FR2699338A3

FR2699338A3 - Current surge protection device for electrical motor - has brushes connected to electrical contacts and loaded by springs pushing them towards trapezoidal slab covered by nickel foil

Info

Publication number: FR2699338A3
Application number: FR9313727A
Authority: FR
Inventors: Bertolini Thomas
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1993-11-17
Publication date: 1994-06-17
Anticipated expiration: 1999-11-17
Also published as: FR2699338B3; ES1026468U; DE9216883U1; ITMI932561A0; IT1265376B1; ES1026468Y; ITMI932561A1

Abstract

The device includes a body (10) with a disc shape provided with two radial conduits (12) placed on opposite sides of the disc axis. Two brushes (14,16) are pushed towards the disc axis by springs (18) mounted on pins (20) and resting on two shoulders (22). One of the brushes is connected via a flexible conductor (24) to electrical contacts (26). The second brush is connected via another conductor (28) to a spring (32) applied against a protection slab (34). The slab has a trapezoidal shape and its surface is covered with a nickel foil. USE/ADVANTAGE - For protecting motor of car electric windows against temperature and/or current surges. Prevents damaging of motor and its overheating without using additional components.

Description

"Dispositif de protection pour des moteurs électriques"
La présente invention concerne un dispositif de protection pour des moteurs électriques, comportant un élément protecteur en forme de plaquette réalisé comme conducteur froid (résistance de type PTC) branché dans le circuit électrique du moteur et qui modifie, de préférence brusquement, sa résistance lorsque la température change et réduit ainsi le courant du moteur à une valeur non dangereuse."Protection device for electric motors"
The present invention relates to a protective device for electric motors, comprising a protective element in the form of a plate made as a cold conductor (PTC type resistance) connected to the electric circuit of the motor and which modifies, preferably suddenly, its resistance when the temperature changes and thus reduces the motor current to a non-dangerous value.

L'élément protecteur traversé par le courant du moteur d'une face à l'autre de la plaque doit avoir une certaine surface de plaque dont l'importance dépend entre autres du courant qui passe. Si cet élément doit conduire des intensités de courant importantes, comme par exemple celles des courants alimentant les moteurs de lève-vitre d'automobile, il faut à cause de ces intensités, une surface de plaque de plusieurs cm. The protective element through which the motor current flows from one face to the other of the plate must have a certain plate surface, the size of which depends inter alia on the current flowing. If this element is to conduct significant current intensities, such as for example those of the currents feeding the motors of window regulators of automobile, it is necessary because of these intensities, a plate surface of several cm.

Lorsqu'on loge cet élément protecteur dans un tel moteur, son encombrement dans l'espace peut se traduire par une distribution irrégulière de la température à l'intérieur de l'élément protecteur. Cela est particulièrement critique dans la plage de températures pour laquelle la résistance de l'élément protecteur varie brusquement. Dans cette plage de températures, on peut avoir des zones locales de l'élément protecteur fortement ohmiques alors que d'autres zones sont faiblement ohmiques. La répartition irrégulière de la densité du courant qui s'établit alors peut conduire, par échauffement propre ainsi que par échauffement par une source de chaleur (enroulement), à une surchauffe locale de l'élément protecteur entraînant sa destruction. Pour éviter cela, il est connu de prévoir des plaquettes de cuivre d'une épaisseur d'environ 1 mm sur les surfaces de contact de l'élément protecteur ; ces plaquettes de cuivre constituent des conducteurs de chaleur assurant une élévation régulière de la température ; on peut également placer l'élément protecteur dans un boîtier en matière plastique fonctionnant comme écran thermique. Ces deux moyens renchérissent le circuit et de plus les plaquettes de cuivre modifient le comportement de commutation de l'élément protecteur à cause de leur capacité thermique. Le montage dans un boîtier en matière plastique entraine que l'élément protecteur commute principalement à cause de son échauffement propre, engendré par le passage du courant et fonctionne ainsi comme une protection contre les surintensités mais cela ne permet pas d'assurer une protection efficace du moteur par détection d'une température interne trop élevée directement liée à la température de l'enroulement à protéger.When this protective element is housed in such a motor, its space requirement may result in an irregular distribution of the temperature inside the protective element. This is particularly critical in the temperature range for which the resistance of the protective element varies suddenly. In this temperature range, it is possible to have local zones of the protective element that are highly ohmic while other zones are weakly ohmic. The irregular distribution of the density of the current which is then established can lead, by proper heating as well as by heating by a heat source (winding), to local overheating of the protective element leading to its destruction. To avoid this, it is known to provide copper plates with a thickness of about 1 mm on the contact surfaces of the protective element; these copper plates constitute heat conductors ensuring a regular rise in temperature; the protective element can also be placed in a plastic casing functioning as a heat shield. These two means make the circuit more expensive and moreover the copper plates modify the switching behavior of the protective element because of their thermal capacity. Mounting in a plastic housing causes the protective element to switch mainly due to its own heating, generated by the flow of current and thus works as a protection against overcurrents but this does not ensure effective protection of the motor by detection of an excessively high internal temperature directly linked to the temperature of the winding to be protected.

