1. Fonctionnement d'un moteur de frein
Un moteur-frein intègre un moteur à induction triphasé et un frein électromagnétique dans un seul bloc compact. Le frein est monté à l'extrémité opposée à la partie motrice de l'arbre moteur, à l'intérieur d'un carter de protection faisant partie intégrante du boîtier moteur. Le moteur et le frein partagent le même bornier, ce qui simplifie le raccordement électrique : l'alimentation triphasée principale alimente l'enroulement moteur de manière classique, et une alimentation CC séparée (généralement 24 V CC, provenant d'un redresseur situé dans le bornier moteur ou du tableau de commande) alimente la bobine de frein.
Le principe opérationnel critique est conception à sécurité intégréeLe frein s'enclenche mécaniquement par la force d'un ressort et se relâche électriquement grâce à un électroaimant à courant continu. Ainsi, en cas de coupure de courant, d'arrêt d'urgence ou de toute interruption d'alimentation, le frein s'enclenche automatiquement, sans intervention de sa part ; la charge est sécurisée par défaut, et non suite à une action de commande.
L'alimentation triphasée alimente simultanément l'enroulement du moteur et la bobine de frein en courant continu. L'électroaimant surmonte la force du ressort et libère le disque d'induit du disque de frein, permettant ainsi la rotation de l'arbre. Le moteur atteint sa vitesse de fonctionnement en 1 à 3 secondes.
Le moteur entraîne la charge à sa vitesse nominale. La bobine de frein reste alimentée, maintenant le frein ouvert. Le disque de frein tourne librement avec l'arbre ; il n'y a aucun contact entre le disque de frein en rotation et la plaque de frein fixe en fonctionnement normal.
L'alimentation triphasée et la bobine de frein à courant continu se coupent simultanément. La force du ressort plaque immédiatement le disque d'induit contre le disque de frein à friction. Le freinage par friction immobilise l'arbre en 0,1 à 0,5 seconde, selon le couple de freinage et l'inertie de la charge.
2. Principe du frein électromagnétique à ressort
Le frein électromagnétique à l'intérieur d'un moteur de frein Y2EJ se compose de cinq composants clés, tous montés de manière concentrique sur l'extension de l'arbre du moteur à l'extrémité NDE :
Cannelé sur l'arbre moteur, il tourne avec lui. Fabriqué en matériau de friction à coefficient de frottement élevé et stable sur toute la plage de températures de fonctionnement, le disque de frein constitue l'élément d'usure du système de freinage. Son épaisseur diminue à chaque freinage, et le réglage de l'entrefer doit compenser cette usure.
Un disque en acier coulisse axialement sur des axes de guidage sans tourner. Lors du freinage, les ressorts de compression plaquent le disque d'armature contre le disque de frein en rotation, créant ainsi la force de serrage qui génère le couple de freinage. Lorsque l'électroaimant est alimenté, il écarte le disque d'armature du disque de frein contre la force des ressorts, créant l'entrefer qui permet la libre rotation.
Plusieurs ressorts de compression disposés sur la circonférence du frein assurent la force de serrage lorsque l'électroaimant est hors tension. La force de ces ressorts détermine le couple de maintien statique du frein. Leur dimensionnement permet de fournir un couple de freinage correspondant à un multiple spécifié du couple nominal du moteur — généralement de 1,5 à 2 fois ce dernier — afin de maintenir des charges en pente ou d'empêcher toute dérive due à des forces extérieures.
Une bobine d'électroaimant à courant continu est montée dans le carter de frein. Alimentée en tension continue (généralement 24 V CC dans la série Ever-Power Y2EJ en Corée, obtenue par un redresseur demi-onde ou double alternance à partir de l'alimentation triphasée du moteur), elle crée un champ magnétique qui attire le disque d'induit loin du disque de frein, en opposition à la force du ressort, créant ainsi l'entrefer de desserrage de 0,1 à 0,3 mm.
Un levier mécanique situé sur le carter de frein permet de desserrer le frein manuellement, même sans alimentation CC. Ce desserrage manuel est utilisé pour la maintenance, la descente de la charge en cas de coupure de courant et la mise en service initiale. Le desserrage manuel doit être désactivé et le levier remis en position initiale avant la reprise de la production du moteur.
