Brevet FR2669160A1 — publié le 19920515

La présente invention concerne les moteurs électriques à courant continu dont la commutation est assurée par un collecteur et des balais sollicités élastiquement contre celui-ci, et a plus particulié- rement pour objet un porte-balais destiné à être monté sur une platine associée au stator d'un tel moteur électrique. Dans de nombreux secteurs industriels, on utilise des moteurs électriques à courant continu dont la commutation est assurée par un collecteur et des balais sollicités élastiquement contre ce dernier. C'est par exemple le cas de l'industrie automobile o de tels moteurs sont couramment en service pour en- trainer des essuie-glaces, manoeuvrer des lève-vitres ou animer des moto-ventilateurs. Ces moteurs dont le coût doit être le plus modique possible, doivent satisfaire à des desiderata qui sont très souvent contradictoires. Pour que ces moteurs fonctionnent correcte- ment, il faut que les balais ou charbons soient appli- qués soigneusement et régulièrement contre le collec- teur sur lequel ils frottent pour assurer la conti- nuité électrique Or ces balais sont soumis à la fois à une force radiale centripète qui tend à les appli- quer contre le collecteur et à des forces tangentiel- les de frottement au niveau de leurs zones de contact avec le collecteur si bien que ces balais subissent une résultante dont le couple tend à les faire dévier de la position radiale théorique Pour contrebalancer cette tendance au basculement, il faut assurer un gui- dage précis du balai et sur une distance relativement importante, et avec un jeu minimal A mesure du fonc- tionnement d'un tel moteur, la longueur du balai va diminuant et il en est de même de la distance de son guidage d'o il résulte une tendance à l'augmentation des risques de coincement, risques qui vont s'agravant du fait de l'usure latérale du balai dans son porte- balais dûe aux vibrations et aux chocs qui se manifes- tent en particulier lors des démarrages et des arrêts. Ces difficultés liées à des défauts de gui- dage du balai dans son porte-balai se traduisent no- tamment par des échauffements supplémentaires par effet Joule résultant des mauvais contacts électri- ques, échauffements qui s'ajoutent à ceux du fonc- tionnement normal du moteur et provenant par exemple de l'échauffement des bobinages et des paliers Il est donc nécessaire d'évacuer les calories qui sont ainsi générées si l'on ne veut pas voir les pièces en maté- riaux isolants tout spécialement en résines synthéti- ques qui composent habituellement certains des cons- tituants du moteur se déformer, fondre voire même s'enflammer Il faut donc faire en sorte que les calories qui prennent naissance au voisinage des balais et des porte-balais puissent être dissipées par conduction et aussi par rayonnement Si l'on garde présent à l'esprit que les moteurs sont habituellement faits d'un stator qui les enveloppe pratiquement totalement, on imagine aisément que la ventilation d'un porte-balai n'est pas chose aisée. Il est aussi courant de faire en sorte que la puissance volumique de tels moteurs soit la plus grande possible, et ceci impose de leur donner une géométrie qui occupe le volume minimal Or pour ce type de moteur, le collecteur est habituellement placé en bout d'arbre si bien que la platine à laquelle sont associés les porte-balais ne fait le plus souvent qu'augmenter la longueur hors tout du stator d'un tel moteur. Un porte-balai est par exemple exposé dans le document FR 1 522 538 La solution proposée est loin d'être satisfaisante. Le but de l'invention est de remédier à la plupart des inconvénients brièvement rappelés précé- demment à l'aide d'un porte-balai pour platine de moteur électrique à courant continu dont la commuta- tion est assurée par un collecteur et des balais sollicités élastiquement contre ce collecteur, qui est conçu de manière à être monté sur la platine et à re- cevoir un balai afin de minimiser les risques de coin- cement du balai dans le porte-balai au cours du fonc- tionnement du moteur, d'autoriser une bonne ventila- tion et aussi de réduire l'encombrement axial d'un moteur. L'invention a pour objet un porte-balai pour platine de moteur électrique à courant continu dont la commutation est assurée par