EP0486330B1 - Porte-balai perfectionné pour moteur électrique à collecteur - Google Patents

Porte-balai perfectionné pour moteur électrique à collecteur Download PDF

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EP0486330B1
EP0486330B1 EP19910402468 EP91402468A EP0486330B1 EP 0486330 B1 EP0486330 B1 EP 0486330B1 EP 19910402468 EP19910402468 EP 19910402468 EP 91402468 A EP91402468 A EP 91402468A EP 0486330 B1 EP0486330 B1 EP 0486330B1
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brush holder
shells
brush
holder according
intended
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EP0486330A1 (fr
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Alain Tourret
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ECIA Equipements et Composants pour lIndustrie Automobile SA
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ECIA Equipements et Composants pour lIndustrie Automobile SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/38—Brush holders
    • H01R39/40—Brush holders enabling brush movement within holder during current collection

Definitions

  • the present invention relates to direct current electric motors, the switching of which is ensured by a collector and brushes elastically urged against it, and more particularly relates to a brush holder intended to be mounted on a plate associated with the stator. such an electric motor.
  • DC electric motors are used, the switching of which is ensured by a collector and brushes elastically biased against the latter. This is for example the case in the automotive industry where such motors are commonly in use for driving windshield wipers, maneuvering window regulators or driving motorized fans.
  • the length of the brush will decrease and so will the distance from its guidance from which it results a tendency to increase the risks of jamming, risks which will worsen due to the lateral wear of the brush in its brush holder due to vibrations and shocks which are manifested in particular during starts and stops.
  • the collector is usually placed at the end of the shaft so that the plate with which the brush holders are associated most often only increases the overall length of the stator of such a motor.
  • a brush holder is for example exposed in the document FR 1 522 538.
  • the solution proposed is far from satisfactory.
  • the object of the invention is to remedy most of the drawbacks briefly recalled above using a brush holder for a DC electric motor plate, the switching of which is ensured by a collector and brushes elastically biased against it.
  • collector which is designed to be mounted on the plate and to receive a brush in order to minimize the risks of jamming of the brush in the brush holder during the operation of the motor, to allow a good ventilation and also to reduce the axial dimension of an engine.
  • the subject of the invention is a brush holder for a DC electric motor stage, the switching of which is ensured by a collector and brushes elastically biased against this collector and of a type described in the last cited document, all of which Elements necessary for the definition of the invention are indicated in the preamble to the main claim and whose distinctive features are set out in particular in the characterizing part thereof.
  • a direct current electric motor usually includes a stator consisting of a middle carcass and end flanges with bearings. It also includes a rotor with a shaft carried by these bearings and on which a collector is mounted. All this is classic and therefore not shown, nor described more fully.
  • Such a motor usually comprises a brush holder plate 10 connected to the stator by appropriate fixing means and often close to one of the end flanges.
  • a plate is practically plumb or in the immediate vicinity of the collector.
  • the plate 10 is conventionally in the form of a plate 100 pierced with an aperture 101 for the passage of the shaft and / or the manifold, as well as at least one recess 102 intended to receive a brush holder 11 which is mounted therein using a mounting device 103.
  • the plate 10 is also intended to further receive brushes 12, or coals, which are usually in the form of sticks 120 of circular or polygonal cross section which are able to move freely in the brush holders 11 which receive them.
  • An elastic biasing member 13 acts on each brush 12 in order to make it slide in the brush holder in the radial direction and in the centripetal direction so as to apply it closely against the collector.
  • a suitable electrical connection connects this brush or carbon to the rest of the electrical circuit of the motor, as is well known.
  • a brush holder 11 according to the invention is in the manner of a hollow chimney 110 with two projecting lateral wings 1100, as illustrated.
  • This chimney as it appears in Figures 2, 3A and 3B, has a polygonal cross section and preferably quadrangular or hexagonal.
  • the chimney 110 is made up of two U-shaped half-shells 111 and 112. As can be seen, each of the two half-shells 111 and 112 is made up of two opposite branches 1111 and 1121, respectively, which are connected by a bridge. 1112 and 1122 respectively. Each of the branches is also provided with a flange 1113 and 1123, respectively, which is practically parallel to the corresponding bridge and directed in the opposite direction.
  • the distance between two opposite branches of one of the half-shells, measured near the corresponding bridge, is greater than this same distance from the other of the half-shells.
  • these half-shells are joined by their edges so as to constitute this chimney and so that at least two of these edges constitute the wings and form in part the mounting device 103 of the door -broom on the stage, as will be understood later.
  • the cross section of the chimney is then quadrangular.
  • the straight section of the chimney is then for example hexagonal.
  • the recess 102 is delimited by two opposite sections 1020 in each of which a groove 1030 is dug.
  • This groove constitutes a part of the mounting device 103.
  • the other part of this mounting device 103 is constituted by the margin 1114, 1124 d a flange 1113, 1123 which serves as a tongue and which is intended to be engaged in the groove 1030.
  • one of the branches 1111 has a slot 113 oriented practically parallel to the bridge 1112, and intended for the passage of a member for the elastic stress of a brush, member which is, for example, in the form of a hairpin spring.
  • the elastic biasing member is in the form of a coil spring which is inserted into the chimney 110 so that one of its ends bears on the chimney opposite the collector and that the other of its ends rests on the broom.
  • a stick-shaped broom 120 is used, for example with an approximately square cross section which is provided with at least one axial peripheral promontory 1201 with edges 1202.
  • one at less 1112 bridges is arranged to have a clearance 114 with sides 1141 practically parallel to a corresponding branch 1141 and intended for the passage of this promontory.
  • the sides 1141 of the clearance cooperate with the edges 1202 of the headland of the brush to guide it.
  • the width of the openings is different so that only the flanks of one of them guide and effectively direct the corresponding edges 1202 of a promotion.
  • the size of the recesses and their judicious arrangement allow the brush holders to be left free, practically on all sides, and to give them a large accessible surface. In this way, the brush holders can be easily ventilated and dissipate calories by radiation in particular.
  • a brush holder is used, at least one of the two shells of which is metallic, for example made of brass board or the like which is made by conventional operations of cutting, stamping and bending, folding.
  • the plate is made of a synthetic resin obtained for example by molding.
  • the section of a brush itself is essentially a function of the current to be conveyed and can vary considerably with the power of the motor and the material of which the brush is made.

