Brevet FR3077440A1 — publié le 20190802

Sous-ensemble d'une platine porte-balais pour moteur électrique ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un sous-ensemble d'une platine porte-balais pour moteur électrique. Elle concerne encore un bloc intégrant un moteur électrique et une électronique pour la commande dudit moteur, ce moteur électrique comprenant une platine porte-balais comportant au moins un tel sous-ensemble. La présente invention trouve notamment application dans un bloc moteur d'un véhicule automobile. Arrière-plan technologique Il est connu qu'un moteur électrique pour véhicule automobile, par exemple un moteur d'un dispositif de ventilation utilisé pour la climatisation de ce véhicule ou d'un système de commande électrique de vitres utilisé pour lever/ abaisser les vitres de ce véhicule, comporte une platine porte-balais, encore appelée porte-charbons. Chaque balai est reçu en coulissement dans un logement défini par une cage, cette cage comportant un ressort pour solliciter le balai correspondant vers l'extérieur de la cage, notamment contre la partie tournante, ou rotor, du moteur électrique. On sait que la partie la plus fragile du moteur électrique est l'ensemble collecteur-balais. Notamment, il est important d'assurer un bon refroidissement de chaque balai pour éviter une usure prématurée de ceux-ci, et de manière plus générale, un meilleur comportement en température des composants du moteur. 2 Un refroidissement insuffisant des balais est susceptible d'entraîner la perte d'une fonction à bord du véhicule automobile, laquelle peut éventuellement être critique pour ce dernier. Or, on constate que les cages pour balai de moteur électrique de l'état de l'art 5 ne permettent pas d'atteindre le refroidissement nécessaire des balais. On observe, en effet, rapidement une usure anormale des balais sur de tels moteurs électriques. Il existe donc un besoin pressant pour une platine porte-balais pour moteur électrique dont le design original de son ou de chacun de ses sous-ensembles 10 cage/balai, autorise un meilleur refroidissement des balais afin d'éviter un éventuel disfonctionnement du moteur électrique. Objet de l'invention La présente invention vise donc à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un sous-ensemble cage/balai pour une platine porte-balais, simple dans sa 15 conception et dans son mode opératoire, fiable et économique assurant un échange thermique amélioré du balai avec un flux d'air en vue de son refroidissement. La présente invention vise également un bloc moteur comprenant une platine porte-balais comportant un ou plusieurs tels sous-ensembles, de manière à présenter une fiabilité accrue. 20 BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION A cet effet, l'invention concerne un sous-ensemble d'une platine porte-balais pour moteur électrique comprenant un balai et une cage définissant un logement intérieur pour recevoir ce balai, ladite cage comportant un élément poussoir pour déplacer ledit balai vers l'extérieur de ladite cage. Selon l'invention, ladite cage comporte des ouvertures axiales pour le refroidissement dudit balai et au moins un élément de guidage s'étendant dans une direction axiale de ladite cage, ledit élément de guidage présentant, du côté intérieur à ladite cage, un relief de surface pour le guidage en coulissement dudit balai, et - ledit balai comporte, pour chaque élément de guidage, un relief de surface complémentaire du relief de surface dudit élément de guidage correspondant, ledit relief de surface complémentaire étant configuré pour recevoir de manière coulissante le relief de surface dudit élément de guidage correspondant et pour 3 coopérer avec ce dernier afin d'assurer le guidage du balai vers l'extérieur de ladite cage. De manière connue, l'élément poussoir permet d'appuyer sur l'extrémité arrière du balai pour plaquer l'extrémité avant de celui-ci contre la partie tournante 5 du moteur afin d'assurer un bon transfert de courant électrique. A titre d'exemple, cet élément poussoir est un ressort de compression. Les formes originales du balai et de la cage assurent avantageusement des performances améliorées dans le refroidissement du balai, avec notamment de meilleurs échanges thermiques. Elles garantissent ainsi une durée de fonctionnement 10 plus importante du balai. A