FR2911016A1 - Ensemble cage de guidage et balai pour un porte-balais et machine electrique comportant un porte-balais avec un tel ensemble. - Google Patents

Abstract

L'ensemble cage de guidage et balai (3) pour un porte-balais pour une machine électrique comportant un collecteur (1), le porte-balais comportant, pour chacun des balais, une cage de guidage (4) conformée pour recevoir un balai (5) et dotée d'un fond (260) débouchant à la faveur d'une échancrure (45), le balai (5) dépassant de l'échancrure (45),l'ensemble cage de guidage et balai (3) comportant des moyens (53) conformés pour empêcher tout mouvement du balai (5) vers l'extérieur.La machine électrique tournante est dotée d'un tel ensembleApplication: Ensemble pour démarreur de véhicule automobile.

Description

ENSEMBLE CAGE DE GUIDAGE ET BALAI POUR UN PORTE-BALAIS ET MACHINE

ELECTRIQUE COMPORTANT UN PORTE-BALAIS AVEC UN TEL ENSEMBLE. Domaine de l'invention

La présente invention concerne un ensemble cage de guidage et balai pour un porte-balais d'une machine 10 électrique tournante comportant un collecteur, ainsi qu'une machine électrique comportant un porte-balais avec un tel ensemble.

Etat de la technique 15 Dans des machines électriques tournantes comportant un rotor solidaire d'un arbre de rotor et porteur de bobines, l'alimentation en courant de ces bobines est assurée moyennant des balais montés 20 radialement autour d'un collecteur auquel sont reliés les bobines et qui est solidaire de l'arbre de rotor. Cet arbre est monté tournant dans au moins un palier porté par un capot destiné à être monté sur une culasse de la machine, tandis que les balais sont logés dans des 25 cages de guidage. Ces cages présentent un fond sont fermées du côté opposé au fond par une plaque destinée à coopérer de manière directe ou indirecte avec le capot ou appartenant au capot. Les cages sont configurées pour le 30 passage d'organes de raccordement électrique des balais, tel que des fils ou des tresses. Les fils peuvent être souples ou rigides. La plaque est dans un mode de réalisation électriquement isolante. Cette plaque isolante est par exemple solidaire du capot par rivetage 35 où prend appui sur le capot. L'ensemble formé par la5 plaque, les cages, les organes de raccordement électrique des balais et les balais est appelé porte-balais. Chacune des cages est conformée pour recevoir un balai, ainsi qu'un moyen élastique d'appui destiné à assurer, en état monté de la machine électrique, un appui suffisant du balai sur le collecteur, qui comporte des lames électriquement conductrices, formant des pistes collectrices de courant, pour contact de frottement avec les balais. Ce collecteur est en pratique plus long que le balai pour être certain que celui-ci frotte sur les lames du collecteur compte tenu notamment des chaînes de cotes. Cette augmentation de longueur est encore plus grande lorsque le collecteur est à talon, comme visible par exemple à la figure 20 du document WO 02/5098. Dans ce cas les lames du collecteur ont en section une forme de L, dont la partie transversale appartient à un talon formant un épaulement et la distance axiale entre le talon du collecteur et la cage de guidage doit être suffisamment grande pour éviter tout contact entre le talon et la cage de guidage. Dans le cadre de la présente invention, toute distance axiale entre deux éléments et la longueur des balais sont mesurées dans le sens de l'axe de rotation du rotor et donc du collecteur. En conséquence, la hauteur d'un balai se mesure transversalement par rapport à cet axe et les lames du collecteur ont une partie longitudinale, parallèle à l'axe du rotor, et une partie transversale, perpendiculaire à cet axe dans le cadre d'un collecteur à talon. Selon une conception représentée et décrite, par exemple, dans ce document W0-A-02/50981, le porte-balais comporte des cages de guidage ayant chacune sensiblement une forme en U avec un fond servant au guidage du balai associé. Les branches du U sont dotées chacune d'une zone cylindrique pour définition d'un logement cylindrique destiné à recevoir le moyen élastique d'appui, par exemple un ressort à boudin, sollicitant le balai vers le centre. Chaque balai présente un téton pour le centrage de l'extrémité inférieure du ressort dont l'extrémité supérieure prend appui sur des pattes de maintien issues des branches de la cage de guidage.

Par ailleurs, l'une au moins des branches de la cage de guidage présente une fente borgne pour le passage du conducteur solidaire du balai. Cette conception classique d'un porte-balai implique que l'on doit augmenter la longueur axiale des balais et des cages de guidage pour obtenir une surface de contact plus grande entre le balai et le collecteur et conduit donc à augmenter la longueur axiale des lames du collecteur.

Objet de l'invention

Le but de l'invention est de proposer une solution qui permette d'augmenter la surface de contact entre le balai et le collecteur, sans augmenter axialement les lames du collecteur.

