FR2867602A1 - Collecteur pour moteur electrique - Google Patents

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Francois Breynaert
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Abstract

Un collecteur pour moteur électrique comprend une bague de support (11), une pluralité de lames métalliques (12) agencées sur la périphérie de la bague support (11) et une pluralité de condensateurs (20) disposées entre la bague support (11) et les lames métalliques (12). Chaque condensateur est connecté entre deux lames métalliques (12) adjacentes.

Description

COLLECTEUR POUR MOTEUR ELECTRIQUE
La présente invention concerne un collecteur pour moteur électrique.
En particulier, l'invention s'applique à un moteur électrique destiné à entraîner un équipement de véhicule automobile tel qu'un moteur de lèvevitre, de toit ouvrant ou d'actionnement de siège par exemple.
Un collecteur comporte classiquement une bague présentant une série de lames conductrices sur sa périphérie, la bague de collecteur étant destinée à être montée 10 solidaire d'un arbre de rotor.
Un moteur électrique comporte généralement une carcasse statorique et un rotor monté rotatif dans le stator. Le moteur comporte également des enroulements solidaires de l'arbre de rotor, chaque enroulement étant électriquement relié à deux lames diamétralement opposées du collecteur.
Le collecteur est généralement monté dans un boîtier de collecteur solidaire du stator. Un tel boîtier comporte un support présentant une ouverture centrale destinée à recevoir le collecteur et à faire passer l'arbre de rotor à travers le support du boîtier. Le support est composé d'un matériau isolant, par exemple du plastique.
Le boîtier de collecteur comporte également au moins une paire de balais diamétralement opposés par rapport au collecteur et destinés à faire contact avec les lames du collecteur au cours de sa rotation solidaire de l'arbre du rotor. Les balais sont électriquement reliés à une alimentation en courant électrique.
Lors du fonctionnement du moteur, de façon connue en soi, les balais sont pressés contre les lames du collecteur et alimentent successivement les différents enroulements correspondant aux différentes paires de lames diamétralement opposées lors de la rotation du collecteur avec le rotor.
Ainsi, lors du fonctionnement du moteur, les balais sont successivement en contact avec les différentes lames du collecteur en rotation. Lorsque le balai passe d'une lame à l'autre, un arc électrique peut être généré entre le balai et la lame précédemment en contact électrique avec le balai. L'apparition d'un arc électrique est un phénomène connu en soi lorsqu'un interrupteur est ouvert alors qu'un courant électrique le traverse. En l'occurrence, l'arc électrique est dû à l'effet d'inductance de l'enroulement précédemment alimenté par le balai.
Or, l'apparition d'arcs électriques entre les lames de collecteur et les balais peuvent d'une part endommager ces éléments, et d'autre part émettre des signaux parasites qui peuvent perturber les autres équipements du moteur ou du véhicule.
De plus, des normes antiparasitage imposent de limiter la propagation de signaux parasites d'un équipement à l'autre. Différentes classes ont ainsi été R:\13revets\21800\21810-MRA0496.doc - 03/02/04 - 13:02 - 1/10 déterminées par le CISPR (Comité International Spécial des Perturbations radioélectriques) qui correspondent à des niveaux de bruits plus ou moins importants. Selon la gamme du véhicule, les constructeurs s'imposent de rentrer dans telle ou telle classe.
De façon classique, le phénomène d'arc électrique peut être compensé en reliant les deux balais d'alimentation du boîtier de collecteur par un circuit de type LC (inductif, capacitif) constituant un filtre antiparasitage.
Un tel filtre doit être implémenté sur le boîtier de collecteur, ce qui complique la fabrication d'un tel boîtier et nécessite généralement l'intervention manuelle d'un opérateur. Il en résulte un surcoût important de fabrication du moteur.
Par ailleurs, un tel filtre LC ne permet pas de limiter suffisamment les parasites induits, de sorte que les moteurs équipés d'un tel dispositif ne répondent pas aux normes antiparasitage les plus élevées.
Le document FR 2 814 868 propose par ailleurs un collecteur pour moteur électrique comportant un dispositif antiparasitage simplifié. Les circuits de décharge sont réalisés sur une plaque de circuit imprimé de forme annulaire emmanchée sur l'arbre de rotor. Chaque paire de lames de collecteur adjacentes est ainsi reliée par un circuit RC (résistif, capacitif) du circuit imprimé solidaire de la bague de collecteur. Ces circuits de décharge permettent d'éviter l'essentiel des phénomènes d'arc électrique.
