Brevet FR3032842A1 — publié le 20160819

RESSORT A SPIRALES D'UN PORTE-BALAIS L'invention porte sur un ressort à spirales amélioré d'un porte-balais de démarreur de véhicule automobile, ainsi que sur le porte-balais et le démarreur correspondants. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les démarreurs de véhicule automobile, en particulier ceux installés dans les véhicules équipés de la fonction d'arrêt et de re-démarrage automatique du moteur thermique (fonction dite "stop and start" en anglais). De façon connue en soi, un porte-balais est monté autour de l'arbre du rotor d'un démarreur de manière à faire coopérer les balais avec un collecteur électrique solidaire de l'arbre du rotor. Le porte-balais comporte une platine de support portant un ensemble de cages servant chacune de logement à un balai. Les balais réalisés en matériau électriquement conducteur permettent l'alimentation électrique du rotor par commutation du courant électrique dans les conducteurs du rotor. A cet effet, chaque balai comporte une face destinée à venir frotter contre les lames conductrices du collecteur reliées au bobinage du rotor. Un moyen élastique, tel qu'un ressort, exerce sur chaque balai reçu dans une cage un effort en direction du collecteur pour assurer le contact entre le balai et les lames du collecteur. Les balais présentent des polarités alternées. Ainsi, les balais de polarité positive sont reliés électriquement, via leur tresse respective, à un connecteur inter-balais auquel est également connecté électriquement le fil d'alimentation issu du contacteur du démarreur. Par ailleurs, les balais destinés au retour de courant sont reliés électriquement à la masse de la machine au moyen de leur tresse respective. Dans certaines configurations de porte-balais, il est connu d'utiliser un ressort de type à spirales comprenant une partie enroulée montée sur une patte ainsi qu'un bras s'étendant à partir d'une extrémité de la partie enroulée et destiné à venir en appui sur une face d'extrémité du balai opposée à la face en contact avec les lames du collecteur. 3032842 2 Lors de la rotation du collecteur, le balai plaqué contre le collecteur rebondit de quelque centième de millimètres sur le collecteur en raison de l'alternance de lames et de creux du collecteur qui viennent alternativement en contact avec la face du balai. Il a été remarqué qu'avec des ressorts à spirales, il y a 5 une variation importante de la force appliquée sur le balai dans la plage de fonctionnement principale du démarreur. Comme cela est illustré sur la figure 1, cela entraîne des variations importantes du signal de tension du démarreur dans la plage de fonctionnement P du démarreur comprise ici entre 4 et 8V, ce qui cause une 10 perte de la qualité de la commutation ainsi qu'une usure prématurée du balai par électro-érosion. L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un ressort à spirales d'un porte-balais de démarreur pour véhicule automobile comprenant: 15 - une partie enroulée ayant une pluralité de spires, - un bras destiné à venir en appui contre une face d'un balai du porte-balais, caractérisé en ce que ledit ressort à spirales comporte en outre un moyen de réduction de frottement entre au moins deux spires adjacentes de ladite partie enroulée. 20 Par moyen de réduction de frottement, on entend une couche ou un fluide qui est adapté à réduire les frottements entre deux matériaux métalliques de même nature. L'invention permet ainsi de limiter les frottements entre les spires, en particulier dans la phase de compression du ressort se produisant lors du 25 rebond. Cela a pour effet de réduire la différence de force appliquée par le balai sur le collecteur lors de la phase de compression par rapport à la phase de décompression du ressort. Du fait de la réduction des arcs électriques générés lors de la rotation du collecteur, l'invention permet ainsi d'améliorer la commutation électrique et de réduire la vitesse d'usure des balais. 30 Selon une réalisation, ledit moyen de réduction de frottement est situé uniquement dans ladite partie enroulée dudit ressort à spirales. 3032842 3 Selon une réalisation, ledit moyen de réduction de frottement est positionné entre chaque spire adjacente de ladite partie enroulée. Selon une réalisation, ledit moyen de réduction de frottement est une couche de revêtement à coefficient de frottement réduit. 