EP1979995B1 - Balai pour moteur electrique - Google Patents

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EP1979995B1
EP1979995B1 EP06829570A EP06829570A EP1979995B1 EP 1979995 B1 EP1979995 B1 EP 1979995B1 EP 06829570 A EP06829570 A EP 06829570A EP 06829570 A EP06829570 A EP 06829570A EP 1979995 B1 EP1979995 B1 EP 1979995B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
collector
brush
contact
polar
zone
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP06829570A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP1979995A1 (fr
Inventor
Eric Fournier
Florence Campagne
Maurad Berkouk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Original Assignee
Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Brose Fahrzeugteile SE and Co KG filed Critical Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Publication of EP1979995A1 publication Critical patent/EP1979995A1/fr
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Publication of EP1979995B1 publication Critical patent/EP1979995B1/fr
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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
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • 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
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H01R39/26—Solid sliding contacts, e.g. carbon brush
    • 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
    • H01R39/58—Means structurally associated with the current collector for indicating condition thereof, e.g. for indicating brush wear
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/12—Manufacture of brushes

Definitions

  • the present invention relates to brushes for an electric motor. These include electric motors used in ventilation systems for a motor vehicle.
  • Electric motors usually used for ventilation systems (air conditioning) of motor vehicles conventionally include a stator and a rotor.
  • the collector of this rotor is provided with electrical contact blades (generally made of machined copper) adapted to ensure electrical contact with brushes made of graphite (also called coals). These brooms are integral with the stator.
  • the brushes In known manner to ensure good electrical contact between the collector and the brushes must be applied to the collector with sufficient pressure. When the contact is not sufficient, the brushes can jump, thereby intermittently breaking the electrical contact. This usually causes sparks. By cons if the contact is too important mechanical losses increase as well as temperature and wear.
  • the brushes are set up, conventionally, in brush holders provided with elastic means adapted to maintain electrical contact between the brushes and the collector.
  • the collector has a cylindrical shape of revolution and carries on its outer periphery a plurality of conductive blades.
  • the brushes are, in turn, arranged radially around the collector and have a contact surface with the collector blades. In particular, there are brooms for two collector blades or three blades.
  • This configuration has the disadvantage of being noisy, especially at the beginning of life. This is mainly related to the switching uncertainty (point of random contact between the blade and the blade).
  • a patina consisting of a deposit containing essentially metal (and its oxides) of carbon and water is formed on the surface of the collector. This patina tends to make the operation of the engine less noisy. However this patina is formed after a few hours of operation of the engine.
  • Such engines are thus too noisy at the beginning of life which is hardly compatible with their installation in a passenger compartment of a motor vehicle.
  • GB 813,649 relates to a broom adapted to come into contact with a switch.
  • the blade is adapted to come into contact with the conductive blades provided on an electric motor collector, said brush having means for adjusting its polar cover between the beginning of the engine life and its stabilized operation.
  • the face of the outer broom has a layer.
  • the layer comprises molybdenum disulfide with a thin deliquescent section and a larger operating section.
  • a contact area of the brush contacts the segments of the switch. In use, the relative rotation of the switch segments facing the brush results from applying molybdenum disulfide to the commutator segments to prepare lubrication.
  • a brush adapted to come into contact with conductive blades provided on an electric motor collector, said brush having means for adjusting its polar cover between the beginning of the motor's life and its stabilized operation, said adjustment means being constituted by at least one zone of limited width on the periphery of a zone of contact with the collector blades and the said adapted zone being adapted to reduce the polar cover of the brush to values of less than 360 ° / P, with P being the number of collector blades, at the beginning of the engine life and to maintain a polar cover at values greater than 360 ° / P in stabilized operation of the engine.
  • the object of the present invention is to reduce the noise of electromagnetic and mechanical operation of the motor between the beginning of life of the engine and the regime in stabilized operation and this without changing the size of the brushes.
  • the present invention relates to.
  • the means for adjusting the polar cover is a function of the width of the blade at its contact zone with the collector.
  • variable polar cover is obtained by producing at least one zone of limited width on the periphery of a zone of contact with the collector blades, the said adapted zone being adapted to reduce the polar cover of the brush at the beginning of the motor life and to guarantee a polar cover determined in stabilized operation of the engine.
