Brevet FR2370379A1 — publié le 19780602

L'invention concerne un moteur à courant continu à collecteur plan, et un procédé de fabrication de ce moteur. Les problèmes que l'on cherche à résoudre par la présente invention sont notamment une amélioration du positionnement des lames conductrices constituant le collecteur, et l1élimination des dégâts causés par les étincelles parasites qui éclatent entre les lames de collecteur lorsque des surtensions électriques apparaissent entre ces lames. Le moteur de l'invention, qui comprend un- inducteur fixe et un induit tournant monté à rotation sur un axe, est muni d'un collecteur plan (c'est-à-dire dont les lames conductrices tournent en restant situées dans un même plan et non sur-une même portion de cylinre') ; ce colle-cteur est constitué d'un support de matière plastique, en'une seule pièce, qui est enfilé sur l'axe de l'induit, et qui porte plusieurs lames conductrices réparties circulairement autour de l'axe de rotation, dans un plan perpendiculaire à cet axe ; il comporte au moins trois organes de centrage répartis autour de l'axe et susceptibles de coopérer avec des éléments de centrage correspondants de l'induit pour assurer un positionnement précis du collecteur par rapport à l'induit. Ces éléments de centrage sont répartis autour de l'axe de l'induit exactement de la même manièrè que les organes de- centrage du support ; ils sont de préférence constitués par des broches faisant saillie de.lginduit parallèlement à leaxe de celuiZci et venant s'engager dans des ouvertures borgnes prévues dans des plots qui font saillie du support de collecteur et qui constituent les organes--de centrage. Le support de collecteur" comprend un plateau essen tiellemert circulaire ayant une surface plane perpendiculaire à l'axe de l'induit et sur laquelle sont appliquées les lames, et une tète en son centre, faisant saillie à partir de la surface plane dans la direction de l'axe de l'induit et qui sert à la fois à centrer correctement les lames et à les serrer contre la surface plane. La t!te comprend à cet effet, sur une partie cylin- dorique attenante à la surface plane du support, des ergots de centrage qui coopèrent sans jeu avec des encoches prévues dans les lames ; ce mode de positionnement par le centre des lames est meilleur au point de vue précision que ceux effectués jusqu'à maintenant ; d'autre part, la tête est aplatie de manière à recouvrir une partie des lames en les maintenant serrées contre la surface plane. Les lames conductrices ont une forme de secteur de cercle dont les angles à la périphérie sont arrondis. Elles comportent une languette qui fait saillie radialement an milieu de l'arc de la périphérie des secteurs et cette languette passe dans une encoche du support, sous une collerette prévue tout autour du support, pour centrer les lames et les serrer contre la surface.plane du support, egalement.à leur péxiphérieo Enfin, les lames adJacentes en forme de secteurs sont séparées d'un faible intervalle, rendu précis grâce aux divers éléments de centrage, et, dans la région de cet interna valle qui est située à la périphérie des lames, le support de plastique est échancré de manière que les lames ne soient pas en contact avec de la matière plastique dans cette région. Ainsi, on réalise un centrage correct des lames de collecteur sur le support de collecteur pour garder constants les intervalles entre lames, ainsi qu'un centrage correct du collecteur par rapport à l'induit (ce qui est nécessaire pour que la commutation de courant dans les enroulements de l'in- duit ait lieu avec une phase convenable par rapport au passage des enroulements polaires de l'induit devant les piles magnétiques de l'inducteur). Enfin, on assure une réduction des étincelles parasites, qui peuvent apparattre entre lames adjacentes surtout à leur périphérie, et on réduit de toutes façons les dégSts que ces étincelles peuvent causer, en ne mettant pas les lames en contact avec le support plastique 1a- où des étincelles peuvent éclater. Il n'y a donc pas de carbonisation de matière plastique et, de plus, les particules de charbon qui pourraient être produites seraient évacuées par force centrifuge dans les échancrures du support de collecteur, évitant donc la formation de ponts de charbon entre lames adjacentes0 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 9 est une vue générale en coupe latérale d'un moteur selon l'invention, - la figure 2 est une vue de face du support de collecteur, - la figure 3 est une coupe latérale du support de collecteur, selon la ligne AA de la figure 2, - la figure 4 est une vue de face du collecteur monté sur l'arbre de l'induit du moteur. la figure 1 illustre de manière