Brevet FR2643759A3 — publié le 19900831

FR 2643759 A3 19900831 FR 8914154 A 19891027 "Moteur à courant continu dont le flasque de palier est composé d'un matériau bon conducteur de la chaleur". L'invention concerne un moteur à courant continu, en particulier un petit moteur de construction fermée, comportant un stator portant les pôles d'excitation, un rotor portant un bobinage d'induit et maintenu tournant dans un flasque de palier et portant un collecteur raccordé au bobinage d'induit, et comportant des balais de collecteur guidés de manière mobile axialement dans un portebalai s'étendant radialement ou axialement par rapport au commutateur, et appuyant frontalement sur le collecteur, sous l'action d'un ressort de pression de balais, les porte-balais composés d'un matériau électriquement conducteur étant fixés d'une manière électriquement isolée et étant chacun reliés à une ligne de raccordement électrique. Dans les moteurs à courants continus connus, les porte-balais tubulaires recevant les balais de collecteur ou à charbon sont fixés de manière isolée sur un porte-balais maintenu de son côté sur le flasque de palier ou en un autre endroit du carter moteur. I1 s'est révélé que, dans le cas d'une réalisation fermee de ces petits moteurs, pour lesquels l'intérieur du moteur est pratiquement encapsulé, ou dans le cas des moteurs ne comportant pas de ventilation intérieure particulière, il se produit une sollicitation thermique élevée des balais de collecteur, du fait que les porte-balais sont exclusivement refroidis par l'air intérieur chaud - du moteur.A ce jour, on a pris en compte le fait qu'une ventilation supplémentaire, effectuée par exemple au moyen de ventilateurs séparés, ferait exploser les volumes de construction faibles auxquels tendent les petits moteurs. Le problème est résolu par un moteur à courant continu selon l'invention, caractérisé en ce que les porte-balais entourent à peu près complètement et avec un faible jeu chacun des balais de collecteur placés à l'intérieur et sont encastrés dans le flasque de palier composé d'un matériau bon conducteur de la chaleur, en intercalant sans constituer d'espaces creux, une couche isolante mince thermiquement conductrice.Cette construction offre l'avantage que du fait de l'intégration des porte-balais dans le flasque de palier composé d'un matériau bon conducteur de la chaleur et du fait de l'enveloppement à peu près complet et étroit des balais -de collecteur par le porte-balai, la sollicitation en température des balais de commutateur chute drastiquement, parce que la chaleur est évacuée très rapidement par les balais de collecteur par suite de la surface importante des faces transmettant la chaleur et par suite des courts cheminements de la transmission de la chaleur vers l'extérieur. L'isolation électrique nécessaire des portebalais vis-à-vis du flasque de palier est assurée par une couche isolante thermiquement conductrice, aussi mince que possible. Les différents matériaux venant en question pour cette couche sont par exemple le polyester, le polyimide, le polyamide, le caoutchouc, le mica, l'oxyde d'aluminium, les matériaux composites, les textiles ou les matelas de fibres imprégnés, le papier de mica, les fibres de verre dans du silicone, les préimprégnés de résine. Tous les matériaux doivent être minces afin de garantir un contact sans lacune ne laissant subsister ni espace creux, ni inclusions d'air, tant vis-à-vis du flasque de palier qu'également vis-à-vis des porte-balais. Les matériaux peuvent être utilisés corne des pièces découpées à la pression en feuille, le cas échéant auto-collantes sur une face. Le moteur à courant continu selon l'invention se distingue par une construction simple. La durée de vie des balais de collecteur se trouve prolongée par la réduction de la sollicitation thermique, ainsi que la densité de puissance admissible pour des conditions d'environnement prédéterminées, aboutissant ainsi å une augmentation du rendement. Selon une autre caractéristique de l'invention, le flasque de palier présente deux nervures parallèles axialement en saillie, destinée à l'encastrement d'un porte-balai, nervures entre lesquelles le porte-balai avec la couche isolante est pincé sur toute sa longueur en pressant sa troisième paroi latérale recouverte d'une couche isolante, sur la zone de flasque de palier encadrée par les nervures. Selon une autre caractéristique de l'invention, la profondeur des nervures, observée dans la direction axiale du rotor, est un peu plus grande que la largeur du porte-balai, mesurée dans la même direction, et en ce que les extrémités libres des nervures sont bridées