Réglage du frein et entrefer sur un moteur frein

Les moteurs électriques frein sont indispensables dans les applications qui doivent s'arrêter rapidement et en toute sécurité au moment voulu. Ponts roulants, ascenseurs, convoyeurs, systèmes de portes et machines exigeant un positionnement précis sont les domaines d'utilisation typiques de ces moteurs. Au cœur de ces moteurs se trouve un frein électromagnétique, et le bon fonctionnement du frein dépend entièrement du réglage correct d'une petite distance appelée entrefer . La sécurité d'un moteur frein repose le plus souvent sur le maintien correct de ce jeu de l'ordre du dixième de millimètre ; l'altération d'une distance aussi faible peut mettre en danger la sécurité de tout un système. Avec le temps, ce jeu augmente sous l'effet de l'usure, le frein serre tard ou ne serre plus du tout. Dans cet article, nous abordons avec le regard d'ingénierie de DRG Motor le fonctionnement du frein électromagnétique, ce qu'est l'entrefer, pourquoi il augmente, comment il se règle, la fonction du levier de déblocage manuel, les problèmes d'ouverture et de fermeture tardives du frein et l'importance du contrôle périodique. Le bon réglage du frein est essentiel pour la sécurité de l'opérateur et la durée de vie du système ; c'est pourquoi nous traitons le sujet en profondeur de manière à être utile aussi bien au technicien sur le terrain qu'à l'ingénieur qui conçoit le système.

Qu'est-ce qu'un moteur frein ?

Un moteur frein est un moteur asynchrone standard doté d'un frein électromagnétique intégré à l'arrière de son carter. Lorsque le moteur est mis sous tension, le frein s'ouvre et l'arbre tourne librement ; lorsque l'alimentation est coupée, le frein se ferme sous l'effort des ressorts et arrête l'arbre. Cette structure permet de maintenir la charge en toute sécurité, même en cas de coupure de courant. Nous avons abordé les cas dans lesquels un moteur frein est nécessaire dans notre article nécessité d'un moteur électrique frein .

Comment fonctionne un frein électromagnétique ?

Le frein électromagnétique fonctionne selon une logique normalement fermée (maintien par la pression des ressorts). Lorsque la bobine est mise sous tension, le champ magnétique créé attire une plaque mobile (l'armature) contre les ressorts et écarte la surface de frottement de la garniture ; l'arbre est ainsi libéré. Lorsque l'alimentation est coupée, le champ magnétique disparaît, les ressorts poussent l'armature et la garniture presse le disque, ce qui freine l'arbre. Grâce à cette logique de sécurité, le frein s'enclenche de lui-même en cas de défaut.

Qu'est-ce que l'entrefer ?

L'entrefer est le petit jeu que parcourt l'armature lorsque la bobine de frein est mise sous tension, et qui subsiste entre la garniture et la surface opposée à l'état fermé. Ce jeu est de l'ordre du dixième de millimètre et doit être maintenu dans une plage déterminée pour que le frein fonctionne correctement. S'il est trop faible, le frein ne s'ouvre pas complètement et frotte ; s'il est trop grand, la bobine ne peut pas attirer l'armature et le frein ne s'ouvre pas ou s'ouvre tardivement.

Pourquoi l'entrefer est-il important ?

Toute la performance du frein dépend de cette petite distance. Avec un entrefer correct, le frein s'ouvre vite, se ferme vite et maintient la charge avec le couple prévu. Lorsque le jeu est altéré, le temps de réponse du frein s'allonge, le couple de maintien baisse et la sécurité du système est mise en danger. C'est pourquoi l'entrefer est le paramètre le plus critique de l'entretien d'un moteur frein.

Usure de la garniture et augmentation du jeu

À chaque freinage, la surface de la garniture s'use dans une certaine mesure. À mesure que la garniture usée s'amincit, la distance que l'armature doit parcourir, c'est-à-dire l'entrefer, augmente. C'est le processus naturel de vieillissement du frein. Plus le jeu augmente, plus la force magnétique de la bobine a du mal à attirer l'armature ; au-delà d'un certain point, le frein ne s'ouvre plus. C'est pourquoi l'usure de la garniture est surveillée régulièrement et le jeu doit être réglé périodiquement.

