Brevet FR2918515A1 — publié le 20090109

Domaine de l'invention La présente invention concerne une machine électrique comportant un induit avec des rainures pour recevoir des bobines d'induit, un collecteur à lamelles, un premier et un second balais appli- qués chacun par un levier à ressort contre le collecteur pour glisser sur celui-ci. Etat de la technique Une machine électrique à commutateur et balai selon l'état de la technique par exemple décrite dans le document WO 00/036729-A, est réalisée avec des balais portés par des leviers. De tels balais sont équipés de leviers élastiques précontraints par rapport au collecteur. Une extrémité du levier est par exemple fixée à une pièce de support du porte balai alors que l'autre extrémité du levier porte un balai en carbone appliqué contre le collecteur. Lorsqu'on utilise de tels balais à leviers, l'usure des balais pendant la durée de fonctionnement décale les points de contact des balais avec le collecteur. Cela modifie les instants de commutation des deux balais si bien qu'ils ne commutent plus simultanément et engendrent des efforts radiaux qui augmentent le bruit du moteur. Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne une machine électrique du type dé-fini ci-dessus caractérisée en ce qu'au moins une bobine d'induit se compose de deux parties symétriques par rapport à l'axe de rotation de l'induit, les parties de bobine étant reliées à deux lamelles voisines du collecteur. La machine électrique selon l'invention a l'avantage de compenser grâce à l'enroulement symétrique, les efforts radiaux engendrés par le décalage des points de contact des balais sur le collecteur par suite de l'usure des balais. Cela provient de ce que le courant de court-circuit dans les deux parties de bobine de l'enroulement symétrique se produit en même temps avec la même intensité si bien que les efforts radiaux exercés par les deux parties de bobine se compensent et n'engendrent pas de force radiale résultante agissant sur l'induit. Cela augmente considérablement la régularité de fonctionnement du moteur. Selon l'invention, au moins une bobine d'induit est formée par deux parties de bobine installées de manière symétrique par rapport à l'axe de rotation de l'induit et les deux parties de bobine sont reliées à deux lamelles voisines du collecteur. Cela signifie que les bobi- nes d'induit sont réalisées pour que chaque fois deux parties de bobine soient symétriques par rapport à l'axe de rotation de l'induit. Les deux parties de bobine installées de manière symétrique sont reliées à deux lamelles voisines du collecteur. Les deux parties de bobine sont installées symétrique-ment selon l'invention pour que lorsque les parties de bobine sont alimentées, dans le champ magnétique il n'y a pratiquement pas d'effort radial exercé sur l'induit. Les deux parties de bobine commutent simultanément par exemple du fait qu'elles sont reliées à des lamelles voisines du collecteur. Les efforts radiaux résultant sont particulière15 ment bien compensés du fait que les deux parties de bobine sont pratiquement parallèles du point de vue géométrique et équidistantes par rapport à l'axe de rotation de l'induit. En outre on compense particulièrement bien les efforts radiaux car les deux parties de bobine ont le même nombre de spires. Les efforts radiaux peuvent en outre se com-20 penser particulièrement bien du fait que les deux parties de bobine sont bobinées en sens inverse. Il s'agit notamment d'un enroulement électrique bipolaire. Les deux parties de bobine peuvent être branchées électriquement en série ou en parallèle. Dans le cas du branchement en sé-25 rie, les deux parties de bobine ont deux extrémités reliées à des lamelles voisines du collecteur. Dans le cas d'un montage en parallèle, chacune des parties de bobine a deux extrémités et chaque fois les extrémités d'une partie de bobine sont reliées à des lamelles voisines du collecteur. Selon un mode de réalisation préférentiel, le collecteur a 30 un nombre pair de lamelles. Selon un autre mode de réalisation préférentiel, le nombre de lamelles est égal au nombre de rainures d'induit. La machine électrique selon l'invention comporte au moins deux balais à levier appliqués contre le collecteur par des leviers élastiques. Les deux balais à leviers sont ainsi opposés l'un à l'autre. 