Brevet FR3032840A1 — publié le 20160819

PORTE-BALAIS La présente invention concerne un porte-balais amélioré de moteur électrique de démarreur de véhicule automobile, ainsi que le moteur électrique 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 des balais réalisés en matériau électriquement conducteur avec un collecteur électrique solidaire de l'arbre du rotor. Cela permet d'alimenter électriquement le rotor par commutation du courant électrique dans les conducteurs du rotor. A cet effet, le porte-balais comporte une plaque de support portant un ensemble de cages servant chacune de logement à un balai. 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 destiné à venir en appui sur une face d'extrémité du balai opposée à la face en contact avec les lames du collecteur. 3032840 2 Ce type de ressort à spirales permet d'augmenter la taille du balai pour un diamètre de porte-balais donné puisque celui-ci est situé entre deux balais et non entre le balai et la culasse du moteur comme c'est le cas des porte-balais utilisant un ressort hélicoïdal. De plus, le fait d'augmenter la longueur 5 du balai permet que ce dernier ait une plus grande durée de vie. Comme cela est décrit dans le document FR2996369, les cages sont réalisées à partir d'une plaquette de tôle mince de manière à former sensiblement un oméga dont les branches d'extrémité sont fixées sur la platine via un dispositif de fixation. Le problème d'une telle configuration est 10 que la poussière générée par les balais est susceptible de générer des court-circuits dans le démarreur. L'invention vise notamment à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un porte-balais pour un moteur électrique notamment de démarreur de véhicule automobile comportant des cages de guidage 15 destinées à recevoir des balais, une plaque de support sur laquelle sont positionnées lesdites cages de guidage. Selon l'invention, lesdites cages de guidage sont réalisées dans un matériau isolant et ledit porte-balais comporte des pattes fixées sur la plaque de support autour de chacune desquelles un ressort à spirales est destiné à être monté pour exercer une 20 force sur un balai de manière à plaquer ledit balai contre un collecteur. Du fait de la réalisation des cages dans un matériau isolant qui pourra par exemple venir de matière avec la plaque de support, l'invention permet ainsi de résoudre les problèmes précités de court-circuits engendrés par la poudre de balais. 25 Selon une réalisation, chaque patte est située entre deux cages de guidage adjacentes. Le fait que la patte soit située entre deux cages de guidage permet d'augmenter la taille du balai pour un diamètre de culasse donné. Selon une réalisation, lesdites pattes sont réalisées dans un matériau métallique. Une telle caractéristique permet d'assurer un maintien efficace de 30 la partie enroulée du ressort, dans la mesure où la patte métallique peut résister sans difficultés aux efforts de réaction appliqués par le ressort associé contrairement à une patte en plastique. 3032840 3 Selon une réalisation, lesdites pattes sont issues d'une rondelle métallique. Une telle configuration permet de rigidifier l'ensemble obtenu. Selon une réalisation, la plaque de support est surmoulée autour des pattes, ladite plaque de support étant de préférence réalisée en plastique. Cela 5 permet de solidariser les pattes à la plaque de support. Selon une réalisation, ladite plaque de support est surmoulée autour desdites pattes et de ladite rondelle métallique, ladite plaque de support étant de préférence réalisée dans un matériau plastique. Selon une réalisation, ladite rondelle métallique comprend un nombre de 10 parties correspondant au nombre de cages de guidage, séparées les unes des autres de manière à isoler lesdits balais les uns des autres. On évite ainsi les risques de court-circuit dans le démarreur. Selon une réalisation, lesdites pattes sont fixées sur ladite plaque de support. Selon une réalisation, lesdites pattes sont munies d'une base s'étendant le 15 long de la plaque de support et permettant de fixer la patte à ladite plaque de support. Selon une réalisation, lesdites pattes sont munies d'une ouverture permettant de maintenir lesdites pattes lors du surmoulage. Cela permet de garantir un positionnement précis des pattes lors de l'opération de surmoulage au 20 moyen d'un outillage d'indexage comportant des doigts aptes à coopérer avec ces ouvertures. Selon une réalisation, ledit porte-balais comporte des portions incurvées chacune faisant saillie de la plaque de support parallèlement aux pattes et étant destinées au guidage de parties enroulées desdits ressorts à spirales. 25 Selon une réalisation, ladite plaque de support comporte des éléments de guidage d'un interconnecteur pour connecter des balais de même polarité du côté d'une face opposée à celle portant lesdites cages de guidage. Selon une réalisation, lesdites cages de guidage viennent de matière avec ladite plaque de support. 