Brevet FR2579030A1 — publié le 19860919

SYSTEME DE BALAIS POUR DES MOTEURS MINIATURES La présente invention concerne de façon générale un système de balais pour des moteurs miniatures, et elle porte en particulier sur un système de balais pour des moteurs miniatures comportant une paire de balais ayant chacun des frotteurs, constitués par des bandes de métal conductrices de l'électricité, destinés à établir un con- tact glissant avec un collecteur de moteur, dans lequel chaque frotteur est plié de façon à avoir une section transversale en V; et des extrémités des pieds des frot- teurs en V sont prévues de façon à établir un contact glissant avec le collecteur. Dans un moteur électrique dans lequel le courant est amené aux enroulements de rotor par l'intermédiaire de balais, il est généralement d'une importance capitale de stabiliser l'état du contact entre un collecteur connecté aux enroulements du rotor et les balais. Si les balais et le collecteur sont maintenus dans un état de contact instable, l'alimentation en courant des enroulements du rotor devient instable et, en outre, des bruits électri- ques ou des étincelles parasites peuvent apparaître, ce qui provoque une forte abrasion du collecteur comme des balais et réduit la durée de vie du moteur dans les cas extrêmes. Des balais métalliques, tels que ceux représentés sur ies figures 7(A), 7(B) et les figures 8(A), 8(B), sont bien connus dans l'art antérieur en tant que balais prévus pour l'utilisation dans des moteurs miniatures. Sur les figures 7(A), 7(B) et les figures 8(A), 8(B), une embase de balai 3 est supportée par exemple par un flasque de boltierde moteur (non représenté), et des frotteurs 1 sont conçus de façon à établir un contact glissant avec un collecteur 4, dans un état dans lequel des lames de balai 2 sont courbées vers le collecteur 4. On peut améliorer le contact glissant entre les frotteurs 1 et le collecteur 4 en augmentant la force d'application des frotteurs 1 contre le collecteur 4. (Il n'est cependant pas souhaitable d'augmenter excessivement la pression des balais, du fait que ceci pourrait provoquer une abrasion mécanique.) Du fait qu'on peut obtenir la pression des balais par l'élas- ticité des lames de balais 2 courbées, on peut augmenter dans une certaine mesure la pression des balais en augmen- tant le degré de courbure, mais pas jusqu'à un point dépas- sant la limite élastique des lames de balais 2. Par conse- quent, on a envisagé d'augmenter la pression des balais par unité d'aire en réduisant l'aire de contact des frotteurs 1 sur le commutateur 4, par l'utilisation d'un système de balais du type représenté sur les figures 7(A), 7(B) et les figures 8(A), 8(B). Un exemple-de système de balais de type classique représenté sur la figure 7(A) comporte des frot- teurs 1 ayant chacun une section transversale en forme de V, de façon que les arêtes 1A, 1A et 1A des frotteurs 1 en forme de V viennent en contact avec le collecteur 4. Le balai de type classique qui est représenté sur la figure 7(A) présente l'inconvénient suivant. Du fait que les arê- tes 1A sont formées en pliant les frotteurs 1, les parties pliées, c'està-dire les arêtes 1A, ont tendance à être arrondies dans une certaine mesure. On applique générale- ment un lubrifiant tel que de la graisse sur la surface du collecteur 4. Avec le système de balais de type classique représenté sur la figure 7(A), si les arêtes 1A ont une forme arrondie, elles ne peuvent pas chasser complètement le lubrifiant, ce qui entraîne une dégradation du contact entre les balais et le collecteur à cause du lubrifiant qui adhère aux balais. Un autre exemple du système de balais de type classique, représenté sur la figure 7(B), comporte des frotteurs 1 qui sont vrillés de façon que les bords lB, 1B et 1B des frotteurs 1 puissent établir un contact effectif avec le collecteur 4 et de façon que le lubri- fiant du collecteur puisse être complètement chassé. Le système de balais représenté sur la figure 7(B) présente cependant un défaut qui consiste en ce qu'il ne peut pas assurer un contact stable, à cause de l'angle d'inclinai- son erratique des frotteurs 1. Un autre exemple encore du système de balais de type classique, représenté sur les figure 8(A) et 8(B), présente également le défaut suivant. Dans cet exemple, on plie les frotteurs 1 de façon à former des arêtes corres- pondant à une section transversale en V, comme dans le cas de l'exemple représenté sur la figure 7(A). Ceci tend à arrondir quelque peu les arêtes. De façon générale, une poussière d'abrasion 6 produite par le contact glissant