titre purement illustratif, le balai se présente sous la forme d'une pièce moulée d'un seul bloc, par exemple obtenu par moulage par compression. A titre purement illustratif, un tel balai peut être obtenu à partir d'une composition comprenant au moins une poudre telle qu'une poudre de graphite, et un liant. Le ou 15 les reliefs de surface complémentaires portés par le balai sont, de préférence, réalisés simultanément à sa fabrication. Bien entendu, la réalisation de ce balai n'est pas limitée à ce seul procédé de fabrication, le balai pouvant être obtenu par tout autre procédé connu. Ladite cage peut être obtenue par découpe et pliage à partir d'une tôle 20 présentant l'épaisseur souhaitée, cette cage étant ainsi d'un seul bloc. Alternativement, elle peut être obtenue par moulage par injection ou par compression. Cette cage peut être réalisée à partir d'un métal ou d'un alliage. A titre purement illustratif, il peut s'agir d'un aluminium, de bronze, de laiton ou autre. Dans différents modes de réalisation particuliers de ce sous-ensemble de 25 platine porte-balais, chacun ayant ses avantages particuliers et susceptibles de nombreuses combinaisons techniques possibles: - ladite cage comporte au moins une paire d'éléments de guidage, les éléments de guidage de chaque paire étant placés sur des bords opposés de ladite cage pour définir un système de guidage dudit balai. 30 - chaque élément de guidage délimite en partie au moins une ouverture axiale. - ladite cage comportant plusieurs lames s'étendant dans une direction axiale de ladite cage et au moins certaines desdites lames présentant un relief de surface sur une de leurs faces pour former lesdits éléments de guidage, des éléments de liaison 4 relient lesdites lames entre elles en délimitant au moins en partie le pourtour de ladite cage. Alternativement, et à la place desdites lames qui sont des éléments plats allongés et étroits, cette cage peut comporter des tiges. 5 De manière avantageuse, les extrémités de ladite cage sont reliées entre elles par quatre éléments de guidage régulièrement espacés, lesquels sont reliés entre eux par au moins deux ensembles d'éléments de liaison. Par exemple, les éléments de guidage peuvent être reliés entre eux par des éléments de liaison en trois points différents de chaque élément de guidage. 10 Ces éléments de liaison peuvent par exemple définir des cerclages reliant les lames ou tiges entre elles. - ladite cage comporte un taux d'ouverture compris entre 40% et 60%. On entend ici par « taux d'ouverture » de ladite cage, le rapport entre la superficie des ouvertures des parois délimitant ladite cage, comprenant les extrémités de cette cage 15 et ses parois latérales, et la surface totale de ces parois. - le relief de surface dudit au moins un élément de guidage est une rainure ou une nervure qui s'étend dans une direction axiale de ladite cage. De manière avantageuse, cette nervure ou cette rainure s'étendent pratiquement sur toute la longueur de ladite cage. 20 De préférence, ladite nervure est bombée. Par exemple, le balai peut présenter une section transversale droite prismatique et venir coulisser dans un logement prismatique de ladite cage. Bien entendu, cette section balai n'est pas limitée à cette seule forme, donnée à titre purement illustratif mais peut présenter toute autre forme adéquate. 25 - ladite au moins une cage comporte une première extrémité ouverte pour le passage dudit balai et une extrémité opposée à ladite première extrémité dans la direction axiale de ladite cage, ladite extrémité opposée étant ajourée. De manière avantageuse, ladite extrémité opposée comporte un support dudit élément poussoir, le reste de ladite extrémité opposée étant ouvert. 30 A titre purement illustratif, ce support peut être porté par au moins un bras solidaire d'un élément de liaison formant cerclage ou d'un élément de guidage. De préférence, ce support est porté par au moins deux bras, le reste de l'extrémité opposée étant ouvert. 