Brevet FR2934426A1 — publié le 20100129

Dispositif à balais destiné à assurer une liaison électrique avec un collecteur dans une machine électrique tournante L'invention concerne un dispositif à balais destiné à assurer une liaison électrique avec un collecteur dans une machine électrique tournante, notamment un alternateur ou un alterno-démarreur pour véhicule automobile. La demande de brevet GB 1 219 640 décrit une machine électrique tournante comportant un collecteur et un balai en contact électrique avec ce collecteur. Un ressort plat à section rectangulaire est prévu pour pousser le balai contre le collecteur. Ce ressort comprend une portion spiralée en appui sur le balai et une portion déroulée pourvue d'une extrémité formant un crochet d'ancrage sur un support. La force exercée par le ressort provient de la tendance de la portion déroulée à reprendre spontanément une forme spiralée. Les demandes de brevet FR 2 017 015 et FR 2 011 417 décrivent également un agencement de collecteur et balais. Les brevets US 4 868 441 et US 5 753 992 décrivent un porte-balais pour machine électrique tournante. Ce porte-balais comporte une plaque isolante sur laquelle sont montés deux balais associés chacun à un ressort. Le ressort comporte une portion en U portant le balai, et chaque branche longitudinale du U se raccorde à une portion spiralée du ressort. L'invention a notamment pour but de proposer un nouveau dispositif à balais. L'invention a ainsi pour objet un dispositif à balais destiné à assurer une liaison électrique avec un collecteur dans une machine électrique tournante, le dispositif comportant: - deux balais présentant chacun une surface de contact avec le collecteur, - un ensemble ressort comportant deux ressorts associés chacun à un balai, chaque ressort étant agencé pour exercer sur le balai associé une force tendant à appliquer la surface de contact contre le collecteur, l'ensemble ressort comportant une portion de jonction des deux ressorts, et 30 - un support pour recevoir l'ensemble ressort et guider les balais. Grâce à l'invention, la fabrication du dispositif à balais peut être simplifiée car l'ensemble ressort peut être manipulé comme une seule pièce, à la différence notamment du cas où les deux ressorts seraient montés séparément. L'un au moins des balais peut comporter une face arrière opposée à la surface de contact et le ressort associé peut exercer une force de rappel sur cette face arrière. De préférence, l'un au moins des ressorts est un ressort de torsion. Le cas échéant, le ressort peut comporter une portion en spirale en appui contre le balai associé et être capable d'exercer une force de rappel sur le balai en s'enroulant sur lui-même. Le ressort peut comporter une branche déroulée, notamment sensiblement rectiligne, s'étendant sensiblement le long du balai associé. Cette branche se raccorde avantageusement à une extrémité à la portion en spirale. Cette branche présente une longueur qui varie en fonction de l'état d'enroulement du ressort. Le ressort peut comporter une portion d'extrémité fixée à la portion de jonction de l'ensemble ressort. Cette portion de jonction peut être surmoulée sur la portion d'extrémité du ressort. La portion d'extrémité du ressort solidaire de la portion de jonction peut être plane ou, en variante, comporter un rebord pour améliorer son ancrage dans la portion de jonction. En variante, la portion d'extrémité peut être insérée à force dans la portion de jonction, ou collée sur celle-ci. Le ressort peut comporter un coude, formant notamment un angle d'environ 90 °. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'ensemble ressort présente une symétrie par rapport à un plan de symétrie coupant la portion de jonction. Les ressorts peuvent avantageusement comporter un métal et la portion de jonction peut être réalisée en matériau isolant électrique pour isoler électriquement les deux ressorts l'un de l'autre. L'un au moins des balais peut être relié électriquement à un élément d'alimentation électrique sur une face latérale du balai. Cet élément d'alimentation électrique peut notamment comporter un fil conducteur ou une tresse conductrice. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le support peut comporter une face intérieure dirigée vers le collecteur et la portion de jonction de l'ensemble ressort peut être disposée au moins partiellement sur cette face intérieure du support. Si on le souhaite, la portion de jonction peut être fixée sur la face intérieure du support par encliquetage, soudage ou collage. Avantageusement, le support peut comprendre deux logements séparés par une cloison, et destinés chacun à recevoir au moins partiellement un balai. Le dispositif peut comprendre un capot monté sur le support notamment avec une possibilité de coulissement, de manière à assurer provisoirement le maintien de l'ensemble ressort et des balais dans un état adapté au transport et/ou au stockage du dispositif à balais. Le capot peut comprendre deux ouvertures associées chacune à un balai, de manière à ce que, dans une première position de stockage, les ouvertures soient décalées par rapport aux balais et ceux-ci soient ainsi retenus dans leurs logements