Brevet FR2726701A1 — publié le 19960510

La présente invention concerne une machine électrique tournante. L'invention concerne notamment un démarreur de véhicule automobile. L'invention concerne une machine comportant un stator de forme générale annulaire, qui est généralement constitué par un empilage de tôles découpées, un portebalais, également appelé porte-charbons, de forme générale annulaire agencé à l'une des extrémités axiales du stator et qui est traversé par un rotor dont l'arbre porte un collecteur avec lequel coopèrent les balais, et un capot de protection comportant un palier fixé à ladite extrémité axiale du stator. Selon les différentes conceptions connues, il est nécessaire de prévoir des moyens de fixation du portebalais sur le corps du stator ainsi que des moyens de fixation du capot de fermeture sur le stator. Afin d'éviter des bruits de fonctionnement trop importants et afin d'améliorer la fiabilité des différents composants, il est aussi généralement nécessaire de prévoir des dispositifs d'amortissement des vibrations notamment pour le porte-balais. Toutes ces conceptions nécessitent donc de faire appel à un grand nombre de composants, et notamment à de nombreux moyens, tels que des vis de fixation et d'assemblage des différents composants. La présente invention a pour but de proposer une nouvelle conception d'une machine électrique tournante qui remédie aux inconvénients qui viennent d'être mentionnés en réduisant de manière importante le nombre des composants nécessaires à l'assemblage et à la fixation du porte-balais et du capot de fermeture tout en assurant une grande fiabilité de l'assemblage et une possibilité de standardisation des différents éléments. Dans ce but, l'invention propose une machine électrique tournante du type mentionné précédemment, caractérisée en ce que le corps du porte-balais est monté serré axialement entre ladite extrémité axiale du stator et une face radiale interne du capot de fermeture. Grâce à ce principe de conception, il est possible de supprimer complètement des moyens de fixation du portebalais sur le stator, le porte-balais étant fixé en position lors de la mise en place et de la fixation du capot de fermeture. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le corps du porte-balais se présente sous la forme d'un anneau plat dont une face comporte une série de pattes axiales d'appui agencées au voisinage de son bord extérieur et qui prennent appui contre ladite extrémité axiale du stator, et dont l'autre face comporte des logements pour le guidage en coulissement radial des balais - une rondelle d'appui est interposée entre une face du corps du porte-balais et la face radiale interne du capot - des logements de guidage des balais sont réalisés venus de matière par moulage avec le corps annulaire plat et chaque logement est délimité par deux parois parallèles de guidage et par une paroi circonférentielle extérieure qui constitue un fond du logement contre lequel prend appui un ressort de balai - la rondelle d'appui prend appui par l'une de ses faces contre les bords libres des parois parallèles des logements de guidage des balais - ladite autre face du corps annulaire plat du porte-balais comporte une cloison cylindrique annulaire qui est agencée au voisinage de son bord intérieur et trouée en regard de chacun des logements de guidage des balais - la rondelle d'appui prend appui par l'une de ses faces contre le bord d'extémité libre de la cloison cylindrique - les logements de guidage des balais sont répartis angulairement de manière régulière et la face radiale interne du capot prend appui axialement sur le porte-balais en des points situés entre les logements de guidage des balais - la face radiale interne du capot comporte une série de plots axiaux d'appui dont les extrémités libres prennent appui contre des zones de la face en vis-à-vis de la rondelle d'appui - la rondelle d'appui comporte des moyens d'accrochage sur le porte-balais - le bord interne de la rondelle d'appui comporte des griffes d'accrochage qui coopèrent, par emboîtement élastique, avec des crochets formés sur le bord d'extrémité libre de la paroi cylindrique annulaire du corps du porte-balais - la rondelle d'appui obture axialement les logements de guidage des balais - ladite une face du corps annulaire plat du porte-balais comporte des moyens de support et de fixation d'un organe conducteur de raccordement électrique de deux balais - il est prévu quatre logements de guidage de balais - le porte-balais comporte des moyens pour son indexation angulaire sur la face annulaire d'extrémité du stator - la face annulaire d'extrémité du stator est équipée d'une joue de support du porte-balais de forme générale annulaire cylindrique qui comporte une série de réceptacles qui reçoivent les pattes axiales d'appui du porte-balais - le bord extérieur du corps