Brevet FR2514250A1 — publié le 19830415

Pièce à main à moteur intégré. La présente invention a pour objet une pièce à main-à moteur intégré pour l'entraînement en rotation d'outils de faibles dimensions, comprenant un carter extérieur présentant une partie arrière de plus grand diamètre qui incorpore un moteur électrique d'entraînement, une partie intermédiaire de diamètre ré- duit qui incorpore des moyens de transmission de mouve- ment, et une partie avant dans laquelle est montée une pièce porte-outil à entraîner. Les pièces à main du type précité sont cou- ramment utilisées notamment par les chirurgiens dentis- tes qui montent leur outil de coupe à l'extrémité de la pièce à main Les pièces à main peuvent comprendre pour l'entraînement de l'outil des moyens de divers types à savoir une turbine ou un petit moteur électrique; Une turbine permet des vitesses de travail élevées, de l'ordre de 100 000 t/mn minimum Par contre, elle ne peut fournir qu'un couple faible à cette vites- se De plus, elle est extrêmement bruyante, ce qui est désagréable à la fois pour le patient et pour le prati- cien. Un moteur électrique délivre un couple éle- vé mais à des vitesses plus faibles, de l'ordre de 40 000 t/mn La pièce à main doit alors inclure des méca- nismes multiplicateurs de vitesse Ces mécanismes sont délicats et nécessitent une lubrification journalière. Dans les appareils classiques, le moteur est un moteur courant continu à balais Il faut donc procéder réguliè- rement au changement de ces balais, ce qui est une opé- ration délicate, du fait de la taille de ces moteurs. On est surtout amené à faire traverser le moteur par de l'eau pour la lubrification et le refroidissement de l'outil de coupe, ce qui pose des problèmes, car il y a toujours un risque en présence d'eau et d'électricité, 14250 en particulier au niveau des balais qui peuvent diffici- lement être complètement isolés. La présente invention vise à supprimer les inconvénients précités et notamment à permettre d'obte- nir sans dispositif multiplicateur,des vitesses de rota- tion de l'ordre de celles qui sont possibles avec une turbine tout en utilisant un moteur électrique et en bé- néficiant ainsi d'un couple plus élevé que celui fourni par une turbine. L'invention a encore pour objet de réaliser une pièce à main dans laquelle l'isolement électrique du moteur est renforcé et 1 a sécurité d'utilisation est -accrue de façon correspondante. Un autre but de l'invention consiste à réa- liser une pièce à main dans laquelle il n'existe pas d'usure des pièces de transmission du mouvement et qui assure une-protection automatique contre les surcharges. Selon l'invention, ces buts sont atteints grâce à une pièce à main du type défini en tête de la description, caractérisée en ce que la partie arrière du carter incorpore un moteur électrique sans balais dont le rotor est encapsulé dans une enveloppe étanche isolan- te et équipé d'aimants permanents recouverts d'une cou- che de métal conducteur, et dont le stator comprend des bobines d'enroulements polyphasés noyées dans une matiè- re plastique moulée, et en ce que les moyens de transmis- sion de mouvement sont constitués par des moyens d'accou- plement magnétique sans contact. La vitesse de rotation du moteur dépend de là vitesse-de rotation du champ tournant de son stator, qui dépend elle-même de la fréquence des tensions d'ali- mentation des phases de ce stator Cette fréquence peut facilement être changée par des dispositifs électroni- ques connus La taille du rotor du moteur étant faible, il pourra atteindre des vitesses de rotation aussi 14250 élevées que celles d'une turbine Par exemple, si on alimente les phases par une tension de fréquence 2000 Hz, le rotor tourne à 120 000 t/mn (dans le cas d'un moteur bipolaire). Par ailleurs, le fait que la transmission du mouvement s'effectue par accouplement magnétiqẻ sans contact supprime les problèmes de lubrification et d'usu- re. Les moyens d'accouplement magnétique com- prennent au moins un arbre supporté par des roulements- montés dans la partie intermédiaire du carter, ledit ar- bre étant muni à chacune de ses extrémités d'au moins une paire d'aimants permanents de petite taille. Selon une caractéristique particulière de l'invention, la pièce porteoutil est montée à l'aide de roulements dans la partie avant du carter et est rendue solidaire d'un premier disque en matière plastique moulée dans lequel sont noyés des aimants de petite taille régu- lièrement répartis à la périphérie dudit disque. Les moyens d'accouplement magnétique com- prennent au moins un arbre supporté par des roulements montés dans la partie intermédiaire du carter et l'extré- mité de l'arbre qui coopère avec la pièce porte-outil comprend un deuxième disque