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Conception et réalisation d'un frein magnéto-rhéologique

Oualla, Jamila (2004). Conception et réalisation d'un frein magnéto-rhéologique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce projet fait suite aux travaux déjà entrepris dans le domaine de l'application des fluides électro-rhéologiques. En effet, la propriété des fluides électro- (ER) ou magnéto-rhéologiques (MR) est de pouvoir changer leur viscosité en fonction d'un champ électrique ou magnétique appliqué. Une des applications de ces fluides est la conception d'un système de freinage, notamment pour les petites éoliennes. En effet, ce type de frein a les caractéristiques d'être silencieux et rapide contrairement aux freins mécaniques utilisés qui sont trop bruyants et nécessitent l'arrêt du système en cas de vents violents pour éviter l'emballement de l'éolienne.

Un banc d'essai a été réalisé au laboratoire pour simuler une petite éolienne et étudier son freinage par un frein MR existant sur le marché. I1 s'agit du 'Rheonetic Rotary brake MRB-2107' dont on a étudié le comportement au freinage. Le frein MR a été sollicité dans différentes conditions de température et de contraintes continues et discontinues pour le mettre dans des conditions les plus proches de son utilisation en cas de freinage d'une petite éolienne de 200 à 500 W.

Les résultats trouvés se résument par le fait que: le frein peut diminuer la vitesse de rotation de 100 RPM au maximum, qu'il s'échauffe rapidement, que la conséquence de l'augmentation de la température du fluide est que la contrainte diminue et donc le couple de freinage diminue. D'autre part, la contrainte diminue également lors de son maintien en position de freinage dans le temps. I1 s'avère que pour maintenir un même niveau de freinage, il faut augmenter le champ magnétique appliqué. Ces phénomènes ont été observés aussi bien à température ambiante qu'à basse température.

En conclusion, tel qu'il est conçu, ce frein MR ne possède pas la puissance suffisante pour freiner une petite éolienne. On propose donc la conception et la réalisation d'un nouveau frein MR plus performant et dont le couple de freinage est supérieur à 15 Nm.

Tenant compte du fluide utilisé et du champ magnétique désiré, un nouveau frein MR a été conçu et réalisé. Des essais sur le banc ont montré sa performance et sa capacité à délivrer un couple important sous une faible intensité du courant. D'autre part, ce frein ayant une surface d'échange thermique plus importante ne chauffe pas de façon excessive. En effet, refroidi par circulation d'eau, sa température s'est maintenue aux alentours de 34°C, et refroidi sous circulation d'air sa température a atteint 50°C alors qu'il était maintenu en position de freinage. Cette température ne présente pas de danger pour le fluide MR utilisé.

Titre traduit

Design and realisation of a magneto-rheological brake

Résumé traduit

This project followed upon the work already undertaken in the field of the electro-rheological fluids applications. Indeed, the property of the electro or magneto-rheological fluids is to be able to change their viscosity according to an electric or magnetic field applied. One of the applications of these fluids is the brake design, in particular for the small windmills. Indeed, this type of brake has the quiet and fast characteristics to be contrary to the applied mechanical brakes which are too noisy and require the stop of the system in the event of winds violent one to avoid the racing of the wind mill. A bibliographical study was made to know the controllable fluids such as the fluids MR, the small wind systems and their regulation as well as the various brakes. A test bench was carried out at the laboratory to simulate a small windmill and to study it's braking by a MR brake existing on the market. lt acts of the 'Rheonetic Rotary brake MRB-2107', which one studied the behaviour with braking on test bench.

The brake MR was requested under various conditions of temperature and continuous and discontinuous constraints to put it under the conditions closest to its use in the event of braking of a small windmill from 200 to 500 W. The found results are summarized by the fact that the brake can decrease the number of revolutions of 100 RPM to the maximum, which it warms up quickly, which the consequence of the increase in the temperature of the fluid is that the constraint decreases and thus the stalling torque decreases. In addition, the constraint also decreases at the time of its maintenance in position of braking in time. It proves that to maintain the same level of braking, it is necessary to increase the magnetic field applied. These phenomena were observed as well at ambient temperature with low temperature.

In conclusion, such as it is conceived, this brake MR does not have the sufficient power to slow down a small windmill. One thus proposes the design and the realization of a new brake more powerful MR and whose stalling torque is higher than 15 Nm. Holding account of the fluid used and wished magnetic field, I designed and produced a new brake MR. whose tests on the hench showed its performance and its capacity to deliver an important couple under a low intensity of the current. In addition, this brake having a thermal heat-transferring surface more important does not heat in an excessive way. En effect, cooled by water circulation, its temperature was maintained in the neighbourhoods of 34 °C, and cooled under circulation of air its temperature reached 50°C whereas it was maintained in position of braking. This temperature does not present a danger to the fluid MR used.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr : f. [172]-174.
Mots-clés libres: Banc, Conception, Controle, Dimensionnement, Electro-, Rheologique, Energie, Eolienne, Essai, Fluide, Frein, Freinage, Magneto-Rheologique, MR, Petit, Realisation, Regulation, Rotation, Simulation, Systeme, Vitesse
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Thomas, Marc
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 02 mai 2011 20:09
Dernière modification: 22 oct. 2016 00:13
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/724

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