FR2477327A1

FR2477327A1 - BROOM AND BRUSH HOLDER FOR ELECTRIC MOTOR

Info

Publication number: FR2477327A1
Application number: FR8103758A
Authority: FR
Inventors: David J Ettelman
Original assignee: Kollmorgen Technologies Corp
Current assignee: Kollmorgen Technologies Corp
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1981-02-25
Publication date: 1981-09-04
Also published as: NL8100977A; SE8101298L; FR2477327B1; CH654697A5; DE3107833A1; SE444371B; DE3107833C2; IT1142332B; IT8147890A0; ATA70481A; AT373742B

Abstract

A brush and brush holder for an electric motor having a rectangular brush guide in which the brush is arranged such that it can be displaced in an axially sliding manner. The side walls of the brush guide are provided with curved bulges in which the brush springing and the cushioning for noise attenuation are accommodated. At the open end of the brush-guide tube there are cushions which prevent the brush striking the side walls of the brush-guide tube.

Description

Balai et porte-balai pour moteur électrique.Broom and brush holder for electric motor.

La présente invention concerne les moteurs électriques et plus précisément les porte-balais et ensembles destinés a de tels moteurs. The present invention relates to electric motors and more specifically to brush holders and assemblies intended for such motors.

Les moteurs a courant continu a entrefer axial qui ont des induits en forme de disques réalisés par impression ou dépôt d'un enroulement métallique en direction radiale sur les faces opposées d'un disque isolant ou par collage d'éléments métalliques estampés formant des demispires des enroulements sur les faces opposées dgun disque préalablement imprégné, les extrémités des demi-spires étant alors soudées ou reliées d'un côté a l'autre du disque a la périphérie interne et à la périphérie externe de l'armature, sont légers, peu encombrants et d'applications très variées.Dans ces moteurs, on dessine et réalise l'impression ou le dépôt des demi-spires ou les pièees métalliques estam pées de manière que la partie plate des conducteurs formant une demi-spire, d'un premier côté de l'induit, puisse entre utilisée comme collecteur. Cette région se trouve habituellement dans la zone radiale de l'induit qui est adjacente a la périphérie interne ou au moyeu. L'utilisation d'une partie des spires conductrices comme collecteur, de cette manibre, simplifie la fabrication-des induits, et réduit le colt et le poids de ceux-ci. Cependant, ces collecteurs sont la cause du bruit des moteurs. DC gap axial motors which have disk-shaped armatures produced by printing or depositing a metal winding in the radial direction on the opposite faces of an insulating disc or by bonding stamped metal elements forming half-turns of the windings on the opposite faces of a previously impregnated disc, the ends of the half-turns then being welded or connected from one side to the other of the disc at the internal periphery and at the external periphery of the frame, are light, not bulky and for a wide variety of applications. In these motors, the printing or the deposition of the half-turns or the metallic traps is designed and produced so that the flat part of the conductors forming a half-turn, on the first side armature, can be used as a collector. This region is usually found in the radial region of the armature which is adjacent to the inner periphery or to the hub. The use of a portion of the conductive turns as a collector, in this way, simplifies the manufacture of the armatures, and reduces the cost and the weight thereof. However, these collectors are the cause of engine noise.

Un exemple d'un tel moteur est un moteur a circuit imprimé de 14 cm, formé a partir de pièces métalliques embouties ayant 141 conducteurs ou enroulements par couchei chaque conducteur,d'un premier côté de l'induit et à proximité de la périphérie interne ou du moyeu de l'induit, jouant aussi le rôle d'un collecteur. Ces 141 segments conducteurs ou collecteurs sont séparées les uns des autres par une distance correspondant a peu près a la moitié de la largeur du segment. Le fonctionnement du moteur ne nécessite qu'une faible distance ou qu'un faible espace assurant l'isolement électrique. Cette grande distance séparant les segments est une conséquence des restrictions présentées par le procédé d'estampage ou d'emboutissage.Cette distance importante peut cependant provoquer un claquement ou crépitement des balais ou la vibration des porte-balais, créant du bruit, lorsque 1-' induit et les segments collecteurs tournent en face des balais a la vitesse normale du moteur. On a constaté que, malgré des efforts particuliers et des procédés spéciaux de fabrication, notamment le tournage avec des outils diamantés, destinés a l'élimination du bruit, ce bruit persistait lors de l'utilisation de porte-balais classiques. Cependant, on constate que les porte-balais réalisés selon l'invention comme décrit dans la suite du présent mémoire, réduisent très efficacement ce bruit. An example of such a motor is a 14 cm printed circuit motor, formed from stamped metal parts having 141 conductors or coils per layer, each conductor, on a first side of the armature and close to the internal periphery. or the armature hub, also playing the role of a collector. These 141 conductive segments or collectors are separated from each other by a distance corresponding to approximately half the width of the segment. Motor operation requires only a short distance or a small space ensuring electrical isolation. This great distance separating the segments is a consequence of the restrictions presented by the stamping or stamping process. This great distance can however cause a cracking or crackling of the brushes or the vibration of the brush holders, creating noise, when 1- armature and the collector segments rotate opposite the brushes at normal motor speed. It has been found that, despite special efforts and special manufacturing processes, in particular turning with diamond tools, intended for the elimination of noise, this noise persisted during the use of conventional brush holders. However, it can be seen that the brush holders produced according to the invention as described in the remainder of this specification very effectively reduce this noise.

