Brevet FR2934435A1 — publié le 20100129

Dispositif à balais pour démarreur de véhicule automobile L'invention concerne notamment un dispositif à balais pour une machine électrique tournante, notamment un démarreur ou un alternateur de véhicule automobile. On connaît par le brevet US 4 754 184 un dispositif à balais pour machine électrique comportant une plaque de base et quatre porte-balais montés sur la plaque de base en étant espacés les uns des autres le long d'une circonférence de la plaque de base. Chaque porte-balai reçoit un seul balai. Le brevet KR 430 503 décrit également un dispositif à balais pour machine électrique tournante. L'usure des balais est liée au phénomène de l'électro-érosion et la vitesse de l'électro-érosion est fonction de l'intensité du courant électrique passant dans le balai. Il est possible de réduire ce courant électrique en augmentant le nombre de balais alignés en contact avec le collecteur du rotor, ce qui permet d'allonger la vie des balais. L'invention vise à proposer un nouveau dispositif à balais. L'invention a ainsi pour objet un dispositif à balais pour une machine électrique tournante, notamment un démarreur de véhicule automobile, ce dispositif comportant au moins deux balais agencés en parallèle pour venir frotter sur un collecteur de la machine électrique tournante lors du fonctionnement de celle-ci. L'utilisation de plusieurs paires de balais, les balais de chaque paire étant placés en parallèle, permet à la pluralité de balais de mieux épouser la forme du collecteur sur lequel ces balais viennent frotter, notamment par rapport au cas de balais monoblocs. L'utilisation de balais en parallèle permet également de limiter les risques liés aux rebonds éventuels de ces balais sur le collecteur. De plus l'augmentation du nombre de balais entraîne l'augmentation du nombre de tresses d'alimentation électrique des balais, ce qui permet de réduire le courant électrique dans chaque tresse, et donc chaque balai. L'invention a également pour objet un dispositif à balais pour une machine électrique tournante, notamment un démarreur de véhicule automobile, ce dispositif comportant : - au moins deux balais agencés pour venir frotter sur un collecteur de la machine électrique tournante lors du fonctionnement de celle-ci, - un ensemble porte-balais comprenant au moins deux cages solidaires l'une de l'autre et agencées chacune pour recevoir l'un desdits balais, - un support sur lequel l'ensemble porte-balais est monté. Grâce à l'invention, du fait que les cages soient solidaires, l'ensemble porte-balais peut être monté simplement sur le support, notamment avec un nombre réduit d'opérations. De préférence les deux balais de l'ensemble porte-balais sont disposés de manière sensiblement alignée sur une droite parallèle à un axe de rotation du collecteur. Ainsi il est possible de réduire le courant passant dans les balais et par conséquent atténuer le phénomène d'électro-érosion. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'ensemble porte-balais est réalisé à partir d'une pièce unique. Si on le souhaite, l'ensemble porte-balais est réalisé par moulage ou, en variante, de préférence par découpe et pliage d'une tôle. Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'ensemble porte-balais est réalisé à partir d'au moins deux pièces assemblées, par exemple par soudage ou collage, chaque pièce formant notamment l'une des cages de l'ensemble porte-balais. Le cas échéant, l'ensemble porte-balais est agencé pour être monté sur le support par encliquetage ou par sertissage. L'ensemble porte-balais peut être agencé de manière à ce que, après le montage sur le support, les deux cages sont disposées sensiblement de part et d'autre du support. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, les deux cages de l'ensemble porte-balais sont reliées entre elles par une charnière. Si on le souhaite, les deux cages de l'ensemble porte-balais forment un logement commun pour recevoir les deux balais et, après le montage de l'ensemble porte-balais sur le support, les deux balais de cet ensemble porte- balais sont séparés l'un de l'autre par le support. Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'ensemble porte-balais est agencé de manière à ce que, après le montage sur le support, les deux cages sont disposées d'un même côté du support. Le cas échéant, l'ensemble porte-balais comporte au moins une cloison de séparation des balais, cette cloison étant notamment commune aux deux cages. L'une des cages de l'ensemble porte-balais peut comporter une paroi latérale se raccordant à un premier bord sensiblement radial de cette cloison et l'autre des cages de l'ensemble comporte une paroi latérale se raccordant à un deuxième bord sensiblement radial de la cloison, les premier et deuxième bords radiaux de la cloison étant de préférence sensiblement parallèles. L'invention a également pour objet un dispositif à balais pour une machine électrique tournante, notamment un démarreur de véhicule automobile, ce dispositif comportant au moins deux balais agencés pour venir frotter sur un collecteur de la machine électrique tournante lors du fonctionnement de celle-ci, ces balais étant disposés en contact l'un de l'autre et de manière sensiblement alignée sur une droite parallèle à un axe de rotation du collecteur. Grâce à l'invention, les balais disposés de manière jointive peuvent présenter un encombrement réduit, ce qui peut permettre d'avoir une machine relativement 25 compacte. De préférence, le dispositif comporte : - un ensemble porte-balais comprenant au moins deux cages agencées chacune pour recevoir l'un desdits balais, - un support sur lequel l'ensemble porte-balais est monté. Cet ensemble porte-balais est par exemple réalisé à partir d'une pièce unique. En variante, l'ensemble porte-balais est réalisé à partir de deux pièces assemblées, par exemple par soudage ou collage, chaque pièce formant notamment l'une des cages de l'ensemble porte-balais. L'ensemble porte-balais peut être agencé de manière à ce que, après le montage sur le support, les deux cages soient disposées sensiblement de part et d'autre du support. Le support peut comporter un évidement entre les deux cages de l'ensemble porte-balais de manière à ce que les balais viennent en contact l'un de l'autre à travers l'évidement. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le support comporte une couche électriquement conductrice intercalée entre deux couches électriquement isolantes. De préférence chaque cage reçoit un ressort sur lequel s'applique le balai placé dans cette cage. L'invention a également pour objet une machine électrique tournante, notamment démarreur ou alternateur de véhicule automobile, comportant un dispositif à balais tel que défini ci-dessus. L'invention a encore pour objet un procédé pour fabriquer un dispositif à balais tel défini ci-dessus, le procédé comportant les étapes suivantes : - monter l'ensemble porte-balais sur le support, puis - placer les balais dans les cages respectives. 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, un démarreur conforme à un exemple de mise en oeuvre de l'invention, - les figures 2 à 6 représentent, schématiquement et partiellement, différents éléments d'un dispositif à balais conforme à un exemple de mise en oeuvre de l'invention, pour équiper le démarreur de la figurel , - les figures 7 à 9 illustrent, schématiquement et partiellement, des porte- balais respectivement selon trois autres exemples de mise en oeuvre de l'invention, - les figures 10 et 11 représentent, schématiquement et partiellement, un dispositif à balais selon un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, - les figures 12 à 15 illustrent, schématiquement et partiellement, un dispositif à balais selon un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, et - les figures 16 à 19 représentent, schématiquement et partiellement, un dispositif à balais selon encore un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention. On a représenté sur la figure 1 un démarreur 1 pour moteur à combustion interne de véhicule automobile. Ce démarreur 1 comprend, d'une part, un rotor 2, encore appelé induit, pouvant tourner autour d'un axe X, et d'autre part, un stator 3, encore appelé inducteur, autour du rotor 2. Ce stator 3 comporte une culasse sur laquelle sont fixées une ou plusieurs pièces polaires 4 pour la mise en place d'un bobinage inducteur 5. Le rotor 2 comporte un corps de rotor 7, et un bobinage d'induit 8 enroulé dans des encoches du corps de rotor 7. Ce bobinage d'induit 8 forme, de part et d'autre du corps de rotor 7, un chignon avant 9 et un chignon arrière 10. Le rotor 2 est pourvu, à l'arrière, d'un collecteur 12 comprenant une pluralité de pièces de contact connectées électriquement aux éléments conducteurs, formés dans l'exemple considéré par des fils du bobinage d'induit 8. Un groupe de balais 13 d'un dispositif à balais 50, représenté très schématiquement sur la figure 1, est prévu pour l'alimentation électrique du bobinage d'induit 8, l'un au moins des balais 13 étant relié à la