entre les frotteurs 1 et le collecteur 4 tend à adhérer sur la surface du collecteur 4. Dans l'exemple représenté sur les figures 8(A) et 8(B), si les frotteurs 1 ont une forme arrondie, ils ne peuvent pas chasser de façon satis- faisante la poussière d'abrasion 6, ce qui entraîne une dégradation du contact avec le collecteur 4. Pour résoudre ces problèmes, on a envisagé d'ali- gner les positions de contact des frotteurs opposés 1 et 1 avec le collecteur 4, pour faciliter l'enlèvement de la poussière d'abrasion. Il est cependant difficile d'aligner les frotteurs 1 et 1 pendant l'opération de montage du sys- tème de balais dans des moteurs miniatures dans une chaîne de fabrication en grande série, du fait que l'un ou l'autre des frotteurs 1 et 1 tend à présenter un décalage latéral, comme l'indiquent les lignes en pointillés sur la figure 8(B). Le premier but de l'invention est de procurer un système de balais pour-des moteurs miniatures qui assure un contact stable avec le collecteur en résolvant les pro- blêmes ci-dessus. Le second but de l'invention est de procurer un système de balais pour des moteurs miniatures qui permette d'augmenter la durée de vie du moteur en diminuant l'usure du collecteur. Dans ce but, le système de balais pour moteurs miniatures de l'invention comprend une paire de balais comportant des frotteurs, constitués par des bandes de métal conductrices de l'électricité, qui sont destinés à établir un contact avec le collecteur du moteur miniatu- re, ces frotteurs étant pliés de façon à avoir une section transversale en forme de V; et les pieds des frotteurs en forme de V sont prévus de façon à établir le contact avec le collecteur. Le troisième but de l'invention est de procurer un système de balais pour moteurs miniatures, dans lequel les positions de contact glissant des frotteurs de la paire de balais sont mutuellement séparées par une distance pré- déterminée dans la direction axiale du collecteur. Le quatrième but de l'invention est de procurer un système de balais pour moteurs miniatures dans lequel les frotteurs soient disposés dans un état incliné dans la direction axiale de l'arbre tournant, sous un angle prédé- terminé par rapport à la direction tangentielle de la sur- face du collecteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1(A) est un schéma représentant le pre- mier mode de réalisation de l'invention, La figure 2 est un schéma représentant le second mode de réalisation de l'invention. La figure 3(A) est un graphique représentant les résultats expérimentaux concernant les bruits électriques pour un système de balais classique pour moteurs miniatures. La figure 3(B) est un graphique représentant les résultats expérimentaux concernant les bruits électriques pour le système de balais de l'invention, La figure 4 est une vue en perspective du troi- sième mode de réalisation de l'invention, La figure 5 est un schéma représentant l'état dans lequel le balai de l'invention établit le contact avec le collecteur, Les figures 6(A) et 6(B) sont des graphiques représentant les résultats expérimentaux concernant les bruits électriques dans des moteurs miniatures, Les figures 7(A) et 7(B) sont des représenta- tions en perspective montrant des balais de type classique utilisés dans un système de balais pour moteurs miniatures, et Les figures 8(A) et 8(B) sont des schémas utiles à l'explication des systèmes de balais classiques respec- tifs pour des moteurs miniatures. Sur les figures, la référence 1 désigne un frot- teur; la référence 1' désigne un pied du frotteur 1; la référence 2 désigne une lame de balai; la référence 3 désigne une embase de balai; la référence 4 désigne un collecteur; la référence S désigne un arbre de moteur; la référence 6 désigne de la poussière d'abrasion; et la référence 7 désigne de la graisse. Le balai du premier mode de réalisation de l'in- vention, représenté sur la figure 1, a une structure dans laquelle on a donné au frotteur 1 une section transversale en forme de V, avec les pieds 1', 1',... du frotteur en V 1 prévus de façon à établir un contact glissant avec le collecteur 4. Dans le balai utilisé dans l'invention, l'embase de balai 3 est supportée par exemple par un flasque deboitier de moteur (non représenté), dans un état dans lequel la lame de balai 2, formée d'un seul tenant avec le frotteur 1, est courbée. Par conséquent, le frotteur 1 vient en contact avec le collecteur dans un état dans lequel le frotteur 1 est appliqué contre le collecteur 4 par la force élastique produite par la lame de balai 2 courbée. On peut assurer un contact ferme