Brevet FR2276721A1 — publié le 19760123

La présente invention concerne un dispositif de freinage de sécurité pour une machine électrique. On entend par ce terme dans la présente description aussi bien un moteur électrique rotatif que l'ensemble d'une machine de nature quelconque entraînée par un moteur électrique rotatif. Cette invention s'applique notamment lorsque la partie mobile de la machine, actionnée par le moteur présente un danger pour l'utilisateur si son mouvement persiste un temps appréciable après la coupure de l'alimentation du moteur. Tel est le cas par exemple pour les outils à main, les machines de jardinage, telles que les tondeuses, etc. L'invention vise ainsi un dispositif de freinage à action rapide et en même temps progressive, agissant jusqu'à immobilisation des pièces en mouvement. Les systèmes de freinage les plus usuels comprennent : soit des patins appliqués sur la jante d'une roue ; soit des mtchoire8 extensibles appliquées sur la face interne d'un tambour ; soit des plaquettes enserrant les deux faces d'un disque. L'actionnement de tous ces systèmes requiert la mise en jeu d'un effort notable et fait appel à des mécanismes relativement encombrants et coûteux , Si l'on veut obtenir un freinage à la fois rapide et progressif et un desserrage quasi-instantané. Ces systèmes sont donc mal adaptés pour assurer l'arrêt rapide, sans mise en jeu d'une énergie autre que celle du moteur électrique d'entratnement, de machines légères et notamment de machines tournantes ayant un faible moment d'inertie, mais une vitesse de rotation élevée.De telles machines sont particulièrement utilisées dans les travaux artisanaux et agricoles et fréquemment confiées à des personnes n'ayant qu'une formation professionnelle sommaire. La présente invention vise ainsi à provoquer l'arrêt dans un délai négligeable d'un moteur électrique ou d'une machine mue par un tel moteur, à partir du moment où le courant d'alimentation du moteur est coupé et du seul fait de cette coupure, pour pouvoir ensuite les remettre en route par le simple rétablissement du courant, sans avoir de frein à desserrer. Dès que le courant est coupé, le patin est amené par l'équipage en contact avec la surface de freinage et il est entraîné par le frottement dans le sens de la rotation de cette surface, mais ce mouvement tend à le rapprocher de l'axe d'articulation de l'équipage mobile et provoque un arc-boutement dudit équipage sur cet axe. La réaction de ce dernier intensifie la pression du patin sur la surface de freinage. Il se développe ainsi un effet d'auto-coincement du patin, qui subsiste jusqu'à l'arrêt complet de la machine et cesse à l'arrêt. Dès que le moteur reçoit de nouveau du courant, l'entrée en action du système de retenue éloigne le patin de la surface de freinage. Dans une version préférée de l'invention, l'équipage mobile comprend une palette coudée dont une branche est articulée sur le bâti de la machines dont l'autre branche supporte le patin. Cet équipage, présentant une inertie insignifiante, a un temps de réponse très court à la sollicitation du système de retenue et de la force antagoniste. Dans un mode avantageux de réalisation, le système de retenue de l'équipage mobile comporte une bobine électromagnétique, alimentée en même temps que le moteur électrique, la palette et le support de la bobine étant, par leur nature, aptes à fermer le circuit magnétique de la bobine. Il n'y a donc pas besoin de commande particulière du dispositif de sécurité qui entre en jeu et dont l'action est interrompue du seul fait que l'on manoeuvre l'interrupteur du moteur. D'autres particularités de l'invention résulteront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, on a représenté une réalisation particulière de l'invention. La figure 1 est une vue en élévation avec coupe transversale partielle suivant I-I de la figure 3 d'une machine équipée du dispositif de freinage, ce dernier étant au repos. La figure 2 est la vue analogue à la figure 1 montrant le dispositif-de freinage au travail. La figure 3 est une vue en élévation, avec arrachements, de l'ensemble de la machine. La figure 4 est une vue perspective de la machine, complétée par un schéma du circuit électrique alimentant le moteur et la bobine électromagnétique. La figure 5 est une représentation schématique des actions et des réactions du volant et de l'équipage mobile l'un sur 11 autre, en période de freinage. La figure 6 est un schéma perspectif de détail. Dans la réalisation particulière de l'invention représentée aux figures 1 à 4, le dispositif de freinage de sécurité est appliqué à une machine électrique tournante telle qu'un moteur électrique. On voit en 1 l'arbre principal, supposé horizontal, de la machine, sur lequel est calé un volant 2 de rayon R, dont la périphérie 3 constitue la surface de freinage prévue par l'invention. Le volant 2, ainsi que le moteur électrique qui l'actionne, sont logés dans un bâti 4 qui présente une ouverture sensiblement rectangulaire 5 délimitée par une embase 6 coiffée par un support 7, en acier magnétique, fixé par des vis 8. L'équipage mobile du dispositif de freinage, logé dans le support 7, comprend une palette coudée 11 en acier magnétique dont l'une