Brevet FR2459571A1 — publié le 19810109

L'invention concerne un porte-balais pour machines électriques, telles que moteurs à courant continu, dans les- quelles plusieurs porte-balais sont disposés sur un portique commun de support, présentant une ouverture de passage destinée au guidage du balai de charbon, une traverse de soutènement pour le ressort comprimant le balai, et une surface de montage des- tinée à une fixation sur le portique. Il est connu, dans les porte-balais destinés à des machines électriques, en particulier des moteurs à courant continu fonctionnant sous une puissance élevée et à l'induit desquels il est donc nécessaire d'envoyer des intensités élevées par l'intermédiaire des porte-balais, de réaliser ces derniers sous la forme de pièces découpées en t8le, rivetées et calibrées. Chaque porte-balai possède une ouverture de guidage, destinée au charbon frottant sur le collecteur de l'induit, une traverse de soutènement pour un ressort distinct, lequel appuie sur le c8té arrière du charbon et comprime donc le c8té frontal du charbon dans le but de créer un bon transfert du courant électrique sur le collecteur et, éventuellement, une traverse de soutènement supplémentaire, servant à fixer la ligne d'ali- mentation électrique et sa connexion sur le c8té arrière du charbon. Lors de la fabrication de ces porte-balais découpés à partir de t8les en un matériau convenable et ayant une épais- seur convenable, on a procédé jusqu'à maintenant en découpant tout d'abord dans le t8le des pièces ayant la forme voulue, en pliant ensuite ces dernières pour leur donner une forme complexe voulue. Comme il n'est pas possible de réaliser, au moyen d'une pièce pliée unique, la structure tridimensionnelle complexe d'un porte-balai, on réalise tout d'abord, séparément, le dis- positif de guidage, en forme de U, servant d'ouverture de pas- sage pour le charbon, puis on le raccorde à la pièce découpée principale, déjà pliée, par des rivets. Il est encore nécessaire d'effectuer un calibrage du porte-balai, ce qui, dans tous les cas, s'applique tout particulièrement au domaine du système de guidage du charbon, de façon que ce dernier reste dans son guidage, sans basculer ou brouter, même lors du renversement du moteur électrique, c'est-à-dire lors de 1' inversion du sens de rotation, et donc aussi du sens de frottement du balai sur le collecteur, pour que le système de guidage du charbon puisse transmettre sans pertes les intensités nécessaires. La fabrication d'un porte-balai de ce genre à partir de pièces découpées est extrêmement difficile, complexe et coûteuse; par ailleurs, elle conduit à des inconvénients, qui résident en ce que le pouvoir de dissipation de chaleur d'un porte-balai de ce genre n'est que très faible, ce qui limite la durée de fonctionnement du moteur en cas de charge élevée. Le frottement des charbons fixes sur le collecteur tournant de la machine électrique conduit d'une manière inévita- ble à la formation d'étincelles, ce qui peut conduire, dans le cas de machines de grande puissance, par exemple des moteurs à courant continu destinés aux chariots élévateurs à fourche ou assimilé, à un échauffement considérable du charbon, de la surface du collecteur et du moteur en général. Cet échauffement est extrêmement nuisible. Le porte-balai selon l'invention, est caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'une pièce moulée en une seule pièce, notamment en aluminium moulé par injection, com- portant, dans la zone du guidage des balais de charbon, au moins une ailette de refroidissement, d'une seule pièce, de telle sorte que le porte-balai serve simultanément d'élémffent de re- froidissement pour évacuer la chaleur correspondant à la tempé- rature des balais. Ce porte-balai présente, par rapport à l'état actuel de la technique, l'avantage que la nouvelle technique de fabrication permet de créer un porte-balai ayant des dimensions extrêmement précises dès le début, qui soit stable et qui puisse supporter les charges, qui puisse être fabriqué à un prix intéressant et ne devant dans la pratique être soumis à aucun usinage après coup, par exemple une opération de calibrage. Le porte-balai selon l'invention présente en outre l'avantage particulier de posséder, dans la zone du guidage du charbon, au moins une ailette de refroidissement de chaque c8té, ce qui permet d'obtenir une évacuation excellente de la chaleur provo- quée par la température relativement élevée du balai. Le porte-balai selon l'invention permet de réaliser, pour le balai de charbon, la surface du collecteur et le moteur d'une manière générale, un effet de refroidissement encore amélioré grâce au guidage particulier de l'air, et tellement puissant que des mesures effectuées sur certains types de moteurs ont montré que la durée de fonctionnement de ces moteurs augmentait de 20 % à pleine charge. Un autre avantage du porte-balai selon l'invention réside en ce que le guidage du balai de charbon, c'est-à-dire les surfaces de guidage intérieures, entrant directement en contact avec les parois extérieures