FR2979491A1 - Porte-balai de moteur electrique a collecteur, moteur electrique ainsi equipe et machine-outil a main equipee d'un tel moteur electrique - Google Patents

Abstract

Porte-balai (10) de moteur électrique, notamment de moteur à courant continu comportant un logement (12) ainsi qu'une paroi latérale (113) délimitant le logement (12), un balai en carbone (2) placé dans le logement (12) et un premier ressort (13) poussant le balai en carbone (2) dans la direction longitudinale (42) du logement (12), le porte-balai (10) ayant un second ressort (14). La paroi latérale (113) comporte une rainure (16) qui la traverse et est formée par une patte (14) poussant le balai en carbone (2) contre la surface enveloppe (11) du logement (12) et qui constitue le second ressort (14).

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un porte-balai de mo- teur électrique, notamment de moteur à courant continu comportant un logement ainsi qu'une paroi latérale délimitant le logement, recevant un balai en carbone placé et un premier ressort poussant le balai en car- bone dans la direction longitudinale du logement, le porte-balai ayant un second ressort. L'invention se rapporte également à un moteur électrique équipé d'un tel porte-balai et une machine-outil à main équipée d'un moteur électrique avec un tel porte-balai et son procédé de réalisation. Etat de la technique On connaît des machines électriques comportant des ba- lais en carbone pour la commutation, c'est-à-dire le changement de l'alimentation entre les branches de courant. De telles machines élec- triques sont par exemple des moteurs électriques, notamment des mo- teurs à courant continu. Les balais en carbone sont dans un logement ou porte-balai (encore appelé carquois ou porte-contacts glissants). Les balais sont appliqués dans la direction radiale sur le collecteur et leurs contacts électriques sont reliés aux branches de courant. Pour garantir la sécurité du contact électrique, les balais sont poussés dans la direc- tion radiale par des ressorts contre le collecteur. Un tel balai en carbone est logé avec un faible jeu dans son porte-balai pour qu'il puisse y glisser sans frottement. Bien que le jeu soit faible, il est suffisant pour autoriser un mouvement de nutation du balai en carbone, c'est-à-dire autoriser le balai en carbone d'osciller dans son logement. Le mouvement de nutation est par exemple déclenché par les vibrations de l'appareil, les secousses et/ou le collecteur qui n'est pas parfaitement de révolution. Le mouvement de nutation provoque le soulèvement au moins partiel du ou des balais en carbone par rapport au collecteur, ce qui se traduit par une usure irrégulière. De plus, on peut avoir des étincelles, c'est-à-dire le développement d'un arc électrique entre le balai en carbone et le commutateur car la densité du courant augmente à cause de la surface de contact réduite. Cela se traduit en première ligne par une usure excessive réduisant fortement la durée de vie des balais en carbone. Cela détériore également la régularité du fonctionnement du collecteur avec un risque de variation de la vitesse de rotation. En outre, cela se traduit également par une réduction du rendement du moteur et aussi une augmentation des parasites du fait de la détériora- tion de la compatibilité électromagnétique (encore appelée compatibilité EMV). Le document DE 31 42 879 Al décrit un porte-balai dont le balai est guidé entre les branches opposées d'un ressort-lame en forme de U, de manière à éviter que le balai en carbone ne se mette à osciller dans le logement. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un porte- balai économique et simple à réaliser qui réduise également le mouvement de nutation du balai en carbone ou évite ce mouvement et qui convient pour les moteurs électriques développant des niveaux de tem- pérature très élevés sur les balais en carbone. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un porte-balai de mo- teur électrique, notamment de moteur à courant continu comportant un logement ainsi qu'une paroi latérale délimitant le logement, recevant un balai en carbone placé et un premier ressort poussant le balai en carbone dans la direction longitudinale du logement, le porte-balai ayant un second ressort et il est caractérisé en ce que la paroi latérale comporte une rainure qui la traverse et est formée par une patte poussant le balai en carbone contre la surface enveloppe du logement et constituant le second ressort. Comme le second ressort selon l'invention est réalisé par la patte, on utilisera ci-après comme synonymes les expressions "second ressort" et "patte".