masse du démarreur 1 et un autre au moins des balais 13 étant relié à un contacteur 17. Les balais 13 viennent frotter sur le collecteur 12 lorsque le rotor 2 est en rotation. Les balais 13 sont réalisés par exemple à base de carbone. Le dispositif à balais 50 sera décrit plus en détail ci-dessous. Le démarreur 1 comporte en outre un lanceur 19 monté de manière coulissante sur un arbre d'entraînement 18 et pouvant être entraîné en rotation autour de l'axe X par le rotor 2. Un ensemble réducteur de vitesses 20 peut être interposé entre le rotor 2 et l'arbre d'entraînement 18, de manière connue en soi. Le lanceur 19 comporte un élément d'entraînement formé par un pignon 21 et destiné à s'engager sur un organe d'entraînement 33 du moteur à combustion. Cet organe d'entraînement est par exemple une couronne dentée. Le lanceur 19 comprend en outre une roue libre 22 et une rondelle poulie 23 définissant entre elles une gorge 24 pour recevoir l'extrémité 25 d'une fourchette 27. Cette fourchette 27 est réalisée par exemple par moulage d'une matière plastique. La fourchette 27 est actionnée par le contacteur 17 pour déplacer le lanceur 19 par rapport à l'arbre d'entraînement 18, suivant l'axe X, entre une première position dans laquelle le lanceur 19 entraîne le moteur à combustion par l'intermédiaire du pignon 21, et une deuxième position dans laquelle le lanceur 19 est désengagé de la couronne dentée 33. Le contacteur 17 comprend une borne 29 reliée via un élément de liaison électrique, notamment un fil 30, à une alimentation électrique du véhicule telle qu'une batterie 26. On va maintenant décrire plus en détails, en référence aux figures 2 à 6, le dispositif à balais 50. Comme on peut le voir sur la figure 2, le dispositif 50 comporte un support 51 pourvu d'une plaque électriquement conductrice 52, par exemple réalisé en acier, et présentant une forme annulaire perpendiculaire à l'axe X. La plaque 52 comporte, sur un côté 53, deux renfoncements 54 diamétralement opposés. Chaque renfoncement 54 reçoit un insert isolant 55, réalisé par exemple en matière plastique thermodur. Cet insert 55 comprend deux orifices 57 permettant de le fixer sur la plaque 52 à l'aide de rivets. Dans l'exemple décrit, l'épaisseur de l'insert 55 est sensiblement égale à la profondeur du renfoncement 54. L'insert 55 sert au montage d'un ensemble porte-balais 60 sur le support 51. Cet ensemble porte-balais 60 comporte deux cages 61 et 62 agencées chacune pour recevoir un balai 13. Ainsi le dispositif à balais 50 comprend quatre ensembles porte-balais 60 portant chacun une paire de balais 13. Deux des ensembles 60 sont montés sur le support 51 à l'aide d'inserts isolants 55, les balais 13 de ces ensembles étant alors reliés à une alimentation électrique. Les deux autres ensembles 60 sont fixés directement sur la plaque conductrice 52, les balais de ces ensembles 60 étant alors, dans cet exemple, mis à la masse. Dans l'exemple décrit, chaque ensemble porte-balais 60 est réalisé d'un seul tenant, notamment par découpe et pliage d'une tôle en acier. Ainsi les cages 61 et 62 sont solidaires l'une de l'autre, ce qui permet de faciliter le montage de l'ensemble 60 soit sur l'insert isolant 55 soit sur la plaque 52. Comme on peut le voir notamment sur les figures 5 et 6, les deux cages 61 et 62 sont reliées entre elles par une charnière frontale 65. Avant mise en place sur le support 51, les cages 61 et 62 sont légèrement repoussées l'une de l'autre par action de la charnière 62. La charnière 62 est agencée pour s'engager sur un bord radialement intérieur 58 du support 51. Chaque cage 61 ; 62 comprend une paroi sensiblement cylindrique 67 d'axe radial Y perpendiculaire à l'axe X et présentant une section sensiblement rectangulaire. La section de la paroi 67 est choisie pour épouser sensiblement la forme du balai 13 correspondant. Dans l'exemple décrit, la paroi 67 est fendue sur un côté et présente un renflement 69 sur un côté opposé pour le passage d'un ressort. Les cages 61 et 62 sont ouvertes aux deux extrémités radiales. Chaque ensemble porte-balais 60 comprend sur un côté opposé à la charnière 10 65 deux pattes de sertissage 70, chacune se raccordant à une cage 61 ; 62 (voir notamment figure 5). Afin de fixer l'ensemble porte-balais 60 sur l'insert 55, avant que cet insert 55 ne soit monté sur la plaque 52, cet ensemble 60 est placé sur cet insert 55 puis les cages 61 et 62 sont rapprochées l'une de l'autre grâce au pivotement permis par la 15 charnière 65. Une fois les cages 61 et 62 plaquées sur l'insert 55, les pattes 70 sont rabattues sur un bord extérieur 59 de l'insert 55 (voir figures 3 et 4 notamment). L'ensemble porte-balais 60 est ainsi fixé sur l'insert 55. Cet assemblage obtenu est ensuite posé et fixé sur la plaque 52, dans un 20 renfoncement 54, par rivetage. Le renfoncement 54 de la plaque 52 est pourvu d'un évidement 72 pour laisser passer la cage 62 (voir notamment figure 2). Un autre des ensembles porte-balais 60 est fixé directement sur la plaque 52 de manière sensiblement similaire au cas d'une fixation sur l'insert 55. 