Comment mesure-t-on l'entrefer ?

L'entrefer se mesure avec une jauge d'épaisseur (cale d'épaisseur). Le frein étant hors tension, c'est-à-dire à l'état fermé, l'ouverture entre l'armature et la surface opposée est mesurée en plusieurs points sur la circonférence afin de vérifier si le jeu est uniforme. Un jeu non uniforme indique que l'armature est de travers et que le frein ne serre pas correctement. La mesure est réalisée à l'arrêt du moteur et avec l'alimentation électrique coupée en toute sécurité.

Tableau de réglage de l'entrefer

Le tableau ci-dessous résume le comportement du frein selon l'état de l'entrefer ainsi que l'intervention nécessaire. Les valeurs sont données à titre d'exemple pour un frein de taille moyenne typique ; chaque frein doit être évalué selon la tolérance de son fabricant.

Comme le montre le tableau, un jeu trop grand comme un jeu trop faible posent problème ; l'objectif est de maintenir le frein à la valeur nominale située dans la tolérance du fabricant.

Comment règle-t-on l'entrefer ?

Sur la plupart des types de frein, le réglage se fait au moyen des écrous ou des vis de réglage qui portent l'armature. Lorsque le jeu augmente, ces éléments sont tournés avec précision pour rapprocher l'armature de la garniture et ramener le jeu à la valeur nominale. Lors du réglage, il est indispensable d'obtenir une mesure uniforme sur toute la circonférence pour que le frein serre correctement. L'opération est réalisée moteur hors tension et dans le respect des règles de sécurité.

Réglage du couple de freinage

Sur de nombreux freins, le couple de maintien est également réglable. En modifiant la précontrainte des ressorts de frein, le couple appliqué par le frein peut être augmenté ou réduit. Un couple élevé assure un arrêt rapide mais sollicite davantage la mécanique ; un couple faible arrête plus en douceur mais peut se révéler insuffisant en charge lourde. Le couple est choisi de façon équilibrée selon les exigences de l'application. Dans les applications de levage lourd comme les ponts roulants, cet équilibre est établi de façon encore plus rigoureuse ; nous avons abordé le sujet dans notre article moteur électrique pour pont roulant et levage .

Levier de déblocage manuel

De nombreux moteurs frein sont dotés d'un levier de déblocage manuel (ouverture manuelle). Ce levier permet, en l'absence de courant, d'ouvrir mécaniquement le frein afin de descendre la charge de façon contrôlée ou de faire tourner l'arbre à la main. Dans les applications comme les ascenseurs et les ponts roulants en particulier, le levier de déblocage est essentiel pour une intervention sûre en situation d'urgence. Le bon fonctionnement du levier est contrôlé périodiquement.

Utilisation sûre du levier de déblocage

Le levier de déblocage manuel n'est utilisé que par du personnel autorisé et formé. Comme la charge se libère lorsque le frein est ouvert à la main, l'opération de descente est réalisée de façon contrôlée et l'on s'assure que le frein se referme lorsque le levier est relâché. Certains leviers reviennent d'eux-mêmes, d'autres doivent être remis en position manuellement ; cette différence doit impérativement être connue. Après utilisation, le levier de déblocage doit impérativement être ramené en position normale, sinon le frein reste ouvert et la charge ne sera pas maintenue lors du fonctionnement suivant. Ce contrôle simple mais vital, s'il est négligé après une situation d'urgence, peut provoquer de graves accidents.

Le problème de l'ouverture tardive du frein

Lorsque l'entrefer augmente ou que l'alimentation de la bobine faiblit, le frein s'ouvre tard. Dans ce cas, le frein continue à serrer partiellement pendant un certain temps au démarrage du moteur ; la garniture frotte, surchauffe et s'use rapidement. Un frein qui s'ouvre tard fait également forcer le moteur et absorber un courant excessif. Comme symptômes, on observe un bruit de frottement au démarrage, une odeur de brûlé et un échauffement du carter. Ce problème crée un cercle vicieux : le frein qui s'ouvre tard use la garniture, la garniture usée augmente encore le jeu, et le jeu accru fait s'ouvrir le frein encore plus tard. C'est pourquoi il faut intervenir dès l'apparition du symptôme d'ouverture tardive, sans attendre que le problème s'aggrave.

