Brevet FR2897992A1 — publié le 20070831

DISPOSITIF D'ASSEMBLAGE POUR MOTEUR ELECTRIQUE La présente invention concerne un dispositif d'assemblage pour moteur électrique, en particulier pour l'assemblage d'un rotor avec un boîtier de collecteur. 5 L'invention concerne en outre un procédé de montage du rotor dans un stator avec un tel dispositif. En particulier, l'invention s'applique à un moteur électrique destiné à entraîner un équipement de véhicule automobile tel qu'un moteur de lève-vitre, de toit ouvrant ou d'actionnement de siège par exemple. 10 Le document FR 2 814 868 décrit un tel moteur électrique comportant un collecteur monté sur un rotor et un stator. Un collecteur comporte classiquement une bague présentant une série de lames conductrices sur sa périphérie, la bague de collecteur étant destinée à être montée solidaire d'un arbre de rotor. 15 Un moteur électrique comporte généralement une carcasse statorique et un rotor monté rotatif dans le stator. Le moteur comporte également des enroulements de fil solidaires de l'arbre de rotor, chaque enroulement étant électriquement relié à deux lames du collecteur diamétralement opposées. Le collecteur est généralement monté dans un boîtier de collecteur solidaire du 20 stator après assemblage. Un tel boîtier comporte un support présentant une ouverture centrale destinée à recevoir le collecteur et à faire passer l'arbre de rotor à travers le support du boîtier. Le support est composé d'un matériau isolant, par exemple du plastique. Le boîtier de collecteur comporte également au moins deux balais 25 diamétralement opposés par rapport au collecteur et destinés à faire contact avec les lames du collecteur au cours de sa rotation solidaire de l'arbre du rotor. Les balais sont électriquement reliés à une alimentation en courant électrique. Lors du montage du moteur et en particulier du collecteur dans le boîtier de collecteur, les balais doivent être maintenus éloignés de leur point de contact avec les 30 lames de collecteur. Ensuite, lorsque le montage est accompli, les balais doivent être amenés au contact des lames de collecteur. Le contact mécanique entre les balais et les lames de collecteur doit être bien assuré afin de garantir un bon contact électrique avec les enroulements reliés aux dites lames. Ainsi, les balais du boîtier de collecteur doivent être maintenus dans une 35 première position de montage lors de la mise en place du collecteur, puis lesdits balais doivent être maintenus dans une seconde position de contact afin d'assurer leur fonction d'alimentation électrique des lames du collecteur. R:\ Brevcts'Q2800122804--060220-texte dépôt 04ARM281.doc - 20/02/06 - 17.02 - t112 En outre, lors du montage du moteur, l'insertion du rotor à travers le boîtier de collecteur n'est pas toujours bien guidée et le rotor peut taper contre les surfaces de contact des balais, même lorsque ces derniers sont en position de montage, c'est-à-dire en position écartée du passage de l'arbre de rotor. On connaît par exemple un boîtier de collecteur, installé sur des moteurs commercialisés par le demandeur et répertorié sous la référence 420143, comportant un dispositif de verrouillage des balais. Un tel boîtier de l'art antérieur est illustré schématiquement sur les figures la et lb représentant les balais respectivement dans une position de montage et dans une position de contact. Le boîtier comporte un support plastique 1 dans lequel sont ménagés deux cages 8 accueillant les balais 5. Chaque balai comporte une connexion électrique constituée par une tresse de cuivre 6 (une seule connexion est représentée). Le boîtier représenté ne comporte pas de collecteur mais présente un évidement central 2 destiné à recevoir la bague de collecteur et l'arbre de rotor traversant. Dans la position de montage, figure 1 a, les balais 5 sont rétractés à l'arrière de leur cage 8 du côté opposé par rapport à l'évidement 2 destiné à accueillir le collecteur. Un ressort 9 maintient chaque balai 5 dans cette position rétractée de montage. Lorsque le rotor est monté à travers l'évidement du boîtier de collecteur, les cages protègent bien Ies balais contre d'éventuels coups du rotor mal guidé Dans la position de contact, figure lb, les balais 5 sont logés