Les moteurs freins sont des moteurs électriques qui réunissent dans le moteur lui-même les fonctions d'arrêt et de maintien en position, grâce à une unité de freinage électromécanique intégrée à leur carter. Ils sont couramment préférés dans les applications où le mouvement doit être interrompu rapidement et de façon contrôlée, comme les palans, ascenseurs, convoyeurs et systèmes de portes. Dans ce contenu, nous expliquons en détail la logique de fonctionnement du moteur frein, le type de frein, les caractéristiques techniques et les applications dans lesquelles il est préféré.

Logique de fonctionnement du moteur frein

Sur les moteurs freins, le frein fonctionne généralement selon le principe « pressé par ressort, ouvert électriquement ». Lorsque le moteur est alimenté, la bobine de frein s'aimante et tire le plateau de pression contre le ressort, libérant ainsi la garniture de frein ; le rotor tourne alors librement. Lorsque l'alimentation est coupée, le courant de la bobine disparaît et les ressorts pressent le plateau de pression contre la garniture, arrêtant instantanément l'arbre. Grâce à cette structure, le frein s'enclenche automatiquement en cas de coupure de courant et la charge est maintenue en sécurité.

Ce principe est appelé « fail-safe » (sécurité positive) ; en effet, en cas de perte d'alimentation, le système passe en position freinée. Dans les applications d'ascenseur et de levage, cette propriété est une exigence fondamentale du point de vue de la sécurité.

Structure de l'unité de freinage

L'unité de freinage se compose essentiellement d'un plateau de pression, d'une garniture de frein, de ressorts de pression et d'une bobine d'électroaimant. Lorsque la bobine est alimentée, la force magnétique créée recule le plateau de pression contre les ressorts et libère la garniture. Lorsque l'alimentation de la bobine est coupée, les ressorts poussent le plateau de pression vers la garniture ; celle-ci frotte contre la surface d'un disque lié à l'arbre du moteur et arrête la rotation par force de frottement. Le réglage correct de ces composants est déterminant pour un fonctionnement fiable du frein ; l'entrefer entre la garniture et le plateau de pression doit en particulier être maintenu à la valeur indiquée par le fabricant.

Types de freins

  • Freins DC : type de frein alimenté en courant continu, au fonctionnement souple et silencieux, s'enclenchant progressivement. Préféré dans les applications exigeant un positionnement précis.
  • Freins AC : freins fonctionnant directement en courant alternatif, à réaction plus rapide ; utilisés dans les systèmes où un arrêt immédiat est souhaité.
  • Levier de déverrouillage manuel : équipement supplémentaire permettant d'ouvrir le frein à la main en l'absence d'alimentation ; obligatoire pour l'entretien et le sauvetage, en particulier dans les ascenseurs et les systèmes de levage.

Le couple de freinage est choisi en fonction du couple nominal du moteur. Dans la plupart des applications, le couple de freinage est déterminé de manière à être égal au couple nominal du moteur ou légèrement supérieur.

Tableau technique

Les moteurs freins possèdent les caractéristiques de base des moteurs asynchrones standard, auxquelles s'ajoute l'unité de freinage :

  • Plage de puissance : couramment 0,55 - 30 kW, valeurs supérieures sur demande
  • Tension/fréquence : 400V / 50 Hz triphasé
  • Pôles/vitesse : 2 pôles 3000 tr/min, 4 pôles 1500 tr/min, 6 pôles 1000 tr/min
  • Indice de protection : IP55
  • Classe d'isolation : classe F
  • Régime de fonctionnement : S1 continu, ainsi que des régimes tels que S4/S5 pour les démarrages-arrêts fréquents
  • Montage : B3, B5, B14 et leurs combinaisons

Le rotor est à cage d'écureuil ; le carter peut être en fonte ou en aluminium. Dans les applications à arrêts-démarrages fréquents, l'échauffement étant plus important, la définition correcte du régime de fonctionnement passe en premier pour la durée de vie du moteur.