respectifs, et dans une deuxième position, les balais passent à travers les ouvertures du capot pour s'appliquer contre le collecteur. Dans ce cas, le capot est laissé sur le dispositif à balais après la fin de l'assemblage de la machine. En variante, le capot peut être amovible et être retiré au cours de l'assemblage de la machine. Le capot peut être monté autrement que par coulissement sur le support, par exemple par encliquetage. L'invention a également pour objet un procédé d'assemblage d'un dispositif à balais tel que décrit ci-dessus, le procédé comportant les étapes suivantes: - monter l'ensemble ressort sur le support, - disposer les balais sur les ressorts associés, - pousser les balais contre les ressorts de manière à engager au moins partiellement lesdits balais dans des logements du support, et - monter un capot sur le support de manière à assurer provisoirement le maintien de l'ensemble ressort et des balais dans un état adapté au transport et/ou au stockage du dispositif. Le procédé peut en outre comporter une étape de fixation par encliquetage, soudage ou collage de la portion de jonction sur le support. L'invention a encore pour objet une machine électrique tournante pour véhicule automobile comportant un dispositif à balais tel que décrit 15 précédemment. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, en coupe 20 longitudinale, un alternateur conforme à un exemple de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 2 illustre, schématiquement et partiellement, en perspective, un dispositif à balais de l'alternateur de la figure 1, - la figure 3 illustre, schématiquement et partiellement, en perspective, 25 différents éléments du dispositif à balais de la figure 2, et - la figure 4 représente, schématiquement et partiellement, en coupe, un dispositif à balais selon un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention. On a représenté sur la figure 1 une machine électrique tournante polyphasée 1 formant, dans le présent exemple de mise en oeuvre de l'invention, un 30 alternateur pour véhicule automobile. Bien entendu, la machine électrique 1 peut, si on le souhaite, être réversible et former un alterno-démarreur pouvant 10 fonctionner en mode moteur électrique pour démarrer un moteur à combustion de véhicule et en mode alternateur pour produire de l'énergie électrique. Cette machine 1 comporte un carter 10 et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor 12 solidaire en rotation d'un arbre rotatif 14 d'axe X, appelé arbre de rotor, et un stator 16 qui entoure le rotor 12. Le stator 16 comporte un corps 17 formé d'un paquet de tôles doté d'encoches pour le montage d'un bobinage de stator 18 formant des chignons de part et d'autre du corps de stator 17. Le rotor 12 comprend deux roues polaires 20 et 22, pourvues chacune d'un flasque transversal 24 sur la périphérie duquel se raccordent une pluralité de griffes 26 s'étendant sensiblement suivant l'axe X. Les griffes 26 d'une roue polaire forment avec les griffes 26 de l'autre roue polaire des espaces interpolaires agencés pour recevoir chacun une structure à aimant permanent. Chaque roue polaire 20 ; 22 peut par exemple comporter six griffes 26 de manière à définir un rotor avec 12 espaces interpolaires. En variante, le rotor 12 peut comporter 2, 4, 6, 8 ou 10 espaces interpolaires 28, en fonction du type de machine électrique souhaité. Un bobinage d'excitation 34 est mis en place entre les flasques 24 des roues polaires 20 et 22. Chaque roue polaire 20 ; 22 comporte un alésage formant un passage intérieur 38 pour recevoir l'arbre 14. Les roues polaires 20 et 22 sont réalisées par exemple en acier. L'alternateur 1 comporte également des moyens pour son refroidissement. Par exemple, comme illustré à la figure 1, des paliers avant 46 et arrière 48 du carter 10 comportent des ouvertures agencées pour permettre de refroidir l'alternateur par circulation d'air. En outre, le rotor 12 porte, dans l'exemple décrit, au moins à l'une de ses extrémités axiales un ventilateur destiné à assurer une circulation de l'air. Un premier élément de ventilation 54 est par exemple prévu sur la face transversale avant du rotor 12 et un deuxième élément de ventilation 56 est prévu sur la face transversale arrière du rotor 12. Chaque élément de ventilation 54 et 56 est pourvu d'une pluralité de pâles 58 et 59. Les paliers 46 et 48 portent chacun un roulement à billes respectivement 50 et 52 pour le montage à rotation de l'arbre 14. L'arbre 14 porte à son extrémité avant une poulie 39 appartenant à un dispositif de transmission de mouvement par l'intermédiaire d'au moins une courroie (non représentée) entre l'alternateur 1 et le moteur à combustion du véhicule automobile, et à son extrémité arrière un collecteur 41 comprenant des bagues collectrices 42 reliées par des liaisons filaires (non représentées) au bobinage d'excitation 34 du rotor 12. Lorsque l'arbre 14 est en rotation et le bobinage d'excitation 34 alimenté électriquement, le rotor inducteur 12 crée un courant induit alternatif dans le stator 16. L'alternateur 1 comprend en outre, sur le palier arrière 48, un dispositif à balais 70 comportant des balais 90 qui viennent frotter