Brevet FR2740277A1 — publié le 19970425

ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION La présente invention se rapporte à des moteurs bobinés en série, qu'on appelle également moteurs universels. En particulier, l'invention se rapporte à un système de freinage électrique pour de tels moteurs. Dans certains appareils et certains moteurs qui utilisent des moteurs en série, il est désirable d'arrêter l'élément de travail mobile en une période de temps très courte plutôt que de laisser l'élément de travail "arriver" jusqu'à un arrêt lorsqu'on coupe l'alimentation du moteur. Par exemple, dans certains outils, comme des scies circulaires, le temps d'arrêt non freiné peut être relativement long, par exemple de 7 à 12 secondes, en raison de l'inertie de l'induit du moteur, de la transmission, de l'arbre et de la lame de scie circulaire. Il est souvent avantageux d'arrêter la lame de scie circulaire ou un autre élément de travail en rotation en une période beaucoup plus courte, de l'ordre de 2 à 3 secondes. On a prévu des systèmes de freinage mécaniques pour des outils et des appareils du type ici considéré. Ces freins mécaniques souffrent d'un certain nombre d'inconvénients. Les freins mécaniques sont encombrants, ce qui ajoute ainsi un poids non-désiré à l'outil ou à l'appareil. En outre, ces freins mécaniques sont coûteux à fabriquer et ils exigent une maintenance fréquente. L'art antérieur inclut également des systèmes de freinage électriques pour arrêter l'élément de travail en rotation d'un outil ou d'un appareil. La forme la plus habituelle d'un système de freinage électrique emploie un principe à régénération. Lorsqu'on utilise un circuit de régénération, la libération du commutateur "marche/arrêt" de l'outil ou de l'appareil entraîne une inversion de polarité qui agit entre les enroulements de champ et les enroulements de l'induit. En présence du champ magnétique résiduel dans le stator, il se produit une inversion du courant direct de régénération à travers les enroulements de l'induit et les enroulements de champ. Cet écoulement de courant est dans la direction de l'inversion de la rotation de l'induit et son effet est de ralentir et d'arrêter l'induit. Ainsi, la rotation est arrêtée plus rapidement que si on permettait à l'outil d"'arriver" à l'arrêt, en se fiant uniquement sur la friction et sur les pertes par ventilation. Comme les circuits de freinage à régénération reposent sur l'écoulement d'un courant entre les balais et le collecteur, il est nécessaire de prévoir un très bon contact entre les balais et le collecteur pour assurer la fiabilité et le bon fonctionnement du circuit de freinage. Les balais en carbone qu'on utilise dans des moteurs série sont normalement supportés dans un porte-balais qui a la forme d'un parallélépipède ouvert à l'une de ses extrémités. Un ressort à boudin dans le porte-balais pousse ou sollicite le balai en engagement avec le collecteur en rotation. Il est connu dans la technique de doter de tels porte-balais de moyens mécaniques pour limiter la course de déplacement du balai et d'amener le balai à être repoussé en éloignement du collecteur lorsque le balai a été usé d'une quantité prédéterminée. La raison de ce type particulier de porte-balais et d'empêcher que le balai ne soit usé à un degré tel que la partie restante du balai puisse être délogée du porte-balais. Dans ce cas, il est possible que le ressort à boudin vienne en contact avec l'induit en rotation, provoquant une ainsi non seulement un court-circuit, mais également un endommagement du collecteur. Les porte-balais avec des moyens pour limiter le degré de mouvement du balai évitent également une condition dans laquelle le ressort à boudin s'arrêterait dans le porte-balais sans pousser ou solliciter le balai en engagement avec le collecteur en rotation. Cette situation provoquerait la formation supplémentaire d'un arc et des endommagements au collecteur. Bien que ces formes de porte-balais soient disponibles depuis de très nombreuses années, on ne les a pas employées dans des circuits de freinage pour séparer au moins un balai par rapport au collecteur avant le moment o le balai pourrait être usé dans une mesure telle que l'on ne pourrait pas transmettre correctement le courant inverse pour assurer l'effet de freinage à régénération. SOMMAIRE DE L'INVENTION Cest un objectif principal de la présente invention de proposer un moteur série ou moteur universel avec un système de freinage à régénération qui présente un degré élevé de fiabilité et d'efficacité. Cest un autre objectif de la présente invention de proposer un moteur série avec un système de freinage à régénération qui aura pour effet de couper en permanence l'alimentation du moteur avant le moment o l'usure des balais pourrait rendre le système de freinage non fiable. Un autre objectif