générale le moteur à courant continu miniature de l'invention, associé à un réducteur qui ne fait pas partie de l'invention0 Le moteur comprend un bottier 10, de préférence en matière plastique, qui est étanche pour éviter la corrosion des parties internes du moteur. A la périphérie intérieure du bottier 10, est logée une armature magnétique fixe 12, associée à des aimants 13 pour servir d 'inducteur fixe au moteur. Concentrique à cette armature périphérique 12 est monté à rotation de manière classique un induit 14 constitué par des pEles-magnétiaues et des enroulements polaires distribués radialement autour d'un axe de rotation 16 de l'induit du moteur. L'arbre 16 est monté à une de ses extrémités dans un palier 18 ménagé dans le bottier 10, et à son autre extrémité dans un palier 20 ménagé dans le bottier 22 du réducteur associé au moteur. Be bottier 10 est fixé sur le bottier 22 soit par un rivetage indêmontable soit, comme dans l'exemple représenté à la figure 1, par l'intermédiaire de trois cliquets 24, dont un est.visible sur la coupe de la figure 1 qui sont répartis autour d'une extrémité ouverte du' bottier 10. (cOté gauche du boftier 10 sur la figure 1). Des logements 26 de réception des cliquets 24 sont prévus sur le bottier 22 du réducteur, répartis autour du palier20 suivant la même répartition que les cliquets 24 avec lesquels ils doivent coopérer pour fixer le moteur sur le réducteur. L'encliquetage du bottier 10 du moteur sur le bottier 22 du réducteur opère le centrage de l'induit 14 du moteur dans le bottier 10, l'arbre 16 venant se loger dans le palier 20 du réducteur. Cette disposition permet d'associer une moteur donné à des réducteurs différents selon le rapport de réduction désiré. Fixé sur l'arbre 16, comme l'induit 14- avec lequel ilest solidaire en rotation, est prévu un collecteur 28-ccrsti- tue dtun support de matière plastique 40 portant plusieurs. lames conductrices 29, reliées aux enroulem-ents polaires de l'induit 14, et sur lesquelles viennent frotter de manière classique des balais fixés au bottier du moteur et qui servent à.amener du courant électrique aux enroulements de l'induit. Un balai constitué par un frotteur de graphite 30 venant s'ap pliquer contre les lames conductrices du collecteur est représenté à la figure 1. Ce frotteur 30-est porté par une la me métallique 32 encastrée dans le boîtier et repoussée par un ressort 34 de manière que le frotteur 30 vienne appuy-er contre les lames conductrices du collecteur 28 en assurant une pression faible et régulière à mesure de l'usure du frotteur. Le collecteur 28 est enfilé sur l'arbre 16 avec lequel il est rendu solidaire par serrage sur cet axe. I1 est maintenu à une position angulaire fixe par rapport à l'induit 14 gracie à trois organes de centrage dont un, 36, est visible sur la figure 1, qui sont répartis sur le collecteur 28 autour de l'-arbre 14, et qui coopèrent avec des éléments de centrage correspondants portés par l'induit 14, éléments dont un, 38, est visible à la figure 1. Les organes 36 sont des plots présentant un perçage borgne parallèle à ltaxe 14. Les éléments 38 sont des doigts faisant saillie de l'induit 14 parallèlement à ltaxe 16, répartis autour de ltaxe 14 exactement de la même manière que les plots 36, et susceptibles de venir s'engager exactement dans les perçages et plots 36. Le collecteur 23 sera décrit plus en détail en référence aux figures suivantes. Les figures 2 et 3 représentent de manière détaillée le support de matière plastique 40 du collecteur 28, support sur lequel seront fixées les lames conductrices 29 sur lesquelles viennent frotter les balais du moteur. Be support est représenté avant le montage des lames et avant sa fixation sur ltarbre 16 de 17induit du moteur. Le support 40 est constitué d'un plateau essentiellement eirculaire, de matière plastique, avec une tête 42 et une tête 44 faisant saillie perpendiculairement au plateau, en son centre, respectivement d'un cOté et de l'autre de ce plateau, les têtes 42 et 44 étant percées d'un alésage commun 46 qui les traverse de part en part ainsi que le plateau cet alésage 46 est prévu pour recevoir l'axe 16 de l'induit du moteur. Des nervures 48 et 50 sont réparties autour de la tête 44, à partir de laquelle elles s'étendent radialement pour assurer une meilleure rigidité du plateau. Le plateau présente, sur sa face qui porte la tête 42, une surface plane 52 entourée par une collerette périphérique 54 tout autour du plateau ; cette surface 52 est prévue pour la réception de lames conductrices planes pour constituer un collecteur plan. La collerette 54 constitue un épaulement périphérique servant de limite extérieure à ces lames, tandis que la tête 