Brevet FR3144446A1 — publié le 20240628

Porte-balai pour une machine électrique tournante L’invention concerne un porte-balai (4) pour une machine électrique tournante, notamment pour véhicule. Ledit porte-balai (4) comporte : - un support (26) comportant un logement (18) agencé pour recevoir un balai permettant l’alimentation électrique d’un rotor de la machine électrique tournante ; - un capteur (28), notamment un capteur de température, solidaire du support (26). Figure pour l’abrégé : Figure 7 Porte-balai pour une machine électrique tournante L’invention concerne, de manière générale, un porte-balai pour une machine électrique tournante, notamment pour véhicule. L’invention concerne en outre une machine électrique tournante comportant un tel porte-balai. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un tel porte-balai. On connaît une machine électrique tournante, notamment pour véhicule, comprenant un rotor agencé pour être en rotation autour d'un axe et un stator fixe entourant ledit rotor. La machine électrique comporte, de façon connue en soi, un porte-balai. Le document FR 3067883 A1 décrit un tel porte-balai pour une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile. L’invention vise à simplifier le montage de la machine électrique grâce à la structure du porte-balai. La présente invention a ainsi pour objet un porte-balai pour une machine électrique tournante, notamment pour véhicule, ledit porte-balai étant caractérisé en ce qu’il comporte : - un support comportant un logement agencé pour recevoir un balai permettant l’alimentation électrique d’un rotor de la machine électrique tournante ; - un capteur, notamment un capteur de température, solidaire du support. Grâce au porte-balai selon l’invention, les architectures de la machine électrique tournante sont simplifiées, puisque le capteur, utilisé pour obtenir des valeurs d’un paramètre tel que la température de la machine électrique tournante, est solidaire du support de porte-balai. Ainsi, le montage de la machine électrique est devenu plus simple sans encombrer davantage la machine électrique tournante. Selon l’un des aspects de l’invention, le capteur est solidaire du support par l’intermédiaire d’au moins un premier barreau électriquement conducteur relié à une première portion de connexion destinée à être connectée à un dispositif électronique de puissance, notamment à un onduleur. Selon l’un des aspects de l’invention, le capteur est solidaire, notamment à l’extrémité, dudit premier barreau électriquement conducteur par soudage. Selon l’un des aspects de l’invention, le porte-balai comporte en outre : - au moins une trace d'excitation électrique permettant d’alimenter ledit balai, ladite trace d’excitation électrique comportant une deuxième portion de connexion destinée à être connectée audit dispositif électronique de puissance, cette deuxième portion de connexion étant reliée par l’intermédiaire d’un deuxième barreau électriquement conducteur à une troisième portion de connexion agencée pour être en contact électrique avec le balai. Selon l’un des aspects de l’invention, la troisième portion de connexion est au moins partiellement logée dans ledit logement de sorte qu’elle puisse être en contact électrique avec le balai. Selon l’un des aspects de l’invention, les première et deuxième portions de connexion forment une rangée alignée entre elles. Ainsi, la rangée formée par les première et deuxième portions de connexion peut faciliter la connexion dudit porte-balai avec ledit dispositif électronique en une seule manipulation sans que l’utilisateur ait besoin d’effectuer des opérations complexes. Autrement dit, en une seule manipulation, le capteur de température et les connectiques permettant d’alimenter les balais sont directement connectées. En outre, le dispositif électronique de puissance, notamment un onduleur, peut s’affranchir de l’usage d’un orifice dans son circuit électronique, ledit orifice étant agencé pour coopérer avec un organe de connexion classique du porte-balai. Dès lors, plus d’espace pour le circuit électronique dans ledit dispositif électronique de puissance est libéré et le conditionnement du dispositif électronique de puissance est réduit. Selon l’un des aspects de l’invention, les première et