Brevet FR2355438A1 — publié le 19780120

La présente invention concerne les appareils déstinés au fauchage des végétaux et en particulier les tondeuses à gazon. Dans des dispositifs connus, la tondeuse est constituée par un socle mobile. Un moteur disposé sur le socle entraine l'outil de coupe situé en dessous, par l'intermédiaire d'un arbre moteur qui traverse le socle0 Le moteur est souvent utilisé également pour provoquer le mouvement de la machine. Le moteur peut titre soit du type thermique, par exemple, à explosion interne, soit du type électrique. Les moteurs à explosion sont bruyants et polluants ce qui n'est pas le cas des moteurs électriques mais, la faiblesse de ces derniers provient de I'alimentation- en énergie par un cable qui limite leur autonomie et leur maniabilité. Des tondeuses alimentées par piles ou batteries d'accumulateurs électrochimiques et donc autonomes, ont été réalisées.Il subsiste cependant plusieurs inconve nient: tout d'abord, le poids de la batterie s'ajoute à celui du moteur électrique et conduit à un bilan de poids défavorable, ensuite la puissance par unité de poids qu'autorisent les accumulateurs commercialisés est faible, enfin la durée de vie des accumulateurs électrochimiques est limitée (environ deux ans) et ils sont-sensibles au gel ce qui est un inconvénient majeur pour des machines qui sont souvent remisées l'hiver dans des locaux exposés au gel. Le dispositif suivant 1' invention possède les avantages des tondeuses équipées de moteurs électriques alimentées par batteries ou piles, à savoir: l'absence de bruit et de pollution, ainsi que la possibilité d'utiliser l'énergie en heures creuses pour la recharge (la recharge peut astre effectuée la nuit). Il présente en outre d'autres avantages qui sont liés à l'utilisation d'un volant d'inertie qui tient en même temps le role de stockage d'énergie et le role du moteur: une grande simplicité mécaniq qui a pour corrollaire un prix de revient réduit, une grande robustesse et une durée ae vie supérieure.Il possède également une puis- sance supérieure à poids égalez une autonomie indépendante des conditions d'emploi ce qui n'est pas le cas des ~batteries d'accumulateurs commercialisées dont l'énergie disponible décroît rapidement si la puissance demandée augmente. Les figures 1, 2 et 3 montrent des réalisations du dispositif suivant l'invention. Un volant d'inertie 1 tourne à grande vitesse dans une enceinte étanche 4. L'axe du volant d'inertie 2 qui traverse le carter au moyen d'un passage étanche à l'air, à faible friction 24, est relié à l'axe de l'outil de coupe 3 par l'intermédiaire d'un dispositif dtaccouplement 5. Le carter 4 se prolonge vers lue bas par une jupe 8 sur la quelle sont montées les roues 7 et dont le rôle est de servir de carenage protecteur pour l'outil de coupe. Un dispositif 6 permet l'accouplement entre le volant d'inertie et le moyen de recharge destiné à lui communiquer sa vitesse de rotation.L'énergie nécessaire au dispositif 9 de commande de l'accouplement du volant d'inertie et de l'outil de coupe est fourni par un générateur électrique dont le rotor et le stator sont constitués par des enroulements conducteurs 10 et 11 situés sur les parties en regard du volant d'inertie et du carter. Le plan de rotation du volant d'inertie et celui de l'outil de coupe sont parallèles. Les axes de rotation du volant d'inertie et de l'outil de coupe sont éventuellement confondus. Dans une autre version de l'invention, les plans de rotation du volant d'inertie et celui de l'outil de coupe sont inclinées. Un autre mode de réalisation de l'invention consiste à disposer, non plus un, mais deux volants d'inertie disposés dans des plans parallèles et tournant en sens inverse afin d'éliminer l'effet gyroscopique que pourrait produire un seul volant de grande taille. Afin d'éviter que le volant d'inertie ne perde une grande partie de son énergie par frottement sur les molécules d'air, on maintient dans le carter un vide poussé. Un moyen de réaliser le vide, comme le montre la fig. 3, consiste à disposer dans le carter 4 une pompe à palette dont la partie mobile, le rotor, est monté sur l'axe de rotation 2 du volant d'inertie. Le carter est aménagé de telle sorte