25 A cet effet, la plaque 52 comprend une fente 73 pour le passage des pattes de sertissage 70 (voir figures 2 et 3 notamment). Comme on peut le constater, les ensembles porte-balais 60 peuvent être fixés aisément sur le support 51. Dans l'exemple de mise en oeuvre qui vient d'être décrit, les cages 61 et 62 30 définissent des compartiments séparés pour les balais. En variante, comme illustré sur la figure 7, le dispositif à balais 50 peut comporter un ensemble porte-balais 80 qui présente initialement un logement commun 81 pour les deux balais 13 à mettre en place. Après montage de l'ensemble 80 sur un support 85, les balais 13 sont séparés l'un de l'autre par ce support 85. Celui-ci comprend une couche conductrice 87 intercalée entre deux couches isolantes extérieures 86. L'ensemble porte-balais 80 comporte, sur un côté, deux oreilles 88 à riveter sur le support 85. L'ensemble 80 comporte également des fentes 89, sur chaque côté, permettant d'insérer par coulissement, dans le plan du support 85, cet ensemble 80 sur ce support 85. L'ensemble 80 comporte en outre, à l'arrière, des éléments d'encliquetage 90 tels que deux pattes élastiquement déformables, aptes à s'appliquer sur un bord arrière 91 du support 85 pour empêcher le retrait de cet ensemble 80. Dans l'exemple décrit, l'ensemble 80 est réalisé d'un seul tenant. On a représenté sur la figure 8 un ensemble porte-balais 95 se différenciant de l'ensemble 80 précédemment décrit par le fait qu'il comprend deux ergots 96 agencés pour s'appliquer de part et d'autre du support 85 afin de favoriser la stabilité du montage dans le plan du support 85. Dans les exemples décrits ci-dessus, l'ensemble porte-balais comporte deux pattes d'encliquetage 90. En variante, l'ensemble porte-balais peut comporter une seule patte d'encliquetage 90, comme illustré sur la figure 9. Dans les exemples de mise en oeuvre précédents, les cages 61 et 62 de l'ensemble porte-balais sont disposées de part et d'autre du support 51 ou 85. On a représenté sur les figures 10 et 11 un dispositif à balais 100 comportant un support 101 sur lequel sont disposés quatre porte-balais 102. Chaque porte-balais 102 comporte deux cages 104 et 105 pour des balais 13. Ces cages 104 et 105 sont disposées d'un même côté du support 101. Ces ensembles 102 sont dépourvus de charnière frontale. Chaque ensemble porte-balais 102 comporte une paroi 107 présentant un profil sensiblement en S lorsqu'elle est observée suivant une direction radiale, de manière à définir les deux cages 104 et 105. Ainsi une seule cloison 108 sépare les deux balais 13 (voir figure 11). Chaque cage 104 ; 105 est fermée à l'arrière par un obturateur 110 fixé sur la cage 104 ; 105 correspondante par coopération d'éléments de fixation 111 et 112. Ces éléments comporte par exemple une patte 111 apte à s'engager dans une orifice 113 de la cage 104 ; 105. Un ressort 115 est placé dans le fond de chaque cage 104 ; 105, contre l'obturateur 110. Ce ressort 115 sert à exercer sur le balai 13 associé, une force tendant à l'appliquer contre le collecteur 12 du démarreur. L'ensemble porte-balais 102 est fixé sur le support par exemple par rabattement de pattes ou languettes de cet ensemble sur le support. Dans les exemples ci-dessus, les balais 13 sont séparés l'un de l'autre. On ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque les balais 13 sont en contact l'un de l'autre. Par exemple, comme illustré sur les figures 12 à 15, le support 85 peut 20 comporter un évidement 120 et recevoir un ensemble porte- balais 130 pourvu de cages 131 et 132 disposées de part et d'autre du support 85. Les cages 131 et 132 communiquent entre elles à travers l'évidement 120 de sorte que les balais 13 placés dans ces cages soient jointifs. L'ensemble 130 comporte deux oreilles 134 permettant de riveter cet ensemble 25 130 sur le support 85. L'ensemble 130 comprend en outre deux pattes latérales de sertissage 135 agencées pour être serties sur le support 85, sur ses deux