42 sert de imite intérieure aux lames De plus, des ergots ou tétons 56 s'étendent radialement à partir de la tête 42 en formant des épaulements ou bossages sur la surface 52, épaulemenidtune épaisseur inférieure ou égale à celle des lames conductrices qui seront placées sur la surface 52. Ces ergots 56 servent au centrage des lames conductrices à partir de 11 intérieur du collecteur. Ils sont en nombre au moins égal à celui des lames conductrices, dans l'exemple présent trois, et les lames conductrices seront pourvues d'encoches correspondant aux dimensions des ergots pour assurer un centrage de ces lames à partir du centre du collecteur. Les lames conductrices des collecteurs couvrent l'essentiel de la surface 52, les lames adjacentes étant séparées par de faibles intervalles s t étendant radialement. te plateau constituant le collecteur, avec sa collerette 54 est échancré en trois endroits 58, 60, 62 qui correspondent à des intervalles entre lames ad-jacentes dans la région de la périphérie du plateau. De plus, les encoches de centrage des lames conductrices sont également prévues à la périphérie du plateau circulaire. Ces encoches 64, 66, 68 situées entre les échan- Enfin, sur la face du plateau circulaire qui porte la tête 44 et les nervures 48 et 50, c'est-à-dire le cEté qui ne porte pas les lames conductrices 299 sont prévus des plots 36 au nombre de trois, qui s'élèvent parallèlement à l'axe de l'alésage 46 et qui sont répartis autour de la tête 44. Chacun de ces plots 36 est percé en son centre d'une ouverture borgne-70 dont le diamètre est adapté pour recevoir les doigts ou broches 38 portés par l'induit 14, lesquels doigts sont répartis delta même manière que les plots 36 autour de l'axe 16 de l'induit. Les ouvertures 70 sont évasées à leur extrémité pour faciliter la pénétration des doigts 38 dans les ouvertures. La figure 4 montre le collecteur complet, support et lame conductrice, vu du cEté de la tête 42, c'est-à-dire le côté opposé à celui de la figure 2. Ce collecteur est présenté tel qu'il apprait une fois monté sur l'arbre 16 de l'induit et c'est pourquoi le support de plastique de ce collecteur n1a pas la même apparence que celui de la figure S qui correspond à l'état du support avant montage. On se référera en même temps à la figure 1, sur laquelle on peut voir en coupe le collecteur monté sur l'arbre de l'induit. Le collecteur est visible à la figure 4 avec sa collerette 54 et ses échancrures 58, 60 et 62o I1 comporte trois lames conductrices 29 qui ont généralement la forme de secteurs de cercle ouverts à un angle de 1200 et qui sont placés sur la surface 52 du support du collecteur de manière à présenter entre eux des intervalles de séparation de faible largeur, référence 72. Ces intervalles entre lames adjacentes débouchent à la périphérie du support de collecteur au-dessus des échancrures 58, 60-et 62. Les bords des lames à ltextrtme périphérie du collecteur se font donc face au-dessus de ces échancrures et non au-dessus d'une surface de plastique 52. Ainsi, des étincelles éclatant éventuelle-=ent entre ces extrémités périphériques ne produiront pratiquement pas de combustion ou de carbonisation de matière plastique, et, de toutes façons les particules de charbon éventuellement produites seront évacuées par force centrifuge dans les échancrures. De plus, pour réduire encore la probabilité d'avoir des étincelles, on prévoit que les bords des lames qui se font vis à vis à la périphérie du collecteur présente des arrondis 74, de manière à ce qu'elles s'écartent -l'une de l'autre vers leur périphérie. Comme le positionnement des lames doit titre parfaitement assuré, en particulier pour maintenir constant l'inter -valle entre les lames adåacentes, on prévoit comme on l'a expliqué ci-dessus que les lames présentent dans leur partie en contact avec la tête 42 du support plastique du collecteur des encoches qui viennent s'ajuster exacteent.sur les ergots 56 qui font saillie à partir de la tette.42 en formant des épaulements sur la surface plane 52 portant les lames. De plus, les lames présentent dans la partie centrale de leur périphérie une languette saillante 76 qui vient se glisser sous la partie de collerette 54 laissée par les encoches 64, 66 et 68 de la figure 2. Ces languettes ont une largeur exactement adaptée à la largeur des encoches en question de manière à servir également au positionnement sans jeu des lames conductrices. De plus ces languettes ont une autre fonction qui est de servir de connexion électrique pour transmettre du courant, à partir des balais qui frottent sur les lames conductrices, jusqu'à l'induit. Des fils électriques 78 reliés à l'induit sont à cet effet attachés aux extrémités