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  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Description

  • La présente invention concerne les moteurs électriques à courant continu dont la commutation est assurée par un collecteur et des balais sollicités élastiquement contre celui-ci, et a plus particulièrement pour objet un porte-balais destiné à être monté sur une platine associée au stator d'un tel moteur électrique.
  • Dans de nombreux secteurs industriels, on utilise des moteurs électriques à courant continu dont la commutation est assurée par un collecteur et des balais sollicités élastiquement contre ce dernier. C'est par exemple le cas de l'industrie automobile où de tels moteurs sont couramment en service pour entraîner des essuie-glaces, manoeuvrer des lève-vitres ou animer des moto-ventilateurs.
  • Ces moteurs dont le coût doit être le plus modique possible, doivent satisfaire à des desiderata qui sont très souvent contradictoires.
  • Pour que ces moteurs fonctionnent correctement, il faut que les balais ou charbons soient appliqués soigneusement et régulièrement contre le collecteur sur lequel ils frottent pour assurer la continuité électrique. Or ces balais sont soumis à la fois à une force radiale centripète qui tend à les appliquer contre le collecteur et à des forces tangentielles de frottement au niveau de leurs zones de contact avec le collecteur si bien que ces balais subissent une résultante dont le couple tend à les faire dévier de la position radiale théorique. Pour contrebalancer cette tendance au basculement, il faut assurer un guidage précis du balai et sur une distance relativement importante, et avec un jeu minimal. A mesure du fonctionnement d'un tel moteur, la longueur du balai va diminuant et il en est de même de la distance de son guidage d'où il résulte une tendance à l'augmentation des risques de coincement, risques qui vont s'agravant du fait de l'usure latérale du balai dans son porte-balais dûe aux vibrations et aux chocs qui se manifestent en particulier lors des démarrages et des arrêts.
  • Ces difficultés liées à des défauts de guidage du balai dans son porte-balai se traduisent notamment par des échauffements supplémentaires par effet Joule résultant des mauvais contacts électriques, échauffements qui s'ajoutent à ceux du fonctionnement normal du moteur et provenant par exemple de l'échauffement des bobinages et des paliers. Il est donc nécessaire d'évacuer les calories qui sont ainsi générées si l'on ne veut pas voir les pièces en matériaux isolants tout spécialement en résines synthétiques qui composent habituellement certains des constituants du moteur se déformer, fondre voire même s'enflammer. Il faut donc faire en sorte que les calories qui prennent naissance au voisinage des balais et des porte-balais puissent être dissipées par conduction et aussi par rayonnement. Si l'on garde présent à l'esprit que les moteurs sont habituellement faits d'un stator qui les enveloppe pratiquement totalement, on imagine aisément que la ventilation d'un porte-balai n'est pas chose aisée.
  • Il est aussi courant de faire en sorte que la puissance volumique de tels moteurs soit la plus grande possible, et ceci impose de leur donner une géométrie qui occupe le volume minimal. Or pour ce type de moteur, le collecteur est habituellement placé en bout d'arbre si bien que la platine à laquelle sont associés les porte-balais ne fait le plus souvent qu'augmenter la longueur hors tout du stator d'un tel moteur.
  • Un porte-balai est par exemple exposé dans le document FR 1 522 538. La solution proposée est loin d'être satisfaisante.
  • Un autre exemple de solution fait l'objet du document FR 2 631 176.
  • Le but de l'invention est de remédier à la plupart des inconvénients brièvement rappelés précédemment à l'aide d'un porte-balai pour platine de moteur électrique à courant continu dont la commutation est assurée par un collecteur et des balais sollicités élastiquement contre ce collecteur, qui est conçu de manière à être monté sur la platine et à recevoir un balai afin de minimiser les risques de coincement du balai dans le porte-balai au cours du fonctionnement du moteur, d'autoriser une bonne ventilation et aussi de réduire l'encombrement axial d'un moteur.
