FR2810469A1 - Electric motor for servo assistance in vehicle comprise two part stator with collector rings and carbon brush structure with reduced overall size - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne d'une manière générale les machines tournantes électriques. The present invention relates generally to electric rotating machines.
On entend par machine tournante électrique machine comportant une partie fixe, ou stator, et une partie tournante, rotor, et susceptible d'être agencée pour fonctionner à la manière d'un moteur électrique, le rotor tournant lorsque la machine est alimentée en courant, ou pour fonctionner à la manière d'un générateur ou alternateur lorsque son rotor est mécaniquement entraïné en rotation. The term “rotary electric machine” means a machine comprising a fixed part, or stator, and a rotary part, rotor, and capable of being arranged to operate in the manner of an electric motor, the rotor rotating when the machine is supplied with current, or to operate like a generator or alternator when its rotor is mechanically rotated.
Comme on le sait, de telles machines ont des applications nombreuses et variées ; s'agissant par exemple de moteurs électriques, ils sont de plus en plus utilisés pour réaliser des asservissements, notamment dans les véhicules automobiles où ils sont associés à divers organes tels embrayage, boîte de vitesse, freins, direction assistée et autres. As is known, such machines have many and varied applications; in the case of electric motors, for example, they are used more and more to produce servo-control systems, in particular in motor vehicles where they are associated with various members such as clutch, gearbox, brakes, power steering and others.
On comprend que notamment dans ce type d'applications l'encombrement des machines électriques et leurs performances ont grande importance. C'est un but de l'invention de proposer une machine tournante électrique à faible encombrement et performances élevées. It is understood that in particular in this type of applications the size of the electrical machines and their performance are of great importance. It is an object of the invention to provide an electric rotary machine with a small footprint and high performance.
Selon l'invention, une machine tournante électrique comportant une partie fixe ou stator et une partie tournante ou rotor, ledit stator portant au moins un bobinage électrique, est caractérisée par le fait que ledit bobinage est relié aux lames d'un collecteur fixe qui comprend également deux bagues collectrices, les lames, d'une part, et chacune des bagues, d'autre coopérant avec un charbon porté par un porte-charbons tournant solidaire rotor. According to the invention, an electric rotary machine comprising a fixed part or stator and a rotary part or rotor, said stator carrying at least one electric winding, is characterized in that said winding is connected to the blades of a fixed collector which comprises also two slip rings, the blades, on the one hand, and each of the rings, on the other cooperating with a carbon carried by a rotating carbon holder secured to the rotor.
Avantageusement, le rotor est à aimants. Advantageously, the rotor is with magnets.
De préférence, le stator est constitué de deux demi-stators creux assemblés. Preferably, the stator is made up of two assembled hollow half-stators.
Avantageusement, le stator porte au moins cheminée radiale recevant une pièce magnétique, ledit bobinage entourant ladite cheminée. Advantageously, the stator carries at least radial chimney receiving a magnetic part, said winding surrounding said chimney.
De préférence, le stator est muni de flasques transversaux portant centralement des supports de paliers prolongés vers l'extérieur par des prolongements tubulaires. Avantageusement, le stator est supporté par une carcasse magnétique. De préférence, le rotor est cylindrique et porte des aimants rapportés par collage. Preferably, the stator is provided with transverse flanges centrally carrying bearing supports extended outwards by tubular extensions. Advantageously, the stator is supported by a magnetic carcass. Preferably, the rotor is cylindrical and carries magnets added by gluing.
Avantageusement, le rotor est cylindrique et sa périphérie est constituée d'un mélange de matière plastique et de poudre d'aimants. Advantageously, the rotor is cylindrical and its periphery consists of a mixture of plastic and magnet powder.
Avantageusement, les lames et les bagues du collecteur sont cylindriques. Advantageously, the blades and the collector rings are cylindrical.
De préférence, les bagues sont reliées électriquement à des bandes conductrices s'étendant dans l'un des prolongements tubulaires sur lequel le collecteur est emmanché à force. Preferably, the rings are electrically connected to conductive strips extending in one of the tubular extensions on which the collector is force fitted.
Avantageusement, le porte-charbons présente une platine annulaire portant sur l'une de ses faces puits pour des charbons appliqués chacun radialement sur les lames et l'une bagues. Advantageously, the brush holder has an annular plate bearing on one of its well faces for coals each applied radially to the blades and one of the rings.