35 Pour avoir une intensité de courant aussi régulière que possible lors de la commutation, on choisit la largeur des balais pour que lors de la rotation du collecteur les balais couvrent chaque fois deux lamelles voisines afin de les court-circuiter. Cela réduit considérablement le brûlage des balais. Selon un autre mode de réalisation de la machine électrique, on peut prévoir un troisième balai suivant la vitesse de rotation, ce troisième balai étant installé entre les deux balais opposés (appelés ci-après premier et second balais). Ainsi le troisième balai est décalé par rapport au premier balai, dans le sens de rotation, d'un certain angle inférieur à 180 par exemple égal à 70 . Pour le niveau de vitesse de rotation faible, on utilise les deux balais opposés, c'est-à-dire le premier et le second balai alors que le troisième balai est coupé du courant. Pour le niveau de vitesse de rotation supérieur, on alimente le second et le troisième balais alors que le premier balai est coupé. Le second balai forme ainsi le balai commun relié aux faibles vitesses de rotation au premier balai et aux vitesses de rotation élevées, au troisième balai. Le balai chaque fois neutralisé relie deux lamelles de commutateur voisines. Ainsi dans le cas d'un enroulement habituel, il court-circuite la bobine qui se trouve dans l'intervalle si bien que l'on a un courant de court-circuit opposé au courant d'alimentation et engendrant une force radiales s'exerçant sur l'induit. La machine électrique selon l'invention évite cette force radiale car à la place d'une bobine, on a deux parties de bobine symétriques appliquées à deux lamelles voisines du collecteur. Lorsque les deux lamelles voisines du collecteur sont reliées chaque fois par un balai non alimenté, il y a un courant de court-circuit dans les deux parties de bobine ce qui compense les efforts radiaux des deux parties de bobine. Selon un autre mode de réalisation préférentiel, les parties de bobine installées de manière symétrique sont des doubles en- roulements à sections de fils de bobine réduits par exemple divisées par deux et réparties en deux couches. Cela permet d'augmenter le coefficient de remplissage utile. La machine électrique selon l'invention peut être par exemple un moteur à courant continu bipolaire pour commander des pièces mobiles dans un véhicule telles que par exemple le moteur d'essuie-glace, un lève-glace, un moteur de réglage de siège. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés dans les des- sins annexés dans lesquels : - la figure la montre une machine électrique à deux balais à levier à l'état neuf ; - la figure lb montre une machine électrique à deux balais à levier à la fin de durée d'utilisation des balais ; - la figure 2 montre un premier mode de réalisation de bobine d'induit à deux parties de bobine branchées en série ; - la figure 3 montre un second mode de réalisation de bobine d'induit à deux parties de bobine symétriques branchées en parallèle ; - la figure 4 montre un montage à trois balais à levier décalés dans le sens de rotation par rapport au collecteur. Description de modes de réalisation La représentation schématique de la figure 1 montre comment l'usure des balais à levier (balais portés par leviers) décale les points de contact avec le collecteur au fur et à mesure du fonctionne-ment. La figure la montre une machine électrique 10 ayant un induit 20, deux pôles magnétiques 30 et un collecteur 10 avec des lamelles 11. L'induit 20 et le collecteur 10 sont montés solidairement en rotation sur l'arbre 22 de l'induit ayant un axe de rotation 21. Un premier et un se- Gond balais à levier 14 sont appliqués par des leviers élastiques 15 de façon à glisser sur le collecteur 10. Les deux balais à levier 14 sont en regard l'un de l'autre si bien que lorsque les balais 14 son neufs, les milieux 17 des balais touchent la surface du collecteur 16 suivant un angle décalé de 180 . La figure lb montre le commutateur 10 avec deux balais à levier 14 opposés l'un à l'autre à la fin de la durée de vie des balais 14. Du fait de l'usure, les milieux 17 des balais touchent la surface 16 du collecteur suivant un angle supérieur à 180 . L'instant de la commutation des deux balais 16 change ainsi de sorte que les deux balais 14 ne commutent plus simultanément et produisent des forces radiales gênantes exercées sur l'induit. La figure 2 montre un déroulement partiel d'un premier mode de réalisation des bobines d'induit avec chaque fois deux parties de bobine symétriques représentées schématiquement. Dans le mode de réalisation présenté, le collecteur 10 a douze lamelles 11 et l'induit 20 a douze dents 23 et douze rainures 24. La bobine d'induit est enroulée en boucle suivant un enroulement à pas partiel. L'enroulement d'une première partie 25 se place dans la première rainure d'induit 24 entre la première et la seconde dent 23 et la sixième rainure d'induit 24 entre la sixième et septième dent 23. L'enroulement d'une seconde partie de bobine 26 se place dans la deuxième rainure d'induit 24 entre la deuxième et la première dent 23 et dans la septième rainure d'induit 24 entre la septième et la huitième dent 23. Les deux extrémités de la première et la seconde partie de bobine 25, 26 sont reliées électriquement à des lamelles de collecteur 11 voisines (ici la troisième et la quatrième lamelles). Les deux parties de bobine 25, 26 sont ainsi branchées en série. La première et la sixième rainure d'induit 24 ainsi que la septième et la douzième rainure d'induit 