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Groupes moteurs à couplage direct ou sans démultiplication et dispositifs de freinage pour instruments tels que tondeuses à gazon.
La présente Invention concerne des instruments à moteur et en particulier un système pour leur fournir de la force motrice et pour arrêter leur élément de travail en un laps de temps prescrit après suppression de la force motrice.
Divers instruments sont actuellement entraînés par des moteurs électriques et par des moteurs à essence. Par exemple, les éléments travaillants ou coupants des tondeuses à gazon sont entraînés par des moteurs à essence et par des
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moteurs électriques à courant alternatif., De même, les scies à chaîne sont habituellement entraînées par des moteurs à essence ou par des Moteurs électriques à courant alternatif. Les moteurs à courant alternatif qui sont utilisés pour entraîner l'élément coupant de l'instrument tournent en général à une vitesse dépas- sant 12.000 tours par minute.
En raison de leur vitesse élevée, ces moteurs ne peuvent pas être accouplés directement à l'élément coupant mais nécessitent un réducteur de vitesse, tel qu'un train d'engrenages ou un système à poulies et courroie. Cette démulti- plication est inàispensable en raison des normes de sécurité im- posées à la plupart de ces instruments. Par exemple, la vitesse maximum admise pour les extrémités du couteau rotatif d'une ton- deuse à gazon était de 6300 mètres par minute et cette vitesse maximum a été récemment abaissée à 5700 mètres par minute. Si le couteau comprend une seule lame de 46 cm tournant autour de son point médian, la vitesse maximum de l'arbre qui l'entraîne, , pour rester dans les normes de sécurité actuelles de 5700'mètres par minute est d'environ 4030 tours par minute .
Le moteur à courant alternatif qui tourne à une vitesse dépassant 12.000 tours par minute doit donc être accouplé à l'élément travaillant, tel que le couteau rotatif d'une tondeuse à gazon, par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse. Toutefois, ces réducteurs exigent un entretien ou un remplacement périodique et sont, par conséquent, désagréables parce qu'ils constituent une source d'ennuis et de frais. De plus, les réducteurs de vitesse sont en général bruyants, Ces réducteurs sont non seulement bruyants mais le moteur à courant alternatif qui tourne à une vitesse dépassant 12.000 tours par minute produit un bruit lancinant et très aigu qui peut être entendu 4 grande distance et qui est donc agaçant
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pour les personnes se trouvant dans les environs.
Pour éviter le bruit lancinant des groupes à moteurs à courant alternatif tournant à grande vitesse, le bruit des réducteurs de vitesse et les exigences d'entretien de ces réducteurs, conformément à la présente invention on utilise un moteur à courant continu et on l'accouple directement à l'élément travaillant, par exemple le couteau rotatif d'une tondeuse à gazon ou la chaîne coupante d'une scie à chaîne.
Ensuite, on fait tourner le moteur à courant continu à une vitesse compatiple avec les exigences de sécurité de l'appareil de manière à ne pas devoir utiliser de réducteurs de vitesse onéreux et bruyants.
De plus, l'exigence de sécurité supplémentaire à laquelle de nombreux instruments doivent satisfaire et suivant laquelle l'élément travaillant doit atteindre l'arrêt complet en un laps de temps prescrit après suppression de la force motrice, est également remplie d'une manière économique et simple par la présente invention. A titre d'exemple de cette exigence de sécurité supplémentaire, dans les tondeuses à gazon à moteur,- le contenu rotatif doit atteindre l'arrêt complet dans les
10 secondes qui suivent le débranchement ou mise hors circuit du moteur.
Suivant l'invention, l'élément travaillant de l'instrument entraîné par un moteur à courant continu est arrêté dans la période de temps prescrite fixée par les normes de sécurité de l'instrument à moteur en cause au moyen d'un frein à..friction ou alun frein dynamique qui coopère avec le moteur accouplé directement à l'élément travaillant.
Le freinage dynamique est réalisé d'une manière économique et simple conformément à l'invention en connectant
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le moteur, après l'avoir débranché de la source de courant, comme une génératrice en court-circuit à champ inversé.
Un autre frein simple et pou onéreux est le frein à friction conforme à l'invention, Ce frein comprend un disque couplé mécaniquement au rotor du moteur et s'étendant au-dessus des masses polaires au stator et un ou plusieurs patins de frein magnétiques couplés magnétiquement à au moins une masse - \ polaire et placés de manière à coopérer avec le disque pour former un frein à friction lorsque le moteur n'est plus sous tension.