de la présente invention est de proposer un moteur série avec un système de freinage à régénération qui comprend des moyens pour séparer l'un au moins des balais par rapport au collecteur avant le moment o un tel balai pourrait être usé à un degré tel que le système de freinage ne pourrait fonctionner d'une manière fiable et efficace. Ces objectifs et avantages de l'invention, ainsi que d'autres, deviendront apparents à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré. rn6f6r6 DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une représentation partiellement en coupe et partiellement en élévation d'un moteur série qui incorpore la présente invention; et la figure 2 est un diagramme schématique du circuit de freinage à régénération de la présente invention. DESCRIPTION D'UN MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ En se référant en premier lieu à la figure 1, un moteur à enroulement série qui incorpore la présente invention est désigné de manière générale par la référence 10. Le moteur inclut un stator, généralement désigné par 12, formé par des plaques adjacentes 14 qui supportent des enroulements de champ 16a, 16b (montrés schématiquement à la figure 2). Le moteur inclut un induit, généralement désigné par 18, comportant des enroulements 20. L'induit inclut un arbre 22 pour monter l'induit en rotation dans le stator. À cet effet, une extrémité de l'arbre 22 est montée dans un ensemble de palier annulaire 24 qui est à son tour supporté dans un capuchon annulaire 26 monté dans le boîtier d'un outil, comme une scie circulaire, à titre d'exemple. On comprendra que l'autre extrémité de l'arbre 22 est montée de manière similaire. L'arbre 22 porte un premier et un second élément de collecteur annulaires 28 et 30. L'élément 30 porte les barres de collecteur habituelles 32 qui sont en contact électrique avec les enroulements de l'induit. Le moteur 10 inclut une paire d'ensembles porte-balais disposés de façon diamétralement opposée, désignés généralement par 33 et 34. L'ensemble porte-balais 33 inclut un porte-balais constitué d'éléments diélectriques , 37 et d'éléments conducteurs 36, 38. Ces quatre éléments définissent une unité parallélépipédique ouverte à son extrémité adjacente au collecteur. Les éléments 35, 36, et 38 coopèrent pour porter un balai en carbone 40 qui présente une section transversale rectangulaire dans le mode de réalisation représenté, pour des raisons d'illustration. Le balai 40 inclut une partie 40a de section réduite, définissant ainsi un épaulement b. La partie 40a est reçue à l'intérieur d'une extrémité d'un ressort à boudin 42. Une extrémité de ce ressort bute contre l'épaulement 40b. L'autre extrémité du ressort 42 est en butée contre l'élément de porte- balais 38. On comprendra que le ressort 42 sert à pousser l'extrémité intérieure du balai 40 en engagement de coulissement ou de balayage avec les barres de collecteur en rotation 32. On peut prévoir un ressort à lame 44 pour stabiliser le balai 40 tandis qu'il coulisse dans le porte- balais au cours de l'usure à l'extrémité du balai qui engage le collecteur. Le balai 40 inclut un perçage borgne 46 qui reçoit un bouchon 48 réalisé en matériau souple diélectrique, comme par exemple du bois. Un élément d'arrêt 50 est fixé dans le perçage 46 par tous moyens convenables. Un ressort à boudin 52 entoure une partie de diamètre réduit du bouchon 48. Une extrémité du ressort engage un épaulement sur le bouchon; l'autre extrémité du ressort 52 engage l'arrêt 50. Le balai 40 sera finalement usé à un degré tel que l'extrémité arrondie du bouchon 48 deviendra exposée et viendra ainsi engager les barres de collecteur. Le ressort 52 aura alors pour fonction de pousser le balai 40 éloignement des barres de collecteur. Ce mouvement se produit parce que la force axiale produite par le ressort 52 est supérieure à la force axiale produite par le ressort 42. Lorsque le balai 40 est séparé du collecteur, le moteur sera bien entendu désexcité. Le porte-balais 34 a de préférence une construction identique à celle du porte-balais 33. Cependant, il n'est pas nécessaire que le porte-balais 34 comprenne le bouchon 48, l'arrêt 50 et le ressort 52 pour pousser l'autre balai en éloignement du collecteur. On peut parvenir aux objectifs de la présente invention en utilisant seulement un porte- balais avec la caractéristique de repoussement afin d'interrompre le courant. En se référant maintenant à la figure 2, on voit que les enroulements de fonctionnement de stator 16a, 16b sont connectés en série avec l'induit 18. On comprendra que les enroulements de champ du stator sont enroulés de façon à inclure une paire d'enroulements de freinage 50a, b, en plus des enroulements de fonctionnement 16a, 16b. Un élément de commutation 54, commandé par la gâchette de l'outil, peut être déplacé entre