3032840 4 L'invention a également pour objet un moteur électrique comportant un porte-balais tel que précédemment défini. L'invention concerne en outre le démarreur de véhicule automobile comportant un moteur électrique tel que précédemment défini. 5 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. Les figures 1 et 2 sont respectivement des vues en perspective et de dessus illustrant un premier mode de réalisation d'un porte-balais de moteur 10 électrique selon la présente invention; La figure 3 est une vue en perspective du porte-balais des figures 1 et 2 sans les balais ni les ressort à spirales; La figure 4 est une vue en perspective de la rondelle métallique utilisée dans le porte-balais des figures précédentes autour de laquelle est destinée à être 15 surmoulée la plaque de support; La figure 5 est une vue en perspective illustrant un deuxième mode de réalisation d'un porte-balais selon la présente invention; La figure 6 est une vue en perspective d'un insert utilisé dans le porte-balais de la figure 5 pour former les pattes portant les ressorts à spirales; 20 La figure 7 est une vue en perspective du porte-balais de la figure 5 sans les balais ni les ressorts à spirales; La figure 8 est une vue montrant la face inférieure du porte-balais de la figure 7; La figure 9 est une vue en coupe transversale du porte-balais de la figure 5 25 au niveau d'un insert. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. 3032840 5 Les figures 1, 2, et 5 montrent un porte-balais 10 selon l'invention destiné à être utilisé avec un moteur électrique de démarreur de véhicule automobile. Ce porte-balais 10 d'axe X comporte une plaque de support 12 de forme sensiblement annulaire autour de l'axe X et un ensemble de cages de 5 guidage 13 servant chacune de logement à un balai 15. La plaque 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 plaque 12 comporte une ouverture 16. L'ensemble formé par la plaque de support 12, les cages à 10 balai 13 et les balais 15 est monté autour de l'arbre du rotor du démarreur. 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. 15 Les balais 15 présentent des polarités alternées. Ainsi, les balais 15 de polarité positive sont reliés électriquement, via leur tresse 19 respective, à un fil d'alimentation issu du contacteur du démarreur. Afin de relier électriquement les tresses 19 de deux balais positifs 15 diamétralement opposés, on utilise de préférence un connecteur inter-balais (non 20 représenté). En outre, un passe-fil 22 bien visible sur la figure 5 est destiné à coopérer avec la carcasse du démarreur pour assurer l'étanchéité du porte-balais 10. Par ailleurs, les balais 15 de polarité négative destinés au retour de courant sont reliés électriquement à la masse de la machine au moyen de leur tresse 19 respective. 25 Les tresses souples 19 sont avantageusement en cuivre ou en alliage de cuivre. Les tresses 19 pourront jouer un rôle de fusible en cas de surintensité due à un dysfonctionnement du démarreur. Par ailleurs, un ressort à spirales 24 associé à chaque cage de guidage 13 sollicite radialement le balai 15 correspondant vers des lames de contact du 30 collecteur. A cet effet, chaque ressort 24 comporte une partie enroulée 26 formée par une pluralité de spires qui est montée autour d'une patte 29, ainsi 3032840 6 qu'un bras 32 s'étendant depuis une extrémité de la partie enroulée 26. Le bras 32 présente une zone d'appui contre une portion de la face du balai 15 opposée à la face en contact avec les lames du collecteur. Chaque patte 29 est située entre deux cages de guidage 13 adjacentes. La patte 29 présente 5 une direction d'allongement longitudinale L1 qui s'étend axialement par rapport à l'axe X. Par ailleurs, chaque cage 13 présente un logement pour le balai 15 délimité par deux parois latérales 36, 37 en vis-à-vis reliées entre elles par une paroi 38 de liaison supérieure. Les parois latérales 36, 37 comportent chacune une 10 ouverture 43 qui permettra, en fonction du positionnement du ressort 24, le passage du bras 32 du ressort 24 et/ou de la tresse 19 du balai 15 correspondant. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 4, les pattes 29 sont issues d'une rondelle métallique 45 d'axe Y qui se confond avec l'axe X lorsque la 15 rondelle 45 est intégrée au porte-balais 10. Plus précisément, la rondelle métallique 45 montrée en détails sur la figure 4 présente une forme globalement annulaire s'étendant dans un plan d'orientation radiale par rapport à l'axe Y. Les diamètres interne et externe de la rondelle 45 correspondent respectivement aux diamètres interne et 20 externe de la plaque de support 12. Les pattes 29 sont obtenues en découpant dans la rondelle 45 des parties, en l'occurrence de forme rectangulaire, qui sont rabattues ensuite de manière à s'étendre sensiblement perpendiculairement au plan de la rondelle métallique 45. La plaque de support 12 réalisée dans un matériau plastique est surmoulée 25 autour de la rondelle métallique 45 et des pattes 29. Ainsi, la rondelle 45 et l'embase des pattes 29 correspondant à la jonction entre les pattes 29 et la rondelle 45 sont recouvertes par une couche de matériau formant