Brevet FR2515439A1 — publié le 19830429

Petit moteur électrique. L'invention est relative, d'une manière géné- rale, à un petit moteur électrique, et plus particulière- ment à un petit moteur électrique dans lequel un revêtement 5 de lubrifiant est prévu sur la surface de contact d'un com- mutateur fixé à un arbre rotatif du rotor. Dans un petit moteur électrique comportant des balais métalliques pour établir un contact avec un commu- tateur en vue d'alimenter un rotor en courant d'entralne- 10 ment, il est d'une pratique courante d'appliquer un lu- brifiant sur la surface de contact du commutateur pour s'opposer à une usure mécanique et électriqe due à des vi- brations non souhaitées des balais. Dans un tel agencement, un bord aigu est prévu 15 suivant la longueur de chaque balai par pliage du balai- longitudinalement suivant une forme en V en section trans- versale de telle sorte que le bord aigu trace un sillon à travers le lubrifiant formé d'une matière isolante électriquement, provoquant ainsi la formation, par le lubri- 20 fiant, d'une mince couche lors du contact glissant du balai avec la surface du commutateur. Cet agencement connu de l'art antérieur est décrit plus en détail ci-après, avec référence aux figures 1 à 3, des dessins annexés, qui représentent la contruc- 25 tion classique de ce type de moteur La référence numérique 1 désigne la majeure partie de l'enveloppe du moteur ; 2 désigne un aimant permanent, 3 désigne un rotor, 4 dési- gne un enroulement, 5 désigne un commutateur ; 6-1 et 6-2 désignent des balais métalliques ayant des parties 30 6-1 A et 6-2 A à contact glissant qui forment des bords aigus par suite du pliage des balais longitudinalement suivant une forme en V en section transversale ; les bras des balais sont désignés par 6-1 B et 6-2 B tandis que les bornes sont désignées par 6-1 C et 6-2 C ; 7 désigne un 35 arbre rotatif ; 8-1 et 8-2 désignent des paliers ; 9 dé- signe une plus petite partie de l'enveloppe du moteur ; 2 10 désigne un segment de commutateur, plusieurs de ces segments étant disposés à la surface du commutateur 5 et étant régulièrement espacés angulairement ; la référence 11, enfin, désigne un lubrifiant, par exemple de 5 la graisse. Dans la grande partie 1 de l'enveloppe, sont disposés l'aimant permanent 2 et le rotor 3 sur lequel l'enroulement rotorique 4 est bobiné Le commutateur 5 est fixé sur l'arbre rotatif 7 du rotor 3 Les balais mé- lo talliques 6-1 et 6-2 sont disposés vis-à-vis l'un de l'autre sur le commutateur 5, et établissent un contact glissant avec le commutateur 5 au niveau des bords aigus de leurs parti de contact glissant 6-l A et 6-2 A Les deux extrémités de l'arbre rotatif 7 sont supportées en rota- 15 tion par la grande partie 1 de l'enveloppe et la petite partie 9 de cette enveloppe qui recouvre l'extrémité ou- verte de la grande partie 1, par l'intermédiaire de paliers 8-1 et 8-2 Le lubrifiant 11 est appliqué sur la partie du commutateur 5 o les balais 6-1 et 6-2 éta- 20 blissent un contact glissant avec le commutateur. En conséquence, lorsque le moteur tourne, les bords aigus des parties de contact glissant 6-l A et 6-2 A tracent un sillon à travers le lubrifiant 11 déposé sur le commutateur 5, et établissent un contact électrique avec 25 le segment de commutateur 10 à travers une mince couche ou pellicule de lubrifiant 11 Dans ce cas, le lubrifiant 11, même s'il est du type non conducteur, devient conducteur lorsqu'il ne forme qu'une mince pellicule, et ne provoque aucun problème dans la conductibilité électrique entre 30 le segment de commutateur 10 et les balais 6-1 et 6-2. En outre, le lubrifiant 11 qui a été rejeté lors de la formation des sillons par les balais 6-1 et 6-2 forme des stries sur chaque côté du chemin de glissement des balais 6-1 et 6-2, présentant un bon effet d'amortissement 35 en empêchant les balais 6-1 et 6-2 de sauter de la surface du commutateur d'une manière non désirée. 3 Avec cet agencement, aucun problème ne surgit aussi longtemps que les balais opposés 6-1 et 6-2 restent en vis-à-vis à la même position suivant la direction axiale Toutefois, si la position relative des balais 5 6-1 et 6-2 change suivant la direction axiale, comme représenté en tirets sur la figure 3, les sillons de lubrifiant 11 produits par les balais 6-1 et 6-2 sont décalés suivant la direction axiale, comme montré par les traits pleins et en tirets sur la figure Ceci provoque 10 la formation, par le balais 6-2, d'un sillon par creu- sement de la strie produite par le balai 6-1, ou vice- versa Il en résulte que la résistance de contact des balais 6-1 et 6-2 avec le commutateur 5 varie à chaque tour du moteur, ce qui provoque des fluctuations dans la 15 rotation du moteur. En outre, cet agencement exige une pression de balai suffisante de manière à provoquer l'établissement d'un sillon à travers la couche de lubrifiant Il par les bords aigus des parties de balais à contact glissant 6-l A 20 et 6-2 A. L'invention a pour but, surtout, de fournir un petit moteur électrique qui ne présente plus ou à un degré moindre, les inconvénients de l'art antérieur rappe- lés ci-dessus. 