Cependant, un tel dispositif antiparasitage nécessite la fabrication et le montage d'un circuit imprimé. En outre, pour un fonctionnement correct, il est nécessaire de prévoir un organe presseur qui maintient en permanence les plots du circuit imprimé en contact avec les lames de collecteur.
Cette solution de l'art antérieur présente donc un surcoût de fabrication et présente des risques de disfonctionnement dus à des mauvais contacts.
Il existe donc un besoin pour un collecteur simplifié qui permette d'atteindre un bon niveau d'antiparasitage.
Il existe également un besoin pour un collecteur qui permette un montage et un fonctionnement fiable.
A cet effet, l'invention propose un collecteur pour moteur électrique comprenant: une bague de support; - une pluralité de lames métalliques agencées sur la périphérie de la bague support; - une pluralité de condensateurs disposés entre la bague support et les lames métalliques, chaque condensateur étant connecté entre deux lames métalliques adjacentes.
R:1Brevets121800121810-MRA0496.doc - 03/02/04 - 13:02 - 2/10 Selon une caractéristique, chaque condensateur comporte deux bornes électriques respectivement soudées à deux lames adjacentes.
Selon un mode de réalisation, chaque lame comporte au moins un ergot s'étendant selon un axe perpendiculaire à la lame et présentant une élasticité selon une direction perpendiculaire audit axe, chaque condensateur comportant deux bornes électriques respectivement soudées à deux ergots de deux lames adjacentes.
Selon un mode de réalisation, chaque ergot comporte deux branches formant pince, chaque branche étant en contact avec un condensateur distinct.
Selon une caractéristique, les ergots des lames métalliques font saillie vers la bague de support.
Selon un mode de réalisation, les lames métalliques sont usinées avec les ergots.
Selon un autre mode de réalisation, les ergots sont en plastique métallisé et sont 15 soudés aux lames métalliques.
Selon un mode de réalisation, une pluralité de condensateurs sont connectés en parallèle entre une pluralité de deux mêmes lames adjacentes.
L'invention concerne également un boîtier de collecteur pour moteur électrique comprenant: - un support destiné à recevoir un collecteur selon l'invention; moins deux balais destinés à venir au contact des lames du collecteur; le support étant dépourvu de filtres à relier entre les balais.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de 25 la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent: - figure 1, un schéma d'un collecteur selon l'invention; - figure 2, un schéma d'un collecteur selon une variante de réalisation de l'invention.
Le collecteur selon l'invention comprend une bague de support, une pluralité de lames métalliques agencées sur la périphérie de la bague support et une pluralité de condensateurs disposés entre la bague support et les lames métalliques. Chaque condensateur est connecté entre deux lames métalliques adjacentes.
Les condensateurs connectés entre chaque lame permettent une bonne décharge des arcs électriques générés. Cette solution est également compacte et peu coûteuse car les condensateurs utilisés sont du type CMS (Composant Monté en Surface). Les R:\Brevets\21800\21810-MRA0496.doc 03/02/04 - 13:02 - 3/10 composants CMS sont moins chers que les composants à broches généralement utilisés dans les boîtiers de collecteur de l'art antérieur.
Le collecteur selon l'invention va être décrit en référence à la figure 1.
Le collecteur comprend une bague de support 11, de forme tubulaire, réalisée en matériau isolant tel que du plastique par exemple. La bague de support 11 est entourée d'une pluralité de lames métalliques 12 agencées sur toute sa périphérie. La bague support 11 peut présenter des encoches recevant les lames métalliques 12. Ces encoches peuvent être réalisées de manière à préserver une rainure 14 entre chaque paire de lames 12 adjacentes. Les lames 12 sont donc parfaitement isolées les unes des autres par le support central 11 et les nervures 14. La bague de support 11 peut par exemple être moulée en plastique directement avec la forme appropriée ou usinée. Les lames métalliques 12 comportent également des crochets 13 usinés à une extrémité de chaque lame. Ces crochets permettent la connexion ultérieure des lames de collecteur aux enroulements du rotor.
Des condensateurs 20 sont disposés directement entre la bague support 11 et les lames 12 de collecteur. Chaque condensateur 20 comporte deux bornes électriques 21, 22 respectivement soudées à deux lames 12 adjacentes.
Une pluralité de condensateurs 20 est ainsi disposée dans le collecteur selon 20 l'invention, chaque condensateur 20 étant connecté entre deux lames métalliques 12 adjacentes.
Ces condensateurs peuvent être de petite capacité, environ 470nF par exemple, et sont du type CMS. De tels composants sont facilement accessibles sur le marché et peu coûteux.
