Brevet FR2723482A1 — publié le 19960209

La présente invention concerne un porte-balai notamment pour une machine électrique tournante à collecteur à lames. Elle concerne aussi une machine électrique tournante comme un moteur électrique à courant continu et à collecteur équipée d'un tel porte-balai. Dans l'état de la technique, on connaît déjà des dispositifs en forme d'étui qui sont destinés à recevoir des balais allongés sous forme de bâtonnets. Le balai est réalisé en un matériau électriquement conducteur et, une fois installé dans son étui, et l'étui dans un porte- balai, il sert de frotteur pour une machine électrique tournante à collecteur. Le matériau du balai est alors en graphite et l'étui est réalisé en tôle conductrice pliée de façon à servir de guide au balai. Il faut monter le balai en graphite avec un ressort dans son étui pour permettre de le repousser vers le collecteur, une fois que le porte- balai est installé sur la machine électrique tournante. Le collecteur à lames conductrices tourne autour d'un axe de rotation. Il est constitué par une pluralité de lames conductrices en un métal conducteur, en cuivre notamment, séparées par des interstices garnis d'un isolant. Un certain nombre de problèmes peut se poser, notamment quand la machine électrique tournante, dans laquelle est inséré le porte- balai, est en fonctionnement continu et/ ou dans un environnement thermique sévère, comme c'est le cas dans le compartiment moteur d'un véhicule automobile, car les phénomènes de transport de chaleur sont responsables de limitations des performances de la machine. En particulier, la résistance électrique de contact entre le balai et le collecteur dépend particulièrement de la température du balai. Il y a donc un avantage majeur à limiter les échanges thermiques par conduction thermique entre le balai et le reste de la machine. Par ailleurs, le comportement du porte- balai est fondamental dans le mécanisme générateur de bruit acoustique de la machine électrique tournante en fonctionnement. En effet, le ressort de rappel applique une force d'appui relativement élevée. Combinée avec une vitesse de rotation élevée et des dénivellations non négligeables entre lames et isolants du collecteur, cette force d'appui est responsable d'un bruit acoustique de fonctionnement. Il convient donc d'isoler thermiquement et acoustiquement le balai du reste de la machine électrique. L'invention utilise un moyen de réduction des ponts thermiques pour améliorer le comportement électrique de l'interaction balai/ lame du collecteur. Par ailleurs, le ressort exerce une force de pression sur le balai de façon permanente dès que le balai est installé dans l'étui, et il faut trouver un moyen pour bloquer son éjection sur la face de sortie de l'étui avant que le collecteur ait été disposé face à lui car dans le cas contraire, le montage dans la machine électrique tournante est malaisé. On a déjà proposé de produire des dispositifs de retenue directement par un crevé de la tôle pliée qui sert d'étui au balai. Mais, dans ce cas, on a obtenu un dispositif de retenue qui, bien que non amovible, ne permet pas de prévoir la suppression d'un pont thermique. De plus, pour faire passer le balai par dessus le crevé, il faut exercer un effort qui tend à endommager le balai, en graphite relativement fragile, et surtout à déformer de façon permanente l'étui. Or, le rôle de guidage de l'étui est fondamental pour le comportement mécanique du balai dans son mouvement sur le collecteur. L'invention propose une solution à ces problèmes de l'état de la technique. En effet, l'invention concerne un porte- balai comportant au moins un balai de forme allongée inséré dans un étui de guidage, et destiné à venir en contact avec un collecteur associé à une machine électrique tournante, caractérisé en ce que l'étui est monté dans une cavité d'un support thermiquement et électriquement isolant. Selon un autre aspect de l'invention, l'étui présente une rainure, dans laquelle passe un ergot pratiqué sur la face en regard à l'intérieur de la cavité qui est destiné à bloquer la course du balai vers la face de sortie de l'étui, avant son installation sur la machine électrique tournante, et qui est apte à s'effacer après l'installation dudit porte-balai sur la machine électrique tournante. Selon un autre aspect de l'invention, le balai présente sur sa partie arrière une rainure dans laquelle l'ergot après son effacement, vient se loger lors du