Selon l'invention, le balai en carbone est poussé par le second ressort contre la surface enveloppe du collecteur. Ainsi, l'espace disponible pour le balai en carbone dans la région du second ressort, est diminué, si bien que le balai en carbone est guidé sans jeu dans son logement. L'effet de ressort du second ressort compense les variations de distance entre le balai en carbone et le porte-balai et/ou un collec- teur du moteur électrique équipé du porte-balai ; ces variations sont engendrées pendant le fonctionnement du moteur électrique par exemple par les irrégularités, le défaut de mouvement circulaire, le jeu des paliers, les variations de température, etc.. Les mouvements relatifs entre le balai en carbone et le logement sont limités voire évités et le mouvement de nutation du balai en carbone sera diminué dans le volume de réception voire supprimé ce qui prolonge la durée d'utilisation du balai en carbone et ainsi l'intervalle d'entretien du balai en carbone. De plus, le collecteur s'use moins.

Comme la patte est élastique et génère une force de rap- pel appliquée contre le balai poussé contre la surface enveloppe, le second ressort permet également très largement le glissement du balai en carbone dans la direction longitudinale dans le logement du porte-balai ce qui n'empêche ni le montage du balai dans le logement, ni la poussée du balai contre le collecteur. De façon préférentielle, la patte a une extrémité ouverte débouchant dans le volume intérieur. L'extrémité ouverte est prévue de préférence sur le côté tourné vers le collecteur. D'une façon particulièrement préférentielle, la patte est cintrée dans l'espace de réception, vers le haut de sorte qu'elle est en saillie par son extrémité ouverte dans le logement et réduit dans celui-ci la patte. Le débattement de la patte dans le logement est de préférence le plus grand à l'extrémité libre pour éviter à cet endroit le mouvement relatif entre le balai en carbone et le logement de réception.

La rainure a de préférence deux branches longitudinales et une branche transversale reliant les branches longitudinales. Selon un développement préférentiel, la rainure a une forme de U. Mais de manière préférentielle on a également d'autres formes de patte dans lesquelles les branches longitudinales et/ou la branche transversale font un angle les unes par rapport aux autres et/ou sont arrondies ou sont réalisées de façon analogue. La patte a de préférence deux arêtes longitudinales et une arête transversale. Elle est de préférence rectangulaire ou en forme de languette. Selon un mode de réalisation préférentiel, les arêtes longi- tudinales et/ou l'arête transversale sont recourbées vers l'extérieur par rapport au logement si bien que la région d'appui de la patte contre le balai en carbone est arrondie sans arêtes vives. Les arêtes longitudinales et/ou l'arête transversale de la patte ne provoquent aucune usure du balai en carbone.

De façon préférentielle, la paroi latérale est en un métal ou un alliage métallique, notamment en acier à ressort si bien que la patte fonctionne comme un ressort-lame. Selon ce mode de réalisation, la rigidité de ressort de la patte est donnée par sa longueur, sa forme, notamment son cintrage dans le logement et l'épaisseur de la matière ; la patte peut s'adapter très simplement à chaque application. De ma- nière particulièrement préférentielle, la paroi latérale est une pièce emboutie de préférence en tôle, ce qui est possible de manière économique avec les procédés usuels. Mais en principe, on peut également envisager une forme de réalisation en matière plastique. Par rapport à la paroi la- térale fabriquée en matière plastique, la paroi latérale fabriquée en mé- tal ou en un alliage métallique, a l'avantage de ne pas nécessiter de forme inclinée pour le démoulage, c'est-à-dire qu'elle peut être fabriquée avec des tolérances plus étroites. En outre, la matière plastique ne convient pas aux moteurs électriques dans lesquels on rencontre des tem- pératures très élevées au niveau du porte-balai. Selon un développement particulièrement avantageux, la patte est réalisée par découpage, emboutissage de la paroi latérale du porte-balai pour qu'elle reste reliée à l'extrémité de la paroi latérale, en une seule pièce. La patte est alors de préférence reliée en une seule pièce à la paroi latérale par son côté opposé à celui du collecteur. Ainsi, pour le second ressort, il ne faut aucune pièce supplémentaire ni de point de jonction sous la forme d'une soudure ou d'une brasure, dans une zone collée ou d'un élément analogue. De ce fait, le dispositif est très robuste.

Le logement a de préférence une forme sensiblement pa- rallélépipédique. Dans cette forme de réalisation, la paroi latérale est l'une des parois latérales du parallélépipède et la patte pousse le balai en carbone contre la paroi latérale opposée à la paroi précédente. En principe, on peut également envisager d'autres formes géométriques, notamment une forme ronde ou ovale pour le logement de réception.