Le problème de la fermeture tardive du frein

La fermeture du frein peut également être retardée. Si la coupure du courant de la bobine n'est pas suffisamment rapide, le champ magnétique s'éteint lentement et le frein serre tard. Cela entraîne un léger glissement de la charge qui doit s'arrêter ; dans les applications de positionnement, cela dégrade la précision, et dans les applications de levage, cela crée un risque de chute de la charge. Pour une fermeture rapide, le circuit d'alimentation du frein doit être correctement conçu.

L'importance du contrôle périodique

La sécurité d'un moteur frein dépend d'un contrôle régulier. La mesure de l'entrefer, le contrôle de l'épaisseur de la garniture et la vérification du fonctionnement des éléments de réglage et du levier de déblocage doivent figurer sur la liste d'entretien périodique. Plus l'intensité d'utilisation augmente, plus la fréquence des contrôles doit augmenter ; un moteur de pont roulant qui freine souvent nécessite des contrôles bien plus fréquents qu'un moteur à fonctionnement occasionnel. À chaque contrôle, l'entrefer mesuré est consigné et son évolution dans le temps est suivie. On voit ainsi à quelle vitesse la garniture s'use et l'on anticipe le moment où un remplacement de garniture ou un réglage sera nécessaire. Cette anticipation évite que le frein se retrouve hors service à un moment inattendu.

L'état de la surface de frottement

La garniture et la surface opposée doivent être propres, exemptes d'huile et régulières. Une contamination par de l'huile ou de la graisse fait sérieusement baisser le couple de maintien du frein et provoque un glissement. C'est pourquoi la zone de frein est tenue à l'écart du graissage et toute fuite au niveau du palier du moteur est immédiatement éliminée. Dans les environnements très poussiéreux, la poussière accumulée sur la surface de la garniture réduit également le maintien et est nettoyée régulièrement. Un aspect brillant et vitrifié de la surface de frottement indique que la garniture a surchauffé et perdu sa capacité de maintien ; dans ce cas, la garniture est remplacée. L'état de la surface est l'un des premiers points examinés pour évaluer l'état du frein.

Échauffement et durée de vie du frein

Chaque freinage convertit l'énergie du mouvement en chaleur par frottement. Sur les systèmes qui freinent très souvent ou qui arrêtent des charges à forte inertie, le frein chauffe ; la surchauffe raccourcit la durée de vie de la garniture et fait baisser le couple de maintien. Une garniture chaude maintient moins bien qu'une garniture froide ; c'est pourquoi, dans les applications à freinage continu, la capacité du frein est choisie généreusement. La fréquence de freinage de l'application, l'inertie de la masse arrêtée et la vitesse de rotation sont évaluées ensemble pour calculer l'énergie que le frein doit dissiper, et un frein de plus grande capacité est choisi si nécessaire. Un frein de capacité insuffisante s'use rapidement et met la sécurité en danger.

Vibrations et bruit

Un frein correctement réglé s'ouvre et se ferme silencieusement. Un bruit excessif, un frottement ou des vibrations sont le signe d'un entrefer altéré, d'une armature de travers ou d'une garniture usée. Ces symptômes ne sont pas ignorés, leur origine est recherchée. Nous avons examiné les problèmes généraux de vibration et de bruit des moteurs dans notre article réduction du bruit et des vibrations d'un moteur électrique .

L'importance du bon choix de frein

Le couple de maintien du frein est choisi suffisamment supérieur au couple exigé par l'application. Un frein sous-dimensionné ne peut pas maintenir la charge ; un frein surdimensionné, lui, sollicite inutilement la mécanique. La charge de l'application, la fréquence de freinage et l'exigence de sécurité sont évaluées ensemble pour déterminer le frein adapté.

Le moteur frein dans les applications industrielles

Dans les applications industrielles telles que les convoyeurs, les portes, le levage et le positionnement, les moteurs frein sont la pierre angulaire de la sécurité. Dans ces applications, la fiabilité du frein est directement liée à la sécurité de l'opérateur. Moteurs électriques industriels : notre article traite largement des exigences de ces applications.

