Brevet FR2699338A3 — publié le 19940617

FR 2699338 A3 19940617 FR 9313727 A 19931117 "Dispositif de protection pour des moteurs électriques" La présente invention concerne un dispositif de protection pour des moteurs électriques, comportant un élément protecteur en forme de plaquette réalisé comme conducteur froid (résistance de type PTC) branché dans le circuit électrique du moteur et qui modifie, de préférence brusquement, sa résistance lorsque la température change et réduit ainsi le courant du moteur à une valeur non dangereuse. L'élément protecteur traversé par le courant du moteur d'une face à l'autre de la plaque doit avoir une certaine surface de plaque dont l'importance dépend entre autres du courant qui passe. Si cet élément doit conduire des intensités de courant importantes, comme par exemple celles des courants alimentant les moteurs de lève-vitre d'automobile, il faut à cause de ces intensités, une surface de plaque de plusieurs cm. Lorsqu'on loge cet élément protecteur dans un tel moteur, son encombrement dans l'espace peut se traduire par une distribution irrégulière de la température à l'intérieur de l'élément protecteur. Cela est particulièrement critique dans la plage de températures pour laquelle la résistance de l'élément protecteur varie brusquement. Dans cette plage de températures, on peut avoir des zones locales de l'élément protecteur fortement ohmiques alors que d'autres zones sont faiblement ohmiques. La répartition irrégulière de la densité du courant qui s'établit alors peut conduire, par échauffement propre ainsi que par échauffement par une source de chaleur (enroulement), à une surchauffe locale de l'élément protecteur entraînant sa destruction. Pour éviter cela, il est connu de prévoir des plaquettes de cuivre d'une épaisseur d'environ 1 mm sur les surfaces de contact de l'élément protecteur ; ces plaquettes de cuivre constituent des conducteurs de chaleur assurant une élévation régulière de la température ; on peut également placer l'élément protecteur dans un boîtier en matière plastique fonctionnant comme écran thermique. Ces deux moyens renchérissent le circuit et de plus les plaquettes de cuivre modifient le comportement de commutation de l'élément protecteur à cause de leur capacité thermique. Le montage dans un boîtier en matière plastique entraine que l'élément protecteur commute principalement à cause de son échauffement propre, engendré par le passage du courant et fonctionne ainsi comme une protection contre les surintensités mais cela ne permet pas d'assurer une protection efficace du moteur par détection d'une température interne trop élevée directement liée à la température de l'enroulement à protéger. On connaît, en outre, un dispositif protecteur pour des moteurs électriques (EP-0 304 196 A2) comportant deux éléments protecteurs en forme de conducteurs froids ayant un comportement de résistance variant brusquement ; ces deux éléments branchés en parallèle dans le circuit électrique de l'enroulement d'excitation sont en contact thermique étroit l'un avec l'autre. Le premier élément protecteur est conçu pour avoir une température de commutation supérieure à la température ambiante, maximale, prévisible, à laquelle est exposé l'élément protecteur lorsque le moteur fonctionne et l'autre est chauffé à sa température de commutation par le courant normal du moteur. Cette température, qui maintient le premier élément protecteur en autorégulation, est transmise par contact thermique étroit avec le second élément protecteur dont la résistance ne change brusquement que si, pour une température ambiante simulée, le courant du moteur augmente à une valeur élevée, inacceptable. Ce montage a pour but de faire réagir le circuit de protection dans le temps, indépendamment de la température ambiante réelle de l'élément protecteur. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne, à cet effet, un dispositif de protection de moteurs électriques correspondant au type-défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'élément protecteur est réalisé et/ou disposé pour que son échauffement, provoqué par le passage du courant et la température ambiante, limite le courant avant que des zones locales de l'élément protecteur ne soient surchauffées et endommagées. Le dispositif selon l'invention permet d'éviter la surchauffe locale et la destruction de l'élément protecteur sans nécessiter de composants supplémentaires, en évitant ainsi d'influencer de manière négative le comportement en commutation de l'élément protecteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'élément protecteur a un bord latéral plus large que le bord opposé, et le bord le plus large est tourné vers la source de température ambiante (enroulement du moteur) lorsque l'élément protecteur est monté. Cette caractéristique évite une mise en oeuvre précipitée du dispositif de protection pour un courant moteur trop élevé et/ou une température