  • the adjustment means comprises two arranged zones (chamfered) formed on either side of the contact zone between the brush and the collector. These areas are gradually worn out by the rotation of the collector. As a result, the contact surface between the collector and the brush gradually increases as the motor ages.
  • a reduced contact surface (at the beginning of the life of the motor) creates larger currents between the collector and the brush. These currents increase the speed of growth of the patina. It is this patina that contributes to the reduction of engine noise.
  • a reduced contact surface reduces the "arcing" phenomena related to so-called multiple switching (mutual inductances).
  • the developed zones created on either side of the zone of contact with the collector thus advantageously make it possible to accelerate the formation of the patina, to reduce the dispersions of the electromechanical performances, to reduce the level and the vibroacoustic dispersions, to reduce the electromagnetic phenomena (such as discharges), while maintaining the thermal stresses at their usual level, without additional cost (the developed areas are made by molding) and without significant modification of the size of the brushes.
  • the blade 10 according to the invention is adapted to come into contact with a manifold 11.
  • the collector 11 of an electric motor (not shown) is driven in motion (arrow R - figure 1 -) with the rotor portion of this electric motor.
  • This collector is provided on its periphery with a plurality of conductive blades 12. These blades (twelve in number - in the example shown -) are better visible at Figures 3 and 4 .
  • the brushes 10 are in turn secured to the stator portion.
  • the brushes are made, in known manner, graphite (with a certain percentage of copper and various additives) and are also still commonly called “coals”.
  • the brushes 10 To maintain a permanent contact zone 13 between the blades 12 of the collector and the brushes 10, in order to transmit an electric current between these two elements, the brushes 10 must be applied to the collector 11 with a sufficient pressure P. When contact is not sufficient, there is a risk of sparks. On the other hand, if the contact is too great, the mechanical losses increase as well as the temperature and wear.
  • the brushes 10 are set up, conventionally, in brush holders (not shown) provided with elastic means (not shown) adapted to apply the brushes against the collector (arrow P - figure 1 -). Little by little during the operation of the motor, the brushes wear out. In the example shown, the brushes have a length L of the order of 14 mm at the start. It is considered that they are worn when they measure only 6 mm and that the braid 14 is almost in contact with the collector 11.
  • the position of the average contact point between the brush and the collector remains stable throughout the operating life of the motor (that is to say even after wear of the brush).
  • the electrical commutation angle and the rotational speed of the motor also remain stable throughout the life of the engine.
  • the average contact point between the brush and the collector is centered relative to the face of the brush in contact with the collector.
  • the electric motors have a first period of operation, called early life, during which a progressive burn-in takes place, as well as a deposit of patina on the collector. This first period lasts (in the example shown) a few hundred hours.
  • the engines then have a second period (very long - several thousand hours), called stabilized operation.
  • stabilized operation brush wear continues steadily, but at a lower rate, and the patina is well formed and allows sliding with optimum friction between the brushes and the collector.
  • the end of life in which the wear of the brushes is such that their supply braid 14 contacts the collector. The brooms must then be changed.
  • the blade 10 is provided with means for adjusting its polar cover between the beginning of life of the engine and its stabilized operation.
  • the broom according to the invention is in the general form of a parallelepiped ( figure 5 ) consisting essentially of graphite.
  • two developed areas in the case represented are chamfered areas) are formed on either side of the contact zone 13 with the collector (see also FIG. figure 2 ).
  • these two chamfered zones are produced by molding the graphite during the formation of the blade.
  • graphite broom it is not necessary to machine the graphite broom to create them.
  • Such obtaining by molding allows to achieve easily, quickly and especially without real cost over these two chamfered areas.
  • the chamfered areas 15 constitute a means for adjusting the polar cover of the blade.
  • the engine is early in life and the brush has the form described above and is therefore provided with two chamfered areas.
  • the width I 1 ( figure 2 ) of the area in contact with the collector is less than the width I 2 of the brush.
  • the invention therefore consists in adjusting the polar angle of the blade differently as a function of the life of the motor. To do this, it is sufficient to vary the width of the brush (I 1 , I 2 ) throughout the operation of the engine.
  • the variation of the width of the blade is progressive (this is due to the two chamfered zones 15).
