Brevet FR2808937A1 — publié le 20011116

"Machine électrique tournante" L'invention propose une machine électrique tournante. L'invention propose plus particulièrement une machine électrique tournante du type qui comporte un rotor qui porte un collecteur, alimenté électriquement par au moins deux balais qui sont guidés par des moyens fixés sur une plaque transversale porte-balais, et du type qui comporte un socle annulaire de support de ferrites formant stator qui est fixé sur la plaque porte- balais. Les machines électriques tournantes, notamment les moteurs électriques, sont constituées d'un rotor et d'un collecteur qui sont alimentés électriquement par au moins deux balais. Les balais sont guidés radialement par des moyens qui sont fixés sur plaque transversale porte-balais. Un socle circulaire qui supporte des ferrites formant stator est aussi fixé sur la plaque porte-balais. Cet ensemble est alors assemblé dans une carcasse tubulaire de protection de la machine électrique tournante formant carter de la machine. Pour assurer un fonctionnement et un rendement optimum à machine électrique tournante, il est nécessaire que l'axe longitudinal des ferrites soit perpendiculaire au plan dans lequel s'étendent les balais. Cependant, les tolérances de fabrication des divers eléments qui permettent le positionnement des ferrites par rapport balais provoquent des dispersions qui peuvent décaler angulairement l'axe longitudinal des ferrites et direction perpendiculaire au plan dans lequel s'étend les balais. Dans le but de remédier à ces inconvénients l'invention propose une machine électrique tournante du type comporte un rotor qui tourne autour d'un axe rotation et qui porte à l'une de ses extrémités axiales un collecteur, alimenté électriquement par au moins deux balais qui s'étendent selon une direction radiale, dans un plan sensiblement transversal à l'axe de rotation, et qui sont guidés par des moyens fixés sur une plaque transversale porte-balais formant capot d'extrémité, et du type qui comporte un socle annulaire de support de ferrites d'axe longitudinal formant stator et qui est fixé sur la plaque porte-balais de façon que son axe longitudinal soit sensiblement perpendiculaire au plan transversal dans lequel s'étendent les balais, caractérisée en ce que la plaque porte-balais et le socle annulaire support sont réalisés en une pièce unique par moulage. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - les moyens de guidage des balais sont réalisés par moulage avec la pièce unique ; - la pièce unique est réalisée par moulage un matériau isolant électriquement ; - les moyens de guidage de chaque balai comportent deux parois d'orientation radiale parallèles et opposées s'étendent de part et d'autre du balai et dont l'une au moins comporte sur sa face interne une nervure ou une rainure transversale de guidage qui coopère avec une rainure ou une nervure complémentaire du balai ; - une paroi d'une jupe annulaire de la pièce unique moulée comporte au moins une ouverture qui permet l'introduction radiale d'un balai dans ses moyens guidage à partir de l'extérieur de la pièce unique vers l'axe de la pièce unique situé à l'intérieur ; - la pièce unique moulée comporte, à proximité de l'un au moins des moyens de guidage, un doigt d'orientation axiale formant support pour un ressort qui sollicite élastiquement et radialement le balai correspondant vers le collecteur ; - la pièce unique comporte des moyens d'immobilisation des ferrites selon une direction radiale et/ou axiale ; - la pièce unique est surmoulée autour d'au moins une des ferrites ; - les moyens d'immobilisation des ferrites consistent en des montants d'orientation axiale qui s'étendent depuis une jupe annulaire de la pièce unique qui isolent électriquement les ferrites entre elles et qui immobilisent radialement et/ou axialement les ferrites par rapport à la pièce unique ; - position assemblée, les montants sollicitent les ferrites radialement en appui contre la paroi intérieure de la carcasse - la pièce unique moulée comporte des moyens pour son assemblage et sa fixation avec une carcasse tubulaire de protection de la machine électrique tournante ; - les moyens de fixation comportent une nervure qui s'étend radialement vers l'extérieur sur au moins un secteur de la périphérie de la pièce unique et qui est reçue dans une gorge complémentaire formée en vis-à-vis dans la carcasse de protection. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique éclatée en perspective des principaux composants d'une machine électrique tournante réalisée selon l'état de la technique ; - la figure 2 est une vue schématique éclatée en perspective de certains composants d'une machine électrique tournante comportant une pièce unique de liaison et de positionnement relatif entre les balais et les ferrites réalisée selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective et à grande échelle des moyens de guidage des balais de la machine électrique tournante de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue similaire à celle représentée ' la figure 3 qui illustre une variante de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue en perspective extérieure de dessous de la jupe inférieure de la pièce unique représentée a la figure 6 ; - la figure 6 est une vue similaire à celle représentée à figure 2 qui illustre une variante de réalisation de la pièce unique; - figure 7 représente schématiquement, en section axiale partielle, machine électrique tournante selon une réalisation particulière de l'invention avant l'assemblage de la carcasse protection ; - la figure 8 est une vue similaire à celle représentée à la figure 7 sur laquelle la carcasse de protection est assemblée à la pièce unique de liaison. Dans la suite de la description, afin de faciliter la compréhension, on utilisera à titre non limitatif les termes "supérieur", "inférieur", "horizontal" et "vertical" conformément à l'orientation verticale des axes A1 ou A3 des figures. Des éléments identiques ou similaires seront désignés par les mêmes chiffres de référence dans la suite de la description. La figure 1 représente une machine électrique tournante selon l'état de la technique qui est ici un moteur électrique perspective éclatée. La machine électrique tournante 10 se compose principalement d'un rotor 12 d'axe de rotation longitudinal A1, vertical, et d'un stator 14. Le rotor 12 comporte un induit 16 et un collecteur d'induit 18 qui sont alignés et sont portés par un arbre longitudinal d'axe A1. Les deux extrémités libres de l'arbre longitudinal 20 sont montées à rotation dans deux paliers d'extrémité axiale dont un seul palier, ici inférieur, 21 est représenté. Le stator 14 est principalement constitué par des ferrites 22 formant aimants permanents de la machine électrique tournante 10 et définissant un anneau cylindrique d'axe longitudinal A2. Le collecteur d'induit 18 est alimenté électriquement par des balais ou charbons 24 qui s'étendent dans un plan transversal sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal A1. Ici, les balais 24 sont au nombre de quatre. Ils sont disposés dans des moyens de guidage 26 qui sont répartis angulairement manière regulière autour de l'axe A1. Les moyens de guidage 26 sont par exemple reliés entre par un élément de liaison 28 qui est fixé sur plaque transversale 30 porte-balais formant capot d'extrémité de la machine électrique tournante 10. Conformément à la figure 1, la fixation peut consister en des pions 40 qui, en position assemblée de la machine électrique tournante 10, traversent des trous 42 de la plaque transversale 30 porte-balais et dont l'extrémité libre est déformée par sertissage de façon à immobiliser l'élément de liaison 28 par rapport à la plaque transversale 30. Les moyens de guidage 26, ainsi que l'élément de liaison peuvent aussi être réalisés en une seule pièce par un surmoulage sur la plaque porte-balais 30 selon une technique de moulage par injection dite en "outset", c'est-à-dire que les moyens de guidage 26 et l'élément de liaison 28 sont réalisés en seule opération de moulage par injection de matière plastique plaçant la plaque porte-balais 30 dans le moule d'injection. Les ferrites 22 sont positionnées les unes rapport aux autres et sont maintenues en position par rapport à plaque porte-balais 30 par un socle annulaire de support 44. ferrites 22 sont en général collées sur le socle de support 44 est fixé sur la plaque porte-balais 30 par exemple par un assemblage vissé. Lorsque la machine électrique tournante 10 est assemblée, une carcasse de protection 46 de forme générale tubulaire entoure notamment le rotor 12 et le stator 14, puis est fixée sur la plaque porte-balais 30. Le procédé d'assemblage de la machine électrique tournante 10 est simplifié. De plus, il est aisé de la démonter ce facilite la séparation des différentes pièces la constituant et conséquent facilite leur recyclage. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, la plaque porte-balais 30 comporte trois oreilles 48 qui étendent radialement vers l'extérieur, qui sont réparties angulairement de façon régulière autour de l'axe longitudinal A1 et qui comportent des trous 50 de fixation. De façon similaire, la carcasse de protection 46 comporte trois oreilles 52 dont des trous 54 permettent chacun le passage d'une vis de fixation non représentée, lorsqu'ils sont alignés avec les trous 50. Selon cet état de la technique, la position relative entre les balais 24 et les ferrites 22 résulte du positionnement relatif et des dimensions des pièces intermédiaires, notamment des moyens de guidage 26, de l'élément de liaison 28, de la plaque 30 porte- balais et socle de support 44. Chacun de ces éléments étant réalisé et positionné avec des tolérances, la position théorique des balais 24 par rapport aux ferrites 22, qui correspond à une orientation perpendiculaire de l'axe par rapport au plan transversal comprenant les balais 24, n'est pas garantie de manière précise et répétitive, notamment dans le cadre d'une fabrication en grande série. En effet, la somme des tolérances du positionnement et des dimensions des pièces intermédiaires provoquent en général un décalage angulaire de l'axe A2 des ferrites 22 par rapport à un axe théorique perpendiculaire à la plaque transversale porte- balais, de l'ordre de quelques degrés d'angle. Ce décalage réduit le rendement de la machine électrique tournante 10. Dans le but de remédier à ces inconvénients, l'invention propose de remplacer les pièces intermédiaires par pièce unique 60 de liaison réalisée conformément à la figure 2. Ainsi, le positionnement des balais 24 par rapport aux ferrites 22 ne dépend plus que des dimensions et des tolerances de la pièce unique 60, ce qui permet de réduire le decalage angulaire de l'axe A2 des ferrites 22 par rapport à axe perpendiculaire à l'orientation transversale des balais 24. La pièce unique 60 permet ainsi d'améliorer le rendement de la machine électrique tournante 10. La figure 2 représente en perspective éclatée la pièce unique 60, ainsi que les balais 24 et les ferrites 22, La pièce unique 60 d'axe A2 est ici réalisée par moulage en un matériau isolant électriquement. La pièce unique 60 n'étant plus constitué d'une seule matière, le recyclage de la machine électrique tournante 10 selon l'invention est donc par ailleurs facilité. La pièce unique 60 comporte la plaque porte-balais 30 depuis la face supérieure de laquelle s'étendent moyens 26 de guidage des balais 24. Ils comportent chacun moins deux parois 62 64 d'orientation radiale parallèles et opposées qui s'étendent part et d'autre du balai 24 et dont les faces internes 66, 68 comportent chacune une nervure 70, ici de section demi-cylindrique, qui coopère chacune avec rainure 74, 76 respectivement du balai 24. De façon similaire et non représentée, les faces internes 66, 68 peuvent comporter une rainure qui coopère avec une nervure du balai 24 correspondant. La precision du positionnement des balais 24 entre eux est ainsi améliorée. Chaque balai 24 est sollicité radialement direction de l'axe A2 par un moyen élastique 77 tel qu'un ressort hélicoïdal qui est interposé entre une face intérieure 78 d'une jupe annulaire 80 qui s'étend axialement depuis la périphérie de plaque porte- balais 30 une face d'extrémité radiale arrière 82 du balai 24 en vis-à-vis. Selon une variante représentée à la figure les balais 24 sont, de manière connue, sollicités élastiquement permanence radialement vers l'intérieur de la machine électrique tournante 10 en direction de l'axe A2, par un ressort 84 de balais 24 dont le corps hélicoïdal 86 est monté enfilé axialement sur un doigt de montage formant support du ressort 84, qui peut être réalisé venu de matière par moulage sur la plaque porte-balais 30 de la pièce unique 60. La plaque porte-balais 30 comporte ainsi quatre doigts axiaux qui sont répartis angulairement de manière régulière et dont chaque porte un ressort 84, 86 de balais dont une branche 90 sollicite la face d'extrémité radiale arrière 82 du balai 24 de correspondant et dont l'autre branche 92 est immobilisée par le doigt montage 88. figure 4 représente aussi une variante des moyens 26 de guidage des balais 24. En effet, les balais 24 ont ici une forme de T renversé dont la partie inférieure coopère avec des rebords sensiblement horizontaux de l'extrémité supérieure des parois 62 et 64 façon à former une glissière. Au cours de l'assemblage de la machine électrique tournante 10, les balais 24 doivent être retenus radialement