entre les nervures en vue de la fixation et de l'application du porte-balai, après son introduction. Selon une autre caractéristique de l'invention, ce porte-balai présente une fente longitudinale dans sa paroi latérale libre opposée au fond de nervure et en ce que le ressort de pression de balais est réalisée sous la forme d'un ressort spiral dont les spires de ressort sont situées à l'extérieur du porte-balai et qui pénètre par ses deux branches à travers la fente longitudinale, les branches s'appuyant par leur extrémité, d'une part au fond du porte-balai et dtautre part sur la face frontale du balai de collecteur tournée vers celui-ci. Selon une autre caractéristique de l'invention, le porte-balai porte une attache, constituée de préférence d'une seule pièce, servant à la fixation du toron de balai et saillant sur la paroi latérale libre du porte-balai qui est opposée au fond de nervure. Selon une autre caractéristique de l'invention, le flasque de palier est fabriqué en aluminium, selon un procédé d'extrusion, avec des nervures formées d'une seule pièce. Selon une autre caractéristique de l'invention, le flasque de palier est fabriqué selon un procédé de moulage sous pression, en un alliage de zinc ou d'aluminium, avec des nervures formées d'une seule pièce. Selon une autre caractéristique de l'invention, le porte-balai est fabriqué en tôle et en ce que la couche isolante est constituée d'une feuille isolante insérée entre le porte-balai et le flasque de palier. Selon une autre caractéristique de l'invention, la feuille isolante est constituée de caoutchouc au silicone. Selon une autre caractéristique de l'invention, le porte-balai est fabriqué en une tôle revêtue de manière isolante sur une face. Selon une autre caractéristique de l'invention, le porte-balai est préfabriqué en une tôle qui est pliée de façon que sa section transversale présente une forme de trapèze, la face du porte-balai qui présente la fente longitudinale formant la ligne de base du trapèze et la face opposée correspondant dans ses dimensions à la distance entre les nervures, et en ce que le porte-balai est serré entre les nervures en réduisant la largeur de la fente à la cote prédéterminée. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour brider les extrémités de nervures, on insère une pièce de calibrage dans le porte-balai, au lieu de l'insérer dans le balai de collecteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le flasque de palier est pourvu, sur la face intérieure portant les nervures et/ou sur la face extérieure opposée aux nervures, de nervures de refroidissement faisant saillie axialement. A la place du ressort de pression hélicoïdal courant destiné à presser les balais de collecteur sur le collecteur, on utilise selon un autre mode de réalisation de l'invention pour chaque porte-balai, un ressort spiral dont les spires de ressort se situent à l'extérieur du porte-balais et dont les branches passent à travers une fente longitudinale, dans la face libre, non encastrée, du porte-balai. Une branche s'appuie sur la face frontale du balai de collecteur et l'autre branche s'appuie sur le fond du portebalai.En déterminant en conséquence le ressort spiral, on peut ainsi atteindre une pression d'application constante des balais, sur la totalité de la course de déplacement du balai de collecteur, du fait que pour une longueur de balai plus petite et ainsi pour un couple de rotation plus faible du ressort spiral, l'axe des spires du ressort s'approche de l'axe du balai et de ce fait le bras de levier du ressort spiral est réduit. Par la réduction du bras de levier, la diminution du couple de rotation est à nouveau compensée. Le mauvais comportement en amortissement du ressort spiral peut être compensé au moyen d'un frottement élevé entre le balai de collecteur et le porte-balai. Le toron de balai est relié à une attache écartée sur le porte-balai, en vue d'assurer le contact électrique. En vue de réaliser l'encastrement avec une grande surface du porte-balai dans le flasque de palier, selon une forme préférée de l'invention, ce dernier est pourvu de nervures parallèles faisant saillies axialement ou radialement sur la face intérieure du flasque de palier. Ces nervures sont réalisées d'une seule pièce avec le flasque de palier. Les porte-balais sont ainsi entourés sur toute leur longueur par le flasque de palier, sur trois côtés. Le flasque de palier est de préférence fabriqué en aluminium extrudé ou en alliage d'aluminium ou de zinc, par moulage sous pression. Il présente une bonne conductibilité thermique. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Un mode de réalisation de l'invention est représenté à titre d'exemple non limitatif aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une coupe longitudinale d'un petit moteur à courant continu, - la figure 2 est une représentation agrandie de la partie Il de la figure 1, - la figure 3 est une représentation identique à la figure 2, avec deux longueurs de balais différentes, - la figure 4 représente une coupe le long de la ligne IV-IV de la figure 2, - la figure 5 est une représentation éclatée de la figure 4, sans balai de collecteur, ni ressort de pression de balais. Le petit moteur à courant continu de construction fermée qui est représenté en coupe longitudinale à la figure 1, à titre d'exemple d'un moteur à courant continu; présente de manière connue, un stator 10 et un rotor il à bobinage d'induit 12. Le stator 10 est constitué par une partie de carter 13 cylindrique creuse qui est occupée par des pôles magnétiques constitués à partir de segments d'aimant permanent 14. Le plus souvent, les petits moteurs sont réalisés à deux pâles, de sorte qu'il y a deux segments d'aimant permanent 14 diamétralement opposés sur la partie de carter 13. Le rotor Il présente un arbre de rotor 17, maintenu en rotation dans deux paliers 15, 16, sur lequel un empilement de tôles 18 rainurées et un collecteur sont placés bloqués en rotation de manière connue. Les deux paliers 15, 16 sont chacun disposés dans un flasque de palier 20, 21. Les deux flasques de palier 20, 21 recouvrent la partie de carter 13 creuse cylindrique sur les deux faces frontales. Le bobinage d'induit 12 est placé dans les rainures de l'empilement de tôles 18 et est relié de manière connue aux lamelles du collecteur 19. L'alimentation électrique du bobinage d'induit 12 s'effectue par un certain nombre de balais de collecteur frottant frontalement à la péripherie du collecteur 19 et reliés électriquement a des lignes de raccordement correspondantes.Le nombre de balais de collecteur correspond au nombre de piles magnétiques.. En cas de réalisation bipolaire du petit moteur, il est prévu deux balais de collecteur dont un seul balai de collecteur 22 est visible à la figure 1. Ainsi que représenté de manière agrandie à la figure 2, chaque balai de collecteur 22 est guidé de manière axialement mobile dans un porte-balais 23 s'étendant radialement, le porte-balai 23 entourant à peu près complètement et avec un jeu très faible les balais de collecteur 22. Le porte-balai 23 est composé d'un matériau électriquement conducteur et est par exemple fabriqué en tôle découpée et pliée, ainsi que représenté à la figure 5. Les bords longitudinaux 24, 25 sont alors situés l'un en face de l'autre, à une certaine distance, de sorte qu'il existe une fente longitudinale 26 faisant toute la longueur une fois que le porte-balai 23 est terminé.Ainsi qu'on peut le voir à la figure 5, le pliage de la bande de tôle en vue d'obtenir le porte-balai 23 est d'abord tel que le porte-balai 23 libre présente une section transversale à peu près en forme de trapèze, la face du porte-balai qui contient la fente longitudinale 26 constituant la ligne de base du trapèze. La fente longitudinale 26 est tout d'abord plus grande que ce qui est déterminé, mais elle est toutefois portée à la cote souhaitée lors du montage par compression élastique des deux côtés de branche opposés entre eux. Le porte-balai 23 est relié à une ligne de raccordement non représentée, en vue de l'alimenter électriquement, et il est fixé de manière isolée sur le flasque de palier 20, et ce, de façon à être encastré par une surface importante dans le flasque de palier 20 ou à être entouré par ce dernier. Le flasque de palier 20 est fabriqué en un matériau bon conducteur de la chaleur, par exemple en aluminium extrudé ou en alliage d'aluminium ou de zinc moulé sous pression. Pour son maintien, le porte-balai 23 porte sur sa face intérieure tournée vers le rotor 11 deux nervures 27, 28 parallèles faisant saillie axialement. La distance libre entre les nervures 27, 28 correspond à la largeur extérieure, vue dans la direction périphérique du collecteur 19, du portebalai 23.Les nervures 27,- 28 sont réalisées d'une seule pièce avec le flasque de palier 20 et sont coulées en même temps lors de sa fabrication. Le porte-balai 23 est alors pressé sur toute sa longueur entre les nervures 27, 28, avec interposition d'une couche isolante mince thermiquement conductrice, ainsi que représenté à la figure 5. Les deux côtés des branches placés l'un en face de l'autre sont alors comprimés et les deux bords 24, 25 se déplacent l'un vers l'autre afin de limiter finalement la fente longitudinale 26 à sa largeur de fente