dans leur cage 8 et le ressort 9 assure une pression sur l'arrière du balai afin de le pousser vers le collecteur. Ainsi, le ressort 9 assure la double fonction de maintenir le balai 5 dans une position de montage puis dans une position de contact. Ce ressort 9 constitue cependant une pièce distincte du support 1 du boîtier. Il doit donc être fabriqué séparément puis monté sur le boîtier. De plus, le point d'appui du ressort 9 doit être posé sur le dessus ou à l'arrière du balai 5 pour placer le balai dans une position de montage puis de contact, requérant une opération spécifique, souvent manuelle et coûteuse. En outre la connexion électrique du balai 5 est également assurée par un élément additionnel constitué par la tresse de cuivre 6. La multiplication des pièces nécessaires au bon fonctionnement du boîtier de collecteur augmente son coût et complique sa fabrication. De plus, le passage des balais d'une position de montage à une position de contact nécessite une opération d'assemblage spécifique. Par ailleurs, on connaît du document US-A-4 596 941 un boîtier de collecteur comprenant un support avec une ouverture centrale destinée à accueillir un collecteur et des balais fixés sur des porte-balais flexibles. En position de montage, les porte-R:\Brevets\22800\22804--060220-texte dépôt 04ARM281 doc - 20/02/06 17:02 - 2/12 balais sont arrêtés par des plots d'arrêt intégrés au support. Pour libérer les porte-balais de leur position de montage, un plot de libération est enfoncé, par déformation locale du support. Ce plot de libération soulève le porte-balai qui se dégage alors de la butée d'arrêt et se rabat par rappel élastique en position de contact contre le collecteur. Un tel boîtier de collecteur ne protège pas bien les balais en position de montage. En effet, même en position écartée, le rotor peut taper la surface de contact des balais lorsqu'il est introduit à travers l'évidement du boîtier de collecteur. En outre, le passage des balais d'une position de montage à une position de contact nécessite toujours l'intervention manuelle d'un opérateur qui doit enfoncer le plot de libération. Il existe donc un besoin pour un dispositif d'assemblage qui protège la surface des balais en position de montage et qui permette de faire passer les balais d'une position de montage à une position de contact de manière simple, efficace et automatique. A cet effet, l'invention propose un dispositif d'assemblage pour moteur électrique, comprenant : - une pièce de support présentant un passage central adapté à recevoir un arbre de rotor muni d'un collecteur ; - des balais fixés sur des éléments porte-balais flexibles contraignant les balais vers le passage central dans une position de contact avec le collecteur ; la pièce de support comprenant des éléments mécaniques de maintien des éléments porte-balais en position de montage hors du passage central. Selon les modes de réalisation, le dispositif d'assemblage selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - une rotule de guidage du rotor, la pièce support comprenant des moyens mécaniques de maintien de ladite rotule ; - les moyens mécaniques de maintien de la rotule sont constitués d'un rétrécissement du passage central dans la pièce de support ; un circuit imprimé fixé à la pièce de support et auquel sont reliés les éléments porte-balais ; - les éléments porte-balais sont adaptés à alimenter électriquement Ies balais ; - le circuit imprimé comprend un support isolant monobloc avec la pièce de support ; R \ revets\22800\22804ù060220-texte dépôt 04ARM28I.doc 20/02/06 - 17:02 - 3/12 - les éléments mécaniques de maintien des éléments porte-balais en position de montage sont des tiges s'étendant parallèlement à I'axe du passage central dans la pièce de support ; - les tiges de maintien des éléments porte-balais sont flexibles selon une direction parallèle aux éléments porte-balais ; L'invention concerne aussi un moteur électrique à courant continu comprenant : - un dispositif d'assemblage selon l'invention ; - un arbre de rotor s'étendant dans le passage central de la pièce de support ; - un carter comprenant des formes écartant les éléments mécaniques de maintien des porte-balais. L'invention propose aussi un procédé de montage d'un