des languettes 76 par simple repliement de ces languettes sur elles-mêmes, comme on le voit particulièrement à la figure 1. Le maintien en position radiale convenable des lames conductrices étant ainsi effectué grâce aux ergots 56 et aux languettes 76, on prévoit ensuite d'immobiliser les lames conductrices dans le sens axial, ctest-à-dire de les maintenir appliquées contre la surface 52 décrite en référence à la figure 3.Pour cela, à partir du collecteur tel qu'il a été décrit en référence aux figures 2 et 3 et une fois quton a monté sur ce collecteur les lames conductrices 29, on rabat la tête 42 sur les lames 29 pour transformer cette tête 42 initialement cylindrique (figure 3) en ùne tête aplatie (figure 1) qui vient recouvrir la partie des lames 29 la plus proche du centre du collecteur, ee qui opère un serrage dans le sens axial des lames contre le support (surface 52). De plus, on rappelle que les languettes 76 sont glissées au niveau des encoches 64, 66, 68 au-dessous de la collerette 54 qui forme à ces endroits un pont au-dessus de la languette.Ce pont maintient donc les lames serrées à leur périphérie contre le support de plastique puisqu' on a dit qu'on prévoyait de préférence de ne creuser les encoches sous la collerette que de la profondeur nécessaire pour laisser le passage aux lames. La figure 4 également montre la tête 42 dans son état aplati, c'estbà-dire après réalisation du collecteur complet et montage sur axe de lXinduits ;'aplatissezent de la tête 42 s'effectue soit par écrasement, soit par fusion, une fois que le collecteur muni de ces lames est monté sur l'arbre 16 de l'induit. Ainsi, cet aplatissement de la tête 42 sert à la fois à effectuer un maintien en position définitive des lames 29 et à rendre le collecteur 28 solidaire de l'arbre 16, l'écrasement ou la fusion de la cette 42 opérant un serrage de l'alésage 46 de cette t8te 42 sur l'arbre 16 de l'induit0 Le procédé le plus avantageux consiste à elever la température de la tête de plastique 42 suffisamment pour permette Sa défornation aisée9 Cette élévation de température peut être effectuée par de nombreux moyens, par exemple par chauffage par ultra-sons ou de façon plus simple par bouterol lage, c4est-à-dire en appliquant avec pression une bouterolle ou mèche tOurnantà grande vitesse, enfilée sur l'arbre 16 et appliquée contre la tête 42, la vitesse engendrant par friction une élévation de température suffisante. la fabrication du moteur s'effectue géméralement de la manière suivante : Le bottier 10 du moteur est moulé, s'il est en matière plastique, et le palier 18, constitué par exemple par une bague de bronze est placé dans un logement du bottier prévu à cet effet, Un inducteur constitué par une armature magnétique et des aimants est logé dans le bottier L'induit avec ses masses polaires et ses enroulements est fabriqué et monté sur un arbre Des doigts 38 sont prévus sur l'induit pour le positionnement au collecteur. Le collecteur de plastique est moulé de son coté, avec ses plots de centrage, et sa tête 42 ; on place sur le collecteur aes lames conductrices découpées de la manière représentée à la figure 4 avec des languettes radiales saillantes. Be collecteur est alors enfilé sur l'arbre de l'induit et on l'enfonce de manière à engager les doigts de l'induit dans les plots du collecteur. On proeède ensuite à 11 aplatissement de la tête 42 pour fixer les lames définitivement et serrer le collecteur sur l'arbre de l'induit. On fixe des conducteurs électriques reliés à l'induit aux languettes des lames, par soudage ou repliement comme à la figure 1 Puis on monte les balais et on ferme le boîtier du moteur par encliquetage cunvetage sur un réducteur ou sur une paroi de fermeture présentant un palier 20 positionné par rapport aux cliquets ou rivets de -manière que l'induit se centre automati quement par rapport à l'inducteur. Le moteur de l'invention présente ainsi une grande simplicité de fabrication pour un positionnement- tres précis de ses divers éléments. REZ TIRS lo Moteur à courant continu miniature, comprenant un inducteur fixe et un induit tournant monté à rotation sur un axe, et un collecteur plan monté sur l'axe de l'induit et constitué par un support de matière plastique monobloc portant des lames conductrices réparties circulairement autour de l'axe de rotation dans un plan perpendiculaire à cet axe, caractérisé par le fait que le support de collecteur comporte au moins trois organes de centrage répartis circulairement sur le support autour de l'axe et susceptibles de coopérer avec des éléments correspondants de l'induit, répartis également circulairement autour de l'axe de la même manière que les organes de centrage au support, pour assurer le positionnement précis du collecteur par rapport à l'induitç 2o Moiteur selon la revendication i, caractérisé par le fait que les organes de centrage et les éléments correspondants de l'induit comprennent l'un des plots parallèles à l'axe de l'induit et munis d'ouvertures et l'autre des doigts susceptibles de venir s'engager sans jeu dans les ouvertures. 