Brevet FR2726696A3 — publié le 19960510

FR 2726696 A3 19960510 FR 9512577 A 19951025 " Balai de charbon pour moteur à courant continu " Etat de la technique: L'invention concerne un balai de charbon pour mo- teur à courant continu, notamment pour un moteur à courant continu à commutation mécanique, dont l'ondulation du cou- rant créée par la commutation du courant du moteur à cou- rant continu, est détectée à l'aide d'un circuit électroni- que, et dont la fréquence d'ondulation est exploitée comme une mesure de la vitesse de rotation. Il est connu de manière générale que la compo- sante alternative du courant ("ondulations") dans des mo- teurs à courant continu est utilisée comme mesure de la vitesse de rotation que l'on exploite et utilise. Il existe pour cela deux procédés. Selon le premier procédé dit du passage par zéro, le signal d'ondulations du courant est en moyenne lisse et, après élimination de la composante conti- nue, on détecte les passages par zéro. Un exemple de ce procédé est donné dans le document DE 35 27 906 Al. Dans le second procédé dit procédé de comptage des ondulations, du fait de l'irrégularité des parties de bobine provenant des tolérances de fabrication, le signal présente une modulation basse fréquence en plus de l'ondu- lation haute fréquence. On a ainsi des valeurs minimales et maximales locales. En valeur absolue, les valeurs minimales peuvent être plus grandes que les valeurs maximales. C'est pourquoi, il faut une détection locale à l'aide d'un procé- dé compliqué de différentiation. Comme cela est indiqué dans l'étude "Unkonventionelle Drehzahlmessung und - regelung bei Gleichstrommotoren" de M. Birk, Elektronik 25/14.12.1984, p. 71, 72, il est également connu de définir la vitesse de rotation de manière incrémentale à partir de l'ondulation de commutation du courant de l'induit. Pour cela, on décou- ple de façon capacitive, par un condensateur, la tension aux bornes d'une résistance de mesure dans le circuit du moteur et on applique le signal à un filtre. Le filtre est entraîné de manière adaptative dans toute la plage des vi- tesses de rotation, c'est-à-dire que les fréquences d'ex- trémité sont variables en fonction de la vitesse de rotation. A la sortie du filtre, on dispose alors de l'os- cillation de base séparée par filtrage de l'ondulation de commutation. La fréquence de ce signal est proportionnelle à la vitesse de rotation. Cela nécessite la mise en oeuvre de circuits importants. Dans la demande de brevet plus ancienne DE- 44 22 083 de la demanderesse, il est indiqué un procédé et un dispositif permettant de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus avec une mise en oeuvre technique plus faible et d'une façon moins coûteuse. Comme la pratique l'a montré dans ce contexte, une autre source de difficultés est que la structure usuelle de la surface de circulation des balais de carbone utilisés, crée des signaux numériques supplémentaires là o ils ne devraient pas se produire. Cela sera décrit ci-après de manière plus détaillée en liaison avec une partie de la figure 1 et la figure 5. En résumé, la structure usuelle de la surface de circulation des balais de carbone, en parti- culier lorsque les balais sont neufs et ne sont pas encore rodés, correspond à un chevauchement trop limité dans l'es- pace et dans le temps. En particulier en cas de légers dé- calages géométriques entre les balais de carbone qui coopè- rent, cela produit des signaux erronés supplémentaires, non souhaitées. Avantages de l'invention: La présente invention remédie à ce problème et concerne à cet effet un balai de charbon correspondant au type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la surface de circulation des balais de charbon est conçue de manière à avoir deux surfaces d'appui déterminées, essentiellement ponctuelles ou linéaires, et aussi éloignées que possible, entre les balais de charbon et la(les) lamelle(s) à mettre en contact du collecteur du moteur à courant continu. Le balai de charbon selon l'invention présente l'avantage par rapport à l'état de la technique, que même en cas de décalage géométrique des balais de carbone qui coopèrent, un degré de chevauchement élevé est garanti, à la fois sur le plan géométrique et dans le temps, par les surfaces d'appui ou de contact qui sont très écartées, en évitant, par ce seul fait, la génération de signaux erro- nés. Enfin, cela permet de n'utiliser que des moyens tech- niques réduits et peu coûteux pour une saisie fiable et une préparation des signaux d'ondulation du courant. Selon la présente invention, notamment pour des balais nouveaux, au début de leur utilisation, on a un si- gnal non entaché de défauts, ce qui conduit, dans l'exploi- tation des balais selon l'invention dans le cas d'un moteur à courant continu à commande des ondulations de courant, à la possibilité d'exploiter les signaux avec des moyens par- ticulièrement simples et usuels. Selon un développement avantageux de l'invention, la surface de circulation des balais de charbon présente en vue en coupe une forme en toit ou en V et selon une autre réalisation avantageuse, il