Brevet FR2719724A1 — publié le 19951110

DISPOSITIF PORTE-BALAI POUR MOTEUR ELECTRIQUE La présente invention concerne un dispositif porte-balai pour moteur électrique et en particulier pour tout type de moteur à commutation d'alimentation du rotor par collecteurs et balais. Dans l'art antérieur, les principaux moteurs équipés de collecteurs et de balais sont les moteurs universels, les moteurs à aimant permanent et les moteurs pas-àpas. Dans ces moteurs, le rotor est bobiné avec des fils émaillés créant par un courant électrique un champ magnétique cylindrique de contre-réaction. Ce champ s'ajoute vectoriellement au champ magnétique du stator et le champ en résultant est donc dévié par rapport au champ du stator. Pour qu'un moteur obtienne de meilleures performances et commutations il est nécessaire d'alimenter les fils du rotor avec un décalage et on appelle ce principe le calage. Le comportement du moteur est d'autant meilleur que le calage est précis. Dans les techniques antérieures ce calage est lié à la machine de bobinage de rotor et se trouve ainsi limité à des angles assez grands de l'ordre de 15, 25, 30 ou 45 degrés, limitant ainsi les possibilités. D'autre part, dans les moteurs existants l'un des facteurs d'isolation diélectrique est obtenu en laissant un espace entre le flasque et les lames du collecteur. Cette technique permet d'obtenir des tensions de tenue d'isolation de l'ordre de 1500 volts mais ne permet pas d'aller au-delà, sauf si l'on augmente l'espace de façon très importante, ce qui est incompatible avec la recherche de compacité des moteurs. Le but de l'invention est de proposer un dispositif porte-balai qui permette, tout en bénéficiant d'une constitution et d'un montage simples et rapides du dispositif, d'améliorer la précision du calage de la machine et les qualités d'isolation diélectrique entre le flasque et le moteur. Ce but est atteint par le fait que le dispositif porte-balai, pour tout type de moteur à commutation d'alimentation du rotor par un collecteur et balais, monté sur un flasque rendu solidaire de l'une des extrémités du stator par des moyens de fixation et comportant un élément porte- balai en matière isolante monté sur le dispositif porte-balai est caractérisé en ce que le flasque porte sur sa face intérieure tournée vers le stator au moins deux moyens de fixation parallèles à l'axe de rotation du rotor, l'élément porte-balai ayant une forme de couronne comportant deux logements porte- balai disposés de façon diamétralement opposée, la couronne est pourvue substantiellement sur la totalité de la périphérie restante et sur un diamètre correspondant à l'espacement des moyens de fixation du flasque, d'une pluralité de trous de positionnement de la couronne disposés selon un pas angulaire, la couronne se prolongeant vers le centre par une surface en forme de disque de diamètre intérieur supérieur au diamètre de l'extrémité de l'axe du rotor et inférieur au diamètre du collecteur. Un autre but de l'invention est de diminuer les bruits de moteur et l'usure des balais. Ce but est atteint par le fait que les balais sont montés par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de symétrie du moteur avec un angle d'inclinaison réglable pour diminuer le niveau sonore. Selon une autre particularité, l'angle d'inclinaison est soit obtenu par une sur-épaisseur formée sur le dos de la couronne, soit réglable par rajout d'une pièce entre la couronne et le flasque. Selon une autre particularité, une feuille en matière souple découpée est intercalée entre le flasque et la couronne pour contribuer à diminuer le niveau sonore. Selon une autre particularité, les moyens de fixation sont soit deux tétons soit deux vis. Selon une autre particularité, les éléments porte-balai de la couronne comportent dans le puits au moins deux surfaces formant un épaulement destiné à recevoir une gaine métallique de balais comportant au moins deux saillies destinées à venir appuyer sur les épaulements respectifs ce qui permet d'avoir une seule couronne et une seule gaine pour plusieurs types de collecteurs. Selon une autre particularité, la couronne comporte, des éléments de clipsage permettant le support d'un ou plusieurs condensateurs et d'un ou plusieurs protecteurs thermiques. Selon une autre particularité, les éléments porte-balai de la couronne comportent deux perçages latéraux de chaque côté du puits destiné à recevoir le balai et de direction parallèle à l'axe de rotation du rotor, l'un de ces perçages étant destiné à recevoir le câble de liaison électrique du bobinage, l'autre la cosse réalisant la liaison thermique entre le câble et une extrémité de l'élément clipsé. Selon une autre particularité, le sommet des puits des éléments portebalai est obturable à l'aide d'un élément couvercle se glissant dans des rainures prévues à cet effet. Selon une autre particularité, la surface extérieure des éléments porte-balai comporte une gorge périphérique destinée à recevoir une bague de protection en forme de cylindre pourvu sur la paroi cylindrique de deux encoches opposées aux dimensions de la gorge de chaque élément porte-balai, la dite bague venant en appui sur un flasque de surface circulaire. Selon une autre particularité, la couronne porte- balai est fixée avec des vis montées dans des trous taraudés du flasque. Selon une autre particularité, la couronne porte- balai est sertie sur le flasque à l'aide des tétons. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une vue de face de l'extrémité d'un moteur constitué d'un flasque, d'un dispositif porte-balai et d'une section du collecteur; - la figure 2 représente une vue latérale du flasque; - la figure 3 représente une vue de face du dispositif porte-balai; - la figure 4 représente une vue de dessus du dispositif porte-balai; - la figure 5 représente une vue de côté du dispositif porte-balai; - la figure 6 représente une vue de face du flasque. - la figure 7A représente une vue de face d'une gaine de balais; - la figure 7B représente une vue de dessus d'une gaine de balais; - la figure 7C représente une vue de côté de la gaine de balais. La figure 2 représente les composants principaux d'un moteur qui est constitué d'un rotor bobiné (2) dont seule l'extrémité comportant le collecteur (20) a été représentée. Cette extrémité du collecteur (20) se prolonge par un axe (21) pourvu d'un coussinet ou roulement pour à assurer la rotation du rotor et monté dans le logement cylindrique (307) d'un flasque (3). Ce flasque (3) est rendu solidaire par des moyens de fixation d'un stator dont l'extrémité (1) a été représentée. Le stator (1) est formé, dans le cas d'un moteur à aimant permanent, d'un aimant et d'une carcasse et, dans le cas d'un moteur universel, d'un paquet de tôles sur lequel sont bobinés les inducteurs. Le flasque (3) comporte en général des moyens permettant de fixer des balais pour réaliser le contact avec le collecteur. A son autre extrémité, le moteur comporte un autre flasque dit "flasque ventilateur", lui- même équipé de coussinets ou roulements pour permettre la rotation du rotor. L'invention sera décrite plus particulièrement en liaison avec les figures 1 à 6. Sur la figure 6, on peut voir que le flasque selon l'invention comporte au moins deux tétons (301, 302) disposés de façon diamétralement opposée. Ces deux tétons pourront être également associés en général avec deux autres tétons opposés (304, 303) également disposés selon un autre diamètre de façon à concorder avec les trous de la couronne (43) et assurer une meilleure fixation et stabilité à une pièce porte-balai (4) représentée aux figures 3 à 5. Cette pièce porte-balai est fixée sur le flasque (3) par sertissage des tétons lorsque ceux-ci sont introduits dans des trous (430) pourvus sur une couronne (43) prévue à la périphérie de la pièce porte-balai (3). Les trous (430) sont formés à un pas régulier, par exemple compris entre 5 et 15 degrés, et sur l'exemple représenté à la figure 3, avec un pas de l'ordre de 10 degrés. Selon deux directions diamétralement opposées, la couronne (43) est interrompue sur un angle de l'ordre de 35 degrés de part et d'autre de l'axe de symétrie de façon à permettre le passage des balais (6, figure 6) montés dans des éléments porte-balai opposés (41, respectivement 42) formant une seule pièce avec la couronne (43). Ces éléments porte-balai (41, 42) sont constitués d'un bloc parallélépipédique pourvu d'un puits central (410, 420, figures 4 et 3). Dans la masse des éléments porte-balai (42, 43) entourant le puits (410, respectivement 420), des perçages (414, 415, 416, 417), respectivement (424 à 427). Les premiers (416, 417 et 426, 427) sont prévus selon des directions parallèles à l'axe de rotation du moteur pour permettre l'insertion de câbles (72) de liaison électrique avec les bobinages ou les autres éléments permettant la commutation et l'alimentation du collecteur. Les seconds (414, 415, 424, 425) sont destinés à recevoir des cosses de liaison (73) entre les câbles (72) et les câbles (71) de liaison soit avec un condensateur (5) soit avec un protecteur thermique. Les axes de symétrie des puits (410, 420) sont disposés dans un plan radial par rapport à l'axe de rotation du rotor et dans un plan radial perpendiculaire sont disposés les axes de symétrie de deux bras (44, 45) opposés qui s'étendent au-delà de la couronne. Ces deux bras (44, 45) se prolongent chacun dans une direction parallèle à l'axe de rotation du rotor par une griffe (441, respectivement 451) qui permet de coincer entre son évidement de forme circulaire et un doigt parallèle associé (452, respectivement 442) un élément (5) formant soit un condensateur, soit un protecteur thermique. La surface (43) en forme de couronne se prolonge vers le centre de la pièce porte-balai (4) par une surface (431) en forme de disque représentée en coupe à la figure 5, et de face sur la figure 3. Cette portion de disque (431) a un diamètre extérieur (D3) égal au diamètre de la couronne (43) et supérieur au diamètre (D2) du collecteur (20) du rotor du moteur et un diamètre (d3) permettant de recevoir l'axe (21) de pivotement du rotor. Les puits (410, 420) porte-balai se terminent vers leur extrémité supérieure par des gorges (412, 422) formées dans des rebords (411, 421) qui permettent de recevoir un couvercle conformé de façon à venir se glisser entre les deux guides (421, respectivement 411) et se clipser dans les logements (4221, 4121) prévus en extrémité des gorges (422, 412). La surface extérieure des puits (410, 420) porte-balai comporte à proximité de l'extrémité supérieure des gorges extérieures (423, 413) de forme circulaire pour recevoir les flancs cylindriques d'une bague d'étanchéité dont les bords des découpes pratiquées sur la partie cylindrique se glissent dans les gorges (413, 423) prévues à cet effet sur le porte-balai (4) pour formerA dans les cas o cela est souhaitable_ un moteur étanche. Le flasque (3) comporte des jambes (311, 312, 313, 314) à l'extrémité desquelles est formée une surface d'appui (309, 310), la surface d'appui (310) forme un pont entre les jambes adjacentes (311, 312) et la surface (309) d'appui forme un pont entre les jambes adjacentes (313, 314). Ces surfaces d'appui (310, 309) reçoivent l'extrémité (1) du stator et sont pourvues de perçages pour permettre le passage d'un goujon permettant le serrage du flasque (3) sur le stator à l'aide d'un écrou qui vient se loger entre les jambes associées à la surface d'appui pour achever de constituer de façon simple la structure du moteur. Chaque puits (410, 420) de la pièce porte-balai est destiné à recevoir un balai (6) monté dans une gaine de balais (8) de forme tubulaire à section carrée. Cette gaine (8) comporte deux languettes (81, respectivement 82) rabattables pour venir appuyer sur l'épaulement (4201, 4101), respectivement (4202, 4102) des puits (420, 410) pour permettre de positionner le balai en fonction de la taille du collecteur et des performances du moteur. Cette gaine ajoute donc à la flexibilité du dispositif en contribuant à limiter le nombre de pièces fabriquées pour une gamme étendue de moteurs. Des ergots (83, 85), disposés sur les faces adjacentes à la face comportant les languettes, contribuent au guidage et coulissement de la gaine dans les gorges latérales (4103, 4104), respectivement (4203, 4204) du puits (410), respectivement (420). Des languettes (84, 86) rendues élastiques par leur forme et disposées sur la face opposée aux languettes (81, 82) rabattables permettent un coulissement et guidage dans la rainure (4105), respectivement (4205) prévue dans le puits (410), respectivement (420). Ainsi, la pluralité de perçages (430) permet de modifier le calage des balais en fonction des caractéristiques des moteurs. Un seul dispositif porte- flasque et porte-balai, permet la fabrication de différents moteurs dont les caractéristiques de calage varient selon leurs caractéristiques électriques. Enfin, le dispositif porte-balai présente l'avantage de permettre la fixation des éléments condensateur et de protection thermique de façon simple et efficace ainsi que la fixation des câbles de liaison entre les balais, les éléments condensateurs et protecteurs thermiques et les bobinages. En outre, l'angle d'inclinaison des charbons (6) peut être modifié, de façon souhaitée, en plaçant une cale (7) entre le flasque (3) et la pièce porte-balai (4) comme représenté à la figure 5. Les charbons disposés dans le puits (410) viennent frotter sur la surface du collecteur (20) de façon à ce que la résultante R se décompose en une force tangentielle C et une force radiale B, la force tangentielle ayant pour résultat de diminuer le niveau sonore du moteur. La cale peut être intégrée au porte-balai (4). On peut également intercaler entre la pièce porte-balai (4) et le flasque (3) une feuille découpée en matière souple ayant des propriétés d'absorption de bruit, de façon à contribuer également à la diminution du bruit. Le montage de la pièce porte-balai (4) est simple car il suffit de positionner cette pièce sur les tétons et ensuite de sertir les tétons (301 à 304) du flasque (3) pour que les porte- balai (410, 420) soient positionnés avec précision par