Pour une machine électrique comportant un collecteur solidaire d'un arbre de rotor et un porte- balais avec plusieurs balais, le porte-balais comporte, pour chacun des balais, une cage de guidage dotée d'un fond et conformée pour recevoir le balai et un moyen élastique d'appui destiné à assurer, en état monté de la machine électrique, un appui suffisant du balai sur le collecteur, le but de l'invention est atteint avec des cages de guidage dont le fond de chacune est débouchant à la faveur d'une échancrure, le balai dépassant extérieurement de l'échancrure de la cage de guidage et l'ensemble cage de guidage et balai comportant des moyens conformés pour empêcher tout mouvement du balai à l'extérieur de la cage de guidage.

Dans une forme de réalisation avec un collecteur à talon, chacune des cages de guidage comporte un fond débouchant à la faveur d'une échancrure, du côté destiné à être en regard du talon du collecteur, le balai dépassant extérieurement de l'échancrure de la cage de guidage du côté destiné à être en regard du talon du collecteur et l'ensemble cage de guidage et balai comportant des moyens conformés pour empêcher tout mouvement du balai vers l'extérieur de la cage de guidage. Tout mouvement vers le talon du collecteur est ainsi empêché.

Dans un mode de réalisation le fond de la cage est débouchant sur une partie de la hauteur du balai associé. Dans un autre mode de réalisation le fond de la cage est débouchant sur toute la hauteur du balai 25 associé. Dans tous les cas le balai traverse au moins en partie l'échancrure du fond.

Grâce à cette conception de l'invention, on peut 30 exploiter les lames du collecteur sur leur longueur axiale entière et dans un mode de réalisation à collecteur à talon on peut exploiter en même temps le talon pour agrandir la surface de contact entre le balai et le collecteur.

Dans tous les cas on gagne l'épaisseur de la cage, et dans le cadre d'un collecteur à talon, du fait que le balai dépasse de la cage de guidage du côté destiné à être en regard du talon du collecteur, il n'est plus nécessaire de garder une distance axiale entre le talon du collecteur et la cage de guidage. En conséquence, la conception de l'invention permet d'augmenter la longueur axiale de la surface de contact entre balai et collecteur dans un mode de réalisation d'environ 2 à 3 mm, la cage étant par exemple une cage métallique de 1 mm d'épaisseur. Cette augmentation permet, par exemple, pour une longueur axiale de lame du collecteur de 14 mm, de gagner environ 15 à 20 % de longueur axiale de balai sans augmenter l'encombrement de la machine électrique.

Un tel gain est particulièrement intéressant lorsque la machine électrique est destinée à travailler comme moteur électrique, notamment comme démarreur pour un véhicule automobile, où il est important de pouvoir concevoir la machine la plus compacte possible.

Bien entendu ce gain dépend des applications, la cage pouvant être plus épaisse en étant par exemple en matière plastique, par exemple thermodurcissable Selon un autre aspect du gain que l'invention permet d'obtenir, on peut dire que, si l'espérance de vie des balais utilisés à ce jour est suffisante dans une architecture conventionnelle, on peut alors diminuer l'encombrement de la machine électrique en gardant la même longueur axiale des balais que selon la solution classique.

