Brevet FR2520169A1 — publié le 19830722

? La présente invention concerne un agencement de circuit pour assurer la rotation de moteurs à collecteurs dans les deux sens par inversion de la direction du courant d'induit, et elle a trait en particulier à des outils motorisés porta- tifs et à un dispositif de commutation pour inverser leur direction d'entralnement. Dans de nombreux domaines d'application de moteurs à col- lecteurs, en particulier pour des outils électriques tels que des perceuses et des tournevis, il se pose fréquemment l'obli- gation de faire fonctionner sélectivement le moteur dans l'un ou l'autre des sens de rotation Il est bien connu d'utiliser dans ce but des commutateurs-inverseurs qui inversent le sens de passage du courant dans l'induit par rapport au courant passant dans les enroulements inducteurs ou bien, dans le cas d'un moteur à courant continu à aimant permanent, par rapport au champ magnétique Le moteur est cependant habituellement enclenché et arrêté à l'aide d'un interrupteur additionnel placé dans l'alimentation en courant, par exemple pour une perceuse électrique à l'aide d'un contacteur à gâchette placé dans la poignée Cette commande d'un outil portatif est rela- tivement compliqué du fait rue, à chaque inversion du sens de rotation, on doit actionner non seulement le commutateur-inver- seur mais également le contacteur de gâchette En outre, il existe un risque que l'inversion du sens de rotation se pro- duise par inadvertance, alors que le contacteur de gâchette, ou un autre interrupteur principal, est actionné, ce qui crée un risque d'endommagement du moteur et éventuellement également du commutateur inverseur Pour éviter cette dernière difficulté, on a mis au point des commutateurs combinés qui établissent un verrouillage mécanique entre le commutateur-inverseur et le contacteur principal de déclenchement, comme décrit par exemple dans la demande de brevet allemand 26 31 994; cependant, un tel agencement augmente le coût du commutateur. On a proposé d'utiliser deux interrupteurs pour faire fonc- tionner un moteur électrique dans des sens de rotation opposés, en particulier des moteurs à courant continu Le brevet U S. No 3 243 680 décrit un tel dispositif de commutation pour ouvrir et fermer des glaces de véhicules automobiles actionnés par moteur et, dans le modèle d'utilité allemand No 1 884 374, on décrit un dispositif à deux boutons- poussoirs pour actionner un objectif zoom d'une caméra cinématographique. La présente invention concerne l'amélioration des disposi tifs de commutation d'outils motorisés portatifs, par exemple des perceuses, des tournevis, etc. La présente invention a pour objet un outil motorisé por- tatif pourvu d'un dispositif de commutation et pour lequel il est possible d'inverser rapidement le sens de rotation du moteur à collecteur Ce problème est résolu en ce qu'il est prévu dans l'outil motorisé portatif deux commutateurs qui, lorsque l'un ou l'autre est actionné, font tourner respectivement le moteur dans une direction ou dans l'autre alors que, lorsqu'aucun d'eux ou bien les deux sont actionnés, l'alimentation en cou- rant du moteur est interrompue. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu un culbuteur commun, placé de préférence dans la moitié de l'outil motorisé portatif, pour actionner les deux contac- teurs individuellement ou conjointement Cela procure l'avan- tage de permettre au dispositif de commutation servant à exci- ter et inverser le sens de rotation du moteur d'être actionné commodément et avantageusement par un doigt s'appuyant sur le culbuteur commun Un autre avantage consiste en ce que, si le culbuteur est enfoncé d'un coup, par exemple dans une réaction de choc, le moteur est soumis à un freinage accompagné par une interruption du courant d'alimentation Cela constitue une caractéristique avantageuse de sécurité pour un outil motorisé portatif Un autre objet de l'invention consiste à simplifier la commande de vitesse en relation avec une inversion du sens de rotation du moteur Cet objectif est atteint grâce à la prévi- sion de plaquettes formées d'une matière synthétique électri- quement conductrice, dont la résistance varie en fonction de la pression exercée sur celles-ci, sous la forme de butées pour l'actionnement de touches ou