Relation entre vitesse, pôles et glissement

Les moteurs freins étant fondamentalement des moteurs asynchrones, la vitesse synchrone est déterminée par la fréquence et le nombre de pôles : à 50 Hz, 2 pôles 3000 tr/min, 4 pôles 1500 tr/min, 6 pôles 1000 tr/min. En charge, en raison du glissement (slip), la vitesse réelle reste légèrement en dessous de ces valeurs. Le rôle du frein est de mettre fin à cette rotation, lorsque le moteur est arrêté, dans le délai le plus court possible et de façon contrôlée.

Entraînement freiné dans un ascenseur, une barrière et une machine CNC

  • Palans et systèmes de levage
  • Entraînements d'ascenseurs et d'escaliers mécaniques
  • Positionnement précis sur les bandes transporteuses
  • Systèmes de portes automatiques et de barrières
  • Machines d'emballage et de conditionnement
  • Maintien d'axe sur les machines CNC et les machines d'usinage

Le point commun de ces applications est la nécessité d'arrêter le mouvement en un point donné de façon sûre et reproductible.

Différence entre moteur frein et moteur standard

Un moteur asynchrone standard s'arrête lentement par inertie lorsque l'alimentation est coupée ; cela peut entraîner, en charge, des glissements indésirables et une perte de position. Le moteur frein, lui, retient la charge dès la coupure de l'alimentation. Pour en savoir plus sur le principe général de fonctionnement des moteurs asynchrones, vous pouvez consulter notre contenu moteurs asynchrones AC.

Entretien et points de vigilance

La garniture de frein est une pièce qui s'use avec le temps ; c'est pourquoi l'entrefer (le jeu entre la garniture et le plateau de pression) doit être contrôlé périodiquement et réglé si nécessaire. Lorsque le jeu devient trop important, le frein s'enclenche tardivement ou ne retient plus du tout. En outre, pour que la poussière et l'humidité n'atteignent pas la surface de la garniture, l'indice de protection doit être choisi en fonction de l'environnement. Un moteur frein correctement entretenu fonctionne en sécurité pendant de longues années.

Importance du couple de freinage et de la fréquence des démarrages-arrêts

L'un des paramètres les plus critiques du choix d'un moteur frein est le couple de freinage. Le couple de freinage détermine la force de maintien appliquée lors de l'arrêt de l'arbre du moteur et se choisit en fonction du moment d'inertie de l'application, du type de charge et du temps d'arrêt souhaité. Un couple de freinage choisi trop faible ne parvient pas à arrêter la charge à temps, tandis qu'un couple choisi plus élevé que nécessaire provoque un arrêt brusque et dur ainsi que des contraintes mécaniques.

La fréquence des démarrages-arrêts influence également directement le choix du moteur. Sur un convoyeur ou une machine de conditionnement s'arrêtant et redémarrant des centaines de fois par heure, le moteur est évalué selon des régimes intermittents tels que S4/S5 plutôt que selon le régime continu S1. Lors d'arrêts-démarrages à fréquence élevée, le bobinage du moteur comme la garniture de frein s'échauffent davantage ; c'est pourquoi la définition correcte du régime de fonctionnement est déterminante pour la durée de vie.

Utilisation du moteur frein avec un variateur

Les moteurs freins peuvent également être pilotés par un variateur de fréquence. Dans ce cas, l'alimentation du frein est assurée par une source indépendante du bobinage du moteur ou par un redresseur approprié ; sinon, le frein pourrait s'enclencher à un moment imprévu alors que le variateur arrête le moteur de façon contrôlée. Dans les applications de levage exigeant un démarrage et un arrêt progressifs, lorsque les temps de rampe du variateur et le moment d'enclenchement du frein sont réglés en cohérence, le confort et la sécurité sont assurés.

Notes pour le choix du bon moteur frein

Pour déterminer le moteur frein approprié, la puissance nécessaire, la vitesse, le couple de freinage, la fréquence des démarrages-arrêts et le type de montage sont évalués conjointement. Un mauvais choix de couple de freinage ou une définition insuffisante du régime de fonctionnement pose problème tant pour la sécurité que pour la durée de vie du moteur. Pour vous approvisionner en moteur frein adapté à votre besoin et obtenir une orientation technique, vous pouvez examiner nos options de produits sur drgmotor.com.