Brevet FR2589638A1 — publié le 19870507

"Porte-balais pour machine tournante électrique à collecteur" La présente invention concerne un porte-balais pour machine tournante électrique à collecteur, notamment à collecteur du type "tambour". Plus particulièrement, cette invention perfectionne les portebalais qui comportent des moyens pour le logement et le guidage en coulissement de deux ou plusieurs balais poussés contre le collecteur par des ressorts de type spiral, chaque ressort comportant une partie extérieure appliquée contre le balai associé et une partie enroulée en spires autour d'un axe décalé latéralement par rapport au balai associé, cette dernière partie possédant une spire accrochée- sur un organe de retenue, lié au corps du porte-balais. Dans les réalisations actuelles de ce genre, qui possèdent par exemple des ressorts en forme de lame plate enroulée en spirale, avec la spire la plus intérieure amarrée sur un organe de retenue solidaire du corps du porte-balais, il n'existe aucune possibilité de réglage initial individuel de la tension de chaque ressort, donc de la force de poussée exercée par chaque ressort sur le balai associé, force qui correspond évidemment à l'effort de pression du balai sur le collecteur. En raison d'une part des écarts existant habituellement entre les caractéristiques mécaniques des ressorts (écarts de force pouvant atteindre + 15 %), et d'autre part des tolérances dimensionnelles sur les longueurs des balais, les positions d'axes et autres cotes, I'absence de possibilité de réglage est la cause de déséquilibre entre les balais.Ces déséquilibres sont néfastes pour la commutation, la puissance et la longévité des machines tournantes électriques. Les augmentations de puissance de ces machines et de pression des balais, actuellement souhaitées, rendent ce problème encore plus aigu. La présente invention vise à éliminer les inconvénients précédemment exposés, en fournissant un porte-balais permettant un réglage initial individuel de chaque balai, et procurant en conséquence des pressions sensiblement équilibrées, ceci par un dispositif de réglage simple, sûr et peu encombrant. A cet effet, dans le porte-balais pour machine tournante électrique à collecteur selon l'invention, L'organe de retenue du ressort spiral est monté tournant autour de son axe dans le corps du porte-balais, et des moyens sont prévus pour immobiliser cet organe de retenue dans une position angulaire choisie, correspondant à une force de poussée désirée du ressort sur le balai associé. Ainsi, la tension de chaque ressort peut être réglée lors du montage, pour ajuster la force de pression du balai sur le collecteur et compenser de cette manière les variations dues à la géométrie et aux écarts de caractéristiques mécaniques des ressorts. On peut par conséquent obtenir des pressions sensiblement identiques, sur le collecteur, de tous les balais montés sur un même porte-balais, donc un montage d'ensemble équilibré. Le dispositif de réglage, qui est associé à l'organe de retenue du ressort prévu ici tournant, est peu encombrant et s'inscrit pratiquement dans le volume du corps du porte-balais. Dans le cas d'un porte-balais dont le corps est formé par la réunion de deux flasques annulaires, l'organe de retenue de chaque ressort spiral est avantageusement monté tournant, avec possibilité d'immobilisation en rotation, dans des alésages coaxiaux qui traversent des bossages appartenant respectivement aux deux flasques. Cet organe de retenue est constitué, dans une forme de réalisation particulière, par un axe creux fendu longitudinale ment et monté tournant, la spire la plus intérieure du ressort spiral comportant un bec d'accrochage introduit dans la fente de l'axe. Après avoir réglé la position angulaire de cet axe fendu, ou autre organe de retenue similaire, pour obtenir la force de poussée désirée sur le balai, il convient d'immobiliser en rotation l'organe de retenue sur le corps du porte-balais, dans la position angulaire jugée convenable, afin de maintenir le couple de tension imprimé initialement au ressort. Selon une première forme de réalisation, les moyens pour l'immobilisation, dans la position angulaire choisie1 de l'organe de retenue de chaque ressort spiral sont constitués, d'une part, par une roue liée en rotation avec ledit organe et pourvue d'une denture sur au moins une partie de sa périphérie, et d'autre part, par des dents ou crans complémentaires de la denture précitée et formés sur le corps du porte-balais, l'organe de retenue du ressort étant monté non seulement tournant mais encore mobile en translation suivant son axe dans le corps du porte-balais, de telle sorte que son mouvement de translation dans un sens provoque l'entrée en prise de la denture de sa roue avec les dents ou crans complémentaires