y a, au milieu, une cavité en particulier sous la forme d'une rainure. La surface de cir- culation peut avoir non seulement une structure plane ou droite, mais également une structure courbe en particulier en arc de cercle. Selon un développement avantageux de l'invention, le balai de charbon peut se composer de deux parties bran- chées électriquement et qui peuvent coulisser l'une par rapport à l'autre dans la direction d'application. Selon un développement particulièrement avanta- geux de l'invention, les deux parties formant le balai sont identiques. Elles sont réunies de manière symétrique plane pour former le balai de charbon. Dessin: L'invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins et décrits ci-après de manière plus dé- taillée. Ainsi: - la figure 1 est une vue de côté schématique dans la par- tie supérieure de la figure, montrant le balai de charbon selon l'invention; dans la partie inférieure, par compa- raison, il est montré un balai de charbon avec une sur- face de circulation de forme usuelle, - la figure 2 est une vue de côté schématique d'un second mode de réalisation d'un balai de charbon selon l'inven- tion composé de deux parties, - la figure 3 est une vue de côté schématique d'un autre mode de réalisation d'un balai de charbon selon l'inven- tion, comportant une cavité en forme de rainure dans la zone médiane de la surface de circulation, - la figure 4 est une vue de côté schématique d'un qua- trième mode de réalisation d'un balai de charbon selon l'invention pour lequel, comme dans le mode de réalisa- tion de la figure 3, il est prévu une cavité en forme de rainure dans la zone médiane de la surface de circula- tion, cette cavité se composant néanmoins de deux parties coulissantes l'une par rapport à l'autre, - la figure 5 montre schématiquement un diagramme analogi- que et les signaux numériques que l'on en déduit, générés par des balais de charbon de type connu, - la figure 6 montre schématiquement un diagramme analogue à celui de la figure 5 mais généré par des balais de charbon dont la surface de circulation est réalisée selon l'invention. Description des exemples de réalisation: La figure 1 est une vue de côté schématique mon- trant dans la partie supérieure, un balai de charbon 3 réa- lisé selon l'invention et ayant des surfaces de circulation i et 2 inclinées l'une par rapport à l'autre suivant une forme de V. En même temps, dans la partie inférieure, la figure 1 montre à titre de comparaison un balai de charbon 13 ayant une surface de circulation arrondie de forme usuelle et dont le rayon est supérieur au rayon du collec- teur 8 et de ses lamelles 6, 7. Pour des raisons de bruit, on choisit des balais de charbon dont la surface de circulation a un rayon rela- tivement important, comme cela est représenté dans la par- tie inférieure de la figure 1 pour un balai de charbon 13 de forme usuelle. Il en résulte que de tels balais ne for- ment qu'une surface d'appui 133 unique, ponctuelle ou li- néaire, avec les lamelles du collecteur 8. Cela conduit à des temps de commutation très courts. Si le décalage géomé- trique des surfaces d'appui est seulement très faible, comme ces surfaces sont pratiquement linéaires, les deux balais, qui coopèrent, engendrent deux courtes ondulations successives comme celles représentées à titre d'exemple dans la partie inférieure de la figure 5 chaque fois pour l'impulsion de courant 4 et 6, dans le tracé analogique du courant de commutation 50. Dans cette courbe, la référence 51 désigne les pointes en forme de tabourets appelées " ondulations de courant " dans la courbe du courant de commutation 50. Dans la partie supérieure de la figure 5, on a représenté la forme du signal numérique 52 fourni par un circuit électronique d'exploitation non représenté, à par- tir de la courbe du courant de commutation 50. Cette géné- ration de signaux numériques peut par exemple être indépendante de la pente et/ou de l'amplitude des valeurs minimales et maximales respectives de la courbe du courant de commutation 50. L'électronique d'exploitation détecte des ondulations 4a, 4b ainsi que 6a, 6b qui se suivent à intervalles courts et résultent du léger décalage des sur- faces d'appui 133 des balais de charbon 13 usuels, comme signaux numériques distincts. Ces signaux numériques sont les impulsions 4, 5 et 7, 8 dans la partie supérieure de la figure 5. Ainsi, dans la courbe numérique 52, on a un total de 9 impulsions au lieu des 7 impulsions réelles. Le balai de charbon 3 selon l'invention présente d'emblée une surface de circulation ayant avec certitude deux points d'appui, écartés l'un de l'autre, avec les la- melles du collecteur 8. Cela garantit une commutation aussi longue que possible dans le temps, et deux lamelles du col- lecteur sont court-circuitées aussi long temps que possi- ble. Cela améliore les "ondulations de courant" qui prennent ainsi une forme claire, simple et exploitable sans équivoque. Dans sa partie inférieure, la figure 6 montre sous la référence 60, la courbe analogique du courant de commutation fourni par les balais de charbon selon l'inven- tion. Il