qu'il constitue autour du rotor une chambre de faible volume 12 qui constitue la partie fixe de la pompe. Le rotor est entrainé par le volant d'inertie, cependant on peut prévoir un accouplement débrayable lorsque lnnde de la pompe ntest pas nécessaire.Si un vide plus poussé est nécessaire, l'action de la pompe à palette peut être complétée ou remplacée par celle d'une autre pompe utilisant le principe connu de la pompe moléculaire,-le rotor de la pompe 13 étant également monté sur l'axe de rotation du volant d'iner- tie et entrainé par lui. La figure 3 illustre un mode de réalisation non limitatif. L'axe de rotation du volant d'inertie comporte une partie 21 cylindrique de diamètre plus grand. La découpe intérieure du carter forme autour de cette partie cylindrique 21 deux chambres annulaires 12 et 14 comprises entre les parois cylindriques du carter et de la pièce 21 et séparées par un anneau 15 solidaire du carter et épousant étroitement, mais sans friction, la pièce 21. La chambre supérieure contient une bague sertie autour de la pièce 21, solidaire de celle-ci et munie d'une palette 6 maintenue contre la paroi de la chambre 12 par l'action du ressort 17, l'ensemble consti tU?. e rotor d'une pompe à palette. L'évacuation des molécules d'air est assuré par un conduit 18 terminé par un dispositif anti-retour 19. La chambre 12 est reliée à la chambre 14 par une conduite LO. Le diamètre de cette conduite est suffisant pour limiter les pertes de charges. La chambre inférieure 14 contient une pompe moléculaire dont le rotor 13 est également solidaire de la pièce u Le pompage est assuré en de nombreux points de la surface interne du carter par des lumières 22 reliées à plusieurs conduits 23 qui- débouchent dans la chambre 4. Bien entendu il s'agit là d'un exemple de réalisation. On pourra, en fonction de l'usage, soit se limiter au pompage par l'un ou l'autre type de pompe, soit réaliser un système plus performant en complétant le dispositif décrit précédemment par un autre identique et situé sur la face inférieure du volant d'inertie. Ie dispositif d'accouplement 5 de l'axe du volant d'inertie et de l'outil de coupe peut être mécanique et situé à l'extérieur du carter comme l'indique la figure 2. il peut également' suivant une autre version de l'invention, représentée sur la fig. 4, être magnfitique, ce qui supprime la nécessité de sortir l'axe du volant d'inertie à l'extérieur du carter. L'accouplement magnétique s'effectue à travers la paroi du carter entre un dispositif générateur d'un champ magnétique inducteur 25 solidaire du volant d'inertie et une pièce 26 portant l'outil de coupe et assujettie à tourner autour de la partie 27 du carter. La pièce 25 pourra par exemple comporter un ou plusieurs aimants permanents.Compte tenu de la grande vitesse de rotation qui peut titre imprimée à l'outil, une action de coupe efficace pourra être obtenue avec un outil de coupe de faible inertie, et, par exemple, un système utilisant des fils, comme en en trouve sur certaines tondeuses à gazon. La recharge du volant d'inertie consiste à relancer le rotor jusqu'à la vitesse maximum, compatible avec la sécurité des utilisateurs. Dans le cas ou le dispositif est entièrement déchargé (vitesse de rotation nulle) la vitesse du volant devra être portée progressivement à une vitesse supérieure à plusieurs dizaines de milliers de tours par minute. En usage normal, une réduction de moitié de la vitesse de rotation correspond à une réduction- des trois quart de l'énergie stockée et on aura intérêt à utiliser le dispositif entre la vitesse maximum et la vitesse moitié de la vitesse maximum, le temps de recharge seraaina réduit. La recharge du volant d'inertie s'opère à l'aide d'un moteur par exemple électrique, soit pendant les heures creuses et donc à un tarif avaYtageux, soit en tarif normal pour un appoint dans la journée. be dispositif 6 qui perment l'accouplement du moteur de recharge et du volant comporte un variateur de vitesse dont il existe de nombreux modes de réalisation. Une autre version de l'invention comporte un petit mo- teur électrique solidaire de la tondeuse et la recharge steffectue par un simple branchement du moteur sur une prise de courant. Un autre mode