Brevet FR3045223A1 — publié le 20170616

MACHINE TOURNANTE POUR VEHICULE AUTOMOBILE ET BALAI DE CONTACT ELECTRIQUE ASSOCIE La présente invention concerne le domaine des machines tournantes notamment pour véhicules automobiles et en particulier les machines tournantes à collecteur tels que les démarreurs, alternateurs et alterno-démarreurs. Il est connu dans l'état de la technique d'utiliser un ou plusieurs balais de contact électrique associés au stator et destinés à venir en contact avec un collecteur associé au rotor pour alimenter le bobinage du rotor via les pistes du collecteur. Pour permettre le contact entre le balai de contact électrique et le collecteur, des ressorts sont utilisés pour contraindre les balais contre le collecteur. Par ailleurs, lors du fonctionnement de la machine tournante à collecteur, le frottement entre le balai de contact électrique et le collecteur entraîne une usure du balai de contact dont la hauteur de vie, c'est-à-dire la dimension du balai perpendiculaire à la face active qui est en contact avec le collecteur, diminue de sorte que la force exercée par le ressort sur le balai de contact électrique pour le maintenir contre le collecteur diminue. Cette diminution de la force et donc de la pression entre le balai de contact électrique et le collecteur entraîne des pertes au niveau de la machine tournante. Il convient donc de trouver une solution permettant d'obtenir une pression sensiblement constante entre le balai de contact électrique et le collecteur. A cet effet, la présente invention a pour objet un balai de machine tournante à collecteur d'un véhicule automobile comprenant : - une première partie, dite partie d'usure, comprenant une face active destinée à être au moins partiellement en contact avec le collecteur pour alimenter le bobinage d'un rotor, dans lequel la section de la première partie du balai, dans un plan parallèle à la face active, dite section efficace, diminue, au moins par paliers, selon la hauteur de vie du balai en s'éloignant de la face active. 3045223 2 On obtient donc une surface active ou surface de contact qui diminue pendant au moins une partie de la durée de vie du balai. La diminution, au moins par paliers, de la section efficace sur la partie d'usure du balai permet de réduire la surface de la face active au cours du temps lors de l'usure du balai de sorte que la réduction de la surface active permet de 5 compenser la diminution de la force exercée par un élément élastique tel qu'un ressort et ainsi d'obtenir une pression sensiblement constante au cours du temps entre le balai et le collecteur lors de l'usure du balai. La présente invention peut également être définie par un balai de contact comprenant : 10 - une face active comprenant une surface de contact destinée à venir en contact avec le collecteur, - une face avant comprenant une hauteur de vie et des largeurs mesurées perpendiculairement à la hauteur de vie et en ce que la face avant comprend une largeur plus petite qu'une largeur de la face avant mesurée plus proche de la face active, 15 ou par, un balai de contact de machines tournantes à collecteur d'un véhicule automobile comprenant : - une première partie, dite partie d'usure, comprenant une face active destinée à être au moins partiellement en contact avec le collecteur pour alimenter le bobinage d'un rotor, 20 dans lequel le profil du balai selon un plan sensiblement normal à la face active, dit profil d'usure, présente une forme convergente en s'éloignant de la face active. Selon un autre aspect de la présente invention, le balai comprend également une deuxième partie, dite partie de maintien, opposée à la face active de la première partie et 25 configurée pour permettre le maintien du balai. La partie de maintien permet de conserver une section fixe à l'arrière du balai et ainsi permettre la coopération avec un porte-balai standard. 30 Selon un aspect additionnel de la présente invention, la diminution est continue sur la hauteur de vie du balai. 3045223 3 Une diminution continue de la section efficace sur la hauteur de vie du balai permet de compenser la diminution de la force de l'élément élastique durant toute la durée de vie du balai. 5 Selon un aspect additionnel de la présente invention, la diminution est linéaire sur la hauteur de vie du balai. Une diminution linéaire permet de compenser au mieux la diminution linéaire de la force appliquée par l'élément élastique. 10 Selon un aspect supplémentaire de la présente invention, le rapport entre la section efficace du balai au niveau de l'extrémité de la première partie opposée à la face active et la section efficace du balai au niveau de la face active est égale au rapport de la force de l'élément élastique en début sur le balai sur la force du ressort sur le balai à l'état d'usure du 15 balai au niveau de l'extrémité de la première partie de manière à diminuer une variation de la pression du balai sur le collecteur lors de sa durée de vie. Selon un autre aspect de la présente invention, le balai comprend une face avant adjacente à la face active au niveau d'un bord d'attaque et une face arrière adjacente à la face active au niveau d'un bord de fuite, la face avant et la face arrière étant reliées par une 20 première et une deuxième faces latérales, dans lequel au moins deux des faces parmi : - la face avant, - la face arrière, - la première face latérale et, - la deuxième face latérale 25 s'étendent perpendiculairement à la face active. Selon un aspect additionnel de la présente invention, les, au moins deux, faces s'étendant perpendiculairement à la face active comprennent la face avant et la face arrière. 