Une attention particulière dans les applications de levage

Dans les systèmes de levage qui maintiennent une charge en suspension, le frein est le seul élément de sécurité entre la charge et la gravité. Ici, même un léger glissement du frein est inacceptable. C'est pourquoi, dans les applications de levage, le couple de freinage est choisi avec une marge de sécurité suffisante, l'entrefer est contrôlé plus fréquemment et des mesures de sécurité complémentaires sont généralement prises. Comme une fermeture tardive du frein signifierait une légère chute de la charge, la vitesse de fermeture est en outre mesurée dans ces applications. Nous avons abordé plus largement cet équilibre délicat dans notre article moteur électrique pour pont roulant et levage .

L'effet de l'alignement sur le frein

Un défaut d'alignement entre l'arbre du moteur et la machine entraînée applique des efforts latéraux sur l'arbre et affecte également la zone de frein. Un arbre de travers perturbe le mouvement régulier de l'armature et rend le jeu non uniforme sur la circonférence. C'est pourquoi l'alignement mécanique est également contrôlé lors de l'entretien du frein ; nous avons abordé le sujet dans notre article alignement de l'arbre et de l'accouplement du moteur .

Le rôle du circuit d'alimentation du frein

L'ouverture et la fermeture du frein au bon moment ne dépendent pas seulement du réglage mécanique, mais aussi du circuit d'alimentation. Le redresseur qui alimente la bobine détermine la vitesse d'ouverture et de fermeture du frein. Dans les applications où une fermeture rapide est souhaitée, le circuit est conçu pour éteindre rapidement le champ magnétique. Une alimentation inadaptée ou faible peut faire réagir tardivement même un frein mécaniquement irréprochable. C'est pourquoi, lors de la recherche de problèmes de frein, le circuit d'alimentation est aussi impérativement contrôlé.

L'effet de l'humidité et de la corrosion

Sur les moteurs frein qui fonctionnent en extérieur ou en milieu humide, de la corrosion peut apparaître sur le disque de frein et les surfaces de frottement. La rouille empêche la garniture de maintenir correctement et fait baisser le couple de maintien. Sur les moteurs frein restés longtemps sans être utilisés, les surfaces peuvent coller ou rouiller ; c'est pourquoi il est recommandé de contrôler le frein à la main avant la mise en service. Choisir un moteur doté d'un indice de protection adapté prévient ces problèmes dès le départ.

Contrôles à la mise en service

Lors de la mise en service d'un moteur frein neuf, l'entrefer, le couple de maintien, le levier de déblocage et le comportement d'ouverture-fermeture du frein sont contrôlés un par un. Au premier démarrage, il faut s'assurer que le frein maintient la charge en toute sécurité et procéder à un réglage si nécessaire. Une mise en service correcte évite dès le départ de nombreux problèmes des années suivantes et assure un démarrage fiable du frein.

Lire les symptômes de panne

Les moteurs frein donnent le plus souvent des signes avant de tomber en panne. Un bruit de frottement au démarrage, une odeur de brûlé, un serrage tardif du frein, un glissement de la charge à l'arrêt ou un échauffement excessif du carter : tout cela indique qu'il faut examiner le frein. Un technicien expérimenté, en lisant tôt ces symptômes, évite une panne majeure au moyen d'un simple réglage ou d'un remplacement de garniture. Ignorer les symptômes conduit en revanche à un risque pour la sécurité et à des pannes coûteuses.

Des solutions de freinage sûres avec DRG Motor

La sécurité d'un moteur frein dépend du bon réglage d'un petit entrefer et d'un entretien régulier. Un jeu correctement mesuré, un couple correctement choisi et un contrôle périodique permettent au frein de s'ouvrir et de se fermer toujours comme prévu et de maintenir la charge en toute sécurité. Alors qu'un petit symptôme ignoré peut se transformer avec le temps en un risque majeur pour la sécurité, un entretien régulier et rigoureux élimine ces risques dès le départ. DRG Motor produit des moteurs asynchrones frein fiables pour les applications de levage et de positionnement ; pour le couple de freinage adapté à votre application, le bon choix de moteur et un plan d'entretien, vous pouvez contacter l'équipe d'ingénierie de DRG Motor. Un arrêt sûr commence par un frein correctement réglé ; et le bon moteur constitue le fondement de cette sécurité.