  • the developed area could have more than one shoulder or more than one chamfer on each side of the contact zone 13.
  • the developed zone may have radii of curvature and be made on either side of the contact zone or on only one of these sides (see FIG. figure 7 ).
  • the developed area 15 could be performed on only one side of the contact zone 13 and not on either side of this zone.
  • the figure 6 illustrates in particular the variation of the polar angle of the blade according to the wear thereof, that is to say according to the life of the engine.
  • the polar angle in degree also called polar cover
  • absc issa the length L of the broom.
  • the broom When the broom comes out of the molding, it measures substantially (in the example shown) 14 mm long (L). Its polar coverage angle is 25 °. A first "in situ" burn-in (ie a grinding of the broom to give it the exact shape of the collector with which it will be associated) will reduce the length of the broom to 13.6 mm. At this time the polar cover angle of the blade is about 30 °. At this level of completion the engine is put into operation (early life of the engine).
  • the figure 6 thus shows how the variation of the width I of the brush, makes it possible to vary the polar angle.
  • the control of the polar cover of the broom according to the life of the engine allows to always be placed in optimum configurations by limiting the noise of the engine mainly during all the passage from the beginning of life of the engine until reaching steady state. This also makes it possible to choose the polar angle of the broom according to the service life of the broom by designing a broom with a width adapted to the desired polar angle.
  • the operating time is extended more or less on two or three commutator blades.
  • a chamfer having a slope of 60 ° has the further advantage of being easily achievable by molding.
  • the invention is not limited to the embodiment described above.
  • the numerical values given for the length L, the width I, and the polar angle ⁇ are only given by way of illustrative and nonlimiting example.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Description

  • La présente invention concerne des balais pour moteur électrique. Il s'agit notamment de moteurs électriques utilisés dans des systèmes de ventilation pour véhicule automobile.
  • Les moteurs électriques habituellement utilisés pour les systèmes de ventilation (climatisation) des véhicules automobiles comportent de manière classique un stator et un rotor. Le collecteur de ce rotor est muni de lames de contact électrique (généralement réalisées en Cuivre usiné) adaptées pour assurer un contact électrique avec des balais réalisés en graphite (encore appelés charbons). Ces balais sont solidaires du stator.
  • De manière connue pour assurer un bon contact électrique entre le collecteur et les balais il faut appliquer ces derniers sur le collecteur avec une pression suffisante. Lorsque le contact n'est pas suffisant, les balais peuvent effectuer des sauts, rompant ainsi de manière intermittente le contact électrique. Ceci entraîne généralement des étincelles. Par contre si le contact est trop important les pertes mécaniques augmentent ainsi que la température et l'usure. A cet effet les balais sont mis en place, de manière classique, dans des porte-balais munis de moyens élastiques adaptés pour maintenir un contact électrique entre les balais et le collecteur.
  • De manière connue, le collecteur présente une forme cylindrique de révolution et porte sur sa périphérie externe une pluralité de lames conductrices. Les balais sont, quant à eux, disposés radialement tout autour du collecteur et présentent une surface de contact avec les lames du collecteur. Il existe notamment des balais portant sur deux lames de collecteurs ou sur trois lames.
  • Les balais portent sur trois lames de collecteur lorsque leur angle polaire est supérieur à 360°/ P, (avec P = nombre de lames du collecteur). Dans le cas d'un collecteur à 12 lames, le balai porte sur trois lames lorsque l'angle polaire a une valeur supérieure à 30°. Cette configuration présente l'inconvénient d'être bruyante, notamment en début de vie. Ceci est principalement lié à l'incertitude de commutation (point de contact aléatoire entre le balai et la lame). Après quelques heures de fonctionnement, une patine constituée par un dépôt contenant essentiellement du métal (et ses oxydes) du carbone et de l'eau se forme à la surface du collecteur. Cette patine a tendance à rendre le fonctionnement du moteur moins bruyant. Cependant cette patine ne se forme qu'après quelques heures de fonctionnement du moteur. De tels moteurs sont ainsi trop bruyants en début de vie ce qui n'est guère compatible avec leur mise en place dans un habitacle de véhicule automobile.