d'un culbuteur commun des deux commutateurs, la variation de résistance desdites pla- quettes étant utilisée pour commander la vitesse du moteur dans la direction sélectionnée Cela procure l'avantage que, après sélection ducommutateur à actionner pour établir le sens de rotation désiré du moteur, la vitesse dans cette di- rection sélectionnée peut être ajustée et commandée par une simple variation de la pression exercée par le doigt de l'opérateur sur le même commutateur sélectionné. En conséquence, conformément à la présente invention, il est prévu un outil motorisé portatif comprenant un carter pourvu d'une poignée, un moteur électrique monté dans le car- ter et comportant un induit pourvu d'un collecteur, deux com- mutateurs pour établir respectivement une rotation de l'induit dans des sens opposés, chaque commutateur comportant un con- tact central déplaçable entre un contact de repos et un con- tact de travail, l'induit étant connecté entre les deux con- tacts centraux, les contacts de travail étant reliés entre eux, les contacts de repos étant reliés entre eux, et les contacts de travail et de repos étant agencés pour être reliés aux bornes d'une source de tension de réseau, ainsi qu'un moyen prévu sur la poignée pour actionner des commutateurs de façon que, lorsque l'un ou l'autre ou bien les deux commutateurs sont actionnés, le collecteur soit court-circuité et l'alimen- tation en courant du moteur soit interrompue alors que, lorsque seulement un des commutateurs est actionné, l'induit tourne dans une direction et lorsque seulement l 'autrecontac- teur est actionné, l'induit tourne dans la direction opposée. De préférence, le moyen d'actionnement comprend un culbu- teur commun pour actionner les commutateurs individuellement ou conjointement. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaltront à la lecture de la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, et sur les dessins annexés dans lesquels:- les Fig la, lb et lc montrent trois états de commutation d'un agencement de circuit conforme à l'invention; la Fig 2 représente un exemple de réalisation d'un cir- cuit conforme à l'invention, ainsi que des détails de l'agen- cement de commutation préféré, comportant un culbuteur commun d'actionnement; la Fig 3 représente une modification de l'agencement de commutation de la Fig 2; et la Fig 4 représente schématiquement l'agencement de com- mutation de la Fig 2 dans un outil électrique portatif. Les Fig la, lb et lc représentent les trois états de com- mutation d'un moteur à collecteur à sens de rotation réversible pourvu d'un induit 1 et d'enroulements inducteurs 2, la Fig la montrant à gauche la position de repos, la Fig lb montrant au centre un premier sens de rotation correspondant au sens con- traire des aiguilles d'une montre, et la Fig lc montrant à droite l'autre sens de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre Une source externe de tension de réseau est reliée aux bornes de connexion 3 Les deux commutateurs 4 et 5 sont semblables et sont des commutateurs inverseurs unipolaires pourvus chacun d'un contact central mobile 6, 6 ', d'un contact de travail stationnaire 7, 7 ' et d'un contact de repos station- naire 8, 8 ' L'induit 1 est court-circuité et l'alimentation en courant du moteur est interrompue,dans la position de repos des deux commutateurs 4, 5, comme indiqué sur la Fig la. Quand le commutateur 4 est actionné comme indiqué sur la Fig lb, le moteur est excité et il commence à tourner dans un sens de rotation, qui est supposé dans ce cas être le sens con- traire des aiguilles d'une montre Cependant, quand le commu- tateur 5 est actionné comme indiqué sur la Fig lc, le commu- tateur 4 a été libéré et est revenu dans-sa position normale de repos, le courant passant alors dans les enroulements induc- teurs 2 dans la direction inverse du sens de passage dans l'in- duit 1, de sorte que le moteur tourne dans l'autre sens de rotation Si l'opérateur désire passer d'un sens de rotation à l'autre, il doit d'abord libérer le commutateur qui est actionné dans un cas donné de façon qu'il revienne automati- quement dans la position de repos représentée surla Fig la. Par suite du court-circuitage de l'induit 1, il se produit un freinage du moteur Ensuite, il est possible d'actionner l'autre