prédéterminée. Ainsi qu'on le voit à la figure 5, la couche isolante est introduite sous la forme d'une feuille isolante 29 séparée. La feuille isolante 29 peut par exemple se composer de caoutchouc au silicone. Il est important que la feuille isolante 29 soit très mince, afin que d'une part elle appuie sur les nervures 27, 28 et sur la zone 30 du flasque de palier 20 qui est délimitée par celles-ci, et qu'elle appuie d'autre part sur le porte-balai 23 sans former d'espace vide, c'est-à-dire sans laisser subsister des espaces d'air de quelque nature qu'ils soient, qui seraient isolants thermiquement. La couche isolante peut toutefois être réalisée par le fait que le porte-balai 23 est composé d'une tôle revêtue sur une face de couche isolante.Le porte-balai 23 est complètement inséré entre les nervures 27, 28, jusqu'à ce que sa paroi latérale opposée à la fente longitudinale appuie sur sa zone 30, en pressant la feuille isolante 29 sur cette dernière. La largeur des nervures 27, 28, mesurée en direction axiale du rotor 11; ce que l'on appelle la profondeur des nervures, est supérieure- à la profondeur correspondante du porte-balai 23, de façon que les extrémités de nervure 27, 28 dépassent un peu au-dessus de la face libre portant la fente longitudinale 26, une-fois quelle porte-balai 23 a été complètement inséré.En bordelant faiblement les pointes de nervures, ainsi que représenté en figure 4, le porte-balai 23 est alors maintenu par ajustement de forme entre les nervures 27, 28, étant relié, sur un total de trois de ses faces, de manière à bien conduire la chaleur, au flasque de palier se composant lui-même d'un matériau bon conducteur de la chaleur. Lors du bordelàge des pointes de nervures, on insère une pièce de calibrage dJans le porte-balai 23, de façon à garantir que la cote intérieure du porte-balai 23 soit respectée. Le balai de collecteur 22 introduit dans le porte-balai 23 et mobile axialement est fixé avec son toron de balai 31 situé sur une attache 32 du portebalai 23, par exemple par liaison de serrage. L'attache 32 dépasse axialement sur la face du portebalai 23 présentant la fente longitudinale 26. Le toron de balai 31 est guidé à travers la fente longitudinale 26. Un ressort spiral 33 est prévu pour presser le balai de collecteur 22 sur le collecteur 19, ressort dont le paquet de spires de ressort 34 est placé à l'extérieur du porte-balai 23 et dont les deux branches 35, 36 passent dans la fente longitudinale 26, pour arriver à l'intérieur du porte-balai 23. La branche de ressort 35 s'appuie sur le fond du porte balai 23 et la branche de ressort 36 s'appuie sur la face frontale du balai de collecteur 22. Les branches de ressort 35, 36 sont à cet effet repliées à l'extrémité en forme de crochet, de façon à ce que les extrémités libres s'étendent en direction de la'axe de ressort 37.L'extrémité de la branche de ressort 35 est alors placée dans une gorge correspondante située au fond du porte-balai 23 et l'extrémité de la branche de ressort 36 est placée dans une gorge située dans le balai de collecteur 22. Par une conception adéquate du ressort spiral 33, on atteint une pression de balai constante. sur la totalité de la course du balai de collecteur 22-. Ainsi qu'on le voit à la figure 3, le ressort spiral 33 voit son couple de rotation se réduire lorsque le balai de collecteur 22 devient plus petit, par suite de l'écartement plus important du ressort spiral 33. Simultanément, du fait de l'écartement plus important du ressort spiral 33, son axe 37 s'approche de l'axe du balai.Ceci correspond à une réduction du bras de levier passant de la longueur 1 à la longueur 1', ce qui aboutit à nouveau à une élévation de la force, compensant la diminution du couple de rotation. La force d'application de balai reste ainsi constante, même lorsque le balai de collecteur 22 devient plus court par suite de l'usure. En vue d'augmenter l'évacuation calorifique, le flasque de palier 20 est pourvu extérieurement, c'est-à-dire sur la face opposée aux nervures 27, 28, de nervures de refroidissement 38 disposées régulièrement sur la périphérie du flasque de- palier 20. Des nervures de refroidissement similaires peuvent également être prévues sur la face intérieure du flasque de palier 20, donc également sur la face portant les nervures 27, 28. Le flasque de palier 20 peut de plus être pourvu de logements 40 destinés à des bobines de déparasitage 39, ainsi que représenté de manière décalée à la figure 1 pour l'une d'entre elles. REVENDICATIONS 1') Moteur à courant continu, en particulier petit moteur de construction fermée, comportant un stator portant les pôles d'excitation, un