La patte est de préférence sensiblement au milieu de la ligne médiane de la paroi latérale. Elle pousse ainsi le balai en carbone avec une poussée régulière contre la surface enveloppe de la paroi latérale opposée. On peut également envisager une forme de réalisation comportant plusieurs pattes, notamment deux pattes de préférence sy- métriques par rapport à la ligne médiane et qui poussent en commun le balai en carbone contre la surface enveloppe. Le problème de l'invention est également résolu par un moteur électrique, notamment un moteur à courant continu équipé d'un porte-balai tel que défini ci-dessus. Le moteur électrique a ainsi un meilleur rendement de moteur ; les variations de vitesse de rotation sont plus réduites et le moteur a de meilleures valeurs de compatibilité électromécanique par comparaison à un moteur électrique ayant un porte-balai sans second ressort pour éviter la nutation du balai en car- bone. Grâce à l'augmentation de la durée de vie du balai en carbone, on aura un intervalle d'entretien plus grand. Enfin, le problème est résolu par une machine-outil à main ou outillage électroportatif équipé d'un tel moteur électrique. La machine-outil à main est de préférence une perceuse ou un perforateur.

Enfin, le problème est résolu par un procédé destiné à équipé un porte-balai avec un logement et une paroi latérale délimitant le logement, un balai en carbone placé dans le logement et un premier ressort qui pousse le balai en carbone dans la première direction longitudinale de la chambre de réception, comprenant les étapes suivantes : - mise en place d'une patte formant un second ressort dans la paroi latérale en découpant à la presse une rainure traversant une des deux parois latérales, et - cintrage de la patte vers le logement. Le procédé permet d'équiper des porte-balai usuels sans second ressort rond, de manière simple et économique. Dessin La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de porte-balai de moteur électrique représenté dans le dessin annexé dans lequel : - la figure unique est une vue isométrique d'un porte-balai positionné face à un collecteur. Description d'un mode de réalisation de l'invention Le porte-balai 10 selon la figure fait partie d'un moteur électrique non représenté comportant un collecteur 3. Le collecteur 3 est concentrique à Faxe de rotation 4. Le collecteur comporte des contacts électriques 31 pour alimenter les différentes branches de courant du moteur électrique. Le porte-balai 10 comporte un logement 12 recevant un balai 2 en carbone qui n'est suggéré ici que de manière schématique par un trait mixte. Le logement 12 a une direction longitudinale 42 issue radialement de faxe de rotation 4. Ainsi, le balai en carbone 2 est appliqué dans la direction radiale 42, c'est-à-dire la direction longitudinale 42 du logement 12 contre le collecteur 3.