25 Selon l'invention, un petit moteur électrique comportant un aimant permanent, un rotor, un commutateur fixé sur un arbre rotatif du rotor et dont la surface de contact est revêtue d'un lubrifiant, et des balais pour établir un contact glissant avec ledit commutateur, est 30 caractérisé en ce que lesdits balais sont disposés selon un angle prédéterminé par rapport à la direction normale à l'arbre rotatif. La continuité du contact établi par les parties de contact glissant des balais est ainsi améliorée. 35 Le fonctionnement du moteur est amélioré par ré- duction des fluctuations de la rotation du moteur résul- 4 tant de l'amélioration de la continuité des contacts. Chaque balai peut comprendre une partie de con- tact glissant en une seule pièce et un bras de balai, la- dite partie de contact glissant étant coudée suivant un 5 angle déterminé par rapport à la direction normale dudit arbre rotatif. L'invention consiste, mises à part-les disposi- tions exposées précédemment, en certaines autres disposi- tions qui seront données ci-après dans la description 10 détaillée de modesde réalisation particuliers, mais non limitatifs, avec référence aux dessins annexés. La figure 1, de ces dessins, est une vue en coupe longitudinale d'un petit moteur électrique classique comportant un commutateur revêtu de lubrifiant, certaines 15 parties du moteur étant partiellement arrachées. La figure 2 est une coupe transversale à plus grande échelle du commutateur du moteur montrée sur la figure 1. La figure 3 est une vue en plan à plus grande 20 échelle du commutateur du moteur de la figure 1. La figure 4 A est une coupe longitudinale d'un petit moteur électrique conforme à l'invention, compor- tant un commutateur revêtu de lubrifiant, certaines parties du moteur étant partiellement arrachées. 25 La figure 4 B est une vue en élévation latérale à plus grande échelle, du commutateur du moteur de la figure 4 A. La figure 5 est une vue en élévation latérale des composant principaux d'un commutateur d'un autre mode 30 de réalisation de l'invention, à plus grande échelle. La figure 6 est une vue en élévation latérale à plus grande échelle des composants principaux d'un com- mutateur d'un autre mode de réalisation de l'invention. Les figures 7 A et 7 B sont des graphiques qui 35 permettent de comparer les fluctuations de la vitesse de rotation du moteur selon que le moteur est équipé d'un 5 commutateur de type classique revêtu de lubrifiant, ou d'un commutateur conforme au troisième mode de réalisation de l'invention. La figure 8, enfin, est un diagramme de la courbe 5 du taux de stabilité d'un moteur illustrant la rela- tion entre la stabilité de la vitesse de rotation du moteur et l'angle d'inclinaison O dubalai. L'invention concerne un petit moteur électrique du type décrit précédemment, c'est-à-dire un petit moteur 10 électrique comportant un commutateur *dont la surface est revêtue d'un lubrifiant Selon l'invention, les balais sont disposés selon un angle prédéterminé O par rapport à la direction normale (ou orthogonale) à l'arbre rota- tif du moteur. 15 Sur les figures 4 A à 6, qui aideront à expliquer la réalisation conforme à l'invention des balais du mo- teur, la référence numérique 1 désigne une partie impor- tante de l'enveloppe ; 2 désigne un aimant permanent cons- tituant le stator du moteur ; 3 désigne le rotor du mo- 20 teur ; 4 désigne un enroulement; 5 désigne un commutateur; 7 désigne un arbre rotatif ; 8-1 et 8-2 désignent les paliers ; 9 désigne une petit partie de l'enveloppe : 10 désigne un segment de commutateur , plusieurs de ces segments étant disposés sur la surface de contact du com- 25 mutateur 5 à des distances angulaires égales ; Il dési- gne un lubrifiant, de la graisse par exemple ; 12-1 et 12-2 désignent une paire de balais métalliques en une seule pièce dans le premier mode de réalisation de l'in- vention, comprenant des parties de contact glissant 12-l A 30 et 12-2 A sur lesquelles des bords aigus ont été formés par pliage longitudinal suivant une forme en V en section transversale, des bras de balais sont désignés par 12-l B et 12-2 B, et des bornes sont désignées par 12-1 C et 