Brevet FR2972863A1 — publié le 20120921

Porte-balais de moteur électrique et moteur électrique comportant un tel porte- balais La présente invention concerne un porte-balais de moteur électrique et un moteur électrique comportant un tel porte-balais. Un tel moteur électrique peut, par exemple, appartenir à un équipement de véhicule automobile. Plus particulièrement le porte-balais comporte : - un support composé d'une matière électriquement isolante ; - des balais électriquement conducteur possédant chacun une première extrémité destinée à venir en contact avec un collecteur et une seconde extrémité connectée à des bornes d'alimentation ; - des éléments conducteurs connectant les balais aux bornes d'alimentation ; - des bobines d'induction connectant chacune deux éléments conducteurs distincts. En cas de dysfonctionnement, par exemple, en cas d'un blocage mécanique du moteur électrique, une élévation rapide de température peut se produire au sein du moteur pouvant aboutir à la destruction de l'installation électrique ou dans certains cas à un départ d'incendie pouvant alors gravement endommager l'installation électrique mais également les éléments se trouvant dans son environnement. Afin de palier à ce problème, il est connu de disposer un élément sensible à la température au niveau du moteur du véhicule, de préférence au plus près d'une zone chaude, par exemple le rotor du moteur. FR 2 785 086 décrit une installation électrique dans laquelle le câble d'alimentation électrique d'un des balais d'alimentation possède localement une section de portion réduite. Ainsi, lorsqu'un dysfonctionnement se produit au cours de l'utilisation du moteur, provoquant par exemple une augmentation de l'intensité du courant, ce câble joue le rôle de coupe-circuit, l'échauffement provoqué localement entraînant une rupture localisée du câble d'alimentation. Toutefois ce type d'installation électrique ne donne pas toujours une entière satisfaction, l'installation électrique pouvant subir des dégradations avant que la fonction coupe-circuit ne soit activée. L'invention a pour but de palier à l'inconvénient mentionné ci-dessus, en fournissant un porte-balais fiable et économique. A cet effet, l'invention a pour objet un porte-balais de moteur électrique comprenant : - un support composé d'une matière électriquement isolante ; 2 - des balais électriquement conducteur possédant chacun une première extrémité destinée à venir en contact avec un collecteur et une seconde extrémité connectée à des bornes d'alimentation ; - des éléments conducteurs connectant les balais aux bornes d'alimentation ; - des bobines d'induction connectant chacune deux éléments conducteurs distincts ; caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'interruption de passage du courant, au travers au moins l'une desdites bobines d'induction, sensibles à la température. Le porte-balais selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la bobine d'induction peut comporter deux fils enroulés autour de portions distinctes d'un noyau métallique et reliés l'un à l'autre par un élément thermiquement fusible formant les moyens d'interruption de passage du courant ; - chaque fil peut comporter une première partie formant un tube composée par la partie de fil enroulée autour du noyau métallique et une seconde partie formant un doigt s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport au centre du tube, les doigts de chaque fil étant reliés l'un à l'autre par l'élément thermiquement fusible de manière à former un V ; - le noyau métallique peut posséder sensiblement la forme d'un tube cylindrique, chaque extrémité dudit tube comportant un méplat destiné à favoriser la séparation des fils dès que l'élément thermiquement fusible fond. - la bobine d'induction peut comporter un fil possédant une première partie enroulée autour d'un noyau métallique et un bras s'étendant à une extrémité de la première partie, ledit bras étant relié à un élément conducteur à l'aide d'un élément thermiquement fusible formant les moyens d'interruption de passage du courant ; - le porte-balais peut comporter en outre des moyens d'écartement permettant lorsque l'élément thermiquement fusible fond d'éloigner ledit bras de l'élément conducteur ; - les moyens d'écartement peuvent comprendre un ressort possédant une extrémité libre disposé sous ledit bras, de manière à écarter le bras dès que l'élément thermiquement fusible fond ; - l'élément thermiquement fusible peut être un alliage à base d'étain possédant de préférence un point de fusion autour de 200°C. L'invention concerne également un moteur électrique comportant un porte-balais selon l'invention. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : la Figure 1 est une vue en perspective d'un porte-balais monté sur un arbre de moteur électrique ; la Figure 2 est une vue en perspective de dessous du porte-balais selon la Figure 1 ; la Figure 3 est une vue en perspective de dessus du porte-balais selon la Figure 1 ; la Figure 4 est une vue en perspective d'une partie d'un porte-balais selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la Figure 5 est une vue en éclaté d'une bobine induction appartenant au porte-balais représenté à la Figure 4 ; et la Figure 6 est une vue de face d'une partie d'un porte-balais selon un second mode de réalisation de l'invention. La Figure 1 représente un porte-balais, désigné par la référence générale 2, destiné à équiper un moteur électrique pour un équipement de véhicule automobile, ce moteur pouvant par exemple appartenir à un actionneur pour boite de vitesses ou à un ventilateur. 20 Le moteur électrique comportant un tel porte-balais est par exemple un moteur à courant continu. Le porte-balais 2, représenté plus en détail à la Figure 2, comporte un support 4 de forme sensiblement annulaire. Le support 4 est réalisé en matière électriquement isolante. Dans un mode de réalisation préféré, il est obtenu par moulage d'une matière 25 plastique. Ce support 4 possède une ouverture centrale 6 à travers laquelle s'étend un collecteur 8 porté par un arbre 10 appartenant à l'élément rotor du moteur. L'arbre 10 possède un axe sensiblement orthogonal au porte-balais 2 et traverse le porte-balais 2 en son centre. 30 Le porte-balais 2 présente une face externe et une face interne sur laquelle sont disposés des balais 12. Quatre balais d'alimentation 12 sont disposés radialement sur le support 4. Ces balais 12 sont répartis régulièrement en cercle. Ces balais 12 possèdent une forme parallélépipédique et sont classiquement réalisés en graphite. 10 15 Comme montré à la Figure 1, leur extrémité interne est en contact avec le collecteur 8 et leur extrémité radialement externe est en contact avec des moyens de raccordement électriques 14. Les balais d'alimentation 12 sont maintenus sur la face interne du support 4 par des moyens de retenue et de guidage 16 fixés sur le support 4. Ces moyens de retenue et de guidage 16 ont une forme de tube ouvert aux extrémités et sont orientés radialement autour de l'ouverture centrale 6. Ces moyens de retenue et de guidage 16 sont adaptés pour permettre une liaison glissière orientée radialement. De plus, des ressorts de rappel 18 exercent sur les balais 12 une force radiale orientée de façon à assurer un contact permanent des balais 12 sur le collecteur 8. Dans l'exemple représenté, le porte balais 2 est adapté pour un moteur électrique à quatre pôles, et ainsi comporte deux paires de balais, dont l'une est positive et l'autre est négative, se faisant face par paires. Le porte-balais comporte, en outre, des moyens d'alimentation électriques 20 comprenant notamment une borne d'alimentation 22 disposée sur le support 4 du porte-balais 2. Ces moyens d'alimentations électriques 20 sont reliés aux moyens de raccordement électriques 14 venant en contact avec les extrémités radiales externes des balais d'alimentation 12, de manière à raccorder les balais d'alimentation 12 aux bornes positives et négatives d'une source externe de tension d'alimentation. En outre, le porte-balais 2 comporte des éléments conducteurs 28a, 28b, 28c, 28d s'étendant sur le support 4 et destinés à assurer la continuité électrique entre la borne d'alimentation 22 et les moyens de raccordement électriques 14, de manière à alimenter électriquement les balais d'alimentation 12. Ces