30 L'utilisation d'un balai comprenant une face avant et une face arrière s'étendant perpendiculairement à la face active permet de maintenir la largeur, entre le bord d'attaque et le bord de fuite, de la face active constante pendant la durée de vie du balai et ainsi assurer le 3045223 4 fait que le balai est en contact simultanément avec plusieurs pistes du collecteur tout au long de sa durée de vie. La présente invention concerne également une machine tournante à collecteur d'un 5 véhicule automobile comprenant au moins un balai selon l'une quelconque des revendications précédentes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés qui en représentent, à titre 10 indicatif mais non limitatif, des modes de réalisation possibles. Sur ces dessins: la figure 1 représente schématiquement et partiellement un balai de contact, un porte- 15 balai et un collecteur d'une machine tournante ; la figure 2a représente schématiquement et partiellement un balai de contact et un collecteur d'une machine tournante selon une première configuration ; La figure 2b représente schématiquement et partiellement un balai de contact et un collecteur d'une machine tournante selon une deuxième configuration ; 20 La figure 3 représente schématiquement et partiellement un balai de contact d'une machine tournante selon un premier mode de réalisation ; La figure 4 représente schématiquement et partiellement une vue de profil selon une première face latérale du balai de la figure 3 ; La figure 5 représente schématiquement et partiellement une vue de profil selon un 25 autre mode de réalisation; La figure 6 représente schématiquement et partiellement un balai de contact d'une machine tournante selon un deuxième mode de réalisation ; La figure 7 représente schématiquement et partiellement une vue de profil selon un autre mode de réalisation. 30 Sur ces figures, les mêmes numéros de référence désignent des éléments ayant une fonction identique. 3045223 5 Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un 5 seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations. La figure 1 représente un schéma d'un ensemble comprenant un balai de contact 1 et un collecteur 7 d'une machine tournante, notamment un démarreur, un alternateur ou un 10 alterno-démarreur, d'un véhicule automobile. Le balai de contact 1 est maintenu par un porte-balai 2 qui entoure partiellement le balai de contact 1. Le porte-balai 2 comprend également un moyen élastique 4, par exemple un ressort métallique, pour contraindre le balai de contact 1 contre le collecteur 7 pour permettre d'alimenter le bobinage d'un rotor de la machine tournante. Le contact entre le balai 1 et le collecteur 7 est réalisé au niveau d'une face dite face 15 active 3 du balai 1. Ainsi, lors de la rotation du collecteur 7 dont le sens de rotation est représenté par la flèche 12, la face active 3 du balai 1 vient successivement en contact avec les différentes pistes 5 du collecteur 7. Le balai 1 est à chaque instant en contact avec au moins deux pistes 5 du collecteur 7. La face active 3 comprend un premier bord dit bord d'attaque 9 qui est le bord par 20 lequel la face active 3 rentre en contact avec une piste 5 lors de la rotation du collecteur 7 et un deuxième bord dit bord de fuite 11 qui est le bord par lequel la face active 3 perd le contact avec une piste 5 du collecteur 7 lors de la rotation du collecteur 7. Dans le cas d'un collecteur 7 cylindrique comme représenté sur les figures 1 et 2a, la face active 3 n'est pas plane mais incurvée (ou s'incurve lors de l'usure du balai 1) du fait de la 25 forme cylindrique du collecteur 7. Cependant dans la suite de la description, on considérera que la face active 5 forme un plan comprenant le bord d'attaque 9 et le bord de fuite 11. Il est également à noter que la présente invention s'étend également aux collecteurs 7 plats comme représenté sur la figure 2b pour lesquels le balai 1 vient en contact avec une surface plane du collecteur 7 comprenant les pistes 5. Dans ce cas, la surface active 3 reste 30 plane lors de l'usure du balai 1. Le sens de rotation du collecteur 7 est repéré par les flèches 12 sur les figures 2a et 2b. 3045223 6 La figure 3 représente une vue en perspective d'un balai de contact 1 selon un premier mode de réalisation de la présente invention. Le balai 1 a une forme générale parallélépipédique avec une face avant 13 adjacente à la face active 3 au niveau du bord d'attaque 9 et une face arrière 15 adjacente à la face active 3 au niveau du