deuxième portions de connexion ont la même forme entre elles. Selon l’un des aspects de l’invention, les première et deuxième portion de connexion ont une forme choisie parmi les formes suivantes : broche, crochet, double-crochet, patte. Selon l’un des aspects de l’invention, le porte-balai comporte une ouverture à travers laquelle les portions de connexion s’étendent selon un axe autour duquel le mouvement de rotation dudit rotor se fait, à savoir l’axe de rotor. Selon l’un des aspects de l’invention, le porte-balai comporte au moins deux premières portions de connexion, préférentiellement six premières portions de connexion, plus particulièrement huit premières portions de connexion. Selon l’un des aspects de l’invention, le porte-balai comporte au moins deux traces d’excitation électrique permettant d’alimenter les balais, chaque trace d’excitation comportant chacune une deuxième portion de connexion, lesdites traces d’excitation étant destinées à être alimentées à des potentiels électriques distincts. Selon l’un des aspects de l’invention, les première et deuxième portion de connexion ont les mêmes dimensions entre elles. Selon l’un des aspects de l’invention, une pluralité de premières portions de connexion ont la même longueur entre elles. Selon l’un des aspects de l’invention, une pluralité de deuxièmes portions de connexion ont la même longueur entre elles. Selon l’un des aspects de l’invention, le support est en matériau isolant, notamment en polymère isolant. Selon l’un des aspects de l’invention, le porte-balai comporte un élément de retenue en matériau électriquement isolant, notamment en polymère électriquement isolant, ledit élément de retenue duquel les première et deuxième portions de connexion sont au moins partiellement solidaires. L’élément de retenue empêche les premiers et deuxièmes barreaux électriquement conducteurs d’entrer en contact les uns avec les autres, par exemple, en raison de vibrations générées par la machine électrique tournante en fonctionnement. Ainsi, le risque de provoquer des faux contacts ou des courts-circuits entre lesdits barreaux est évité. Ledit élément de retenue peut être obtenu, par exemple, par surmoulage autour des barreaux électriquement conducteurs. Selon l’un des aspects de l’invention, la troisième portion de connexion présente un élément de connexion femelle destiné à recevoir un élément de connexion mâle, notamment une fiche banane. Selon l’un des aspects de l’invention, les troisièmes portions de connexion présentent une forme de section rectangulaire. Selon l’un des aspects de l’invention, le porte-balai comporte des connectiques, lesdites connectiques comprenant : la au moins une première portion de connexion ; la au moins une trace d’excitation électrique comportant une deuxième portion de connexion; la au moins une troisième portion de connexion ; le au moins un premier barreau de connexion reliant entre première portion de connexion et ledit capteur ; et le au moins un deuxième barreau de connexion reliant la deuxième portion de connexion et la troisième portion de connexion. Selon l’un des aspects de l’invention, le porte-balai comportant en outre un élément électriquement isolant agencé pour recevoir ledit capteur. L’élément électriquement isolant permet de protéger le capteur de température des vibrations mécaniques et des contacts électriques. Ledit élément électriquement isolant peut être obtenu, par exemple, par surmoulage autour du capteur. Selon l’un des aspects de l’invention, ledit élément électriquement isolant a une rainure de forme complémentaire de la forme dudit capteur. Selon l’un des aspects de l’invention, ledit élément électriquement isolant a une forme sensiblement parallélépipèdique rectangulaire. Selon l’un des aspects de l’invention, le porte-balai comporte en outre un couvercle agencé pour couvrir le capteur. Selon l’un des aspects de l’invention, ledit couvercle s’étend parallèlement suivant l’axe de rotor. Selon l’un des aspects de l’invention, le support de porte-balai comporte : - une première face sur laquelle les première et deuxième portions de connexion s'étendent parallèlement suivant l'axe de rotor ; et - une deuxième face sur laquelle le couvercle s'étend parallèlement suivant l'axe de rotor dans une direction opposée à celle des première et deuxième portions suivant l'axe de rotor. Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comporte au moins un orifice agencé pour coopérer avec une excroissance du support. Selon l’un des aspects de l’invention, le couvercle comporte une zone bombée s’étendant selon l’axe de rotor. Selon l’un des aspects de l’invention, le porte-balai comporte un encapsulant entre le capteur et le couvercle. L’encapsulant permet de protéger le capteur contre les chocs et les vibrations, mais aussi les contraintes environnementales telles que l’humidité, les agressions chimiques, le brouillard salin. Selon l’un des aspects de l’invention, l’encapsulant est choisi parmi des résines polyuréthane, des résines silicone, des gels silicone, des résines époxy. Selon l’un des aspects de l’invention, le porte-balai comporte l’un au moins des capteurs choisis parmi un capteur de température, un capteur à effet hall. On peut donc prévoir que le porte-balai comporte au moins un capteur à effet hall, chacun destiné à mesurer la position angulaire du porte-balai et un capteur de température. On peut prévoir que le porte-balai comporte au moins trois capteurs à effet hall et/ou un capteur de température. Selon l’un des aspects de l’invention, le capteur de température est choisi parmi une thermistance, telle qu’une thermistance de type CTN (coefficient de température négatif), et un thermocouple. Selon l’un des aspects de l’invention, le porte-balai comporte au moins deux oreilles situées sur chaque côté dudit logement. Selon l’un des aspects de l’invention, ledit logement est de forme rectangulaire. Selon l’un des aspects de l’invention, ledit logement s’étend radialement à l’axe autour duquel le mouvement de rotation dudit rotor se fait. Selon l’un des aspects de l’invention, le porte-balai comporte un orifice agencé pour recevoir une vis de fixation agencée pour fixer le porte-balai à un carter de la machine électrique tournante, ledit carter étant agencé pour supporter ledit rotor. Selon l’un des aspects de l’invention, chaque oreille comporte un orifice agencé pour recevoir une vis de fixation agencée pour fixer le porte-balai à un carter de la machine électrique tournante, ledit carter étant agencé pour supporter ledit rotor. Selon l’un des aspects de l’invention, la vis de fixation est agencée pour fixer le porte-balai sur le palier arrière dudit carter de la machine électrique tournante. Selon l’un des aspects de l’invention, ledit carter comporte un palier avant et un palier arrière. Selon l’un des aspects de l’invention, le porte-balai comporte : - au moins un plot d'indexage permettant d'indexer ledit porte-balai sur ledit palier arrière dans une direction. L’invention a encore pour objet une machine électrique tournante, notamment pour véhicule, la machine électrique tournante comportant : - un rotor ; - au moins un balai permettant l’alimentation électrique dudit rotor ; et - le porte-balai selon l’invention. L’invention a encore pour objet un procédé de fabrication d’un porte-balai pour une machine électrique tournante, ledit procédé comportant l’étape suivante : - fixer un capteur, notamment un capteur de température, à un support d’un porte-balai selon l’invention comportant un logement agencé pour recevoir un balai permettant l’alimentation électrique d’un rotor de la machine électrique tournante. Selon l’un des aspects de l’invention, le procédé comportant une étape de soudage pour fixer le capteur au support. Selon l’un des aspects de l’invention, le procédé comporte en outre l’étape suivante : - surmouler un élément électriquement isolant autour du capteur. Selon l’un des aspects de l’invention, le procédé comporte en outre l’étape suivante : - attacher un couvercle agencé pour couvrir le capteur au support de porte-balai, par exemple par soudure ultrason ou par surmoulage. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels : représente schématiquement et partiellement, une vue en coupe transversale d’une machine électrique tournante comportant un porte-balai selon l’invention, représente schématiquement et partiellement, une vue en perspective d’un porte-balai selon un premier mode de réalisation de l’invention, représente schématiquement et partiellement, des connectiques du porte-balai selon un premier mode de réalisation de l’invention et une thermistance, représente schématiquement et partiellement, une vue en perspective des connectiques du porte-balai selon un premier mode de réalisation avec un élément de retenue, représente schématiquement et partiellement, une vue de dessous du porte-balai selon l’invention, représente schématiquement et partiellement, une vue en perspective d’un porte-balai selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, représente schématiquement et partiellement, une vue en coupe du porte-balai de la . Les modes de réalisation qui sont décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs ; on pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. En particulier, toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique. La représente une machine électrique tournante 2, compacte et polyphasée, comportant un porte-balai 4 selon l’invention. Cette machine électrique tournante 2 transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique, en mode alternateur, et peut fonctionner en mode moteur pour transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine électrique tournante 2 est, par exemple, un alternateur, un alterno-démarreur ou une machine réversible. La machine électrique tournante 2 comporte un carter 6. A l'intérieur de ce carter 6, la machine électrique tournante 2 comporte, en outre, un arbre 8, un rotor 10 solidaire en rotation de cet arbre de rotor 8 et un stator 12 entourant le rotor 10. Le mouvement de rotation du rotor 10 se fait autour d'un axe A, à savoir l’axe de rotor. Dans la suite de la description, les dénominations axiales, radiales, extérieures et intérieures se réfèrent à l'axe A traversant en son centre l'arbre de rotor 8. La direction axiale correspond à l'axe A alors que les orientations radiales correspondent à des plans concourants, et notamment perpendiculaires, à l'axe A. Dans cet exemple, le carter 6 comporte un palier avant 14 et un palier arrière 16. Ces paliers 14, 16 sont assemblés ensemble. Ces paliers 14, 16 sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un roulement à billes (non-représenté) respectif pour le montage à rotation de l'arbre 8. Le porte-balai 4 comporte deux logements 18 distincts dans lesquels sont insérés des balais 20. Chaque logement 18 est agencé de sorte que le balai 18 associé vienne en contact de la bague collectrice 22 correspondante. Chaque balai 20 s'étend dans une direction radiale par rapport à l'axe A. La machine électrique tournante 2 comporte en outre un dispositif électronique de puissance, par exemple un onduleur 24. Le porte-balai 4 est agencé pour être connecté à cet onduleur 24. On a représenté sur les figures 2 à 5 un porte-balai 4 pour une machine électrique tournante 2 pour véhicule selon un premier mode de réalisation de l’invention. Ledit porte-balai 4 comporte : - un support 26, en polymère isolant, comportant deux logements 18 agencés pour recevoir un balai 20 permettant l’alimentation électrique d’un rotor 10 de la machine électrique tournante 2 ; et - une thermistance de type CTN (coefficient de température négatif) 28 solidaire du support 26. Grâce au porte-balai 4 selon l’invention, les architectures de la machine électrique tournante 2 sont simplifiées, puisque la thermistance CTN 28, utilisée pour obtenir la température de la machine électrique tournante 2, est solidaire du support 26 de porte-balai 4. Ainsi, le montage de la machine électrique 2 est devenu plus simple sans encombrer davantage la machine électrique tournante 2. Comme on voit sur la figue 2, les deux logements 18 sont de forme rectangulaire et s’étendent radialement à l’axe A. En se référant à la , le support 26 comporte deux oreilles 30 situées sur chaque côté des deux logements 18. Chaque oreille 30 comporte un orifice agencé pour recevoir une vis de fixation 32 agencée pour fixer le porte-balai 4 sur le palier arrière 16 dudit carter 6 de la machine électrique tournante 2. Le porte-balai 4 comporte, un premier plot d'indexage 34 permettant d'indexer ledit porte-balai 4 sur ledit palier arrière 16 dans une première direction et un deuxième plot d'indexage 36 permettant d'indexer ledit porte-balai 4 sur ledit palier arrière 16 dans une seconde direction. Comme