  • Les balais portent sur deux lames de collecteur lorsque leur angle polaire est de l'ordre de 360°/ P (avec P = nombre de lames du collecteur). Ces balais présentent l'avantage d'être moins bruyants en début de vie mais présentent la particularité d'accroître le niveau de température. Pour mieux dissiper la chaleur on augmente la section de frottement avec le collecteur, mais cela a pour résultat une modification de l'encombrement des balais.
  • GB 813,649 concerne un balai adapté pour entrer en contact avec un commutateur. Le balai est adapté pour entrer en contact avec les lames conductrices ménagées sur un collecteur de moteur électrique, ledit balai ayant un moyen de réglage de sa couverture polaire entre le début de vie du moteur et son fonctionnement stabilisé. La face du balai externe comporte une couche. La couche comporte du bisulfure de molybdène avec une fine déliquescente section et une section d'actionnement plus grosse. Une zone de contact du balai entre en contact avec les segments du commutateur. En service, la rotation relative des segments du commutateur face à la balai résulte d'appliquer du bisulfure de molybdène sur les segments du commutateur pour préparer une lubrification.
  • un balai adapté pour entrer en contact avec des lames conductrices ménagées sur un collecteur de moteur électrique, ledit balai ayant un moyen de réglage de sa couverture polaire entre le début de vie du moteur et son fonctionnement stabilisé, ledit moyen de réglage étant constitué d'au moins une zone aménagée de largeur limitée en périphérie d'une zone de contact avec les lames du collecteur et la dite zone aménagée étant adaptée pour réduire la couverture polaire du balai à des valeurs inférieures à 360° / P, avec P étant le nombre de lames du collecteur, en début de vie du moteur et pour maintenir une couverture polaire à des valeurs supérieur à 360° / P en fonctionnement stabilisé du moteur.
  • Le but de la présente invention est de réduire les bruits de fonctionnement électromagnétique et mécanique du moteur entre le début de vie du moteur et le régime en fonctionnement stabilisé et ceci sans modification de l'encombrement des balais.
  • A cet effet la présente invention concerne.
  • Ainsi en réalisant un balai à couverture polaire évolutive pendant la durée de vie du moteur, il est possible, à la fois:
    • en début de vie de réduire le bruit du moteur car:
      • les frottements sont réduits
      • la formation de la patine est accélérée (car la densité de courant est plus élevée) et
      • on réduit voir on supprime la commutation multiple lié aux mutuelles inductances et
    • en régime de fonctionnement stabilisé de converger vers des niveaux de température équivalents aux configurations précédentes.
  • Selon l'invention le moyen de réglage de la couverture polaire est fonction de la largeur du balai au niveau de sa zone de contact avec le collecteur.
  • Avantageusement la couverture polaire variable est obtenue par la réalisation d'au moins une zone aménagée de largeur limitée en périphérie d'une zone de contact avec les lames du collecteur, la dite zone aménagée étant adaptée pour réduire la couverture polaire du balai en début de vie du moteur et pour garantir une couverture polaire déterminée en fonctionnement stabilisé du moteur.
  • De préférence selon un mode de mise en oeuvre préféré, le moyen de réglage comporte deux zones aménagées (chanfreinées) ménagées de part et d'autre de la zone de contact entre le balai et le collecteur. Ces zones aménagées sont progressivement usées par la rotation du collecteur. De ce fait la surface de contact entre le collecteur et le balai augmente petit à petit au fur et à mesure que le moteur vieillit.
  • Avantageusement une surface de contact réduite (en début de vie du moteur) crée des courants plus importants entre le collecteur et le balai. Ces courants augmentent la vitesse de croissance de la patine. Or c'est cette patine qui contribue à la diminution du bruit du moteur. De plus une surface de contact réduite diminue les phénomènes « d'arquage » liés à la commutation dite multiple (mutuelles inductances).
  • Les zones aménagées créées de part et d'autre de la zone de contact avec le collecteur permettent ainsi avantageusement d'accélérer la formation de la patine, de réduire les dispersions des performances électromécaniques, de réduire le niveau et les dispersions vibro-acoustiques, de réduire les phénomènes électromagnétiques (telles que les décharges), tout en maintenant les contraintes thermiques à leur niveau habituel, sans surcoût (les zones aménagées sont réalisées par moulage) et sans modification significative de l'encombrement des balais.