12-2 Crespectivement. Sur les figures 4 A et 4 B, seul un balai 12-1 et 35 la borne 12-2 C de l'autre balai 12-2, d'une paire de balais 12-1 et 12-2,ont été représentés Il convient de 6 noter qu'un seul côté de balai d'une paire de balais a été représenté dans les autres modes de réalisation qui seront décrits plus loin. L'aimant permanent 2 et le rotor 3 sont disposés 5 dans la partie importante 1 d'enveloppe L'enroulement ro- torique 4 est bobiné sur le rotor 3 Le commutateur 5 est fixé sur l'arbre rotatif 7 du rotor Sur le commutateur 5, les balais métalliques 12-1 et 12-2 sont disposés en vis-à-vis Les balais 12-1 et 12-2 établissent un contact 10 glissant avec le commutateur 5 au niveau des bords aigus de leurs partiesde contact glissant 12-1 A et 12-2 A Selon l'invention, l'une quelconque ou les deux parties de contact glissant 12-1 A et 12-2 A sont coudées suivant un angle prédéterminé e par rapport à la direction (X) nor- 15 male à l'arbre rotatif 7 du moteur (fig 4 B) Les deux extrémités de l'arbre rotatif 7 sont supportées en rota- tion aux centr Es de la partie importante d' enveloppe 1 et de la petite partie 9 qui recouvre l'extrémité ouverte de la partie importante 1, par l'intermédiaire de paliers 20 8-1 et 8-2 Le lubrifiant 11 est appliqué sur la surface de contact-du commutateur 5 avec laquelle les balais 12-1 et 12-2 entrent en contact. Sur la figure 5, la référence numérique 13 désigne un balai en forme de fourchette selon le second 25 mode de réalisation de l'invention, comportant des parties de contact glissant 13-1 A et 13-2 A et des bras de balai 13-1 B et 13-2 B, l'une des parties de contact glissant 13-1 A étant coudée selon un angle prédéterminé e par rap- port à la direction (X) normale à l'arbre rotatif 7. 30 Sur la figure 6, la référence numérique 14 dé- signe un balai en forme de fourchette, selon le troisième mode de réalisation de l'invention, ayant deux parties de contact glissant 14-1 A et 14-2 A qui sont coudées sui- vant un angle prédéterminé O par rapport à la direction (X) normale à l'arbre rotatif, et des bras de balai 14-1 B et 14-2 B. 7 Dans le premier mode de réalisation de l'in- vention, représenté sur les figures 4 A et 4 B, selon le- quel la partie de contact glissant 12-IA du balai en une seule pièce 12-1 est coudée selon un -angle prédéterminé 5 O par rapport à la direction (X) normale à l'arbre rota- tif, le bord aigu de la partie de contact glissant 12-l A du balai 12-1 établit un contact avec le commutateur 5 lorsque le moteur tourne, en creusant un sillon à travers la couche 11 de lubrifiant sur la surface du commutateur 10 de manière à former une rainure Comme représenté en trait plein sur la figure 4 B, cette rainure est relati- vement large en comparaison de celle formée par un balai de type classique, du fait que la partie de contact glissant 12-l A est inclinée axialement selon un angle prédé- 15 terminé. En conséquence, même lorsque le balai 12-2 (non représenté) situé en vis-à-vis du balai 12-1 est légèrement décalé latéralement, la rainure formée par le balai 12-2 concorde sensiblement avec celle formée 20 par le balais 12-1 Cela permet aux balais 12-1 et 12-2 d'établir un contact avec le commutateur 5 dans la même rainure, ce qui réduit les variations dans la résistance de contact et conduit à une rotation stabi- lisée du moteur. 25 De manière semblable, dans le second et dans le troisième modesde réalisation de l'invention, repré- sentés sur les figures 5 et 6, les variations dans la résistance de contact peuvent être réduites pour stabili- ser la rotation du moteur en inclinant l'une quelconque 30 ( 13-1 A sur la figure 5) des parties de contact glissant ou les deux parties ( 14-1 A et 14-2 A sur la figure 6) se- lon un angle prédéterminé dans la direction axiale. La description qui précède, du premier au troisième modes de réalisation, est relative à un balai 33 dont seulement la partie de contact glissant est coudée. Cependant, le balai peut être d'une construction telle 8 que la partie de contact glissant et le bras de balai soient tous deux inclinés ensemble, ou telle que la par- tie de contact glissant soit inclinée suivant la direc- tion opposée (vers la gauche selon la représentation des 5 figures). Les variations de la vitesse de rotation d'un moteur équipé de balais de type classique et d'un moteur équipé de balais conformes à l'invention vont maintenant être comparées. 