illustré sur la , la thermistance CTN 28 est solidaire du support 26 par l’intermédiaire de deux premiers barreaux électriquement conducteurs 38 reliés à deux premières portions de connexion 40 destinées à être connectées à l’onduleur 24. La thermistance CTN 28 est solidaire aux extrémités des deux premiers barreaux électriquement conducteurs 38 par soudage. Toujours dans l’exemple de la , le porte-balai 4 comporte : - des deux traces d'excitation électriques 42 permettant d’alimenter lesdits balais 20, lesdites traces d’excitation électriques 42 comportant chacune une deuxième portion de connexion 44 destinée à être connectée audit onduleur 24. Ces deuxièmes portions de connexion 44 sont reliées par l’intermédiaire de deux deuxième barreaux électriquement conducteurs 46 à deux troisièmes portions de connexion 48 agencées pour être en contact électrique avec les deux balais 20. Comme illustré sur les figures 2 et 3, les première et deuxième portions de connexion 40, 44 forment une rangée alignée entre elles. Ainsi, la rangée formée par les première et deuxième portions de connexion 40, 44 peut faciliter la connexion dudit porte-balai 4 avec ledit onduleur 24 en une seule manipulation sans que l’utilisateur ait besoin d’effectuer des opérations complexes. Autrement dit, en une seule manipulation, la thermistance 28 et des connectiques 50 permettant d’alimenter les balais 20 sont directement connectées. En outre, l’onduleur 24 peut s’affranchir de l’usage d’un orifice (non-représenté) dans son circuit électronique (non-représenté), ledit orifice étant agencé pour coopérer avec un organe de connexion classique (non-représenté) du porte-balai classique (non-représenté). Dès lors, plus d’espace pour le circuit électronique dans ledit onduleur 24 est libéré et le conditionnement dudit onduleur 24 est réduit. Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, les deux troisièmes portions de connexion 48 sont logées dans lesdits logements 18 de sorte qu’elles puissent être en contact électrique avec les balais 20. Les premières et deuxièmes portions de connexion 40, 44 ont la même forme, à savoir une forme de double-crochet, et ont les mêmes dimensions entre elles. En se référant à la , les troisièmes portions de connexion 48 présentent chacune une forme de section rectangulaire et un élément de connexion femelle 54 destiné à recevoir un élément de connexion mâle (non-représenté), notamment une fiche banane (non-représentée). Comme illustré sur les figures 3 et 4, le porte-balai 4 comporte en outre un élément électriquement isolant 56 ayant une forme sensiblement parallélépipèdique rectangulaire obtenu par surmoulage autour de la thermistance 28. Ledit élément électriquement isolant 56 a une rainure 60 de forme complémentaire de la forme de ladite thermistance 28. L’élément électriquement isolant 56 permet de protéger la thermistance 28 des vibrations mécaniques et des contacts électriques. Comme illustrés sur les figures 2 et 5, le porte-balai 4 comporte en outre un couvercle 62 agencé pour couvrir la thermistance 28. Comme illustrés sur les figures 2 et 5, le support 26 de porte-balai 4 comporte : - une première face 64 sur laquelle les premières et deuxièmes portions de connexion 40, 44 s'étendent parallèlement suivant l'axe A ; et - une deuxième face 66 sur laquelle le couvercle 62 s'étend parallèlement suivant l'axe A dans une direction opposée à celle des première et deuxième portions 40, 44. Ledit couvercle 62 comporte deux orifices 68 agencés pour coopérer avec deux excroissances 70 du support 26 et une zone bombée 72 s’étendant selon l’axe A. Comme illustré sur la , le porte-balai 4 comporte un élément de retenue 74 en matériau électriquement isolant, notamment en polymère électriquement isolant, ledit élément de retenue 74 duquel les première et deuxième portions de connexion 40, 44 sont partiellement solidaires. L’élément de retenue 74 empêche les premiers et deuxièmes barreaux électriquement conducteurs 38, 46 d’entrer en contact les uns avec les autres, par exemple, en raison de vibrations générées par la machine électrique tournante 2 en fonctionnement. Ainsi, le risque de provoquer des faux contacts ou des courts-circuits entre lesdits barreaux 38, 46 est évité. Ledit élément de