On connaît, en outre, un dispositif protecteur pour des moteurs électriques (EP-0 304 196
A2) comportant deux éléments protecteurs en forme de conducteurs froids ayant un comportement de résistance variant brusquement ; ces deux éléments branchés en parallèle dans le circuit électrique de l'enroulement d'excitation sont en contact thermique étroit l'un avec l'autre. Le premier élément protecteur est conçu pour avoir une température de commutation supérieure à la température ambiante, maximale, prévisible, à laquelle est exposé l'élément protecteur lorsque le moteur fonctionne et l'autre est chauffé à sa température de commutation par le courant normal du moteur. Cette température, qui maintient le premier élément protecteur en autorégulation, est transmise par contact thermique étroit avec le second élément protecteur dont la résistance ne change brusquement que si, pour une température ambiante simulée, le courant du moteur augmente à une valeur élevée, inacceptable. Ce montage a pour but de faire réagir le circuit de protection dans le temps, indépendamment de la température ambiante réelle de l'élément protecteur.There is also known a protective device for electric motors (EP-0 304 196
A2) comprising two protective elements in the form of cold conductors having an abruptly varying resistance behavior; these two elements connected in parallel in the electrical circuit of the excitation winding are in close thermal contact with each other. The first protective element is designed to have a switching temperature higher than the maximum, predictable ambient temperature to which the protective element is exposed when the engine is running and the other is heated to its switching temperature by the normal current of the engine. This temperature, which keeps the first protective element in self-regulation, is transmitted by close thermal contact with the second protective element, the resistance of which changes suddenly only if, for a simulated ambient temperature, the motor current increases to a high value, unacceptable. The purpose of this arrangement is to react the protection circuit over time, regardless of the actual ambient temperature of the protective element.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne, à cet effet, un dispositif de protection de moteurs électriques correspondant au type-défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'élément protecteur est réalisé et/ou disposé pour que son échauffement, provoqué par le passage du courant et la température ambiante, limite le courant avant que des zones locales de l'élément protecteur ne soient surchauffées et endommagées. The object of the present invention is to remedy these drawbacks and to this end relates to a device for protecting electric motors corresponding to the type defined above, characterized in that the protective element is produced and / or arranged so that its heating, caused by the passage of current and the ambient temperature, limits the current before local areas of the protective element are overheated and damaged.

Le dispositif selon l'invention permet d'éviter la surchauffe locale et la destruction de l'élément protecteur sans nécessiter de composants supplémentaires, en évitant ainsi d'influencer de manière négative le comportement en commutation de l'élément protecteur. The device according to the invention makes it possible to avoid local overheating and the destruction of the protective element without requiring additional components, thereby avoiding a negative influence on the switching behavior of the protective element.

Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'élément protecteur a un bord latéral plus large que le bord opposé, et le bord le plus large est tourné vers la source de température ambiante (enroulement du moteur) lorsque l'élément protecteur est monté. According to another characteristic of the invention, the protective element has a wider side edge than the opposite edge, and the wider edge is turned towards the source of ambient temperature (motor winding) when the protective element is mounted. .

Cette caractéristique évite une mise en oeuvre précipitée du dispositif de protection pour un courant moteur trop élevé et/ou une température ambiante trop importante. De plus, à mesure que la chaleur ambiante arrive du côté de l'enroulement du moteur, la partie de l'élément protecteur de surface plus étroite qui n'est pas influencée aussi fortement par le rayonnement thermique et qui reste encore plus conductrice, par comparaison à un élément protecteur de mme largeur, diminue rapidement. Cela conduit à une accélération souhaitée de l'échauffement propre de cette zone de l'élément protecteur, si bien que la commutation coupant ou, le cas échéant, réduisant le courant du moteur, se déclenche plus précocement que dans une réalisation avec un élément protecteur de mme largeur et de forme rectangulaire. Ce moyen, selon l'invention, conduit ainsi à une distribution beaucoup plus régulière de la charge thermique de l'élément protecteur, résultant de l'échauffement propre et de l'action de la chaleur externe, sur toute la surface, pour la coupure. This characteristic avoids a hasty implementation of the protection device for an excessively high motor current and / or an excessive ambient temperature. In addition, as ambient heat arrives on the winding side of the motor, the part of the protective element with a narrower surface which is not as strongly influenced by thermal radiation and which remains even more conductive, for example. comparison with a protective element of the same width, decreases rapidly. This leads to a desired acceleration of the proper heating of this area of the protective element, so that the switching off or, if necessary, reducing the motor current, is triggered earlier than in an embodiment with a protective element. of the same width and rectangular in shape. This means, according to the invention, thus leads to a much more regular distribution of the thermal load of the protective element, resulting from the proper heating and the action of external heat, over the entire surface, for cutting. .

La forme géométrique de l'élément protecteur entre le bord de plaquette large et le bord de plaquette étroit est une adaptation au gradient de température existant dans un cas d'application déterminé. The geometric shape of the protective element between the edge of the wide insert and the edge of the narrow insert is an adaptation to the temperature gradient existing in a specific application case.

Il est particulièrement avantageux que l'élément protecteur soit de forme trapézoïdale et soit fixé et maintenu par ses côtés inclinés. Dans ce cas, la hauteur de l'élément protecteur peut tre adaptée au courant moteur autorisé, sans modification des moyens de fixation. En fixant l'élément protecteur sur une plaque porte-balais, celle-ci peut s'utiliser de manière universelle pour différents moteurs. It is particularly advantageous that the protective element is trapezoidal in shape and is fixed and held by its inclined sides. In this case, the height of the protective element can be adapted to the authorized motor current, without modifying the fixing means. By attaching the protective element to a brush holder plate, it can be used universally for different motors.

Dans le cas de moteurs électriques à plaque porte-balais, on a une réalisation simple et peu encombrante si l'élément protecteur et son plan de plaquette sont parallèles au corps de base en forme de rondelle, de la plaque porte-balais. In the case of electric motors with brush-holder plate, there is a simple and space-saving embodiment if the protective element and its plate plane are parallel to the basic body in the form of a washer, of the brush-holder plate.

Dans ce mode de réalisation selon l'invention, on arrive à une répartition thermique très régulière dans l'élément protecteur sans nécessiter de composants supplémentaires. In this embodiment according to the invention, a very regular thermal distribution is achieved in the protective element without requiring additional components.