Selon une autre forme réalisation, les lames et les bagues du collecteur s'étendent radialement, le collecteur étant du type plat. Avantageusement, le porte charbons s'étend axialement entre les lames et les bagues prévues concentriques, des puits pour des charbons étant doubles et contenant chacun deux demi charbons alignés sollicités en éloignement l'un de l'autre pour coopérer, l'un, avec les lames radiales, l'autre, avec l'une des bagues. According to another embodiment, the blades and the collector rings extend radially, the collector being of the flat type. Advantageously, the carbon holder extends axially between the blades and the rings provided concentric, wells for carbon being double and each containing two aligned half carbon requested in distancing from one another to cooperate, one with the radial blades, the other, with one of the rings.
De préférence, les bagues sont portées par un couvercle. Avantageusement, une paroi de fermeture définit un volume étanche, pour le stator et le rotor, contenant un liquide de refroidissement. Preferably, the rings are carried by a cover. Advantageously, a closure wall defines a sealed volume, for the stator and the rotor, containing a cooling liquid.
Selon une application, bagues sont alimentées en courant, la machine fonctionnant en moteur électrique. According to one application, rings are supplied with current, the machine operating as an electric motor.
Selon une autre application, le rotor est entraîné mécaniquement en rotation, la machine fonctionnant générateur de courant. According to another application, the rotor is mechanically rotated, the machine operating as a current generator.
Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemple, purement illustratif et non limitatif, des modes de réalisation représentés sur les dessins annexés. To better understand the object of the invention, we will now describe, by way of example, purely illustrative and not limiting, embodiments shown in the accompanying drawings.
Sur ces dessins - la figure 1 est une vue partielle en perspective éclatée d'une machine tournante selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en perspective éclatée du stator et du rotor de la machine la figure 1 ; - la figure 3 une vue en perspective montrant l'association du stator des figures 1 et 2 et son collecteur à lames et bagues ; - la figure est une vue en perspective montrant l'association du collecteur à lames bagues et du porte-charbons ; - les figures et 6 sont des vues partielles en perspective d'une variante de machine tournante selon l'invention vue sous deux angles différents. In these drawings - Figure 1 is a partial exploded perspective view of a rotary machine according to the invention; - Figure 2 is a partial exploded perspective view of the stator and the rotor of the machine in Figure 1; - Figure 3 a perspective view showing the association of the stator of Figures 1 and 2 and its collector blades and rings; - The figure is a perspective view showing the association of the collector with ring blades and the brush holder; - Figures and 6 are partial perspective views of a variant of a rotary machine according to the invention seen from two different angles.
En se reportant aux figures 1 à 4, on voit que le stator 10 est constitué de deux demi-stators 1 creux portant dorsalement, à leur périphérie, des cheminées radiales 1 régulièrement espacées circonférentiellement. Referring to Figures 1 to 4, we see that the stator 10 consists of two hollow half-stators 1 dorsally carrying, at their periphery, radial chimneys 1 regularly spaced circumferentially.
Ces cheminées radiales 12 reçoivent des pièces magnétiques 13 constituant des éléments du circuit magnétique pour des enroulements ou bobinages, schématisés en 20 sur la figure 1, entourant les cheminées radiales 12 ; les pièces magnétiques 13 sont avantageusement feuilletées pour minimiser les pertes. These radial chimneys 12 receive magnetic pieces 13 constituting elements of the magnetic circuit for windings or coils, shown diagrammatically at 20 in FIG. 1, surrounding the radial chimneys 12; the magnetic pieces 13 are advantageously laminated to minimize losses.
Des flasques d'extrémité 14, 15 des deux demi-stators 11 sont munis de moyens d'encliquetage complémentaires 16, 17 pour l'assemblage des deux demi-stators 11 constituant le stator 10. End flanges 14, 15 of the two half-stators 11 are provided with complementary latching means 16, 17 for assembling the two half-stators 11 constituting the stator 10.
Les flasques 14, 15 portent centralement des supports de paliers 18, 19 dirigés vers l'extérieur destinés à recevoir chacun un palier 21, ici du type rotule, pour montage à rotation de l'arbre 31 d'un rotor 30 dont les extrémités traversent, au delà supports de paliers 18, 19, des prolongements tubulaires 22, 23 par lesquels stator 10 est supporté par une carcasse 24 cylindrique, plus précisément par le fond 25 de cette carcasse 24 et par une paroi de fermeture 26 solidaire de cette carcasse 24 disposée axialement à distance de son bord libre 27. The flanges 14, 15 carry centrally bearing supports 18, 19 directed outwardly intended to each receive a bearing 21, here of the ball joint type, for rotational mounting of the shaft 31 of a rotor 30 whose ends pass through , beyond bearing supports 18, 19, tubular extensions 22, 23 by which stator 10 is supported by a cylindrical carcass 24, more precisely by the bottom 25 of this carcass 24 and by a closure wall 26 integral with this carcass 24 disposed axially at a distance from its free edge 27.