commutateur et le moteur commence à tourner dans le sens opposé de rotation Lors d'un actionnement simultané des deux commutateurs, il ne se produit aucun incident et en particulier aucun endommagement du moteur ou des commutateurs. Au contraire, l'induit 1 est court-circuité, cela étant accom- pagné par un freinage et par une interruption du courant passant dans le moteur Un tel enfoncement intentionnel ou même non- intentionnel des deux commutateurs provoque par conséquent un freinage du moteur, ce qui constitue une caractéristique de sécurité de la présente invention. La Fig 2 représente schématiquement le mode préféré de réalisation d'un commutateur servant à constituer l'agencement de commutation conforme à l'invention Le circuit proprement dit est identique à celui des Fig la, lb et lc et en consé- quence, les mêmes références numériques ont été utilisées pour désigner les mêmes parties Les deux commutateurs inver- seurs 4, 5 sont logés dans un carter commun 9 On peut utiliser toute conception classique de commutateur, par exemple même ce qu'on appelle des microcontacteurs pourvus de contacts à action brusque etavec une courte course d'actionnement. La manoeuvre des deux commutateurs 4, 5 est effectuée sépa- rément par l'intermédiaire de broches de pression 10 qui sont reliées aux contacts mobiles 6, 6 '_ et qui sont guidées dans le carter 9 Des ressorts hélicoidaux 11 travaillant en com- pression poussent les broches de pression 10 vers l'extérieur du carter 9, un mouvement de chaque broche 10 vers l'extérieur étant limité par une collerette 12 de la broche respective 10 qui vient buter contre une paroi 17 du carter 9 du commutateur. L'actionnement des broches de pression 10, et par conséquent des commutateurs coopérants respectifs 4, 5, est effectué à l'aide d'un culbuteur commun 13 Comme on peut s'en rendre compte, un abaissement de l'une ou l'autre extrémité du culbuteur commun 13, en opposition à la force du ressort Il comprime entre cette extrémité et la paroi 17 du carter, actionne le commutateur respectif 4, 5 par l'intermédiaire de la broche de pression respective 10 Si, par exemple en cas d'urgence, l'ensemble du culbuteur commun 13 doit être enfoncé, les deux commutateurs 4 et 5 sont simultanément actionnés. Sur le côté gauche du carter 9, et en dessous des extré- mités du culbuteur 13, il est prévu de petits éléments se présentant sous la forme de plaquettes 15 qui sont constituées d'une matière synthétique conductrice sensible à une pression, dont la résistance varie avec la pression exercée sur les plaquettes Deux conducteurs de liaison 16, qui sont reliés aux électrodes des plaquettes 15, aboutissent à un circuit de commande de vitesse représenté sur la Fig 4 et qui sera décrit dans la suite Les plaquettes 15 fonctionnent également comme des butées extrêmes pour arrêter le mouvement des extré- mités du culbuteur 13 pendant l'actionnement de ce dernier. L'extrémité supérieure du culbuteur 13 a été désignée par R en correspondance au sens de rotation vers la droite du moteur, tandis que l'extrémité inférieure a été désignée par L en cor- respondance à un sens de rotation vers la gauche. La Fig 3 représente deux touches 14 pouvant être enfon- cées et dont la touche supérieure estdésignée par R etla touche inférieure par L Dans certaines circonstances, le culbuteur ou barre 13 de la Figure 2 peut être remplacé par les deux touches 14, chaque touche 14 étant fixée sur la broche de pression 10 respective et pouvant être enfoncée en opposition à la force du ressort 11 pour actionner le commutateur respectif 4 ou 5 et la plaquette associée 15. Bien que cette variante puisse être utilisée pour obtenir des avantages d'une commande combinée d'inversion de sens de marche et de vitesse de moteur, le culbuteur commun 13 de la Fig 2 est préféré à cause de sa caractéristique de sécurité qui consiste en ce que les deux commutateurs 4 et 5 sont plus commodément actionnés conjointement quand la barre du culbuteur est poussée brusquement dans une réaction de choc, par exemple lors du grippage du foret, de manière à déconnecter et à freiner le moteur. La Fig 4 montre schématiquement en coupe longitudinale une perceuse électrique comportant l'agencement de commutation de la Fig 2 Le carter 9 contenant les commutateurs est