la plaque de support 12. La rondelle métallique 45 permet ainsi de rigidifier l'ensemble. En outre, les cages 13, et plus spécifiquement les parois latérales 36, 37, 30 viennent de matière avec la plaque de support 12. Les cages 13 pourront être réalisées par moulage en même temps que la plaque de support 12 formant ainsi une seule pièce. L'ensemble obtenu formé par la plaque de 3032840 7 support 12, la rondelle métallique 45, et les cages 13 est ainsi un ensemble monobloc. La plaque de support 12 et les cages 13 sont réalisées dans une matière plastique assurant une bonne isolation électrique. En variante, la plaque de support 12 et les cages pourraient toutefois être réalisées dans 5 tout autre matériau isolant moulable. De préférence, le porte-balais 10 comporte en outre des portions incurvées 48 destinées au guidage des parties enroulées 26 des ressorts à spirales 24. Ces portions incurvées 48 sont des portions annulaires s'étendant axialement par rapport à l'axe X ayant un diamètre interne correspondant au 10 diamètre externe de la partie enroulée 26 des ressorts 24. Ces portions incurvées 48 sont également réalisées d'un seul tenant avec la plaque de support 12 et pourront également être obtenues lors du moulage de l'ensemble. En outre, afin d'augmenter la rigidité des cages 13, les bords avant de ces 15 dernières situés du côté du collecteur pourront être reliés entre eux par une portion cylindrique 49 d'orientation axiale venant de matière avec les cages 13 et la plaque de support 12. La rondelle métallique 45 est découpée en un nombre de parties correspondant au nombre de cages de guidage 13 de manière à isoler les 20 balais 15 les uns des autres. On évite ainsi les risques de court-circuit. Ainsi, par le retrait de bandes de matière 451 s'étendant entre deux cages 13 adjacentes bien visibles sur les figures 2 et 4, la rondelle 45 est découpée en quatre parties associées chacune à une cage de guidage 13 correspondante. L'opération de découpage est effectuée après l'opération de surmoulage au 25 cours de laquelle la manipulation d'une rondelle 45 entière est aisée. Les tresses 19 des balais 15 de polarité négative pourront passer par l'espace laissé libre par le retrait des bandes de matière 451 afin d'être reliées à la masse du démarreur. Ces bandes de matière 451 sont de largeur réduite par rapport à la largeur moyenne de la rondelle 45 afin de faciliter leur découpe. 30 Dans le mode de réalisation des figures 5 à 9, on utilise des pattes 29 rapportées constituées par des inserts métalliques. Comme cela est bien visible sur la figure 6, chaque patte 29 comporte une base 291 et une partie allongée 292 issue de la base 291 autour de laquelle est destiné à être 3032840 8 monté un ressort 24. La direction d'allongement longitudinale L1 de la partie 292 s'étend sensiblement perpendiculairement à la base 291. Comme cela est représenté, la partie allongée 292 pourra être élargie dans sa partie inférieure au niveau de la jonction avec la base 291. 5 La plaque de support 12 réalisée dans un matériau plastique est surmoulée autour de la base 291 des pattes 29. Ainsi, les bases 291 sont recouvertes par une couche de matériau formant la plaque de support 12, en sorte que les pattes 29 sont solidarisées à la plaque de support 12 (cf. figure 9). De préférence, afin de garantir un positionnement précis des pattes 29 lors 10 de l'opération de surmoulage, les pattes 29 sont munies chacune d'une ouverture traversante 293 ménagées dans leur base 291. Ces ouvertures 293 sont destinées à coopérer chacune avec un doigt d'un outillage d'indexation correspondant. Le positionnement des pattes 29 est effectué de telle façon que, dans le produit final, chaque patte 29 se situe à proximité 15 d'une cage de guidage 13 correspondante et que la direction d'allongement L1 s'étend parallèlement à l'axe X du porte-balais 10. En outre, les cages 13, et plus spécifiquement les parois latérales 36, 37, peuvent être reproduites de façon identique au mode de réalisation précédemment décrit. L'ensemble obtenu formé notamment par la plaque de 20 support 12, les cages 13, et les pattes 29 est ainsi un ensemble monobloc, comme cela est bien visible sur la figure 7. De préférence, le porte-balais 10 comporte également des portions incurvées 48 qui peuvent être reproduites de façon identique au mode de réalisation précédemment décrit. 25 En outre, comme on peut le voir sur les figures 5, 7, et 8, les bords avant des cages 13 peuvent être reliés entre eux de façon identique au mode de réalisation précédemment décrit, c'est-à-dire par la portion cylindrique 49, afin de rigidifier l'ensemble moulé obtenu. Comme cela est illustré sur la figure 8, la plaque de support 12 pourra 30 également comporter des éléments de guidage 52 d'un interconnecteur du côté de la face opposée à celle portant les cages de guidage 13. Certains de 3032840 9 ces éléments de guidage 52 sont constitués en l'occurrence par des crochets en forme de L de manière à délimiter avec la face de la plaque de support 12 un espace destiné à recevoir une branche de l'interconnecteur. Les éléments de guidage 52 peuvent de préférence permettre de maintenir 5 l'interconnecteur. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 4, la plaque de support 12 pourra également comporter ces éléments de guidage 52 situés du côté de la face opposée aux cages 13. En variante, la plaque de support 12 n'est pas surmoulée autour des pattes rapportées 29. Dans ce cas, après la réalisation du moulage de l'ensemble 10 comportant la plaque de support 12, les cages 13, et les portions de guidage 48, on fixe les pattes 29 rapportées sur la plaque de support 12. A cet effet, les pattes 29 pourront par exemple être fixées par rivetage, encliquetage, ou vissage sur la plaque de support 12. Il est à noter que, dans tous les cas, le fait d'utiliser des pattes 29 en métal 15 permet d'assurer un maintien efficace de la partie enroulée 26 du ressort 24, dans la mesure où les pattes métalliques 29 peuvent résister aux efforts appliqués par le ressort 24 monté autour de chaque patte 29. Quelle que soit la configuration réalisée, le risque de court-circuit lié à la poussière générée par les balais 15 est limité en raison de l'utilisation du 20 matériau isolant pour la réalisation des cages 13 et de la plaque de support 12. En variante, le porte-balais 10 comprend plus de quatre balais 15, chaque balai 15 pouvant par exemple être associé à un autre balai 15 positionné du côté opposé de la plaque 12. 25 Le porte-balais 10 est ici un porte-balais de moteur électrique d'un démarreur 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 30 en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. REVENDICATIONS1. Porte-balais (10) pour un moteur électrique notamment de démarreur de véhicule automobile comportant: - des cages de guidage (13) destinées à recevoir des balais (15), - une plaque de support (12) sur laquelle sont positionnées lesdites cages de guidage (13), caractérisé en ce que lesdites cages de guidage (13) sont réalisées 10 dans un matériau isolant, et en ce que ledit porte-balais (10) comporte des pattes (29) fixées sur la plaque de support (12) autour de chacune desquelles un ressort à spirales (24) est destiné à être monté pour exercer une force sur un balai (15) de manière à plaquer ledit balai (15) contre un collecteur. 15 2. Porte-balais selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque patte (29) est située entre deux cages de guidage (13) adjacentes. 3. Porte-balais selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que 20 lesdites pattes (29) sont réalisées dans un matériau métallique. 4. Porte-balais selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites pattes (29) sont issues d'une rondelle métallique (45). 5. Porte-balais selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite plaque de support (12) est surmoulée autour desdites pattes (29), ladite plaque de support (12) étant de préférence réalisée en plastique. 6. Porte-balais selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ladite plaque de support (12) est surmoulée autour desdites pattes (29) et de ladite rondelle métallique (45), ladite plaque de support (12) étant de préférence réalisée en plastique. 25 30 35 3032840 11 7. Porte-balais selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ladite rondelle métallique (45) comprend un nombre de parties correspondant au nombre de cages de guidage (13), séparées les unes des autres de manière à isoler lesdits balais (15) les uns des autres. 8. Porte-balais selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites pattes (29) sont fixées sur ladite plaque de support (12). 9. Porte-balais selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 8 caractérisé en ce que lesdites pattes (29) sont munies d'une base (291) s'étendant le long de la plaque de support (12) et permettant de fixer la patte (29) à ladite plaque de support (12). 10. Porte-balais selon l'une quelconque des revendications 1, à 9, caractérisé en ce que les pattes (29) sont munies d'une ouverture (293) permettant de maintenir lesdites pattes (29) lors du surmoulage. 11. Porte-balais selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit porte-balais (10) comporte des portions incurvées (48) chacune faisant saillie de la plaque de support (12) parallèlement aux pattes (29) et étant destinées au guidage de parties enroulées (26) desdits ressorts à spirales (24). 12. Porte-balais selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite plaque de support (12) comporte des éléments de guidage (52) d'un interconnecteur pour connecter des balais (15) de même polarité du côté d'une face opposée à celle portant lesdites cages de guidage (13). 13. Porte-balais selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que lesdites cages de guidage (13) viennent de matière avec ladite plaque de support (12). 3032840 12 14. Moteur électrique comportant un porte-balais (10) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15. Démarreur de véhicule automobile comportant un moteur 5 électrique tel que défini selon la revendication précédente.