Brevet FR3010256A1 — publié le 20150306

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une installation de balai de machine électrique, comportant un balai à coulissant longitu- dinalement dans un élément de guidage en direction de l'élément de contact, ce balai étant appliqué contre l'élément de contact par une sur- face de contact. Le balai a un axe longitudinal qui fait un premier angle d'inclinaison par rapport à l'axe de rotation de l'élément de contact. La face frontale du balai à l'opposé de la surface de contact est sollicité par la force d'un élément de ressort appliqué sur une région d'appui et qui exerce sur le balai dans la direction de l'élément de contact, une pre- mière composante de force et une seconde composante de force. La seconde composante de force pousse le balai au moins par région contre la paroi de l'élément de guidage de balai. L'invention se rapporte également à une machine élec- trique équipée d'une telle installation de balai. Etat de la technique On connaît une telle installation de balai de machine électrique selon le document JP 2002369458 A. Dans cette installation de balai, connue, on réduit les vibrations en ce que le balai à surface de section rectangulaire et un élément de guidage de balai sont installés suivant un premier angle inclinaison par rapport à l'axe longitudinal ou axe de rotation du collecteur. La face frontale du balai côté collecteur est appliquée contre le collecteur sur toute sa section qui constitue une surface de contact. En outre, la face frontale opposée à la surface de contact du balai comporte une rainure recevant une branche d'un res- sort installé en position inclinée. Le ressort génère non seulement une première composante de force dirigée dans la direction du collecteur mais également une seconde composante de force qui pousse le balai en direction de la paroi de l'élément de guidage de balai. Si des vibrations sont générées au niveau de la surface de contact sur le côté opposé à celui de la paroi de l'élément de guidage de balai, même si les forces de frottement sont faibles , le balai sera soumis à un couple de basculement relativement important qui génère du bruit et ne permet pas de réduire des vibrations car du fait des habituelles tolérances de fabrica- tions entre la section du balai et l'élément de guidage de balai (carquois) le balai est guidé avec du jeu dans l'élément de guidage ; ainsi le couple de basculement produit le battement du balai dans l'élément de guidage. De plus, selon le document DE 10 2012 107 327 Al on connaît une autre installation de balai. Dans celle-ci le balai à une sec- tion de forme rectangulaire en étant logé dans l'élément de guidage avec du jeu pour garantir notamment le coulissement longitudinal du balai dans son élément de guidage. Le guidage avec du jeu fait que cette installation de balai a tendance à vibrer. C'est pourquoi, dans l'installation de balai connue, il est prévu que l'élément de guidage de balai et ainsi le balai soient inclinés selon un premier angle aigu compris entre 75° et 80° par rapport à la direction longitudinale ou axe longitudinal de rotation du collecteur qui constitue l'élément de contact. La face frontale du balai à l'opposé de l'élément de contact (lamelle du collecteur) est sollici- tée par la force d'un ressort ; la direction de la force du ressort est per- pendiculaire à l'axe longitudinal de l'élément de contact ou axe de rotation du collecteur. La force de l'élément de ressort génère non seulement la poussée du balai contre l'élément de contact par la face frontale du ba- lai à l'opposé de l'élément de contact mais également une composante qui pousse le balai en direction d'une surface latérale de l'élément de guidage de balai. L'inconvénient de cette installation de balai est que, pour une certaine force d'application souhaitée pour le balai contre le collecteur, la force de poussée agissant sur le balai dans la direction de l'élément du guidage de balai est relativement faible du fait de l'angle choisi pour l'élément de guidage de balai par rapport à l'axe de rotation de l'élément de contact. De plus, la direction de la force du ressort qui est au moins pour l'essentiel perpendiculaire à l'axe de rotation de