La carcasse est métallique pour fermeture du circuit magnétique ; avantageusement, comme les pièces magnétiques 13, la carcasse 24 est avantageusement feuilletée. The carcass is metallic for closing the magnetic circuit; advantageously, like the magnetic parts 13, the carcass 24 is advantageously laminated.
A l'exception bien sûr des pièces magnétiques 13, le stator 10 est avantageusement matière plastique et comporte, surmoulées, deux bandes conductrices 28, 29 pour l'alimentation électrique de la machine tournante lorsqu'elle est utilisée comme moteur électrique ; ces bandes 28, 29 s'étendent axialement dans le prolongement tubulaire 22, du côté du bord libre 27 de la carcasse 24, qu'elles dépassent légèrement ; de l'autre côté, elles s'étendent radialement chacune dans la paroi radiale d'une cheminée 12 d'où elles sortent pour leur connexion à une source de courant. With the exception of course of the magnetic parts 13, the stator 10 is advantageously made of plastic and comprises, overmolded, two conductive strips 28, 29 for the electrical supply of the rotary machine when it is used as an electric motor; these bands 28, 29 extend axially in the tubular extension 22, on the side of the free edge 27 of the carcass 24, which they slightly protrude; on the other side, they each extend radially in the radial wall of a chimney 12 from which they exit for their connection to a current source.
Le rotor 30 comprend, outre son arbre 31, un corps cylindrique 32 porteur d'aimants ; ceux-ci peuvent être rapportés par collage ou être constitués d'une matière plastique 33, telle que du polypropylène, dans laquelle sont noyes des éléments magnétiques tels que Fer, Néodyme, Bore ; de cette maniere, la matière magnétique est proche des bobinages. The rotor 30 comprises, in addition to its shaft 31, a cylindrical body 32 carrying magnets; these can be added by bonding or be made of a plastic material 33, such as polypropylene, in which are embedded magnetic elements such as Iron, Neodymium, Boron; in this way, the magnetic material is close to the coils.
Les enroulements 20 qui entourent les cheminées 12 sont connectés électriquement, de manière classique, aux bornes 42 en U que portent bout des lames isolées 41 du collecteur 40, mieux visible sur la figure 3, qui porte également deux bagues, une première bague 43 et une seconde bague 44, également isolées, tant l'une par rapport à l'autre que par rapport aux lames 41 ; ici, le collecteur 40 est du type cylindrique, les lames 41 et les bagues 44 s'étendant à la surface externe cylindrique du corps du collecteur qui présente un alésage interne 47 ; c'est par cet alésage 47 que le collecteur est monté à force sur le prolongement tubulaire 22 du stator 10 ; chaque bague 43, 44 porte une patte axiale, respectivement 45, 46 émergeant axialement, lorsque le collecteur 40 est en place, au droit des parties des bandes conductrices 28, 29 qui dépassent légèrement le prolongement tubulaire 22, parties auxquelles elles sont reliees, par exemple par soudage. The windings 20 which surround the chimneys 12 are electrically connected, in a conventional manner, to the U-shaped terminals 42 which are worn at the end of the insulated blades 41 of the collector 40, better visible in FIG. 3, which also carries two rings, a first ring 43 and a second ring 44, also insulated, both with respect to each other and with respect to the blades 41; here, the manifold 40 is of the cylindrical type, the blades 41 and the rings 44 extending to the cylindrical outer surface of the body of the manifold which has an internal bore 47; it is through this bore 47 that the manifold is forcibly mounted on the tubular extension 22 of the stator 10; each ring 43, 44 carries an axial tab, respectively 45, 46 emerging axially, when the collector 40 is in place, in line with the parts of the conductive strips 28, 29 which slightly exceed the tubular extension 22, parts to which they are connected, by example by welding.
collecteur 40 à lames et bagues est associé à un porte-charbons 50. porte-charbons 50, mieux visible sur la figure 4, présente une platine 51 globalement sous forme d'un disque annulaire qui porte, sur l'une de ses faces, des puits à charbons, ici deux premiers puits 52 diamétralement opposés et deux seconds puits 53 également diamétralement opposés. collector 40 with blades and rings is associated with a carbon holder 50. carbon holder 50, better visible in FIG. 4, has a plate 51 generally in the form of an annular disc which carries, on one of its faces, coal wells, here two first diametrically opposed wells 52 and two second wells 53 also diametrically opposed.