Ces particularités et avantages de l'invention ainsi que d'autres encore ressortiront clairement de la description détaillée donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels: la Figo 1 est une vue en élévation ùe côté d'une tondeuse à gazon' à couteau rotatif qui illustre les instruments comportant des éléments travaillants commandés selon la présente invention; la Fig. 2 est un schéma électrique des circuits du groupe moteur pour instruments à moteur conformes à l'inven- tion ; la Fig..3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la Fig. 1 du moteur à courent continu couplé directement au couteau rotatif de la. tondeuse à gazon, conformément à l'invention;
la fige 4 est une vue d'une moitié du stator et du rotor du moteur suivant la ligne 4-4 de la Fig. 3,' la Fig. 5 est une vue du stator du moteur montrant une variante de patin de frein pour le frein à friction suivant
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l'invention, et
La Fig. 6 est un schéma électrique du frein dynamique suivant l'invention.
L'invention s'applique ae manière générale à des instruments à moteur et en particulier aux tondeuses à gazon dont le couteau rotatif est entraîna par un moteur élec- trique.
La plupart des tondeuses électriques'actuellement sur le marché sont décrites dans le numéro de février 1967 de la revue "Popular Science" aux pages 154 à 158. Comme indi- qué dans cet article, une bonne tondeuse électrique comporte un moteur universel de 1 à 1,5 CV, ces moteurs tournant envi-on à 15.000 tours par minute. A cette vitesse, ces moteurs 'pro- duisent un bruit lancinant et aigu qui est très gênant pour des tondeuses à gazon utilisées dans les régions résidentielles à forte densité de population.
Suivant l'invention, pour éviter ce bruit dû à la vitesse élevée du moteur, on utilise un moteur à courant continu fonctionnant à une vitesse de sécurité pour l'instrument en cause, le moteur étant accouplé directement à l'élément travaillant de l'instrument, par exemple le couteau rotatif d'une tondeuse à gazon-.
Une vue en élévation de côté d'une tondeuse à gazon actionnée par un moteur électrique est représentée à la Fig. 1 des dessins annexés. La tondeuse comporte un châssis 1 et un manche 2 au moyen duquel l'usager peut pousser la tondeuse sur le gazon à couper. Le couteau rotatif de la tondeuse est entraîné par un moteur électrique j qui est. alimenté par un câble 4 branché sur une prise de courant à son autre extré- mité.
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le groupe moteur actionnant le couteau rotatif de la tondeuse représentée à la Fig. 1 est un moteur à courant continu qui est avantageusement un moteur série pour fournir le couple désiré en charge. Un schéma électrique du moteur à courant continu et de son alimentation électrique est représenté à la Pigé 2.
Le câble d'alimentation 4 repré- senté à la Fig. 1 est un câble à trois conducteurs, aont deux sont les conducteurs d'alimentation destinés à. fournir le courant au moteur par l'intermédiaire d'un montage redresseur 10 représenté à la Fig. 2. Le troisième fil est un fil de sécurité et est attaché directement au châssis de la tondeuse ou au bâti du moteur pour connecter la tondeuse à la terre. Les conducteurs 11 et 12 du schéma représenté à la Fig. 2 sont les conducteurs d'alimentation qui amènent le courant alternatif au redresseur 10 lorsque la fiche 5 est enfoncée dans une prise de courant alternatif ordinaire.
La tension est appliquée au montage redresseur 10 par l'intermédiaire d'interrupteurs 13 et 14 prévus dans les lignes ou conducteurs 11 et 12. Deux interrupteurs sont prévus de sorte que la source de courant est complète- ment déconnectée du moteur,également à des fins de sécurité.
Toutefois, un seul interrupteur dans l'un des conducteurs peut également -être utilisé.
Le courant alternatif provenant de la prise de courant alternatif couplée au redresseur 10 par l'intermédiaire de la fiche 5 est converti en courant continu et est appliqué au moteur à courant continu 15 par les conducteurs 16 et 17 qui sont respectivement couplés aux bornes d'alimen-
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tation 18 et 19 du moteur. Le montage redresseur 10 comprend un condensateur 6 servant à filtrer les surtensions transitoires de la ligne de courant alternatif afin de protéger le redresseur 10 et le moteur 15.