retenue 74 peut être obtenu, par exemple, par surmoulage autour desdits barreaux électriquement conducteurs 38, 46. On a représenté sur les figures 6 à 7 un porte-balai 4 pour une machine électrique tournante 2 pour véhicule selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Le deuxième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation par la forme des premières et deuxièmes portions de connexion 40, 44 et la présence d’une ouverture 80 à travers laquelle lesdites portions de connexion 40, 44 s’étendent selon l’axe A. Dans ce deuxième mode de réalisation, les deux premières et deux deuxièmes portions de connexion 40, 44 ont une forme de pattes de connexion. Comme illustré sur la , le porte-balai 4 comporte un encapsulant 82 entre la thermistance 28 et le couvercle 62. L’encapsulant 82 permet de protéger la thermistance 28 contre les chocs et les vibrations, mais aussi les contraintes environnementales telles que l’humidité, les agressions chimiques, le brouillard salin. L’encapsulant 82 est choisi parmi des résines polyuréthane, des résines silicone, des gels silicone, des résines époxy. Bien entendu, l’encapsulant 82 peut être présent entre la thermistance 28 et le couvercle 62 pour tous les modes de réalisation de l’invention. Dans une variante non représentée, le porte-balai 4 comporte des trois capteurs à effet hall (non-représentés). Chaque capteur à effet hall est relié à deux premières portions de connexion, ce qui fait que le porte-balai 4 comporte six premières portions de connexion 40. Dans une autre variante non représentée, le porte-balai 4 comporte les trois capteurs à effet hall (non-représentés) et une thermistance 28, ce qui fait que le porte-balai 4 comporte huit premières portions de connexion 40. Porte-balai (4) pour une machine électrique tournante (2), notamment pour véhicule, ledit porte-balai (4) étant caractérisé en ce qu’il comporte : - un support (26) comportant un logement (18) agencé pour recevoir un balai (20) permettant l’alimentation électrique d’un rotor (10) de la machine électrique tournante (2); - un capteur (28), notamment un capteur de température (28), solidaire du support (26). Porte-balai (4) selon la revendication 1, dans lequel le capteur (28) est solidaire du support (26) par l’intermédiaire d’au moins un premier barreau électriquement conducteur (38) relié à une première portion de connexion (40) destinée à être connectée à un dispositif électronique de puissance (24), notamment à un onduleur (24). Porte-balai (4) selon la revendication 2, comportant en outre : - au moins une trace d'excitation électrique (42) permettant d’alimenter ledit balai (20), ladite trace d’excitation électrique (42) comportant une deuxième portion de connexion (44) destinée à être connectée audit dispositif électronique de puissance (24), cette deuxième portion de connexion (44) étant reliée par l’intermédiaire d’un deuxième barreau électriquement conducteur (46) à une troisième portion de connexion (48) agencée pour être en contact électrique avec le balai (20). Porte-balai (4) selon la revendication 3, dans lequel la troisième portion de connexion (48) est au moins partiellement logée dans ledit logement (18) de sorte qu’elle puisse être en contact électrique avec le balai (20). Porte-balai (4) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les première et deuxième portions de connexion (40, 44) forment une rangée alignée entre elles. Porte-balai (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un élément de retenue (74) en matériau électriquement isolant, notamment en polymère électriquement isolant, ledit élément de retenue (74) duquel les première et deuxième portions de connexion (40, 44) sont au moins partiellement solidaires. Porte-balai (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre un élément électriquement isolant (56) agencé pour recevoir ledit capteur (28). Porte-balai (4) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre un couvercle (62) agencé pour couvrir le capteur (28). Machine électrique tournante (2), notamment pour véhicule, la machine électrique tournante comportant : - un rotor (10) ; - au moins un balai (20) permettant l’alimentation électrique dudit rotor (10) ; et - le porte-balai (4) selon l’une des revendications 1 à 8.