5 La présente invention concerne également une platine porte-balais pour moteur électrique comprenant au moins un sous-ensemble tel que décrit précédemment. Bien entendu, cette platine porte-balais peut comporter plusieurs sous- 5 ensembles de ce type. A titre d'exemple, il s'agit d'une platine porte-balais pour un moteur électrique de véhicule automobile tel qu'un moteur de refroidissement, un moteur lève-vitre ou encore un moteur d'essuyage. La présente invention concerne encore un bloc de moteur électrique équipé 10 d'une platine porte-balais, ladite platine comportant au moins un sous-ensemble tel que décrit précédemment. Ce bloc moteur comporte une carcasse, un axe de rotation, un stator, encore appelé inducteur, qui est la partie fixe du bloc moteur en étant monté sur ladite carcasse et un rotor, aussi appelé induit, placé à l'intérieur du stator et qui est la 15 partie tournante du moteur. Ce bloc moteur comporte également des sous-ensembles tels que décrits précédemment, isolés les uns des autres et définissant le collecteur, une électronique de commande ainsi qu'un radiateur pour refroidir notamment les composants électroniques. 20 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels: - la Figure 1 est une représentation schématique partielle d'un sous-ensemble 25 d'une platine porte-balais selon un mode de réalisation particulier de la présente invention, un seul sous-ensemble étant illustré par souci de clarté, le balai de ce sous-ensemble étant en contact avec la partie tournante d'un moteur électrique ; - la Figure 2 est une vue de derrière du sous-ensemble de la Fig. 1, le balai de ce sous-ensemble étant en contact avec la partie tournante d'un moteur électrique ; 30 - la Figure 3 est une vue élargie et partielle du sous-ensemble de la Fig. 1, illustrant le balai en contact contre la partie tournante d'un moteur électrique, le balai étant représenté sans sa cage ; 6 DESCRIPTION DETAILLEE DE MODE DE REALISATION DE L'INVENTION Tout d'abord, on note que les figures ne sont pas à l'échelle. Les Figures 1 à 3 représentent schématiquement et de manière simplifiée, un 5 sous-ensemble 10 d'une platine porte-balais selon un mode de réalisation particulier de la présente invention. Ce sous-ensemble 10 comprend une cage 11 et un balai 12, lequel est reçu en coulissement dans un logement défini par ladite cage. Cette cage 11 présente une forme générale de parallélépipède rectangle. 10 Elle s'étend dans une direction axiale en présentant une extrémité axiale avant 13 et une extrémité axiale arrière 14. L'extrémité axiale avant 13 destinée à être placée en regard de la partie tournante d'un moteur électrique, est entièrement ouverte pour permettre le passage du balai 12, lorsque ce dernier est déplacé vers l'extérieur de la cage 11 par un moyen 15 élastique de sollicitation (non représenté) porté par l'extrémité axiale arrière 14 de la cage 11. Pour assurer le support de ce moyen élastique de sollicitation, l'extrémité axiale arrière 14 de la cage 11 présente une paroi 15 de support, laquelle est entourée en partie d'ouvertures pour contribuer au refroidissement du balai 12. 20 Le corps de la cage 11 comporte quatre lames 16 reliant ses extrémités axiales avant 13 et arrière 14, en s'étendant dans la direction axiale de la cage 11. Ces lames 16 sont régulièrement réparties sur le pourtour de la cage 11. Le corps de la cage 11 comporte également des bretelles 17 s'étendant dans des directions perpendiculaires à ladite direction axiale, et reliant les lames 16 entre elles 25 en trois points de chaque lame 16. Ces bretelles 17 délimitent en partie le pourtour de la cage 11. Chaque lame 16 délimite en partie une ouverture axiale 18 pour assurer le refroidissement du balai 12 reçu dans le logement de la cage 11. Les lames 16 étant placés sensiblement à 90° les unes des autres, les 30 ouvertures axiales 18 s'étendent sur le pourtour de la cage 11 entre deux lames consécutives. Le corps de la cage 11 est ainsi largement ouvert pour assurer des échanges thermiques du balai avec l'extérieur. 