et stable entre les frotteurs 1, 1 et 1 et le collecteur, du fait que les deux pieds 1' et 1' du frotteur 1 viennent en contact de façon sûre avec le collecteur 4. En outre, les pieds 1', 1'... du frotteur 1 ayant des bords vifs facilitent l'enlèvement du lubrifiant du collecteur, comme il a été indiqué au début de la présente description, ce qui con- duit à un meilleur contact entre les balais et le collec- teur, et à une conductivité stable. Bien qu'un seul balai soit représenté sur la figure 1, un autre balai est évidemment monté de la même manière dans la position opposée par rapport au collecteur 4, comme le montre la figure 2. On va maintenant décrire la configuration d'une - paire de balais dans le second mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 2. Dans le second mode de réalisation de l'invention, les positions relatives d'une paire de balais dans la direction axiale du collec- teur 4 sont telles que les frotteurs 1, 1 et 1, séparés par une distance D sont décalés axialement d'une distance pré- déterminée d, comme le montre la figure 2. Avec cette con- figuration, les chemins dans lesquels les paires de balais glissent sur le collecteur 4 peuvent être complètement entrelacés, comme le montrent des lignes en pointillés sur la figure 2. Ceci se traduit par une usure réduite du col- lecteur par le contact glissant des balais, ce qui conduit à une durée de vie accrue du moteur. Comme décrit ci-dessus, l'invention permet de stabiliser l'état du contact entre les balais et le collec- teur, ce qui réduit considérablement les bruits électriques produits par le contact glissant entre les balais et le collecteur, comme le montrent les figures 3(A) et 3(B), et réduit les fluctuations des bruits électriques même lorsque le moteur fonctionne de façon continue pendant plusieurs heures. Les figures 3(A) et 3(B) montrent les résultats de mesures effectuées par la demanderesse en ce qui concerne les variations des bruits électriques en fonction du temps. La figure 3(A) montre les résultats de mesure des bruits électriques dans un moteur miniature comportant un système de balais de type classique, et la figure 3(B) mon- tre les résultats de mesure des bruits électriques dans un moteur miniature comportant un système de balais conforme à l'invention. Sur les figures 3(A) et 3(B), le temps écoulé est porté en abscisse et la valeur du bruit électrique (dBp) est portée en ordonnées. Dans le troisième mode de réalisation de l'inven- tion, le système de balais a une structure dans laquelle le frotteur 1 présente une section transversale en forme de V et est plié de façon à former un angle prédéterminé (indi- qué par la flèche g sur la figure 5, qu'on décrira ulté- rieurement) par rapport à la direction dans laquelle s'étend la lame de balai 2, de façon que les pieds 1', 1',... du frotteur en forme de V, 1, établissent un con- tact avec le collecteur 4. Le balai utilisé dans le troi- sième mode de réalisation de l'invention est supporté par exemple par un flasque de boîtier de moteur (non représenté), dans un état dans lequel la lame de balai 2, formée d'un seul tenant avec le frotteur 1 est courbée, comme dans les premier et second modes de réalisation. Par conséquent, le frotteur 1 établit un contact avec le collecteur 4 dans un état dans lequel ce frotteur 1 est appliqué contre le col- lecteur 4 par la force élastique exercée par la lame de balai 2 légèrement courbée. On peut assurer un contact ferme et stable entre les frotteurs 1, 1 et 1 et le collec- teur, du fait que les deux pieds 1' et 1' du frotteur 1 viennent en contact de façon sûre avec le collecteur 4. En outre, les pieds 1', 1',... du frotteur i ayant des bords vifs facilitent l'enlèvement du lubrifiant du collecteur, comme il a été indiqué au début de la présente description, ce qui conduit à un meilleur contact entre les balais et le collecteur, et à une conductivité stable. On va maintenant procéder à une description plus détaillée, en se référant à la figure 5. La figure 5 montre une vue en plan d'un balai à un seul frotteur, pour faciliter la description. Du fait que le frotteur 1 du balai à un seul frotteur est incliné dans la direction axiale de l'arbre tournant, sous un angle prédéterminé g par rapport à la direction tangentielle du collecteur 4, le pied 1' du frotteur 1 établit un contact glissant avec le collecteur 4 pendant la rotation du moteur, tout en enlevant par frottement la poussière d'abrasion 6 qui se trouve sur la surface du collecteur, de façon à for- mer une région (indiquée par la flèche H sur la figure) dans laquelle il n'y a pas de poussière d'abrasion 6. La région H a une largeur suffisante, comme l'indiquent les lignes en pointillés sur la figure 5, du fait que le frot- teur 1 est incliné d'un angle prédéterminé G par rapport au collecteur 4. Bien que ceci ne soit pas représenté sur la figure, un autre balai placé à la position opposée produit également une région dans laquelle il n'y a pas de poussiè- re d'abrasion. Même lorsque l'autre balai est légèrement décalé dans la direction axiale du collecteur, la région exempte de poussière d'abrasion qui est produite par l'autre balai concorde pratiquement avec la région H qui est produite par le pied 1' du frotteur 1 représenté sur la figure 5. Il en résulte que le frotteur 1 vient presque toujours en contact avec le collecteur 4 à l'intérieur de la région ne contenant pas de poussière d'abrasion. Ceci réduit les fluctuations de la résistance de contact, ce qui conduit à une rotation stable du moteur. Dans ce qui précède, on a décrit l'état de con- tact glissant entre le frotteur 1 et le collecteur 4 con- formément à l'invention, pour un balai à un seul frotteur, comme il est représenté sur la figure 5. Les mêmes considé- rations s'appliquent à- un balai en forme de fourche compor- tant plusieurs frotteurs 1, comme celui représenté sur la figure 4. Dans le mode de réalisation qui est représenté sur la figure 4, les trois frotteurs 1 sont tous inclinés par rapport aux lames de balai 2. L'invention n'est cepen- dant pas limitée à cette configuration. De façon générale, on peut obtenir presque le même effet en inclinant seule- ment l'un au moins des différents frotteurs 1. Comme décrit ci-dessus, l'invention permet de stabiliser l'état du contact entre les balais et le collec- teur, ce qui réduit considérablement les bruits électriques produits par le contact glissant entre les balais et le collecteur, comme le montrent les figures 3(A) et 3(B), et réduit les fluctuations des bruits électriques, même lors- que le moteur fonctionne de façon continue pendant plu- sieurs heures. Les figures 6(A) et 6(B) montrent les résul- tats de mesures effectuées par la demanderesse concernant les variations des bruits électriques en fonction du temps. La figure 6(A) montre les résultats de mesure des bruits électriques dans un moteur miniature ayant le système de balais du premier mode de réalisation, représenté sur la figure 1, et la figure 6(B) montre les résultats de mesure des bruits électriques dans un moteur miniature ayant le système de balais du troisième mode de réalisation, repré- senté sur la figure 4. Sur les figures 6(A) et 6(B), le temps écoulé est représenté en abscisse et la valeur du bruit électrique (dBp) est représentée en ordonnées. Comme décrit ci-dessus, l'invention permet d'assurer un contact stable entre les balais et le collec- teur, ce qui stabilise l'application d'énergie aux enroule- ments du rotor et réduit les bruits électriques parasites. En outre, en réduisant l'usure du collecteur, l'invention peut contribuer considérablement à augmenter la durée de vie du moteur. De plus, avec la configuration dans laquelle les pieds des frotteurs chassent la poussière d'abrasion de la surface du collecteur, ce qui produit une région large exempte de poussière d'abrasion, l'invention permet de maintenir un bon contact entre les balais et le collecteur, même lorsque les balais opposés sont légèrement décalés dans la direction axiale du collecteur. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système de balais pour des moteurs miniatures, comprenant une paire de balais ayant des frotteurs (1) for- més par des bandes de métal conductrices de l'électricité, destinés à établir un contact glissant avec un collecteur (4) de moteur, caractérisé en ce que l'un au moins des frotteurs (1) a une section transversale en forme de V; et les pieds (1') de ce frotteur en forme de V (1) sont prévus pour établir un contact glissant avec le collecteur (4). 2. Système de balais pour moteurs miniatures selon la revendication 1, caractérisé en ce que les posi- tions de contact glissant des frotteurs (1) de la paire de balais sont mutuellement séparées par une distance prédé- terminée dans la direction axiale du collecteur (4). 3. Système de balais pour moteurs miniatures selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pieds (1') du frotteur en forme de V (1) destinés à établir un contact glissant avec le collecteur (4) sont inclinés dans la direction axiale de l'arbre tournant (5) du moteur, sous un angle prédéterminé (O) par rapport à la direction tangentielle de la surface du collecteur (4).