rotor dans un carter de moteur électrique, le procédé comprenant Ies étapes consistant à : fournir un dispositif d'assemblage selon l'invention avec les éléments porte-balais maintenus hors du passage central de la pièce de support ; introduire un arbre de rotor muni d'un collecteur dans le passage central de la pièce de support ; - placer le dispositif d'assemblage avec l'arbre de rotor dans un carter comprenant des formes adaptées à actionner les moyens mécanique de maintien des éléments porte-balais pour libérer les porte-balais de leur position de montage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : - figure la, déjà décrite, un schéma d'un boîtier de collecteur selon l'art antérieur avec les balais en position de montage ; - figure lb, déjà décrite, un schéma d'un boîtier de collecteur selon l'art antérieur avec les balais en position de contact ; - figure 2, une vue schématique éclatée d'un dispositif d'assemblage selon l'invention ; -figure 3, un schéma du dispositif de la figure 2 assemblé avec les balais en position de contact ; - figure 4, un schéma du dispositif de la figure 2 assemblé avec les balais en position de montage et avec une carte de circuit imprimé ; - figure 5, une vue schématique éclatée d'un moteur électrique comprenant le dispositif d'assemblage selon l'invention. R:\Brevets\22800'22804--060220-texte dépôt 04ARM28Ldoc - 20/02/06 - 17:02 - 4/12 Le dispositif d'assemblage selon l'invention comprend une pièce de support présentant un passage central pour un arbre de rotor muni d'un collecteur. Le dispositif d'assemblage comprend aussi des éléments porte-balais sur lesquels sont fixés des balais. Les éléments portebalais sont flexibles et contraignent les balais vers le passage central de la pièce de support dans une position de contact avec le collecteur. La pièce de support comprend des éléments mécaniques de maintien des éléments porte-balais en position de montage hors du passage central. Ainsi, l'arbre de rotor peut pénétrer dans le passage central de la pièce de 10 support sans endommager les balais qui, maintenus en position de montage hors du passage central, sont protégés par la pièce du support. Par ailleurs, les éléments porte-balais contraignent les balais vers leur position de contact. Il suffit donc de libérer les porte-balais des éléments de maintien du dispositif d'assemblage pour placer les balais dans une position de contact. Cette 15 opération peut être effectuée automatiquement lors du montage du moteur ce qui simplifie la fabrication du moteur. En particulier, les éléments mécaniques de maintien des porte-balais peuvent être actionnés par des formes de la carcasse statorique du moteur. Le dispositif selon l'invention ne nécessite donc pas d'éléments spécifiques pour actionner la libération 20 des porte-balais de leur position de montage. L'assemblage du moteur est ainsi simplifié. Le dispositif d'assemblage selon l'invention va être décrit en référence à la figure 2. 25 La figure 2 montre une pièce de support 10 présentant un passage central 13 sensiblement cylindrique. Le passage 13 présente des formes et dimensions telles qu'il est adapté à recevoir un arbre de rotor muni d'un collecteur. Le montage d'un arbre de rotor dans le dispositif d'assemblage selon l'invention sera décrit en détail plus loin. 30 La pièce de support est en matériau isolant, par exemple du plastique. Elle peut être obtenue par une quelconque technique de moulage. La pièce de support 10 est destinée à être insérée dans un carter de moto réducteur. Elle présente donc une forme extérieure sensiblement rectangle dans laquelle est ménagé le passage central 13. En particulier, la forme extérieure de la 35 pièce de support 10 est choisie en fonction de la forme du carter dans lequel elle doit être insérée. La figure 2 montre aussi des balais 15 fixés sur des porte-balais 18. Les porte-balais 18 sont des lames flexibles présentant une extrémité destinée à être accrochée R:\Brevets\22800\22804--060220-texte dépôt 04ARM281. doc -20/02106 - 17:02 - 5/12 à la pièce support 10 et une extrémité libre. Par exemple, les porte-balais 18 peuvent présenter une forme de crochet 19 à l'une de leurs extrémités pour s'accrocher sur un longeron de la pièce de support 