  • Bien entendu il est toujours possible de meuler (rodage "in situ") de tels balais pour les rendre totalement complémentaires des lames du collecteur sur lequel ils seront montés. Ce rodage "in situ" est cependant un rodage simple qui ne nécessite aucune opération complexe et qui constitue un simple affinage de l'appariement entre les balais et le collecteur.
  • D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
    • La figure 1 est une vue schématique en coupe montrant un balai selon l'invention en contact avec un collecteur,
    • La figure 2 est une vue semblable à la figure 1 montrant en détail la géométrie du balai selon l'invention,
    • La figure 3 est une vue schématique en coupe représentant un balai selon l'invention en début de vie du moteur, le balai porte alors sur deux lames de collecteur,
    • La figure 4 est une vue schématique en coupe montrant un balai selon l'invention en fonctionnement stabilisé du moteur, le balai porte alors sur trois lames de collecteur,
    • La figure 5 est une vue schématique en perspective du balai selon l'invention, et
    • La figure 6 est une courbe montrant l'évolution de la couverture polaire d'un balai selon l'invention en fonction de la longueur du balai,
    • La figure 7 est une vue schématique semblable à la figure 2 montrant une variante de réalisation avec zones aménagées présentant des rayons de courbure, et
    • Les figures 8a et 8b sont des vues schématiques semblables à la figure 2, montrant une variante de réalisation à une seule zone aménagée.
  • Selon la forme de réalisation représentée aux figures 1 à 5, le balai 10 selon l'invention est adapté pour entrer en contact avec un collecteur 11.
  • En fait, de manière classique, le collecteur 11 d'un moteur électrique (non représenté) est entraîné en mouvement (flèche R - figure 1 -) avec la partie formant rotor de ce moteur électrique. Ce collecteur est muni sur sa périphérie d'une pluralité de lames conductrices 12. Ces lames (au nombre de douze - dans l'exemple représenté -) sont mieux visibles aux figures 3 et 4.
  • Les balais 10 sont quant à eux, solidaires de la partie formant stator. Les balais sont réalisés, de manière connue, en graphite (avec un certain pourcentage de cuivre et divers additifs) et sont d'ailleurs encore couramment appelés "charbons".
  • Pour maintenir une zone de contact 13 permanente entre les lames 12 du collecteur et les balais 10, afin de transmettre un courant électrique entre ces deux éléments, il faut appliquer les balais 10 sur le collecteur 11 avec une pression P suffisante. Lorsque le contact n'est pas suffisant, il y a risque d'étincelles. Par contre si le contact est trop important, les pertes mécaniques augmentent ainsi que la température et l'usure. A cet effet les balais 10 sont mis en place, de manière classique, dans des porte-balais (non représentés) munis de moyens élastiques (non représentés) adaptés pour appliquer les balais contre le collecteur (flèche P - figure 1 -). Petit à petit pendant le fonctionnement du moteur, les balais s'usent. Dans l'exemple représenté les balais ont une longueur L de l'ordre de 14 mm au départ. On considère qu'ils sont usés lorsqu'ils ne mesurent plus que 6 mm et que la tresse d'alimentation 14 est quasiment en contact avec le collecteur 11.
  • Il est à noter que selon la présente invention la position du point de contact moyen entre le balai et le collecteur reste stable pendant toute la durée de fonctionnement du moteur (c'est à dire même après usure du balai). De ce fait l'angle de commutation électrique et la vitesse de rotation du moteur restent également stables pendant toute la durée de vie du moteur. On notera également que, selon la présente invention, le point de contact moyen entre le balai et le collecteur est centré par rapport à la face du balai en contact avec le collecteur.
  • Il est bien connu que les moteurs électriques présentent une première période de fonctionnement, dite début de vie, au cours de laquelle un rodage progressif s'effectue, ainsi qu'un dépôt de patine sur le collecteur. Cette première période dure (dans l'exemple représenté) quelques centaines d'heures. Les moteurs présentent ensuite une seconde période (très longue - plusieurs milliers d'heures), appelée fonctionnement stabilisé. Pendant ce fonctionnement stabilisé l'usure des balais se poursuit régulièrement, mais à un rythme moindre, et la patine est bien formée et permet un glissement avec un frottement optimal entre les balais et le collecteur. Vient ensuite une troisième période, dite fin de vie, dans laquelle l'usure des balais est telle que leur tresse d'alimentation 14 contacte le collecteur. Les balais doivent alors être changés.
