Brevet FR2515344A1 — publié le 19830429

La présente invention concerne d'une façon générale des outils électriques, notamment des outils portatifs, et elle a trait plus particulièrement à l'incorporation à un tel outil d'un contrôleur de couple pour agir sur le moteur électrique de l'outil. Dans la demande de brevet allemand publiée sous le No 24 42 260, on décrit un outil électrique dans lequel la déformation de la poignée par rapport au carter est mesurée pour le contrôle, et facultativement, pour la limitation du couple et pour réduire ainsi le risque d'accidents lors d'une augmentation excessive de la puissance et du couple de tels outils Le moteur d'entraînement est commandé en fonction de la valeur mesurée L'outil utilise, pour obtenir cette valeur de mesure, des jauges de mesure de contraintes ou des résis- tances piézo-électriques qui sont de préférence disposées dans une zone de section réduite du carter Une détermination du couple de cette manière présente d'abord l'inconvénient que des jauges de mesure de contraintes et des détecteurs agissant piézo-électriquement produisent seulement des valeurs de mesure très petites dont le traitement est com- pliqué et sujet à des perturbations Une mesure de la con- trainte du carter dans la zone de la poignée signifie en outre qu'il est nécessaire d'adapter le capteur de mesure, en même temps que le circuit, à chaque conception de carter. En outre, il existe un risque que le système de contrôle ne fonctionne pas si l'outil, dans des circonstances spéciales ou du fait d'une négligence, n'est pas saisi par la poignée, ou bien si les accessoires réduisent ou arrêtent la contrainte s'exerçant sur la poignée. La présente invention a pour but de résoudre les pro- blèmes précités. Une matière plastique conductrice et sensible à une pression, qui est également appelée "matière plastique con- ductrice", est connue sous de nombreuses variantes. Par exemple, dans la demande de brevet allemand mise à l'ins- pection publique sous le No 25 43 455, on décrit l'utilisa- tion de caoutchouc de silicone mélangé avec des particules métalliques ou de la poudre de carbone pour former une telle 251-5344 matière L'utilisation d'une matière plastique conductrice comme contacteur sensible à la pression en vue d'une protec- tion contre des surcharges a été décrite dans le brevet allemand No '20 45 385 En outre, l'utilisation d'une telle matière comme résistance variable de façon continue en vue de la commande de l'intensité du courant consommé par des dispositifs, par exemple pour la commande de la vitesse de perçeuses portatives, a été décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 386 067. L'invention a pour but de fournir un outil électrique comportant un contrôleur de couple qui soit simple, d'un fonctionnement sûr et sensible et qui puisse être utilisé universellement. Une caractéristique de la présente invention grace à laquelle cet objectif est atteint consiste dans l'utilisation d'une matière plastique conductrice sensible à une pression dans un ou plusieurs paliers porteurs du moteur électrique. En conséquence, la présente invention concerne un outil électrique comportant un carter dans lequel un moteur électrique est supporté par des paliers, ainsi qu'un contrô- leur de couple pourvu d'un élément de mesure servant à four- nir un signal de sortie agissant sur le moteur électrique. L'élément de mesure comprend au moins un détecteur de pres- sion comprenant une matière plastique électriquement con- ductrice, dont la résistance varie en fonction de la pression exercée sur elle, et l'élément de mesure est associé à au moins un des paliers porteurs et est sensible au couple de réaction du moteur électrique dans le carter. La détermination du couple dans le moteur électrique d'entralnement proprement dit permet d'utiliser commodément l'invention dans des outils de formes et types différents, par exemple dans des perceuses portatives électriques, dans des scies portatives, etc Les valeurs de mesure qui sont fournies par les détecteurs de pression sont relative- ment grandes du fait que les variations de résistance Électrique présentées par la matière plastique conductrice en fonction des variations de pression, sont relativement grandes de plusieurs puissances de dix par exemple. En conséquence, le circuit