l'élément de contact (collecteur) génère une force d'application tangen- tielle sur le balai qui n'est pas régulière sur toute la longueur du balai dans l'élément de guidage et notamment elle diminue en direction du côté du balai à l'opposé de l'élément de contact. L'aptitude à amortir les vibrations de cette installation de balai, connue est de ce fait limitée car notamment on ne réalise pas une force d'application ayant une ampli- tude minimale ou régulière sur toute la longueur du balai. But de l'invention Partant de cet état de la technique, la présente invention a pour but de développer une installation de balai de machine électrique du type défini ci-dessus qui permet un meilleur amortissement des vibrations dans l'élément de guidage de balai. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet une installation de ba- lai de machine électrique du type défini ci-dessus caractérisée en ce que la face frontale du balai tournée vers l'élément de contact est appliquée contre l'élément de contact uniquement par une région partielle formant la surface de contact. Ainsi dans l'installation de balai selon l'invention, les vibrations ne peuvent se développer que dans la surface de contact réduite par rapport à celle de l'état de la technique (par comparaison à toute la face frontale du balai qui est alors appliquée comme surface de contact contre un élément de contact ; cela permet de réduire l'effet des vibrations car aucune région du balai formant une surface de contact peut servir à guider le balai dans l'élément de guidage de balai ce qui réduit l'angle de basculement possible pour les tolérances de fabrication habituelles. Un développement géométrique préférentiel de la surface de contact, réduite, qui se réalise d'une manière particulièrement simple sur le plan de la technique de fabrication, prévoit que la face frontale du balai associée à la surface de contact du balai comporte une première surface inclinée si bien que la face frontale du balai est appli- quée contre l'élément de contact uniquement dans la région au-delà de la première surface inclinée et qui constitue la surface de contact. Selon un développement particulièrement préférentiel, la surface de contact est sur le côté de l'élément de guidage de balai tour- né vers la paroi contre laquelle le balai est sollicité par la force dévelop- pée par l'élément de ressort. Il est prévu d'une manière préférentielle que la surface de contact arrive au maximum jusqu'à l'axe longitudinal du balai. Pour générer et influencer la force appliquée par l'élément de ressort sur le balai dans la direction de l'élément de guidage du ba- lai, la face arrière du balai à l'opposé de la surface présente une seconde surface inclinée au moins dans la région d'application de l'élément de ressort, cette seconde surface étant inclinée par rapport à l'axe longitudinal du balai suivant un second angle d'inclinaison. Cette réalisation du balai est particulièrement simple du point de vue de la technique de fabrication ce qui permet d'influencer l'amplitude de la composante de la force de l'élément de ressort par le choix du second angle. Pour réaliser la force d'application souhaitée du balai contre son élément de guidage et la force de contact nécessaire contre l'élément de contact, il est avantageux que la première surface inclinée fasse un angle compris entre 60° et 80° et de préférence entre 70° et 75°. Une telle disposition réalise une installation de balai de construction compacte qui permet de générer une force d'application relative- ment importante du balai dans l'élément de guidage. Suivant une autre caractéristique préférentielle, le second angle d'inclinaison suivant lequel la surface d'appui pour l'élément de ressort est inclinée par rapport à l'axe longitudinal du balai est compris entre 30° et 60° et de préférence il est égal à environ 45°, la force de ressort développée par l'élément de ressort étant au moins sensiblement perpendiculaire à sa région d'appui. Suivant une autre caractéristique avantageuse, les deux surfaces inclinées se trouvent sur le même côté du balai par rapport à son axe longitudinal. Ainsi, d'une part la force d'application nécessaire du balai dans l'élément de guidage et d'autre part la