Le moteur à courant continu 15 est avantageusement un moteur série comportant un bobinage de champ 20 en série avec un induit 21. La carcasse du moteur est représentée schématiquement par les traits pointillés 22 à la Fig. 2 et est mise à la terre par le conducteur 23.
Ce moteur série à courant continu a avantageu- sement une puissance de 1 CV à des vitesses inférieures à 4000 tours/minute par opposition aux moteurs universels à courant alternatif actuellement utilisés pour les tondeuses à gazon qui ont une puissance de 1 CV à une vitesse d'envi- ron 15.000 tours par minute. Le moteur série à courant , continu produit donc une puissance équivalente à celle du moteur universel à courant alternatif mais ce,à une vitesse bien infé- rieure. Par conséquent, l'appareil entraîné par un moteur électrique à courant continu n'exige pas de réducteurs onéreux qu'il faut entretenir et remplacer périodiquement.
Au contraire, conformément à la'présente invention,le moteur est accouplé directement à l'élément travaillant. Un tel accou- plement direct du moteur à courant continu au couteau rotatif qui constitue l'élément travaillant de la tondeuse à gazon est représenté à la Fig. 3.
Le moteur à courant continu 15 est monté sur le châssis 1 de la tondeuse par des'supports 31 et 32. Le moteur peut également être monté sur le châssis 1 d'une autre manière ' appropriée. Ce moteur à courant, continu peut être un moteur léger du type à collecteur plat, comme indiqué à la Fig. 3,
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ou il peut s'agir d'un autre moteur à courant continu approprié.
Par exemple, le collecteur peut être cylindrique et être attache à la partie supérieure de l'arbre 41 pour former un collecteur radial. Cependant, le moteur à courant continu du type à collecteur plat compact et léger représenté à la Fig. 3 peut parfaitement être utilisé avec de nombreux instru- ments à moteur, par exemple des scies à chafne où les dimensions et le poids du moteur sont des particularités importantes pour la construction du groupe moteur de l'outil.
La culasse ou carcasse 33 du moteur est reliée au chssis 1 de la tondeuse à gazon par l'intermédiaire des supports 31 et 32. Des masses polaires d'excitation telles que les masses polaires 34 et 35 sont placées autour de la surface interne de la culasse et forment le stator du moteur. Un bobinage de champ 36 est maintenu en place par les masses polaires distinctes qui coopèrent avec la sur- face interne de la culasse 33.
La partie d'extrémité supérieure 37 du stator comporte un renfoncement dans son centre destiné à supporter un roulement j8, un couvercle 39 étant prévu'pour arrêter les poussières et les matières étrangères.
L'induit 40 est fixé à l'arbre 41 et cet arbre tourne lorsque du courant passe par les bobinages d'induit et les bobinages de cha:np au moteur. L'arbre 41 tourillonne à son extrémité supérieure dans le roulement 38 et à son extrémité inférieure dans le roulement 42 qui est maintenu en place par la paroi d'extrémité inférieure 43 du moteur.
Un élément travaillant tel qu'un couteau rotatif de tondeuse à gazon 44 est attaché à l'extrémité de l'arbre 41
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du moteur par des moyens appropriés qui, comme indiqué à la Fig. 3. comprennent un écrou 45 se vissant sur l'extrémité file- tée à l'arbre 41. Le couteau rotatif de la tondeuse est ainsi directement accouplé à l'arbre et à l'induit du moteur.
En plus de l'écrou 45, deux rondelles 46 et 47 sont prévues sur l'arbre, l'une sur la face supérieure et l'autre sur la face inférieure du couteau rotatif 44. Ces rondelles per- mettent d'une manière bien connue au couteau rotatif de patiner sous une charge prescrite,ce qui est nécessaire pour la plupart des instruments et en particulier pour les tondeuses à gazon.
La vitesse du moteur à courant continu est déterminée par les exigences de sécurité prescrites pour l'instrument par- ticulier auquel le moteur est associé. Par exemple, dans le domaine des tondeuses à gazon, la vitesse maximum ces extrémités des lames qui est admise dans l'industrie est actuellement de 5700 mètres par minute. Pour un couteau de 46 cm tournant autour de son point médian, la vitesse maximum de l'arbre pour rester dans les normes de sécurité est, par conséquent, ù'environ 4030 tours par minute. Un moteur à courant continu qui produit une puissance de 1 CV à cette vitesse.ou à une vitesse inférieure convient donc parfaitement pour faire fonctionner une tondeuse à gazon comportant un couteau rotatif de 46 cm.