formés sur le corps du porte-balais.La roue dentée peut être située en avant du corps du porte-balais, les dents ou crans complémen taires étant formés sur un bossage extérieur de ce corps ; le bossage présente par exemple une forme annulaire, pour délimiter un logement circulaire dans lequel prend finalement place la roue dentée. Le processus de réglage est dans ce cas le suivant : dans un premier temps, la roue dentée se trouvant encore à l'extérieur de son logement, on ajuste la tension du ressort en faisant tourner cette roue avec l'organe sur lequel elle est montée ; ensuite, on déplace axialement l'organe de retenue du ressort avec la roue dentée, qui vient se verrouiller dans son logement. Un verrouillage complémentaire peut être obtenu en prévoyant que l'un des alésages, dans lequel est monté tournant l'organe de retenue du ressort, présente une partie cylindrique prolongée par une partie légérement conique, dans laquelle une extrémité de l'organe de retenue est enfoncée à force lors du mouvement de translation faisant entrer la roue dentée en prise avec les dents ou crans complémentaires. Une éventuelle pièce auxiliaire, telle qu'un capot extérieur, peut assurer un arrêt positif de l'organe de retenue dans le sens axial après le réglage, pour une sécurité maximale. Dans une autre forme de réalisation, les moyens pour l'immobilisation, dans la position angulaire choisie, de l'organe de retenue de chaque ressort spiral sont constitués, d'une part, par une roue liée en rotation avec ledit organe et pourvue d'une denture ou d'un moletage sur au moins une partie de sa périphérie, et d'autre part, par un élément monté sur le corps du porte-balais et pressé élastiquement contre la denture ou le moletage de la roue. Cette variante de l'invention, utilisant un genre de mécanisme à cliquet, rend inutile tout déplacement axial de l'organe de retenue du ressort pour l'obtention finale du verrouillage de cet organe dans la position angulaire correspondant à la force de pression désirée. L'élément pressé élastiquement contre la denture ou le moletage de la roue peut être un simple petit ressort en forme de lame pliée en "V", dont une branche est positionnée dans un logement du corps du portebalais et dont l'autre branche coopère avec la denture ou le moletage. Pour faciliter la mise en place de la roue dentée ou moletée, celle-ci présente avantageusement, sur un secteur de sa périphérie, une encoche interrompant la denture ou le moletage ; L'encoche est mise en correspondance avec l'élément pressé élastiquement tel que ressort, lors de la mise en place de la roue. Dans tous les cas, I'utilisation d'un axe fendu, comme organe de retenue du ressort spiral, permet un montage simple de la roue dentée ou moletée, celle-ci comportant dans sa région centrale un ergot d'entraînement introduit dans la fente de l'axe. La conformation fendue de cet axe autorise aussi sa manoeuvre aisée au moyen d'un outil adapté du genre "clé", actionné manuellement ou mécaniquement, pour procéder au réglage initial de tension du ressort spiral. Bien entendu, I'axe fendu possède au moins une extrémité accessible depuis l'extérieur du portebalais, pour permettre sa manoeuvre à l'aide de l'outil. De toute façon, I'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de ce porte-balais pour machine tournante électrique à collecteur : Figure 1 est une vue partielle, en coupe passant par l'axe, d'une machine tournante électrique avec porte-balais conforme à une première forme d'exécution de la présente invention Figure 2 est une vue partielle en coupe du porte-balais de figure 1, montrant le dispositif de réglage de pression d'un balai, dans une position particulière ; Figure 3 est une vue en bout partielle de ce porte-balais, montrant également le dispositif de réglage de pression associé à l'un des balais;; Figure 4 est une vue analogue à figure 3, mais relative à une deuxième forme d'exécution de l'invention, le dispositif de réglage de pression étant représenté dans une position particulière Figure 5 est une vue similaire à figure 4, mais indiquant une autre position du dispositif de réglage Figure 6 es une vue partielle en coupe du porte-balais de la deuxième forme d'exécution, suivant VI-VI de figure 4. La figure 1 montre partiellement une machine tournante électrique, du côté comportant le collecteur, sous la forme d'une vue en coupe passant par l'axe général 1 de la machine. De manière classique, le stator comprend des pôles 2 entourés de bobines inductrices 3, I'ensemble étant logé et maintenu sous une culasse 4 ; le rotor 5 comprend l'induit 6 et un collecteur 7 du type "tambour", calés sur un arbre 8 monté tournant dans des paliers 9 dont l'un seulement est visible. Le porte-balais 10, faisant l'objet de l'invention, est monté sous