vers l'extérieur à l'encontre de l'effort appliqué par les ressorts de balais 84 de façon à permettre le passage de l'arbre 20 et du collecteur d'induit 18 à travers un orifice central 94 prévu à cet effet, pouvant recevoir le palier inférieur non représenté à la figure 2. La retenue radiale des balais 24 peut être obtenue par des doigts de blocage appartenant à une pièce de blocage temporaire non représentée, qui traverse la plaque porte-balais 30 entre les parois 62 et 64. Ainsi les moyens élastiques 77 poussent alors balais 24 contre les doigts de blocage. Lorsque la machine électrique 10 est assemblée, les doigts de blocage sont escamotés de façon que les moyens élastiques 77 sollicitent élastiquement et radialement le balai correspondant vers le collecteur 18. La figure 5 représente la paroi extérieure de la jupe annulaire 80. Pour faciliter l'assemblage de la machine électrique tournante 10, notamment le montage des charbons 24 dans moyens de guidage 26, la paroi extérieure de la jupe annulaire 80 comporte des ouvertures radiales 95 qui permettent l'introduction radiale des balais 24 dans les moyens de guidage 26 correspondants à partir de l'extérieur de la pièce unique 10 vers l'axe A2. pièce unique 60 comporte aussi des montants formant socle de support 44, de façon à positionner et immobiliser les ferrites 22, qui s'étendent axialement depuis la face supérieure de la jupe annulaire 80. montants 96 peuvent être surmoulés autour des ferrites ce qui permet de supprimer la colle généralement utilisée dans l'état de technique pour la fixation des ferrites 22 les montants 96. La précision de la position des ferrites 22 entre elles est ainsi améliorée. ferrites 22 sont alors immobilisées par rapport à pièce unique 60 selon les directions radiale et axiale. La longueur ou hauteur axiale H1 des montants 96 peut être inférieure à la longueur L1 des faces radiales 98 des ferrites 22, conformément à la figure 2. Selon une variante représentée à la figure 6, les montants 96 ont une forme générale de T. Chaque montant 96 permet alors d'immobiliser deux ferrites 22 adjacentes sur toute la longueur L1 de l'une de leurs faces radiales 98 et sur une partie de leur face supérieure 100 grâces aux branches horizontales supérieures en arc de cercle 97. Une telle configuration permet d'améliorer l'immobilisation des ferrites 22 selon la direction axiale. Un joint non représenté, notamment un joint torique, peut être agencé entre la carcasse de protection 46 et la pièce unique 60, de façon à assurer l'étanchéité entre l'extérieur de la machine électrique tournante 10 et l'intérieur de la carcasse de protection 46. Le joint permet aussi de diminuer les vibrations de la carcasse de protection 46, des ferrites 22 et de la pièce unique 60. Avantageusement, le moulage de la pièce unique 60 est réalisé de façon particulière. Après moulage, les montants 96 présentent une inclinaison de quelques degrés par rapport à l'axe A2, conformément à la figure 7. Ainsi, en position assemblée dans la carcasse tubulaire, représentée à la figure 8, les montants 96 sollicitent radialement les ferrites 22 en appui contre la paroi concave intérieure de la carcasse de protection 46. Une telle réalisation permet de plaquer les ferrites contre la paroi intérieure de la carcasse de protection 46 améliorant encore ainsi le positionnement des ferrites 22. Les figures 2 et 6 illustrent deux exemples de réalisation de moyens 102 d'assemblage et de fixation de la pièce unique avec la carcasse de protection 46. La figure 2 propose des moyens 102 qui comportent nervure annulaire périphérique 104 qui s'étend radialement vers l'extérieur sur la périphérie de la pièce unique 60 et qui est reçue dans une gorge complémentaire 106 formée en vis-à-vis dans paroi intérieure de la carcasse de protection 46. Ainsi, lors de l'assemblage de la pièce unique 60 et de la carcasse de protection 46, une pression axiale vers le bas est exercée sur la carcasse de protection 46, de façon à emboîter la nervure 104 dans la gorge complémentaire 106. La figure 6 propose des moyens 102 d'assemblage et de fixation qui consistent en un crochet 108 qui coopère axialement avec une collerette 110 qui s'étend radialement vers l'extérieur de l'extrémité inférieure de la carcasse de protection 46. Ces deux types de moyens 102 permettent d'assembler de façon fiable et de démonter facilement sans outil spécifique la carcasse de protection 46 et la pièce unique 60. Les vis permettant l'assemblage de la carcasse