10 comme illustré sur la figure 3. L'extrémité en crochet 19 des porte-balais 18 peut aussi comprendre une boucle de connexion électrique 17 qui sera connectée à une piste d'alimentation électrique d'une carte de circuit imprimé, comme illustré sur la figure 4. Les éléments porte- balais 18 peuvent être constitués d'un matériau conducteur, tels que des lames de cuivre, et sont ainsi adaptés à alimenter électriquement les balais 15 sans pièce de connexion supplémentaire. Les balais 15 sont fixés près de l'extrémité libre de chaque lame flexible porte-balai 18. Les porte-balais sont en particulier adaptés à contraindre les balais 15 vers le passage central 13, c'est-à-dire que le point d'attache de l'extrémité solidaire de la pièce de support sera choisie pour qu'en l'absence de contrainte extérieure, chaque lame flexible porte-balai 18 entraîne le balai 15 qu'elle porte dans une position de contact avec un collecteur qui sera inséré dans le passage central. La figure 2 montre aussi une rotule 20 destinée à être placée dans la pièce de support 10. Cette rotule 20 présente un passage traversant adapté à recevoir l'arbre de rotor et permet de guider le rotor lors de son insertion à travers la pièce de support 10, puis de le guider tout en autorisant un certain jeu lors de son insertion dans la carcasse statorique. La pièce support 10 comprend des moyens mécaniques 12 de maintien de la rotule 20. En particulier la pièce de support 10 présente un rétrécissement du diamètre du passage 13 terminé par une tulipe qui permet de retenir la rotule 20. La figure 3 montre le dispositif d'assemblage selon l'invention avec les porte- balais 18 accrochés à la pièce de support 10 et la rotule 20 logée dans la tulipe 12 de la pièce support. On peut constater qu'en l'absence de toute contrainte, les porte-balais 18 placent les balais 15 bien à l'intérieur du passage 13. On peut donc facilement comprendre que lorsque l'arbre de rotor muni d'un collecteur est placé dans le passage 13 de la pièce de support 10, les balais 15 seront bien contraints contre le collecteur par les portebalais flexible 18, assurant ainsi un bon contact électrique. En revanche, on voit bien sur la figure 3 que les balais 15, en position de contact, gênent le montage de l'arbre de rotor. La pièce de support 10 comprend donc des éléments mécaniques 11 munis d'une butée d'arrêt 14 pour maintenir les porte-balais 18 en position écartée hors du passage central 13, c'est-à-dire en position de montage du collecteur comme illustré sur la figure 4. Rt\Brevets\22800\22804--060220-texte dépôt 04ARM281.doc -20/02/06 - 17:02 - 6112 Les éléments mécaniques 11 sont solidaires de la pièce support 10 ; ils peuvent être monoblocs avec la pièce de support 10, par exemple obtenus par moulage de la pièce 10. On prévoit un élément mécanique de maintien I l par porte-balai 18. La figure 4 montre les porte-balais 18 en position de montage du collecteur. Les éléments mécaniques 11 sont des tiges qui s'étendent parallèlement à l'axe du passage 13 de la pièce de support 10 et dont l'extrémité sert de butée à I'extrémité libre d'un porte-balai 18. Les lames flexibles porte-balais 18 sont ainsi maintenues en position écartée hors du passage central 13 de la pièce de support 10 par butée contre les tiges 11. En particulier, on voit bien sur la figure 4 que, en position de montage, les balais 15 sont protégés par la pièce de support 10 d'éventuels chocs avec le rotor. Les tiges 11 de maintien des porte- balais 18 sont flexibles perpendiculairement à leur axe longitudinal et en particulier, elles sont flexibles selon une direction parallèle aux éléments porte-balais 18. Ainsi, une pression exercée sur l'extrémité de butée de la tige 11, parallèlement à la lame porte-balai 18, permet de dégager la lame porte-balai 18 de la butée de l'élément mécanique de maintien 11. L'élément flexible porte-balai 18 va alors revenir par retour élastique en position de repos, c'est-à-dire amener les balais dans le passage 13 de la pièce de support 10 pour venir au contact du collecteur, comme illustré sur la figure 3. La figure 4 montre aussi un circuit imprimé 25 fixé à la pièce de support 10. La carte de circuit imprimé 25 peut être fixée à la pièce de support 10 