rapport au flasque pour un moteur donné. Les balais (6) sont ensuite introduits dans leur puits (410, 420). Le réglage de la position des balais par rapport au flasque selon l'invention permet de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus. L'invention procure un avantage de grande flexibilité en utilisant un nombre limité de couronne pour une pluralité de tailles moteur en un nombre supérieur aux couronne. Grâce aux tétons de centrage, chaque couronne peut être montée sur tous les moteurs. Toutes modifications à la portée de l'homme de métier font également partie de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif porte-balai pour tout type de moteur a commutation d'alimentation du rotor (2) par un collecteur et balais, monté sur un flasque (3) rendu solidaire de l'une des extrémités du stator par des moyens de fixation et comportant un élément porte-balai en matière isolante monté sur le dispositif porte-balai, caractérisé en ce que le flasque (3) comporte sur sa face intérieure tournée vers le stator au moins deux moyens de fixation (301, 302) parallèles à l'axe de rotation du rotor, l'élément porte-balai (4) ayant une forme de couronne (43) comportant deux logements porte-balai (41, 42) disposés de façon diamétralement opposée, la couronne (43) étant pourvue substantiellement sur la totalité de la périphérie restante et sur un diamètre correspondant à l'espacement des moyens de fixation du flasque, d'une pluralité de trous (430) de positionnement de la couronne (43) disposés selon un pas angulaire, la couronne (43) se prolongeant vers le centre par une surface (431) en forme de disque de diamètre intérieur (d3) supérieur au diamètre (d2) de l'extrémité de l'axe du rotor (2) et inférieur au diamètre (D2) du collecteur. 2. Dispositif porte-balai selon la revendication 1, caractérisé en ce que les balais (6) sont montés par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de symétrie du moteur avec un angle d'inclinaison réglable pour diminuer le niveau sonore. 3. Dispositif porte-balai selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison est soit obtenu par une sur-épaisseur formée sur le dos de la couronne (43), soit réglable par rajout d'une pièce entre la couronne (43) et le flasque (3). 4. Dispositif porte-balai selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une feuille en matière souple découpée est intercalée entre le flasque il (3) et la couronne (43) pour contribuer à diminuer le niveau sonore. 5. Dispositif porte-balai selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de fixation sont soit deux tétons, soit deux vis. 6. Dispositif porte-balai selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couronne (43) comporte des éléments de clipsage (441, 451) permettant le support d'un ou plusieurs condensateurs (5) ou d'un ou plusieurs protecteurs thermiques. 7. Dispositif porte-balai selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les éléments porte-balai (41, 42) de la couronne comportent dans le puits (410, 420) au moins deux surfaces formant deux épaulements (4101, 4102; 4201, 4202) destinés à recevoir une gaine métallique de balais comportant au moins deux saillies (81, 82) destinées à venir appuyer sur les épaulement respectifs 8. Dispositif porte-balai selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éléments porte-balai (41, 42) de la couronne comportent deux perçages (414 à 417; 424 à 427) latéraux de chaque côté du puits destinés à recevoir le balai (6) et de direction parallèle à l'axe de rotation du rotor (2), l'un de ces perçages étant destinés à recevoir le câble de liaison électrique du bobinage, l'autre la cosse réalisant la liaison électrique entre le câble et une extrémité d'élément clipsé. 9. Dispositif porte-balai selon la revendication 8, caractérisé en ce que le sommet des puits des éléments porte-balai (41, 42) est obturable par le sommet à l'aide d'un élément couvercle se glissant dans des rainures prévues à cet effet. 10. Dispositif porte-balai selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la surface extérieure des éléments porte-balai comporte une gorge périphérique destinée à recevoir une bague de protection en forme de cylindre pourvu sur la paroi cylindrique de deux encoches opposées et aux dimensions de la gorge de chaque élément porte-balai, la dite bague venant en appui sur un flasque de surface circulaire. 11. Dispositif porte-balai selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couronne (43) porte-balai est fixée avec des vis montées dans des trous taraudés du flasque. 12. Dispositif porte-balai selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couronne (43) porte-balai est sertie sur le flasque (3) à l'aide des tétons (301 à 304).