rotor portant un bobinage d'induit et maintenu tournant dans un flasque de palier et portant un collecteur raccordé au bobinage d'induit, et comportant des balais de collecteur guidés de manière mobile axialement dans un porte-balai s'étendant radialement ou axialément par rapport au commutateur, et appuyant. frontalement sur le collecteur, sous l'action d'un ressort de pression dé balais, les porte-balais composés d'un matériau électriquement conducteur étant fixés d'une manière électriquement isolée et étant chacun reliés à une ligne de raccordement électrique, caractérisé en ce que les porte-balais (23) entourent à peu près complètement et avec un très faible jeu chacun des balais de collecteur (22) placés à l'intérieur et sont encastrés dans le flasque de palier (20) composé d'un matériau bon conducteur de la chaleur, et intercalant sans constituer d'espaces creux, une couche isolante (29) mince thermiquement conductrice. 2') Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flasque de palier (20) présente deux nervures parallèles (27, 28) axialement en saillie, destinées à l'encastrement d'un portebalai (23), nervures entre lesquelles le porte-balai (23) avec la couche isolante (29) est pincé sur toute sa longueur en pressant sa troisième paroi latérale recouverte d'une couche isolante (29), sur la zone de flasque de palier (30) encadrée par les nervures (27, 28). 3') Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la profondeur des nervures (27, 28), observée dans la direction axiale du rotor (11), est un peu plus grande que la largeur du porte-balai (23), mesurée dans la même direction, et en ce que les extrémités libres des nervures sont bridées entre les nervures (27, 28), en vue de la fixation et du serrage du porte-balai (23), après son introduction. 4 ) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le portebalai (23) présente une fente longitudinale (26) dans sa paroi latérale libre opposée au fond des nervures et en ce que le ressort de pression de balais est réalisé sous la forme d'un ressort spiral (33) dont les spires de ressort (34) sont situées à l'extérieur du porte-balai (23) et qui pénètre par ses deux branches (35, 36) à travers la fente longitudinale (26), les branches s'appuyant par leur extrémité, d'une part sur le fond du porte-balai (23) et d'autre part sur la face frontale du balai de collecteur tournée vers celui-ci. 5 ) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le portebalai (23) porte une attache (32), constituée de préférence d'une seule pièce, servant à la fixation du toron de balai (31) et saillant sur la paroi latérale libre du porte-balai (23) qui est opposée au fond de nervure. 6 ) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le flasque de palier (20) est fabriqué en aluminium, selon un procédé d'extrusion, avec des nervures formées d'une seule pièce (27, 28). 7") Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le flasque de palier (20) est fabriqué selon un procédé de moulage sous pression, en un alliage de zinc ou d'aluminium, avec des nervures (27, 28) formées d'une seule pièce. 8 ) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le portebalai (23) est fabriqué en tôle et en ce que la couche isolante est constituée d'une feuille isolante (29) insérée entre le porte-balai (23) et le flasque de palier (20, 27, 28). Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la feuille isolante (29) est constituée de caoutchouc au silicone. 10') Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le portebalais (23) est fabriqué en une tôle revêtue de matière isolante sur une face. 11') Moteur selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le portebalai (23) est préfabriqué en une tôle qui est pliée de façon que sa section transversale présente une forme de trapèze, la face du porte-balai (23) qui présente la fente longitudinale (26) formant la ligne de base du trapèze et la face opposée correspondant dans ses dimensions à la distance entre les nervures (27, 28), et en ce que le porte-balai (23) est serré entre les nervures (27, 28) en réduisant la largeur de la fente à la cote prédéterminée. 12') Moteur selon l'une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisé en ce que pour brider les extrémités de nervures, on insère une pièce de calibrage dans le porte-balai (23), au lieu de l'insérer dans le balai de collecteur (22). 13') Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le flasque de palier (20) est pourvu, sur la face intérieure portant les nervures (27, 28) et/ou sur la face extérieure opposée aux nervures (27, 28, de nervures de refroidissement (38) faisant saillie axialement. .