de réalisation consiste à utiliser un accouplement magnétique entre le moteur de recharge et le volant d'inertie. L'avantage de cette solution est encore de supprimer le passage de l'axe du volant à travers le carter Dans cette version, le glissement de l'accouplement magnétique peut tenir lieu de variateur de vitesse.Dans une autre version de l'invention, les parties en regard du volant d'inertie et du carter portent des enroulements conducteurs,réfêreioes28 et 29 de la fig. 5, qui constituent le rotor et le stator d'un moteur électrique permettant de lancer le volant d'inertie. Le volant d'inertie est réalisé en matériaux composites à base de fibre de verre, fibre de nylon, fibre de carbone, fibre de bore, fibre de silice, et autres matériaux pour lesquels le rapport de la valeur de la résistance à la rupture à la masse yolumique est élevé. En effet, l'énergie qui peut être stockée dans un volant est proportionnelle à la résistance à la rupture du matériaux constitutif et inversement proportionnel à la masse volumique. Par ailleurs, l'emploi des matériaux composites à la place de l'a- cier dans la constitution des volants autorise des méthodes de fabrication du rotor qui excluent les risques de rupture franche et de projection d'éclat au travers du carter. En cas de défaillance du rotor, l'énergie stockée dans le volant est en partie dissipée dans la délamination du matériaux composite, un carter en alliage léger suffit à absorber le reste. L'énergie massique des volants d'inertie est appelée à progresser dans l'avenir par l'évolution des matériaux comme par l'évolution des modes de réalisation des volants, ce qui rendra le dispositif objet de l'invention plus performant au plan de l'autonomie et de la maniabilité. L'application n'est nullement limitée à la tondeuse à gazon décrite en détail, mais s'étendra par exemple aux machines destinées an fauchage des végétaux, plus grosses, sur lesquelles l'opérateur est assis! REyENDIcsTIoSS 1. Tachine agricole destinée au fauchage des végétaux et notamment tondeuse à gazon dans laquelle l'outil de coupe est entrainé en rotation, l'énergie nécessaire à l'entraînement de ltoutil de coupe étant stockée dans au moins un volant d'inertie, caractérisée en ce que l'outil de coupe peut etre désaccouplé du volant -d'inertie par un embrayage mécanique ou. électrique dont les moyens de commande sont assurés par le volant luimême qui constitue le rotor d'une génératrice électrique, afin d'éviter de gaspiller l'énergie stockée et assurer une sécurité supplémentaire lorsque la rotation de l'outil de coupe n'est pas nécessaire. 2. Machine agricole destinée au fauchage des végétaux et notamment tondeuse à gazon dans laquelle l'outil de coupe est entrainé en rotation, l'énergie nécessaire à l'entraînement de l'outil de coupe étant stockée dans au moins un volant d'inertie, selon la revendication 1 et caractérisée en ce que le volant d'inertie est enfermé dans un carter étanche et comporte les rotors de pompes à palettes et de pompes moléculaires dont les chambres sont .constituées par une conformation appropriée du carter étanche autour des rotors, les dites pompes permettant de créer et de maintenir le vide dans le carter. 3. Machine agricole destinée au fauchage des végétaux et notamment tondeuse à gazon dans laquelle l'outil de coupe est entrainé en rotation, l'énergie nécessaire à l'entrainement de l'outil de coupe étant stockée dans au moins un volant d'inertie selon a revendication 1, caractérisée en ce que des parties en regard du rotor du volant d'inertie et du carter portent des enroulements conducteurs et constituent le stator et le rotor d'un générateur électrique permettant notamment d'alimenter les dispositifs de commande. 4. Machine agricole destinée au fauchage des végétaus et notamment tondeuse à gazon dans laquelle l'outil de coupe est entrainé en rotation, l'énergie nécessaire à l'entraînement de l'outil de coupe étant stockée dans au moins un volant d'inertie selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que des parties en regard du rotor du volant d'inertie et du carter portent des enroulements conducteurs et constituent le rotor et le stator du moteur permettant de langer le volant d'inertie.