Des balais destinés a de tels moteurs ont en général une forme rectangulaire et sont le plus souvent montés dans des supports métalliques ayant habituellement une dimension légèrement supérieure a celle du balai si bien que celui-ci peut glisser librement en translation dans le support et peut ainsi compenser les irrégularités de la surface collectrice et le raccourcissement du balai lors de son usure. Le support a un ressort qui est au contact de la face arrière du balai et qui maintiertla face avant au contact du collecteur lors de la rotation de l'induit. Lorsque le balai a une connexion électrique en shunt, comme dans le cas général, le support ne constitue qu'un guide mécanique et n'a pas à former une connexion électrique. Brushes intended for such motors generally have a rectangular shape and are most often mounted in metal supports usually having a dimension slightly greater than that of the brush so that the latter can slide freely in translation in the support and can thus compensate for irregularities in the collecting surface and the shortening of the brush when it wears out. The support has a spring which is in contact with the rear face of the brush and which maintains the front face in contact with the collector during the rotation of the armature. When the brush has an electrical shunt connection, as in the general case, the support only constitutes a mechanical guide and does not have to form an electrical connection.

Selon l'invention, on constate que le claquement, le crépitement ou les vibrations des balais dans un moteur électrique tel qu'un moteur a circuit imprimé ou à entrefer radial, pouvaient être notablement réduits et pratiquement éliminés par isolement ou amortissement de la zone de contact ou de choc du balai et de son support lorsque le balai est dévié dans le support au moment du passage des segments collecteurs et des espaces séparant les segments, en face des balais. Cette disposition est obtenue par introduction ou revêtement, entre le balai et un tube de support, d'une matière d'amortissement ayant la propriété de ne provoquer qu'un faible rebond, par exemple le caoutchouc butyle. According to the invention, it can be seen that the slamming, crackling or vibrations of the brushes in an electric motor such as a motor with a printed circuit or with a radial gap, could be significantly reduced and practically eliminated by isolation or damping of the zone of contact or impact of the brush and its support when the brush is deflected in the support when the collecting segments and the spaces separating the segments, opposite the brushes, pass. This arrangement is obtained by introducing or coating, between the brush and a support tube, a damping material having the property of causing only a slight rebound, for example butyl rubber.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une élévation en coupe partielle et avec des parties arrachées, d'un balai et d'un ensemble comprenant un boitier de balai, selon l'invention -
- la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1 du balai et de son boitier-;
- la figure 3 est une vue en plan d'un segment collecteur, avec un balai représenté en poupe, suivant les flèches 3 de la figure 1
- la figure 4 est une coupe du balai et de son boîtier, par le plan repéré par la ligne 4-4 de la figure 2 ; et
- la figure 5 est une coupe analogue a la figure 4 mais par le plan repéré par la ligne 5-5 sur la figure 2.Other characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, given with reference to the appended drawings in which
- Figure 1 is an elevation in partial section and with parts cut away, of a brush and of an assembly comprising a brush housing, according to the invention -
- Figure 2 is a section along line 2-2 of Figure 1 of the brush and its housing;
- Figure 3 is a plan view of a collecting segment, with a broom shown in stern, according to the arrows 3 in Figure 1
- Figure 4 is a section of the brush and its housing, by the plane identified by line 4-4 of Figure 2; and
- Figure 5 is a section similar to Figure 4 but by the plane marked by line 5-5 in Figure 2.

Comme indiqué sur les différentes figures, le balai et l'ensemble comprenant le bottier, portant la référence générale 2, comporte un tube rectangulaire 4 auquel est fixé et collé, a une première extrémité, un capuchon 6. As indicated in the various figures, the broom and the assembly comprising the shoemaker, bearing the general reference 2, comprises a rectangular tube 4 to which is fixed and glued, at a first end, a cap 6.

