié tel que des vis entre les faces polaires latérales opposées,
ménagées sur chaque pôle du noyau magnétique et, d'autre part, en appui par chacune
de ces faces latérales sur une autre face polaire ménagée parallèlement à la surface
du rail sur chaque pôle du noyau.
13.- Patin électromagnétique selon la revendication 12, caractérisé en ce que les
faces polaires latérales opposées ménagées sur chaque pôle du noyau magnétique, présentent
une hauteur limitée permettant, en position inactive du patin magnétique monté sur
le véhicule ferroviaire, de dégager vers le rail ou respectivement d'engager depuis
le rail le monobloc unique;après .dépose des moyens d'assemblage de ce monobloc sur les pôles du noyau magnétique.
14.- Patin électromagnétique selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que,
en position sur le véhicule, le (ou les) monobloc(s) unique(s) peuvent être glissés
latéralement entre les deux faces polaires latérales opposées ménagées sur chaque
pôle du noyau, après dépose des moyens d'assemblage du (ou des) monobloc(s) sur les
pôles du noyau magnétique, jusqu'à une position latérale hors du patin magnétique
pour permettre la pose et/ou la dépose de ce (ou ces) monobloc(s) unique(s) parallèlement
au rail.
15.- Patin électromagnétique selon la revendication 14, caractérisé en ce que les
deux faces latérales opposées ménagées sur chaque pôle du noyau sont inclinées symétriquement
par rapport à l'axe longitudinal du patin et forment deux surfaces de retenue pour
le monobloc unique assemblé "en queue d'aronde" entre les deux faces polaires du noyau
ferromagnétique.
16.- Patin électromagnétique selon l'une des revendications 8 à 15, caractérisé en
ce que la bande centrale continue en matériau(x) amagnétique(s) du monobloc unique
est munie de dents et/ou saillies aptes à coopérer avec des dents et/ou saillies conjuguées
ménagées sur une enveloppe rigide de la bobine excitatrice afin de transmettre à cette
enveloppe rigide les efforts de friction développés par le rail sur la partie du monobloc
unique en contact avec le rail.