la culasse 4 autour du collecteur 7, ce porte-balais 10 servant de logement et de guide par exemple pour quatre balais 11 disposés à intervalles angulaires de 9 OC. Le porte-balais 10, également représenté aux figures 2 et 3, est constitué par la réunion de deux flasques annulaires 12 et 13 réalisés en une matière électriquement isolante. Le premier flasque annulaire 12 comporte, sur sa face tournée vers le second flasque 13, des paires de parois 14,15 parallèles entre elles et perpendiculaires à ce flasque 12. Chaque paire de parois parallèles 14,15 constitue une glissière pour un balai 1 1 logé entre les deux parois 14 et 15, la glissière permettant un déplacement du balai 11 dans une direction radiale relativement à l'axe 1 et au collecteur 7. Le second flasque annulaire 13 du porte-balais 10, positionné sur le premier flasque 12 par des moyens d'indexation non représentés, ferme chaque glissière 14,15 pour constituer la cage complète de chaque balai 11. Chaque balai 11 est poussé élastiquement contre le collecteur 7 au moyen d'un ressort spiral plat 16. Le ressort spiral 16 comporte une partie principale 1 6a enroulée en plusieurs spires autour d'un axe 17 décalé latéralement par rapport à la cage du balai Il correspondant, l'axe 17 étant parallèle à l'axe général 1 de la machine. La spire la plus extérieure du ressort spiral 16 se prolonge par une partie incurvée 16b cintrée en sens inverse et appliquée contre la face postérieure du balai 11, de manière à exercer sur ce balai Il une force de poussée F, correspondant à la force de pression du balai 1 1 sur le collecteur 7. Dans la région traversée par l'axe 17, les deux flasques annulaires 12 et 13 comportent des bossages respectifs 12a et 13a, centrés sur l'axe 17 et se faisant face, qui présentent des alésages coaxiaux. Un axe creux fendu longitudinalement 18 est monté initialement mobile en rotation et en translation dans les alésages des deux bossages 12a et 13a, cet axe fendu 18 pouvant être une goupille élastique du commerce. Le ressort spiral 16 est calé en direction axiale entre les deux bossages 12a et 13a. La spire la plus intérieure de ce ressort spiral 16 comporte un bec d'accrochage plié vers l'intérieur et introduit dans la fente 18a de l'axe 18. L'axe fendu 18 possède une extrémité située en avant du second flasque annulaire 13, sur laquelle est montée une roue dentée 19 comportant dans sa région centrale un ergot d'entraînement 19a, introduit dans la fente 18a de l'axe 18. Sur la face extérieure du second flasque annulaire 13 est formé un autre bossage 13b, de forme annulaire et centré lui aussi sur l'axe 17. Le bossage 13b délimite ainsi un logement circulaire, dans lequel prend place finalement la roue dentée 19. Ce logement possède à sa périphérie une denture intérieure 20, complémentaire de la denture 19b de la roue 19. Au montage, dans un premier temps illustré par la figure 2, la position de l'axe fendu 18 est telle que la roue dentée 19, portée par cet axe, reste à l'extérieur du logement destiné à la recevoir. La tension du ressort spiral 16 peut alors être réglée en amenant l'axe fendu 18, donc une extrémité du ressort 16, dans la position angulaire désirée. Le réglage est réalisable à l'aide d'un outil simple coopérant avec l'axe fendu 18 et/ou avec la roue dentée 19. Une fois ce réglage effectué, on enfonce davantage l'axe fendu 18 dans les alésages des bossages 1 2a et 13a, tandis que la roue dentée 19 est poussée dans le logement délimité par le bossage annulaire 13b, et verrouillée par la coopération de sa denture 19b avec la denture intérieure 20. L'alésage du bossage 12a présente avantageusement une partie cylindrique, se prolongeant par une partie légèrement conique, où l'extré- mité de l'axe fendu 18 pourra être enfoncée à force afin d'assurer sa retenue en direction axiale. La position finale de l'axe fendu 18 et de la roue dentée 19 est indiquée sur la figure 1. On règle ainsi selon la position angulaire de la roue dentée 19 immobilisée dans la denture 20, le couple de tension du ressort spiral 16 et, en conséquence, la force F de pression de la partie 16b de ce ressort sur le balai 11. La même opération de réglage étant réalisée individuellement sur tous les balais 11, on peut équilibrer sensiblement les pressions exercées par les quatre balais 11 sur le collecteur 7, en compensant les tolérances dimensionnelles et aussi les écarts de force want existerWun ressort à-un- autre. La - finesse du réglage correspond, évidemment, à l'intervalle de position angulaire entre deux dents consécutives de la roue 19 ou de la denture 20, et cette finesse est d'autant plus grande que les dents sont petites. Les figures 4 à 6, relatives à une autre forme d'exécution de l'invention, montrent partiellement le porte-balais 10 dans la région