contre les bagues collectrices 42 pour assurer l'alimentation électrique du bobinage de rotor 34. On va maintenant décrire plus en détails, en référence aux figures 2 et 3, le dispositif à balais 70. Ce dispositif à balais 70 comporte un support 71, réalisé par exemple en matière plastique, comprenant deux logements 72 débouchant sur une face radialement intérieure 73 en regard des bagues collectrices 42. La face intérieure 73 présente une forme en tronçon de cylindre d'axe X avec une concavité dirigée vers le collecteur 41. Les deux logements 72 sont séparés par une cloison 75. Le support 71 reçoit un ensemble ressort 80 et des balais associés 90 disposés chacun dans un logement 72 du support 71. Comme illustré à la figure 3, l'ensemble ressort 80 comporte deux ressorts métalliques de torsion 81 solidarisés par une portion de jonction 86. Cette portion de jonction 86 est réalisée en un matériau électriquement isolant, par exemple en un matériau plastique, afin d'isoler électriquement les deux ressorts 81 l'un de l'autre. Chacun des ressorts 81 comprend une portion d'extrémité 82 ancrée dans la portion de jonction 86. Cet ancrage est réalisé par exemple en surmoulant la portion 82 du ressort 81 par le matériau de la portion de jonction 86. La portion de jonction 86 est disposée sur la face intérieure 73, entre les deux logements 72. La face intérieure 73 du support peut présenter un renfoncement pour mieux immobiliser l'ensemble ressort 80 sur le support 71. L'ensemble ressort 80 peut être fixé sur le support 71 par encliquetage de la portion de jonction 86 sur le support 71. En variante, la portion de jonction 86 peut être fixée autrement sur le support 71, par exemple par soudage ou collage. Dans l'exemple décrit, l'ensemble ressort 80 présente une symétrie par rapport à un plan P coupant la portion de jonction 86. Chaque ressort 81 comporte une branche rectiligne 88 se raccordant à la portion d'extrémité 82 en formant un coude 83 de 90° d'angle environ. La branche rectiligne 88 s'étend dans le logement 72 entre la cloison 75 et le balai 90, et se prolonge, en direction du fond du logement 72, par une portion en spirale 84. Cette branche rectiligne 88 correspond à une portion déroulée du ressort 80. Ainsi la longueur de la branche rectiligne 88 varie en fonction de l'état d'enroulement du ressort 80. La portion en spirale 84 s'applique sur le balai 90 afin d'exercer dessus une force tendant à pousser le balai 90 contre le collecteur 41. Chaque balai 90 est relié, sur une face latérale 93, à une tresse 79 ou un fil conducteur permettant son alimentation électrique. Dans l'exemple décrit, les logements 72 sont fermés sur le côté opposé à la face 73. En variante, les logements 72 peuvent éventuellement être ouverts sur le côté opposé à la face 73, les portions spiralées 84 des ressorts 81 empêchant alors les balais 90 de s'échapper vers l'arrière. Chaque ressort 81 exerce une force de rappel sensiblement constante sur la face arrière 92 du balai associé 90. Ainsi les balais 90 s'appliquent sur le collecteur 41 avec une force sensiblement constante. Au fur et à mesure que les balais 90 s'usent et que leur longueur se réduit, les ressorts 81 s'enroulent davantage et la longueur des branches rectilignes 88 diminuent. Le dispositif à balais 70 comporte en outre un capot coulissant 95 pour assurer provisoirement le maintien des balais 90 engagés dans leur logement 72 respectif de manière à les conserver dans un état adapté au transport et/ou au stockage du dispositif à balais, avant son montage sur l'alternateur 1. Le capot 95 est monté à coulissement sur le support 71 à l'aide de nervures 96 sur le capot 95 qui s'engagent dans des rainures latérales 98 du support 71. Le capot 95 comprend en outre deux ouvertures 97 associées chacune à un balai 90, de manière à ce que, dans une première position de stockage, les ouvertures 97 soient décalées par rapport aux balais 90 et ceux-ci soient ainsi retenus dans leurs logements 72 respectifs, et dans une deuxième position, les balais 90 passent à travers les ouvertures 97 du capot 95 pour s'appliquer contre le collecteur 41. Dans ce cas, le capot 95 est laissé sur le dispositif à balais 70 après la fin de l'assemblage de l'alternateur 1. En variante, le capot 95 peut être amovible et être retiré au cours de l'assemblage de l'alternateur 1. Le capot 95 peut être monté autrement que par coulissement sur le support 71, par exemple par encliquetage. On a représenté à la figure 4 différents éléments d'un dispositif à balais 170 selon un autre exemple de mise oeuvre de l'invention. Le dispositif à balais 170 comporte un support 71 comme décrit précédemment, et un ensemble ressort 180. Cet ensemble ressort 180 comporte un insert 186 présentant une portion intermédiaire 182 disposée sur la face intérieure 73 du support 71. L'insert 186 forme une portion de jonction au sens de la présente invention. Cet insert 186 comprend en outre deux portions latérales 188 se raccordant aux extrémités opposées de la portion intermédiaire 182 en formant de chaque côté un coude 183 de 90°d'angle environ. Chaque portion latérale rectiligne 188 s'étend dans l'un des logements 72 entre la cloison 75 