monté à l'intérieur de la poignée 18 du carter de perceuse, le cul- buteur commun 13 faisant saillie de l'avant de la poignée 18 juste en dessous du carter de perceuse 19 Le rotor 1 est monté à rotation dans le carter 19 et il comporte un collecteur 20 pourvu de balais 21 dans une zone adjacente à une extrémité. Un mandrin 22 servant à la fixation séparable d'outils, tels que des forets, est monté sur l'arbre du rotor 1 d'une manière classique Un ensemble de statois 23 entoure l'induit 1 et 2 2-0169 comporte des enroulements inducteurs 2 représentés sur la Fig 2. Les deux commutateurs placés dans le carter 9, les enroulements inducteurs et l'induit 1 sont connectés, comme indiqué sur la Fig 2. Le carter de perceuse 19 contient un dispositif de com- mande de vitesse 24 de type connu qui est pourvu, par exemple, d'un circuit intégré assurant la commande de la vitesse du moteur 1, 2 en fonction d'une résistance variable par l'inter- médiaire d'un interrupteur semiconducteur commandé, comme par exemple un triac, d'une manière bien connue dans l'art anté- rieur Cependant, conformément à la présente invention, la résistance variable est établie par l'une ou l'autre des pla- quettes 15 en fonction du sens de rotation du moteur Sur la Figure 4, on peut voir que les fils 16 partant des deux pla- quettes 15 dans le carter à commutateurs 9 sont reliés au circuit de commande de vitesse 24, ce dernier étant représenté schématiquement par un bloc La variation de résistance de chaque plaquette 15 se produit lorsqu'une pression plus ou moins grande lui est appliquée par l'intermédiaire de l'ex- trémité respective du culbuteur d'actionnement 13, ou bien des touches 14, suivant le cas En correspondance, les pla- quettes fonctionnent comme des butées de limitation d'enfon- cement du culbuteur et elles permettent de régler la vitesse de rotation du moteur dans l'un ou l'autre sens par le degré de pression qui est exercé sur les plaquettes par le doigt de l'opérateur s'appuyant sur le culbuteur 13. La matière synthétique électriquement conductrice des plaquettes ou petits plots 15 est disponible dans le commerce. Cette matière synthétique peut avoir des propriétés électriques et mécaniques variées Une forme d'une telle matière com- prend par exemple une mousse à pores fins qui est ensuite imprégnée d'une substance génératrice de conductance, ou bien une matière synthétique dans laquelle une substance conductrice, par exemple du carbone, a été incorporée. Des électrodes sont mises en place d'un côté, ou même sur les deux côtés de la plaquette formée d'une telle matière. Le cas échéant, ces électrodes peuvent être réalisées avec imbriquement en forme de peigne pour réduire la résistance créée. Ces dispositifs à plaquettes ont une résistance variable en fonction de la pression, qui peut être utilisée à la place de résistances réglables de façon classique et comportant une piste en carbone et un curseur glissant pour commander la vitesse du moteur L'utilisation de plaquettes formées d'une matière synthétique électriquement conductrice comme des butées de limitation de mouvement de commutateurs à touches ou à culbuteur servant à commander la vitesse d'un moteur au moyen d'une résistance variable, présente une importance même indé- pendamment de l'action d'inversion du sens de rotation du moteur. Un avantage particulier consiste dans l'insensibilité de la plaquette formée d'une matière synthétique conductrice à des influences externes et la variation uniforme, et théoriquement sans échelons, de la valeur de résistance. En conséquence, conformément à la présente invention, il est prévu un outil motorisé électrique portatif dont le sens de rotation du moteur peut être rapidement inversé et qui permet simultanément de commander commodément et instantanément la vitesse dans l'un ou l'autre sens de rotation En outre, une commande non-intentionnelle et simultanée des deux sens de rotation provoque immédiatement une coupure de l'alimenta- tion en courant et, en outre, court-circuite l'induit, en exerçant ainsi un effet de freinage sans aucun dommage du moteur ou du dispositif de commutation Comme indiqué pré- cédemment, cela constitue une caractéristique de sécurité particulièrement avantageuse si les deux commutateurs sont actionnés dans une réaction de