de l'un des balais 11. Ce porte-balais 10 est toujours formé par la réunion de deux flasques annulaires 12 et 13, dont le premier comporte des paires de parois 14,15 pour le guidage des balais 11. Le second flasque annulaire 13 est supposé retiré sur les figures 4 et 5, de manière à montrer le ressort spiral 16, similaire à celui de la première forme d'exécution et également accroché, par une extrémité, à un axe fendu 18 qui tourillonne dans des alésages de bossages respectifs 12a et 13a des deux flasques 12 et 13. L'axe fendu 18 porte ici une roue dentée 21 qui est montée entre le ressort spiral 16 et l'un des flasques 12, la roue dentée 21 comportant toujours dans sa région centrale un ergot d'entraînement 21a, introduit dans la fente 18a de l'axe 18. Cette roue dentée 21 peut être placée à l'intérieur d'un logement circulaire 12b de faible profondeur, creusé dans la face interne du flasque 12 concentriquement à l'axe 17. Un autre logement 12c ménagé dans le flasque 12, en dehors de l'axe 17, reçoit un ressort 22 en forme de lame pliée en "V", avec deux branches inégales 22a et 22b. La branche la plus longue 22a assure le positionnement du ressort sur le flasque 12. La branche la plus courte 22b, ayant tendance à s'écarter de la branche 22a, coopère par son extrémité libre avec la denture 21b de la roue 21, à la manière d'un cliquet. La roue dentée 21 présente sur un secteur de sa périphérie, une encoche 21c interrompant sa denture 21b. Comme le montre la figure 4, l'encoche 21c facilite la mise en place de la roue dentée 21 dans son logement 12b, cette mise en place étant effectuée en faisant correspondre la position de l'encoche 21c avec celle du ressort 22. La mise en tension du ressort spiral 16 est réalisée à l'aide d'un outil coopérant avec une extrémité de l'axe fendu 18 située à l'extérieur du porte-balais 10. Le ressort en "V" 22 autorise la rotation de la roue dentée 21, donc de l'axe fendu 18, dans le sens correspondant à la mise en tension du ressort spiral 16. Lorsque la tension désirée est atteinte, on cesse toute action extérieure sur l'axe fendu 18, et celui-ci se trouve alors arrêté en rotation par la coopération du ressort 22 avec la denture 21 b de la roue 21, qui est empêchée de revenir en arrière. On comprend que cette deuxième forme d'exécution supprime toute nécessité de déplacement axial de l'axe fendu 18 et de la roue dentée 21, pour procéder au réglage de tension du ressort spiral 16 et à l'arrêt de l'axe 18 dans la position angulaire choisie. Dans l'une ou l'autre des formes d'exécution décrites, I'axe fendu 18 est manoeuvrable au moyen d'un outil manuel ou d'un outil mécanisé. On utilise avantageusement un outil, tel que clé, de type dyna mométrique donc permettant d'imprimer à l'axe 18 un couple de rotation prédéterminé, correspondant à la valeur désirée de la force de pression F des balais 11. L'invention est applicable à toutes machines tournantes électriques à collecteur, plus particulièrement les machines de relativement petites dimensions, qu'il s'agisse de machines motrices ou génératrices. Un domaine d'application, évidemment non limitatif, est celui de l'équipement électrique des véhicules automobiles, la structure de porte-balai selon l'invention étant par exemple applicable à un moteur à courant continu de démarreur électrique. Il va de soi que l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce porte-balais pour machine tournante électrique à collecteur qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant les mêmes principes. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en remplaçant les dentures complètes 19b et 21b des roues dentées 19 ou 21, ou encore la denture fixe 20, par des secteurs dentés, voire par seulement quelques dents ou crans, pouvant être suffisants si la plage de réglage désirée correspond à un angle de rotation limité de l'axe fendu 18. Cet axe peut être réalisé sous toute autre forme équivalente, de même que sa liaison avec la spire intérieure du ressort spiral 16 qui lui aussi peut présenter une conformation différente, en particulier celle d'un ressort en fil à simple ou double enroulement en spirale, au lieu d'un ressort spiral plat. Enfin, I'invention est bien entendu applicable quel que soit le nombre des balais 11 montés sur le porte-balais 10. REVENDICATIONS 1. Porte-balais pour machine tournante électrique à collecteur (7), comportant des moyens (12 à 15) pour le logement et le guidage en coulissement de balais (11) poussés contre le collecteur (7) par des ressorts de type spiral (16), chaque ressort (16) comportant une partie extérieure (16b) appliquée contre le balai associé (11) et une partie (16a) enroulée en spires autour d'un axe (17) décalé latéralement par rapport au balai associé (11), cette dernière partie possédant une spire accrochée sur un organe de retenue (18) lié au corps (12,13) du porte-balais, caractérisé en ce que ledit organe de retenue (18) est monté tournant autour de son axe (17) dans le corps (12,13) du porte-balais (10), et en ce que des moyens (19,20 ;; 21,22) sont prévus pour immobiliser cet organe de retenue (18) dans une position angulaire choisie, correspondant à une force de poussée (F) désirée du ressort (16) sur le balai associé (11). 