Si l'élément protecteur est placé sur la face de la plaque porte-balais qui n'est pas tournée vers la source de chaleur ambiante (enroulement du moteur), son corps de base en forme de rondelle joue le rôle d'un écran thermique pour l'élément protecteur. If the protective element is placed on the face of the brush holder plate which is not turned towards the ambient heat source (motor winding), its basic washer-shaped body acts as a heat shield for the protective element.

Dessins.Drawings.

Deux exemples de l'invention sont représentés aux dessins et seront décrits ci-après de manière plus détaillée. Ainsi : -la figure 1 montre une vue de dessus de la plaque
porte-balais d'un moteur de lève-vitre alimenté par
une batterie de véhicule, selon un premier exemple de
réalisation, -la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II
de la figure 1, -la figure 3 montre la face avant d'une plaque porte
balais selon un second exemple de réalisation, -la figure 4 montre la face arrière de cette plaque
porte-balais.Two examples of the invention are shown in the drawings and will be described below in more detail. Thus: FIG. 1 shows a top view of the plate
brush holder of a window regulator motor powered by
a vehicle battery, according to a first example of
embodiment, FIG. 2 is a sectional view along line II-II
of Figure 1, Figure 3 shows the front face of a door plate
brushes according to a second exemplary embodiment, FIG. 4 shows the rear face of this plate
brush holder.

Description des exemples de réalisation.Description of the exemplary embodiments.

La plaque porte-balais, selon les figures 1 et 2, se compose d'un corps de base 10 en forme de disque, muni dans la masse, de deux conduits 12 radialement opposés pour les balais 14,16. Ces balais sont poussés vers l'intérieur par des ressorts à branches 18 montés sur des tétons 20 et appuyés contre les épaulements 22 du corps de base 10. Le balai 14 est relié électriquement par un conducteur souple 24 ainsi que par d'autres moyens de contact (non référencés dans le détail ou qui n'apparaissent pas à la figure 1) aux contacts de raccordement 26 de la plaque de portebalais. Le balai de contact 16 est relié à un conducteur souple 28 maintenu dans un prolongement de forme appropriée 30 du corps de base 10 en étant relié à un ressort de contact 32 appliqué latéralement avec contact contre un élément protecteur 34 en forme de plaquette qui sera détaillé ultérieurement. Un ressort de contact 36 pousse contre l'autre face de l'élément protecteur 34. Ce ressort de contact est fixé au corps de base 10 et relié par des moyens de contact, non représentés, à un second contact de raccordement 38 de la plaque porte-balais. The brush holder plate, according to FIGS. 1 and 2, consists of a base body 10 in the form of a disc, provided in the mass, with two conduits 12 radially opposite for the brushes 14,16. These brushes are pushed inwards by springs with branches 18 mounted on pins 20 and pressed against the shoulders 22 of the base body 10. The brush 14 is electrically connected by a flexible conductor 24 as well as by other means of contact (not referenced in detail or which do not appear in Figure 1) to the connection contacts 26 of the brush holder plate. The contact brush 16 is connected to a flexible conductor 28 held in an extension of suitable shape 30 of the base body 10 by being connected to a contact spring 32 applied laterally with contact against a protective element 34 in the form of a wafer which will be detailed. later. A contact spring 36 pushes against the other face of the protective element 34. This contact spring is fixed to the base body 10 and connected by contact means, not shown, to a second connection contact 38 of the plate. brush holder.

L'élément protecteur 34 est une plaquette d'une matière à coefficient de température positif (conducteur froid) dont les deux faces sont revtues d'une feuille de nickel ; sa résistance varie brusquement de plusieurs puissances de dix à une température de l'ordre de 130 C. La surface de la plaquette de l'élément protecteur 34 est dimensionnée pour que son échauffement, en fonctionnement sans incident, par le courant du moteur et par l'influence de la température ambiante (c'est-à-dire le rayonnement thermique de l'enroulement d'induit) n'atteigne pas la température critique qui est de l'ordre de 130 C, afin que l'élément protecteur 34 reste faiblement ohmique et ne diminue pas de manière significative le courant du moteur. The protective element 34 is a plate of a material with a positive temperature coefficient (cold conductor), the two faces of which are coated with a sheet of nickel; its resistance varies suddenly from several powers of ten at a temperature of the order of 130 C. The surface of the plate of the protective element 34 is dimensioned so that its heating, in operation without incident, by the current of the motor and by the influence of the ambient temperature (that is to say the thermal radiation of the armature winding) does not reach the critical temperature which is of the order of 130 C, so that the protective element 34 remains weakly ohmic and does not significantly decrease the motor current.