éléments conducteurs 28a, 28b, 28c, 28d prennent la forme de bandes métalliques s'étendant sur la surface externe du support 4. Le porte-balais 2 comporte également deux bobines d'induction 24 et 26, reliant chacune deux éléments conducteurs distincts. Ainsi, la bobine 24 relie les éléments conducteurs 28a et 28d, et la bobine 26 relie les éléments conducteurs 28b et 28c. Ces bobines 24, 26 ont pour rôle d'atténuer les perturbations du courant. Selon un premier mode de réalisation représenté aux Figures 4 et 5, l'une des bobines d'induction comporte deux fils 30, 32 enroulés sur un noyau métallique 34. Chaque fil 30, 32 forme ainsi une hélice, chaque hélice étant disposée sur une partie distincte du corps du noyau métallique 34. Chaque fil possède alors sensiblement la forme d'un tube. Le noyau métallique 34 est pratiquement entièrement recouvert par les fils 30, 32 exceptés à ses extrémités 34a, 34b. Chaque fil 30, 32 possède une première extrémité, respectivement 30a, 32a, reliée à l'un des éléments conducteurs et une seconde extrémité, respectivement 30b, 32b prenant la forme d'un doigt s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport au centre du tube formé par chaque fil. Les secondes extrémités 30b, 32b sont soudées entre elles à l'aide d'un composé thermiquement fusible 36. Les secondes extrémités 30b, 32b forment, une fois soudée, un V, le composé thermiquement fusible 36 étant disposé au niveau où les branches du V se rejoignent. Le noyau métallique 34 possède sensiblement une forme cylindrique et comprend à chacune de ses extrémités 34a, 34b un méplat 38. Classiquement, les fils 30, 32 sont formés à l'aide d'un composé thermiquement conducteur. Un tel composé peut par exemple être du cuivre ou un alliage à base de cuivre, par exemple un alliage comprenant majoritairement du cuivre et de l'argent et/ou du zirconium, un tel alliage permet aux fils 30, 32 de garder leur élasticité au cours de l'utilisation du porte-balais. Le noyau métallique 34 est composé de ferrite. Le composé thermiquement fusible 36 peut être formé par un alliage à base d'étain, possédant de préférence un point de fusion autour de 200°C, valeur de l'eutectique de ce matériau. Ainsi, si au cours de l'utilisation du moteur électrique comportant le porte-balais selon l'invention, il y a une augmentation subite du courant aspiré, par exemple, en cas de blocage du rotor du moteur, ou une tension excessive ou une charge excessive, la température augmente rapidement dans le moteur et lorsqu'elle atteint et/ou dépasse une valeur cible, correspondant à la température de fusion du composé thermiquement fusible 36 choisi, le composé thermiquement fusible fond, interrompant toute circulation de courant entre les fils 30, 32 et donc le fonctionnement du moteur. La forme en V réalisée par les extrémités 30b, 32b soudées favorise l'arrêt rapide de la circulation de courant dès que le composé thermiquement fusible 36 commence à fondre. En effet, le point de contact entre les extrémités 30b, 32b est alors rapidement interrompu. De même, la formation des méplats 38 aux extrémités 34a, 34b du noyau métallique 34 favorise la séparation des extrémités 30b, 32b. Ces différents aménagements, méplats 38 et forme en V réalisées par les extrémités 30b, 32b soudées, ont pour but d'assurer une interruption effective du courant pour une température cible. Selon un second mode de réalisation représenté à la Figure 6, l'une des bobines d'induction comporte un fil 40 possédant une première partie 40a enroulée sur un noyau métallique 42 et deux bras 40b, 40c s'étendant à chaque extrémité de cette première partie 40a. L'un des bras 40b de ce fil est soudé à l'aide d'un composé thermiquement fusible 44, tandis que l'autre bras 40c est soudé à l'aide d'une soudure sensiblement permanente 46. Tout comme dans le mode de réalisation précédent, le composé thermiquement fusible 44 peut être formé par un alliage à base d'étain, possédant de préférence un point de fusion autour de 200°C, valeur de l'eutectique de ce matériau. La soudure sensiblement permanente 46 peut être réalisée en soudant électriquement l'extrémité du bras 40c sur l'élément