Selon une application, on peut disposer une pluralité de condensateurs 20 en parallèle soudés sur deux mêmes lames 12 adjacentes. On peut ainsi augmenter la capacité de décharge entre les lames du collecteur tout en utilisant des condensateurs de faible capacité.
Une variante de réalisation du collecteur selon l'invention va être décrite en référence à la figure 2.
Chaque lame métallique 12 comporte au moins un ergot 15 qui s'étend selon un axe 10 perpendiculaire à la lame 12. Chaque ergot 15 présente une élasticité selon une direction perpendiculaire audit axe 10, c'est-à-dire selon une direction sensiblement parallèle à deux lames adjacentes.
Les bornes 21, 22 des condensateurs 20 sont alors respectivement soudées à deux ergots 15 de deux lames 12 adjacentes.
R:\Brevets\21800\21810-MRA0496.doc - 03/02/04 - 13:02 - 4/10 Les ergots 15 permettent d'assurer une certaine élasticité de positionnement des condensateurs 20 par rapport aux lames métalliques 12. En effet, les soudures des bornes 21, 22 des condensateurs 20 rigidifient la bague de collecteur. Or, lorsque des fils de connexion des enroulements du rotor sont ensuite soudés aux crochets 13 des lames 12, les soudures des condensateurs 20 ou les condensateurs eux même peuvent casser car la lame connectée peut être légèrement déformée par cette opération. La fonction de décharge n'est alors plus assurée et le moteur ne répond plus aux normes antiparasitages visées. De même, après l'assemblage de la bague de collecteur sur l'arbre du rotor, une étape d'usinage de la circonférence de la bague de collecteur est souvent effectuée, ce qui peut également entraîner des cassures des condensateurs ou de leurs soudures.
Lorsque les condensateurs 20 sont connectés aux ergots 15 et non plus directement aux lames 12, ils ne subissent plus les déformations induites par une manipulation des lames 12. Cette variante de réalisation de l'invention permet donc de garantir une connexion fiable des condensateurs 20 entre chaque lame 12 de collecteur.
Selon un mode de réalisation, les ergots 15 comportent chacun deux branches 16, 17 formant pince. Chaque branche 16, 17 d'un ergot 15 est alors soudée avec une borne 21, 22 d'un condensateur 20 distinct.
Chaque branche 16, 17 peut ainsi être plus ou moins rapprochée l'une de l'autre pour assurer l'élasticité de l'ergot 15 selon une première direction perpendiculaire à l'axe 10 normal à la lame 12. Chaque branche 16, 17 peut également vriller plus ou moins pour assurer l'élasticité de l'ergot 15 selon une autre direction perpendiculaire audit axe 10.
De préférence, les ergots 15 font saillie vers la bague de support 11, c'est-à-dire vers l'intérieur du collecteur. L'apparence générale du collecteur selon l'invention n'est donc pas modifiée et son assemblage sur un arbre de rotor ne s'en trouve pas particulièrement modifié.
Les ergots 15 peuvent être métalliques. Ils peuvent être directement usinés sur 30 les lames 12 ou être fabriqués séparément puis soudés sur les lames.
Les ergots 15 peuvent également être en plastique, ce qui permet de réaliser des formes plus complexes, par exemple par une technique de moulage. Les ergots en plastique doivent alors être métallisés puis soudés aux lames métalliques 12. Toute forme ou matière conductrice peuvent être envisagées pour réaliser les ergots 15 tant qu'une connexion électrique peut être assurée entre la lame métallique 12 et la surface extérieure de l'ergot 15.
Selon une application, on peut disposer une pluralité de condensateurs 20 en parallèle entre une pluralité de paires d'ergots 15 réparties sur deux même lames 12 R,\Brevets\21800\21810-MRA0496.doc - 03/02/04 - 13:02 - 5/10 adjacentes. On peut ainsi augmenter la capacité de décharge entre les lames du collecteur tout en utilisant des condensateurs de faible capacité.
Le collecteur selon l'invention est destiné à être placé dans un boîtier de 5 collecteur (non représenté mais connu en soi) lors de l'assemblage d'un moteur électrique. Un tel boîtier est disposé dans le stator d'un moteur électrique (non représenté mais connu en soi).
L'assemblage des différents éléments peut être effectué de la manière suivante: La bague de support 1l du collecteur est enfilée sur un arbre de rotor. L'arbre de rotor est muni d'enroulements connus en soi. Les enroulements sont alors chacun respectivement connectés à deux lames du collecteur diamétralement opposées l'une de l'autre. Ces connexions avec les enroulements du rotor peuvent se faire avec les crochets 13 prévus à une extrémité de chaque lame 12.