  • L'invention a pour objet un porte-balai pour platine de moteur électrique à courant continu dont la commutation est assurée par un collecteur et des balais sollicités élastiquement contre ce collecteur et d'un type exposé dans le documemt cité en dernier lieu dont tous les eléments nécessaires à la définition de l'invention sont indiqués dans le préambule de la revendication principale et dont les particularités distinctives sont énoncées notamment dans la partie caractérisante de celle-ci.
  • D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description et des revendications qui suivent ainsi qu'à l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, où :
    • les Figures 1A et 1B sont des vues en élévation partielle de deux modes de réalisation d'un porte-balai pour platine de moteur électrique à courant continu selon l'invention;
    • la Figure 2 est une coupe selon la ligne 2-2 de la Figure 1A;
    • les Figures 3A et 3B sont des coupes selon la ligne 3-3 de la Figure 1B de deux variantes d'un autre mode de réalisation de l'invention.
  • Les moteurs électriques à courant continu dont la commutation est assurée par un collecteur et des balais sollicités élastiquement contre lui sont bien connus dans la technique. C'est pourquoi, on ne décrira dans ce qui suit, que ce qui concerne directement ou indirectement l'invention. Pour le surplus, le spécialiste de la technique considérée puisera dans les solutions courantes classiques à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté.
  • Dans ce qui suit, un même numéro de référence identifie toujours un élément homologue quel que soit le mode réalisation et sa variante.
  • Pour la commodité de l'exposé, on décrira successivement chacun des constituants d'un porte-balai perfectionné selon l'invention avant d'en exposer le montage et le fonctionnement.
  • Comme il est classique, un moteur électrique à courant continu comprend, habituellement, un stator constitué d'une carcasse médiane et de flasques d'extrémité avec des paliers. Il comprend aussi un rotor avec un arbre porté par ces paliers et sur lequel est monté un collecteur. Tout ceci est classique et pour cela non représenté, ni décrit plus amplement.
  • Un tel moteur comprend, habituellement, une platine 10 porte-balais reliée au stator par des moyens de fixation appropriés et souvent proche d'un des flasques d'extrémité. Une telle platine est pratiquement à l'aplomb ou au voisinage immédiat du collecteur.
  • La platine 10 se présente classiquement sous la forme d'une plaque 100 transpercée d'un ajour 101 pour le passage de l'arbre et/ou du collecteur, ainsi que d'au moins un évidement 102 destiné à recevoir un porte-balai 11 qui y est monté à l'aide d'un dispositif de montage 103.
  • La platine 10 est aussi destiné à recevoir en outre des balais 12, ou charbons, qui se présentent habituellement sous forme de batonnets 120 à section droite circulaire ou polygonale qui sont aptes à se déplacer librement dans les porte-balais 11 qui les reçoivent. Un organe de sollicitation élastique 13 agit sur chaque balai 12 afin de le faire coulisser dans le porte-balai en direction radiale et dans le sens centripète de manière à l'appliquer étroitement contre le collecteur. Une liaison électrique appropriée relie ce balai ou charbon au reste du circuit électrique du moteur, comme il est bien connu.
  • Un porte-balai 11 selon l'invention se présente à la manière d'une cheminée 110 creuse avec deux ailes 1100 latérales saillantes, comme illustré. Cette cheminée comme cela apparaît sur les Figures 2, 3A et 3B, a une section droite polygonale et de préférence quadrangulaire ou hexagonale.
  • La cheminée 110 est constituée de deux demi-coquilles 111 et 112 en U. Comme on peut l'observer, chacune des deux demi-coquilles 111 et 112 est composée de deux branches opposées 1111 et 1121, respectivement, qui sont reliées par un pont 1112 et 1122 respectivement. Chacune des branches est aussi pourvue d'un rebord 1113 et 1123, respectivement, qui est pratiquement parallèle au pont correspondant et dirigé dans le sens opposé.
  • Comme on peut l'observer sur le dessin, de préférence la distance entre deux branches opposées d'une des demi-coquilles, mesurée à proximité du pont correspondant, est plus grande que cette même distance de l'autre des demi-coquilles.
  • Comme cela ressort aussi de l'observation du dessin, ces demi-coquilles sont réunies par leurs rebords de manière à constituer cette cheminée et de manière que deux au moins de ces rebords constituent les ailes et forment pour partie le dispositif de montage 103 du porte-balai sur la platine, comme on le comprendra par la suite.
