Brevet FR2007142A1 — publié le 19700102

L'invention se rapporte à un outil à entraînement électrique possédant un régime de marche tel que la vitesse de rotation en charge n'est que peu inférieure à la vitesse de rotation à vide. le grand avantage, par rapport aux outils électriques usuels, que l'outil monté peut être utilisé presque avec sa vitesse maximale admissible. En conséquence ces outils travaillent•de manière très économiquej ce qui est particulièrement important, par exemple, 10 dans le cas de machines à meuler manuelles entraînées électriquement. En outre ces outils électriques se distinguent par un risque d'accidents très faible, étant donné que leur vitesse de rotation à vide est plus faible que celle des outils électriques usuels pourvus d'un moteur à circuit principal sans limitation du nombre 15 de tours. rotation élevée sous charge sont équipés avec redresseur et moteur à excitation permanente. Ils se distinguent effectivement des outils électriques usuels par les avantages mentionnés ci-dessus, 20 mais ils présentent aussi des inconvénients importants. Le champ transversal d'armature qui croît nettement en cas de surcharge forme, en commun avec le champ principal constant excité par les aimants permanents, un champ résultant qui est décalé en rotation, suivant la charge particulière, d'un angle plus ou moins grand, par rapport 25 à la zone neutre géométriquej ce qui influence défavorablement, aussi bien la commutation que le couple. Il en est de même pour le comportement au démarrage des outils électriques connus à excitation permanente. 30 avec du courant alternatif et entraînés par un moteur série, le champ principal et le champ transversal d'armature se modifient par contre dans la même mesure sous l'effet de la charge. En conséquence, le champ résultant et ainsi la zone neutre restent dans une position angulaire inchangée . En conséquence, ces outils 35 électriques usuels présentent un comportement élastique avec une large sécurité de -s^ar^harge et une bonne commutation dans., tous les états de charge. En opposition à ces avantages, il faut citer comme inconvénients, en plus de la dépendance connue de la charge vis-à-vis du nombre de tours, les pertes élevtco 40 de magnétisation et de courants tourbillonnaires causées par le 5 Les outils de ce genre ont en premier lieu Les outils électriques connus à vitesse de Dans les outils électriques usuels alimentés 69 13465 ~2" 2007142 courant alternatif. • La présente invention a pour but de réaliser un outil électrique, qui présente les avantages,mentionnés plus haut dus au nombre de tours élevé, sans souffrir des inconvénients 5 existant dans le cas des outils électriques connus de ce genre. Conformément à l'invention , ce problème est résolu par ce que l'outil est commandé par un moteur d'entraînement à excitation de champ électrique qui est alimenté par 1*intermédiaire d'un redresseur disposé' à l'intérieur de l'outil. 10 Ce moteur peut être prévu pour courant mono phasé en vue de son raccordement au réseau lumière". Mais il peut aussi être prévu pour courant triphasé en vue de son raccordement au réseau triphasé. Pour réaliser l'excitation électrique de 15 champ du moteur d'entraînement on dispose, conformément à l'invention, de différentes possibilités sous forme des combinaisons suivantes s 1. L'excitation électrique de champ est branchée en série et; il est en outre prévu une installation de 20 régulation du nombre de tours. 2. L'excitation électrique de champ est branchée en série et il est-en outre prévu un enroulement de champ branché en dérivation, comme enroulement à double circuit. 3. L'enroulement électrique de champ est 25 branché en dérivation. 4. L'enroulement électrique de champ est branché en série et il est en outre prévu une excitation de champ permanente® Des outils à entraînement électrique conformes 30 à l'invention sont représentés, à titre d'exemples non limitatifs, sur les figures jointes, dans lesquelles s - la figure 1 montre un outil électrique avec enroulement de champ en série, dont le nombre de' tours est réglé par un contacteur a force centrifuge, 35 - la figure 2 montre un outil électrique" avec enroulement de champ en série, dont le nombre de tours est' réglé par une génératrice de courant entraînée par l'arbre du rotor et un organe contacteur électronique, qui fonctionne avec commande à coupure de phases et qui peut comprendre, entre autres 40 un ou plusieurs thyristors, 69 13465 - la figure 3 montre un outil analogue, dont le nombre de tours est réglé par une résistance dépendant de la tension qui est branchée