Dans la plupart des appareils à moteur, l'élément tra- vaillant doit atteinure l'arrêt complet en un laps de temps prescrit après la cessation de la force motrice fournie par le groupe moteur qui entraîne l'élément travaillant. Par exemple, dans l'industrie aes tondeuses à gazon., il faut que le couteau, soit arrèté. en 10 seconaes après débranchement ou mise hors
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circuit du groupe moteur. Pour satisfaire à cette exigence, le moteur à courant continu représenté à la Fig. 3 comporte un frein à friction économique qui en fait partie intégrante. Le frein @ friction comprend un disque 48 qui est accouplé méca- niquement à l'arbre 41 par l'intermédiaire d'un ventilateur de refroidissement 49.
Un ou plusieurs patins de frein magnétiques 51 et 52 sont associés au disque 48 et sont prévus sur une ou
1 plusieurs masses polaires, ,
Le frein est représenté clairement à la Fig. 4 qui est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 du moteur représenté à la Fig. 3, le quart antérieur du moteur étant également représenté à la Fig. 4 de sorte que la moitié du moteur est apprôximative- ment représentée dans cette figure, Le patin de frein 52 comprend une garniture de freinage 53 montée sur une plaque de support 54.
La plaque de support 54 est articulée à une attache 56 fixée à la culasse 33 au moteur- Un axe d'articulation 55 est prévu pour maintenir la plaque de support 54 en place. La plaque de support 54 et l'attache 56 sont en une matière ferreuse pour déterminer un trajet d'écoulement pour le flux qui traverse le patin de frein afin d'écarter le patin de frein 52 du disque 48 lorsque le moteur est mis sous tension et fonctionne.
La montage du patin de frein 52 apparaît clairement à la Fig. 3 où le patin est représenté en coupe. La plaque de support 54 est articulée à l'attache 56 par l'axe 55. L'attache 56 est fixée à la culasse 33 par des moyens appropriés, par exem- ple par soudure ou par une résine époxy. En variante, l'attache
56 peut être coulée de manière à faire partie intégrante de la masse polaire 35.
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La plaque de support comprend un prolongement 57 qui s'étend vers le bas et qui va de la plaque à la masse polaire pour fermer le circuit magnétique et pour protéger le bobinage de champ en maintenant le patin de frein écarte du bobinage.
Le patin de frein 52 est poussé contre le disque tour- nant 48 par un ressort 53 qui réagit contre le dessous de la plaque de support 54 et contre la surface adjacente de la culas- se 33. Lorsqu'aucun courant ne passe dans le bobinage 36, le ressort pousse la plaque de support 54 et la garniture de frein 53 qui y est attachée de façon à attaquer le disque tournant 48 afin d'arrêter la rotation de l'arbre 41 et ainsi la rotation du couteau de tondeuse à gazon 44 qui y est directement accou- plé. Grâce au frein à friction, le couteau rotatif 44 atteint l'arrêt complet en la période de 10 secondes requise après sup- pression ae la force motrice et cessation du passage du courant dans le bobinage de champ 36.
Le temps nécessaire pour arrêter la rotation de l'arbre et du couteau rotatif peut être modifié en réglant la tension du ressort utilisé avec le patin de frein.
Les patins de frein des Fig. 3 et 4 sont placés au- dessus d'une seule masse polaire.d'excitation. Toutefois, pour augmenter la surface de freinage, on peut articuler le patin de frein à une masse polaire et le prolonger au-dessus de deux ou plusieurs masses polaires. Une telle construction est repré- sentée à la Fig. 5 qui est une vue d'une moitié de la culasse
33 développée à plat.
Le patin de frein 65 est articulé à la masse polaire 35 d'une manière analogue au montage du patin de frein 52 sur les
Fige 3 et 4 et se prolonge au-dessus des masses polaires voisines
66 et 67.Un trajet d'écoulement pour le flux entre des masses polai- res voisines est ainsi établi pour maintenir d'une manière plus positive le
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patin de frein 65 écarté du disque tournant lorsque le moteur fonctionne. A l'extrémité du patin de frein 65 et au-dossus des masses polaires 66 et 67 sont prévues des buttes 68 et 69, res- pectivement, qui vont de l'extrémité inférieure du patin de frein à l'extrémité supérieure de la masse polaire de sorte que le bobinage de champ n'est pas gêné par le patin de frein.