Celui-ci est taraudé comme indique par la référence 8. Un dispositif de fermeture 10 ayant une fente 12 permettant sa rotation par un tourne-vis, est vissé dans le taraudage 8 du capuchon 6. Comme indiqué clairement sur les figures 1 et 5, les côtés amont et aval du tube 4 de logement de balai, dans la direction de la flèche de la figure 1, représentant le déplacement du collecteur comme indiqué par la référence générale 20, ont des parois courbes 14 et 16 destinées au logement d'un ressort 18 de balai.This is tapped as indicated by the reference 8. A closing device 10 having a slot 12 allowing its rotation by a screwdriver, is screwed into the tapping 8 of the cap 6. As clearly indicated in FIGS. 1 and 5, the upstream and downstream sides of the brush housing tube 4, in the direction of the arrow in FIG. 1, representing the movement of the collector as indicated by the general reference 20, have curved walls 14 and 16 intended for housing a brush spring 18.

Le collecteur 20 est formé de segments 22 séparés par des espaces 24. The collector 20 is formed by segments 22 separated by spaces 24.

Comme indiqué clairement sur les figures 1 a 4, le balai 30 a une section rectangulaire, ses dimensions étant légèrement inférieures a celles du tube 4, si bien qu'il glisse librement dans celui-ci en direction axiale. As clearly indicated in FIGS. 1 to 4, the brush 30 has a rectangular section, its dimensions being slightly smaller than those of the tube 4, so that it slides freely in the latter in the axial direction.

A sqn extrémité placée a l'intérieur du tube 4, le balai 30 a une saillie 32 destinée a se loger dans une extrémité d'un ressort 34 de compression. Un fil 36 de shunt, formé par exemple d'une tresse de cuivre, est enrobé dans le balai 30 et plus précisément dans la saillie 32, à l'une de ses extrémités, si bien qu'il forme une connexion électrique avec le balai. A llautre extrémité, le fil 36 est relié électriquement à une pince métallique 38 du capuchon, ayant des branches 38a et 38b qui dépassent dans le tube 4, vers le balai. L'extrémité libre du ressort 34 se loge dans la pince 38.At an end placed inside the tube 4, the brush 30 has a projection 32 intended to be housed in one end of a compression spring 34. A shunt wire 36, formed for example of a copper braid, is embedded in the brush 30 and more precisely in the projection 32, at one of its ends, so that it forms an electrical connection with the brush . At the other end, the wire 36 is electrically connected to a metal clamp 38 of the cap, having branches 38a and 38b which protrude into the tube 4, towards the brush. The free end of the spring 34 is housed in the clamp 38.

Le balai et l'ensemble décrit précédemment sont des exemples de balai et d'ensemble utilisés dans les moteurs à circuit imprimé a entrefer axial, et représentent une application particulièrement avantageuse de l'invention. The brush and the assembly described above are examples of brush and assembly used in motors with an axial gap printed circuit, and represent a particularly advantageous application of the invention.

Dans les ensembles connus, lorsque le collecteur 20 tourne en face de l'extrémité du balai 30, celui-ci est maintenu au contact du collecteur 20 par le ressort 34 qui est comprimé dans le,tube 4. Ainsi, le balai 30 glisse dans le tube 4 en translation lorsque des irrégularités du collecteur, par exemple des bosses ou analogues, passent sous le balai 30 mais celui-ci est néanmoins maintenu en contact électrique avec le collecteur 2,0 et les segments 22 de celui-ci.In known assemblies, when the collector 20 rotates opposite the end of the brush 30, the latter is held in contact with the collector 20 by the spring 34 which is compressed in the tube 4. Thus, the brush 30 slides in the tube 4 in translation when irregularities of the collector, for example bumps or the like, pass under the brush 30 but the latter is nevertheless maintained in electrical contact with the collector 2,0 and the segments 22 thereof.

Lorsque le balai 30 passe d'un segment 22 au suivant, au-delà de l'espace 24, il a tendance à se coincer et se décoincer dans le tube 4, c'est-à-dire qu'il a tendance a être repoussé contre la paroi latérale amont ou aval du tube 4, en créant ainsi un cliquetis, un claquement, une vibration et du bruit au niveau du balai. L'invention concerne l'élimination de ce claquement, de ce cliquetis, de cette vibration et de ce bruit. When the brush 30 passes from one segment 22 to the next, beyond the space 24, it tends to get stuck and become loose in the tube 4, that is to say it tends to be pushed against the upstream or downstream side wall of the tube 4, thereby creating a rattling, clicking, vibration and noise at the level of the brush. The invention relates to the elimination of this click, this rattling, this vibration and this noise.

Comme indiqué sur la figure 4, selon l'invention, l'extrémité du tube 4 qui est tournée vers le collecteur, au niveau des parois amont et aval du tube, porte une ma tière d'amortissement formée d'un élastomère à faible coefficient de rebondissement qui amortit et réduit le pivotement ou le contact du balai et des parois latérales amont et aval de son boîtier mais qui simultanément n'empêche pas le déplacement du balai 30 dans le tube 4 en translation longitudinale ou le maintien du contact de l'extrémité du balai 30 avec le collecteur 20, sous l'action du ressort 18. As indicated in FIG. 4, according to the invention, the end of the tube 4 which faces the manifold, at the level of the upstream and downstream walls of the tube, carries a damping material formed from a low coefficient elastomer rebound which dampens and reduces the pivoting or the contact of the brush and the upstream and downstream side walls of its housing but which simultaneously does not prevent the displacement of the brush 30 in the tube 4 in longitudinal translation or the maintenance of the contact of the end of the brush 30 with the collector 20, under the action of the spring 18.