premiers puits 52 reçoivent chacun, à coulissement radial, un premier charbon adapté à coopérer à frottement avec les lames 41 et la première bague du collecteur 40 ; les seconds puits 53 reçoivent chacun, à coulissement radial, un second charbon 55, plus long axialement que le premier charbon 54, adapté à coopérer à frottement avec les lames 41 et avec la seconde bague 44 ; les charbons 54 et 55 sont sollicités axialement des ressorts en épingle 56 montés sur des pions 57 et en appui sur des plots Le porte-charbons 50 est emmanché à force sur l'arbre 31 du rotor 30 et est donc adapté à tourner avec lui. first wells 52 each receive, radially sliding, a first carbon adapted to cooperate with friction with the blades 41 and the first ring of the collector 40; the second wells 53 each receive, radially sliding, a second carbon 55, axially longer than the first carbon 54, adapted to cooperate with friction with the blades 41 and with the second ring 44; the coals 54 and 55 are biased axially from the pin springs 56 mounted on pins 57 and bearing on studs The carbon holder 50 is force fitted on the shaft 31 of the rotor 30 and is therefore suitable for turning with it.
Le fonctionnement d'une telle machine est identique à celui d'une machine classique sauf qu'ici le collecteur 40 est fixe et le porte-charbons 50 tournant, bagues collectrices 43, 44 étant associées aux lames 41 du collecteur Grâce à l'invention, le rotor 30 de la machine tournante peut etre à aimants donc de faible inertie : ceci permet, notamment lorsque la machine est un moteur électrique, d'obtenir des temps de réponse très courts, qui convient particulièrement bien pour des commandes d'asservissement. The operation of such a machine is identical to that of a conventional machine except that here the collector 40 is fixed and the carbon holder 50 rotating, slip rings 43, 44 being associated with the blades 41 of the collector. Thanks to the invention , the rotor 30 of the rotating machine can be magnetized so of low inertia: this allows, especially when the machine is an electric motor, to obtain very short response times, which is particularly suitable for servo controls.
La paroi de fermeture 26 peut être prévue en sorte d'assurer, en combinaison avec la carcasse 24, un volume étanche pour le stator et le rotor, lequel volume peut contenir un fluide de refroidissement tel que de l'huile par exemple. The closure wall 26 can be provided so as to ensure, in combination with the carcass 24, a sealed volume for the stator and the rotor, which volume can contain a cooling fluid such as oil for example.
Les figures 5 et 6 montrent une variante de machine tournante selon l'invention. Figures 5 and 6 show a variant of a rotary machine according to the invention.
Sur ces figures, les pièces identiques à celles de la variante précédente, ou jouant le même rôle, portent les mêmes références augmentées de cent.In these figures, the parts identical to those of the previous variant, or playing the same role, bear the same references increased by one hundred.
Selon cette variante, le collecteur 140 est du type plat : les lames isolées 141 s'étendent radialement ainsi que les bagues 143, 144 qui sont en forme de disques annulaires concentriques portés par un couvercle 135 qui vient fermer la carcasse Ici, porte-charbons 150 s'étend axialement entre les lames 141 et les bagues 1 144 ; les premiers puits 152 sont doubles et contiennent chacun deux demi-charbons 154 alignés axialement, un coopérant avec la bague 144 et l'autre avec les lames 141, les deux demi-charbons 154 étant sollicités axialement en éloignement l'un de l'autre par un ressort disposé entre eux deux ; de la même façon, les seconds puits 153 sont doubles et contiennent chacun deux demi-charbons 155 alignés axialement, un coopérant avec la bague 143 et l'autre avec les lames 141, les deux demi-charbons 155 étant sollicités axialement en éloignement l'un de l'autre par un ressort disposé entre eux deux. According to this variant, the collector 140 is of the flat type: the insulated blades 141 extend radially as well as the rings 143, 144 which are in the form of concentric annular discs carried by a cover 135 which comes to close the carcass Here, carbon holder 150 extends axially between the blades 141 and the rings 1 144; the first wells 152 are double and each contain two half-coals 154 axially aligned, one cooperating with the ring 144 and the other with the blades 141, the two half-coals 154 being biased axially away from one another by a spring arranged between them two; in the same way, the second wells 153 are double and each contain two half-coals 155 aligned axially, one cooperating with the ring 143 and the other with the blades 141, the two half-coals 155 being biased axially away from the one of the other by a spring arranged between them two.
Pour faciliter la lecture des dessins, la paroi de fermeture 1 a été supprimee sur la figure 5 et le couvercle 135 a été supprimé sur la figure machine tournante selon l'invention, outre son encombrement réduit, notamment radial, et sa faible inertie rotorique, a des performances élevées du fait de faible consommation électrique et de son échauffement limité ; ses performances sont en outre stables en température. To make the drawings easier to read, the closure wall 1 has been deleted in FIG. 5 and the cover 135 has been deleted in the figure of the rotary machine according to the invention, in addition to its reduced size, in particular radial, and its low rotor inertia, has high performance due to low power consumption and limited heating; its performance is also stable in temperature.
Claims (2)
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Legal Events
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