5 Selon une réalisation, ledit moyen de réduction de frottement est une couche de téflon. Selon une réalisation, ledit moyen de réduction de frottement est un fluide de lubrification. Selon une réalisation, ledit moyen de réduction de frottement est de l'huile, 10 ou une émulsion d'huile et d'eau, ou de la graisse. Selon une réalisation, ledit moyen de réduction de frottement est un papier imbibé par un produit réduisant les frottements. Ledit papier est positionné entre les spires adjacentes de ladite partie enroulée dudit ressort à spirales. Selon une réalisation, ledit moyen de réduction de frottement est une portion 15 surmoulée sur lesdites spires de ladite partie enroulée dudit ressort à spirales. L'invention concerne en outre un porte-balais de démarreur de véhicule automobile comportant au moins un ressort à spirales tel que précédemment défini. De plus, ledit porte-balais comporte en outre des cages de guidage 20 destinées à recevoir des balais, une plaque de support sur laquelle sont montées les cages, des pattes autour de chacune desquelles est monté un ressort à spirales tel que précédemment défini destiné à exercer un effort sur le balai correspondant contre un collecteur. L'invention a également pour objet un démarreur de véhicule automobile 25 comportant un porte-balais tel que précédemment défini. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. 3032842 4 La figure 1, déjà décrite, est un graphique illustrant, en fonction du temps, l'évolution de la tension du démarreur au cours d'un cycle de fonctionnement lorsqu'un ressort à spirales selon l'état de la technique est utilisé; La figure 2 est une vue en perspective d'un porte-balais de moteur électrique 5 de démarreur selon la présente invention; La figure 3 est une vue en perspective de la platine du porte-balais de la figure 2; La figure 4 est une vue en perspective du ressort à spirales selon la présente invention monté sur le porte-balais de la figure 2; 10 La figure 5 est un graphique illustrant, en fonction du temps, l'évolution de la tension du démarreur au cours d'un cycle de fonctionnement lorsqu'un ressort à spirales selon la présente invention est utilisé; Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. 15 La figure 2 montre un porte-balais 10 selon l'invention destiné à être utilisé avec un démarreur de véhicule automobile. Ce porte-balais 10 comporte une platine de support 12 de forme sensiblement annulaire autour d'un axe X sur laquelle est fixé un ensemble de cages à balai 13 servant chacune de logement à un balai 15. L'axe X de la platine de support 12 correspond à 20 l'axe du porte-balais 10. La platine de support 12 bien visible sur la figure 3 est une pièce monobloc comportant une plaque métallique 121 et des couches surmoulées 122 de part et d'autre de la plaque métallique 121. Les couches 122 sont réalisées dans une matière plastique assurant une bonne isolation électrique. Les 25 couches surmoulées 122 recouvrent toutes les zones à risque de la platine 12, c'est-à-dire toutes les zones où pourrait apparaître un court-circuit. Les couches surmoulées 122 sont sensibles à la chaleur et déformables à partir d'une température prédéterminée afin de pouvoir provoquer un court-circuit en cas de surchauffe. Typiquement, la matière plastique utilisée pour les 30 couches surmoulées 122 est une matière thermoplastique telle qu'un polyamide PA4.6 ou PA6.6 ou un polypropylène PPS chargé en fibres. 3032842 5 La platine de support 12 et les cages 13 qu'elle porte viennent se fixer sur un capot (non représenté) formant un palier arrière pour l'arbre de rotor de la machine électrique. En outre, la partie centrale de la platine 12 comporte une ouverture 16. L'ensemble formé par la platine 12, les cages à balai 13 et les 5 balais 15 est monté autour de l'arbre du rotor du démarreur via l'ouverture. Chaque balai 15 est monté à coulissement à l'intérieur d'une cage 13 laquelle est ouverte de manière à déboucher sur l'ouverture 16 pour permettre la mise en contact électrique des balais 15 avec des lames portées par un collecteur d'un rotor de machine électrique. 