choc, par exemple lors du grippage d'un foret Egalement, le moteur est déconnecté, avec freinage simultané, quand le commutateur respectif actionné pour établir un sens de rotation sélectionné est rel Rché Le freinage et le ralentissement du moteur lors d'une telle déconnexion sont importants en usage normal pour réduire le risque de blessure lorsque l'outil portatif est reposé tout en contenant un foret dans son mandrin Par une conception appropriée du circuit, cet effet de freinage peut être utilisé pour per- mettre une inversion brusque du sens de marche du moteur à-grande vitesse. Bien entendu, la présente invention n'est nullement 11 i- mitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et'sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Outil motorisé portatif comportant un carter ( 19) pourvu d'une poignée ( 18), un moteur électrique ( 1, 2) monté dans le carter et comportant un induit ( 1) pourvu d'un col- lecteur ( 20), un dispositif de commutation ( 4, 5) pour inver- ser le sens de rotation de l'induit, et un moyen d'actionne- ment ( 13, 14) placé sur la poignée ( 19) pour actionner le dispositif de commutation ( 4, 5), caractérisé en ce que le dispositif de commutation comprend deux commutateurs ( 4, 5) pour faire tourner respectivement l'induit ( 1) dans des directions opposées, chaque commutateur ( 4, 5) comportant un contact central ( 6, 6 ') déplaçable entre un contact de repos ( 8, 8 ') et un contact de travail ( 7; 7 '), l'induit ( 1) étant connecté entre les deux contacts centraux mobiles ( 6, 6 ') les contacts de travail ( 7, 7 ') étant reliés entre eux, les contacts de repos ( 8, 8 ') étant reliés entre eux, les contacts de travail et de repos étant agencés pour être connectés aux bornes d'une source de tension de réseau de façon que, lors- qu'aucun ou bien les deux commutateurs ( 4, 5) sont actionnés, l'induit ( 1) soit court-circuité et l'alimentation en courant du moteur soit interrompue, ledit moyen d'actionnement ( 13; 14) étant sélectivement manoeuvrable pour actionner un commutateur ( 4, 5) au moment de déterminer le sens de rota- tion de l'induit ( 1). 2 Outil motorisé portatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen d'actionnement ( 13; 14) comprend un culbuteur commun ( 13) pour actionner les commu- tateurs ( 4, 5) individuellement ou conjointement. 3. Outil motorisé portatif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le culbuteur commun ( 13) est relié aux contacts centraux mobiles ( 6, 6 ') par l'intermédiaire de broches de pression ( 10), lesdites broches ( 10) étant reliées au culbuteur commun ( 13) dans des zones adjacentes à ses extrémités opposées, et en ce qu'il est prévu un moyen élastique ( 11) associé à chaque broche de pression ( 10) pour pousser l'extrémité adjacente du culbuteur commun ( 13) vers l'extérieur par rapport à la poignée 18 et pour pousser le contact central respectif ( 6, 6 ') vers le contact de repos respectif ( 8, 8 '). 4. Outil motorisé portatif selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le moteur ( 1, 2) comporte deux enroulements inducteurs ( 2), en ce que les contacts de repos ( 8, 8 ') sont chacun reliés en série avec un des enroulements inducteurs ( 2) et en ce que les contacts de travail ( 7, i') sont chacun reliés en série avec l'autre enroulement inducteur ( 2) - 5. Outil motorisé portatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est prévu un circuit de commande de vitesse ( 24) et deux éléments ( 15) formés d'une matière synthétique électriquement conductrice dont la résistance varie en fonction de la pression exercée sur lesdits éléments, en faisant partie du circuit de commande de vitesse, lesdits éléments ( 15) étant associés audit moyen d'actionnement ( 13; 14) de manière que, lorsque l'un ou l'autre des commutateurs ( 4, 5) est actionné, un élément respectif ( 15) soit soumis à une pression, la valeur de cette pression étant utilisée pour commander la vitesse de rotation de l'induit ( 1) dans le sens de rotation sélectionné. 6 Outil motorisé portatif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux éléments précités ( 15) se présentent sous la forme de plaquettes ( 15), sont positionnés comme des butées extrêmes pour limiter le mouvement d'ac- tionnement dudit moyen d'actionnement ( 13; 14).