Le bobinage de champ du moteur à courant continu représenté à la Fig. 5 est un bobinage ondulé et continu placé de part et d'autre ' des masses polaires. Toutefois, le frein à friction fonctionne efficacement aussi avec des bobinages de champ dont les spires sont placées autour de chaque masse polaire.
Une variante du frein représenté aux Fig. 3 et 5 est représentée à la Fig. 6 .Un frein dynamique simple et économique est réalisé suivant l'invention au moyen d'un interrupteur uti- lisé conjointement avec l'interrupteur marche-arrêt pour le moteur à courant continu, pour connecter le moteur en génératrice en court-circuit produisant une tension qui est appliquée au moteur dans un sens opposé à la tension appliquée pour le faire fonctionner comme moteur.
Cette variante ae frein est représentée schématique- ment à la Fig. 6 et comprend une alimentation de courant alter- natif 100, un redresseur 101 et un moteur à courant continu 102.
L'alimentation de courant 100 est connectée au redresseur 101 par des interrupteurs 103 et 104 qui sont accouplés mécaniquement pour fonctionner ensemble.
La sortie du redresseur 101 est appliquée au moteur par l'intermédiaire d'un commutateur 105 qui coopère avec un autre commutateur 106 pour inverser le bobinage d'excitation 107 et court-circuiter les bornes du moteur lorsqu'il est isolé de l'alimentation électrique afin de l'arrêter. Les commutateurs
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105 et 106 sont couplés aux interrupteurs 103 et 104 de manière fonctionner en même temps que ceux-ci.
Lorsque les Interrupteurs 103 et 104 sont fermés pour fournir du courant au moteur, les commutateurs 105 et 106 sont commutés dans la position représentée en traits pointillés. Dans cette position, le moteur est connecté comme' un moteur série et la tension du redresseur 101 est utilisée pour faire fonctionner le moteur. Lors de la suppression du courant par l'ouverture des interrupteurs 103 et 104, les commutateurs 105 et 106 sont commu- tés dans la position représentée en traits pleins. Dans cette position, le bobinage de champ du moteur 102 est inversé et les bornes du moteur sont court-circuitées.
Cela étant, le moteur fonctionne alors comme une génératrice en court-circuit et fournit une tension au bobinage de champ dans un sens tendant à entraîner l'induit 108 dans le sens inverse. La force d'opposition ainsi créée oblige l'induit à s'arrêter.
On peut modifier le temps nécessaire pour amener l'in- duit 108 à l'arrêt complet en agissant sur la quantité de courant qui passe par le bobinage de champ 107. On peut régler le courant simplement en plaçant une résistance variable ou une résistance . fixe dans le trajet du courant.
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Direct-coupled or non-geared motor units and braking devices for implements such as lawn mowers.
The present invention relates to powered instruments and in particular to a system for providing them with motive force and for stopping their working element within a prescribed period of time after removal of the motive force.
Various instruments are currently driven by electric motors and gasoline engines. For example, the working or cutting elements of lawn mowers are driven by gasoline engines and by
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AC electric motors. Similarly, chain saws are usually driven by gasoline engines or by AC electric motors. The AC motors which are used to drive the cutting element of the instrument generally rotate at a speed in excess of 12,000 revolutions per minute.
Due to their high speed, these motors cannot be coupled directly to the cutting element but require a speed reducer, such as a gear train or a pulley and belt system. This demultiplication is essential because of the safety standards imposed on most of these instruments. For example, the maximum allowable speed for the rotary knife tips of a lawn mower was 6300 meters per minute and this maximum speed was recently lowered to 5700 meters per minute. If the knife includes a single 46 cm blade rotating around its midpoint, the maximum speed of the shaft that drives it,, to stay within the current safety standards of 5700 'meters per minute is around 4030 revolutions per minute .