du balai de charbon, peuvent être fabriquées par une opération de moulage avec une précision telle qu'elle n'exige pratiquement plus l'opération classique de pliage des pièces découpées en t8le, m9me si ces dernières subissent ensuite un calibrage. On est ainsi pratiquement assuré qu'il n'y aura pas de basculement, ou un autre mouvement indésirable, du balai de charbon dans son guidage. Grâce à certaines réalisations, il est possible d'améliorer encore ce porte-balai. Il est particulièrement avantageux de fabriquer le porte-balai essentiellement en une seule pièce, avec les ailet- tes de refroidissement, en aluminium résistant à la corrosion, et dont la surface est anodisée. Un tel porte-balai, construit sous la forme d'une pièce en aluminium moulée par injection ou d'une pièce en aluminium moulée par compression, résiste aussi, tout particulièrement, à l'effet des forces extérieures, et est considérablement plus léger qu'un porte- balai comparable obtenu à partir d'une pièce découpée, bien que, dans ce dernier cas, les parois soient relativement minces, et qu'il ne soit pas possible d'exclure complètement les vibrations. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés, qui représentent des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 est une vue en élévation frontale, c'est-à-dire à partir du c8té d'o le collecteur voit le porte- balai fixé sur un portique porteur, d'un premier exemple de réalisation d'un porte-balai selon l'invention, le guidage étant destiné à un seul balai; - la figure 2 est une vue en coupe partielle de la réalisation de la figure 1, prise le long de la ligne II-Il de la figure 1; - la figure 3 est une vue latérale de la réalisation de l'exemple 1; - les figures 4 et 5 présentent un autre exemple de réalisation de l'invention, selon les m9mes projections que ci-dessus (figure 1 et coupe selon la ligne V-V de la figure 4). Conformément à l'invention, le porte-balai est constitué en une seule pièce, à partir d'un métal léger conve- nable ou d'un alliage correspondant, comme par exemple le bronze au zinc, le laiton, etc, sous la forme d'une pièce moulée, en disposant, dans la zone des guidages des charbons, des ailettes de refroidissement, de telle sorte que le porte-balai, ainsi renforcé, serve aussi d'élément de refroidissement dans le but d'améliorer l'évacuation de la chaleur provoquée par la tempé- rature relativement élevée du balai. Sur les figures 1 à 3, le porte-balai 1 comprend quatre composants, ayant chacun un r8le différent, et qui for- ment un ensemble en une seule pièce. Il est prévu un socle 2, qui sert de fixation au porte-balai, par exemple à un portique porteur non-représenté du moteur électrique rattaché au potte- balai, ce socle comme le montre la figure 2, étant pourvu à cet effet de deux trous taraudés 2a, 2_. A partir de ce socle 2 partent vers le haut, en y étant rattachés, une traverse de soutènement 3 destinée à un ressort non-représenté, les guidages 4 proprement dits, disposés, dans la réalisation représentée, en une position approximativement centrale, et, de l'autre côté, un bras de fixation 5 servant à recevoir et à fixer le cable de courant électrique venant de l'extérieur et allant au porte- balai, la connexion vers le balai de charbon proprement dit, non représentée, s'effectuant simultanément à partir de ce bras de fixation 5. Le ressort de compression destiné au charbon, et désigné par le repère 6 sur la figure 2, s'appuie sur la traverse de soutènement 3 jusqu'à l'épaulement 3a, et s'étend par son autre extrémité en 6a jusqu'à l'arrière du guidage du charbon, o il s'appuie, dans le cas normal, sur le balai de charbon, non-représenté, en enfonçant ce dernier vers l'intérieur, sur le collecteur. Le guidage 4 présente une forme essentiellement rectangulaire, et possède, dans l'exemple de réalisation repré- senté sur la figure 2, deux ailettes de refroidissement 7a, et 7b, disposées de part et d'autre et courant sur toute la hauteur du guidage du charbon, ailettes fabriquées en une seule pièce à partir du matériau du guidage 4, et donc de la totalité du porte-balai, ces ailettes*- -nt moulées en même temps que le 2459571 guidage, par moulage par injection ou moulage par compression de ce dernier. L'ouverture de passage destinée au balai de charbon est représentée par le repère 4a; Le procédé de fabri- cation s'appuyant sur une technique de coulée donne une ouver- ture dont le calibrage est pratiquement parfait, et qui reste stable, avec des dimensions précises, même dans le cas d'une contrainte élevée et de fluctuations importantes de la tempéra- ture, Le matériau utilisé pour le porte-balai, de préférence de l'aluminium résistant à la corrosion, présente une bonne conductivité thermique, et est donc à m9me d'évacuer d'une manière sûre, en particulier par l'intermédiaire des ailettes de refroidissement 7a et 7b, la chaleur absorbée par le balai de charbon. L'exemple de réalisation des figures 4 et 5 est destiné à 9tre utilisé dans des moteurs pouvant subir une charge encore plus forte, car le portebalai