Brevet FR2711021A1 — publié le 19950414

L'invention concerne un montage pour freiner un moteur à collecteur, notamment un moteur universel, disposé dans un outil électrique, le montage comportant des moyens de commutation pour exécuter une commutation du fonctionne- ment en moteur au fonctionnement en générateur, ainsi que des moyens pour limiter le couple de freinage produit lors du fonctionnement en générateur, et une source de tension. Dans des machines comportant des masses en déplacement et qui sont entraînées électriquement par un moteur à collecteur ou ce qu'on appelle un moteur universel, dans de nombreux cas il est souhaitable ou, par exemple dans le cas de certains outils électriques tenus à la main, il est nécessaire pour des questions de sécurité de prévoir un frein d'arrêt de marche de l'outil sur son erre, qui agit de telle sorte que les masses en déplacement s'arrêtent en un intervalle de temps désiré après l'arrêt du moteur d'entraînement. Fréquemment, il est prévu à cet effet d'utiliser le moteur d'entraînement lui-même en tant que frein électrique, par le fait qu'il est commuté, grâce à un montage approprié, du fonctionnement en moteur au fonctionnement en générateur ou au fonctionnement de freinage. La demande de brevet allemand 36 36 555 A1 indique un montage du type indiqué plus haut, prévu à cet effet. Une exigence importante, qui doit être imposée à de tels montages, réside dans le fait que l'on doit être certain que l'opération de freinage se déroule d'une manière continue, c'est-à-dire sans couple élevé indésirable, et que la contrainte appliquée au collecteur reste dans des limites admissibles, de manière qu'il n'apparaisse aucun crachement excessif au niveau des balais. En rapport avec l'exigence indiquée en dernier lieu, le montage connu du type mentionné comporte, en plus de la source de tension qui assiste l'excitation de champ initiale uniquement au début de l'opération de freinage et contribue ainsi à l'application de l'action de freinage, comporte des moyens de commutation électroniques, qui, pendant le fonctionnement en générateur ou pendant le fonctionnement de freinage, agissent en tant que circuit limiteur, qui limite à un degré déterminé le courant d'excitation des enroulements inducteurs et par conséquent l'action de freinage. Il s'agit de circuits comportant des diodes Zener ou des interrupteurs électroniques. En raison des tailles de construction nécessaires pour les puissances entrant habituellement en jeu, de tels circuits sont coûteux. L'invention a pour but de créer un montage du type indiqué, qui permette de freiner d'une manière adaptable des moteurs à collecteur ayant des puissances différentes et qui se caractérisent par un agencement de circuit extrêmement simple par rapport à des montages connus. Dans le cas d'un montage du type indiqué plus haut, qui comporte une source de tension, ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que la source de tension forme les moyens pour limiter le couple de freinage produit lors du fonctionnement en générateur. Dans le montage selon l'invention, on peut, au moyen de la source de tension, injecter de façon très simple et avec une dépense extrêmement faible du point de vue des circuits, un courant qui, dans le fonctionnement en générateur, agit dans le sens d'une réduction du couple de freinage, par exemple grâce à un affaiblissement du champ. Comme cela s'est avéré être le cas dans la pratique, on obtient une bonne action de freinage avec un crachement presque normal au niveau des balais lorsqu'à l'aide de la source de tension on introduit un courant de manière à obtenir, dans le fonctionnement en générateur, un courant d'excitation devant être commuté et qui est de l'ordre de grandeur d'environ un tiers du courant nominal dans le fonctionnement en moteur. Etant donné que le courant d'excitation augmente comparativement lorsque la vitesse de rotation du rotor diminue, on obtient un couple de freinage équilibré, jusqu'à de très faibles vitesses de rotation. Grâce à un choix correspondant de la tension de la source de tension, on peut adapter le couple de freinage aux besoins respectifs et aux exigences respectives. La source de tension peut être une source de tension continue, par exemple sous la forme d'un transformateur, au côté secondaire duquel est raccordé un redresseur, le côté primaire pouvant être relié côté réseau par l'intermédiaire des moyens de commutation. La source de tension peut posséder une tension de sortie constante pendant le fonctionnement en générateur. L'injection du courant déterminant l'action de freinage peut s'effectuer de telle sorte que la source de tension peut être reliée par les moyens de commutation