Brevet FR3032843A1 — publié le 20160819

PORTE-BALAIS DE MOTEUR ELECTRIQUE L'invention concerne un porte-balais de moteur électrique de démarreur de véhicule automobile, ainsi que le démarreur correspondant. 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 positionné 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. L'invention vise notamment à améliorer la compacité d'un tel dispositif. 3032843 2 A cet effet, l'invention propose un porte-balais de moteur électrique de démarreur pour véhicule automobile comprenant une ouverture comprenant un axe destinée à recevoir un collecteur, au moins une cage à balai comprenant un logement destinée à recevoir un balai, ledit logement étant 5 ouvert sur l'ouverture et comprenant deux faces internes de guidage du balai, caractérisé en ce que lesdites faces internes de guidage s'étendent chacune dans un plan incliné d'un angle compris entre trois degrés et vingt degré par rapport à un plan radial de l'axe. 10 L'invention permet ainsi de réduire la largeur des balais utilisés, dans la mesure où leur inclinaison permet d'augmenter la surface de contact du balai sur le collecteur. On réduit ainsi l'encombrement de l'ensemble. L'invention permet également d'améliorer l'adaptabilité des balais, dans la mesure où des balais d'une largeur donnée pourront être utilisés indifféremment avec 15 différents types de collecteurs en modifiant l'inclinaison des cages. L'invention porte en outre sur un moteur électrique de démarreur comprenant ledit porte-balais tel que défini précédemment, un balai dans le logement et un rotor tournant dans un sens de rotation comprenant le collecteur, dans 20 lequel chacun des plans des faces internes de guidage du logement sont inclinés d'un angle par rapport à un plan radial passant par un centre d'une surface de contact entre ledit balai et ledit collecteur. Selon une réalisation, l'angle mesuré du plan à la face interne est dans le 25 sens opposé audit sens de rotation dudit collecteur. Une telle configuration permet de limiter les frottements entre les balais et les lames du collecteur et donc de réduire l'usure des balais. Selon une réalisation, ledit angle est compris entre 8 et 12 degrés. 30 Selon une réalisation, ledit angle est de préférence de l'ordre de 10 degrés. Selon une réalisation, ledit collecteur comprend 19 lames. 3032843 3 Selon une réalisation, ledit porte-balais comporte des ressorts à spirales montés chacun autour d'une patte, lesdits ressorts à spirales étant destinés chacun à exercer un effort sur une face d'un balai correspondant opposée à 5 celle en contact avec ledit collecteur. Selon une réalisation, les cages à balai dont le ressort à spirales associé est monté en amont de la cage à balai par rapport au sens de rotation ont leur face interne de guidage inclinée tel que l'angle mesuré du plan à la face 10 interne respective est dans le sens opposé au sens de rotation dudit collecteur. Selon une réalisation, lesdites faces internes de toutes lesdites cages à balai sont inclinées du même angle. Cela permet d'utiliser des balais de même 15 largeur pour faciliter la fabrication du porte-balais. L'invention a également pour objet un démarreur de véhicule automobile comportant un moteur électrique tel que précédemment défini. 20 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. La figure 1 est une vue en perspective d'un porte-balais de moteur électrique 25 de démarreur selon la présente invention; La figure 2 est une vue en perspective de la platine du porte-balais de la figure 1; 30 La figure 3 est une vue de dessus d'un porte-balais selon l'état de la technique mettant en évidence l'évolution de la direction de la force exercée par les ressort à spirales sur les balais; 3032843 4 La figure 4 est une vue de dessus d'un porte-balais selon la présente invention montrant la direction d'inclinaison recherchée des balais à l'intérieur des cages correspondantes; 5 La figure 5 est une vue détaillée d'une cage à balai mettant en évidence l'orientation de ses faces internes dans le porte-balais selon la présente invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même 10 référence d'une figure à l'autre. La figure 1 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'une axe X 15 sur laquelle est fixé un ensemble de cages 13 servant chacune de logement à un balai 15. L'axe X de la platine de support 12 correspond à l'axe du porte-balais 10. La platine de support 12 bien visible sur la figure 2 est une pièce monobloc 20 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 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 25 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 couches surmoulées 122 est une matière thermoplastique telle qu'un polyamide PA4.6 ou PA6.6 ou un polypropylène PPS chargé en fibres. 