l' des figures 4 et 5 présente deux ouvertures de passage parallèles 4a' et 4b' pour le guidage du balai, de sorte que peuvent agir sur le collecteur de la machine électrique deux balais de charbon, agissant en parallèle et supportés par cet exemple de réalisa- tion du porte-balais. La surface de montage, qui sert à la fixa- tion au portique porteur du porte-balai, peut ici être réalisée à partir d'une zone partielle inférieure 8 présentant deux saillies 8a et 8b, ou de la zone de fermeture supérieure 9, avec ses deux saillies latérales 9a et 9b. Les saillies Ba et 8b, ou 9a et 9b, peuvent posséder des alésages à travers lesquels pas- sent des moyens de fixation, par exemple des vis ou des rivets, pour une fixation au portique porteur. Dans une position centrale par rapport au guidage 4' sont disposées deux autres pièces rapportées 10 et 11, l'une des pièces rapportées centrales, par exemple la pièce rapportée la plus longue 11, pouvant servir à recevoir une traverse non- représentée, laquelle sert, pour ce qui la concerne, a recevoir, sur ses deux côtés, deux ressorts de compression destinés cha- cun à l'un des deux charbons. L'autre pièce rapportée 10 forme alors le point d'appui fixe pour la ligne d'arrivée électrique allant vers le support de corps de balai l' et, de là, aux différents balais de charbon. Comme le montre la figure 5, le guidage central 4' présente aussi, sur ses deux c8tés, des ailettes de refroidisse- 6 2459571 ment 12a et 12b, qui s'étendent sur toute la hauteur du guidage 4'. La fixation des lignes d'alimentation électrique au bras de fixation ou à la pièce rapportée 10 peut s'effectuer d'une manière quelconque: on peut par exemple visser ou fixer d'une autre manière des traverses qui supportent les lignes d'alimen- tation mobiles allant vers l'arrière des balais de charbon, et qui, par ailleurs, sont connectées aux lignes d'alimentation extérieures, par exemple par soudage, brasage ou serrage. Il est bien entendu que, dans un exemple de réalisation pratique, on peut ne pas prévoir les saillies supérieures 9a et 9b ou les saillies inférieures 8a et 8b, selon le couple de saillies ser- vant au montage sur le portique porteur. De même, on peut ne pas prévoir la traverse intermédiaire 14, qui sépare les deux ouvertures de passage effectives 4a' et 4b' du guidage 4', de façon que les balais de charbon soient maintenus et guidés parallèlement l'un à l'autre, en étant contigus l'un par rapport à l'autre. Dans les deux exemples de réalisation ci-dessus, il est important que le porte-balai soit fabriqué en une seule pièce à partir d'un métal léger convenable, tout en étant stable et fixe et pourtant léger, et ce, par un procédé de coulée, par exemple par une méthode de moulage par injection ou de moulage par compression. Comme c'est l'aluminium qui est de préférence utilisé en tant que base pour le porte-balai, on prendra des pièces en aluminium moulées par injection ou par compression, et qui peuvent présenter des surfaces anodisées. Il est cepen- dant bien entendu que l'on peut aussi utiliser d'autres maté- riaux, de préférence le bronze au zinc, le laiton, et éventuel- lement aussi des matières plastiques renforcées par des fibres convenables (fibres de verre, fibres de carbone), dans la mesure o ces matières plastiques résistent aux températures élevées et sont peu déformables. Les deux formes de réalisation possè- dent, dans la zone des guidages des balais, des ailettes de refroidissement, formées d'une seule pièce en même temps que les guidages. ow- 7 2459571 R E V E N D I C A T I 0 N S ) Porte-balais pour machines électriques, telles que moteurs à courant continu, dans lesquelles plusieurs porte- balais sont disposés sur un portique commun de support, présen- tant une ouverture de passage destinée au guidage du balai de charbon, une traverse de soutènement pour le ressort comprimant le balai, et une surface de montage destinée à une fixation sur le portique, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'une pièce moulée (1) en une seule pièce, notamment en alumi- nium moulé par injection), comportant, dans la zone du guidage (4) des balais de charbon, au moins une ailette de refroidisse- ment (7a, 7b), d'une seule pièce, de telle sorte que le porte- balai serve simultanément d'élément de refroidissement pour évacuer la chaleur correspondant à la température des balais. 20) Porte-balai selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le guidage des balais présente des ouvertures de passage (4a, 4a', 4b') pour un ou deux balais de charbon, en étant disposées d'une manière centrale, entre au moins deux traverses de soutènement pour les ressorts de compression (6) ou la ligne d'alimentation électrique, et supportant des deux côtés au moins une ailette de refroidissement (7a, 7b, 12a, 12b) et de préférence deux. ) Porte-balai selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le porte-balai est fabriqué en aluminium résistant à la corrosion, avec une surface anodisée, sous la forme d'une pièce moulée par injection ou par compres- sion.