en matière plastique moulée dans lequel sont noyés des aimants de petite taille ré- gulièrement répartis à la périphérie dudit disque, ledit deuxième disque étant disposé en regard du premier dis- que monté sur la pièce porte-outil. Ce type d'accouplement assure une protec- tion automatique contre les surcharges car si,par suite du blocage de l'outil, le disque porté par la pièce por- te-outil se bloque, le disque entraînant monté sur l'ar- bre de transmission de mouvement peut continuer à tour- ner sans aucune détérioration mécanique. Les premier et deuxième disques montés 14250 respectivement sur l'arbre de transmission de mouvement et sur la pièce porte-outil présentent des axes qui peu- vent être soit à 90 ' l'un de l'autre, soit parallèles, soit inclinés par rapport à l'autre d'un angle différent de O ou 900. Dans ce dernier cas, l'un des premier et deuxième disques portant des aimants de petite-taille possède avantageusement une partie tronconique située en regard de l'autre disque - Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le carter est coudé, l'arbre de transmis- sion de mouvement coopérant avec la pièce porte-outil coopère également avec un second arbre de-transmission de mouvement et porte à sa deuxième extrémité coopérant avec ledit second arbre, un troisième disque en matière plastique moulée dans lequel sont noyés des aimants de; petite taille régulièrement répartis à la périphérie dudit disque, et le second arbre de transmission porte à une de ses extrémités de petits aimants pour recevoir le mouvement de rotation communiqué p-ar le rotor du mo- teur et à son -autre extrémité un quatrième disque en ma- tière plastique moulée dans lequel sont noyés des ai- mants de petite taille régulièrement répartis à la péri- phérie dudit disque et coopérant avec-les aimants du troisième disque. D 1 'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui fait sui- te de modes particuliers de réalisation, en référence au dessin annexe sur lequel la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'une piè- ce à main selon l'invention, la figure 2 est une vue agrandie de dé- tail montrant des pièces d'accouplement magnétiques Uti- lisées dans la pièce à main selon l'invention, et la figure 3 est une vue partielle en coupe axiale d'un second mode de réalisation concernant une pièce à main coudée. On voit sur la figure I une pièce à main droite comprenant un corps ou carter constitué d'une partie arrière 16 de diamètre supérieur à celui d'une partie intermédiaire 19, et d'une partie avant 20 rac- cordée à la partie intermédiaire 19 La partie arrière 16 constituée par une carcasse métallique incorpore un petit moteur électrique sans balais du type décrit dans la demande de brevet français déposée le même jour que la présente demande au nom du même déposant et portant le numéro Ce petit moteur électrique comprend un rotor qui est encapsulé dans une enveloppe isolante - étanche 10 en matière plastique constituée -par une cap- sule Il et un flasque arrière 12, et un stator qui com- prend des bobines 13 enrobées dans une résine moulée 9 placée dans le carter 16 Les bobines de stator 13 peu- vent comprendre trois bobines décalées de 2 f dans l'espace et alimentées par des tensions triphasées dé- phasées de 21 Le rotor comprend un axe 4 monté sur des roulements 3, 3 ' à l'intérieur de l'enveloppe étan- che 10, un circuit magnétique 5 porté par l'axe 4 et deux aimants permanents de pôles opposés 6, 6 ' montés sur le circuit magnétique 5 et recouverts d'une couche métallique conductrice 8. L'enveloppe 10 comprend à son extrémité avant une partie rentrante 17 qui définit une ca- vité 18 ouverte vers l'avant Les aimants permanents 6, 6 ' disposés à l'intérieur de l'enveloppe 10 se pro- longent par une partie 7 le long de la partie rentrante 17 de l'enveloppe 10 et viennent en regard d'une pièce 21 portant deux aimants permanents diamétralement oppo- sés 22 La pièce 21 engagée dans la cavité 18 est montée 14250 à l'extrémité arrière d'un arbre métallique 23 de trans- mission de mouvement supporté par deux roulements de façon classique à l'intérieur de la partie intermédiai- re 19 du carter Le moteur à rotor encapsulé permet l'en- traînement des aimants 22 solidaires de l'arbre 23 grâ- ce aux aimants 6, 6 ' solidaires du rotor qui présentent des prolongements 7. L'extrémité avant de l'arbre 23 de trans- mission de mouvement est rendue solidaire, par exemple par sertissage, d'un disque en matière plastique moulée dans lequel sont noyés des aimants de très petite taille 26 Ces aimants sont régulièrement répartis à la périphérie du disque 25, sur la face avant de celui-ci. La partie avant 20 du corps de la pièce à main incorpore une pièce porteoutil 29 qui est montée dans le