3. Moteur selon la revendication 1,. caractérisé par le fait que le support de collecteur comprend un plateau essentiellement circulaire ayant une surface plane perpendiculaire à l'axe de l'induit et sur laquelle sont appliquées les lames, et une tête en son centre, faisant saillie à partir de la surface plane dans la direction de l'axe de l'induit, la tête étant aplatie de manière à recouvrir une partie des lames en les maintenant serrées contre ladite surface plane. 4o Moteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la tête es-t percée alun alésage pour l'axe de l'induit et que cet alésage est serré sur l'axe. 5. Moteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le support de collecteur comprend dans sa partie centrale des ergots de centrage, au moins un pour chaque lame de collecteur, répartis -circulairement autour de l'axe de. l'induit et formant des épaulements sur la surface plane du support de collecteur, et que chaque lame conductrice comprend une encoche pour coopérer aans jeu avec les ergots de manière à assurer un positionnement rigoureux des lames. 6o Moteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que chaque lame a une forme de secteur de cercle, qu'elle comporte a' sa périphérie, au milieu du secteur, une languette faisant saillie radialement de la périnhérie, et que le support de collecteur comporte une encoche ayant même largeur que la languette pour eoopèrer.avec celle-ci et améliorer le positionnement de la-lame sur le support. 7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le support de collecteur comporte une collerette à la périphérie de la surface plane portant les lames, et par le fait aue l'encoche coopérant avec la languette de chaque lame est creusée au-dessous de la surface plane et dans une partie seulement de l'épaisseur de la collerette, cette partie ayant l'épaisseur de la languette, de manière que cette encoche laisse dans la collerette un pont venant au-dessus de la languette, pour maintenir la lame appliquée contre la surface plane au niveau de la languette. 8. Moteur sélon la revendication 7, caractérisé par le fait que les languettes ont une longueur, dans le sens radial; telle qu'ellès dépassent de la collerette et que des conducteurs électriques reliés à l'induit sont fixés aux languettes. 9. Moteur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que les angles des secteurs, à la périphérie des lames, sont arrondis. 10, monteur selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait que le support de collecteur comprend des échancrures à sa périphérie au niveau des intervalles entre lames adjacentes, de manière que les lames ne soient pas en contact avec le support dans la région de leur périphérie où elles se font vis à vise 11, Procédé de fabrication de la partie tournante d'un moteur à courant continu à collecteur plan, caractérisé par les étapes consistants à - réaliser un induit ayant des éléments de centrage répartis autour d'un axe de rotation de l'induit, - réaliser un collecteur plan constitué d'un support de plastique moulé et de lames conductrices placées sur une surface plane, le support étant pourvu d'un alésage central et d'organes de centrage répartis autour de l'alésage de la même façon que les éléments de centrage autour de l'axe de l'induit, le support ayant en outre une tête centrale faisant saillie à partir de ladite surface plane de l'autre cEté des organes de centrage, - et enfiler le collecteur sur l'axe de l'induit en faisant coopérer les organes de centrage avec les éléments correspondants de l'induit pour positionner le collecteur par rapport à l'induit et solidaires l'un par rapport à l'autre en rotation, aplatir la tête saillante du collecteur de manière qu'elle vienne recouvrir une partie des lames conductrices en venant les serrer contre la surface plane, connecter électriquement les lames du collecteur à des enroulements électriques de l'induit. 12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, caractérisé par le fait que l'aplatissement de la tête saillante est réalisé par échauffement et application d'une pression à cette tête. 13. Procédé de fabrication selon la revendication 12, caractérisé par le fait que l'échauffement et l'application de pression sont faits par une bouterolle frottant avec une grande vitesse de rotation sur ladite têtue0