apparaît clairement qu'il y a ici un tracé ayant des ondulations 61 sans équivoque qui ne conduisent pas à des interprétations et des comptages erronés. La courbe nu- mérique 62 des signaux représentés dans la partie supé- rieure de la figure 6, et qui lui correspond, est ainsi sans équivoque. Aux huit ondulations de courant 1-8 infé- rieures correspondent ainsi sans équivoque et clairement les huit impulsions 1 à 8 supérieures. La figure 2 montre schématiquement, en vue de cô- té, un second mode de réalisation d'un balai de charbon se- lon l'invention. Ce balai 23 se compose de deux parties identiques 9, 10 ayant chacune une surface de circulation inclinée 21, 22. Les deux parties 9, 10 peuvent coulisser l'une le long de l'autre dans la direction d'application 11 suivant la ligne de séparation 290. Les deux parties iden- tiques 9, 10 sont réunies de manière symétrique plane et sont maintenues par un dispositif non représenté. De plus, en fonctionnement, ces parties sont branchées électrique- ment en parallèle. A l'état réuni, représenté à la figure 2, les deux surfaces de circulation 21 et 22 forment la surface de circulation en V, comme celle du mode de réali- sation de la partie supérieure de la figure 1. La figure 3 montre schématiquement en vue de côté un autre mode de réalisation des balais de charbon 33 selon l'invention. Dans le cas de ces balais 33, il est prévu une cavité 34 en forme de rainure dans la zone centrale de la surface de circulation ainsi formée de deux surfaces par- tielles 31 et 32. Les surfaces partielles 31 et 32 ont une forme courbe, de préférence en arc de cercle. Ce mode de réalisation peut être réalisé simplement en ayant au milieu une cavité 34 en forme de rainure, dans la surface de cir- culation d'un balai de charbon de forme usuelle. La figure 4 montre schématiquement une vue de cô- té d'un quatrième mode de réalisation d'un balai de charbon selon l'invention. Dans le cas de ce balai de charbon 43, comme dans le mode de réalisation de la figure 3, on a une cavité en forme de rainure dans la zone médiane de la sur- face de circulation. Cette cavité se compose de deux cavi- tés partielles 494, 414 appartenant chacune à une pièce identique 49 et 410; ces deux pièces sont associées syme- triquement suivant une symétrie plane par rapport à la li- gne de séparation 490, et peuvent coulisser l'une par rapport à l'autre suivant la ligne de séparation 490 dans la direction d'application 11. Les surfaces de circulation 41 et 42, partielles, présentent ici, comme dans le mode de réalisation de la figure 3, une forme courbe ou une forme d'arc de cercle. Les balais de charbon composés de deux parties de préférence identiques se réalisent d'une manière particu- lièrement simple et garantissent un contact certain avec les lamelles à court-circuiter, car leur adaptation à la surface de circulation des lamelles est plus souple que celle d'un balai de charbon en une seule pièce. Les balais de charbon selon l'invention, à deux surfaces d'appui, déterminées, écartées l'une de l'autre, garantissent dès le début de l'utilisation du moteur à cou- rant continu, des temps de commutation longs et une amélio- ration sans équivoque des ondulations de courant. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Balai de charbon pour moteur à courant conti- nu, notamment pour un moteur à courant continu à commuta- tion mécanique, dont l'ondulation du courant créée par la commutation du courant du moteur à courant continu, est dé- tectée à l'aide d'un circuit électronique, et dont la fré- quence d'ondulation est exploitée comme une mesure de la vitesse de rotation, balai caractérisé en ce que la surface de circulation (1, 2; 21, 22; 31, 32; 41, 42) des balais de charbon (3; 23; 33; 43) est conçue de manière à avoir deux surfaces d'appui (4, 5) déterminées, essentiellement ponctuelles ou linéaires, et aussi éloignées que possible, entre les balais de charbon (3; 23; 33; 43) et la(les) lamelle(s) à mettre en contact (6, 7) du collecteur (8) du moteur à courant continu. 2 ) Balai de charbon selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de circulation (1, 2; 21, 22) des balais de charbon (3; 23) présente en coupe une forme de toit ou de V. 3 ) Balai de charbon selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de circulation (31, 32; 41, 42) des balais (33; 43) comporte en son milieu une ca- vité (34; 494, 414) notamment sous la forme d'une rainure. 4 ) Balai de charbon selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le balai (23; 43) se compose de deux parties (9, 19; 49, 410) branchées électriquement en parallèle et qui peuvent coulisser l'une par rapport à l'autre dans la direction d'application (11). ) Balai de charbon selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux parties (9, 10; 49, 410) composant les balais (23; 43) sont identiques et sont ré- unies suivant une symétrie plane. 6 ) Balai de charbon selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les surfaces de circulation (31, 32; 41, 42) des balais de charbon (33; 43) sont courbes et notamment en forme d'arc de cer- cle.