d'évaluation peut être simple et d'un fonctionnement snr Les détecteurs de pression propre- ment dits peuvent être robustes, d'un fonctionnement sûlr et avoir une longue durée de service et ils conviennent, par conséquent, pour fonctionner dans les conditions dif- ficiles auxquelles peuvent être soumis des outils électriques portatifs. On va décrire différents modes de réalisation de la présente invention Les détecteurs de pression peuvent com- prendre des plaquettes de matière plastique conductrice sensible à la pression qui sont disposées, en même temps que deux électrodes, dans une enceinte formée par deux coquilles mobiles l'une par rapport à l'autre Au lieu d'utiliser des coquilles qui sont mobiles l'une par rap- port à l'autre, on peut employer un carter monobloc élastique. Le moteur électrique peut avantageusement comporter deux paliers porteurs placés dans des positions opposées et dont un ou bien les deux contiennent deux détecteurs de pression entre lesquels un élément de pression est placé, cet élément de pression étant fixé sur le moteur et les détecteurs de pression étant bloqués contre le carter, ou inversement Les deux détecteurs de pression, qui sont chacun pourvus d'une plaquette de matière plastique con- ductrice sensible à la pression et de deux électrodes, peuvent de préférence être logés dans un carter commun qui comporte une ouverture par laquelle passe l'élément de pression Les paires de détecteurs de pression se présentent alors sous la forme d'un composant maniable et protégé. Si, conformément à un agencement fréquemment utilisé pour des outils électriques portatifs, le moteur de l'outil comporte deux méplats qui sont placés l'un à l'opposé de l'autre en section droite, un autre mode de réalisation de la présente invention consiste à disposer des paliers por- teurs formés par au moins un détecteur de pression entre chaque méplat du moteur et une paroi adjacente du carter. De préférence, deux détecteurs de pression sont prévus pour chaque méplat, les détecteurs étant disposés dans des évidements ménagés dans la paroi du carter Si le moteur a tendance à se tordre lorsqu'il est chargé par le couple de réaction, les paliers porteurs, qui constituent simul- tanément les détecteurs de pression, sont chargés par les méplats alors inclinés et ils fournissent des valeurs de mesure correspondantes. Dans le cas le plus simple, on peut utiliser n'importe quel circuit de mesure qui effectue la mesure de la résistance électrique du détecteur de pression Cependant, de préférence, pour obtenir une augmentation de sensibilité tout en réduisant simultanément les perturbations, on branche quatre détecteurs de pression dans un circuit à pont de manière que, pour chaque sens de rotation du moteur, les deux détecteurs de pression sollicités dans le même sens soient placés dans des diagonales opposées du pont, la tension d'alimentation du circuit à pont étant appliquée dans une diagonale du pont et la tension de mesure influençant le moteur étant prise à l'autre diagonale du pont. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:- la Fig 1 est une coupe schématique d'un moteur élec- trique comportant quatre détecteurs de pression pour con- trôler le couple, conformément à la présente invention; -la Fig 2 est une coupe schématique d'un moteur élec- trique comportant un autre mode de réalisation d'un con- trôleur de couple, conforme à la présente invention; la Fig 3 est une vue en coupe à échelle agrandie du détecteur de pression utilisé dans les-modes de réali- sation des Fig 1 et 2; la Fig 4 est une coupe schématique d'un moteur élec- trique comportant un troisième mode de réalisation d'un con- trôleur de couple, conforme à la présente invention; la Fig 5 est une vue à échelle agrandie du palier porteur de gauche du moteur de la Fig 4; et la Fig 6 est un schéma d'un circuit à pont de mesure utilisable dans les modes de réalisation de la présente invention. Â 5344 La Fig 1 représente schématiquement un moteur élec- trique d'un outil portatif, par exemple une perceuse élec- trique, comportant un stator 1 et un rotor 2 qui sont re- présentés schématiquement sans enroulements et sans autres détails tels que des paliers, des collecteurs, des balais en carbone, des fils, etc Le stator 1 a une forme extérieure cylindrique pourvue de deux méplats 3 