ambiante trop importante. De plus, à mesure que la chaleur ambiante arrive du côté de l'enroulement du moteur, la partie de l'élément protecteur de surface plus étroite qui n'est pas influencée aussi fortement par le rayonnement thermique et qui reste encore plus conductrice, par comparaison à un élément protecteur de mme largeur, diminue rapidement. Cela conduit à une accélération souhaitée de l'échauffement propre de cette zone de l'élément protecteur, si bien que la commutation coupant ou, le cas échéant, réduisant le courant du moteur, se déclenche plus précocement que dans une réalisation avec un élément protecteur de mme largeur et de forme rectangulaire. Ce moyen, selon l'invention, conduit ainsi à une distribution beaucoup plus régulière de la charge thermique de l'élément protecteur, résultant de l'échauffement propre et de l'action de la chaleur externe, sur toute la surface, pour la coupure. La forme géométrique de l'élément protecteur entre le bord de plaquette large et le bord de plaquette étroit est une adaptation au gradient de température existant dans un cas d'application déterminé. Il est particulièrement avantageux que l'élément protecteur soit de forme trapézoïdale et soit fixé et maintenu par ses côtés inclinés. Dans ce cas, la hauteur de l'élément protecteur peut tre adaptée au courant moteur autorisé, sans modification des moyens de fixation. En fixant l'élément protecteur sur une plaque porte-balais, celle-ci peut s'utiliser de manière universelle pour différents moteurs. Dans le cas de moteurs électriques à plaque porte-balais, on a une réalisation simple et peu encombrante si l'élément protecteur et son plan de plaquette sont parallèles au corps de base en forme de rondelle, de la plaque porte-balais. Dans ce mode de réalisation selon l'invention, on arrive à une répartition thermique très régulière dans l'élément protecteur sans nécessiter de composants supplémentaires. Si l'élément protecteur est placé sur la face de la plaque porte-balais qui n'est pas tournée vers la source de chaleur ambiante (enroulement du moteur), son corps de base en forme de rondelle joue le rôle d'un écran thermique pour l'élément protecteur. Dessins. Deux exemples de l'invention sont représentés aux dessins et seront décrits ci-après de manière plus détaillée. Ainsi : -la figure 1 montre une vue de dessus de la plaque porte-balais d'un moteur de lève-vitre alimenté par une batterie de véhicule, selon un premier exemple de réalisation, -la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, -la figure 3 montre la face avant d'une plaque porte balais selon un second exemple de réalisation, -la figure 4 montre la face arrière de cette plaque porte-balais. Description des exemples de réalisation. La plaque porte-balais, selon les figures 1 et 2, se compose d'un corps de base 10 en forme de disque, muni dans la masse, de deux conduits 12 radialement opposés pour les balais 14,16. Ces balais sont poussés vers l'intérieur par des ressorts à branches 18 montés sur des tétons 20 et appuyés contre les épaulements 22 du corps de base 10. Le balai 14 est relié électriquement par un conducteur souple 24 ainsi que par d'autres moyens de contact (non référencés dans le détail ou qui n'apparaissent pas à la figure 1) aux contacts de raccordement 26 de la plaque de portebalais. Le balai de contact 16 est relié à un conducteur souple 28 maintenu dans un prolongement de forme appropriée 30 du corps de base 10 en étant relié à un ressort de contact 32 appliqué latéralement avec contact contre un élément protecteur 34 en forme de plaquette qui sera détaillé ultérieurement. Un ressort de contact 36 pousse contre l'autre face de l'élément protecteur 34. Ce ressort de contact est fixé au corps de base 10 et relié par des moyens de contact, non représentés, à un second contact de raccordement 38 de la plaque porte-balais. L'élément protecteur 34 est une plaquette d'une matière à coefficient de température positif (conducteur froid) dont les deux faces sont revtues d'une feuille de nickel ; sa résistance varie brusquement de plusieurs puissances de dix à une température de l'ordre de 130 C. La surface de la plaquette de l'élément protecteur 34 est dimensionnée pour que son échauffement, en fonctionnement sans incident, par le courant du moteur et par l'influence de la température ambiante (c'est-à-dire le rayonnement thermique de l'enroulement d'induit) n'atteigne pas la température critique qui est de l'ordre de 130 C, afin que l'élément protecteur 34 reste faiblement ohmique et ne diminue pas de manière significative le courant du moteur. L'élément protecteur 34 a la forme d'un trapèze ; il est placé debout, verticalement par rapport au corps de base 10 et son grand côté 40 est tourné vers l'enroulement de l'induit du moteur. Deux consoles 42, formés sur le corps de base 10, servent à maintenir l'élément protecteur 34 ; ces deux consoles guident et soutiennent