des branches 12 est terminée par une patte 12a qui pénètre avec jeu dans une fente 7a du support ce qui constitue une pseudo-articulation 9 pour la palette coudée 11 (figure 6). L'autre branche 13 de la palette est munie d'un patin 14 en garniture de friction qui est collé à la palette. Lorsque la palette 11 est libre de tourner autour de l'articulation 9, venir le patin 14peut/en contact avec la périphérie 3 du volant 2 suivant une plage d'appui 15 qui se trouve sensiblement dans la partie médiane du patin 14. La palette 11 est soumise en permanence à l'action d'un ressort de rappel 16 dont une des extrémités est attachée en un point 17 du support 7, à peu de distance de l'axe 9 et l'autre extrémité, en un point 18 de la branche 12, à peu de distance du coude de la palette. Sur le côté du support 7 opposé au ressort 16 par rapport à la branche 12 de la palette, une bobine électromagnétique 19, dont l'axe est orthogonal à l'axe 0 du moteur, est fixé au support 7 par des vis 21. Comme on le voit sur la figure 4, la bobine 19 est montée en série avec le bobinage du moteur 23 de la machine, un même interrupteur 24 commandant le passage du courant dans le moteur et dans la bobine.Lorsque la bobine 19 est alimentée, le noyau magnétique 22 attire la branche 12 de la palette 11 avec une force supérieure à celle exercée en sens opposé par le ressort 16 ; par suite, la branche 12 pivote autour de l'axe 9 jusqu'à ce qu'elle vienne au contact du noyau 22,et le patin 14 se trouve éloigné de la périphérie 3 du volant d'un intervalle E (figure 1). Le volant 2 peut tourner librement. Lorsque\le courant est coupé par l'interrupteur 24, la branche 12 de la palette il est entraînéeen sens opposé par la force antagoniste du ressort 16. Le patin vient au contact de la périphérie 3 du volant qui tourne dans le sens S. Le contact du patin 14 sur la surface 3 a lieu suivant la plage 15 qui est située en avant du plan Y1 -Y2 passant par les axes 0 et 9,relativement au sens S. L'angle dièdre obtus A formé par les axes 0-9 et la plage 15 est sensiblement compris entre 1650 et 1800 ; de préférence il est choisi aux environs de 1700. La rotation du volant 2 tend à entraîner le patin 14 dans le sens S. L'action tangentielle T de la surface 3 sur le patin 14 se décompose en deux forces : l'une radiale R et l'autre U qui est encaissée par le support 7 au niveau de l'articulation 9. La palette 11 est ainsi arc-boutée sur le support 7 et la force de serrage R, provoquant le freinage du volant 2, est essentiellement due à l'action tangentielle T, la force du ressort 16 pouvant être très faible. La palette 11 tend à être entraînée dans le sens S et comme elle est légèrement flexible, elle se prête à cet entraSnement par déformation élastique, le point milieu de la plage 15 venant par exemple en 15a (figure 5). L'angle À passe ainsi par exemple de 1700 à 1800, de sorte que la force de serrage devient R1 supérieure à R. Le patin 14 est de ce fait soumis à un effet d'auto-serrage sur la surface 3, provoquant un freinage très énergique. La palette Il étant ainsi coincée à la manière d'une articulation à genouillère tant que dure la rotation du volant 2, le freinage se poursuit jusqu'à l'arrêt complet. Â l'arrêt, la force T cesse. L'énergie emmagasinée par la déformation élastique de la palette 12 est restituée, la palette 11 reprend se position initiale, ce qui annule l'effet d' auto-serrage. Dès le courant rétabli, la bobine magnétique 19 attire de nouveau la palette 11, le patin 14 s'écarte du volant 2 sans l'intervention d'une force autre que l'attraction magnétique,et le volant se remet en route aussitôt. On atteint ainsi pleinement l'objectif recherché, qui est de conférer le maximum de sécurité à une machine qui présente un danger certain si on laisse son mouvement se poursuivre pendant un temps notable après l'ordre de mise à l'arret. En outre le dispositif employé est économique,car la bobine montée en série avec le moteur reçoit une intensité de démarrage importante qui favorise l'attraction sur la palette, alors que la consommation ultérieure d'énergie pour la retenue de la palette est très réduite. On notera du reste que la force du ressort 16 peut être très réduite, car le rôle de ce ressort est seulement d'amener le patin 14 sur la surface 3 lorsque la bobine 19 n'est pas alimentée, puisque la force de freinage est essentiellement obtenue à partir de l'énergie cinétique de la machine. Enfin, au cas où le bobinage de l'organe de retenue se trouverait endommagé accidentellement, le moteur s'arreterait immédiatement et on ne risquerait pas d'accident 1 ,gce à l'im- possibilité où on se trouverait de le remettre sous tension. Parmi les nombreuses applications possibles de l'invention, on peut citer les centrifugeuses, les tranche-jambon, les tondeuses à gazon, les scies à boches, etc. Comme exemple de réalisation pratique on prendra le cas d'une tondeuse à gazon, dont le mécanisme d'entraînement est du genre illustré par les figures 1 à 4 et dont les principales caractéristiques de construction sont les suivantes - diamètre du couteau : 58 cm - vitesse de rotation nominale : 2860 tours/mn - alimentation par courant monophasé sous 220 V, fréquence 50 Hz - intensité