10 Les balais 15 présentent des polarités alternées. Ainsi, les balais 15 de polarité positive sont reliés électriquement, via leur tresse 19 respective, à un connecteur inter-balais 20 auquel est également connecté électriquement le fil d'alimentation issu du contacteur du démarreur. En l'occurrence, le connecteur inter-balais 20 est relié au fil d'alimentation via un pion 21 15 traversant un passe-fil 22 coopérant avec la carcasse du démarreur pour assurer l'étanchéité du porte-balais 10. Les balais positifs 15 et leurs cages 13 correspondantes sont isolés électriquement de la polarité négative pour un bon fonctionnement du démarreur. Cette isolation est obtenue par les couches surmoulées 122. Les 20 tresses souples 19 sont avantageusement en cuivre ou en alliage de cuivre pour faciliter le soudage sur la plaque 121. Les tresses 19 pourront également jouer un rôle de fusible en cas de surintensité due à un dysfonctionnement du démarreur. Par ailleurs, les balais 15 de polarité négative destinés au retour de courant sont reliés électriquement à la masse 25 de la machine au moyen de leur tresse 19 respective soudée sur la plaque 121 de la platine 12. Plus précisément, chaque cage 13 présente un logement pour le balai 15 délimité par deux parois latérales 26, 27 parallèles en vis-à-vis reliées entre elles par une paroi 28 de liaison supérieure. Chaque cage 13 pourra par 30 exemple être obtenue par pliage d'une plaquette de tôle mince de manière à former sensiblement un oméga dont les branches d'extrémité sont fixées sur la platine 12 via un dispositif de fixation. A cet effet, le dispositif de fixation pourra comporter des pattes insérées dans des ouvertures 18 de la platine 3032842 6 12 (cf. figure 3) et rabattues l'une vers l'autre contre la platine 12. Alternativement, le système de fixation comporte des rivets traversant la platine 12 et les branches de la cage à balai 13. Par ailleurs, un ressort à spirales 36 associé à chaque cage 13 sollicite 5 radialement le balai 15 correspondant vers des lames de contact du collecteur. A cet effet, comme cela est bien visible sur la figure 4, chaque ressort 36 comporte une partie enroulée 37 formée par une pluralité de spires 371 qui est montée autour d'une patte 38, ainsi qu'un bras 39 s'étendant depuis une extrémité de la partie enroulée 37. Le bras 39 10 présente une zone d'appui 40 contre une portion 41 de la face du balai 15 opposée à la face en contact avec les lames du collecteur. La zone d'appui 40 du bras 39 présente en l'occurrence une forme incurvée. Le ressort 36 comporte en outre un moyen de réduction de frottement 42 entre au moins deux spires adjacentes 371 de la partie enroulée 37. Par 15 moyen de réduction de frottement 42, on entend une couche ou un fluide qui est adapté pour réduire les frottements entre deux matériaux métalliques de même nature. De préférence, ledit moyen de réduction de frottement 42 est positionné entre toutes les spires 371 adjacentes de ladite partie enroulée. L'invention permet ainsi de limiter les frottements entre les spires 371, en 20 particulier dans la phase de compression du ressort 36 se produisant lors du rebond. Cela a pour effet de réduire la différence de force appliquée par le balai sur le collecteur lors de la phase de compression par rapport à la phase de décompression du ressort. Comme cela est illustré sur la figure 5, l'invention permet ainsi de réduire les 25 variations du signal de tension du démarreur dans la plage de fonctionnement P, et en particulier entre 4V et 8V, par rapport à l'utilisation de ressorts à spirales dépourvu de moyen de réduction de frottement (cf. figure 1). On améliore ainsi la commutation électrique tout en réduisant la vitesse d'usure des balais. 30 On peut ainsi conclure que l'ajout du moyen de réduction de frottement 42 entre les spires 371 adjacentes de ladite partie enroulée 37 permet de réduire les rebonds des balais 15 et donc de diminuer les variations de 3032842 7 tension. En outre, le fait de diminuer les variations de tension sur une plage de fonctionnement P permet également de réduire les variations de tension sur une plage de fonctionnement supérieure à ladite plage P et en particulier de réduire les variations de tension autour de 10V pour des démarreurs. 