corps de façon classique à l'aide deroulements , 30 ' et porte un disque 27 qui est similaire au dis- que 25 et comprend une pluralité de petits aimants 28 répartis à la périphérie du disque Le disque 27 est en- traîné en rotation par le disque 25 Les aimants 26, 28 de chacun des disques créent les forces nécessaires pour assurer cette rotation. La figure 2 représente en perspective les disques 25 et 27 avec leurs aimants 26 et 28 Pour expli- quer le fonctionnement on considère sur chaque disque deux aimants adjacents 26 a, 26 b et 28 a, 28 b respective- ment Lorsque le disque 25 tourne dans le sens de l, l'aimant 26 a entraîne l'aimant 28 a faisant se rapprocher les aimants 26 b et 28 b Le disque entraînant 25 conti- nuant à tourner, l'aimant 26 b peut ensuite entraîner l'aimant 28 b, et ainsi de suite Si les deux disques et 27 sont de même diamètre et comportent le même nom- bre d'aimants, les deux disques 25 et 27 tournent à la même vitesse Il est naturellement possible d'utiliser des nombres d'aimants différents pour-les deux disques 14250 afin de créer un décalage de vitesse Il est seulement nécessaire que les aimants restent régulièrement repar- tis à la périphérie de chaque disfque. Dans le cas des f:gures 1 et 2, on a représenté deux disques 25 et 27 d&et les 'axes sont à l'un de l'autre, la partie des aimants 26 située sur la face frontale du disque 25 ceoipérant avec la par- tie des aimants 28 située sur la tranche du dis que 27. Le même type d'accouplement magnétique, pourrait cepen- dant être utilisé avec des disques ayant leurs a xes parallèles ou leurs axes faisant un angle quelco I 2 que l'un par rapport à l'autre, dans la mesure o les petits aimants noyes à la périphérie des deux disques prgsen- tent des faces en regard les unes des autres Pour faci- liter l'attraction magnétique, lorsque les, deux dis ques , 27 sont inclinés l'un par rapport à l'autre, l'tln des disques peut présenter une partie conique. On notera que si, pour une raison quel- conque le disque entraîné 27 se bloque, par suite par exemple, d'un blocage de l'outil, le disque entraînant peut continuer à tourner sans aucune détérioration mécanique Le type d'accouplement magnétique décrit per- met ainsi de disposer de pièces à main auto-protégées mécaniquement. On a représenté sur La figure 3 une appli- cation de l'invention à une pièce a main coudée Pour cette pièce à main, la partie avan-it 20 comprenant la pià- ce porte-outil 29 est identique à la partie avant 20 dé- crite en référence à la figure 1 La pièce porte-outil 29 porte un disque 27 muni de petits aimants 28 qui, coo- père avec de petits aimants 26 miyés dans un disque 25 solidaire de l'extrémité avant ceun arbre 23 de ttivans- missi Qn de mouvement La partie arrière 16, non repré- sentée sur la figure 3 est également identique à celle de la figure 1 avec un moteur à rotor encapsulé qui 14250 8: communique un mouvement de rotation à un arbre de transmission de mouvement équipé d'une pièce aimantée 21 qui pénètre dans une cavité 1 8 de la capsule Il du rotor, Dans le cas de la figure 3, la pièce à main est toutefois coudée et par suite comprend un arbre supplé- mentaire 32 de transmission de mouvement qui est situé dans l'axe du moteur d'entraînement de la partie arrière 16 mais fait un certain angle par rapport à l'arbre de transmission 23 qui coopère avec la pièce porte-outil 29 L'arbre supplémentaire 32, monté à l'aide de roule- ments 33 dans une partie intermédiaire supplémentaire 31 du carter de la pièce à main, porte à son extrémité arrière non représentée sur la figure 3, la pièce 21 de la figure 1. L'arbre supplémentaire 32 porte à son ex- trémité avant un disque en matière plastique moulée 34 qui est analogue aux disques 25, 27 et porte à sa péri- phérie une pluralité d'aimants 35 de petite taille régu- lièrement répartis Ce disque 34 coopère avec un-autre disque 36 également similaire aux disques 25, 27 et 34 et monté sur l'extrémité arrière de l'arbre 23 Du fait que les disques 34-et 36 sont inclinés l'un par rap- port à l'autre, il est avantageux que l'un des disques, par exemple le disque 34, présente une-partie tronconi- que 38, de telle sorte que le disque 34 puisse garder -au cours de sa rotation des surfaces d'aimants 35 qui restent en regard des aimants 37 du-disque 36. Bien entendu, les pièces à-main selon l'invention peuvent présenter si nécessaire plusieurs coudes et comprendre plus de deux arbres de transmission de mouvement 23,32 inclinés l'un par rapport à l'autre Dans la mesure o l'accouplement entre deux arbres suc- cessifs est réalisé de la manière décrite précédemment à l'aide de disques munis d'une pluralité de petits ai- mants, tous les avantages de la présente invention tels -14250 que la protection