qui forment des surfaces planes s'étendant sur le côté supérieur et sur le côté infé- rieur dans la direction de l'axe de rotation Le moteur est supporté dans un carter d'outil 4 en matière plastique, qui est représenté seulement schématiquement et dont la forme est adaptée à celle du stator 1. A l'opposé des méplats 3, le carter 4 comporte des cavités 5 en forme de chambres dans lesquelles sont disposés des détecteurs de pression 6 de section droite rectangulaire. Sur la Fig 3, on a représenté de façon plus détail- lée les détecteurs de pression Une plaquette 6 a formée d'une matière plastique conductrice sensible à une pression est disposée entre deux demi-coquilles 7 de matière isolante qui peuvent être déplacées l'une par rapport à l'autre. Entre chaque demi-coquille 7 et la plaquette 6 a, il est prévu une électrode 8 se présentant sous la forme d'une feuille métallique ou d'une plaquette métallique Des fils électriques 9 relient l'électrode 8 à l'extérieur du détecteur 6 Surla Fig 3, le détecteur de pression 6 a été représenté dans une position légèrement écartée pour faciliter la compréhension du dessin En fonctionnement, les coquilles 7 s'appliquent étroitement contre la pla- quette 6 a, avec interposition des électrodes 8 La résis- tance mesurée entre les électrodes 8 varie fortement avec la pression exercée-sur les coquilles 7, par exemple entre 1 mégohm en l'absence de pression et 100 ohms pour la pression maximale La gamme de résistance peut être influencée par le choix de la matière plastique conductrice sensible à la pression ainsi que par les dimensions et la forme de la plaquette 6 a, ainsi que les dimensions et la forme de l'électrode 8, et elle peut être adaptée à une valeur désirée. Les détecteurs de pression 6 de la Fig 3, lorsqu'ils sont placés dans les cavités 5, deviennent les paliers porteurs pour le stator 1 dans le carter 6. Lorsque le moteur de la Fig 1 est chargé, le stator 1 a tendance à tourner par rapport au carter 4 sous l'effet du couple de réaction du moteur et, en conséquence, ses méplats 3 exercent une pression sur les paliers porteurs, c'est-à-dire sur les deux détecteurs de pression 6 placés dans des positions diagonalement opposées La variation de résistance en résultant peut être utilisée dans un circuit suivant pour limiter le couple, et éventuellement également, pour arrêter le moteur De tels circuits sont connus dans ce domaine et peuvent être adaptés ou mis au point, en fonc- tion des propriétés désirées, par un spécialiste en la matière Lorsque le sens de rotation est inversé, l'autre paire de détecteurs de pression 6 est sollicitée. Avantageusement, les détecteurs de pression 6 sont connectés ensemble pour former un circuit à pont, comme indiqué sur la Fig 6 Les résistances sensibles à la pression R qui sont placées dans des positions mutuellement opposées dans le moteur sont également placées dans des branches diagonalement opposées du circuit à pont De la manière classique, une tension d'alimentation est appliquée à une diagonale du pont, tandis que l'autre diagonale du pont fournit la tension de mesure. La Fig 2 représente un autre mode de réalisation de l'invention Le stator 1 et le rotor 2 du moteur sont conçus d'une manière semblable au mode de réalisation de la Fig 1 Cependant, le stator 1 a une section droite cylindrique sans méplats Le moteur est entretoisé à l'aide de deux broches ou courroies 10 qui sont fixées sur le stator 1, entre des paires de détecteurs de pression 6 qui peuvent à nouveau être conçus conformément à la Fig 3 et qui sont disposés dans des évidements 11 du carter 4. Des fils 9 assurent la liaison avec un circuit de mesure qui peut à nouveau contenir un circuit à pont conforme à la Fig 6 Quand le moteur est chargé, deux détecteurs de pression 6, placés dans des positions diagonalement opposées, sont sollicités d'une façon semblable au mode de réalisation de la Fig 1, tandis que les autres détecteurs ne sont pas soumis à une charge. f Le mode de réalisation de l'invention représenté sur la Fig 4 montre schématiquement un moteur électrique un peu différent qui comporte à nouveau un stator 1 et un rotor 2. Dans ce cas également, les détails du moteur ont été omis du fait qu'ils ne sont pas nécessaires pour la compréhension de l'invention Le moteur est supporté dans le carter 