force par laquelle le balai s'appuie dans la région de la surface de contact contre l'élément de contact se trouvent sur le même côté de l'élément de guidage de balai c'est-à-dire du côté par lequel le balai est appliqué contre l'élément de guidage par la force d'appui. Selon un développement géométrique préférentiel, le balai et l'élément de guidage ont chacun une section au moins sensiblement carrée. Selon un premier développement, la disposition géomé- trique de l'élément de guidage de balai par rapport à l'élément de con- tact, les parois latérales ou parois de limitation de l'élément de guidage de balai sont au moins pour l'essentiel à l'équerre, c'est-à-dire perpendiculaires à l'axe de rotation de l'élément de contact. Une telle disposition fait que la force d'application du balai contre son élément de guidage n'agit que dans la région d'une unique surface latérale de l'élément de guidage de balai. Suivant une variante, les parois latérales de l'élément de guidage de balai sont pivotées d' un angle au moins de l'ordre de 45° par rapport à l'axe de rotation de l'élément de contact. Une telle disposition pivotée de l'élément de guidage et du balai permet notamment à la force d'application du balai dans l'élément de guidage, de pousser le ba- lai dans une région de dièdre de l'élément de guidage de balai. Une telle disposition qui permet en quelque sorte l'auto-centrage du balai dans la section de l'élément de guidage de balai est particulièrement avantageuse dans le cas de machines réversibles car cela diminue, voire évite, la tendance à vibrer au moment de l'inversion du sens de rotation. De façon préférentielle, une telle installation de balai est appliquée à un moteur électrique dans lequel l'élément de contact est constitué par les lamelles du moteur électrique à balai. D'une façon particulièrement préférentielle, l'installation de balai selon l'invention est appliquée à des moteurs réversibles dans les applications de confort de véhicules automobiles. Dans de tels moteurs (actionneurs), il est particulièrement important d'éviter les bruits, grâce au développement selon l'invention de l'installation de balai, d'une manière simple et efficace. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation d'une installation de balai de machine électrique, représentée dans les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments portent les mêmes références dans les dif- férentes figures. Ainsi : - la figure 1 est une vue de côté partiellement coupée, simplifiée d'une première installation selon l'invention dont les parois latérales de l'élément de guidage de balai sont parallèle ou perpendiculaires à l'axe de rotation de rotation de l'élément de contact ou collecteur, - la figure 2 est une section dans la direction II-II de la figure 1 et - la figure 3 est une section dans la direction de la figure 1 avec une disposition modifiée par rapport à la figure 1 dans laquelle l'élément de guidage de balai est pivoté de 45°. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre de manière simplifiée une partie de machine électrique 10 qui dans le présent exemple de réalisation est un moteur à courant continu à balai, appliqué de préférence mais de manière non limitative à des moyens d'entraînement de confort (action- neurs) dans le domaine automobile. Un moyen d'entraînement de confort dans le cadre de la présente invention est notamment un moteur électrique réversible, c'est-à-dire dont le sens de rotation peut s'inverser, comme moteur de lève-vitre, de toit ouvrant, d'actionneur de réglage de siège ou applications analogues. Sur un arbre non représenté d'axe longitudinal 11 la ma- chine électrique 10 comporte un collecteur 14 dans le cas d'un moteur à courant continu à balai. Le collecteur 14 tourne dans la direction de la double flèche 15 autour de l'axe longitudinal 11 et sa périphérie est garnie de manière connue, de lamelles allongées, séparées électrique- ment les unes des autres et qui seront appelées ci-après simplement « lamelles »16. Les lamelles 16 sont installées parallèlement à l'axe longitudinal 11 ou axe de rotation du collecteur 14 sur un diamètre primitif ; dans le cas d'un générateur il s'agirait de la bague de frottement ; dans les deux