3. Sélection du couple de freinage et du temps d'arrêt
Les deux principaux paramètres de sélection des freins sont le couple de freinage requis et le temps d'arrêt nécessaire. Ces deux paramètres sont liés par le taux de décélération et l'inertie de la charge ; ils doivent donc être spécifiés conjointement et non séparément.
| Application | Temps d'arrêt requis | Rapport de couple de freinage typique | Notes |
|---|---|---|---|
| palan à conducteur monté | < 0,15 s | 3,0 à 4,0 fois le couple nominal du moteur | Exigence réglementaire de sécurité ; frein surdimensionné pour les situations d'urgence |
| palan / grue | < 0,3 s | 1,5 à 2,5 fois le couple nominal du moteur | Maintien de la charge après positionnement ; arrêt rapide pour éviter le balancement |
| Convoyeur (positionnement) | < 0,5 s | 1,5 à 2,0 × le couple nominal du moteur | Position d'arrêt précise pour le transfert de produit ; empêche la dérive |
| machine d'emballage | < 0,3 s | 1,5 à 2,0 × le couple nominal du moteur | Positionnement des outils ; prévention des blocages de produits ; verrouillage du dispositif de sécurité |
| Maintien (aucun mouvement nécessaire) | Maintien statique uniquement | 1,2 à 1,5 fois le couple nominal du moteur | Convoyeur incliné ; axe vertical ; empêche le retour en arrière |
4. Cycle de service et capacité thermique du frein
Chaque freinage dissipe de l'énergie cinétique sous forme de chaleur au niveau de la surface de friction du disque. La capacité thermique du frein limite le nombre maximal de freinages par heure avant que le disque ne surchauffe et que ses propriétés de friction ne se dégradent. Cette limite, appelée limite de cycle de service du frein, est indépendante du cycle de service du moteur.
Chaque freinage, de la vitesse nominale à l'arrêt complet, dissipe une énergie cinétique E = ½ × J × ω². Pour un moteur de 4 kW à 1 450 tr/min avec J = 0,04 kg·m², E = 0,5 × 0,04 × (151,8)² = 461 J. Si le moteur démarre et s'arrête 60 fois par heure, le frein dissipe 461 × 60 = 27 660 J/h, soit une puissance moyenne de 7,7 W. Cette dissipation doit rester inférieure à la capacité de dissipation thermique moyenne nominale du frein.
L'usure du disque de frein est proportionnelle à l'énergie de freinage par événement et inversement proportionnelle à la résistance à l'usure du matériau du disque. Les freins Korea Ever-Power de la série Y2EJ sont conçus pour un minimum de 2 millions de cycles de freinage à partir de la vitesse nominale et au couple de freinage nominal avant remplacement du disque, dans des conditions de température ambiante normale et en cas de freinages d'urgence peu fréquents. L'entrefer entre l'armature et le disque de frein augmente avec l'usure de ce dernier ; le frein doit être réglé lorsque cet entrefer dépasse la valeur maximale spécifiée (généralement de 0,5 à 0,8 mm, selon la taille du frein).
Les freins de la série Korea Ever-Power Y2EJ sont conçus pour supporter jusqu'à 240 freinages par heure (classe de fonctionnement AC3 selon la norme IEC 60947) au couple de freinage et à la vitesse moteur nominaux. Cette limite s'applique aux applications à cycles répétitifs continus, telles que les machines d'emballage et les convoyeurs à cycle court. Les applications dépassant 240 freinages par heure nécessitent un moteur de frein de classe de fonctionnement supérieure, disponible sur demande.
5. Moteur de frein série Ever-Power Y2EJ (Corée)
Le moteur à induction triphasé Korea Ever-Power Y2EJ est doté d'un frein électromagnétique intégré à ressort et à déclenchement électrique. Il est conçu pour remplacer directement les moteurs standard de la série Y2 dans les applications nécessitant un arrêt contrôlé. Le Y2EJ partage les mêmes dimensions de châssis IEC et la même disposition de boîtier de raccordement que le Y2, ce qui permet de l'installer dans le même encombrement sans aucune modification de la structure de la machine. gamme de produits de moteurs de frein couvre de 0,18 à 45 kW dans des configurations à 2 pôles (2 850 tr/min), 4 pôles (1 450 tr/min), 6 pôles (960 tr/min) et 8 pôles (720 tr/min).