automatique contre les surcharges mé- caniques, l'absence d'usure des pièces de transmission, la possibilité de graisser à vie les roulements ou Ta facilité d'interchangeabilité du rotor encapsulé du mo- teur d'entraînement peuvent Etre conservés. I O REVENDICATIONS 1 Pièce a main à moteur intégré pour 'en- traúnement en rotation d'outils de faibles dimensions, comprenant un carter extérieur présentant une partie arrière ( 16) de plus grand diamètre qui incorpore un moteur électrique d'entraînement, une partie interm-édiai- re ( 19) de diamètre réduit qui incorpore des moyens de transmission de mouvement, et une partie avant ( 20) dans laquelle est montée une pièce porte-outil à entratner ( 29); c a r a c t é r i S é e en ce que la partie arrière du carter ( 16) incorpore un moteur électrique sans ba- lais dont le rotor est encapsulé dans une enveloppe étan- che isolante ( 10) et équipé d'aimants permanents ( 6, 6 ') recouverts d'une couche de métal conducteur ( 8), et dont le stator comprend des bobines d'enroulements polyphasés ( 13) noyées dans une matière plastique moulée ( 9), et en ce que les moyens de transmission de mouvement sont constitués par des moyens d'accouplement magnétique sans contact. 2 Pièce à main selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'accouplement magné- tique comprennent au moins un arbre ( 23) supporté par des roulements ( 24, 24 ') montés dans la partie intermé- diaire du carter ( 19), ledit arbre ( 23) étant muni à chacune de ses extrémités d'au moins une paire d'aimants permanents de petite taille ( 22,26). 3 Pièce à main selon la revendication I ou la revendication 2, caractérisée en ce que la pièce por- te-outil ( 29) est montée à l'aide de roulements ( 30, 30 ') dans la partie avant du ca-rter ( 20) et est rendue soli- daire d'un premier disque ( 27) en matière plastique mou- lée dans lequel sont noyés des aimants de petite taille ( 28) régulièrement répartis à la périphérie dudit disque ( 27) 4 Pi-èce à main selon la revendication 3, 14250 caractérisée en ce que les moyens d'accouplement magné- tique comprennent au moins un arbre ( 23) supporté par des roulements ( 24, 24 ') montés dans la partie intermé- diaire du carter ( 19) et en ce que l'extrémité de l'ar- bre qui coopère avec la pièce porte-outil ( 29) comprend un deuxième disque ( 25) en matière plastique moulée dans lequel sont noyés des aimants de petite taille ( 26) régulièrement répartis à la périphérie dudit disque, ledit deuxième disque ( 25) étant disposé en regard du premier disque ( 27) monté sur la partie porte-outil ( 29). Pièce à main selon la revendication 4, caractérisée en ce que les premier et deuxième disques ( 27, 25) montés respectivement sur l'arbre de transmis- sion de mouvement ( 23) et sur'la pièce porte-outil ( 29) présentent des axes à 90 l'un de l'autre. 6 Pièce à main selon la revendication 4, caractérisée en ce que les premier et deuxième disques ( 27, 25) montés respectivement sur l'arbre de transmis- sion de mouvement ( 23) et sur la pièce porte-outil ( 29 Y présentent des axes parallèles. 7 Pièce à main selon la revendication 4, caractérisée en ce que les premier et deuxième disques ( 27, 25) montés respectivement sur l'arbre de transmis- sion de mouvement ( 23) et sur la pièce porte-autil ( 29) sont inclinés l'un par rapport à l'autre, 8 Pièce à main selon la revendieation 7, caractérisée en ce que l'un des premier et deuxième dis- ques ( 27, 25) portant des aimants de petite taille ( 28, 26) possède une partie tronconique située en regard de l'autre disque. 9 Pièce à main selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que le carter est coudé en ce que l'arbre de transmission de mouve- ment ( 23) coopérant avec la pièce porte-outil ( 29) -14250 coopère également avec un second arbre de transmission de mouvement ( 32) et porte à sa deuxième extrémité coo pérant avec ledit second arbre ( 32) un troisième disque ( 36) en matière plastique moulée dans lequel sont noyes des aimants de petite taille ( 37) régulièrement répar- tis à la périphérie dudit disque ( 36), et en ce que le second arbre de transmission porte à une de ses extré- mités de petits aimants pour recevoir le mouvement de rotation communiqué par le rotor du moteur et à son au- tre extrémité un quatrième disque ( 34) en matière plas- tique moulée-dans lequel sont noyes des aimants de peti- te taille ( 35) régulièrement répartis à la périphérie dudit disque ( 34) et coopérant avec les aimants-( 37) du troisième disque ( 36). O 10Pièce à main selon la revendication 9, caractérisée en ce que les troisième et quatrième dis- ques ( 36, 34) montés respectivement sur les premier et second arbres de transmission de mouvement ( 23, 32) sont inclinés l'un par rapport à l'autre.