  • La technique utilisée pour réunir les deux demi-coquilles par leurs rebords est courante. On peut utiliser par exemple un vissage, un rivetage, un agrafage, un soudage, un collage, etc selon la nature des matériaux utilisés.
  • Comme on peut l'observer, lorsque les branches opposées d'au moins une des demi-coquilles sont pratiquement parallèles, la section droite de la cheminée est alors quadrangulaire. Selon une autre variante d'exécution, lorsque les branches opposées d'au moins une des demi-coquilles sont inclinées relativement l'une à l'autre et convergentes vers le pont, la section droite de la cheminée est alors par exemple hexagonale.
  • L'évidement 102 est délimitée par deux tranches 1020 opposées dans chacune desquelles est creusée une rainure 1030. Cette rainure constitue une partie du dispositif de montage 103. L'autre partie de ce dispositif de montage 103 est constituée par la marge 1114, 1124 d'un rebord 1113, 1123 qui sert de languette et qui est destiné à être engagée dans la rainure 1030.
  • Il est clair qu'au lieu d'utiliser un dispositif de montage 103 qui est situé dans l'épaisseur de la platine comme indiqué précédemment, on peut utiliser une technique grâce à laquelle le porte-balai selon l'invention est appliqué et maintenu contre l'une des faces 1000 de la platine; on peut opérer par vissage, rivetage, agrafage, soudage, collage,...
  • Comme on peut l'observer pour l'un des modes de réalisation, l'une des branches 1111 présente une fente 113 orientée pratiquement parallèle au pont 1112, et destinée au passage d'un organe pour la sollicitation élastique d'un balai, organe qui se présente, par exemple, sous la forme d'un ressort en épingle à cheveux.
  • Pour un autre mode de réalisation, l'organe de sollicitation élastique se présente à la manière d'un ressort à boudin qui est inséré dans la cheminée 110 de manière que l'une de ses extrémités prennent appui sur la cheminée à l'opposé du collecteur et que l'autre de ses extrémités repose sur le balai.
  • Dans une des variantes de réalisation, on utilise un balai en forme de batonnet 120, par exemple à section droite approximativement carrée qui est muni d'au moins un promontoire 1201 périphérique axial avec des bords 1202. Dans un tel cas, l'un au moins des ponts 1112 est aménagé de manière à présenter un dégagement 114 avec des flancs 1141 pratiquement parallèle à une branche 1141 correspondante et destiné au passage de ce promontoire. De la sorte, les flancs 1141 du dégagement coopèrent avec les bords 1202 du promontoire du balai pour le guider. De préférence, la largeur des dégagements est différente de manière que seuls les flancs de l'un d'eux guident et dirigent effectivement les bords 1202 correspondants d'un promotoire.
  • En utilisant des demi-coquilles avec des distances entre branches dissemblables et/ou des largeurs de dégagements inégales, on s'affranchit des contraintes liées à une mise en repérage précise de ces demi-coquilles lors de leur assemblage et de leur fixation.
  • La taille des évidements et leur disposition judicieuse permettent de laisser libre, pratiquement de toutes parts, les porte-balais et de leur conférer une grande surface accessible. De la sorte, les porte-balais peuvent être facilement ventilés et dissiper des calories par rayonnement notamment.
  • L'adoption d'un dispositif de montage qui ne met à contribution que le bout, la marge des ailes de la cheminée des porte-balais réduit au minimum minimorum les transferts de calories par conduction entre porte-balais et platine.
  • Pour les modes de réalisation illustrés, on utilise un porte-balai dont l'une au moins des deux coquilles est métallique, par exemple faite en planche de laiton ou analogue qui est confectionnée par des opérations classiques de découpage, emboutissage et cintrage, pliage. De préférence, la platine est, elle, faite en une résine synthétique obtenue par exemple par moulage.
  • Avec la solution de l'invention, il est possible de faire des porte-balais dont l'encombrement, hors tout, dans la direction axiale, est réduit à l'épaisseur du balai lui-même ou bien est seulement égal à cette épaisseur augmentée de celles des demi-coquilles ainsi que du jeu de fonctionnement entre balai et porte-balai. Comme on le sait, la section d'un balai proprement dit est essentiellement fonction du courant à véhiculer et peut varier notablement avec la puissance du moteur et le matériau dont est fait le balai.
  • De ce qui précède, on comprend tout l'intérêt d'un porte-balai selon l'invention.