L'élément protecteur 34 a la forme d'un trapèze ; il est placé debout, verticalement par rapport au corps de base 10 et son grand côté 40 est tourné vers l'enroulement de l'induit du moteur. Deux consoles 42, formés sur le corps de base 10, servent à maintenir l'élément protecteur 34 ; ces deux consoles guident et soutiennent les bords latéraux en biais de l'élément protecteur 34 dans des rainures 44 de forme appropriée. En outre, deux étriers 46 qui peuvent s'ouvrir élastiquement ou tre montés a posteriori, appuient sur le bord parallèle 40 de l'élément protecteur 34 engagé dans les rainures 44 pour y maintenir cet élément contre les secousses. The protective element 34 has the shape of a trapezoid; it is placed upright, vertically with respect to the base body 10 and its long side 40 is turned towards the winding of the armature of the motor. Two brackets 42, formed on the base body 10, serve to hold the protective element 34; these two brackets guide and support the lateral edges at an angle of the protective element 34 in grooves 44 of suitable shape. In addition, two stirrups 46 which can open elastically or be retrofitted, bear on the parallel edge 40 of the protective element 34 engaged in the grooves 44 to hold this element there against jolts.

La forme trapézoïdale de l'élément protecteur 34 permet qu'avec une profondeur de pénétration croissante de la température ambiante ou de la chaleur de convexion provenant de 1'enroulement du moteur, les parties de surface, étroites, de l'élément protecteur 34, qui ne sont pas trop fortement sollicitées par la chaleur et restent encore conductrices (par comparaison à un élément protecteur de forme rectangulaire), se réchauffent moins, alors qu'en cas d'incident elles se réchauffent plus rapidement à la température de commutation d'environ 130 C. On réduit ainsi le courant du moteur avant que la zone de surface plus large de l'élément protecteur 34 ne soit endommagée par la surchauffe résultant du rayonnement thermique. The trapezoidal shape of the protective element 34 allows that with an increasing penetration depth of the ambient temperature or of the convection heat coming from the winding of the motor, the narrow surface parts of the protective element 34, which are not too strongly stressed by the heat and still remain conductive (compared to a rectangular protective element), heat up less, while in the event of an incident they heat up more quickly at the switching temperature of about 130 C. The current of the motor is thus reduced before the wider surface area of the protective element 34 is damaged by the overheating resulting from thermal radiation.

Pour adapter l'élément protecteur aux conditions existant dans un cas d'application particulier, on peut modifier la forme de l'élément protecteur. C'est ainsi que l'on peut, par exemple, avoir des parois latérales inclinées, à courbure concave ou convexe. Dans 1'exemple de réalisation choisi, la surface de la plaquette de l'élément protecteur peut tre adaptée à l'intensité du courant autorisée du moteur par variation de l'écartement entre les bords latéraux parallèles, sans avoir à changer les moyens servant à fixer l'élément protecteur. To adapt the protective element to the conditions existing in a particular application case, the shape of the protective element can be modified. This is how one can, for example, have inclined side walls, with a concave or convex curvature. In the embodiment chosen, the surface of the plate of the protective element can be adapted to the intensity of the authorized current of the motor by varying the spacing between the parallel lateral edges, without having to change the means used to attach the protective element.