2. Porte-balais selon la revendication 1, dont le corps est formé par la réunion de deux flasques annulaires (11,12), caractérisé en ce que l'organe de retenue (18) de chaque ressort spiral (16) est monté tournant, avec possibilité d'immobilisation en rotation, dans des alésages coaxiaux qui traversent des bossages (12a,13a) appartenant respectivement aux deux flasques (12,13). 3. Porte-balais selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe de retenue de la spire la plus intérieure de chaque ressort spiral (16) est constitué par un axe creux fendu longitudinalement (18) et monté tournant, la spire la plus intérieure du ressort spiral (16) comportant un bec d'accrochage introduit dans la fente (18a) de l'axe (18). 4. Porte-balais selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour l'immobilisation, dans la position angulaire choisie, de l'organe de retenue (18) de chaque ressort spiral (16) sont constitués, d'une part, par une roue (19) liée en rotation avec ledit organe (18) et pourvue d'une denture (19b) sur au moins une partie de sa périphérie, et d'autre part, par des dents ou crans (20) complémentaires de la denture précitée (19b) et formés sur le corps (12,13) du portebalais (10), L'organe de retenue (18) du ressort (16) étant monté non seulement tournant mais encore mobile en translation suivant son axe-(17) dans le corps (12,13) du porte-balais (10), de telle sorte que son mouvement de translation dans un sens provoque l'entrée en prise de la denture (19b) de sa roue (19) avec les dents ou crans complémentaires (20) formés sur le corps (12,13) du porte-balais (10). 5. Porte-balais selon l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la roue dentée (19) comporte dans sa région centrale un ergot d'entraînement (19a) introduit dans la fente (18a) de l'axe fendu (18) constituant l'organe de retenue du ressort spiral (16). 6. Porte-balais selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la roue dentée (19) est située en avant du corps (12,13) du portebalais (10), et en ce que les dents ou crans complémentaires (20) sont formés sur un bossage extérieur (13b) du corps (12,13). 7. Porte-balais selon la revendication 6, caractérisé en ce que le bossage extérieur (13b) est de forme annulaire et délimite un logement circulaire dans lequel prend place finalement la roue dentée (19). 8. Porte-balais selon l'ensemble des revendications 2 et 4, caractérisé en ce que l'un des alésages, dans lesquels est monté tournant l'organe de retenue (18) du ressort (16), présente une partie cylindrique prolon- gée par une partie légèrement conique, dans laquelle une extrémité de l'organe de retenue (18) est enfoncée à force lors du mouvement de translation faisant entrer la roue dentée (19) en prise avec les dents ou crans complémentaires (20). 9. Porte-balais selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens pour l'immobilisation, dans la position angulaire choisie, de organe de retenue (I (lu) de chaque ressort spiral (16) sont constitués, d'une part, par une roue (21) liée en rotation avec ledit organe (18) et pourvue d'une denture ou d'un moletage (21 b) sur au moins une partie de sa périphérie, et d'autre part, par un élément (22) monté sur le corps (12,13) du porte-balais et pressé élastiquement contre la denture ou le moletage (21b) de la roue (21). 10. Porte-balais selon l'ensemble des revendications 3 et 9, caractérisé en ce que la roue dentée ou moletée t21) comporte dans sa région centrale un ergot d'entraînement (21a) introduit dans la fente (18a) de l'axe fendu (18) constituant l'organe de retenue du ressort spiral (16). 11. Porte-balais selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la roue dentée ou moletée (21) présente, sur un secteur de sa périphérie, une encoche (22) interrompant la denture ou le moletage (21 b), cette encoche (21 b) étant mise en correspondance avec l'élément pressé élastiquement (22) lors de la mise en place de la roue (21). 12. Porte-balais selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l'élément, pressé élastiquement contre la denture ou le moletage (21b) de la roue (21), est un ressort (22) de forme de lame pliée en "V", dont une branche (22a) est positionnée dans un logement (12c) du corps (12,13) du porte-balais et dont l'autre branche (22b) coopère avec la denture ou le moletage (21b).