Claims (10)

  1. Porte-balai pour platine de moteur électrique à courant continu dont la commutation est assurée par un collecteur et des balais sollicités élastiquement contre ce collecteur, porte-balai destiné à être monté sur la platine et à recevoir un balai logé dans une cheminée creuse à section droite polygonale, caractérisé en ce qu'il comprend une cheminée (110) avec deux ailes (1100) latérales saillantes qui est constituée de deux demi-coquilles (111, 112) en U composées, chacune, de deux branches (1111) opposées qui sont reliées par un pont (1112) et qui présentent, chacune, un rebord (1123) pratiquement parallèle à ce pont (1112) et dirigé dans le sens opposé, ces demi-coquilles (111, 112)) étant réunies par leurs rebords (1113) de manière à constituer cette cheminée (110) et de manière que deux au moins de ces rebords (1113) constituent les ailes (1100) et en ce que les ailes (1100) forment pour partie un dispositif de montage (103) du porte-balai sur la platine.
  2. Porte-balai selon la revendication 1, caractérisé en ce que les branches (1111) opposées d'au moins une des demi-coquilles (111, 112) sont pratiquement parallèles.
  3. Porte-balai selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section droite de la cheminée (110) est quadrangulaire.
  4. Porte-balai selon la revendication 1, caractérisé en ce que les branches (1111) opposées d'au moins une des demi-coquilles (111, 112) sont inclinées et convergentes vers le pont (112).
  5. Porte-balai selon la revendication 4, caractérisé en ce que la section droite de la cheminée (110) est hexagonale.
  6. Porte-balai selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'une des branches (1111) présente une fente (113) pratiquement parallèle au pont (112) et destinée au passage d'un organe (13) pour la sollicitation élastique d'un balai (12).
  7. Porte-balai selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 destiné à recevoir un balai (12) en forme de batonnet (120) avec au moins un promontoire (1201) périphérique axial, caractérisé en ce que l'un au moins des ponts (1112, 1122) présente un dégagement (114) pratiquement parallèle à une branche (1111, 1121) correspondante et destiné au passage de ce promontoire (1201).
  8. Porte-balai selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 destiné à être monté sur une platine (10) faite d'une plaque (100) transpercé d'au moins un évidement (102) délimité par deux tranches (1020) opposées, caractérisé en ce que le dispositif de montage (103) est fait pour partie par une marge (1114, 1124) d'un rebord (1113, 1123) qui sert de languette et pour partie par une rainure (1030) ménagée dans chacune de ces tranches (1020) et destinée à recevoir cette languette.
  9. Porte-balai selon la revendication 8 où la platine (10) est faite en résine synthétique, caractérisé en ce que l'une au moins des deux demi-coquilles (111, 112) est métallique.
  10. Porte-balai selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance entre deux branches (111) opposées d'une des demi-coquilles (111, 112) mesurée à proximité du pont (112) correspondant est plus grande que cette même distance de l'autre des demi-coquilles (111, 112).
EP19910402468 1990-11-13 1991-09-17 Porte-balai perfectionné pour moteur électrique à collecteur Expired - Lifetime EP0486330B1 (fr)

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