annulaire plat du porte-balais comporte des encoches pour recevoir des fils conducteurs qui relient les enroulements statoriques à des balais - la rondelle d'appui est déformable élastiquement; - le porte-balais est une pièce moulée en matière plastique. L'invention propose également un démarreur de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il est réalisé conformément aux enseignements de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée des principaux composants d'un démarreur réalisé conformément aux enseignements de l'invention et dont certains sont représentés avec des arrachements partiels - la figure 2 est une vue de détail à plus grande échelle de certains des composants de la figure 1 qui sont illustrés en perspective en association avec des balais supplémentaires - la figure 3 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, qui illustre le porte-balais avec quatre balais en position montée avec la rondelle d'appui et - la figure 4 est une vue selon la flèche F4 de la figure 3. On a représenté sur la figure 1 un inducteur 10 dont le stator de forme générale cylindrique annulaire est constitué par un empilage de tôles découpées 12 qui délimitent des logements 14 pour des bobinages statoriques (non représentés). Chacune des deux faces annulaires d'extrémités axiales 16 et 18 est prévue pour être équipée d'une joue d'extrémité 20, 22. Chacune des joues est une pièce de forme générale annulaire moulée en matière plastique qui comporte des pions axiaux 24 destinés à être reçus dans des trous 26 pour l'indexation angulaire en position de chaque joue par rapport au stator 12. On décrira maintenant plus en détail la joue 22 qui sert de support à un porte-balais 28 et de portée à un capot de fermeture 30 comportant un palier pour l'arbre du rotor. La joue 22 est une pièce moulée en matière plastique dont le corps de forme générale annulaire 32 se prolonge par une jupe cylindrique annulaire 34 qui s'étend axialement en éloignement de la face annulaire d'extrémité 18 du stator 12. Sur le bord annulaire d'extrémité 36 de la jupe 34, il est prévu quatre paires de dents 38 qui s'étendent axialement et qui deux à deux délimitent quatre logements ou réceptacles 40 dont le fond de chacun comporte un cran 42 en forme de marche d'escalier. Comme on peut le voir sur la figure 1, les logements 40 sont diamétralement opposés deux à deux et répartis angulairement de manière régulière autour de l'axe général de l'inducteur. Deux dents 38, diamétralement opposées, présentent une largeur circonférentielle plus importante et comportent sur leur face interne 44 un crochet 46 pour le guidage et le maintien de fils conducteurs provenant du bobinage statorique et destinés à être reliés à des balais du porte-balais 28, comme cela sera expliqué par la suite. L'embase annulaire 32 de la joue 22 comporte également une portée cylindrique 48 de centrage qui est prévue pour coopérer avec une portée cylindrique concave complémentaire 50 formée dans la surface cylindrique interne 52 de la jupe cylindrique annulaire 54 du capot de fermeture 30, au voisinage de son bord d'extrémité annulaire 56 qui, en position assemblée et fixée du capot de fermeture 30 par deux vis 58, prend appui axialement contre le bord d'extrémité annulaire plat 18 du stator 12. La fixation et le serrage axial du capot de fermeture 30 sont assurés par les vis 58 qui traversent deux trous 60 formés dans la paroi radiale d'extrémité 62 du capot et qui sont reçus dans des trous axiaux 64 du corps du stator 12 qu'ils traversent pour coopérer ensuite avec des écrous de serrage (non représentés). Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1, les joues 20 et 22 du stator 12 comportent également des crochets 66 prévus pour assurer la fixation axiale des joues 20 et 22 sur le stator 12 lors du bobinage in-situ des bobines du stator (non représentées). Toutefois, l'invention n'est pas limitée à ce mode de fixation axiale des joues 20 et 22 sur le stator 12. Les joues 20 et 22 sont des pièces réalisées par moulage en matière plastique. Le porte-balais 28 comporte un corps en forme d'anneau plat 70. Ce corps 70 est une pièce moulée en matière plastique qui délimite une première face annulaire 72 qui est tournée axialement en direction de la joue 22 et du stator 12 et une joue annulaire plane opposée 74 tournée vers la face radiale interne 75 de la paroi radiale d'extrémité 72 du capot de fermeture 30. Comme on peut le voir en détail sur les figures 2 et 4, la face radiale 72 du porte-balais 28 comporte quatre pattes axiales d'appui 76 réparties angulairement à 900. Chaque patte 76 est délimitée par deux bords axiaux parallèles 78 et sa largeur est telle qu'elle est prévue pour être reçue dans un logement 40 correspondant délimité par deux dents 38 de la joue 22. Le bord d'extrémité axiale 80 de chacune des pattes d'appui axiale 