Le logement 12 du mode de réalisation présenté du porte- balai 10 selon l'invention, a une forme sensiblement parallélépipédique avec quatre parois latérales 111, 112, 113, 114 sensiblement perpendiculaires les unes aux autres. Trois des quatre parois latérales 112, 113, 114 sont réalisées par une pièce unique, emboutie, et la quatrième pa- roi latérale 111 est constituée par la paroi extérieure d'une autre pièce 5 du porte-balai 10. La pièce emboutie est en métal ou en un alliage métallique. En principe, on peut également avoir des modes de réalisation dans lesquels les quatre parois latérales 111, 112, 113, 114 sont constituées par la même pièce emboutie ou encore des modes de réalisation dans lesquels plusieurs parois latérales 111, 112, 113, 114 sont for- mées par une paroi d'un ou plusieurs autres composants. Dans la suite de la description, les expressions "première paroi" 111 et "paroi du boîtier" seront synonymes. La pièce emboutie est installée contre la paroi de boîtier 111 qui constitue ainsi l'élément de support de la pièce emboutie. Un premier ressort 13 pousse le balai en carbone 2 dans la direction radiale 42 contre le commutateur 3 ; ce ressort est un ressort en spirale fixé à l'autre pièce 5. Le premier ressort 13 comporte un bras 131 avec une extrémité ouverte 132 poussant le balai en carbone 2 contre le collecteur 3. Le balai en carbone 3 est ainsi appliqué sensi- blement perpendiculairement contre le collecteur 3. Le balai en carbone 2 réalise le contact électrique avec la surface de contact 31 du collecteur 3. Mais dans ces conditions, le balai est toutefois fortement sollicité et son usure est particulièrement importante si le balai bouge dans le logement 12, c'est-à-dire s'il bascule ou effectue en quelque sorte un mouvement de nutation. La seconde paroi latérale 112 du porte-balai 10 tournée vers le premier ressort 13 comporte un dégagement 15 par lequel passe le bras 131 du premier ressort 13 à mesure qu'avance l'extrémité du balai en carbone 2 dont la longueur diminue par l'usure contre le collecteur 3. Un second ressort 14 est destiné à éviter ou du moins à réduire le mouvement de nutation du balai en carbone 2 ; ce second ressort pousse le balai en carbone 2 ici dans la direction axiale 41 de l'axe de rotation 4 contre la surface enveloppe 11 du logement 12. Le second ressort 14 est un ressort-lame formé par une rainure 16 décou- pée dans la troisième paroi latérale 113 du porte-balai 10 et qui traverse cette troisième paroi latérale 113. La rainure 16 a deux branches longitudinales 163 et une branche transversale 164 reliant les branches longitudinales 163, ce qui lui donne une forme de U. Ainsi, la patte 14 formée par la rainure 16 a deux arêtes longitudinales 143 et une arête transversale 144 avec une forme globale rectangulaire. La patte 14 fait corps avec la troisième paroi latérale 113 du porte-balai 10 au niveau de l'extrémité 141 opposée au collecteur 3. Le second ressort 14 fait ainsi partie de la troisième paroi latérale 113 du porte-balai 10. L'arête transversale 144 se trouve à l'extrémité tournée vers le collecteur 3 de sorte que la patte 14 laisse à cet endroit une extrémité ouverte 142. La patte 14 est de plus cintrée pour que son extrémité ouverte 142 vienne en saillie dans le logement 12. Ainsi, la déformation de la patte 14 au niveau de son extrémité ouverte 142 est plus grande qu'au niveau de son extrémité 141, opposée, faisant corps avec la troisième paroi latérale 113. Cette solution a l'avantage que l'extrémité ouverte 142 permet d'éviter le mouvement relatif du balai en carbone 2 dans le logement 12.

Dans le mode de réalisation présenté, la patte 14 a une surface de ressort-lame sous-tendue par une ligne dans la direction radiale 42 et une ligne dans la direction tangentielle 43. Le balai en carbone 2 placé dans le logement 12 glisse dans la direction radiale 42 le long de la surface de la lame de ressort constituée par la patte 14 en étant ainsi poussé contre la première paroi latérale 111 en regard, par la force de la patte 14 qui s'appuie contre la troisième paroi latérale 113. Ainsi, le jeu entre la surface enveloppe 11 du porte-balai 10 délimitée par le logement 12 et le balai en carbone 2 placé dans le logement 12, est réduit par la patte 14 dans sa région de sorte que le balai en carbone 2 est guidé sans jeu dans son logement 12. La patte 14 évite un mouvement relatif entre le balai en carbone 2 et le porte-balai 10, ce qui évite ou réduit le mouvement de nutation du balai en carbone 2 dans son logement 12. Pour que le balai en carbone 2 ne soit pas abîmé par les arêtes longitudinales 143 et/ou l'arête transversale 144 de la patte 14, les arêtes longitudinales 143 sont cintrées vers l'extérieur du logement 12. La région d'appui (non représentée) de la patte 14 contre le balai en carbone 2, est de ce fait arrondie et ne présente pas d'arêtes vives. Dans le mode de réalisation représenté, la patte 14 est en outre située sensiblement au milieu de la ligne médiane 6 de la troisième paroi latérale 113. Dans ces conditions, elle pousse le balai en carbone 2 avec une force d'application régulière contre la surface enve- loppe 11 du logement, contre la première paroi 111, opposée. On peut envisager d'autres formes de réalisation du porte-balai 10 selon l'invention comportant plus de deux ressorts 14. Il est avantageux que les pattes non représentées soient symétriques par rapport à la ligne médiane 6. Il est en outre avantageux de prévoir une ou plusieurs pattes non représentées de façon que le balai en carbone 2 soit non seulement poussé dans la direction axiale 41, mais de plus également dans la direction tangentielle 43 contre la surface enveloppe 11 du logement 12. Le porte-balai 10 selon l'invention avec un second ressort 14 réalisé en une seule pièce comme patte dans la paroi latérale 113, est très économique et se fabrique très rapidement comme pièce emboutie puisque la rainure 16 est emboutie dans la pièce pour former la patte avec son extrémité ouverte 142 et son extrémité 141 opposée à l'extrémité ouverte et qui fait corps avec la pièce emboutie ; la pièce em- boutie est ensuite cintrée pour prendre la forme de la section du porte- balai 10. La patte est cintrée pour prendre la forme de sa section avant, pendant, ou après le cintrage de la pièce pour qu'à la fin de la fabrication, la patte vienne dans le logement 12 du porte-balai 10. Le porte-balai 10 selon l'invention s'applique en principe à n'importe quel moteur électrique et notamment aux moteurs à cou- rant continu. Ce porte-balai est appliqué de préférence à des machines-outils à main encore appelé outillage électroportatif telles que des perceuses, des perforateurs ou des perforateurs à percussion.15 NOMENCLATURE 2 3 4 5 11 12 10 13 14 16 31 15 41 42 111, 112, 113, 114 131 132 141 142 143 144 163 164 balai en carbone collecteur axe de rotation autre pièce porte-balai surface enveloppe du logement 12 logement premier ressort second ressort dégagement rainure surface de contact direction axiale direction longitudinale parois latérales du porte-balai bras du ressort extrémité ouverte du ressort extrémité de liaison extrémité ouverte arête longitudinale arête transversale branche longitudinale branche transversale