en série avec le rotor. - la figure 4 montrç un outil électrique du 5 même genre dont le nombre de tours est réglé par une résistance dépendant de la tension qui est branchée en parallèle avec le rotor, - la figure 5 est un diagramme montrant l'allure de variation du nombre de tours en fonction de la puissance fournie pour des outils montés conformément à la figure 3 et la 10 figure 4, - la figure 6 montre les connexions d'un moteur fl'ftn-hr'»ÎT»»mftn-h prmr- mit il él ftfyfrri que avec double enroulement^ court-circuit retardé de l'enroulement de champ en série, avec une diode et des condensateurs montés en série avec le rotor dans la 15 direction du courant, pour shunter les enroulements de champ et de rotor« Sur ces figures le redresseur de courant de l'outil électrique est représenté avec courait •■monophasé, le branchement du redresseur n'est pas indiqué et ne 20 fait pas partie de l'invention. Comme il a déjà été indiqué dans l'introduction, la caractéristique principale d'un outil électrique conforme à l'invention, qui est alimenté par une source de courant alternatif à travers un redresseur, réside dans la présence d'une excitation 25 électrique de champ. Lorsque celle-ci se trouve en série j on peut prévoir une installation de régulation de nombre de tours', pour réduire les propriétés indésirables du comportement de circuit principal. Cette installation, dans le cas de suppression de la charge, limite la vitesse croissante du rotor à une valeur qui n'est 30 que de peu supérieure à la vitesse sous charge. Un tel moteur série est judicieusement constitué de telle manière qu'il fournisse le couple total sous charge _pour un nombre de tours supérieur à celui usuellement adopté. Le nombre de tours peut être réglé au moyen d'une grandeur de 35 réglage influencée par le nombre de tours et par l'intermédiaire d'un contacteur' à force centrifuge 11. Pour l'extinction des étincelles à la paire de contants 12, .il_est .prévu-dans ce cas une résistance 13 dépendant de la tension dont la valeur de résistance décroît pour une tension croissante et un condensateur 14. Avec 40 une telle disposition , le courant est coupé et rétabli dans une 69 13465 2007142 succession rapide dès-que l'outil électrique est déchargé» et le nombre de tours restep à l'état sans charge, à la valeur maximale désirée. On peut également utiliser pour la régulation 5 du nombre de tours, notamment dans le cas d'outils électriques très petits, la résistance au passage du courant d'air d'un volant à ailettes entraîné par le moteur, auquel cas la fraction de l'énergie électrique amenée qui accroîtrait le nombre de tours de manière inadmissible. est convertie en chaleur d'échauffaientd'air. Un tel volant 10 à ailettes peut être construit avec une surface de résistance à l'air fixe, mais il peut également comporter une surface de résistance à l'air qui s'accroisse avec un nombre de tours croissant. En vue d'éviter la nécessité d'un tel volant spécial et d'économiser ainsi la dépense et la. places on peut constituer le ventilateur du moteur 15 pour servir en plus le volant du genre décrit ci-dessus. En dehors de la force centrifuge et de la résistance à l'écoulement d'air, on peut également utiliser des grandeurs de réglage introduites dans un régulateur de nombre de tours approprié. C'est ainsi qu'une génératrice de courant entraînée 20 par le rotor du moteur d'entraînement, par exemple une génératrice tachymétrique 15» peut commander un organe de connexion électronique qui influence la tension appliquée au moteur. On peut utiliser la tension comme grandeur électrique de réglage pour la régulation du nombre de tours, en 25 montant une résistance 17 dépendant de la tensiOA , dont la résistance décroît lorsque la tension croît, en série avec le rotor 18 du moteur. Dans une telle disposition, une charge sur le moteur d'entraînement a pour effet un prélèvement de courant accru et une tension accrue à la résistance, de sorte que la grandeur de sa résistance 30 décroît et que le moteur a davantage de courant à sa disposition. Lors d'une décharge du moteur, son prélèvement de courant décroît, la tension à la résistance baisse, de sorte que sa résistance croît et l'amenée de courant au moteur est diminuée, de sorte que son nombre de tours se régie à une valeur maximale de marche à vide qui 35 est voisine de la vitesse sous charge. Le montage d'une résistance 17 dépendant de la tension en parallèle avec le rotor 18 du moteur est également possible, auquel cas la tension dépendant du nombre de tours appliquée au rotor agit sur cette résistance de shunt d'une