76 comporte un cran 82 en forme de marche d'escalier qui est complémentaire du cran 42 formé dans le fond de chacun des logements 40. En position assemblée, les pattes 76 sont ainsi reçues dans les logements 40 assurant d'une part l'appui axial du porte-balais 28 contre la joue 22, et donc contre le stator 12, ainsi que l'indexation angulaire en position du porte-balais par rapport à la joue 22 et au stator 12. Comme on peut le voir sur la figure 4, chacune des pattes 76 comporte également une creusure de profil cylindrique 84 permettant le passage du corps d'une vis 58. Les pattes axiales d'appui 76 sont réalisées venues de matière par moulage avec le corps en forme d'anneau plat 70 du porte-balais 28 et elles sont formées à cet effet aux extrémités libres de prolongements radiaux 86 qui s'étendent radialement depuis le bord circulaire extérieur 88 de l'anneau 70. Comme on peut le voir aux figures 2 et 3, le bord extérieur 88 de l'anneau 70 comporte également des encoches 90, 92 destinées à maintenir des fils conducteurs. Sur la face 74 de l'anneau plat 70, il est prévu quatre logements 94 dont chacun peut recevoir en coulissement radial un balai ou charbon 96 de section rectangulaire complémentaire pour le guider radialement en direction d'un collecteur (non représenté) porté par l'arbre du rotor (non représenté) du démarreur qui s'étend axialement à travers l'ouverture centrale 98 de l'anneau plat 70. Comme on peut le voir sur la figure 2, les quatre logements 94 sont répartis angulairement de manière régulière et s'étendent en partie sur les prolongements 86. Chacun des logements 94 est délimité par deux parois parallèles 100 et 102 qui s'étendent dans des plans parallèles à l'axe de l'anneau plat, et il est également délimité circonférentiellement vers l'extérieur par une paroi circonférentielle 104 qui constitue un fond radial de chaque logement 94. Chaque logement 94 présente ainsi une section sensiblement rectangulaire complémentaire de celle d'un balai 96 pour permettre son guidage radial en coulissement dans lequel il est sollicité élastiquement par un ressort de balai 106 qui est un ressort hélicoïdal de compression qui prend appui contre la paroi 104 et contre une face d'extrémité correspondante 108 d'un balai 96. Chaque logement 94 est ouvert axialement en direction du fond radial interne 75 du capot 30 de manière à permettre de réaliser les logements avec leurs parois par moulage venu de matière avec l'anneau plat 70 et les pattes 76 et il est également ouvert radialement vers l'intérieur en direction du collecteur afin que la face d'extrémité correspondante 110 de chaque balai 96 puisse venir coopérer avec le collecteur. Au voisinage de la paroi circonférentielle d'extrémité 104, les cloisons ou parois latérales 100 et 102 comportent un décrochement qui délimite deux bords d'appui axial 112, 114. Chacune des parois 102 comporte également un décrochement axial plus important 116 (voir figure 3) pour permettre le passage d'un fil conducteur 118 relié au balai correspondant 96 reçu dans le logement 94. Le porte-balais 28 comporte, en saillie axiale depuis sa face 74, une paroi cylindrique annulaire 120 qui comporte des trous 122 en regard de chacun des logements 94 pour permettre le passage des extrémités 110 des balais 96. Outre les nécessités résultant de la fabrication par moulage, l'ouverture en direction axiale des logements 94 permet la mise en place des charbons ou balais 96 dans les logements 94. Les balais 96 sont maintenus à l'intérieur des logements 94 en coulissement radial, par une rondelle de fermeture 124. La rondelle 124 est une pièce en forme d'anneau plat circulaire qui est réalisée en matériau isolant légèrement déformable élastiquement. La largeur radiale de la rondelle de fermeture 124 est telle que, en position montée sur le porte-balais 28, et comme cela est notamment illustré sur la figure 3, elle obture axialement les faces axiales ouvertes des logements 94. La rondelle 124 prend appui axialement par l'intermédiaire de sa face transversale 126 contre les bords 112 et 114 des parois 100 et 102 des logements 90 et contre le bord annulaire d'extrémité libre 130 de la paroi cylindrique 120. Le bord circulaire extérieur 132 de la rondelle 124 comporte quatre pattes radiales 134 d'indexation qui sont reçues à l'intérieur des logements 94 dans le fond de ces derniers délimités par les parois 104. Afin d'assurer l'accrochage axial en position de la rondelle 124 sur le porte-balais 28, le bord circulaire intérieur 136 de la rondelle 124 comporte quatre paires de griffes 138 qui sont déformables élastiquement pour permettre leur accrochage par emboîtement élastique entre des becs d'accrochage 140 formés en relief sur le bord annulaire d'extrémité axiale 130 de la paroi cylindrique 120 du porte-balais 28. La rondelle 114, outre sa fonction de fermeture axiale