à au moins une partie de l'enroulement inducteur du moteur pour la commande du flux d'excitation magnétique. Dans le cas d'un moteur comportant un enroulement inducteur divisé, l'agencement peut être tel que, lors du fonctionnement en générateur, la voie de courant passant par le rotor est court-circuitée par l'intermédiaire d'une partie de l'enroulement de champ et que la seconde partie de l'enroulement est parcourue par le courant injecté au moyen de la source de tension de telle sorte qu'on obtient un couplage électromagnétique dans le sens d'un couplage opposé entre le courant générateur et le courant excitateur de telle sorte que dans le fonctionnement en générateur, le courant excitateur possède la valeur désirée, pour laquelle on obtient l'action de freinage désirée. Le montage peut être également agencé de manière que la voie de courant passant par le rotor puisse être court-circuitée, dans le fonctionnement en générateur, directement sur les balais du collecteur, par les moyens de commutation. Dans de tels cas, l'injection du courant s'effectue dans une partie de l'enroulement inducteur ou dans la totalité de l'enroulement inducteur. Dans d'autres exemples de réalisation dans le fonctionnement en générateur, la source de tension est branchée en parallèle avec la voie de courant passant par le rotor, à l'aide des moyens de commutation. On influe sur l'action de freinage au moyen de la commande de la tension de collecteur, lors du fonctionnement en générateur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre une représentation sous la forme de blocs, simplifiée et très schématique d'un exemple de réalisation du montage selon l'invention; et - les figures 2 et 3 montrent des représenta- tions, sous la forme de blocs, d'un second et d'un troisième exemples de réalisation du montage. La figure 1 représente un montage pour un moteur à collecteur comportant un rotor 1, des balais 3 de collecteur et un enroulement inducteur divisé comportant des parties d'enroulement 5 et 7. Le montage de l'exemple de réalisation représenté, qui est prévu notamment pour des outils électriques et des outils de charpentier tenus à la main, peut être actionné au moyen d'un interrupteur manuel 9, qui possède des pièces de contact de commutation S1 et S2 mobiles conjointement et parmi lesquelles la pièce de contact S1 est reliée directement à l'une de deux bornes 11 de raccordement du réseau. La figure 1 représente le montage dans l'état dans lequel l'interrupteur manuel 9 est relâché et la pièce de contact S1, reliée à une borne 11 de raccordement du réseau, est dans sa position ouverte, qui correspond au fonctionnement en générateur ou au fonctionnement de freinage du dispositif. La seconde pièce de commutation S2 de l'interrupteur manuel 9 est située dans sa position fermée, dans laquelle il court-circuite le circuit du rotor par l'intermédiaire d'une partie 5 de l'enroulement inducteur ainsi que des balais de collecteur 3. Dans le fonctionnement en générateur ou fonctionnement de freinage illustré sur la figure 1, un courant d'excitation est introduit au moyen d'une source de tension 13 dans l'autre partie 7 de l'enroulement inducteur, qui, dans le fonctionnement de freinage, n'est pas parcourue par le courant circulant dans le circuit du rotor, étant donné que la pièce de contact de commutation S2 est fermée. Dans l'exemple de réalisation, la source de tension 13 contient un transformateur, dont le côté primaire peut être relié au réseau, la liaison avec une borne 11 de raccordement du réseau s'effectuant par l'intermédiaire d'un contact K2, qui est fermé dans le fonctionnement de freinage, d'un relais 14, qui possède un autre contact K1 qui, dans le fonctionnement de freinage, est également dans la position de commutation fermée et qui, pour l'envoi d'un courant d'excitation dans la partie 7 de l'enroulement, relie le côté secondaire du transformateur de la source de tension 13 auquel est raccordé un redresseur, en dérivation à la partie 7 de l'enroulement, voir figure 1. La bobine du relais 14 est d'une part reliée directement à la borne 11 de raccordement du réseau et d'autre part peut être reliée par l'intermédiaire de la pièce de contact Si de l'interrupteur manuel 9, à l'autre borne 11 de raccordement du réseau. Dans le cas du fonctionnement de freinage représenté sur la figure 1, dans lequel l'interrupteur manuel 9 est relâché et la pièce de contact de commutation SI est ouverte, le relais 14 est retombé, auquel cas les deux contacts K1 et K2 du relais sont fermés. Le côté primaire du transformateur de la source de tension 13, qui d'une part peut être relié directement au réseau par l'intermédiaire du contact K2 du relais et