cas, il s'agit d'un élément de contact monté à rotation au- tour de l'axe longitudinal 11 et qui tourne ainsi. L'installation de balais selon l'invention représentée à la figure 1 porte la référence 100. L'installation de balais 100 comporte le nombre requis de balais 20 et de contacts de frottement. Les figures se limitent à la repré- sentation d'un unique balai 20. Le balai 20 est en graphite ou autres matériaux appropriés. Le balai 20 est logé en coulissement longitudinal sur une partie de sa longueur, de façon connue, dans un élément de guidage de balai (carquois) 21 réalisé sous la forme d'une pièce en matière plastique injectée. A l'exception de ces deux régions d'extrémité, frontales 22, 23 de l'exemple de réalisation présenté, le balai 20 a une section sensiblement carrée. De même l'élément de guidage de balai 21 a une section intérieure adaptée à la section du balai 20 c'est-à-dire qui est également carrée. La section du balai 20 est inférieure à la section de l'élément de guidage de balai 21 avec toutefois un jeu relativement faible garantissant le coulissement longitudinal du balai 20 dans son élément de guidage 21. Dans sa section carrée 20 passant par le centre de gravi- té de la section le balai 20 a un axe longitudinal 25. L'axe longitudinal 25 du balai 20 coupe l'axe longitudinal 11 du collecteur 14. De plus l'axe longitudinal 25 du balai 20 est incliné par rapport à l'axe longitu- dinal 11 du collecteur 14 d'un premier angle aigu a. Ce premier angle aigu ou angle d'inclinaison a est compris entre 60° et 80° ; il est de préférence compris entre 70° et 75°. Les deux faces frontales ou régions d'extrémité frontale 22, 23 du balai 20 ont chacune du même côté par rapport à l'axe longi- tudinal 25 (dans le cas de l'exemple représenté il s'agit du côté de la pa- roi supérieure 26 de l'élément de guidage de balai 21) une surface inclinée 28, 29 qui occupe toute la largeur du balai 20 (c'est-à-dire dans la direction perpendiculaire au plan du dessin de la figure 1). La pre- mière surface inclinée 28 associée à la première région d'extrémité côté frontal 22 est installée ou disposée pour que la surface de contact 30 du balai 20 appliquée contre les lamelles 16 arrivent contre le collecteur 14 sensiblement au maximum jusqu'à la moitié de la hauteur du balai 20, c'est-à-dire jusqu'à la hauteur de l'axe longitudinal 25. La seconde sur- face inclinée 29 du balai 20, associée à cette région d'extrémité côté ar- rière 23 sert de région d'appui 31 à un élément de ressort 32 qui s'appuie par une branche 33 contre la surface d'appui 31 et exerce une force de ressort F sur le balai 20. La seconde surface 29 est inclinée par rapport à l'axe longitudinal 25 du balai 20 d'un angle p compris entre 40° et 70° et qui est de préférence égal à environ 45°. La disposition ou la réalisation de la branche 33 de l'élément de ressort est telle que la force de ressort F s'exerce suivant un angle d'inclinaison y qui est de préférence égal à 90° sans toutefois que cette valeur ne soit limitative, par rapport à la surface d'appui 31. Il est important que la seconde surface inclinée 29 soit inclinée c'est-à-dire qu'elle fasse un angle d'inclinaison F par rapport à l'axe longitudinal 11 et ne soit pas parallèle à cet axe longitudinal 11. La force F développée par l'élément de ressort 32 génère sur le balai 20, une première composante (ou composante transversale) F2 perpendicu- laire à l'axe longitudinal 25 du balai 20 et poussant le balai 20 sur toute sa longueur dans l'élément de guidage 21 avec une force au moins sensiblement régulière, contre la paroi inférieure 34 de l'élément de gui- dage 21. La force F développe aussi une composante Fi (ou composant axiale) qui pousse le balai 20 dans la région de la surface d'appui 30 (notamment en direction de l'axe longitudinal 25) contre l'élément de contact ou les lamelles 16. L'amplitude de la première et de la seconde composante Fi et F2 se règle ou s'influence en modifiant l'angle pi de la seconde surface inclinée 29, la disposition de l'élément de ressort 32 ou la branche 33 ainsi qu'en modifiant le premier angle d'inclinaison a et l'angle d'inclinaison y. Comme cela apparait notamment à la figure 2, dans l'installation de balai 