La bobine de frein est alimentée en 24 V CC par un module redresseur demi-onde installé dans le boîtier de raccordement du moteur. Ce redresseur est alimenté par deux phases du réseau triphasé principal, ce qui permet un desserrage simultané du frein et du moteur lors de la fermeture du contacteur principal ; aucun circuit de commande de frein séparé n'est nécessaire. Cette conception intégrée simplifie le câblage du tableau électrique et élimine le relais temporisé ou la sortie automate programmable qui seraient autrement requis pour coordonner le démarrage du moteur et le desserrage du frein.
| Gamme de puissance | 0,18 – 45 kW |
| Pôles | 2P / 4P / 6P / 8P |
| Type de frein | Appliqué au printemps, DC a publié |
| Tension de freinage | 24 V CC (redresseur intégré) |
| Temps d'arrêt typique | 0,1 – 0,5 s |
| Couple de freinage | 1,5 à 2,5 fois le couple nominal du moteur |
| Déclenchement manuel | De série sur tous les modèles |
| Protection | IP54 (moteur + frein) |
| Isolation | Classe F |
6. Domaines d'application des moteurs de frein
palans et grues
Les palans à chaîne et à câble, les ponts roulants et les grues à flèche sont les principales applications des moteurs à frein. Le frein intégré maintient la charge suspendue immobile lorsque le palan est à l'arrêt, évitant ainsi toute dérive ou déplacement sous l'effet de la gravité. La série Y2EJ à 4 pôles, d'une puissance de 0,37 à 5,5 kW, couvre l'ensemble des palans d'atelier et des grues industrielles. Les normes de sécurité relatives aux palans à conducteur porté imposent des performances de freinage spécifiques ; Korea Ever-Power peut vous conseiller sur le couple de freinage approprié pour les applications de levage soumises à des contrôles de sécurité. |
Machines d'emballage et de traitement
Les remplisseuses, les lignes de conditionnement CRF (formage-remplissage-scellage), les étiqueteuses et les formeuses de cartons nécessitent toutes des moteurs qui s'arrêtent à une position précise à la fin du cycle et la maintiennent jusqu'au démarrage du cycle suivant. Un moteur à frein assure cette fonction sans retour d'information par codeur ni servocommande : le frein s'active à chaque arrêt de cycle, garantissant ainsi une position précise de l'outillage. La série Y2EJ, disponible en versions 4 et 6 pôles et d'une puissance de 0,18 à 2,2 kW, couvre la plupart des besoins en motorisation des machines d'emballage. |
Les convoyeurs à bande et à chaîne inclinés transportant des charges lourdes nécessitent un moteur de freinage pour empêcher leur inversion de sens de rotation sous l'effet de la gravité lorsque le moteur s'arrête. Le frein Y2EJ empêche le recul de la charge sans dispositif de blocage mécanique externe.
Les entraînements à axe vertical des perceuses, des aléseuses et des tours utilisent des moteurs de frein pour maintenir la tête de broche ou le chariot transversal en position pendant le changement de pièce, empêchant ainsi la dérive due à la gravité qui endommagerait l'outillage ou la pièce.
Les portes roulantes industrielles, les portes sectionnelles et les motorisations de portails automatisées utilisent des moteurs de frein Y2EJ pour maintenir la porte ou le portail dans n'importe quelle position intermédiaire et pour garantir que la porte s'arrête immédiatement si le capteur de bord de sécurité est déclenché.
Les systèmes d'entraînement des ourdissoirs, des bobineuses et des bancs de tension nécessitent un arrêt rapide et précis à chaque changement de motif ou en fin de bobine afin de maintenir la tension du fil et la position de la bande. Les moteurs de freinage remplacent les systèmes mécaniques d'embrayage et de freinage, réduisant ainsi les points de maintenance.
7. Foire aux questions
Édité par Cxm