d'autre part n'est pas relié directement au réseau au niveau de son autre extrémité, mais par l'intermédiaire d'un dispositif 17 de contrôle de l'arrêt du moteur, qui prélève, sur la partie 5 de l'enroulement inducteur, un signal caractérisant le mouvement de rotation du rotor 1 et, en fonction de ce signal de rotation, raccorde le côté primaire de la source de tension 13 au réseau ou, lorsque le rotor 1 est arrêté, déconnecte du réseau le côté primaire du transformateur de la source de tension 13. Dans l'exemple de réalisation représenté, lors de l'activation du fonctionnement moteur, le processus de démarrage du moteur est commandé au moyen d'un système électronique de démarrage en douceur de type usuel, désigné par 19 et qui est branché dans le circuit du moteur. Pour activer le fonctionnement en moteur, on enfonce l'interrupteur manuel 9, qui ouvre tout d'abord la pièce de contact Si, de sorte que la voie de courant du rotor n'est plus court-circuitée par l'intermédiaire de la partie 5 de l'enroulement, et que par conséquent la pièce de contact Si se ferme (sectionneur intégré du réseau). Sous l'effet de la fermeture de la pièce de contact S1, le relais 14 est attiré et ouvre ses contacts K1 et K2. Le moteur est amené à fonctionner à un régime élevé par l'intermédiaire du système électronique de démarrage en douceur 19, qui est relié pour sa part directement à une borne 11 de raccordement du réseau et, par l'intermédiaire de la pièce de contact Si fermée, à l'autre borne 11 de raccordement du réseau, et ce grâce à la liaison du système électronique 19 de démarrage en douceur avec la partie 7 de l'enroulement inducteur, le processus de démarrage s'effectuant de façon usuelle conformément à un signal en rampe à retard de phase. Dès que le mouvement de rotation du rotor 1 est déclenché, le dispositif 17 de contrôle de l'état d'arrêt du moteur raccorde au réseau une extrémité de l'enroulement primaire du transformateur de la source de tension 13. L'autre extrémité de l'enroulement primaire est cependant séparée du réseau par le fait que le contact K2 du relais est ouvert. Pour déclencher le fonctionnement de freinage ou le fonctionnement générateur, on relâche l'interrupteur manuel 9, ce qui ouvre la pièce de contact S1 et ferme la pièce de contact S2. Sous l'effet de l'ouverture de la pièce de contact S1, le relais 14 retombe et ferme ses contacts K1 et K2. La partie 5 de l'enroulement inducteur est branchée en parallèle avec le rotor 1 par l'intermédiaire de la pièce de contact S2, de sorte que le rotor travaille dans le fonctionnement en générateur. Etant donné que les contacts K1 et K2 du relais sont fermés et que, lorsque le rotor tourne, le dispositif 17 de contrôle de l'état d'arrêt du moteur raccorde au réseau le côté primaire du transformateur de la source de tension 13, un courant d'excitation est injecté au moyen de la source de tension 13 dans la partie 7 de l'enroulement inducteur. L'intensité de ce courant est choisie de manière que, dans le cas du couplage magnétique avec l'autre partie 5 de l'enroulement, un couple de freinage désiré soit appliqué au rotor 1 dans le fonctionnement en générateur. Lorsque le rotor 1 est à l'arrêt, le système 17 de contrôle de l'état d'arrêt du moteur déconnecte du réseau le transformateur de la source de tension 13. La figure 2 représente un exemple de réalisation, dans lequel la différence importante par rapport à l'exemple de la figure 1 réside uniquement dans le fait que la pièce de contact S2 de l'interrupteur manuel 9 ne court- circuite pas la voie de courant du rotor par l'intermédiaire de la partie 5 de l'enroulement, lors du fonctionnement en générateur, mais court-circuite le rotor directement au niveau des balais 3. Par conséquent, dans le fonctionnement de freinage ou dans le fonctionnement en générateur, le champ produit par la partie 7 de l'enroule- ment sur la base du courant d'excitation introduit au moyen de la source de tension 13, est déterminant pour l'action de freinage. Dans le cas d'un courant d'excitation choisi de façon correspondante, qui est injecté par la source de tension 13 dans la partie 7 de l'enroulement, on obtient le même fonctionnement que dans le cas de l'exemple de réalisation de la figure 1. Un autre exemple de réalisation, qui est représenté sur la figure 3 et dans lequel, comme dans le cas de la figure 2, on utilise pour des composants correspondants du circuit les mêmes chiffres de référence que sur la figure 1, diffère des deux exemples de réalisation précédents par le fait que dans le fonctionnement en générateur ou fonctionnement de freinage, le courant, qui influe sur l'action de freinage, est injecté par la source de tension 13 non