24 se font face de sorte que les deux parties de bobine 25, 26 sont symétriques par rapport à l'axe de rotation 13 de l'induit 20 en ce qu'elles sont parallèles l'une par rapport à l'autre ; les deux parties de bobine 25, 26 sont enroulées en sens opposé. Dans le mode de réalisation présenté, on enroule tout d'abord la première partie de bobine 25 avant d'enrouler la seconde partie de bobine 26. En va- riante, on peut également enrouler en alternance les deux parties de bobine 25, 26. La figure 3 montre un déroulement partiel d'un second mode de réalisation de bobine d'induit formé de deux parties de bobine symétriques représentées schématiquement. Dans le mode de réalisa- tion présenté, le collecteur 10 comporte douze lamelles 11 et l'induit 20 comporte douze dents 23 et douze rainures d'induit 24. La bobine d'induit est également enroulée en boucle sous la forme d'un enroule-ment à pas partiel. L'enroulement de la première partie de bobine 25 est placée dans la première rainure d'induit 24 entre la première et la sep- tième dent 23 et la sixième rainure d'induit 24 entre la sixième et la septième dent 23. L'enroulement de la seconde partie 26 est placé dans la douzième rainure d'induit 24 entre la deuxième et la première dent 23 et dans la septième rainure d'induit 24 entre la septième et la huitième dent 23. Les deux parties de bobine 25, 26 sont branchées en pa- rallèle ; les deux extrémités de chaque partie de bobine 25, 26 sont reliées électriquement à des lamelles voisines 11 du collecteur. Les figures 2 et 3 montrent chacune un mode de réalisation d'un montage en série et d'un montage en parallèle des deux parties de bobine 25, 26. Selon le principe représenté pour l'enroulement de deux parties de bobine 25, 26 symétriques, on peut réaliser de nombreux autres schémas d'enroulement. La figure 4 montre schématiquement un montage de trois balais à leviers 14', 14", 14". Les balais à levier 14', 14", 14" sont représentés ici de manière simplifiée sous la forme de rectangles. Un pre- mier balai à levier 14' et un second balai à levier 14" se font face. Un troisième balai à levier 14" est monté radialement entre le premier et le second balai à levier 14', 14" ; cela signifie que le troisième balai 14" est décalé par rapport au premier balai 14' dans le sens de rotation d'un certain angle ici par exemple de 45 . Ainsi pour le niveau inférieur de vitesse de rotation on utilise les deux balais qui se font face, c'est-à-dire le premier et le second balai 14', 14" alors que pour le niveau supérieur des vitesses de rotation, on utilise le second et le troisième balais 14", 14". Le second balai 14" forme ainsi le balai commun utilisé à la fois pour les faibles vitesses de rotation avec le premier balai 14' et pour les vitesses de rotation élevées avec le troisième balai 14". 20 25 REVENDICATIONS 1 ) Machine électrique comportant un induit (20) avec des rainures (24) pour recevoir des bobines d'induit, un collecteur (10) à lamelles (11), un premier et un second balais (14) appliqués chacun par un levier à res-sort (15) contre le collecteur (10) pour glisser sur celui-ci, caractérisée en ce qu' au moins une bobine d'induit se compose de deux parties (25, 26) symétriques par rapport à l'axe de rotation (21) de l'induit (10), les parties de bobine (25, 26) étant reliées à deux lamelles voisines (11) du collec- lo teur (10). 2 ) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux parties de bobine (25, 26 sont pratiquement parallèles géomé- 15 triquement. 3 ) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux parties de bobine (25, 26) ont le même nombre de spires. 4 ) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux parties de bobine (25, 26) sont bobinées en sens inverse. 5 ) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux parties de bobine (25, 26) sont branchées électriquement en série. 30 6 ) Machine électrique selon la revendication 5, caractérisée en ce que les deux parties de bobine (25, 26) branchées en série ont deux extrémités reliées à deux lamelles de collecteur (11), voisines. 357 ) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux parties de bobine (25, 26) sont branchées électriquement en parallèle. 8 ) Machine électrique selon la revendication 7, caractérisée en ce que chacune des deux parties de bobine branchées en parallèle (25, 26) comporte deux extrémités et les extrémités d'une partie de bobine (25, 10 26) sont reliées à des lamelles voisines (11) du collecteur. 9 ) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée par un troisième balai à levier (14"'), le premier et le second balai (14', 14") 15 étant installés opposés l'un à l'autre et coopérant pour un premier ni-veau de vitesse de rotation, alors que le troisième balai (14"') est installé radialement entre le premier et le second balai (14', 14") et coopère avec le second balai (14") pour un second niveau de vitesse de rotation. 20