The AC motor which rotates at a speed exceeding 12,000 revolutions per minute must therefore be coupled to the working element, such as the rotary knife of a lawn mower, by means of a speed reducer. However, these reducers require periodic maintenance or replacement and are therefore unpleasant because they are a source of trouble and expense. In addition, speed reducers are usually noisy. These reducers are not only noisy but the AC motor which rotates at a speed exceeding 12,000 rpm produces a piercing and very high pitched noise which can be heard 4 a great distance away and which is therefore annoying
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for people in the vicinity.
In order to avoid the throbbing noise of AC motor units rotating at high speed, the noise of speed reducers and the maintenance requirements of these reducers, according to the present invention a DC motor is used and it is coupled. directly to the working element, for example the rotary knife of a lawn mower or the cutting chain of a chainsaw.
Then, the DC motor is rotated at a speed compatible with the safety requirements of the device so that no expensive and noisy speed reducers have to be used.
In addition, the additional safety requirement that many instruments have to meet, that the working element must reach a complete stop within a prescribed period after removal of the driving force, is also fulfilled in an economical manner. and simple by the present invention. As an example of this additional safety requirement, in engine lawn mowers, - the rotating content must reach a complete stop within
10 seconds after disconnecting or switching off the motor.
According to the invention, the working element of the instrument driven by a direct current motor is stopped within the prescribed period of time fixed by the safety standards of the motor instrument in question by means of a brake. .friction or dynamic brake alum which cooperates with the motor coupled directly to the working element.
Dynamic braking is carried out in an economical and simple manner according to the invention by connecting
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motor, after disconnecting it from the power source, such as a field-reversed short-circuited generator.
Another simple and expensive brake is the friction brake according to the invention. This brake comprises a disc mechanically coupled to the rotor of the motor and extending above the pole masses to the stator and one or more magnetic brake pads coupled magnetically to at least one polar mass and placed so as to cooperate with the disc to form a friction brake when the motor is no longer under tension.
These features and advantages of the invention as well as others will become clear from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a side elevational view of a lawn mower. rotary knife which illustrates the instruments comprising working elements controlled according to the present invention; Fig. 2 is an electrical diagram of the circuits of the motor unit for motor instruments according to the invention; Fig. 3 is a sectional view taken along line 3-3 of Fig. 3. 1 of the direct current motor coupled directly to the rotary knife of the. lawn mower according to the invention;
Fig. 4 is a view of one half of the stator and of the rotor of the motor taken along line 4-4 of FIG. 3, FIG. 5 is a view of the stator of the motor showing a variant of the brake shoe for the following friction brake
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the invention, and
Fig. 6 is an electrical diagram of the dynamic brake according to the invention.
The invention applies generally to motorized instruments and in particular to lawn mowers the rotary knife of which is driven by an electric motor.
Most electric mowers currently on the market are described in the February 1967 issue of "Popular Science" on pages 154 to 158. As noted in this article, a good electric mower has a 1 to 1 universal motor. 1.5 HP, these motors running around 15,000 revolutions per minute. At this speed these motors produce a throbbing, high-pitched noise which is very annoying for lawn mowers used in densely populated residential areas.
According to the invention, to avoid this noise due to the high speed of the motor, a direct current motor is used operating at a safety speed for the instrument in question, the motor being coupled directly to the working element of the instrument, for example the rotary knife of a lawnmower-.
A side elevational view of an electric motor driven lawn mower is shown in FIG. 1 of the accompanying drawings. The mower comprises a frame 1 and a handle 2 by means of which the user can push the mower over the lawn to be cut. The rotary cutter of the mower is driven by an electric motor j which is. supplied by a cable 4 plugged into a socket at its other end.
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the motor unit actuating the rotary knife of the mower shown in Fig. 1 is a direct current motor which is advantageously a series motor to provide the desired torque under load. An electrical diagram of the DC motor and its power supply is shown in Pige 2.
The power cable 4 shown in FIG. 1 is a three-conductor cable, two of which are the supply conductors intended for. supply the current to the motor by means of a rectifier assembly 10 shown in FIG. 2. The third wire is a safety wire and is attached directly to the mower frame or motor frame to connect the mower to ground. The conductors 11 and 12 of the diagram shown in FIG. 2 are the power conductors which carry the alternating current to the rectifier 10 when the plug 5 is inserted into an ordinary alternating current outlet.
The voltage is applied to the rectifier assembly 10 by means of switches 13 and 14 provided in the lines or conductors 11 and 12. Two switches are provided so that the current source is completely disconnected from the motor, also at security purposes.