conducteur se trouvant à proximité. Afin d'assurer l'éloignement du bras 40b de l'élément conducteur auquel il est fixé lorsque la température augmente et que le composé thermiquement fusible 44 commence à fondre, un ressort 52, monté en torsion, est agencé sur le support 4. Ce ressort 52 possède une première extrémité 52a fixée sur le support 4 et une seconde extrémité libre 52b disposée à proximité de la soudure assurée par le composé thermiquement fusible 44. En conditions normales d'utilisation, l'extrémité 52b est en appui sous le bras 40b du fil 40 de manière à être retenue par le bras 40b. Ainsi, dès que le composé thermiquement fusible 44 commence à fondre et donc dès que la soudure devient fragile, l'extrémité 52b soulève le bras 40b et aide ainsi ce dernier à s'éloigner de l'élément conducteur de manière à interrompre la circulation de courant. Le porte-balais selon l'invention permet de protéger rapidement le moteur en cas d'avarie et évite alors tout risque d'incendie, assurant alors la sécurité des personnes et évitant une destruction massive du moteur et de tout matériel disposé à proximité de ce moteur. REVENDICATIONS1.- Porte-balais (2) de moteur électrique comprenant : - un support (4) composé d'une matière électriquement isolante ; - des balais (12) électriquement conducteur possédant chacun une première extrémité destinée à venir en contact avec un collecteur (8) et une seconde extrémité connectée à des bornes d'alimentation (20) ; - des éléments conducteurs (28a, 28b, 28c, 28d) connectant les balais (12) aux bornes d'alimentation (20) ; - des bobines d'induction (24, 26) connectant chacune deux éléments conducteurs (28a, 28b, 28c, 28d) distincts ; caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'interruption de passage du courant, au travers au moins l'une desdites bobines d'induction (24, 26), sensibles à la température. 2.- Porte-balais selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine d'induction comporte deux fils (30, 32) enroulés autour de portions distinctes d'un noyau métallique (34) et reliés l'un à l'autre par un élément thermiquement fusible (36) formant les moyens d'interruption de passage du courant. 3.- Porte-balais selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque fil (30, 32) comporte une première partie formant un tube composée par la partie de fil enroulée autour du noyau métallique (34) et une seconde partie formant un doigt (30b, 32b) s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport au centre du tube, les doigts (30b, 32b) de chaque fil étant reliés l'un à l'autre par l'élément thermiquement fusible (36) de manière à former un V. 4.- Porte-balais selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le noyau métallique (34) possède sensiblement la forme d'un tube cylindrique, chaque extrémité dudit tube comportant un méplat (38) destiné à favoriser la séparation des fils (30, 32) dès que l'élément thermiquement fusible (36) fond. 5.- Porte-balais selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine d'induction comporte un fil (40) possédant une première partie (40a) enroulée autour d'un noyau métallique (42) et un bras (40b) s'étendant à une extrémité de la première partie (40a), ledit bras étant relié à un élément conducteur à l'aide d'un élément thermiquement fusible (44) formant les moyens d'interruption de passage du courant. 6.- Porte-balais selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'écartement (52) permettant lorsque l'élément thermiquement fusible fond d'éloigner ledit bras (40b) de l'élément conducteur. 7.- Porte-balais selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens d'écartement comprennent un ressort (52) possédant une extrémité libre (52b) disposé sous ledit bras (40b), de manière à écarter le bras (40b) dès que l'élément thermiquement fusible fond. 8.- Porte-balais selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'élément thermiquement fusible (36, 44) est un alliage à base d'étain possédant de préférence un point de fusion autour de 200'C. 9.- Moteur électrique, caractérisé en ce qu'il comporte un porte-balais selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.