7 Chaque lame 16 présente du côté intérieur à la cage 11 un relief de surface qui se présente ici sous la forme d'une nervure bombée, l'ensemble formé par cette lame 16 et son relief de surface définissant alors un élément de guidage du balai 12. Le balai 12 présente, pour chacune de ces nervures, un relief de surface 5 complémentaire, ici sous la forme d'une rainure 19, destinée à coopérer avec cette nervure de la lame 16 correspondante pour assurer un guidage en coulissement du balai 12 lors de son déplacement vers l'extérieur de la cage 11. Chaque nervure bombée s'étend de préférence entre au moins l'extrémité libre du moyen élastique de sollicitation du balai 12 et l'extrémité axiale avant 13 de la 10 cage. L'ensemble de ces éléments de guidage assure avantageusement un alignement et un guidage en translation du balai 12 lorsqu'il est déplacé vers l'extérieur de la cage 11 par le moyen élastique de sollicitation. A titre d'exemple, ce moyen élastique de sollicitation est ici un ressort de 15 compression. Comme illustré sur la Figure 3, le balai 12 présente à son extrémité arrière une rainure 20 transversale pour recevoir l'extrémité libre du moyen élastique de sollicitation. Ce moyen élastique de sollicitation vient ainsi prendre appui dans cette rainure 20 pour déplacer le balai 12 vers l'extérieur de la cage 11, au travers de 20 l'ouverture de l'extrémité axiale avant 13. Chaque côté de ce balai 12 présente une rainure 19 centrale destinée à coopérer avec la nervure formant saillie d'une REVENDICATIONS1. Sous-ensemble d'une platine porte-balais pour moteur électrique comprenant un balai (12) et une cage (11) définissant un logement intérieur pour recevoir ce balai, ladite cage (11) comportant un élément poussoir pour déplacer ledit balai (12) vers l'extérieur de ladite cage (11), caractérisé en ce que ladite cage (11) comporte des ouvertures axiales pour le refroidissement dudit balai (12) et au moins un élément de guidage s'étendant dans une direction axiale de ladite cage (11), ledit élément de guidage présentant, du côté intérieur à ladite cage (11), un relief de surface pour le guidage en coulissement dudit balai (12), et en ce que ledit balai (12) comporte, pour chaque élément de guidage, un relief de surface complémentaire du relief de surface dudit élément de guidage correspondant, ledit relief de surface complémentaire étant configuré pour recevoir de manière coulissante le relief de surface dudit élément de guidage correspondant et pour coopérer avec ce dernier afin d'assurer le guidage du balai (12) vers l'extérieur de ladite cage (11). 2. Sous-ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cage (11) comporte au moins une paire d'éléments de guidage, les éléments de guidage de chaque paire étant placés sur des bords opposés de ladite cage (11) pour définir un système de guidage dudit balai (12). 3. Sous-ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque élément de guidage délimite en partie au moins une ouverture axiale. 4. Sous-ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite cage (11) comportant plusieurs lames (16) ou tiges s'étendant dans une direction axiale de ladite cage (11) et au moins certaines desdites lames (16) ou tiges présentant un relief de surface sur une de leurs faces pour former lesdits éléments de guidage, des éléments (17) de liaison relient lesdites lames (16) ou tiges entre elles en délimitant au moins en partie le pourtour de ladite cage (11). 5. Sous-ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que les extrémités de ladite cage (11) sont reliées entre elles par quatre éléments de guidage régulièrement espacés, lesquels sont reliés entre eux par au moins deux ensembles d'éléments (17) de liaison. 9 6. Sous-ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite cage (11) comporte un taux d'ouverture compris entre 40% et 60%. 7. Sous-ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le relief de surface dudit au moins un élément de guidage est une rainure 5 (19) ou une nervure qui s'étend dans une direction axiale de ladite cage (11). 8. Sous-ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite nervure est bombée. 9. Sous-ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite au moins une cage (11) comporte une première extrémité (13) ouverte 10 pour le passage dudit balai (12) et une extrémité opposée à ladite première extrémité dans la direction axiale de ladite cage (11), ladite extrémité opposée (14) étant ajourée. 10. Sous-ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite extrémité opposée (14) comporte un support dudit élément poussoir, le reste de ladite 15 extrémité opposée étant ouverte. 11. Platine porte-balais pour moteur électrique comprenant au moins un sous-ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 12. Bloc de moteur électrique équipé d'une platine porte-balais, ladite platine comportant au moins un sous-ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 20 à 10.