bord de fuite 11. La 5 balai 1 comprend également une première 17 et une deuxième 19 faces latérales adjacentes à la face active 3 et qui relient la face avant 13 et la face arrière 15. La face arrière 15, la première 17 et la deuxième 19 faces latérales s'étendent perpendiculairement à la face active 3. Le balai de contact 1 peut être divisé en deux parties, une première partie dite partie 10 d'usure 21 comprenant la face active 3. La partie d'usure 21 étant destinée à devenir la face active 3 lors de la durée de vie du balai 1. En effet, le frottement du balai 1 sur le collecteur 7 provoque l'usure du balai 1 dont les particules se déposent sur le collecteur 7 pour former une patine à la surface des pistes 5 du collecteur 7. Ainsi, la hauteur du balai dans une direction perpendiculaire à la face active 3 appelée hauteur de vie H tend à diminuer au cours du temps 15 lors de l'utilisation de la machine tournante. Le balai de contact 1 comprend également une deuxième partie dite partie de maintien 23 opposée à la face active 3 et destinée au maintien du balai 1 par un porte-balai 2. Les porte-balais 2 étant généralement standard, les dimensions (longueur L et largeur 1) de la partie de maintien 23 sont imposées par le standard. La partie de maintien 23 comprend un fil 20 électrique 24, appelé « shunt » en anglais, destiné à fournir un courant électrique au balai 1 et peut également comprendre un ou plusieurs renfoncements 26 ménagés sur la face opposée à la face active 3 dans lesquels viennent se loger une extrémité des éléments élastiques 4, par exemple des ressorts métalliques, qui assurent la mise en contact entre la balai 1 et le collecteur 7. 25 La séparation entre la partie d'usure 21 et la partie de maintien 23 est repérée par une ligne en pointillés sur la figure 3. Cette séparation se situe généralement au niveau de la limite du fil électrique 24. On définit la section de la partie d'usure 21 du balai 1 dans un plan parallèle à la face active 3, c'est à dire selon un plan normal à la hauteur de vie H, comme étant la section 30 efficace et le balai de contact 1 est configuré pour que sa section efficace diminue en s'éloignant de la face active 3, au niveau de la partie d'usure 21. Ainsi, la surface de la face active 3 diminue pendant la durée de vie du balai ce qui permet d'obtenir une pression 3045223 7 sensiblement constante entre le balai de contact 3 et le collecteur 7 au cours de la durée de vie du balai 1. En effet, le moyen élastique 4, comme par exemple le ressort métallique, applique une force qui tend à décroître lors de l'usure du balai 1 du fait de la diminution de la hauteur de vie H. La diminution de la section efficace au cours de l'usure du balai 1 permet de 5 contrecarrer ou compenser la diminution de la force appliquée par l'élément élastique 4 et d'obtenir une pression sensiblement constante entre le balai 1 et le collecteur 7. Cette diminution de la section efficace du balai 1 selon la hauteur de vie H en s'éloignant de la face active 3 est par exemple obtenue par une face avant 13 formant un angle aigu avec la face active 3 comme représenté sur la figure 3. L'angle aigu est par exemple 10 déterminé de manière à ce que le rapport de : la section efficace du balai au niveau de l'extrémité de la première partie opposée à la face active sur la section efficace du balai au niveau de la face active, est en fonction de la raideur de l'élément élastique par rapport à l'état d'usure du balai de manière à diminuer la variation de la pression du balai sur le collecteur. 15 Ce rapport est avantageusement égal au rapport de la force de l'élément élastique en début sur le balai sur la force du ressort sur le balai à l'état d'usure du balai au niveau de l'extrémité de la première partie 21. Cela permet d'avoir une pression constante au niveau de la face active du balai sur le collecteur. Par exemple, si la pression du ressort sur un balai neuf est de 26N, puis lorsque le balai est 20 usé jusqu' au niveau de l'extrémité de la première partie (par exemple après une course de 15mm) la pression du ressort sur le balai n'est plus que de 21N, le ressort appuie donc seulement 80% des 26N du départ, soit appuie sur le balai 20% moins fort à ce niveau d'extrémité qu'en début de vie, alors le rapport de la section efficace du balai au niveau de l'extrémité de la première partie opposée à la face active et la section efficace du balai au 25 niveau de la face active est de 80% entre la section efficace et la section du balai en fin de vie. Un tel rapport permet d'assurer une surface de contact suffisante entre le balai 1 et le collecteur 7 pour permettre le bon fonctionnement de la machine tournante quelle que soit l'usure du balai 1. La figure 4 représente le profil du balai de contact 1 de la figure 3 selon un plan 30 normal aux bords d'attaque 9 et de fuite 11 correspondant à une vue dans la direction de la deuxième face latérale 19. Dans le cas de la figure 3, la section du balai 1 est constante entre la première 17 et la deuxième 19 face latérale, cependant, la présente invention