des logements 94, constitue également une rondelle d'appui au sens de l'invention qui permet de serrer axialement en position montée le porte-balais 28 entre la paroi radiale d'extrémité 62 du capot de fermeture 30 et la joue d'appui 22 elle-même en appui sur la face annulaire d'extrémité 18 du stator 12. A cet effet, la face radiale interne 75 du capot 30 comporte quatre plots 142 répartis angulairement de manière régulière autour de l'axe du capot et dont les extrémités libres 144 sont prévues pour venir en appui axial contre des zones en vis-à-vis 146 (voir figure 3) formées sur la face en vis-à-vis 148 de la rondelle 124. Ainsi, en position montée et serrée axialement du capot 30 au moyen des vis 58, le porte-balais 28 est immobilisé axialement par l'intermédiaire de la rondelle d'appui et de fermeture 124 qui est légèrement comprimée élastiquement. Afin de bien répartir l'effort d'appui axial, et de bénéficier de l'élasticité propre de la rondelle 124 pour assurer une fonction d'amortisseur des vibrations de l'assemblage, les quatre zones d'appui 146 sont réparties angulairement de manière régulière et sont disposée entre les logements de guidage 94. Comme on peut le voir aux figures 2 à 4, le portebalais 28 peut recevoir, dans deux logements 94 diamétralement opposés, en haut et en bas en considérant la figure 2, deux balais 96 dont les fils 118 sont reliés à des fils appartenant au bobinage statorique. Il est également possible d'équiper le portebalais 28 avec un ou deux balais supplémentaires 96 qui sont alors reçus dans des logements 94 diamétralement opposés, à gauche et à droite en considérant la figure 2. Dans le cas d'un porte-balais 28 qui reçoit quatre balais, et comme cela est illustré aux figures 2 à 4, les deux balais supplémentaires, de gauche et de droite en considérant la figure 2, sont reliés entre eux par un fil conducteur électrique rigide 150 qui est par exemple un fil de cuivre, en forme d'un demi-anneau et qui, comme on peut le voir sur la figure 4, est maintenu en position contre la face 72 du corps en forme d'anneau plat 70 du porte-balais 28 par une pince de retenue 152 réalisée venue de matière par moulage avec le porte-balais 28. Le conducteur 150 et l'un des fils 118 sont reliés électriquement à un conducteur de sortie 154 qui traverse la paroi 54 du capot de fermeture 30 à travers une garniture isolante 156 qui est montée par coulissement axial dans une fente axiale (non représentée sur la figure 1) de la paroi annulaire 54 du capot 30. Il est ainsi possible de réaliser un sous-ensemble constitué par le porte-balais 28 équipé, le cas échéant, de ses quatre balais et de la rondelle 124 qui lui est accrochée par les griffes 138 puis de venir mettre axialement ce sous-ensemble en position et en appui axial sur la joue 22 grâce aux pattes 76 qui sont reçues dans les logements 40 de la joue 22. La fixation et le serrage axial de l'ensemble sont assurés par la mise en place du capot de fermeture 30 qui est centré sur la portée 48 de la joue 22 et qui prend appui axialement par son bord d'extrémité libre annulaire 56 contre la face annulaire d'extrémité 18 du stator 12. La fixation et le serrage de l'ensemble est assuré par les vis 58, des extrémités 144 des plots 142 assurant un serrage axial du fait de leur appui contre les zones 146 de la face 148 de la rondelle d'appui 124. Le porte-balais 28 avec tout ses composants et le capot 30 sont ainsi positionnés de manière précise et fixés simplement au moyen des vis 58 sans nécessiter aucun autre composant d'assemblage tels que des vis, ou des opérations de soudage métallique ou thermoplastique. La conception modulaire du porte-balais 28 permet également d'utiliser le même corps de porte-balais 28 pour équiper une machine électrique tournante à deux, trois, ou quatre balais. REVENDICATIONS 1. Machine électrique tournante (10) du type comportant un stator (12) de forme générale annulaire, un porte-balais (28) de forme générale annulaire agencé à l'une des extrémités axiales (18) du stator (12) et qui est traversé par un rotor dont l'arbre comporte un collecteur avec lequel coopèrent les balais (96), et un capot de protection (30) fixé à ladite extrémité axiale (18) du stator (12), caractérisée en ce que le corps (70) du porte-balais (28) est monté serré axialement entre ladite extrémité axiale (18, 22) du stator (12) et une face radiale interne (75, 144) du capot de fermeture (30). 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps (70) du porte-balais (28) se présente sous la forme d'un anneau plat dont une face comporte (72) une série de pattes axiales d'appui (76) agencées au voisinage de son bord extérieur (88) et qui prennent appui contre ladite extrémité axiale (18, 22, 40) du stator (12), et dont l'autre face (74) comporte des logements (94) pour le guidage en coulissement radial des balais (96). 