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1°) Porte-balai (10) de moteur électrique, notamment de moteur à courant continu comportant un logement (12) ainsi qu'une paroi latérale (113) délimitant le logement (12), un balai en carbone (2) placé dans le logement (12) et un premier ressort (13) poussant le balai en carbone (2) dans la direction longitudinale (42) du logement (12), - le porte-balai (10) ayant un second ressort (14), porte-balai caractérisé en ce que la paroi latérale (113) comporte une rainure (16) qui la traverse formant par une patte (14) poussant le balai en carbone (2) contre la surface en- veloppe (11) du logement (12) et constituant le second ressort (14). 2°) Porte-balai (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure (16) a deux branches longitudinales (163) et une branche transversale (164) reliant les branches longitudinales (163). 3°) Porte-balai (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rainure (16) a une forme de U. 4°) Porte-balai (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la patte (14) est rectangulaire ou en forme de languette. 5°) Porte-balai (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi latérale (113) est en un métal ou en un alliage métallique, notamment en acier à ressort. 6°) Porte-balai (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi latérale (113) est une pièce emboutie. 30 357°) Porte-balai (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la patte (14) a une extrémité ouverte (142) qui arrive dans le logement (12). 8°) Porte-balai (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la patte (14) comporte deux arêtes longitudinales (143) et une arête transversale (144), les arêtes longitudinales (143) et/ou l'arête transver- sale (144) étant recourbées hors du logement (12). 9°) Moteur électrique, notamment moteur à courant continu comportant un porte-balai (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comportant un logement (12) ainsi qu'une paroi latérale (113) délimitant le logement (12), un balai en carbone (2) placé dans le logement (12) et un premier ressort (13) poussant le balai en carbone (2) dans la direction longitudinale (42) du logement (12), - le porte-balai (10) ayant un second ressort (14), et sa paroi latérale (113) comporte une rainure (16) qui la traverse formant par une patte (14) poussant le balai en carbone (2) contre la surface enve- loppe (11) du logement (12) et constituant le second ressort (14). 10°) Machine-outil à main, notamment perceuse, perforateur ou perceuse à percussion comportant un moteur électrique selon la revendica- tion 9. 11°) Procédé d'équipement d'un porte-balai (10) avec un logement (12) et une paroi latérale (113) délimitant le logement (12), ayant un balai en carbone (2) dans le logement (12) ainsi qu'un premier ressort (13) qui pousse le balai en carbone (2) dans la direction longitudinale (42) du logement (12), procédé caractérisé par les étapes suivantes consistant à : - réaliser une patte (14) formant un second ressort dans la paroi latérale (113) en découpant une rainure (16) traversant la paroi latérale (113), et- cintrer la patte (14) en saillie dans le logement (12).5