manière telle, 40 qu'en cas de décharge et de prélèvement de courant réduit qui en 69 13465 "5" 2007142 résulte, la tension du courant d'armature croissante provoque une diminution de la valeur de résistance de la résistance de shunt, et celle-ci cause un prélèvement accru de courant de l'enroulement de champ par rapport au courant de rotor, ce qui a pour conséquence 5 une diminution du nombre de tours. Il est également possible d'utiliser en combinaison une installation de commande mécanique et une installation de commande électrique. Un contacteur à force centrifuge peut mettre en circuit une installation de commande à action électrique, 10 par exemple le courant de commande d'un thyristor, lequel, de son côté, commande le courant de travail du moteur d'entraînement. la sécurité d'un outil électrique du genre décrit est accrue si, en plus de l'installation de régulation de nombre de tours 19f on prévoit un dispositif qui limite le nombre 15 de tours. Ce dispositif peut être constitué de telle manière que, lors d'un dépassement du nombre de tours maximal acceptable, il coupe la liaison de l'outil électrique du réseau. Il peut également, sans couper le courant, s'opposer d'une autre manière à ce que le nombre de tours soit trop élevé. Il peut être constitué par un con-20 tacteur actionné par le courant d'air de refroidissement du moteur d'entraînement pour débrancher le moteur lors du dépassement d'une valeur de pression statique prédéterminée. On peut également prévoir un contacteur à force centrifuge qui sépare le moteur d'entraînement du réseau lors du dépassement du nombre de tours maximal autorisé. 25 On peut pour cela prévoir, sur un contacteur à force centrifuge déjà prévu pour la régulation du nombre de tours, une seconde paire de contacts qui servent de dispositif de coupure de sécurité. On peut encore envisager la disposition ■ d'un volant à ailettes pour sécurité de limitation de nombre de 30 tours, volant dont la surface de résistance au courant d'air augmente rapidement lors du dépassement de la zone autorisée de nombre de tours et qui, par le freinage brusque du moteur électrique qui en résulte, informe l'utilisateur que le dispositif de régulation du nombre de tours ne fonctionne plus correctement. Le ventilateur du 35 moteur lui-même - peut être constitué pour jouer ce rôle. Il est en outre possible de disposer un relais, dans lequel est introduite une grandeur de réglage électrique et qui assure, en,conséquence, une connexion de limitation de nombre de tours. Dans un tel dispositif de sécurité purement électrique, 40 le relais peut être commandé par exemple par la répartition de la 69 13465 - s- 2007142 tension entre champ et rotor, qui se modifie avec le nombre de tours. Une génératrice de courant entraînée par le moteur de l'outil électrique peut également agir sur le relais. En plus d'une partie de l'enroulement de 5 champ placée dans le circuit principal, on peut encore prévoir une partie placée dans un circuit•secondaire. Un tel enroulement dénommé à double circuit présente, comme il est connu, l'avantage de conditions favorables de démarrage et de surcharge, lié avec l'avantage d'un nombre de tours largement indépendant de la-charge 10 d'un moteur à circuit secondaire. Dans certaines conditions, il est avantageux: de prévoir5 dans le cas d'un tel. .moteur à double circuit , un contacteur à retardement, qui..court^circuite l'enroulement de circuit principal après terminaison du. processus de démarrage, le shuntage à retàrdement de l'enroulement de circuit 15 principal peut être réalisé alors par un contacteur à force centrifuge spécial dépendant du nombre de tours, ou par une troisième paire de contacts 23 dans le contacteur de. l'outil, qui est placée sous l'effet d'un organe intermédiaire à ressort 24, mais qui est cependant freinéepar une installation pneumatique, hydraulique, 20 ou d'autre type 25, pour suivre avec retard le mouvement du contacteur, ou par un contacteur à retard à action thermique, par un contacteur influencé par le courant d'air de refroidissement, par un retardement électrique (charge d'un condensateur ou élément R-C), par un relais dépendant de la force électro-motrice, ou par 25 mie combinaison de deux ou plusieurs de ces possibilités. L'outil électrique est particulièrement simple lorsque l'excitation de champ électrique se trouve dans le circuit secondaire. L'outil de ce genre fonctionne avec le minimum de pertes, étant constitué avec un moteur à circuit secondaire ou à double circuit, lorsquer 30 en série avec le rotor est disposée une diode 26 en direction du