30 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 3032843 5 ouverture 16 autorisant le passage d'un collecteur 17 (cf. figure 5) d'un rotor de machine électrique. Chaque balai 15 est monté à coulissement à l'intérieur d'une cage 13 5 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 le collecteur 17. Les balais 15 présentent des polarités alternées. Ainsi, les balais 15 de 10 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 traversant un passe-fil 22 coopérant avec la carcasse du démarreur pour 15 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. 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 de la machine au moyen de leur tresse 19 25 respective soudée sur la plaque 121 de la platine 12. Plus précisément, chaque cage 13 présente un logement 23 pour le balai 15 délimité par deux parois latérales 26, 27 en vis-à-vis reliées entre elles par une paroi 28 de liaison supérieure. Chaque cage 13 pourra par exemple être 30 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 3032843 6 pourra comporter des pattes insérées dans des ouvertures 18 de la platine 12 (cf. figure 2) 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. 5 Par ailleurs, un ressort à spirales 36 associé à chaque cage 13 sollicite radialement le balai 15 correspondant vers les lames de contact du collecteur 17. A cet effet, comme cela est bien visible sur la figure 3, chaque ressort 36 comporte une partie enroulée 37 formée par une pluralité de spires qui est 10 montée autour d'une patte 38, ainsi qu'un bras 39 s'étendant depuis une extrémité de la partie enroulée 37. Le bras 39 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 17. 15 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. Les parois latérales 26, 27 comportent chacune une 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 20 d'ailettes 45 s'étendant de part et d'autre de la face ouverte située du côté du collecteur 17. Comme cela est illustré sur la figure 3, le problème d'une telle configuration est que la direction angulaire d'une force F1-F4 appliquée par le ressort à 25 spirales 36 sur le balai 15 évolue en fonction de l'usure du balai 15. Compte tenu de ce changement de direction de la force F1-F4 et du jeu à l'intérieur de la cage 13 permettant au balai 15 de coulisser, les balais 15 s'inclinent de plus en plus par rapport aux faces latérales du balai 15 au fur et à mesure du déplacement du bras 39 du ressort 36. 30 Ainsi, certains des balais 15, en l'occurrence les deux balais 15 situés à gauche sur la figure 3 vont se positionner angulairement dans le sens 3032843 7 contraire par rapport au sens de rotation R du collecteur 17 (cf. flèches F1 et F4), ce qui engendre une usure prématurée de ces balais 15. En outre, étant donné que les autres balais 15 sont inclinés dans le sens de 5 rotation R du collecteur 17 (cf. flèches F2 et F3), cela entraîne une commutation électrique non homogène dans le moteur électrique. En effet, les lames du collecteur 17 situées en vis-à-vis des balais 15 inclinés dans le sens de rotation R seront alimentées avant les lames situées en vis-à-vis des balais 15 inclinés dans le sens opposé. 10 Afin de remédier à ce problème, comme cela est bien visible sur la figure 5, des faces internes de guidage 261, 271 en vis-à-vis l'une de l'autre appartenant respectivement aux parois latérales 26, 27 s'étendent chacune dans un plan P1 incliné d'un angle a d'au moins trois degrés et au moins 15 inférieur à vingt degrés par rapport à un plan radial P2 passant par un centre C d'une surface S de contact entre le balai 15 et le collecteur 17. Les faces internes 261, 271 s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe X et sont sensiblement parallèles l'une par rapport à l'autre. 20 Il est à noter que des faces externes 262, 272 respectives des parois latérales 26, 27 pourront présenter une orientation respectivement parallèle à celle des faces internes 261, 271 ou une orientation différente. En effet, l'orientation de ces faces externes 262, 272 n'a pas d'effet sur l'orientation spécifique recherchée des balais 15. 25 En outre, l'angle a mesuré du plan P2 à la face interne correspondante est dans le sens opposé audit sens de rotation R dudit collecteur 17. Plus précisément, une extrémité arrière 50 des faces internes 261, 271 par rapport à une extrémité avant 51 des faces internes 261, 271 est inclinée 30 dans le sens opposé par rapport au sens de rotation R du collecteur 17. On comprend ici que l'extrémité arrière 50 correspond à l'extrémité des faces internes 261, 271 qui est la plus éloignée du collecteur 17, tandis que 3032843 8 l'extrémité avant 51 correspond à l'extrémité des faces internes 261, 271 qui est la plus proche du collecteur 17. Ainsi, les balais 15 présenteront respectivement une orientation 01-04 montrée sur la figure 4. De préférence, l'angle a d'inclinaison est compris entre 8 et 12 degrés et vaut de 5 préférence environ 10 degrés pour un collecteur 17 comprenant 19 lames. En variante, les faces internes 261, 271 des deux cages 13 comprenant les balais 15 qui sont inclinés dans le sens opposé de rotation R uniquement sont