Dans un mode de réalisation avantageux représenté sur la figure 4, l'extrémité inférieure des parois courbes 14, 16 du tube 4 qui, du côté du capuchon, loge le ressort 18 de compression, porte des dispositifs élastomères 40, 42 d'amortissement qui sont relativement mous mais non élastiques et ne provoquent pas de rebondissement important. On constate que le caoutchouc butyle convient particulièrement bien et il est collé a la paroi courbe par une colle rapide telle qu'une colle de cyanoacrylate, ou il peut être fixé mécaniquement par formation de trous convenables dans les parois courbes et de saillies sur les organes 40, 42 de caoutchouc butyle, ces saillies passant dans les trous. In an advantageous embodiment shown in FIG. 4, the lower end of the curved walls 14, 16 of the tube 4 which, on the side of the cap, houses the compression spring 18, carries elastomeric devices 40, 42 for damping which are relatively soft but not elastic and do not cause significant rebound. It can be seen that butyl rubber is particularly suitable and is bonded to the curved wall by a quick glue such as a cyanoacrylate glue, or it can be fixed mechanically by formation of suitable holes in the curved walls and protrusions on the members. 40, 42 of butyl rubber, these projections passing through the holes.

A l'état relaxé, les organes 40, 42 d'amortissement doivent évidemment dépasser au-delà des parois latérales adjacentes du tube 4 mais ne doivent pas interférer avec le mouvement du balai 30 vers l'intérieur et vers l'extérieur dans le tube 4. Les organes 40, 42, lorsqu'ils sont comprimés, doivent amortir les mouvements du balai 30 et empêcher le contact ou le choc de celui-ci avec la paroi latérale du tube. In the relaxed state, the damping members 40, 42 must obviously protrude beyond the adjacent side walls of the tube 4 but must not interfere with the movement of the brush 30 inwards and outwards in the tube 4. The members 40, 42, when compressed, must dampen the movements of the brush 30 and prevent contact or impact thereof with the side wall of the tube.

Bien que l'utilisation d'organes 40, 42 placés à l'intérieur des parois courbes 14, 16 soit commode pour la mise en oeuvre de l'invention sans modification des dimensions des éléments existants, les hommes du métier peuvent noter que d'autres dispositifs d'amortissement peuvent être utilisés. Par exemple, si l'extremite du tube proche du collecteur est légèrement élargie, les parois du tube, à l'extrémité des parois courbes 14, 16, peuvent être revêtues d'un revêtement élastomère ayant de faibles propriétés de rebondissement tel que le caoutchouc butyle On peut aussi utiliser un manchon d'une telle matière et non un revêtement. Although the use of members 40, 42 placed inside the curved walls 14, 16 is convenient for the implementation of the invention without modifying the dimensions of the existing elements, those skilled in the art may note that other damping devices may be used. For example, if the end of the tube close to the manifold is slightly enlarged, the walls of the tube, at the end of the curved walls 14, 16, may be coated with an elastomeric coating having low rebound properties such as rubber butyl It is also possible to use a sleeve of such a material and not a coating.

I1 est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'a titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses élé- ments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre qui est défini dans les revendications annexées. It is understood that the invention has only been described and represented by way of a preferred example and that any technical equivalence may be made in its constituent elements without going beyond its ambit which is defined in the appended claims.

Claims

1. A damped type brush assembly for an electric motor, characterized in that it comprises a brush housing tube (4), open at a first end and in which a brush (30) can slide longitudinally, a device (18) placed in the tube and intended to push the broom outwards from the open end of the tube and exposure of cooperation with a collector (30) passing in front of the open end of the tube and in front of the broom, and a device (40, 42) damping placed on the walls of the tube, upstream and downstream relative to the movement of the collector in front of the tube and the brush, this device being intended to dampen the movements of the brush against the side walls of the tube.

2. Assembly according to claim 1, characterized in that the upstream and downstream walls of the tube have curved parts (14, 16), and the damping device (40, 42) is housed in the curved parts.

3. Assembly according to one of claims 1 and 2, characterized in that the damping device (40, 42) is formed of an elastomer.

4. Assembly according to one of claims 1 and 2, characterized in that the damping device (40, 42) is formed of butyl rubber.

5. Assembly according to one of claims 1 and 2, characterized in that the tube (4) of brush housing has a rectangular shape.