pas dans l'enroule- ment de champ, mais, par l'intermédiaire du contact K2 du relais, monté en dérivation avec le rotor 1, directement au niveau des balais 3 du rotor. La polarité de la tension continue appliquée au moyen de la source de tension 13 est choisie de telle sorte que le courant, qui est produit par cette tension, agit en sens opposé du courant d'excitation traversant le rotor. Par ailleurs, dans le cas de l'exemple de réalisation de la figure 3, l'actionnement des composants du circuit s'effectue au moyen des pièces de contact S1 et S2 de l'interrupteur manuel 9 essentiellement de la même manière que dans les exemples précédents, c'est- â-dire que, dans la position de commutation représentée sur la figure 3 alors que l'interrupteur manuel 9 est relâché, les pièces de contact S1 et S2 sont ouvertes, le relais 14 est bombé et ses contacts K1 et K2 sont par conséquent fermés, ce qui a pour effet que l'on obtient le fonction- nement en générateur par l'intermédiaire des contacts K1 fermés, par le fait qu'un circuit générateur fermé passant par la partie 7 de l'enroulement, le rotor 1 et la partie 5 de l'enroulement, est formé. Dans le fonctionnement en générateur représenté sur la figure 3, la tension de la source de tension 13 est appliquée par l'intermédiaire du contact K2 fermé du relais, aux balais 3 du rotor 1. Il est évident qu'à la place de l'agencement mentionné de la source de tension 13 comportant un transformateur et un redresseur associé sur le côté secondaire, on pourrait utiliser une source de tension appropriée d'un autre type. Le système électronique 19 de démarrage en douceur peut être agencé d'une quelconque manière connue ou peut être supprimé dans des cas déterminés. Dans une machine électrique, dans laquelle est présente une régulation électronique de la vitesse de rotation, un signal tachymétrique déjà fourni par cette régulation peut remplacer les composants du circuit, qui sont désignés dans le cas présent comme étant le système 17 de contrôle de l'état d'arrêt du moteur. REVENDICATIONS 1. Montage pour freiner un moteur à collecteur, notamment un moteur universel, disposé dans un outil électrique, le montage comportant des moyens de commutation (9,14) pour exécuter une commutation du fonctionnement en moteur au fonctionnement en générateur, ainsi que des moyens pour limiter le couple de freinage produit lors du fonctionnement en générateur, et une source de tension (13), caractérisé en ce que la source de tension (13) constitue les moyens servant à limiter le couple de freinage produit dans le fonctionnement en générateur. 2. Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le fonctionnement en générateur, la source de tension (13) est raccordée à la source d'énergie qui alimente le moteur à collecteur dans le fonctionnement en moteur. 3. Montage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la source de tension (13) possède une tension de sortie constante pendant le fonctionnement en générateur. 4. Montage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que la source de tension (13) est une source de tension continue. 5. Montage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la source de tension (13) possède un transformateur, au côté secondaire duquel est raccordé un redresseur. 6. Montage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que, dans le fonctionnement en générateur, au moins une partie de l'enroulement inducteur (5, 7) du moteur à collecteur est raccordée à la source de tension (13) par l'intermédiaire des moyens de commutation (9,14). 7. Montage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que, dans le fonctionnement en générateur, la tension de sortie de la source de tension (13) est appliquée aux balais (3) du moteur à collecteur, à l'aide des moyens de commutation (9,14), avec une polarisation opposée à celle du courant du rotor produit dans le mode de fonctionnement en générateur. 8. Montage selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que, dans le fonctionnement en générateur, les balais (3) du moteur à collecteur sont reliés entre eux d'une manière électriquement conductrice à l'aide des moyens de commutation (9,14), au moins par l'intermédiaire d'une partie (5) de l'enroulement inducteur (5,7). 9. Montage selon la revendication 6, caractérisé en ce que, dans le fonctionnement en générateur, les balais (3) du moteur à collecteur sont court-circuités par les moyens de commutation (9,14). 10. Montage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif de contrôle (17), qui produit un signal caractérisant un mouvement de rotation du rotor (1), et que la source de tension (13) peut être branchée et débranchée en fonction de ce signal.