inclinées de l'angle a par rapport au sens de rotation R afin d'éviter 10 l'usure prématurée des balais 15. Notamment, les cages à balai 13 dont le ressort à spirales 36 associé est monté en amont de la cage à balai 13 par rapport au sens de rotation R ont leur face interne 261, 271 de guidage inclinée tel que l'angle a mesuré du plan P2 à la face interne respective est dans le sens opposé au sens de rotation R dudit collecteur 17. En 15 considérant l'exemple de la figure 4, on remarque que les deux cages à balais 13 à gauche sur la figure ont chacune leur ressort à spirales 36 correspondant monté en amont desdites cages 13 par rapport au sens de rotation R du rotor et, inversement, les deux cages à balais 13 à droite sur la figure ont chacune leur ressort à spirales 36 correspondant monté en aval 20 desdites cages 13 par rapport au sens de rotation R du rotor. Toutefois, le fait que les faces internes 261, 271 de toutes les cages 13 sont inclinées du même angle a permet d'utiliser des balais 15 de même largeur. On facilite ainsi la fabrication de l'ensemble. 25 Bien que l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans une configuration utilisant des ressorts à spirales 36, l'invention pourra également être mise en oeuvre avec des porte-balais 10 plus classiques comportant des ressorts hélicoïdaux générant une force axiale par rapport à l'axe du balai 15. Dans ce cas, l'invention présente l'avantage de permettre 30 une réduction de la largeur des balais 15 utilisés, dans la mesure où leur inclinaison permet d'augmenter la surface de contact du balai 15 sur le collecteur 17. On réduit ainsi l'encombrement de l'ensemble. L'invention 3032843 9 permet également d'améliorer l'adaptabilité des balais 15, dans la mesure où des balais 15 d'une largeur donnée pourront être utilisés indifféremment avec différents types de collecteurs de dimensions et de nombre de lames variables en adaptant l'angle d'inclinaison a des faces internes 261, 271 des 5 cages 13. En variante, le porte-balais 10 comporte plus de quatre balais 15, chaque balai 15 pouvant par exemple être associé à un autre balai 15 positionné du côté opposé de la platine 12. 10 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. 15 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. Porte-balais (10) de moteur électrique de démarreur pour véhicule automobile comprenant: - une ouverture (16) comprenant un axe (X) destinée à recevoir un collecteur (17), - au moins une cage à balai (13) comprenant un logement (23) destinée à recevoir un balai (15), ledit logement (23) étant ouvert sur l'ouverture (17) et comprenant deux faces internes (261, 271) de guidage du balai (15), caractérisé en ce que lesdites faces internes (261, 271) de guidage s'étendent chacune dans un plan (P1) incliné d'un angle (a) compris entre trois degrés et vingt degré par rapport à un plan radial de l'axe (X). 2. Moteur électrique de démarreur comprenant ledit porte-balais (10) défini selon la revendication 1, un balai (15) dans le logement (23) et un rotor tournant dans un sens de rotation (R) comprenant le collecteur (17), dans lequel chacun des plans (P1) des faces internes (261, 271) de guidage du logement (23) sont inclinés d'un angle (a) par rapport à un plan radial (P2) passant par un centre (C) d'une surface de contact (S) entre ledit balai (15) et ledit collecteur (17). 3. Moteur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle (a) mesuré du plan (P2) à la face interne (261, 271) est dans le sens opposé audit sens de rotation (R) dudit collecteur (17). 4. Moteur électrique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit angle (a) est compris entre 8 et 12 degrés. 5. Moteur électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit angle (a) est de l'ordre de 10 degrés. 3032843 11 6. Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit collecteur (17) comprend 19 lames. 5 7. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ledit porte-balais (10) comporte des ressorts à spirales (36) montés chacun autour d'une patte (38), lesdits ressorts à spirales (36) étant destinés chacun à exercer un effort sur une face d'un balai (15) correspondant opposée à celle en contact avec ledit collecteur (17). 10 8. Moteur électrique selon la revendication 7, caractérisé en ce que les cages à balai (13) dont le ressort à spirales (36) associé est monté en amont de la cage à balai (13) par rapport au sens de rotation (R) ont leur face interne (261, 271) de guidage inclinée tel que l'angle (a) mesuré du plan (P2) 15 à la face interne respective est dans le sens opposé au sens de rotation (R) dudit collecteur (17). 9. Moteur électrique selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que lesdites faces internes (261, 271) de toutes lesdites cages à balai (13) 20 sont inclinées du même angle (a). 10. Démarreur de véhicule automobile comportant un moteur électrique tel que défini selon l'une quelconque des revendications 2 à 9.