un collecteur et des ba- lais sollicités élastiquement contre ce collecteur Ce porte-balai qui est destiné à être monté sur la plati- ne et à recevoir un balai est remarquable en ce qu'il comprend une cheminée creuse à section droite polygo- nale avec deux ailes latérales saillantes, qui est constituée de deux demi-coquilles en U composées, cha- cune, de deux branches opposées qui sont reliées par un pont et qui présentent chacune un rebord pratique- ment parallèle à ce pont et dirigé dans le sens oppo- sé Ce porte-balai est aussi remarquable en ce que la distance entre deux branches opposées d'une des demi- coquilles, mesurée à proximité du pont correspondant, est plus grande que cette même distance de l'autre des demi-coquilles, ces demi- coquilles étant réunies par leurs rebords de manière à constituer cette cheminée et de manière que deux au moins de ces rebords consti- tuent les ailes et forment pour partie un dispositif de montage du porte-balai sur la platine. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description et des revendications qui suivent ainsi qu'à l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, o: les Figures l A et 1 B sont des vues en élé- vation partielle de deux modes de réalisation d'un porte-balai pour platine de moteur électrique à cou- rant continu selon l'invention; la Figure 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la Figure 1 A; les Figures 3 A et 3 B sont des coupes selon la ligne 3-3 de la Figure 1 B de deux variantes d'un autre mode de réalisation de l'invention. Les moteurs électriques à courant continu dont la commutation est assurée par un collecteur et des balais sollicités élastiquement contre lui sont bien connus dans la technique C'est pourquoi, on ne décrira dans ce qui suit, que ce qui concerne directe- ment ou indirectement l'invention Pour le surplus, le spécialiste de la technique considérée puisera dans les solutions courantes classiques à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté. Dans ce qui suit, un même numéro de réfé- rence identifie toujours un élément homologue quel que soit le mode réalisation et sa variante. Pour la commodité de l'exposé, on décrira successivement chacun des constituants d'un porte- balai perfectionné selon l'invention avant d'en expo- ser le montage et le fonctionnement. Comme il est classique, un moteur électrique à courant continu comprend, habituellement, un stator constitué d'une carcasse médiane et de flasques d'ex- trémité avec des paliers Il comprend aussi un rotor avec un arbre porté par ces paliers et sur lequel est monté un collecteur Tout ceci est classique et pour cela non représenté, ni décrit plus amplement. Un tel moteur comprend, habituellement, une platine 10 porte-balais reliée au stator par des moyens de fixation appropriés et souvent proche d'un des flasques d'extrémité Une telle platine est pratiquement à l'aplomb ou au voisinage immédiat du collecteur. La platine 10 se présente classiquement sous la forme d'une plaque 100 transpercée d'un ajour 101 pour le passage de l'arbre et/ou du collecteur, ainsi que d'au moins un évidement 102 destiné à recevoir un porte-balai 11 qui y est monté à l'aide d'un disposi- tif de montage 103. La platine 10 est aussi destiné à recevoir en outre des balais 12, ou charbons, qui se présentent habituellement sous forme de batonnets 120 à section droite circulaire ou polygonale qui sont aptes à se déplacer librement dans les porte-balais 11 qui les reçoivent Un organe de sollicitation élastique 13 agit sur chaque balai 12 afin de le faire coulisser dans le porte-balai en direction radiale et dans le sens centripète de manière à l'appliquer étroitement contre le collecteur Une liaison électrique appro- priée relie ce balai ou charbon au reste du circuit électrique du moteur, comme il est bien connu. Un porte-balai 11 selon l'invention se pré- sente à la manière d'une cheminée 110 creuse avec deux ailes 1100 latérales saillantes, comme illustré Cette cheminée comme cela apparait sur les Figures 2, 3 A et 3 B, a une section droite polygonale et de préférence quadrangulaire ou hexagonale. La cheminée 110 est constituée de deux demi- coquilles 111 et 112 en U Comme on peut l'observer, chacune des deux demi-coquilles 111 et 112 est