However, only one switch in one of the conductors can also be used.
The alternating current from the alternating current socket coupled to the rectifier 10 through the plug 5 is converted to direct current and is applied to the direct current motor 15 through the conductors 16 and 17 which are respectively coupled to the terminals of food
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18 and 19 of the engine. The rectifier assembly 10 comprises a capacitor 6 serving to filter the transient overvoltages of the alternating current line in order to protect the rectifier 10 and the motor 15.
The direct current motor 15 is advantageously a series motor comprising a field winding 20 in series with an armature 21. The frame of the motor is shown schematically by the dotted lines 22 in FIG. 2 and is earthed by conductor 23.
This series DC motor advantageously has a power of 1 HP at speeds below 4000 rpm as opposed to the universal AC motors currently used for lawn mowers which have a power of 1 HP at a speed of d. about 15,000 revolutions per minute. The series DC motor therefore produces a power equivalent to that of the universal AC motor, but at a much lower speed. Consequently, the apparatus driven by a direct current electric motor does not require expensive reducers which must be maintained and replaced periodically.
On the contrary, according to the present invention, the motor is coupled directly to the working element. Such direct coupling of the DC motor to the rotary knife which constitutes the working element of the lawn mower is shown in FIG. 3.
The DC motor 15 is mounted on the frame 1 of the mower by brackets 31 and 32. The motor can also be mounted on the frame 1 in another suitable manner. This direct current motor can be a light motor of the flat collector type, as shown in FIG. 3,
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or it can be another suitable DC motor.
For example, the manifold may be cylindrical and be attached to the top of shaft 41 to form a radial manifold. However, the compact and lightweight flat-collector type DC motor shown in FIG. 3 can be perfectly used with many power tools, for example chain saws where the dimensions and the weight of the motor are important features for the construction of the power unit of the tool.
The cylinder head or frame 33 of the engine is connected to the frame 1 of the lawn mower via the supports 31 and 32. Excitation pole masses such as pole masses 34 and 35 are placed around the internal surface of the pole. cylinder head and form the stator of the engine. A field coil 36 is held in place by the separate pole masses which cooperate with the internal surface of the yoke 33.
The upper end portion 37 of the stator has a recess in its center for supporting a bearing j8, a cover 39 being provided to trap dust and foreign matter.
The armature 40 is attached to the shaft 41 and this shaft rotates when current flows through the armature windings and the cha: np windings to the motor. The shaft 41 pivots at its upper end in the bearing 38 and at its lower end in the bearing 42 which is held in place by the lower end wall 43 of the motor.
A working element such as a rotary lawn mower knife 44 is attached to the end of the shaft 41
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of the engine by appropriate means which, as shown in Fig. 3. include a nut 45 which screws onto the end threaded to the shaft 41. The rotary cutter of the mower is thus directly coupled to the shaft and to the armature of the motor.
In addition to the nut 45, two washers 46 and 47 are provided on the shaft, one on the upper face and the other on the underside of the rotary knife 44. These washers allow rotary knife known to skate under a prescribed load, which is necessary for most implements and especially for lawn mowers.
The speed of the DC motor is determined by the safety requirements prescribed for the particular instrument with which the motor is associated. For example, in the field of lawn mowers, the maximum speed of these blade ends which is accepted in the industry is currently 5700 meters per minute. For a 46 cm knife rotating around its midpoint, the maximum shaft speed to stay within safety standards is, therefore, about 4030 revolutions per minute. A DC motor that produces 1 HP of power at this speed or at a lower speed is therefore ideally suited for running a lawn mower with a 18 inch rotary knife.
In most powered devices, the working element must come to a complete stop within a prescribed period of time after the motive force supplied by the motor unit which drives the working element has ceased. For example, in the lawn mower industry, the knife must be stopped. in 10 seconds after unplugging or shutting down
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motor group circuit. To meet this requirement, the DC motor shown in Fig. 3 has an economical friction brake which is an integral part thereof. The friction brake comprises a disc 48 which is mechanically coupled to the shaft 41 by means of a cooling fan 49.
One or more magnetic brake pads 51 and 52 are associated with the disc 48 and are provided on one or more
1 several polar masses,,
The brake is clearly shown in Fig. 4 which is a sectional view taken on line 4-4 of the engine shown in FIG. 3, the front quarter of the engine also being shown in FIG. 4 so that half of the motor is approximately shown in this figure. The brake shoe 52 includes a brake lining 53 mounted on a support plate 54.