ne se limite 3045223 8 pas à une section constante entre la première 17 et la deuxième 19 face latérale. L'inclinaison de la face avant 15 par rapport à la face active 3 permet d'obtenir une réduction de la section normale à la hauteur de vie H. Un angle aigu peut également être ménagé entre la face active 3 et la face arrière 15, la 5 face avant 13 étant alors sensiblement normale à la face active 3. Selon un autre mode de réalisation représenté sur la figure 5, la face avant 13 et la face arrière 15 présentent un angle aigu par rapport à la face active 3. Par ailleurs, la réduction de la section efficace au cours de l'usure peut également être 10 obtenue par un balai 1 comprenant un angle aigu entre la face active 3 et la première face latérale 17 ou entre la face active 3 et la deuxième face latérale 19 comme représenté sur la figure 6. Alternativement, la première 17 et la deuxième 19 faces latérales présentent un angle aigu par rapport à la face active 3. 11 est également possible de combiner les différents modes de réalisation précédents 15 avec plusieurs faces présentant un angle aigu par rapport à la face active, par exemple la face avant 13 et la première face latérale 17. Par ailleurs, la réduction de la section efficace du balai 1 au cours de son usure peut également être réalisée de façon non linéaire voire non continue. En effet, au lieu de ménager un face présentant un angle aigu par rapport à la face active 3, la face peut présenter une 20 surface convexe ou concave ou toute autre forme présentant une forme divergente vers la face active 3 comme par exemple un profil en escalier comme représenté sur la figure 7. La réduction de la section efficace peut également être obtenue par un ou plusieurs trous ménagés dans le balai 1 et présentant un forme convergente vers la face active 3 du balai de contact 1. 25 Ainsi, l'utilisation d'un balai de contact 1 présentant une section efficace qui diminue en s'éloignant de la face active 3 permet de réduire la surface de la face active3, c'est-à-dire la surface en contact avec le collecteur 7 et ainsi obtenir une pression du balai 1 sur le collecteur 7 sensiblement constante au cours du temps durant la durée de vie du balai 1 malgré la 30 diminution de la force exercée par l'élément élastique 4, comme par exemple un ressort métallique, sur le balai 1. REVENDICATIONS1. Balai de contact (1) de machine tournante à collecteur (7) d'un véhicule automobile comprenant : - une première partie (21), dite partie d'usure, comprenant une face active (3) destinée à être au moins partiellement en contact avec le collecteur (7) pour alimenter le bobinage d'un rotor, la première partie comprenant une hauteur de vie (H) qui est une dimension perpendiculaire à la face active qui est en contact avec le collecteur, caractérisé en ce que une section de la première partie (21) du balai (1), dans un plan parallèle à la face active (3), dite section efficace, diminue, par exemple par paliers, selon la hauteur de vie (H) du balai (1) en s'éloignant de la face active (3). 2. Balai (1) selon la revendication 1 dans lequel le balai (1) comprend également : - une deuxième partie (23), dite partie de maintien, opposée à la face active (3) de la première partie (21) et configurée pour permettre le maintien du balai (3). 3. Balai (1) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la diminution est continue sur la hauteur de vie (H) du balai (1). 4. Balai (1) selon la revendication 3 dans lequel la diminution est linéaire sur la hauteur de vie (H) du balai (1). 5. Balai (1) selon l'une des revendications précédentes dans lequel le rapport entre la section efficace du balai (1) au niveau de l'extrémité de la première partie (21) opposée à la face active (3) et la section efficace du balai (1) au niveau de la face active (3) est fonction du rapport de la force de l'élément élastique en début sur le balai sur la force du ressort sur le balai à l'état d'usure du balai au niveau de l'extrémité de la première partie (21) de manière à diminuer une variation de la pression du balai sur le collecteur lors de sa durée 3045223 10 de vie. 6. Balai (1) selon l'une des revendications précédentes dans lequel le balai (1) comprend une 5 face avant (13) adjacente à la face active (3) au niveau d'un bord d'attaque (9) et une face arrière (15) adjacente à la face active (3) au niveau d'un bord de fuite (11), la face avant (13) et la face arrière (15) étant reliées par une première (17) et une deuxième (19) faces latérales, dans lequel au moins deux des faces parmi : - la face avant (13), 10 - la face arrière (15), - la première face latérale (17) et, - la deuxième face latérale (19) s'étendent perpendiculairement à la face active (3). 15 7. Balai selon la revendication 6 dans lequel les au moins deux faces (13, 15, 17, 19) s'étendant perpendiculairement à la face active (3) comprennent la face avant (13) et la face arrière (15). 8. Machine tournante à collecteur d'un véhicule automobile comprenant au moins un balai 20 (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes.