WO2018042121A1 - Moteur electrique muni d'un porte-balais pour demarreur - Google Patents

Moteur electrique muni d'un porte-balais pour demarreur Download PDF

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WO2018042121A1
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circuit breaker
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Yannick Parvery
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/25—Devices for sensing temperature, or actuated thereby
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation

Definitions

  • the present invention relates to an electric motor of a motor vehicle starter and more particularly to a brush holder of an electric starter motor, as well as the electric motor and the corresponding starter.
  • the invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application with motor vehicle starters, in particular those installed in vehicles equipped with the function of stopping and automatically restarting the engine (so-called "stop and start” function). " in English).
  • a brush holder is mounted around an electrical collector so as to cooperate with brushes, made of electrically conductive material, with blades of the electrical collector.
  • the electrical collector is mounted on a rotor shaft of a starter. This makes it possible to electrically power the rotor by switching the electric current in the conductors of the rotor.
  • the brush holder comprises a support plate carrying a set of cages each serving as a housing for a brush.
  • Each blade has a face intended to rub against the conductive blades of the collector connected to the rotor winding.
  • An elastic means such as a spring, exerts on each broom received in a cage a force in the direction of the manifold to ensure contact between the blade and the collector blades.
  • a brush holder generally comprises a safety system for cutting the power supply of the rotor, for example in case of overheating of the starter.
  • a security system is for example formed by a fuse or a bimetallic circuit breaker.
  • the electric motor extends along an axis and comprises:
  • a brush holder having at least one brush, said brush being in abutment against the manifold so as to form an electrical contact between the brush and the collector to electrically power the motor.
  • the brush holder comprises at least one cut-out element arranged to prevent electrical contact between the brush and the collector when a temperature is greater than a melting value of said element.
  • the present invention allows, under certain conditions, to prevent electrical contact between the brush and the collector. This prevents the electric motor from reaching an overheating temperature in which it could be damaged.
  • a circuit breaker element operates independently of the current flowing in the brush holder. This therefore prevents overheating of the electric motor even in the case where the latter is in no load operation mode.
  • the circuit breaker element prevents electrical contact between the brush and the collector by forming a layer between the brush and the collector.
  • the circuit breaker prevents electrical contact between the brush and the collector from a pre-melting state to a post-melting state in which it forms a layer between the brush and the collector.
  • the layer is positioned between a brush contact face and at least one collector blade, said contact face being located opposite the collector.
  • the layer extends over the entire circumference of the collector.
  • the layer preferably has an annular shape.
  • the layer extends axially over the entire axial length of the blade.
  • the layer is facing the entire contact face of the blade.
  • the layer may extend over the entire outer surface of the collector.
  • the circuit breaker element may have dimensions adapted to, in the post-melting state, completely cover the contact face.
  • the melt flow temperature of the circuit breaker element is between 170 ° C. and 230 ° C.
  • the circuit breaker element comprises an electrically insulating material.
  • the circuit breaker element further comprises an envelope arranged for, in the state before melting, containing a material electrically insulating.
  • the envelope has a face which has a reduced thickness relative to the other faces of said envelope, said face being located opposite the collector.
  • this side will melt faster than the others. This makes it possible to better control the flow direction of the electrically insulating material.
  • the envelope comprises a plastic material.
  • the envelope comprises a metal.
  • the brush holder further comprises an opening arranged to receive the collector and the fuse element is, in the state before melting, arranged substantially adjacent to said opening.
  • the brush holder further comprises at least one guide cage forming a housing for the brush and the cut-out element is mounted, in the state before melting, on the guide cage.
  • the fuse element is mounted, in the state before melting, on a support plate of the brush holder.
  • the guide cage comprises a notch arranged to hold the circuit breaker element in the state before melting.
  • the brush holder further comprises at least one spring arranged facing a first lateral wall of the corresponding guide cage and the cut-out element is positioned, in the state before melting, in view of a second side wall of the guide cage opposite said first side wall.
  • the brush holder comprises at least one spring arranged radially opposite a bearing face of the blade, the bearing face being opposite radially to a contact face of the blade intended to be in contact with the manifold, and the circuit breaker element is positioned, in the state before melting, facing one of the side walls of the guide cage.
  • the brush holder comprises at least two circuit breaker elements respectively associated with at least two brushes of the same polarity.
  • the brushes of the same polarity are arranged in opposite manner radially with respect to each other.
  • the brush holder comprises several brushes and several circuit breaker elements associated, respectively, with a brush.
  • a broom may be associated with a plurality of circuit breaker elements.
  • the invention also relates to a motor vehicle starter comprising an electric motor as defined above,
  • FIG. 1 represents, schematically and partially, a perspective view of a portion of an example of an electric motor according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 represents, schematically and partially, a radial sectional view of an exemplary cut-out element before it is fused according to an implementation of the invention
  • FIG. 3 represents, schematically and partially, a radial sectional view of the circuit breaker element of FIG. 2 after its fusion
  • FIG. 4 represents, schematically and partially, an axial sectional view of an exemplary cut-out element according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows an electrical diagram of an example of a starter assembly of a motor vehicle according to an implementation of the invention.
  • FIG. 1 shows an example of an electric motor 10 according to the invention intended to be used in a motor vehicle starter.
  • This X-axis electric motor 10 comprises a brush holder 11 and a collector 12 mounted on a shaft of the rotor 17.
  • the axial, radial, external and internal denominations refer to an axis X crossing at its center the electric starter motor 10 according to the invention.
  • the axial direction corresponds to the axis X crossing at its center the brush holder 1 1 and the collector 12, while the radial directions correspond to concurrent planes, and in particular perpendicular to the X axis.
  • the external or internal denominations are assessed with respect to the same axis X, the inner denomination corresponding to an element oriented towards the axis, or closer to the axis with respect to a second element, the external denomination denoting a distance from the 'axis.
  • the brush holder January 1 comprises a support plate 14 of substantially annular shape about the axis X and a set of guide cages 13 each serving as a housing for a brush 15.
  • the Brush holder 1 1 is fixed on a cover (not shown) forming a rear bearing for the rotor shaft 17 of the electric motor 10 of the starter.
  • the central portion of the support plate 14 has an opening 16, preferably substantially centered about the X axis.
  • the assembly formed by the support plate 14, the guide cages 13 and the brushes 15 is thus mounted around the rotor shaft 17 of the electric motor.
  • Each brush 15 is slidably mounted inside a cage 13 which is open so as to open on the opening 16 to enable the brushes 15 to come into electrical contact with blades 18 carried by a collector 12 of a rotor 17 of electric motor 10.
  • the brushes 15 have alternating polarities.
  • the brushes 15 of positive polarity are electrically connected, via their respective braid 20, to a feed wire from the contactor starter.
  • an inter-brush connector is used.
  • a grommet may be adapted to cooperate with the starter casing to seal the brush holder January 1.
  • the brushes 15 of negative polarity for the current return are electrically connected to the mass of the machine by means of their respective braid 20.
  • the braids 20 are made of copper or copper alloy and are preferably flexible. They can play a role of fuse in case of overcurrent due to a malfunction of the starter.
  • each spring 21 comprises a wound portion 22 formed by a plurality of turns which is mounted around a lug 23, and an arm 24 extending from one end of the wound portion 22.
  • the arm 24 has a bearing zone against a portion of a bearing face 25 of the blade 15 Said bearing face 25 is opposed radially to a contact face 26 with the blades 18 of the collector 12.
  • Each lug 23 is for example located between two adjacent guide cages 13.
  • the tab 23 has a longitudinal elongation direction which extends axially with respect to the axis X.
  • the brush holder may comprise helical springs arranged radially opposite the bearing surface 25 of the blade 15.
  • each cage 13 has a housing for the brush 15 delimited by two side walls 27, 28 vis-à-vis interconnected by an upper connecting wall 29.
  • the side walls 27, 28 may each comprise openings for, depending on the positioning of the spring 21, the passage of the arm 24 of the spring and / or the braid 20 of the brush 15 corresponding.
  • the support plate 14 comprises a body 33 which is for example made of a plastic material which is overmolded around a metal washer 34 carrying the legs 23.
  • the metal washer 34 thus stiffens the assembly.
  • the support plate 14 and the cages 13 are made of a plastic material ensuring good electrical insulation.
  • the support plate 14 and the cages 13 could however be made of any other moldable insulating material.
  • the support plate 14 and the cages 13 could be made of electrically conductive material such as steel.
  • each cage 13 may for example be obtained by folding a plate of thin sheet so as to form substantially an omega whose end branches are fixed on the support plate 14 via a fixing device.
  • Each cage 13 then has lower walls 31, 32 extending radially from the side walls 27, 28 and being opposed axially to the upper connecting wall 29.
  • these lower walls 31, 32 are in contact with the plate 14.
  • These lower walls 31, 32 serve to make the connection with the support plate 14 via the fixing device.
  • the lower walls 31, 32 may comprise lugs inserted into notches of the support plate 14 and folded towards each other against said plate 14.
  • the fastening system may comprise rivets passing through the plate 14 and the lower walls 31, 32 of the guide cage 13.
  • the assembly formed by the support plate 14 and the cages 13 is thus a one-piece assembly.
  • the cages 13, come from material with the support plate 14.
  • the cages 13 can then be made by molding together with the support plate 14 thus forming a single piece.
  • the guide cages 13 may be formed of a metallic material.
  • the latter may comprise front edges 30 located on the side of the opening 16.
  • a cage 13 may comprise two front edges 30 each extend from a side wall 27, 28 and substantially along the opening 16.
  • the collector 12 consists of a body 19, preferably of electrically insulating material, of substantially cylindrical shape.
  • the body 19 has an opening inside which is housed an end of the rotor shaft 17.
  • Blades 18 are mounted on an outer peripheral surface of the body 19 so as to be opposite the brushes 15 of the brush holder 1 1.
  • These blades 18 are made of electrically conductive material and are separated from each other by axial grooves.
  • each blade 18 extends axially along the entire axial length of the body.
  • the blades 18 are made in the form of inserts on which is molded the body 19 of insulating material.
  • the rotor 17 is rotated and thus drives the collector 12 in rotation.
  • the springs 21 exert a radial force on their associated brush 15 towards the inside of the opening 16.
  • the brushes are thus kept in direct contact against the blades 18 of the collector 12 so as to form an electrical contact between the brush 15 and the brushes. blades 18 for electrically powering the engine.
  • the brush holder 1 1 comprises at least one cut-out element Arranged to prevent electrical contact between the brushes 15 and the blades 18 of the collector 12 when a temperature is greater than a melting value of said element 35.
  • the cut-out element 35 comprises, in its initial state, that is to say its state before melting, an envelope 36 designed to contain an electrically insulating material 37.
  • the envelope 36 is made of a plastic material.
  • the envelope 36 is formed of a metal.
  • the cut-out element 35 is, in the state before melting, arranged substantially adjacent to the opening 16. In addition, the cut-out element 35 is arranged substantially adjacent to the brush 15 with which it is associated.
  • the cut-out element 35 is mounted on the guide cage 13 and more particularly on one of the lower walls 31, 32 of the guide cage 13.
  • the bottom wall 31, 32 may comprise a notch wherein the circuit breaker element 35 is maintained.
  • the circuit breaker element 35 may be welded or glued to the corresponding lower wall.
  • the circuit breaker element 35 may be positioned on the support plate 14 via a notch or a fixing device.
  • the cut-out element 35 is positioned facing one of the side walls 27, 28 of the guide cage 13 and in particular facing the lateral wall radially opposite the side wall facing the spring 21. .
  • the circuit breaker element 35 has a shape of a polygon and in particular a rectangular shape.
  • the fuse element 35 extends axially over the entire axial length of the brush 15 to which it is associated or of the guide cage 13.
  • the fuse element 35 extends axially on a only part of the axial length of the blade 15 or the cage 13.
  • the cut-out element 35 may extend radially over only a portion of the radial length of the brush 15 to which it is associated or of the guide cage 13.
  • the cut-out element 35 extends radially along the entire radial length of the blade 15 or cage 13.
  • the envelope 36 has a face 38 which has a reduced thickness with respect to the other faces of said envelope 36.
  • This face 38 is preferably located opposite the collector 12.
  • the cut-out element 35 is in its final state, that is to say its state after melting. In this state, the cut-out element 35 prevents the electrical contact between the brush 15 with which it is associated and the blades 18 of the collector 12 by forming a layer 39 between said brush 15 and said blades 18.
  • the layer 39 is formed by the electrically insulating material 37 forming the circuit breaker element 35.
  • the layer 39 is positioned between the contact face 26 of the blade 15 and at least one of the blades 18.
  • the layer 39 preferably has an annular shape.
  • the layer 39 extends over the entire circumference of the collector 12.
  • the layer 39 extends axially over the entire axial length of the brushes 15.
  • the layer 39 may extend over the entire external surface of the collector 12.
  • the layer 39 is facing the entire contact face 26 of the blade 15.
  • the layer 39 may also be facing a portion of the guide cage 13.
  • the layer 39 is facing the faces contact 26 of each blade 15 and facing a portion of each cage 13.
  • the cut-out element 35 may have dimensions adapted to, in the post-melting state, completely cover the contact face 26.
  • sufficient size it is meant that the envelope 36 contains enough material electrically insulating 37 to form the layer 39.
  • the circuit breaker element 35 thus prevents the electrical contact between the brush 15 and the collector 12 by passing from a state before melting to a state after melting in which it forms the layer 39.
  • the starter overheats and that a melting point threshold temperature is reached by the cut-out element 35, the envelope 36 melts and releases the electrically insulating material 37 which forms the layer 39 thus preventing electrical contact.
  • the layer is formed by gravity.
  • the melt flow temperature of the circuit breaker element 35 is between 170 ° C and 230 ° C.
  • the electrically insulating material 37 may flow below the front edge 30 of the guide cage 13 or through an opening in said front edge 30.
  • the guide cage 13 may not have a leading edge 30.
  • the brush holder 1 1 comprises a cut-out element 35 associated with each of the brushes 15.
  • the brush holder 1 1 comprises two cut-out elements 35 associated, respectively, with brushes 15 of the brushes 15. same polarity which are generally arranged in opposite ways radially.
  • the brush holder 11 may comprise a plurality of cut-out elements 35 associated with the same brush 15.
  • FIG. 5 illustrates, in a simplified manner, an electrical diagram of an example of a starter 40 comprising an electric motor 10 as previously described.
  • This starter 40 is connected to a battery 41 of the motor vehicle for its power supply.
  • a control unit 42 controls the starter 40 to start the engine of the vehicle, said control unit 42 sends a control signal to a contactor 43 of the starter 40.
  • the switch 43 pushes a pinion (not shown) to engrains with a crown of the heat engine and feeds an inductor or armature 44 and the electric motor 10 of the starter 40 to drive the pinion in rotation.
  • the inductor may be formed of coils or magnets.
  • the electric motor 10 is shown after overheating, that is to say when the circuit breaker element 35 is in its state after melting. As clearly visible in the figure, the electrical circuit is cut off and the motor is not powered.
  • the invention described above then makes it possible to prevent an electrical contact between a brush of the brush holder and the blades of the collector. This prevents the electric motor from reaching an overheating temperature in which it could be damaged.
  • the present invention operates in the no-load operation phases of the starter.
  • the electric motor is here an electric motor of a motor vehicle starter.
  • the electric motor could also be used for an alternator or an alternator-starter.

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Abstract

L'invention concerne principalement un moteur électrique pour démarreur notamment de véhicule automobile. Le moteur électrique (10) s'étend suivant un axe (X) et comporte: -un collecteur (12) et -un porte-balais (11) comportant au moins un balai (15), ledit balai étant en appui contre le collecteur (12) de manière à former un contact électrique entre le balai (15) et le collecteur (12) pour alimenter électriquement le moteur électrique (10). De plus, le porte-balais (11) comporte au moins un élément coupe-circuit agencé (35) pour empêcher un contact électrique entre le balai (15) et le collecteur (12) lorsqu'une température est supérieure à une valeur de fusion dudit élément (35).

Description

MOTEUR ELECTRIQUE MUNI D'UN PORTE-BALAIS POUR
DEMARREUR
La présente invention concerne un moteur électrique de démarreur de véhicule automobile et plus particulièrement un porte-balais d'un moteur électrique de démarreur, ainsi que le moteur électrique et le démarreur correspondant. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les démarreurs de véhicule automobile, en particulier ceux installés dans les véhicules équipés de la fonction d'arrêt et de re-démarrage automatique du moteur thermique (fonction dite "stop and start" en anglais).
De façon connue en soi, un porte-balais est monté autour d'un collecteur électrique de manière à faire coopérer des balais, réalisés en matériau électriquement conducteur, avec des lames du collecteur électrique. Le collecteur électrique est monté sur un arbre du rotor d'un démarreur. Cela permet d'alimenter électriquement le rotor par commutation du courant électrique dans les conducteurs du rotor.
A cet effet, le porte-balais comporte une plaque de support portant un ensemble de cages servant chacune de logement à un balai. Chaque balai comporte une face destinée à venir frotter contre les lames conductrices du collecteur reliées au bobinage du rotor. Un moyen élastique, tel qu'un ressort, exerce sur chaque balai reçu dans une cage un effort en direction du collecteur pour assurer le contact entre le balai et les lames du collecteur.
Les balais présentent des polarités alternées. Ainsi, les balais de polarité positive sont reliés électriquement, via leur tresse respective, à un connecteur inter-balais auquel est également connecté électriquement le fil d'alimentation issu du contacteur du démarreur. Par ailleurs, les balais destinés au retour de courant sont reliés électriquement à la masse de la machine au moyen de leur tresse respective ou à l'inducteur qui est lui- même relié à la masse. De plus, un porte-balais comprend en général un système de sécurité permettant de couper l'alimentation électrique du rotor par exemple en cas de surchauffe du démarreur. Un tel système de sécurité est par exemple formé par un fusible ou un disjoncteur à bilames.
Ces systèmes de sécurité présentent l'inconvénient de ne pas permettre de coupure d'alimentation électrique du rotor lorsque le démarreur est dans un mode de fonctionnement sans charge. En effet, lorsque le démarreur fonctionne à vide, c'est-à-dire sans entraîner la couronne du moteur thermique du véhicule, le courant présent dans les circuits électriques du porte-balais n'est pas suffisant pour permettre au fusible de fonctionner normalement. Cependant, même dans ce mode de fonctionnement sans charge, le démarreur peut chauffer et avoir besoin du déclenchement du système de sécurité. Le même inconvénient peut être mentionné pour le disjoncteur bilames.
L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un moteur électrique pour démarreur notamment de véhicule automobile. Selon l'invention, le moteur électrique s'étend suivant un axe et comporte :
- un collecteur et
- un porte-balais comportant au moins un balai, ledit balai étant en appui contre le collecteur de manière à former un contact électrique entre le balai et le collecteur pour alimenter électriquement le moteur.
En outre selon l'invention, le porte-balais comporte au moins un élément coupe-circuit agencé pour empêcher un contact électrique entre le balai et le collecteur lorsqu'une température est supérieure à une valeur de fusion dudit élément.
La présente invention permet, sous certaines conditions, d'empêcher un contact électrique entre le balai et le collecteur. Ainsi, cela empêche le moteur électrique d'atteindre une température de surchauffe dans lequel il pourrait être endommagé. En outre, un tel élément coupe-circuit fonctionne indépendamment du courant circulant dans le porte-balais. Cela permet donc d'empêcher une surchauffe du moteur électrique même dans les cas où ce dernier est en mode de fonctionnement sans charge.
Selon une réalisation, l'élément coupe-circuit empêche le contact électrique entre le balai et le collecteur en formant une couche entre le balai et le collecteur.
Selon une réalisation, l'élément coupe-circuit empêche le contact électrique entre le balai et le collecteur en passant d'un état avant fusion à un état après fusion dans lequel il forme une couche entre le balai et le collecteur.
Selon une réalisation, la couche est positionnée entre une face de contact du balai et au moins une lame du collecteur, ladite face de contact étant située en regard du collecteur.
Selon une réalisation, la couche s'étend sur toute la circonférence du collecteur. En particulier, la couche présente de préférence une forme annulaire.
Selon une réalisation, la couche s'étend axialement sur toute la longueur axiale du balai. Par exemple, la couche est en regard de toute la face de contact du balai.
Selon une réalisation, la couche peut s'étendre sur toute la surface externe du collecteur.
Plus particulièrement, dans l'état avant fusion, l'élément coupe-circuit peut présenter des dimensions adaptées pour, dans l'état après fusion, recouvrir totalement la face de contact.
Selon une réalisation, la température de départ de fusion de l'élément coupe-circuit est comprise entre 170C° et 230C°.
Selon une réalisation, l'élément coupe-circuit comporte un matériau électriquement isolant.
Selon une réalisation, l'élément coupe-circuit comporte, en outre, une enveloppe agencée pour, dans l'état avant fusion, contenir un matériau électriquement isolant.
Selon une réalisation, l'enveloppe présente une face qui a une épaisseur réduite par rapport aux autres faces de ladite enveloppe, ladite face étant située en regard du collecteur. Lors de la surchauffe du démarreur, cette face fondra alors plus rapidement que les autres. Cela permet de mieux maîtriser la direction de l'écoulement du matériau électriquement isolant.
Selon une réalisation, l'enveloppe comporte un matériau plastique. Alternativement, l'enveloppe comporte un métal.
Selon une réalisation, le porte-balais comporte, en outre, une ouverture agencée pour recevoir le collecteur et l'élément coupe-circuit est, dans l'état avant fusion, agencé de manière sensiblement adjacente à ladite ouverture.
Selon une réalisation, le porte-balais comporte, en outre, au moins une cage de guidage formant un logement pour le balai et l'élément coupe-circuit est monté, dans l'état avant fusion, sur la cage de guidage. Alternativement, l'élément coupe-circuit est monté, dans l'état avant fusion, sur une plaque de support du porte-balais.
Selon une réalisation, la cage de guidage comprend une encoche agencée pour maintenir l'élément coupe-circuit, dans l'état avant fusion.
Selon une réalisation, le porte-balais comporte, en outre, au moins un ressort agencé en regard d'une première paroi latérale de la cage de guidage correspondante et l'élément coupe-circuit est positionné, dans l'état avant fusion, en regard d'une seconde paroi latérale de la cage de guidage opposée à ladite première paroi latérale.
Alternativement, le porte-balais comporte au moins un ressort agencé radialement en regard d'une face d'appui du balai, la face d'appui étant opposée radialement à une face de contact du balai destinée à être en contact avec le collecteur, et l'élément coupe-circuit est positionné, dans l'état avant fusion, en regard d'une des parois latérales de la cage de guidage.
Selon une réalisation, le porte-balais comprend au moins deux éléments coupe-circuit associés respectivement à au moins deux balais de même polarité. Par exemple, les balais de même polarité sont disposés de manière opposés radialement l'un par rapport à l'autre. Alternativement, le porte-balais comporte plusieurs balais et plusieurs éléments coupe-circuits associés, respectivement, à un balai.
Selon une réalisation, un balai peut être associé à plusieurs éléments coupe-circuit.
L'invention concerne également un démarreur de véhicule automobile comportant un moteur électrique tel que défini précédemment,
La présente invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de l'invention et de l'examen des dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, une vue en perspective d'une partie d'un exemple de moteur électrique selon une mise en œuvre de l'invention,
- la figure 2 représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe radiale d'un exemple d'élément coupe-circuit avant sa fusion selon une mise en œuvre de l'invention,
- la figure 3 représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe radiale de l'élément coupe-circuit de la figure 2 après sa fusion,
- la figure 4 représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe axiale d'un exemple d'élément coupe-circuit selon une mise en œuvre de l'invention, et
- la figure 5 représente un schéma électrique d'un exemple d'ensemble de démarrage d'un véhicule automobile selon une mise en œuvre de l'invention.
Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d'une figure à l'autre.
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. Dans un tel cas, mention serait faite dans la présente description.
La figure 1 montre un exemple d'un moteur électrique 10 selon l'invention destiné à être utilisé dans un démarreur de véhicule automobile. Ce moteur électrique 10 d'axe X comporte un porte-balais 1 1 et un collecteur 12 monté sur un arbre du rotor 17.
Dans la suite de la description, les dénominations axiales, radiales, extérieures et intérieures se réfèrent à un axe X traversant en son centre le moteur électrique 10 de démarreur conforme à l'invention. La direction axiale correspond à l'axe X traversant en son centre le porte-balais 1 1 et le collecteur 12, alors que les orientations radiales correspondent à des plans concourants, et notamment perpendiculaires, à l'axe X. Pour les directions radiales, les dénominations extérieure ou intérieure s'apprécient par rapport au même axe X, la dénomination intérieure correspondant à un élément orienté vers l'axe, ou plus proche de l'axe par rapport à un second élément, la dénomination extérieure désignant un éloignement de l'axe.
Dans l'exemple représenté sur la figure 1 , le porte-balais 1 1 comporte une plaque de support 14 de forme sensiblement annulaire autour de l'axe X et un ensemble de cages de guidage 13 servant chacune de logement à un balai 15. Le porte-balais 1 1 vient se fixer sur un capot (non représenté) formant un palier arrière pour l'arbre de rotor 17 du moteur électrique 10 du démarreur. En outre, la partie centrale de la plaque de support 14 comporte une ouverture 16, de préférence, sensiblement centrée autour de l'axe X. L'ensemble formé par la plaque de support 14, les cages de guidage 13 et les balais 15 est ainsi monté autour de l'arbre du rotor 17 du moteur électrique. Chaque balai 15 est monté à coulissement à l'intérieur d'une cage 13 laquelle est ouverte de manière à déboucher sur l'ouverture 16 pour permettre la mise en contact électrique des balais 15 avec des lames 18 portées par un collecteur 12 d'un rotor 17 de moteur électrique 10.
Les balais 15 présentent des polarités alternées. Ainsi, les balais 15 de polarité positive sont reliés électriquement, via leur tresse 20 respective, à un fil d'alimentation issu du contacteur du démarreur. Afin de relier électriquement les tresses 20 de deux balais positifs 15 diamétralement opposés, on utilise par exemple un connecteur inter-balais. En outre, un passe-fil peut être destiné à coopérer avec la carcasse du démarreur pour assurer l'étanchéité du porte-balais 1 1 . Par ailleurs, les balais 15 de polarité négative destinés au retour de courant sont reliés électriquement à la masse de la machine au moyen de leur tresse 20 respective.
Par exemple, les tresses 20 sont en cuivre ou en alliage de cuivre et sont de préférence souples. Elles pourront jouer un rôle de fusible en cas de surintensité due à un dysfonctionnement du démarreur.
Par ailleurs, un ressort à spirales 21 associé à chaque cage de guidage 13 sollicite radialement le balai 15 correspondant vers des lames 18 de contact du collecteur 12. A cet effet, chaque ressort 21 comporte une partie enroulée 22 formée par une pluralité de spires qui est montée autour d'une patte 23, ainsi qu'un bras 24 s'étendant depuis une extrémité de la partie enroulée 22. Le bras 24 présente une zone d'appui contre une portion d'une face d'appui 25 du balai 15. Ladite face d'appui 25 est opposée radialement à une face de contact 26 avec les lames 18 du collecteur 12. Chaque patte 23 est par exemple située entre deux cages de guidage 13 adjacentes. La patte 23 présente une direction d'allongement longitudinale qui s'étend axialement par rapport à l'axe X.
Alternativement, le porte-balais peut comporter des ressorts hélicoïdaux agencé radialement en regard de la face d'appui 25 du balai 15.
Par ailleurs, chaque cage 13 présente un logement pour le balai 15 délimité par deux parois latérales 27, 28 en vis-à-vis reliées entre elles par une paroi de liaison supérieure 29. Les parois latérales 27, 28 peuvent comporter chacune des ouvertures permettant, en fonction du positionnement du ressort 21 , le passage du bras 24 du ressort et/ou de la tresse 20 du balai 15 correspondant.
La plaque de support 14 comporte un corps 33 qui est par exemple réalisée dans un matériau plastique lequel est surmoulé autour d'une rondelle métallique 34 portant les pattes 23. La rondelle métallique 34 permet ainsi de rigidifier l'ensemble. La plaque de support 14 et les cages 13 sont réalisées dans une matière plastique assurant une bonne isolation électrique. En variante, la plaque de support 14 et les cages 13 pourraient toutefois être réalisées dans tout autre matériau isolant moulable. Alternativement, la plaque de support 14 et les cages 13 pourraient être réalisées en matériau électriquement conducteur tel que de l'acier.
En outre, les cages 13, et plus spécifiquement les parois latérales 27, 28, sont fixées sur la plaque de support 14. Chaque cage 13 pourra par exemple être obtenue par pliage d'une plaquette de tôle mince de manière à former sensiblement un oméga dont les branches d'extrémité sont fixées sur la plaque de support 14 via un dispositif de fixation. Chaque cage 13 comporte alors des parois inférieures 31 , 32 s'étendant radialement à partit des parois latérales 27, 28 et étant opposées axialement à la paroi de liaison supérieure 29. De préférence, ces parois inférieures 31 , 32 sont en contact avec la plaque de support 14. Ces parois inférieures 31 , 32 servent à faire la liaison avec la plaque de support 14 via le dispositif de fixation. Par exemple, les parois inférieures 31 , 32 peuvent comporter des pattes insérées dans des encoches de la plaque de support 14 et rabattues l'une vers l'autre contre ladite plaque 14. Alternativement, le système de fixation peut comporter des rivets traversant la plaque de support 14 et les parois inférieures 31 , 32 de la cage de guidage 13. L'ensemble formé par la plaque de support 14 et les cages 13 est ainsi un ensemble monobloc. Alternativement, les cages 13, viennent de matière avec la plaque de support 14. Les cages 13 pourront alors être réalisées par moulage en même temps que la plaque de support 14 formant ainsi une seule pièce.
Alternativement, les cages de guidage 13 peuvent être formées d'un matériau métallique.
En outre, afin d'augmenter la rigidité des cages 13, ces dernières peuvent comporter des bords avant 30 situés du côté de l'ouverture 16. Par exemple, une cage 13 peut comporter deux bords avant 30 chacun s'étendent à partir d'une paroi latérale 27, 28 et sensiblement le long de l'ouverture 16.
Dans l'exemple de la figure 1 , le collecteur 12 se compose d'un corps 19, de préférence en matériau électriquement isolant, de forme sensiblement cylindrique. Le corps 19 présente une ouverture à l'intérieur de laquelle est logée une extrémité de l'arbre du rotor 17. Des lames 18 sont montées sur une surface périphérique externe du corps 19 de manière à être en vis-à-vis des balais 15 du porte-balais 1 1 . Ces lames 18 sont réalisées en matériau électriquement conducteur et sont séparées les unes des autres par des rainures axiales. Par exemple, chaque lame 18 s'étend axialement le long de toute la longueur axiale du corps. Dans un exemple de réalisation, les lames 18 sont réalisées sous la forme d'inserts sur lesquels est surmoulé le corps 19 en matériau isolant.
Lors du fonctionnement du démarreur, le rotor 17 est en rotation et entraine donc le collecteur 12 en rotation. Les ressorts 21 exercent une force radiale sur leur balai 15 associé vers l'intérieur de l'ouverture 16. Les balais sont ainsi maintenus en contact direct contre les lames 18 du collecteur 12 de manière à former un contact électrique entre le balai 15 et les lames 18 pour alimenter électriquement le moteur.
Lors du fonctionnement du démarreur, il peut se produire un dysfonctionnement entraînant une surchauffe du démarreur. Il est alors nécessaire d'avoir un système de sécurité. Dans ce but, comme représenté sur la figure 1 , le porte-balais 1 1 comporte au moins un élément coupe-circuit 35 agencé pour empêcher un contact électrique entre les balais 15 et les lames 18 du collecteur 12 lorsqu'une température est supérieure à une valeur de fusion dudit élément 35.
Dans un exemple de réalisation représenté sur les figures 2 et 4, l'élément coupe-circuit 35 comporte, dans son état initial c'est-à-dire son état avant fusion, une enveloppe 36 agencée pour contenir un matériau électriquement isolant 37. Par exemple l'enveloppe 36 est formée d'un matériau plastique. Alternativement, l'enveloppe 36 est formée d'un métal.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, l'élément coupe-circuit 35 est, dans l'état avant fusion, agencé de manière sensiblement adjacente à l'ouverture 16. De plus, l'élément coupe-circuit 35 est agencé de manière sensiblement adjacente au balai 15 auquel il est associé.
Par exemple, l'élément coupe-circuit 35 est monté sur la cage de guidage 13 et plus particulièrement sur une des parois inférieures 31 , 32 de la cage de guidage 13. A cet effet, la paroi inférieure 31 , 32 peut comporter une encoche dans laquelle est maintenu l'élément coupe-circuit 35. Alternativement, l'élément coupe-circuit 35 peut être soudé ou collé sur la paroi inférieure correspondante. En variante, l'élément coupe circuit 35 peut être positionné sur la plaque de support 14 via une encoche ou un dispositif de fixation.
Toujours par exemple, l'élément coupe-circuit 35 est positionné en regard d'une des parois latérales 27, 28 de la cage de guidage 13 et en particulier en regard de la paroi latérale opposée radialement à la paroi latérale en regard du ressort 21 .
Par exemple, l'élément coupe-circuit 35 présente une forme de polygone et en particulier une forme rectangulaire.
Toujours par exemple, l'élément coupe-circuit 35 s'étend axialement sur toute la longueur axiale du balai 15 auquel il est associé ou de la cage de guidage 13. Alternativement, l'élément coupe-circuit 35 s'étend axialement sur une partie seulement de la longueur axiale du balai 15 ou de la cage 13. De plus, l'élément coupe-circuit 35 peut s'étendre radialement sur une partie seulement de la longueur radiale du balai 15 auquel il est associé ou de la cage de guidage 13. Alternativement, l'élément coupe-circuit 35 s'étend radialement sur toute la longueur radiale du balai 15 ou de la cage 13.
Dans un exemple de réalisation, comme bien visible sur la figure 4, l'enveloppe 36 présente une face 38 qui a une épaisseur réduite par rapport aux autres faces de ladite enveloppe 36. Cette face 38 est de préférence située en regard du collecteur 12.
Dans un exemple de réalisation représenté sur la figure 3, l'élément coupe-circuit 35 est dans son état final c'est-à-dire son état après fusion. Dans cet état, l'élément coupe-circuit 35 empêche le contact électrique entre le balai 15 auquel il est associé et les lames 18 du collecteur 12 en formant une couche 39 entre ledit balai 15 et lesdites lames 18. La couche 39 est formée par le matériau électriquement isolant 37 formant l'élément coupe- circuit 35.
La couche 39 est positionnée entre la face de contact 26 du balai 15 et au moins une des lames 18. En outre, la couche 39 présente de préférence une forme annulaire. La couche 39 s'étend sur toute la circonférence du collecteur 12. Par exemple, la couche 39 s'étend axialement sur toute la longueur axiale des balais 15. En particulier, la couche 39 peut s'étendre sur toute la surface externe du collecteur 12.
Par exemple, la couche 39 est en regard de toute la face de contact 26 du balai 15. La couche 39 peut également être en regard d'une partie de la cage de guidage 13. De préférence, la couche 39 est en regarde des faces de contact 26 de chaque balai 15 et en regard d'une partie de chaque cage 13.
Dans l'état avant fusion, l'élément coupe-circuit 35 peut présenter des dimensions adaptées pour, dans l'état après fusion, recouvrir totalement la face de contact 26. On entend par dimension suffisante que l'enveloppe 36 contient suffisamment de matériau électriquement isolant 37 pour former la couche 39. L'élément coupe-circuit 35 empêche donc le contact électrique entre le balai 15 et le collecteur 12 en passant d'un état avant fusion à un état après fusion dans lequel il forme la couche 39. Ainsi, lorsque le démarreur surchauffe et qu'une température seuil de départ de fusion est atteinte par l'élément coupe-circuit 35, l'enveloppe 36 fond et libère le matériau électriquement isolant 37 qui vient former la couche 39 empêchant ainsi le contact électrique. La couche se forme par gravité.
De préférence, la température de départ de fusion de l'élément coupe- circuit 35 est comprise entre 170C° et 230C°.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 , le matériau électriquement isolant 37 peut s'écouler en dessous du bord avant 30 de la cage de guidage 13 ou à travers une ouverture ménagée dans ledit bord avant 30. Dans une variante de réalisation, la cage de guidage 13 peut ne pas comporter de bord avant 30.
Dans un exemple de réalisation, le porte-balais 1 1 comprend un élément coupe-circuit 35 associé à chacun des balais 15. Alternativement, le porte-balais 1 1 comprend deux éléments coupe-circuit 35 associés, respectivement, à des balais 15 de même polarité qui sont généralement disposés de manière opposés radialement.
En variante, le porte-balais 1 1 peut comporter plusieurs éléments coupe-circuits 35 associés à un même balai 15.
La figure 5 illustre, de manière simplifiée, un schéma électrique d'un exemple de démarreur 40 comprenant un moteur électrique 10 tel que précédemment décrit. Ce démarreur 40 est relié à une batterie 41 du véhicule automobile pour son alimentation. Lorsque une unité de contrôle 42 commande le démarreur 40 pour démarrer le moteur thermique du véhicule, ladite unité de contrôle 42 envoie un signal de commande à un contacteur 43 du démarreur 40. Le contacteur 43 pousse un pignon (non représenté) pour qu'il s'engraine avec une couronne du moteur thermique et alimente un inducteur ou un induit 44 et le moteur électrique 10 du démarreur 40 pour entraîner le pignon en rotation. L'inducteur peut être formé de bobines ou d'aimants.
Dans l'exemple de la figure 5, le moteur électrique 10 est représenté après une surchauffe c'est-à-dire lorsque l'élément coupe-circuit 35 est dans son état après fusion. Comme bien visible sur la figure, le circuit électrique est coupé et le moteur n'est alors pas alimenté.
L'invention décrite ci-dessus permet alors d'empêcher un contact électrique entre un balai du porte-balai et les lames du collecteur. Ainsi, cela empêche le moteur électrique d'atteindre une température de surchauffe dans lequel il pourrait être endommagé. En particulier, la présente invention fonctionne dans les phases de fonctionnement sans charge du démarreur.
Le moteur électrique est ici un moteur électrique d'un démarreur de véhicule automobile. En variante, le moteur électrique pourrait également être utilisé pour un alternateur ou un alterno-démarreur.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Moteur électrique pour démarreur notamment de véhicule automobile, le moteur électrique (10) s'étendant suivant un axe (X) et comportant :
- un collecteur (12) et
- un porte-balais (1 1 ) comportant au moins un balai (15), ledit balai étant en appui contre le collecteur (12) de manière à former un contact électrique entre le balai (15) et le collecteur (12) pour alimenter électriquement le moteur électrique (10),
caractérisé en ce que le porte-balais (1 1 ) comporte au moins un élément coupe-circuit agencé (35) pour empêcher un contact électrique entre le balai (15) et le collecteur (12) lorsqu'une température est supérieure à une valeur de fusion dudit élément (35).
2. Moteur électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'élément coupe-circuit (35) empêche le contact électrique entre le balai (15) et le collecteur (12) en passant d'un état avant fusion à un état après fusion dans lequel il forme une couche (39) entre le balai (15) et le collecteur (12).
3. Moteur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche (39) est positionnée entre une face de contact (26) du balai (15) et au moins une lame (18) du collecteur (12), ladite face de contact (26) étant située en regard du collecteur (12).
4. Moteur électrique selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la couche (39) s'étend axialement sur toute la longueur axiale du balai
5. Moteur électrique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la couche (39) s'étend sur toute la circonférence du collecteur (12).
6. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que, dans l'état avant fusion, l'élément coupe-circuit (35) présente des dimensions adaptées pour, dans l'état après fusion, former la couche (39).
7. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la température de départ de fusion de l'élément coupe- circuit (35) est comprise entre 170C° et 230C°.
8. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l'élément coupe-circuit (35) comporte, en outre, une enveloppe (36) agencée pour, dans l'état avant fusion, contenir un matériau électriquement isolant (37).
9. Moteur électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'enveloppe (36) présente une face (38) qui a une épaisseur réduite par rapport aux autres faces de ladite enveloppe, ladite face (38) étant située en regard du collecteur (12).
10. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le porte-balais (1 1 ) comporte, en outre, une ouverture (16) agencée pour recevoir le collecteur (12) et en ce que l'élément coupe- circuit (35) est, dans l'état avant fusion, agencé de manière adjacente à ladite ouverture (16).
1 1 . Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que le porte-balais (1 1 ) comporte, en outre, au moins une cage de guidage (13) formant un logement pour le balai (15) et en ce que l'élément coupe-circuit (35) est monté, dans l'état avant fusion, sur la cage
5 de guidage (13).
12. Moteur électrique selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que la cage de guidage (13) comprend une encoche agencée pour maintenir l'élément coupe-circuit (35), dans l'état avant fusion.
o
13. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le porte-balais (1 1 ) comprend au moins deux éléments coupe-circuit (35) associés respectivement à au moins deux balais (15) de même polarité.
5
14. Démarreur de véhicule automobile comportant un moteur électrique (10) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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