une borne "marche" 56 et une borne "arrêt/freinage" 58. Lorsque l'élément de commutation 54 est contact avec la borne 56, les enroulements de fonctionnement 16a, 16b sont connectés en série avec l'induit 18 et le moteur est excité de la manière normale depuis la source de puissance électrique 60. Lorsqu'on relâche la gâchette, le collecteur se sépare de la borne 56, et déconnecte ainsi l'induit et les enroulements de fonctionnement par rapport à la source de puissance. Simultanément, l'élément de commutation viendra en contact avec la borne 58, en connectant ainsi les enroulements de freinage 50a, 50b en court- circuit de part et d'autre de l'induit 18. La commutation du moteur depuis la condition de marche à la condition d'arrêt ou de freinage provoque une inversion de polarité entre les enroulements de champ et les enroulements de l'induit. En présence du champ magnétique résiduel dans le stator, il se produit d'une inversion du courant direct de régénération à travers la l'induit et les enroulements de champ. Cet écoulement de courant a la direction de rotation inverse de l'induit et son effet est de ralentir et d'arrêter l'induit plus rapidement que si on permettait à l'outil d"'arriver" jusqu'à l'arrêt en se fiant uniquement sur la friction et sur les pertes par ventilation. Ainsi, on voit que la présente invention propose un système de freinage nouveau et perfectionné qui est extrêmement fiable parce que l'un au moins des balais sera séparé de l'induit (en coupant ainsi l'alimentation du moteur) avant le moment o un balai pourrait s'user jusqu'à un degré o l'inversion correcte du courant direct ne serait plus disponible pour assurer l'action de freinage désirée. D'autres modes de réalisation qui tombent dans le cadre de l'invention sont évidents aux hommes de capacité moyenne dans le métier. Revendications 1. Dispositif entraîné par un moteur électrique universel pour déplacer un élément de travail, comprenant: (a) un stator (12) qui comprend des enroulements de champ (16a, 16b); (b) un induit (18) comportant des enroulements (20), ledit induit (18) étant monté en rotation dans ledit stator (12) et comprenant un collecteur (28,30,32); (c) au moins une paire de porte-balais (33, 34) qui contiennent des balais respectifs (40) en contact physique avec ledit collecteur; (d) l'un au moins desdits porte-balais (33, 34) comprenant des moyens (42) pour pousser son balai associé (40) en éloignement du collecteur lorsque ledit balai (40) s'est usé jusqu'à un degré prédéterminé; (e) des moyens qui constituent un circuit de freinage à régénération (50a, 50b), connectés auxdits enroulements de champ (16a, 16b) et audit enroulement (20) de l'induit (18) qui, lorsqu'ils sont activés, vont établir un écoulement de courant direct de régénération à travers ledit collecteur et lesdits balais (40); et (f) des moyens de commutation (54) qui fonctionnent de manière alternative entre une première position (MARCHE) dans laquelle ledit moteur est alimenté et ledit circuit de freinage est désactivé, et une seconde position (ARREI) dans laquelle ledit moteur n'est pas alimenté et ledit circuit de freinage est activé. 2. Dispositif selon la revendication 1, défini en outre par: (a) ledit balai associé (40) présente l'une de ses extrémités montée en engagement de coulissement avec ledit collecteur (28, 30, 32), ledit balai (40) ayant une extrémité opposée et un perçage (46) qui s'étend longitudinalement dans le balai, dont une extrémité s'ouvre au niveau de ladite extrémité opposée du balai (40) et l'autre extrémité est disposée en situation intermédiaire entre les extrémités du balai; (b) un élément diélectrique souple (48) disposé dans ledit perçage (46); (c) des premiers moyens à ressort (52) dans ledit perçage (46) en engagement avec ledit élément (48) pour solliciter celui-ci contre ladite autre extrémité du perçage (46); et (d) des seconds moyens à ressort (42) montés dans ledit porte-balais (33) et engagés avec ladite extrémité opposée du balai (40) pour repousser le balai (40) en engagement avec ledit collecteur (28, 30, 32), lesdits seconds moyens à ressort (42) produisant une force élastique inférieure à la force élastique desdits premiers moyens à ressort (52), de manière que lesdits premiers moyens à ressort (52) vont repousser ledit balai (40) en éloignement dudit collecteur (28, 30, 32) lorsque ledit élément (48) engage le collecteur après que ladite extrémité dudit balai (40) soit usée dans une mesure qui expose ledit élément (48), et permettant ainsi audit élément (48) d'engager le collecteur. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel ledit élément (48) est réalisé en bois. 4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel lesdits enroulements de champ incluent des enroulements séparés de fonctionnement (16a, 16b) et de freinage (50a, 50b).