  • Selon l'invention le balai 10 est muni d'un moyen de réglage de sa couverture polaire entre le début de vie du moteur et son fonctionnement stabilisé.
  • Le balai selon l'invention se présente sous la forme générale d'un parallélépipède (figure 5) constitué essentiellement de graphite. Selon l'invention deux zones aménagées (dans le cas représenté il s'agit de zones chanfreinées) 15 sont réalisées de part et d'autre de la zone de contact 13 avec le collecteur (voir aussi la figure 2).
  • Avantageusement ces deux zones chanfreinées sont réalisées par moulage du graphite lors de la formation du balai. Ainsi il n'est pas nécessaire d'usiner le balai en graphite pour les créer. Une telle obtention par moulage, permet donc de réaliser, facilement, rapidement et surtout sans réel surcoût ces deux zones chanfreinées.
  • Comme on le voit notamment aux figures 3 et 4 les zones chanfreinées 15 constituent un moyen de réglage de la couverture polaire du balai. A la figure 3, le moteur est en début de vie et le balai présente la forme décrite ci-dessus et est donc muni de deux zones chanfreinées. De ce fait la largeur I1 (figure 2) de la zone en contact avec le collecteur est inférieure à la largeur I2 du balai.
  • Comme on le voit à la figure 3, le balai porte alors sur deux lames de collecteurs. L'intérêt de ne porter que sur deux lames en début de vie est d'accélérer la formation de patine, de réduire (voir supprimer) les effets de commutation électriques liés aux mutuelles inductances et donc de réduire le bruit de fonctionnement.
  • Lorsque le moteur entre dans sa période de fonctionnement stabilisé (figure 4) une partie de la longueur L du balai s'est usée. De ce fait la largeur de la zone en contact avec le collecteur est alors I2. On remarque (figure 4) que le balai porte alors sur trois lames de collecteurs.
  • On notera que lorsque le balai porte sur deux lames de collecteur, son angle polaire a est de l'ordre de 360°/ P = 30° (P = nombre de lames du collecteur, P = 12 dans l'exemple représenté) et lorsque le balai porte sur trois lames de collecteur son angle polaire est de l'ordre de 41,5° (dans l'exemple représenté). Par contre le point de contact moyen entre le balai et le collecteur reste centré sur la face du balai en contact avec le collecteur et ne varie pas en fonction de l'usure du balai.
  • Ainsi entre la phase de début de vie du moteur (figure 3) et la phase de fonctionnement stabilisé (figure 4) en jouant sur la largeur (I1; I2) de la zone en contact avec le collecteur, il est possible de faire varier l'angle polaire du balai. De ce fait il est possible d'utiliser les avantages d'un angle polaire réduit au moment du début de vie (formation de patine accélérée donc moins de vibrations donc moins de bruit) sans avoir les inconvénients à long terme de ce type d'angle polaire. En effet à long terme l'angle polaire est supérieur à 41,5° ce qui permet de faire porter le balai sur trois lames. En fonctionnement stabilisé on utilise alors au maximum les avantages de cette configuration (moins de bruit, bonne patine, moins d'usure).
  • L'invention consiste donc à régler l'angle polaire du balai différemment en fonction de la durée de vie du moteur. Pour ce faire il suffit de faire varier la largeur du balai (I1; I2) tout au long du fonctionnement du moteur.
  • Dans l'exemple représenté la variation de la largeur du balai est progressive (cela est du aux deux zones chanfreinées 15).
  • En variante, il serait également possible d'avoir une variation de la largeur du balai par pas, en réalisant non pas une zone aménagée chanfreinée mais une zone aménagée comportant un épaulement. Un tel épaulement présente cependant l'inconvénient de devoir être réalisé au moins en partie par usinage, ce qui complique le procédé de fabrication du balai.
  • De même en variante la zone aménagée (ou les zones aménagées) pourrait présenter plus d'un épaulement ou plus d'un chanfrein sur chacun des cotés de la zone de contact 13.