et le balai 90, et se prolonge, en direction du fond du logement 72, par une portion d'appui 189. Chaque portion d'appui 189 reçoit un ressort cylindrique 181 travaillant en compression. Le ressort 181 s'applique sur le balai 90 associé afin d'exercer dessus une force tendant à pousser le balai 90 contre le collecteur 41. Les ressorts 181 sont par exemple collés sur les portions d'appui 189. Revendications1. Dispositif à balais (70) destiné à assurer une liaison électrique avec un collecteur (41) dans une machine électrique tournante (1), le dispositif (70) comportant: - deux balais (90) présentant chacun une surface de contact (94) avec le collecteur (41), - un ensemble ressort (80) comportant deux ressorts (81) associés chacun à un balai (90), chaque ressort (81) étant agencé pour exercer sur le balai associé (90) une force tendant à appliquer la surface de contact (94) contre le collecteur (41), l'ensemble ressort (80) comportant une portion de jonction (86) des deux ressorts (81), et - un support (71) pour recevoir l'ensemble ressort (80) et guider les balais (90). 2. Dispositif (70) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'un au moins des balais (90) comporte une face arrière (92) opposée à la surface de contact (94) et par le fait que le ressort associé (81) exerce 20 une force de rappel sur cette face arrière (92). 3. Dispositif (70) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'un au moins des ressorts (81) est un ressort de torsion. 25 4. Dispositif (70) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le ressort (81) comporte une portion en spirale (84) en appui contre le balai associé (90) et est capable d'exercer une force de rappel sur le balai (90) en s'enroulant sur lui-même. 15 30 5. Dispositif (70) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le ressort (81) comporte une branche déroulée (88), notamment sensiblement rectiligne, s'étendant sensiblement le long du balai associé (90), et par le fait que ladite branche (88) se raccorde à une extrémité à la portion en spirale (84), cette branche (88) présentant une longueur qui varie en fonction de l'état d'enroulement de la portion en spirale (84) du ressort (81). 6. Dispositif (70) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le ressort (81) comporte une portion d'extrémité (82) fixée à la portion de jonction (86) de l'ensemble ressort (80). 7. Dispositif (70) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le ressort (81) comporte un coude (83), formant notamment un angle d'environ 90°. 8. Dispositif (70) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'ensemble ressort (80) présente une symétrie par rapport à un plan de symétrie (P) coupant la portion de jonction (86). 9. Dispositif (70) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les ressorts (81) comportent un métal et la portion de jonction (86) est réalisée en matériau isolant électrique. 25 10. Dispositif (70) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'un au moins des balais (90) est relié électriquement à un élément d'alimentation électrique (79) sur une face latérale (93) du balai (90). 30 11. Dispositif (70) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le support (71) comporte une face radialement intérieure (73) et par le fait que la portion de jonction (86) de l'ensemble support (80) est disposée au moins partiellement sur cette face radialement intérieure (73) du support (71). 12. Dispositif (70) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le support (71) comprend deux logements (72) séparés destinés chacun à recevoir partiellement un balai (90). 13. Dispositif (70) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un capot (95) monté sur le support (71) avec une possibilité de coulissement. 15 14. Dispositif (70) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le capot (95) est apte à assurer provisoirement le maintient des balais (90) sur le support (71) dans un état adapté au transport et/ou au stockage du dispositif (70), et par le fait que le capot (95) comprend deux ouvertures (97) associées chacune à un balai (90), de manière à ce que, 20 dans une première position de stockage, les ouvertures (97) soient décalées par rapport aux balais (90) et ceux-ci soient ainsi retenus dans leurs logements (72) respectifs, et dans une deuxième position, les balais (90) passent à travers les ouvertures (97) du capot (95) pour s'appliquer contre le collecteur (41). 25 15. Procédé d'assemblage d'un dispositif à balais (70) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le procédé comportant les étapes suivante: - monter l'ensemble ressort (80) sur le support (71), 30 - disposer les balais (90) sur les ressorts associés (81), 5pousser les balais (90) contre les ressorts (81) de manière à engager au moins partiellement lesdits balais (90) dans des logements associés (72) du support (71), et monter un capot (95) sur le support (71) de manière à maintenir provisoirement les balais (90) dans un état adapté au transport et/ou au stockage du dispositif (70). 16. Machine électrique tournante (1) pour véhicule automobile comportant un dispositif à balais (70) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.