Support plate 54 is hinged to a clip 56 attached to cylinder head 33 to the engine. A hinge pin 55 is provided to hold support plate 54 in place. The backing plate 54 and the clip 56 are of a ferrous material to determine a flow path for the flow which passes through the brake shoe to move the brake shoe 52 away from the disc 48 when the motor is energized. and works.
The mounting of the brake shoe 52 is clearly shown in FIG. 3 where the pad is shown in section. The support plate 54 is articulated to the clip 56 by the pin 55. The clip 56 is fixed to the cylinder head 33 by suitable means, for example by welding or by an epoxy resin. Alternatively, the clip
56 can be cast so as to form an integral part of the pole mass 35.
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The backing plate includes an extension 57 which extends downwardly from the plate to the pole mass to close the magnetic circuit and to protect the field coil by keeping the brake pad away from the coil.
The brake shoe 52 is urged against the rotating disc 48 by a spring 53 which reacts against the underside of the backing plate 54 and against the adjacent surface of the yoke 33. When no current is flowing through the winding 36, the spring pushes the backing plate 54 and the brake lining 53 attached to it so as to engage the rotating disc 48 in order to stop the rotation of the shaft 41 and thus the rotation of the lawn mower knife 44 which is directly coupled to it. By means of the friction brake, the rotary knife 44 comes to a complete stop within the required 10 second period after removal of the motive force and cessation of current flow in the field winding 36.
The time required to stop the rotation of the shaft and the rotary knife can be varied by adjusting the tension of the spring used with the brake shoe.
The brake pads of Figs. 3 and 4 are placed above a single pole excitation mass. However, to increase the braking surface, it is possible to articulate the brake pad to a pole mass and extend it above two or more pole masses. Such a construction is shown in FIG. 5 which is a view of half of the cylinder head
33 developed flat.
The brake shoe 65 is articulated to the pole mass 35 in a manner analogous to the mounting of the brake shoe 52 on the
Freezes 3 and 4 and extends over neighboring polar masses
66 and 67. A flow path for the flow between neighboring polar masses is thus established to more positively maintain the
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brake shoe 65 separated from the rotating disc when the engine is running. At the end of the brake shoe 65 and above the pole masses 66 and 67 are provided bumps 68 and 69, respectively, which run from the lower end of the brake shoe to the upper end of the mass. polar so that the field winding is not hampered by the brake shoe.
The field winding of the DC motor shown in Fig. 5 is a continuous corrugated coil placed on either side of the pole masses. However, the friction brake also works effectively with field coils whose turns are placed around each pole mass.
A variant of the brake shown in Figs. 3 and 5 is shown in FIG. 6. A simple and economical dynamic brake is realized according to the invention by means of a switch used in conjunction with the on-off switch for the direct current motor, to connect the motor as a generator in short circuit producing a short circuit. voltage that is applied to the motor in a direction opposite to the voltage applied to make it operate as a motor.
This variant of the brake is shown schematically in FIG. 6 and comprises an AC power supply 100, a rectifier 101 and a DC motor 102.
Power supply 100 is connected to rectifier 101 by switches 103 and 104 which are mechanically coupled to operate together.
The output of the rectifier 101 is applied to the motor via a switch 105 which cooperates with another switch 106 to invert the field winding 107 and short-circuit the terminals of the motor when it is isolated from the power supply. electric to stop it. Switches
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105 and 106 are coupled to switches 103 and 104 so as to operate concurrently therewith.
When Switches 103 and 104 are closed to supply power to the motor, switches 105 and 106 are switched to the position shown in dotted lines. In this position, the motor is connected as a series motor and the voltage from rectifier 101 is used to run the motor. Upon removal of current by opening switches 103 and 104, switches 105 and 106 are switched to the position shown in solid lines. In this position, the motor field winding 102 is reversed and the motor terminals are shorted.
This being the case, the motor then operates as a short-circuited generator and supplies a voltage to the field winding in one direction tending to drive the armature 108 in the opposite direction. The force of opposition thus created forces the armature to stop.
The time required to bring the induction 108 to a complete stop can be varied by controlling the amount of current flowing through the field coil 107. The current can be adjusted simply by placing a variable resistor or resistor. fixed in the current path.