fonctionnement normal. Selon un autre aspect de l'invention, au moins une face intérieure de l'étui est écartée de la face correspondante du balai de façon à limiter les échanges thermiques. Selon un autre aspect de l'invention, l'espace libre ainsi ménagé entre les faces en regard de l'étui et du balai est occupé par un élément ressort. Selon un autre aspect de l'invention, la cavité présente des rails de guidage qui écartent l'étui du contact des parois de la cavité et qui sont disposés dans des coins de celle- ci. Selon un autre aspect de l'invention, le rail est de forme allongée, disposé le long d'une grande dimension de la cavité, et il présente une extrémité conformée pour s'adapter à la forme correspondante de l'étui. Selon un autre aspect de l'invention, l'étui comporte une languette de fermeture qui reçoit un ressort de poussée du balai vers le collecteur et une ouverture de passage pour un outil destiné à repousser l'ergot lors du montage du portebalai sur la machine électrique tournante associée. L'invention concerne aussi une machine électrique tournante à collecteur, comme notamment un moteur électrique à courant continu caractérisée en ce qu'elle comporte un portebalai tel que défini plus haut. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins qui sont - la figure 1 : une vue en coupe axiale d'un mode préféré de réalisation de l'invention - la figure 2 : une vue en coupe longitudinale d'un porte- balai selon l'invention dans une première position de montage - la figure 3 une vue en coupe longitudinale d'un porte- balai selon l'invention dans une seconde position de fonctionnement. A la figure 1, le porte balai comporte un support isolant 3, 6 réalisé en un matériau plastique, électriquement et thermiquement isolant, par exemple obtenu par moulage injecté. Le support 3, 6 présente une première partie 3 en forme de disque dans le plan perpendiculaire au dessin et une seconde partie 6, disposée au- dessus de la première, qui ménage une cavité ouverte à ses deux extrémités longitudinales. La cavité de la scorie partie 6 est sensiblement de section rectangle et comporte des coins dans lesquels sont pratiqués des rails de support et de guidage d'un étui 2 de balai. Les rails de guidage comportent chacun un corps allongé 7 qui court le long de la grande dimension axiale de la cavité, sur le coin. Une autre dimension du rail 7 s'étend le long d'une partie de diagonale de la cavité rectangle. L'extrémité 8 de chaque rail est conformée de façon à s'adapter à une forme réciproque de l'étui 2. Dans le mode de réalisation préférée représenté à la figure 1, l'extrémité 8 est en forme de coin sous un angle de 90 . La disposition des quatre rails comme 8 sur les coins de la cavité permet d'écarter les parois thermiquement conductrices de l'étui 2 des parois de la cavité du support 3. Elle permet de réaliser aussi un découplage acoustique entre le balai et le reste du porte- balai. Elle permet enfin de faciliter le glissement de l'étui 2 lors de son installation dans la cavité. L'étui 2 contient un balai 1 réalisé en graphite, de forme sensiblement parallélépipèdique, dont les coins seuls sont maintenus par les coins intérieurs de l'étui 2. De cette façon, la majeure partie de la surface extérieure du balai est libre de contact avec la surface intérieure de l'étui 2, ce qui limite les échanges thermiques par conduction et la transmission de vibrations mécaniques par couplage. Dans le mode de réalisation représenté, les deux faces du balai 1, horizontales au dessin, sont en contact avec toute la surface de la face intérieure de l'étui 2. Un pliage supplémentaire de la tôle de l'étui 2 permet dans un autre mode de réalisation d'écarter de la partie centrale de chacune de ces surfaces la face de contact de l'étui. Dans les espaces libres ménagés entre les faces en regard de l'étui et du balai, on a disposé des éléments élastiques ou ressorts en forme de lames courbes dont les extrémités appuient sur la face du balai 1 et dont le centre repousse la face intérieure de contact de l'étui. La lame de ressort 4 ou 5 permet de réduire et de contrôler le biais que peut prendre le balai dans son étui. L'étui est réalisé par pliage ou emboutissage d'une feuille métallique. Les bords allongés en regard de l'étui 2, après pliage, peuvent être solidarisés par des découpes réciproques ou par soudage. A la figure 2, on a représenté schématiquement une partie d'un porte balai lors de son installation sur une