100 de la figure 1, l'élément de guidage de balai 21 est disposé pour que les deux parois 26, 34 (ou leurs lignes de section) pour la section représenté à la figure 2, soient perpendiculaires à l'axe longitudinal 11 c'est-à-dire perpendiculaire aux lamelles 16. En outre, les deux parois latérales 35, 36 de l'élément de guidage 21 sont parallèles à l'axe longitudinal 11. La figure 3 montre une variante d'installation de balai 100 dans laquelle l'élément de guidage de balai 21a est tourné d'un angle 8 de 45° selon l'axe longitudinal 11 du collecteur 14 par rapport à l'orientation de l'élément de guidage de balai 21. Cela signifie que les quatre parois latérales 38 de l'élément de guidage de balai 21a font chacune un angle de 45° par rapport à l'axe longitudinal 11. On remarque en outre que la force F du ressort s'exerçant sur le balai à l'intérieur de la section de l'élément de guidage de balai 21a correspond à une force qui pousse le balai 20 en direction du premier dièdre inférieur 39 de l'élément de guidage de balai 21a. Enfin, on remarque que dans la section de l'élément de guidage de balai 21a, il y a des nervures longitudinales 41 selon la direction longitudinale de l'élément de guidage de balai a qui servent d'appui linéaire pour la balai 20 dans son élément de guidage 21a. L'installation de balai 100 décrite ci-dessus permet un grand nombre de variantes et de modifications sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que l'on peut par exemple envisager un balai 20 ayant une section non carrée mais rectangulaire. 15 20 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Machine électrique 11 Axe longitudinal de l'arbre et du collecteur 14 Collecteur 15 Double flèche figurant le sens de rotation du collecteur 16 Lamelle du collecteur 20 Balai 21, 21a Elément de guidage de balai 22 Région d'extrémité frontale du balai 23 Région d'extrémité arrière du balai 25 Axe longitudinal du balai 26, 34 Paroi latérale de l'élément de guidage 28 Première surface inclinée 29 Seconde surface inclinée 30 Surface de contact du balai 31 Région d'appui de l'élément de ressort 32 Elément de ressort 33 Branche de l'élément de ressort 34 Paroi inférieure de l'élément de guidage 39 Dièdre inférieur de l'élément de guidage 41 Nervure longitudinale de l'élément de guidage 100 Installation de balai(s) R Angle d'inclinaison de l'axe de balai par rapport à l'axe du collecteur Ô Angle d'inclinaison par des parois latérales 38 de l'élément de guidage de balai y Angle d'inclinaison de la force F par rapport à la seconde surface inclinée F Force développée par le ressort F2 Composante transversale/2ème composante Fi Composante axiale/ 1 ère composante REVENDICATIONS1°) Installation de balai (100) de machine électrique (10) comportant un balai (20) coulissant longitudinalement dans un élément de guidage de balai (21, 21a) en direction de l'élément de contact (16), ce balai étant appliqué contre l'élément de contact (16) par une surface de contact (30), - le balai (20) a un axe longitudinal (25) qui fait un premier angle d'inclinaison (a) par rapport à l'axe de rotation (11) de l'élément de contact (16), - la face arrière (23) du balai, à l'opposé de la surface de contact (30) est sollicitée par la force (F) d'un élément de ressort (32) appliqué sur une région d'appui (31) et qui exerce sur le balai (20) dans la direction de l'élément de contact (16), une première composante de force (Fi) et une seconde composante de force (F2), - la seconde composante de force (F2) poussant le balai (20) au moins par région, contre la paroi (34, 38) de l'élément de guidage de balai (21 ; 21a), installation caractérisée en ce que la face frontale (22) du balai (20) tournée vers l'élément de contact (16) est appliquée contre l'élément de contact (16) uniquement par une ré- gion partielle formant la surface de contact (30). 2°) Installation de balai selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face frontale (22) du balai (20) tournée vers la surface de contact (30) comporte une première surface inclinée (28) pour que la face frontale (22) du balai (20) s'applique contre l'élément de contact (16) uniquement dans la région extérieure à la première surface inclinée (28) et qui constitue la surface de contact (30). 