4, qui est représenté seulement schématiquement par des parties d'une paroi, à l'aide de paliers porteurs qui comprennent des paires de détecteurs de pression 12 dont la structure est représentée en détail sur la Fig 5 Chaque paire 12 de détecteurs de pression représente un composant fermé qui est disposé dans un évidement 13 du stator 1 et qui est maintenu en place par un élément de pression se présentant sous la forme d'une plaque 14 engagée dans une fente 15 ménagée dans la paroi 4 Comme le montre la Fig 5, deux plaquettes 6 a de section droite rectangulaire, et deux paires d'électrodes 8 sont chacune disposées dans un carter ou enceinte 16 se composant d'une matière isolante. Entre les deux électrodes intérieures 8, la plaque métal- lique 14 est disposée de façon à former l'élément de pression qui transmet la pression aux plaquettes 6 a en matière plastique conductrice La plaque 14 est engagée dans une ouverture latérale 17 pour sortir du carter 16 et elle est fixée dans la fente 15 ménagée dans la paroi 4. Le mode de réalisation des Fig 4 et 5 fonctionne de la même manière que ce qui a été précédemment décrit pour les modes de réalisation des Fig 1 et 2. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée 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 i. outil électrique, notamment outil portatif, com- portant un contrôleur de couple utilisant un élément de mesure ( 6) pour produire un signal de sortie agissant sur le moteur électrique ( 1, 2) de l'outil, caractérisé en ce que ledit élément de mesure ( 6) est constitué par au moins un détecteur de pression ( 6) formé d'une matière plastique électriquement conductrice, dont la résistance électrique varie en fonction de la pression exercée, ledit élément de mesure étant disposé dans au moins un des paliers porteurs absorbant le couple de réaction du moteur électrique dans le carter ( 4) de l'outil. 2. Outil électrique selon la revendication 1, carac- térisé en ce que chaque détecteur de pression ( 6) comprend une plaquette ( 6 a) formée d'une matière plastique conduc- trice sensible à une pression et deux électrodes ( 8), ladite matière plastique conductrice et deux électrodes ( 8) étant disposées dans une enceinte formée par deux coquilles ( 7) qui sont mobiles l'une par rapport à l'autre. 3 Outil électrique selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il est prévu deux détecteurs de pression ( 6) entre lesquels un élément de pression ( 10) est disposé, un desdits éléments de pression ( 10) et lesdits détecteurs de pression ( 6) étant fixés sur le moteur ( 1, 2) tandis que l'autre est maintenu en place dans le carter ( 4). 4. Outil électrique selon la revendication 3, carac- térisé en ce que les deux détecteurs de pression ( 12) précités comprennent chacun une plaquette ( 6 a) formée d'une matière plastique conductrice sensible à 'une pression et disposée, en même temps que deux électrodes ( 8), dans une enceinte commune ( 16) et en ce que l'élément de pression ( 14) dépasse extérieurement au travers d'une ouverture ( 17) de ladite enceinte ( 16). 5. Outil électrique selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le moteur ( 1, 2) comporte, en section droite, deux méplats ( 3) placés dans des positions opposées et en ce que lesdits paliers porteurs sont formés par au moins un 9 2515344 détecteur de pression ( 6) qui est disposé entre chaque méplat ( 3) du moteur ( 1,2) et une paroi adjacente du carter ( 4). 6. Outil électrique selon la revendication 5, carac- térisé en ce qu'il est prévu deux détecteurs de pression ( 6) pour chaque méplat ( 3), lesdits détecteurs de pression ( 6) étant disposés dans des cavités ( 5) de la paroi de carter ( 4). 7. Outil électrique selon l'une quelconque des re- vendications l à 6, caractérisé en ce qu'il est prévu quatre détecteurs de pression (R), lesdits détecteurs de pression étant connectés de façon à former un circuit à pont de manière que, pour chaque sens de rotation du moteur, les deux détecteurs de pression sollicités dans le même sens soient placés dans des positions diagonalement opposées, en ce que des bornes d'alimentation en tension du circuit à pont sont reliées à une diagonale du pont, et en ce que des bornes de prise d'une tension mesurée servant à influen- cer le moteur sont reliées àl'autre diagonale du pont.