par glissement en butée sur la pièce 10 et avec un maintien latéral entre des butées de la pièce de support 10. De manière connue en soi, la carte de circuit imprimé comporte des éléments électroniques et électriques de commande et de contrôle du moteur auquel le dispositif d'assemblage est destiné. La carte de circuit imprimé 25 peut ainsi comprendre un relais électrique, des plots d'alimention électriques, une unité électronique, des mémoires, des capteurs de position ou autre. Bien que non illustré, on pourrait envisager de réaliser le support isolant de la carte de circuit imprimé monobloc avec la pièce de support 10. Les éléments porte-balais 18 sont reliés à la carte de circuit imprimé 25. Par exemple, les boucles de connexion 17 traversent le support du circuit imprimé 25 pour venir connecter électriquement des pistes d'alimentation électriques. Alternativement, la liaison électrique entre les portebalais 18 et le circuit imprimé 25 peut être réalisée par un contact pression entre le crochet 19 du porte balai 18 et des pistes d'alimentation électriques de la carte ; cette solution présente l'avantage de ne pas avoir une opération supplémentaire de soudure ou de brasure pour réaliser le contact électrique entre la lame du porte-balai 18 et le circuit imprimé 25. R \Brevets\22800\22804--060220-texte dépôt 04ARM28I. doc -20/02/06 - 17:02 - 7/12 Bien que non illustré, les porte-balais 18 peuvent aussi solidaires de la carte de circuit imprimé avant assemblage du dispositif selon l'invention. En particulier, les porte-balais 18 peuvent être soudés directement à la carte de circuit imprimé et positionné sur la pièce de support au moment de la fixation de la carte de circuit imprimé à la pièce de support. Le dispositif d'assemblage illustré sur la figure 4 forme un ensemble qui peut être décomposé différemment de la description des figures 2 et 3 selon les modes de réalisation. La figure 5 est une vue éclatée d'un moteur électrique comportant un dispositif d'assemblage selon l'invention. La figure 5 montre un dispositif d'assemblage selon l'invention avec la carte de circuit imprimé 25 assemblée à la pièce de support 10. Les balais sont maintenus en position de montage, c'est-à-dire écartés du passage central de la pièce de support. La figure 5 montre aussi un arbre de rotor 100 comprenant un collecteur 110 et un anneau magnétique 120 de génération de flux tournant pour permettre une détection du sens de rotation et de la vitesse du moteur, de façon connue en soi. L'arbre de rotor 100 présente aussi les enroulements 130 raccordés aux lames du collecteur 110. La figure 5 montre aussi une carcasse statorique 200 destinée à recevoir le rotor 100 et des aimants permanents 150, ainsi que le dispositif d'assemblage selon l'invention. En effet, l'arbre de rotor est tout d'abord introduit dans le passage de la pièce de support du dispositif d'assemblage selon l'invention avant d'être introduit dans la carcasse statorique 200. Le carter électronique ou le carte réducteur peut comporter des formes spécifiques, telles que des tiges, disposées à l'intérieur et non visibles sur la figure 5, pour actionner les éléments mécaniques de maintien 1 l des porte-balais 18 lors de l'introduction du dispositif d'assemblage avec le rotor dans le carter. Les tiges du carter déplacent les éléments de maintien 1 l des porte-balais 18 et libèrent ainsi les porte-balais 18 de la butée desdits éléments de maintien 11. Les balais 15 peuvent alors passer d'une position de montage à une position de contact avec le collecteur en une opération confondue avec le montage du rotor équipé de l'ensemble boîtier û collecteur û carte dans le carter. Une fois le rotor introduit dans le carter, les formes du stator peuvent maintenir les tiges 11 en flexion écartées de leur position de butée des porte-balais 18 afin d'éviter tout risque de remise en butée des porte-balais en position de montage, par exemple dû à des chocs. R\Brevets122800\22804--060220-texte dépôt 04ARN128I.doc - 20/02/06 - 17:02 - 8/12 Le carter 300, avec l'arbre de rotor 100 et le dispositif d'assemblage selon l'invention, est assemblé à une carcasse statorique 200, par exemple pour une application à un moteur de lève-vitre. Les formes adaptées à