compo- sée de deux branches opposées 1111 et 1121, respecti- vement, qui sont reliées par un pont 1112 et 1122 respectivement Chacune des branches est aussi pourvue d'un rebord 1113 et 1123, respectivement, qui est pra- tiquement parallèle au pont correspondant et dirigé dans le sens opposé. Comme on peut l'observer sur le dessin, de préférence la distance entre deux branches opposées d'une des demi-coquilles, mesurée à proximité du pont correspondant, est plus grande que cette même distance de l'autre des demi-coquilles. Comme cela ressort aussi de l'observation du dessin, ces demi-coquilles sont réunies par leurs re- bords de manière à constituer cette cheminée et de ma- nière que deux au moins de ces rebords constituent les ailes et forment pour partie le dispositif de montage 103 du porte-balai sur la platine, comme on le com- prendra par la suite. La technique utilisée pour réunir les deux demi-coquilles par leurs rebords est courante On peut utiliser par exemple un vissage, un rivetage, un agra- fage, un soudage, un collage, etc selon la nature des matériaux utilisés. Comme on peut l'observer, lorsque les bran- ches opposées d'au moins une des demi-coquilles sont pratiquement parallèles, la section droite de la che- minée est alors quadrangulaire Selon une autre va- riante d'exécution, lorsque les branches opposées d'au moins une des demi-coquilles sont inclinées relative- ment l'une à l'autre et convergentes vers le pont, la section droite de la cheminée est alors par exemple hexagonale. L'évidement 102 est délimitée par deux tran- ches 1020 opposées dans chacune desquelles est creusée une rainure 1030 Cette rainure constitue une partie du dispositif de montage 103 L'autre partie de ce dispositif de montage 103 est constituée par la marge 1114, 1124 d'un rebord 1113, 1123 qui sert de lan- guette et qui est destiné à être engagée dans la rain- ure 1030. Il est clair qu'au lieu d'utiliser un dispo- sitif de montage 103 qui est situé dans l'épaisseur de la platine comme indiqué précédemment, on peut utili- ser une technique grâce à laquelle le porte-balai se- lon l'invention est appliqué et maintenu contre l'une des faces 1000 de la platine; on peut opérer par vis- sage, rivetage, agrafage, soudage, collage, Comme on peut l'observer pour l'un des modes de réalisation, l'une des branches 1111 présente une fente 113 orientée pratiquement parallèle au pont 1112, et destinée au passage d'un organe pour la sollicitation élastique d'un balai, organe qui se présente, par exemple, sous la forme d'un ressort en épingle à cheveux. Pour un autre mode de réalisation, l'organe de sollicitation élastique se présente à la manière d'un ressort à boudin qui est inséré dans la cheminée de manière que l'une de ses extrémités prennent appui sur la cheminée à l'opposé du collecteur et que l'autre de ses extrémités repose sur le balai. Dans une des variantes de réalisation, on utilise un balai en formé de batonnet 120, par exemple à section droite approximativement carrée qui est muni d'au moins un promontoire 1201 périphérique axial avec des bords 1202 Dans un tel cas, l'un au moins des ponts 1112 est aménagé de manière à présenter un dégagement 114 avec des flancs 1141 pratiquement pa- rallèle à une branche 1141 correspondante et destiné au passage de ce promontoire De la sorte, les flancs 1141 du dégagement coopèrent avec les bords 1202 du promontoire du balai pour le guider De préférence, la largeur des dégagements est différente de manière que seuls les flancs de l'un d'eux guident et dirigent effectivement les bords 1202 correspondants d'un pro- motoire. En utilisant des demi-coquilles avec des -distances entre branches dissemblables et/ou des largeurs de dégagements inégales, on s'affranchit des contraintes liées à une mise en repérage précise de ces demi-coquilles lors de leur assemblage et de leur fixation. La taille des évidements et leur disposition judicieuse permettent de laisser libre, pratiquement de toutes parts, les porte-balais et de leur conférer une grande surface accessible De la sorte, les porte- balais peuvent être facilement ventilés et dissiper des calories par rayonnement notamment. L'adoption d'un dispositif de montage qui ne met à contribution que le bout, la marge des ailes de