de démarrage : 8 à 10 À - intensité de régime : 4 A - bobine : comprenant 10 couches de 15 spires en fil de cuivre de 0,8 mm ; résistance 0,3 ohm. - puissance absorbée par le moteur : 1100 W - volant en métal moulé brut - palette en acier magnétique avec patin collé en ferodo de 10 x 10 x 3 mm - effort exercé sur la palette par le ressort antagoniste : 150 g - valeur de l'angle Â : 1650 - temps d'arrêt : 2 secondes. La palette et le support de bobine sont obtenues par découpage et pliage à partir de tôle d'acier ; ces pièces sont protégées contre la corrosion par cadmiage ou par zingage afin d'éviter une diminution de leurs propriétés mécaniques à l'usage. Au bout de 5000 manoeuvres consécutives, aucune usure particulière ou déformation apparente n'a été remarquée il est évident que l'invention n'est pas limitée à la réalisation décrite et qu'on peut apporter à celle-ci de nombreuses variantes d'exécution, compte tenu de la constitution propre et de la destination de la machine devant être équipée du dispositif de sécurité. Ainsi - Dans le cas où un échauffement du moteur est à craindre, le volant de freinage peut être monté à ltextérieur de la machine et faire office de ventilateur. - Dans le cas où une protection de la bobine et de la palette contre les agents de l'atmosphère environnante est nécessaire, le support peut être aménagé en boftier à montage étanche. - Dans le cas où la force qui tend à appliquer le patin sur le volant est dirigée sensiblement suivant la verticale du haut vers le bas, cette force peut être fournie par le poids de la palette, éventuellement augmentée par une faible surcharge, le ressort 16 étant alors supprimé. - D'autres systèmes que la bobine électromagnétique peuvent être utilisés pour maintenir la palette écartée du volant pendant le fonctionnement du moteur ; par exemple on pourrait réaliser un système pneumatique dans lequel un poussoir serait relié à une conduite d'air comprimé pendant le passage du courant électrique dans le moteur et serait mis en communication avec l'atmosphère dès l'interruption du courant. REVENDICATIONS 1. Dispositif de freinage de sécurité pour machine électrique tournante comportant une surface de freinage solidaire en rotation de la machine et un patin de frein porté par un équipage articulé sur le bâti de la machine et sollicité vers la surface de freinage, cet équipage étant soumis à 11 action d'un système de retenue antagoniste qui le maintient en position inactive tant que le moteur est alimenté, caractérisé en ce que l'équipage porte-patin est monté de manière oscillante sur le bâti et en ce que la position de freinage de cet équipage est telle que le patin soit soumis à un effet d'auto-serrage sur la surface de freinage provoquée par la rotation de cette surface. 2. Dispositif conforme à la revendication 1,dans lequel la surface de freinage est annulaire, caractérisé en ce que l'équipage porte-patin est articulé autour d'un axe parallèle à celui de la surface de freinage et en ce que le patin de frein prend appui sur la périphérie de la surface de freinage en une position située en avant du plan des axes précités relativement au sens de rotation de ladite surface. 3. Dispositif conforme à la revendication 2 et caractérisé en ce que 11 angle dièdre formé par les plans passant par les axes d'articulation et la plage de contact du patin sur la surface de freinage est sensiblement compris entre 1650 et 1800, et de préférence sensiblement égal à 1700. 4. Dispositif de sécurité conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que 11 équipage mobile comprend une palette coudée dont une branche est articulée sur le båti de la machine et dont l'autre branche supporte le'patin. 5. Dispositif de sécurité conforme à la revendication 4 caractérisé en ce que la force qui tend à appliquer le patin sur la périphérie du volant est fournie par un ressort de rappel reliant la palette au bati de la machine. 6. Dispositif de sécurité conforme à l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'axe de l'équipage mobile est sensiblement horizontal, caractérisé en ce que cet équipage est monté de manière pendulaire sur le bâti, la force antagoniste au système de retenue étant constituée par le poids de l'équipage mobile. 7. Dispositif de sécurité conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le système de retenue de 1' équipage mobile comporte une bobine électromagnétique, alimentée simultanément avec le moteur électrique, la palette et le support de la bobine étant, par leur nature, aptes à fermer le circuit magnétique de la bobine. 8. Dispositif de sécurité conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que la bobine électromagnétique est montée en série avec le bobinage du moteur. 9. Dispositif de sécurité conforme à 1' une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'équipage mobile, le système de retenue et ltorgane fournissant la force antagoniste ont un support commun avec lequel ils constituent un ensemble amovible, se fixant d'un seul tenant sur le bâti de la machine. 10. Dispositif de sécurité conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de freinage est un volant disposé de manière à constituer le ventilateur du moteur électrique.