  • En variante la zone aménagée peut comporter des rayons de courbures et être réalisées de part et d'autre de la zone de contact ou sur un seul des ces cotés (voir figure 7).
  • En variante encore (figures 8a et 8b), la zone aménagée 15 pourrait être réalisée sur un seul des cotés de la zone de contact 13 et non de part et d'autre de cette zone.
  • La figure 6 illustre notamment la variation de l'angle polaire du balai en fonction de l'usure de celui-ci, c'est à dire en fonction de la durée de vie du moteur. On trouve en ordonnées (figure 6) l'angle polaire en degré (encore appelée couverture polaire) et en abscisse la longueur L du balai.
  • Lorsque le balai sort du moulage, il mesure sensiblement (dans l'exemple représenté) 14 mm de long (L). Son angle de couverture polaire est de 25°. Un premier rodage "in situ" (c'est à dire un meulage du balai pour lui donner la forme exacte du collecteur avec lequel il sera associé) réduira la longueur du balai à 13,6 mm. A ce moment là l'angle de couverture polaire du balai est de 30° environ. A ce niveau de finition le moteur est mis en fonctionnement (début de vie du moteur).
  • Après quelques centaines d'heures de fonctionnement on s'aperçoit que le balai s'est usé pour présenter une longueur L de l'ordre de 12,7 mm et un angle polaire de 41,5° (c'est à dire supérieur à 30°). Le moteur entre alors dans sa phase de fonctionnement stabilisé. Comme on le remarque sur la figure 6, le balai continue de s'user progressivement L= 12, 6 mm ....12, 2 mm...., mais par contre l'angle polaire reste sensiblement supérieur à 41,5° et n'évolue plus. Ceci est tout simplement du au fait que la largeur I2 du balai a été atteinte. Comme cette largeur ne varie plus, l'angle polaire ne varie plus non plus.
  • La figure 6, montre donc comment la variation de la largeur I du balai, permet de faire varier l'angle polaire. En maîtrisant la largeur du balai on maîtrise également la couverture polaire du balai.
  • La maîtrise de la couverture polaire du balai en fonction de la durée de vie du moteur, permet de toujours se placer dans des configurations optimum en limitant le bruit du moteur principalement pendant tout le passage du début de vie du moteur jusqu'à l'atteinte du régime stabilisé. Cela permet également de choisir l'angle polaire du balai en fonction de la durée de vie du balai en concevant un balai avec une largeur adaptée à l'angle polaire recherché.
  • En faisant varier les pentes des zones chanfreinées 15 (représentées ici de l'ordre de 60°) on allonge plus ou moins la durée de fonctionnement sur deux ou trois lames de collecteur.
  • On notera qu'un chanfrein ayant une pente de 60°, présente en outre l'avantage d'être facilement réalisable par moulage.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit. Notamment les valeurs numériques données pour la longueur L, la largeur I, et l'angle polaire α, ne sont données qu'à titre d'exemple illustratif et non limitatif.

Claims (4)

  1. Balai (10) adapté pour entrer en contact avec des lames conductrices (12) ménagées sur un collecteur (11) de moteur électrique, ledit balai ayant un moyen de réglage (15) de sa couverture polaire entre le début de vie du moteur et son fonctionnement stabilisé,
    ledit moyen de réglage étant constitué d'au moins une zone aménagée de largeur limitée (15) en périphérie d'une zone de contact (13) avec les lames (12) du collecteur et
    la dite zone aménagée étant adaptée pour réduire la couverture polaire (α) du balai à des valeurs inférieures à 360° / P, avec P étant le nombre de lames du collecteur, en début de vie du moteur et pour maintenir une couverture polaire à des valeurs supérieur à 360° / P en fonctionnement stabilisé du moteur.
  2. Balai selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de réglage est constitué par deux zones aménagées (15) réalisées de part et d'autre de la zone de contact (13) avec les lames du collecteur.
  3. Balai selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la (ou les) zones aménagée(s) sont réalisée(s) directement par moulage de la matière constituant le balai.
  4. Balai selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'en début de vie il est en contact avec deux lames de collecteur et en fonctionnement stabilisé il est en contact avec trois lames de collecteur.
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