la cheminée des porte-balais réduit au minimum minimo- rum les transferts de calories par conduction entre porte-balais et platine. Pour les modes de réalisation illustrés, on utilise un porte-balai dont l'une au moins des deux coquilles est métallique, par exemple faite en planche de laiton ou analogue qui est confectionnée par des opérations classiques de découpage, emboutissage et cintrage, pliage 'De préférence, la platine est, elle, faite en une résine synthétique obtenue par exemple par moulage. Avec la solution de l'invention, il est pos- sible de faire des porte-balais dont l'encombrement, hors tout, dans la direction axiale, est réduit à l'épaisseur du balai lui-même ou bien est seulement égal à cette épaisseur augmentée de celles des de- mi-coquilles ainsi que du jeu de fonctionnement entre balai et portebalai Comme on le sait, la section d'un balai proprement dit est essentiellement fonction du courant à véhiculer et peut varier notablement avec la puissance du moteur et le matériau dont est fait le balai. De ce qui précède, on comprend tout l'in- térêt d'un porte-balai selon l'invention. REVENDICATIONS 1 Porte-balai pour platine de moteur électrique à courant continu dont la commutation est assurée par un collecteur et des balais sollicités élastiquement contre ce collecteur, porte-balai des- tiné à être monté sur la platine et à recevoir un balai caractérisé en ce qu'il comprend une cheminée ( 110) creuse à section droite polygonale avec deux ailes ( 1100) latérales saillantes qui est constituée de deux demi-coquilles ( 111, 112) en U composées, cha- cune, de deux branches ( 1111) opposées qui sont re- liées par un pont ( 1112) et qui présentent, chacune, un rebord ( 1123) pratiquement parallèle à ce pont ( 1112) et dirigé dans le sens opposé, en ce que la distance entre deux branches ( 1111) opposées d'une des demi-coquilles ( 1112) mesurée à proximité du pont ( 1112) correspondant est plus grande que cette même distance de l'autre des demi-coquilles ( 111, 112), ces demi-coquilles ( 111, 112)) étant réunies par leurs re- bords ( 1113) de manière à constituer cette cheminée ( 110) et de manière que deux au moins de ces rebords ( 1113) constituent les ailes ( 1100) et en ce que les ailes ( 1100) forment pour partie un dispositif de montage ( 103) du porte-balai sur la platine. 2 Porte-balai selon la revendication 1, caractérisé en ce que les branches ( 1111) opposées d'au moins une des demi-coquilles ( 111, 112) sont pratiquement parallèles. 3 Porte-balai selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section droite de la cheminée ( 110) est quadrangulaire. 4 Porte-balai selon la revendication 1, caractérisé en ce que les branches ( 1111) opposées d'au moins une des demi-coquilles ( 111, 112) sont il inclinées et convergentes vers le pont ( 112). Porte-balai selon la revendication 4, caractérisé en ce que la section droite de la cheminée ( 110) est hexagonale. 6 Porte-balai selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'une des branches ( 1111) présente une fente ( 113) pratiquement parallèle au pont ( 112) et destinée au passage d'un organe ( 13) pour la sollicitation élastique d'un balai ( 12). 7 Porte-balai selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 destiné à recevoir un balai ( 12) en forme de batonnet ( 120) avec au moins un promon- toire ( 1201) périphérique axial, caractérisé en ce que l'un au moins des ponts ( 1112, 1122) présente un dégagement ( 114) pratiquement parallèle à une branche ( 1111, 1121) correspondante et destiné au passage de ce promontoire ( 1201). 8 Porte-balai selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 destiné à être monté sur une platine ( 10) faite d'une plaque ( 100) transpercé d'au moins un évidement ( 102) délimité par deux tranches ( 1020) opposées, caractérisé en ce que le dispositif de montage ( 103) est fait pour partie par une marge ( 1114, 1124) d'un rebord ( 1113, 1123) qui sert de languette et pour partie par une rainure ( 1030) ménagée dans chacune de ces tranches ( 1020) et destinée à recevoir cette languette. 9 Porte-balai selon la revendication 8 o la platine ( 10) est faite en résine synthétique, ca- ractérisé en ce que l'une au moins des deux demi-co- quilles ( 111, 112) est métallique.