5 Dans un exemple de réalisation, le moyen de réduction de frottement 42 est une couche de revêtement à coefficient de frottement réduit, telle qu'une couche de téflon. Alternativement, le moyen de réduction de frottement 42 est un fluide de lubrification, tel que de l'huile ou une émulsion d'huile et d'eau, ou de la 10 graisse. Dans un autre mode de réalisation, le moyen de réduction de frottement 42 est un papier imbibé par un produit réduisant les frottements. Le papier rapporté est positionné entre les spires adjacentes 371 de la partie enroulée 37. 15 II sera également possible d'utiliser une portion de matériau à coefficient de frottement réduit surmoulée sur les spires 371 de la partie enroulée 37. Le moyen de réduction de frottement 42 pourra être situé uniquement dans la partie enroulée 37. Alternativement, le moyen de réduction de frottement 42 pourra recouvrir ou être appliqué, dans le cas d'un fluide, sur toute la 20 surface du ressort 36, c'est-à-dire sur la surface de la partie enroulée 37 et du bras 39. Par ailleurs, la patte 38, qui s'étend axialement par rapport à l'axe X, est en l'occurrence obtenue par pliage d'une des branches d'extrémité de la cage 13. Par ailleurs, les parois latérales 26, 27 comportent chacune une 25 ouverture 43 pour le passage du bras 39 du ressort 36 et/ou de la tresse 19 du balai 15. Afin d'augmenter la rigidité des cages 13, ces dernières pourront être munies d'ailettes 45 s'étendant de part et d'autre de la face ouverte située du côté du collecteur. L'homme du métier pourra bien entendu modifier la configuration du porte- 30 balais 10 précédemment décrit sans sortir du cadre de l'invention définie ci- après par les revendications. 3032842 8 Ainsi, en variante notamment, le porte-balais 10 comporte plus de quatre balais 15, chaque balai 15 pouvant par exemple être associé à un autre balai positionné du côté opposé de la platine 12. Le porte-balais 10 est ici un porte-balais de moteur électrique d'un démarreur 5 de véhicule automobile. En variante, le porte-balais 10 pourrait également appartenir à un alternateur ou à un alterno-démarreur. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. REVENDICATIONS1. Ressort à spirales (36) d'un porte-balais (10) de démarreur pour véhicule automobile comprenant: - une partie enroulée (37) ayant une pluralité de spires (371), - un bras (39) destiné à venir en appui contre une face d'un balai du porte-balais (10), caractérisé en ce que ledit ressort à spirales (36) comporte en outre un moyen de réduction de frottement (42) entre au moins deux spires (371) adjacentes de ladite partie enroulée (37). 10 2. Ressort selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de réduction de frottement (42) est situé uniquement dans ladite partie enroulée (37) dudit ressort à spirales (36). 3. Ressort selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit moyen de réduction de frottement (42) est positionné entre chaque spire 15 (371) adjacente de ladite partie enroulée (37). 4. Ressort selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit moyen de réduction de frottement (42) est une couche de revêtement à coefficient de frottement réduit. 5. Ressort selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit moyen 20 de réduction de frottement (42) est une couche de téflon. 6. Ressort selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit moyen de réduction de frottement (42) est un fluide de lubrification. 7. Ressort selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moyen 25 de réduction de frottement (42) est de l'huile, ou une émulsion d'huile et d'eau, ou de la graisse. 8. Ressort selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit moyen de réduction de frottement (42) est un papier imbibé par un produit réduisant les frottements. 3032842 10 9. Ressort selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit moyen de réduction de frottement (42) est une portion surmoulée sur lesdites spires (371) de ladite partie enroulée (37) dudit ressort à spirales (36). 10. Porte-balais (10) de démarreur de véhicule automobile comportant au moins un ressort à spirales (36) tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11. Démarreur de véhicule automobile comportant un porte-balais (10) tel que défini selon la revendication précédente.10