machine électrique tournante. La machine électrique tournante a été représentée avec son collecteur 10, de forme cylindrique tournant autour de son axe central. Le porte- balai comporte au moins deux balais sensiblement placés en opposition par rapport à l'axe central, et un seul a été représenté pour simplification. La seconde partie 6 du support 3 est ouverte à ses deux extrémités longitudinales et on y a introduit un étui 2. L'étui 2 présente une languette de fermeture 17 qui sert en même temps de languette de connexion à un fil électrique 18 d'amenée de courant. La languette 17 sert enfin à bloquer la face arrière d'un ressort 21 de type spirale ou autre qui repousse la face arrière du balai 1 vers le collecteur 10. L'une 12 des faces intérieures de la cavité 6 porte un ergot 14 qui traverse une rainure 13 centrale allongée de la face en regard de l'étui 2, rainure qui s'interrompt sur un bord 15 limitant la course possible du balai dans la cavité. La hauteur de l'ergot 14 est calculée de sorte qu'elle permet un maintien en compression du ressort 21, le balai restant bloqué dans son étui, sa face destinée ultérieurement à venir en frottement sur le collecteur 10 étant bloquée par l'ergot 14. L'ergot 14 étant réalisé en matériau plastique et présentant une dimension en saillie au dessus de la surface à laquelle il appartient plus importante que celles dans sa section, peut se recourber sous l'effet d'une poussée suffisante exercée à l'aide d'un outil adapté passant à travers une ouverture convenable (non représentée) sur la languette 17, poussée qui vient s'ajouter, pendant le temps du déblocage, à celle du ressort 21. L'ergot plie alors vers le haut du dessin et le balai 1 peut coulisser vers le collecteur. Puis, l'ergot 14 se redresse en entrant dans une rainure 16 pratiquée sur l'extrémité basse du balai, position prise représentée à la figure 3. Dans la position représentée à la figure 3, qui permet le fonctionnement normal de la machine électrique tournante, la face de contact 20, de forme adaptée à la forme du collecteur 10, vient frotter sur ledit collecteur. REVENDICATIONS 1. Porte- balai comportant au moins un balai de forme allongée inséré dans un étui de guidage, et destiné à venir en contact avec un collecteur associé à une machine électrique tournante, caractérisé en ce que l'étui (2) est monté dans une cavité (6) d'un support (3, 6) thermiquement et électriquement isolant. 2. Porte- balai selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étui (2) présente une rainure (13), dans laquelle passe un ergot (14) pratiqué sur la face en regard à l'intérieur de la cavité (6) qui est destiné à bloquer la course du balai (1) vers la face de sortie de l'étui, avant son installation sur la machine électrique tournante, et qui est apte à s'effacer après l'installation dudit porte-balai sur la machine électrique tournante. 3. Porte- balai selon la revendication 2, caractérisé en ce que le balai présente sur sa partie arrière une rainure (16) dans laquelle l'ergot (14) après son effacement, vient se loger lors du fonctionnement normal. 4. Porte- balai selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins une face intérieure de l'étui (2) est écartée de la face correspondante du balai (1) de façon à limiter les échanges thermiques. 5. Porte- balai selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'espace libre ainsi ménagé entre les faces en regard de l'étui (2) et du balai (1) est occupé par un élément ressort (4, 5, 21) 6. Porte- balai selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité (6) présente des rails de guidage (7) qui écartent l'étui (2) du contact des parois de la cavité (6) et qui sont disposés dans des coins de celle- ci. 7. Porte- balai selon la revendication 6, caractérisé en ce que le rail (7) est de forme allongée, disposé le long d'une grande dimension de la cavité (6), et en ce qu'il présente une extrémité (8) conformée pour s'adapter à la forme correspondante de l'étui (2). 8. Porte- balai selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étui comporte une languette (17) de fermeture qui reçoit un ressort (21) de poussée du balai vers le collecteur et une ouverture de passage pour un outil destiné à repousser l'ergot (14) lors du montage du porte- balai sur la machine électrique tournante associée. 9. Machine électrique tournante à collecteur, caractérisée en ce qu'elle comporte un porte-balai selon l'une des revendications précédentes.