protection 46 et de la pièce unique 60 selon l'état de la technique sont ainsi supprimées. La pièce unique 60 permet, en plus d'améliorer la position des balais 24 rapports aux ferrites 22, de réduire le nombre pièces de la machine électrique tournante 10 selon l'invention et de leurs moyens de fixation en diminuant ainsi les coûts de fabrication, de stockage et de recyclage des pièces, ainsi que le temps d'assemblage. REVENDICATIONS 1. Machine électrique tournante (10) du type qui comporte un rotor 12 qui tourne autour d'un axe A1 rotation et qui porte à l'une de ses extrémités axiales un collecteur 18, alimenté electriquement par au moins deux balais (24) qui s'étendent selon direction radiale, dans un plan sensiblement transversal à l'axe de rotation A1, et qui sont guidés par des moyens fixés sur plaque transversale (30) porte-balais formant capot d'extrémité, et du type qui comporte un socle annulaire de support (44) de ferrites (22) d'axe longitudinal (A2) formant stator (14) et est fixé sur la plaque (30) porte-balais de façon que son axe longitudinal (A2) soit sensiblement perpendiculaire au plan transversal dans lequel s'étendent les balais (24), caractérisée en ce que la plaque (30) porte-balais et le socle annulaire de support (44) sont réalisés en une pièce unique (60) par moulage. 2. Machine électrique tournante (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les moyens de guidage (26) balais (24) sont réalisés par moulage avec la pièce unique (60). 3. Machine électrique tournante (10) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la pièce unique (60) réalisée par moulage en un matériau isolant électriquement. 4. Machine électrique tournante (10) selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les moyens de guidage (26) de chaque balai (24) comportent deux parois (62, 64) d'orientation radiale parallèles et opposées qui s'étendent de part et d'autre du balai (24) et dont l'une au moins comporte sur sa face interne (66, 68) une nervure ou une rainure (74, transversale de guidage qui coopère avec une rainure ou nervure (70, 72) complémentaire du balai (24). 5. Machine électrique tournante (10) selon une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce qu'une paroi d'une jupe annulaire (80) de la pièce unique (60) moulée comporte moins une ouverture (95) qui permet l'introduction radiale d'un balai (24) dans ses moyens guidage (26) à partir de l'extérieur la pièce unique (60) vers l'axe (A2) de la pièce unique (60) situe à l'intérieur. 6. Machine électrique tournante (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en la pièce unique (60) moulée comporte, à proximité de l'un au moins des moyens de guidage (26), un doigt (88) d'orientation axiale formant support pour un ressort (84) qui sollicite élastiquement radialement le balai (24) correspondant vers le collecteur (18). 7. Machine électrique tournante (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en que la pièce unique (60) comporte des moyens d'immobilisation des ferrites (22) selon une direction radiale et/ou axiale. 8. Machine électrique tournante (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pièce unique (60) est surmoulée autour d'au moins une des ferrites (22). 9. Machine électrique tournante (10) selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisée en ce que les moyens d'immobilisation des ferrites (22) consistent en des montants d'orientation axiale qui s'étendent depuis une jupe annulaire (80) de la pièce unique (60) qui isolent électriquement les ferrites (22) entre elles, et qui immobilisent radialement et/ou axialement les ferrites (22) par rapport à la pièce unique (60). . Machine électrique tournante (10) selon la revendica tion precédente, caractérisée en ce que, en position assemblée, les montants (96) sollicitent les ferrites (22) radialement en appui contre paroi intérieure de la carcasse (46). 1 . Machine électrique tournante (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pièce unique (60) moulée comporte des moyens (102) pour son assemblage et sa fixation avec une carcasse tubulaire (46) de protection de la machine électrique tournante (10). 12. Machine electrique tournante (10) selon la revendica tion précédente, caractérisée en ce que les moyens de fixation (102) comportent nervure (104) qui s'étend radialement vers l'extérieur sur au moins un secteur de la périphérie de la pièce unique (60) et qui reçue dans une gorge (106) complémentaire formée en vis-à- dans la carcasse (46) de protection.