3°) Installation de balai selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de contact (30) se trouve sur le côté de l'élément de guidage de balai (21 ; 21a) tourné vers la paroi (34, 38), contre laquelle le balai (20) est appliqué par la force développée par l'élément de ressort (32).4°) Installation de balai selon la revendication 2, caractérisée en ce que la surface de contact (30) arrive au maximum jusqu'à l'axe longitudinal médian (25) du balai (20). 5°) Installation de balais selon la revendication 1, caractérisée en ce que la face frontale arrière (23) du balai (20) à l'opposé de la surface de con- tact (30) présente, au moins dans la région d'appui (31) de l'élément de ressort (32), une seconde surface inclinée (28) qui fait un second angle ([3) par rapport à l'axe longitudinal (25) du balai (20) et qui est notamment incliné par rapport à l'axe de rotation (11). 6°) Installation de balais selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier angle d'inclinaison (a) est compris entre 60° et 80° et de préférence entre 70° et 75°. 7°) Installation de balais selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le second angle d'inclinaison ([3) est compris entre 40° et 70° et il est de préférence égal à environ 45° et la force de ressort (F) agissant sur le balai (20) est dirigé au moins sen- siblement perpendiculairement à la région d'appui (31). 8°) Installation de balais selon la revendication 5, caractérisée en ce que les deux surfaces inclinées (28, 29) se trouvent sur le même côté (no- tamment par rapport à l'axe de rotation (11) du balai (20) par rapport à son axe longitudinal (25). 9°) Installation de balais selon la revendication 1, caractérisée en ce quele balai (20) et l'élément de guidage de balai (21; 21a) ont chacun une section au moins sensiblement carrée. 10°) Installation de balai selon la revendication 9, caractérisée en ce que les parois des limitations (28, 38-36) de l'élément de guidage de balai (21) sont au moins pour l'essentiel à l'équerre ou parallèles à l'axe de rotation (11) de l'élément de contact (16). 11°) Installation de balai selon la revendication 9, caractérisée en ce que les parois (38) de l'élément de guidage de balai (21a) font un angle (Ô) d'environ 45° par rapport à l'axe de rotation (11) - et notamment par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de rotation (11) - de l'élément de contact (16). 12°) Installation de balai selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de contact (16) est sous la forme d'une lamelle d'un moteur électrique à balais. 13°) Installation de balai selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément de ressort (32) comporte une branche (33) qui peut tourner autour d'un axe de torsion de l'élément de ressort (32) et s'applique contre la région d'appui (31) du balai (20) et l'axe de torsion est orienté transversalement notamment à l'équerre, par rapport à l'axe de rotation (11) de l'élément de contact (16). 14°) Machine électrique (10) notamment moteur réversible pour l'équipement de confort d'un véhicule automobile comportant une installation de balai(s) (100) selon l'une des revendications 1 à 13, comportant un balai (20) coulissant longitudinalement dans un élément de guidage (21, 21a) en direction de l'élément de contact (16), ce balai étant appliqué contre l'élément de contact (16) par une surface de con-tact (30) et son axe longitudinal (25) fait un premier angle inclinaison (a) par rapport à l'axe de rotation (11) de l'élément de contact (16), la face arrière (23) du balai à l'opposé de la surface de contact (30) étant sollicitée par la force (F) d'un élément de ressort (32) appliqué sur une région d'appui (31) et qui exerce sur le balai (20) dans la direction de l'élément de contact (16), une première composante de force (Fi) et une seconde composante de force (F2), la seconde composante de force (F2) poussant le balai (20) au moins par région contre la paroi (34, 38) de l'élément de guidage de balai (21 ; 21a), et la face frontale (22) du balai (20) tournée vers l'élément de contact (16) est appliquée contre l'élément de contact (16) uniquement par une région partielle formant la surface de contact (30).15