faces opposées. La figure 15 montre les pattes 135 en position rabattue. L'ensemble 130 est réalisé d'un seul tenant. On a représenté sur les figures 16 à 19 une variante de l'exemple de mise en oeuvre précédent. L'ensemble porte-balais 140 comporte, outre les oreilles de rivetage 134, une butée formée sur une languette frontale repliée 141 de l'ensemble 140. Deux volets de maintien 142 sont prévus sur l'ensemble 140 pour s'appliquer sur deux côtés opposés du support 85. L'ensemble porte-balais 140 comprend en outre des pattes d'encliquetage 145, à l'arrière, pour s'engager sur des appuis 146 du support 85 pour immobiliser, en liaison avec l'effet de butée à l'avant, l'ensemble 140 sur le support 85.10 Revendications1. Dispositif à balais (50) pour une machine électrique tournante, notamment un démarreur (1) de véhicule automobile, ce dispositif comportant : au moins deux balais (13) agencés pour venir frotter sur un collecteur de la machine électrique tournante lors du fonctionnement de celle-ci, - un ensemble porte-balais (60) comprenant au moins deux cages (60, 61) solidaires l'une de l'autre et agencées chacune pour recevoir l'un desdits balais, - un support (51) sur lequel l'ensemble porte-balais est monté. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que les deux balais (13) de l'ensemble porte-balais sont disposés de manière sensiblement alignée sur une droite parallèle à un axe de rotation (X) du collecteur (12). 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'ensemble porte-balais (60) est réalisé à partir d'une pièce unique. 4. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'ensemble porte-balais est réalisé par moulage ou par découpe et pliage d'une tôle. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'ensemble porte-balais est réalisé à partir de deux pièces assemblées, par exemple par soudage ou collage, chaque pièce formant notamment l'une des cages de l'ensemble porte-balais. 30 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'ensemble porte-balais (60) est agencé pour être monté sur le support par encliquetage ou par sertissage. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'ensemble porte-balais (60) est agencé de manière à ce que, après le montage sur le support, les deux cages sont disposées sensiblement de part et d'autre du support. 8. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que les deux cages de l'ensemble porte-balais sont reliées entre elles par une charnière (65). 9. Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé par le fait que les deux cages de l'ensemble porte-balais (80) forment un logement commun (81) pour recevoir les deux balais et par le fait que, après le montage de l'ensemble porte-balais sur le support, les deux balais de cet ensemble porte-balais sont séparés l'un de l'autre par le support. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'ensemble porte-balais (102) est agencé de manière à ce que, après le montage sur le support, les deux cages sont disposées d'un même côté du support. 11. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'ensemble porte-balais comporte une cloison de séparation (108) des balais disposés dans les cages respectives, cette cloison étant notamment commune aux deux cages. 12. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'une des cages de l'ensemble porte-balais comporte une paroi latérale se raccordant à un premier bord sensiblement radial de la cloison (108) et l'autre des cages de l'ensemble comporte une paroi latérale se raccordant à un deuxième bord sensiblement radial de la cloison, les premier et deuxième bords radiaux de la cloison étant sensiblement parallèles. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque cage reçoit un ressort (115) sur lequel s'applique le balai placé dans cette cage. 14. Machine électrique tournante, notamment démarreur ou alternateur de véhicule automobile, comportant un dispositif à balais selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15. Dispositif à balais pour une machine électrique tournante, notamment un démarreur de véhicule automobile, ce dispositif comportant au moins deux balais agencés en parallèle pour venir frotter sur un collecteur de la machine électrique tournante lors du fonctionnement de celle-ci. 20 16. Procédé pour fabriquer un dispositif à balais (60) tel défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 13, le procédé comportant les étapes suivantes : - monter l'ensemble porte-balais sur le support, puis 25 - placer les balais dans les cages respectives.15