Dans 1'exemple de réalisation selon les figures 3 et 4, deux balais de contact 54,56 soumis à l'action de ressorts hélicoïdaux 52, sont maintenus coulissants dans des conduites 58 réalisées d'une seule pièce sur le corps de base 60 en forme de plaque. Le balai 54 est relié à un premier contact de raccordement 64 par une bobine 62. Le balai 56 est relié à une extrémité de raccordement d'une bobine 66 dont l'autre extrémité 68 est reliée, à travers le corps de base 60, à la face arrière de la plaque de support de balai (selon la figure 4) ; cette plaque comporte quatre cavités 70,72,74,76 en forme de segments. In the exemplary embodiment according to FIGS. 3 and 4, two contact brushes 54, 56 subjected to the action of helical springs 52, are kept sliding in conduits 58 produced in one piece on the base body 60 in plate shape. The brush 54 is connected to a first connection contact 64 by a coil 62. The brush 56 is connected to a connection end of a coil 66 whose other end 68 is connected, through the base body 60, to the rear face of the brush support plate (according to FIG. 4); this plate has four cavities 70,72,74,76 in the form of segments.

La cavité 76 reçoit un élément protecteur 80 en forme de plaquette, constitué par un conducteur froid ayant la mme structure de matière et le mme comportement, sur le plan de la résistance, que l'élément protecteur 34 du premier exemple de réalisation. L'élément protecteur 80 fixé dans la cavité 76 à l'aide de moyens non représentés est en contact avec l'extrémité de raccordement 68 de la bobine 66 au niveau du passage 82 dans le corps de base 60. La face frontale libre de l'élément protecteur 80 est reliée par une languette de contact 86 coudée traversant un passage 84 et appartenant à un étrier de contact 88 relié à un second contact de raccordement 90 de la plaque porte-balais. The cavity 76 receives a protective element 80 in the form of a wafer, constituted by a cold conductor having the same structure of material and the same behavior, in terms of resistance, as the protective element 34 of the first exemplary embodiment. The protective element 80 fixed in the cavity 76 by means not shown is in contact with the connection end 68 of the coil 66 at the level of the passage 82 in the base body 60. The free front face of the the protective element 80 is connected by a bent contact tab 86 passing through a passage 84 and belonging to a contact stirrup 88 connected to a second connection contact 90 of the brush holder plate.

Dans le montage des figures 3 et 4, pratiquement toutes les zones de l'élément protecteur 80 sont chauffées très régulièrement par la température ambiante et le passage du courant et, en outre, le corps de base 60 de la plaque de porte-balais de l'élément protecteur 80 est protégé contre le rayonnement thermique de l'enroulement du moteur. In the assembly of FIGS. 3 and 4, practically all the zones of the protective element 80 are heated very regularly by ambient temperature and the flow of current and, moreover, the base body 60 of the brush holder plate of the protective element 80 is protected against thermal radiation from the motor winding.

Claims

1) Protection device for electric motors, comprising a protective element in the form of a plate made as a cold conductor (PTC type resistance) connected to the electric circuit of the motor and which modifies, preferably suddenly, its resistance when the temperature changes and thus reduces the motor current to a non-dangerous value, device characterized in that the protective element (34,80) is produced and / or arranged so that its heating, caused by the passage of current and ambient temperature, limits the current before local areas of the protective element are overheated and damaged.

2) Protective device according to claim 1, characterized in that the protective element (34) has a lateral edge (40) wider than the opposite edge, and the widest edge (40) is turned towards the source of ambient temperature (motor winding) when the protective element is fitted.

3) Protective device according to claim 2, characterized in that the protective element (34) has at least substantially a trapezoidal shape and is fixed and maintained by its inclined lateral edges.

4) Protective device according to claim 1, for electric motors comprising a brush holder plate, characterized in that the protective element (80) is mounted so that the plane of its plate is parallel to the base body in plate shape (60) of the brush holder plate.

5) Protective device according to claim 4, characterized in that the protective element (80) is provided on the face of the brush holder plate not turned towards the ambient heat source (motor winding).