courant, qui supprime les courants qui proviennent de■1'induction relative de l'armature et du champ et, en conséquence, les pertes qui leur correspondent . Même l'excitation de champ permanente déjà 35 connue peut 'être utilisée en commun avec un enroulement de champ branché en série, de sorte que le comportement au démarrage et sous surcharge est amélioré de la manière déjà décrite„ Spéciale-, ment le courant au démarrage est limité par- la résistance ohmique additionnelle dans le circuit d'armature et la commutation de déma~ 40 rrage est considérablement améliorée. Avec cette disposition 69 13465 également, l'enroulement de circuit principal peut, une fois terminée l'opération de démarragey être court-circuite par un contacteur à retard du type déjà décrit plus haut. le courant intervenant dans l'outil électri-5 que décrit présente, comme courant alternatif redressé, des pointes de courant plus ou moins importantes suivant le type de courant alternatif (monophasé ou triphasé) et suivant le type de redresseur, pointes qui ont pour conséquence les effets d'induction indésirables et des pertes magnétiques. Ces pertes peuvent être réduites en 10 prévoyant que la tôle de dynamo utilisée pour le rotor présente, avec une épaisseur de 0,35 nim, et une induction de 10 000 Gauss, une perte par magnétisation maximale de 1,45 W/Kg. On a constaté en outre comme avantageux de maintenir plus petite qu'il n'est usuel l'énergie électrique à 15 transmettre par chaque lamelle de commutateur, en augmentant le nombre de rainures du rotor. De manière particulièrement favorable, on prévoit des nombres de rainures qui "correspondent à un rapport entre diamètre de rotor et nombre de•rainures qui soit au maximum, de 2,9 et de préf^ence inférieur à 2,5» 20 la commutation et les étincelles aux balais sont en outre influencées favorablement, lorsque des condensateurs 2-7 sont branchés d'une manière connue en parallèle avec l'enroulement de rotor et en parallèle avec 1'enroulement de champ. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée 25 aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 69 13465 REVEND I G A T I 0 I S 1°) Outil à entraînement électrique, du type ayant un régime de marche dans lequel le nombre de tours sous charge n'est que de peu inférieur au nombre de tours de marche à vide, 5 outil caractérisé par un moteur d'entraînement à excitation de champ électrique qui est alimenté par l'intermédiaire d'un redresseur disposé à l'intérieur de l'outil. 2°) Outil suivant la revendication 1, caractérisé par ce qu'il est équipé pour du courant alternatif 10 monophasé. 3°) Outil suivant la revendication 1, caractérisé par ce qu'il est équipé pour du courant alternatif triphasé. 4°) Outil suivant les revendications 1 à 3, 15 caractérisé par ce que l'excitation de champ électrique est disposée dans le.circuit principal, une installation de régulation de nombre de tours étant disposée dans le carter de l'outil. 5°) Outil suivant la revendication 4, caractérisé par ce que pour leu régulation de nombre de tours est 20 prévu un. contacteur. à force centrifuge0 6°) Outil suivant la revendication 5, caractérisé par ce que, en vue de l'extinction d'étincelles à la paire de contacts du contacteur à force centrifuge/ sont prévus "une résistance dépendant de la tension et au moins un condensateur. 25 7°) Outil suivant la revendication 4» caractérisé par au moins un volant à ailettes dont la surface de résistance au courant d'air peut être accrue avec le nombre de tours croissant. 8°) Outil suivant la revendication "]9 carac-30 térisé par ce que le ventilateur du moteur d'entraînement est constitué en outre comme volant à palettes dont la surface de résistance au courant d'air peut être accrue en fonction d'un nombre de tours croissant du moteur. 9°) Outil suivant la revendication 4, 35 caractérisé par un régulateur de nombre de tours dans lequel peut être insérée au moins une grandeur électrique de réglage. 10°) Outil suivant la revendication 9, caractérisé par ce que le régulateur de nombre de tours contient une génératrice de courant entraînée par le rotor du moteur d'entraî-40 nement et un organe de connexion électronique. 69 13465 "9 '• 2007142 11°) Outil suivant la revendication 9, caractérisé par ce que le régulateur de nombre de tours se compose . d'une résistance dépendant de la tension, dont la valeur de résistance décroît lorsque la tension croît et qui est branchée en I. 5 série avec le rotor du moteur d'entraînement. 