les bords latéraux en biais de l'élément protecteur 34 dans des rainures 44 de forme appropriée. En outre, deux étriers 46 qui peuvent s'ouvrir élastiquement ou tre montés a posteriori, appuient sur le bord parallèle 40 de l'élément protecteur 34 engagé dans les rainures 44 pour y maintenir cet élément contre les secousses. La forme trapézoïdale de l'élément protecteur 34 permet qu'avec une profondeur de pénétration croissante de la température ambiante ou de la chaleur de convexion provenant de 1'enroulement du moteur, les parties de surface, étroites, de l'élément protecteur 34, qui ne sont pas trop fortement sollicitées par la chaleur et restent encore conductrices (par comparaison à un élément protecteur de forme rectangulaire), se réchauffent moins, alors qu'en cas d'incident elles se réchauffent plus rapidement à la température de commutation d'environ 130 C. On réduit ainsi le courant du moteur avant que la zone de surface plus large de l'élément protecteur 34 ne soit endommagée par la surchauffe résultant du rayonnement thermique. Pour adapter l'élément protecteur aux conditions existant dans un cas d'application particulier, on peut modifier la forme de l'élément protecteur. C'est ainsi que l'on peut, par exemple, avoir des parois latérales inclinées, à courbure concave ou convexe. Dans 1'exemple de réalisation choisi, la surface de la plaquette de l'élément protecteur peut tre adaptée à l'intensité du courant autorisée du moteur par variation de l'écartement entre les bords latéraux parallèles, sans avoir à changer les moyens servant à fixer l'élément protecteur. Dans 1'exemple de réalisation selon les figures 3 et 4, deux balais de contact 54,56 soumis à l'action de ressorts hélicoïdaux 52, sont maintenus coulissants dans des conduites 58 réalisées d'une seule pièce sur le corps de base 60 en forme de plaque. Le balai 54 est relié à un premier contact de raccordement 64 par une bobine 62. Le balai 56 est relié à une extrémité de raccordement d'une bobine 66 dont l'autre extrémité 68 est reliée, à travers le corps de base 60, à la face arrière de la plaque de support de balai (selon la figure 4) ; cette plaque comporte quatre cavités 70,72,74,76 en forme de segments. La cavité 76 reçoit un élément protecteur 80 en forme de plaquette, constitué par un conducteur froid ayant la mme structure de matière et le mme comportement, sur le plan de la résistance, que l'élément protecteur 34 du premier exemple de réalisation. L'élément protecteur 80 fixé dans la cavité 76 à l'aide de moyens non représentés est en contact avec l'extrémité de raccordement 68 de la bobine 66 au niveau du passage 82 dans le corps de base 60. La face frontale libre de l'élément protecteur 80 est reliée par une languette de contact 86 coudée traversant un passage 84 et appartenant à un étrier de contact 88 relié à un second contact de raccordement 90 de la plaque porte-balais. Dans le montage des figures 3 et 4, pratiquement toutes les zones de l'élément protecteur 80 sont chauffées très régulièrement par la température ambiante et le passage du courant et, en outre, le corps de base 60 de la plaque de porte-balais de l'élément protecteur 80 est protégé contre le rayonnement thermique de l'enroulement du moteur. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de protection pour des moteurs électriques, comportant un élément protecteur en forme de plaquette réalisé comme conducteur froid (résistance de type PTC) branché dans le circuit électrique du moteur et qui modifie, de préférence brusquement, sa résistance lorsque la température change et réduit ainsi le courant du moteur à une valeur non dangereuse, dispositif caractérisé en ce que l'élément protecteur (34,80) est réalisé et/ou disposé pour que son échauffement, provoqué par le passage du courant et la température ambiante, limite le courant avant que des zones locales de l'élément protecteur ne soient surchauffées et endommagées. 2 ) Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément protecteur (34) a un bord latéral (40) plus large que le bord opposé, et le bord (40) le plus large est tourné vers la source de température ambiante (enroulement du moteur) lorsque l'élément protecteur est monté. 3 ) Dispositif de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément protecteur (34) a au moins sensiblement une forme trapézoïdale et est fixé et maintenu par ses bords latéraux inclinés. 4 ) Dispositif de protection selon la revendication 1, pour des moteurs électriques comportant un plaque de porte-balais, caractérisé en ce que l'élément protecteur (80) est monté de façon que le plan de sa plaquette soit parallèle au corps de base en forme de plaque (60) de la plaque porte-balais. 5 ) Dispositif de protection selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément protecteur (80) est prévu sur la face de la plaque porte-balais non tournée vers la source de chaleur ambiante (enroulement du moteur).