3. Machine électrique tournante selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une rondelle d'appui (124) est interposée entre une face du corps du porte-balais (28) et la face radiale interne (75, 144) du capot (30). 4. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les logements (94) de guidage des balais (96) sont réalisés venus de matière par moulage avec le corps annulaire plat (70), et en ce que chaque logement (94) est délimité par deux parois parallèles de guidage (100, 102) et par une paroi circonférentielle extérieure (104) qui constitue un fond du logement (94) contre lequel prend appui un ressort (106) de balai (96). 5. Machine électrique tournante selon la revendication 4 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisée en ce que la rondelle d'appui (124) prend appui par l'une de ses faces (126) contre les bords libres (112, 114) des parois parallèles (100, 102) des logements (94) de guidage des balais (96). 6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que ladite autre face (74) du corps annulaire plat (70) du porte-balais (28) comporte une cloison cylindrique annulaire (120) qui est agencée au voisinage de son bord intérieur (98) et trouée (122) en regard de chacun des logements (94) de guidage des balais (96). 7. Machine électrique tournante selon la revendication 6 prise en combinaison avec l'une des revendications 3 ou 5, caractérisée en ce que la rondelle d'appui (124) prend appui axialement par l'une de ses faces (126) contre le bord d'extémité libre annulaire (130) de la cloison cylindrique (120). 8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que les logements de guidage (94) des balais (96) sont répartis angulairement de manière régulière, et en ce que la face radiale interne (75, 144) du capot (30) prend appui axialement sur le porte-balais (28) en des points (146) situés entre les logements (94) de guidage des balais (96). 9. Machine électrique tournante selon la revendication 8 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisée en ce que la face radiale interne (75) du capot (30) comporte une série de plots axiaux d'appui (142) dont les extrémités libres (144) prennent appui contre des zones (146) de la face en vis-à-vis (148) de la rondelle d'appui (124). 10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 2 à 9 prises en combinaison avec la revendication 3, caractérisée en ce que la rondelle d'appui (124) comporte des moyens (138) d'accrochage sur le porte-balais (28). 11. Machine électrique tournante selon la revendication 10 prise en combinaison avec l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que le bord interne (136) de la rondelle d'appui (124) comporte des griffes (138) d'accrochage qui coopèrent, par emboîtement élastique, avec des crochets (140) formés sur le bord annulaire d'extrémité libre (130) de la paroi cylindrique annulaire (120) du corps (70) du porte-balais (28). 12. Machine électrique tournante selon la revendication 4 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisée en ce que la rondelle d'appui (124) obture axialement les logements (94) de guidage des balais (96). 13. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, caractérisée en ce que ladite une face (72) du corps annulaire plat (70) du porte-balais (28) comporte des moyens (152) de support et de fixation d'un organe conducteur (150) de raccordement électrique de deux balais (96). 14. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 2 à 13, caractérisée en ce qu'il est prévu quatre logements (94) de guidage de balais (96). 15. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le porte-balais (28) comporte des moyens pour son indexation angulaire sur la face annulaire d'extrémité (18) du stator (12). 16. Machine électrique tournante selon la revendication 15 prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisée en ce que la face annulaire d'extrémité (18) du stator (12) est équipée d'une joue (22) de support du porte-balais (28) de forme générale annulaire cylindrique qui comporte une série de réceptacles (40) qui reçoivent les pattes axiales d'appui (76) du porte-balais (28). 17. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 2 à 16, caractérisée en ce que le bord extérieur (88) du corps annulaire plat (70) du porte-balais (28) comporte des encoches (90, 92) pour recevoir des fils conducteurs (118) qui relient les enroulements statoriques à des balais (96). 18. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 2 à 17, caractérisée en ce que la rondelle d'appui (124) est déformable élastiquement. 19. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédente, caractérisée en ce que le porte-balais (28) est une pièce moulée en matière plastique. 20. Démarreur de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il est réalisé conformément à l'une quelconque des revendications précédentes.