L'arbre de rotor, comportant la bague de collecteur enfilée est placé dans le stator et traverse une ouverture du boîtier de collecteur. Le collecteur est ainsi positionné sur un support du boîtier de collecteur. Un tel boîtier de collecteur comporte de manière connue en soi au moins deux balais destinés à venir au contact des lames du collecteur. Ces balais sont destinés à alimenter les lames 12 en courant électriques et doivent donc bien appuyer sur les lames afin de garantir une bonne conduction électrique.
Le collecteur selon l'invention permet en particulier d'utiliser un boîtier de collecteur comportant un support dépourvu de filtres à relier entre les deux balais. Le collecteur selon l'invention permet donc de simplifier le boîtier de collecteur et permet donc de réduire le coût du moteur électrique.
Dans le cas spécifique du mode de réalisation de la figure 2, l'opération de connexion des enroulements du rotor aux lames de collecteur peut être menée avec un risque réduit d'endommagement des condensateurs soudés entre les ergots 15.
En effet, si une lame 12 est déformée pendant cette opération de connexion, l'ergot 15 de cette lame 12 peut se déformer élastiquement afin de compenser la déformation par rapport aux lames adjacentes. La déformation élastique de l'ergot 15 évite de solliciter les condensateurs 20 connectés à la lame 12 sollicitée et évite donc tout risque de détérioration de ces condensateurs ou de leurs soudures.
De même, si l'assemblage du collecteur selon l'invention sur un arbre de rotor de moteur électrique nécessite une étape consistant à usiner la circonférence du collecteur, les efforts exercés sur les lames 12 peuvent être compensés par des déformations élastiques des ergots 15 afin d'éviter toute détérioration des condensateurs 20 ou de leurs soudures.
R:\13revets\21800\21810-MRA0496.doc - 03/02/04 - 13:02 - 6/10 Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits à titre d'exemple; ainsi, les ergots 15 des lames métalliques 12 ont été illustrées sous forme de pinces, mais toute autre forme permettant d'introduire une élasticité dans une direction parallèle à la lame 12 peut être réalisée sans sortir du cadre de l'invention, telle qu'une forme de double crochets par exemple.
R:\Brevets\21800\21810-MRA0496.doc - 03/02/04 - 13:02 - 7/10

Claims (1)

  1. 8 REVENDICATIONS
    1. Collecteur pour moteur électrique comprenant: - une bague de support (11) ; - une pluralité de lames métalliques (12) agencées sur la périphérie de la bague support (11); une pluralité de condensateurs (20) disposés entre la bague support (1l) et les lames métalliques (12), chaque condensateur étant connecté entre deux lames métalliques (12) adjacentes.
    2. Collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque condensateur (20) comporte deux bornes électriques (21, 22) respectivement soudées à deux lames (12) adjacentes.
    3. Collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque lame (12) comporte au moins un ergot (15) s'étendant selon un axe (10) perpendiculaire à la lame (12) et présentant une élasticité selon une direction perpendiculaire audit axe (10), chaque condensateur (20) comportant deux bornes électriques (21, 22) respectivement soudées à deux ergots (15) de deux lames (12) adjacentes.
    4. Collecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque ergot (15) 20 comporte deux branches (16, 17) formant pince, chaque branche (16, 17) étant en contact avec un condensateur (20) distinct.
    5. Collecteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les ergots (15) des lames métalliques (12) font saillie vers la bague de support (Il).
    6. Collecteur selon l'une des revendication 3 à 5, caractérisé en ce que les lames métalliques (12) sont usinées avec les ergots (15).
    7. Collecteur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les ergots (15) sont en plastique métallisé et sont soudés aux lames métalliques (12).
    8. Collecteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que une pluralité de condensateurs (20) sont connectés en parallèle entre une pluralité de 30 deux même lames (12) adjacentes.
    R:'Brevets\21800\21810-MRA0496.doc - 03/02/04 - 13:02 - 8/10 9. Boîtier de collecteur pour moteur électrique comprenant: - un support destiné à recevoir un collecteur selon l'une des revendications 1 à 8; - au moins deux balais destinés à venir au contact des lames du collecteur; le support étant dépourvu de filtres à relier entre les balais.
    R:\Brevets\21800\21810-MRA0496.doc - 03/02/04 - 13:02 - 9/10
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