actionner les éléments mécaniques de maintien 11 des porte-balais 18 pour ramener les balais en position de contact avec le collecteur peuvent être prévues dans la carcasse statorique plutôt que dans le carter tambour. Les balais 15 peuvent alors passer d'une position de montage à une position de contact avec le collecteur en une opération confondue avec l'assemblage du stator avec la carcasse statorique. En particulier, le passage des balais d'une position de montage à une position de contact ne nécessite pas l'intervention d'un opérateur, mais est réalisé automatiquement par les formes spécifiques du stator ou du carter tambour lors de l'assemblage du moteur. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits à titre d'exemple; ainsi, deux balais 15 et porte-balais 18 sont représentés mais il existe des moteurs électriques munis de trois, quatre balais ou plus. Le dispositif d'assemblage selon l'invention peut alors être facilement adapté pour prévoir plus de deux porte-balais. Par ailleurs, les formes et dimensions de la pièce de support 10 peuvent varier selon les applications envisagées. R \Bresets\22800\22804--060220-texte dépôt 04ARM281.doc - 20/02/06 - 17.02 -9112 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'assemblage pour moteur électrique, comprenant : une pièce de support (10) présentant un passage central (13) adapté à recevoir un arbre de rotor muni d'un collecteur ; - des balais (15) fixés sur des éléments porte-balais flexibles (18) contraignant les balais vers le passage central dans une position de contact avec le collecteur ; la pièce de support comprenant des éléments mécaniques (11) de maintien des éléments porte-balais (18) en position de montage hors du passage central. 2. Dispositif d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une rotule (20) de guidage du rotor, la pièce support (10) comprenant des moyens mécaniques (12) de maintien de ladite rotule. 3. Dispositif d'assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens mécaniques (12) de maintien de la rotule sont constitués d'un rétrécissement du passage central dans la pièce de support (10). 4. Dispositif d'assemblage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit imprimé (25) fixé à la pièce de support et auquel sont reliés les éléments porte-balais (18). 5. Dispositif d'assemblage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments porte-balais (18) sont adaptés à alimenter électriquement les balais. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le circuit imprimé (25) comprend un support isolant monobloc avec la pièce de support (10). 7. Dispositif d'assemblage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les éléments mécaniques de maintien des éléments porte-balais en position de montage sont des tiges (11) s'étendant parallèlement à l'axe du passage central (13) dans la pièce de support (10). 8. Dispositif d'assemblage selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tiges (11) de maintien des éléments porte-balais sont flexibles selon une direction parallèle aux éléments porte-balais (18). R.\Brevets\22800\22804--060220-texte dépôt 04ARM28I doc - 20/02/06 - 17:02 - 10/12 9. Moteur électrique à courant continu comprenant - un dispositif d'assemblage selon l'une des revendications 1 à 8 ; - un arbre de rotor (100) s'étendant dans le passage central (13) de la pièce de support (10) ; - un carter (300) comprenant des formes écartant les éléments mécaniques (11) de maintien des porte-balais (18). 10. Procédé de montage d'un rotor dans un carter de moteur électrique, le procédé comprenant les étapes consistant à : - fournir un dispositif d'assemblage selon l'une des revendication 1 à 8 avec les éléments porte-balais (18) maintenus hors du passage central (13) de la pièce de support (10) ; - introduire un arbre de rotor (100) muni d'un collecteur dans le passage central (13) de la pièce de support (10) ; - placer le dispositif d'assemblage avec l'arbre de rotor dans un carter (300) comprenant des formes adaptées à actionner les moyens mécanique (Il) de maintien des éléments porte-balais (18) pour libérer les porte-balais (18) de leur position de montage. R:1Brevets\22800\22804--060220-texte dépôt 04ARM281. doc - 20/02/06 - 1702 - I l/12