12°) Outil suivant la revendication 9, caractérisé par ce que le régulateur de nombre de tours se compose d'une.résistance dépendant de la tension, dont la valeur de résistance décroît lorsque la tension croîij et qui est branchée 10 en parallèle avec le rotor du moteur d'entraînement. 13°) Outil suivant la revendication 4» caractérisé par ce que la régulation de nombre de tours est assurée par une installation qui se compose d'un contacteur à force centrifuge qui met en circuit un dispositif de commande à action électri-15 que. 14D) Outil suivant la revendication 13 » caractérisé par ce que, derrière le contacteur à force centrifuge, est disposé un thyristor, dont le courant de commande est connecté par le contacteur à force centrifuge et qui, de son côté, commande 20 le courant de travail du moteur d'entraînement. • 15°) Outil .suivant les revendications 4 à 14, caractérisé par , en supplément, une installation de limitation du nombre de tours . 16°) Outil suivant la revendication 15» 25 caractérisé par une installation supplémentaire sous la forme d'un contacteur, qui est actionné par la pression statique du courant d'air de refroidissement et qui coupe le circuit du moteur d'entraînement . 17°) Outil suivant la revendication 15» 30 caractérisé par ce que l'installation supplémentaire se compose d'un contacteur à force centrifuge qui, dans, le cas d'un nombre de tours trop élevé, coupe le moteur d'entraînement du réseau. • 18°) Outil suivant la. revendication 17-, caractérisé par ce que X7'installation supplémentaire se compose 35 d'une seconde paire de contacts d'un contacteur à force centrifuge conforme à la revendication 5. 19°) Outil suivant l'une des revendications 4 à 6 et 9 à 14, caractérisé par une installation supplémentaire de limitation de nombre de tours, sous la forme d'un volant à 40 ailettes dont la surface de résistance au courant d'air s'accroît 69 13465 "lu" 2007142 lors du dépassement du nombre de tours maximal prévu. 20°) Outil suivant l'une des revendications 4 à 6 et 9 à I4f caractérisé par ce que le ventilateur du moteur d'entraînement est constitué en outre comme volant à ailettes qui 5 agit comme installation supplémentaire de limitation du nombre de tours et qui, lors d'un dépassement du nombre de tours maximal prévu, augmente repidement sa surface de résistance à l'air • 21°) Outil suivant la revendication 15,. caractérisé par un relais» dans lequel est insérée une grandeur 10 électrique de réglage et qui opère une connexion de limitation du nombre de tours. 22°) Outil suivant la revendication 21, caractérisé par ce que le relais est commandé par la répartition de tension,.entre champ..fit-XQtor qui se modifie avec le nombre 15 de tours. 23°) Outil suivant la revendication 21, caractérisé par une génératrice de courant entraînée par le moteur d'entraînement et qui agit sur le relais. 24°) Outil suivant l'une des revendications 20 1 à 3, caractérisé par ce que 1'exçitation■de champ électrique est placée dans le circuit principal, avec, en outre, un enroulement de champ de circuit secondaire comme enroulement à double circuit. 25°) Outil suivant la revendication 24, caractérisé par un contacteur à retard, qui court~circuite l'enroule-25 ment de champ de circuit principal à la fin du processus de démarrage. 26°) Outil suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par ce que l'excitation de champ électrique se trouve dans le circuit secondaire • 30 27°) Outil suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par ce que l'excitation de champ électrique se trouve dans le circuit principal et qu'il est prévu en outre une excitation de champ permanente . 28°) Outil suivant la revendication 27, 35 caractérisé par un contacteur à retard qui court-circuite l'enroulement de champ de circuit principal après terminaison du processus de démarrage. 29°) Outil suivant l'une des revendications 24 à 28» caractérisé par une diode qui est montée en série avec le 40 rotor du moteur d'entraînement, et qui est placée derrière lui dans 69 13465 "11 " 2007142 le sens de courant • 30°) Outil suivant l'une dps revendications précédentes, caractérisé par ce que la tôle~dynamo utilisée pour le rotor présente, pour une épaisseur de 0P35 mm et une induction 5 de 10 000 Gauss, une perte par magnétisation égale au maximum à 1,45 watt par kg, 31°) Outil suivant l'une des revendications précédentesj caractérisé par ce que le rapport entre le diamètre du rotop et le nombre de rainures est au maximum égal à 2595 de 10 préférence inférieur à 2P5. 32°) Outil suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé par des condensateurs, montés en parallèle avec l'enroulement de rotor et les enroulements de champ»