10 La figure 7 A est un graphique illustrant les variations dans la vitesse de rotation d'un moteur com- portant un balai de type classique en forme de fourchette, ce moteur ayant fonctionné pendant 1,5 heure respectivement à ( 1) 3000 tours/minute, ( 2) 5000 tours/mrinute et 15 ( 3) 8000 tours/minute. La figure 7 B est un graphique illustrant les variations de la vitesse de rotation d'un moteur équipé de balais conformes au troisième mode de réalisation de l'invention, les parties de contact glissant du balai 20 étant inclinées selon un angle de 200, ce moteur ayant fonctionné pendant 1,5 heure à ( 1 ') 3000 tours/minute, ( 2 ') 5000 tours /minute et ( 3 ') 8000 tours/minute res- pectivement Sur ces deux figures, les ordonnées repré- sentent la vitesse de rotation du moteur exprimée en 25 tours/minute et les abscisses représentent le temps. Les deux graphiques révèlent que le moteur ayant des balais de type classique présente des maximums de variation dans la vitesse de rotation d'environ 1200 tours/minute lorsqu'il fonctionne à la vitesse ( 1), 30 d'environ 1300 tours/minute lorsqu'ils fonctionnent-à la vitesse ( 2), et d'environ 1500 tours/minute lorsqu'il fonctionne à la vitesse ( 3), tandis que le moteur équipé de balais conformes à l'invention montre, inva- riablement, des maximuxmsde variation dans sa vitesse de 35 rotation de faible amplitude, d'environ 500 tours/minute, que le moteur fonctionne à la vitesse ( 1 '), ( 2 ') ou ( 3 '). 9 En se reportant à la figure 8, on va mainte- nant décrire la relation existant entre l'angle d'incli- naison e du balai et le taux de stabilité en ce qui con- cerne les variations de la vitesse de rotation du moteur. 5 Le taux de stabilité utilisé ici est défini de la manière suivante Vitesse prévue f Variation de la I Taux de \ tde rotation (n)j vitesse prévue (àn)I f Tauxde _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 10 tstabilité. Vitesse prévue de rotation (n. La courbe du taux de stabilité a été établie en déterminant expérimentalement la vitesse de rotation d'un moteur pour divers angles d'inclinaison O du balai 15 de ce moteur. Les résultats montrent que le taux de stabilité d'un moteur augmente rapidement pour des valeurs de O au voisinage de 50, atteint sensiblement un palier de saturation au voisinage de 150, ce palier de saturation se 20 maintenant jusqu'à environ 30 ; au-delà de 300, le taux de stabilité diminue rapidement. Comme expliqué ci-dessus, l'invention permet pratiquement d'éliminer les variations de la vitesse de rotation du moteur et de stabiliser le fonctionnement du 25 moteur du fait que les bords des parties de contact glis- sant creusent, à travers la couche de lubrifiant prévue sur la surface du commutateur, un sillon formant une rainure suffisamment large pour permettre au balai d'établir un contact avec la surface du commutateur 30 même lorsque les balais en vis-à-vis subissent un déca- lage latéral. Avantageusement, l'angle O est situé dans un inter- valle allant approximativement de 50 à 300 et, de préfé- rence, dans un intervalle allant approximativement de 35 15 à 300. REVENDICATIONS 1 Petit moteur électrique comportant un aimant permanent ( 2), un rotor ( 3), un commutateur ( 5) fixé sur un arbre rotatif ( 7) du rotor et dont la surface de contact 5 est revêtue d'un lubrifiant ( 11) et dés balais pour éta- blir un contact glissant avec ledit commutateur, caracté- risé en ce que lesdits balais ( 12-1, 12-2 ; 13-; 14) sont disposés selon un angle prédéterminé ( 6) par rapport à la direction (X) normale à l'arbre rotatif. 10 2 Petit moteur électrique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que chacun des balais comprend une partie de contact glissant en une seule pièce et un bras de balai, ladite partie de contact glissant étant coudée suivant un angle prédéterminé (a) par rapport à 15 la direction (X) normale audit arbre rotatif ( 7). 3 Petit moteur électrique selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que chacun des balais comprend une pluralité de parties de contact glissant en forme de fourchette et des bras de balais, l'une au moins des par- 20 ties de contact glissant étant coudée suivant un angle prédéterminé ( 0) par rapport à la direction (X) normale audit arbre rotatif. 4 Petit moteur électrique selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que toutes les parties de 25 contact glissant sont coudées suivant un angle prédéter- miné ( 0) par rapport à la direction (X) normale à l'arbre rotatif. 5 Petit moteur électrique selon l'une quelcon- que des revendications 1 A 4, caractérisé en ce que ledit 30 angle prédéterminé ( 8) est situé dans un intervalle allant approximativenmnt de 5 à 300. 6 Petit moteur électrique selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que ledit angle prédéterminé (O) est situé dans un intervalle allant approximativement 35 de 15 à 30 .