Selon la conception de l'invention, le calage arrière de l'induit doit se faire de manière à garantir un jeu minimal entre le balai et le talon. A cet effet, avantageusement, le talon du collecteur doit être usiné en même temps que la partie cylindrique du collecteur afin qu'il autorise le contact avec le balai sans l'user. Un usinage du collecteur légèrement en cône peut garantir au balai de s'appuyer de préférence sur la cage de guidage et non pas sur le talon. Par ailleurs, la conception de l'invention comporte, comme indiqué plus haut, des moyens conformés pour empêcher tout mouvement du balai à l'extérieur de la cage de guidage, c'est-à-dire vers le talon du collecteur lorsque le dit collecteur comporte un talon. En effet, dans les porte-balais classiques, le temps que le balai n'est pas trop usé et le jeu entre le balai et la cage de guidage n'est pas trop important, le guidage axial du balai à l'intérieur de la cage de guidage est assuré par la seule forme de la cage. Contrairement à cela, dans une cage de guidage selon l'invention, où le balai peut donc sortir des deux côtés, à savoir vers le centre du collecteur et vers l'extérieur de la cage du côté du fond de la cage, il est important de prévoir des moyens qui empêchent toute translation ou des mouvements comportant une composante de pivotement vers l'extérieur du côté du fond de la cage, notamment vers le talon lorsque le collecteur est à talon. Selon une première solution, le balai est pourvu, au moins sur le côté sur lequel est solidaire un conducteur électrique, d'une nervure destinée à être engagée dans une fente borgne de la cage de guidage. Selon une autre solution, deux fentes sont pratiquées dans le balai, ces fentes étant destinées à recevoir des bords opposés de l'échancrure à travers laquelle le balai dépasse de la cage de guidage. En ce qui concerne l'échancrure dans laquelle le balai dépasse de la cage de guidage, la hauteur de cette échancrure est avantageusement égale ou supérieure à la hauteur du balai et la largeur de l'échancrure est inférieure à la largeur intérieure de la cage de guidage. Cette conception de la cage de guidage ouvre par ailleurs la possibilité de conformer le balai de manière qu'il présente une section transversale en deux parties, dont la première partie correspond à la section transversale de l'intérieur de la cage de guidage et dont la seconde partie a une largeur inférieure à celle de l'échancrure. Toutefois, cette conception de la cage de guidage nécessite de prévoir sur le balai une nervure suivant la première solution pour les moyens de guidage. Selon une autre disposition de l'invention, la cage de guidage a une forme sensiblement parallélépipédique et est pourvue, sur au moins une des deux faces opposées qui sont adjacentes à celles de l'échancrure par laquelle dépasse le balai, d'une fente borgne destinée au passage d'un conducteur solidaire du balai. Quelle que soit la forme de la cage de guidage, il convient que la cage de guidage comporte une face destinée à être en opposition par rapport au collecteur et que cette face soit conformée pour retenir des moyens d'appui destinés à assurer, lorsque la machine électrique est montée, un appui suffisent du balai sur le collecteur. Le but de l'invention est par ailleurs également atteint avec une machine électrique comprenant un collecteur solidaire d'un arbre de rotor et un porte- balais avec au moins deux balais, ainsi qu'un capot portant un palier pour l'arbre de rotor, le capot étant destiné à être monté sur une culasse de la machine électrique et le porte-balais comportant, pour chacun des balais, une cage de guidage présentant un fond et conformée pour recevoir le balai et des moyens d'appui destinés à assurer un appui suffisant du balai sur le collecteur. Conformément à l'invention, chacune des cages de guidage comporte un fond débouchant, le balai dépassant extérieurement de l'échancrure de la cage de guidage et l'ensemble cage de guidage et balai comportant des moyens conformés pour empêcher tout mouvement du balai vers l'extérieur de la cage de guidage. Selon une caractéristique, s'agissant d'un collecteur à talon, chacune des cages de guidage est dotée d'un fond débouchant à la faveur d'une échancrure, du côté disposé en regard du talon du collecteur, le balai dépassant extérieurement de l'échancrure de la cage de guidage du côté disposé en regard du talon du collecteur et l'ensemble cage de guidage et balai comportant des moyens conformés pour empêcher tout mouvement du balai à l'extérieur de la cage de guidage. Selon des modes de réalisation avantageux de l'invention, la machine électrique peut avoir l'une au moins des caractéristiques supplémentaires suivantes prises isolément ou en combinaison: le dépassement de chacun des balais de la cage de guidage correspondante est tel que le balai puisse entrer en contact électrique avec le talon du collecteur sans venir en appui sur le talon ; le collecteur présente une forme légèrement conique pour assurer que les balais prennent appui sur les cages de guidage et non pas sur le talon du collecteur. le fond de la cage est débouchant sur une partie de la hauteur du balai associé ; le fond de la cage est débouchant sur toute la hauteur du balai associé.

Description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-après de trois modes de réalisation de l'invention, description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un porte-balais équipé de quatre balais selon l'état de la technique ; - la figure 2 représente un collecteur à talon d'une machine électrique et deux des ensembles cage de guidage et balai d'un porte-balais, selon un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 est une autre vue en perspective de 15 la machine électrique de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue en perspective et éclatée d'un ensemble cage de guidage et balai selon l'invention, ensemble obtenu par modification d'une cage de guidage classique ; 20 - la figure 5 est une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'un ensemble cage de guidage et balai selon l'invention ; et - la figure 6 est une vue en perspective d'un porte-balais équipé de quatre ensembles cage de guidage 25 et balai, dont deux cages de guidage sont vides, selon un troisième mode de réalisation de l'invention.

Description des modes de réalisation préférés de l'invention 30 La figure 1 représente, en une vue en perspective, un capot métallique 226 formant le palier arrière d'une machine électrique tournante telle que, par exemple, un démarreur de moteur thermique d'un véhicule automobile. 35 Sur ce capot 226 sont montés quatre ensembles cage de guidage et balai 228, 230, 232, 234 tels que décrits, par exemple, dans le document W0-A-02/50981 auquel on se reportera pour plus de précisions. Chacun des quatre ensembles comporte une cage de guidage, référencée respectivement 236, 238, 240 et 242, ici électriquement conductrice et destinée à recevoir et à guider chacune un balai 244. Les quatre cages de guidage 236, 238, 240 et 242 sont ouvertes radialement vers l'intérieur et sont montées sur le capot métallique 226 moyennant une plaque électriquement isolante 246, ici de faible épaisseur en sorte qu'elle constitue une plaquette, et des moyens de fixation 250, par exemple des rivets d'assemblage, des cages et de la plaque 246 au capot.

Le capot 226 constitue donc une platine de montage des cages. En variante la platine est distincte du capot en étant fixée sur celui-ci. Dans l'exemple de la figure 1, une partie des cages de guidage, à savoir les deux cages désignées par les références numériques 236 et 238, sont destinées à recevoir des balais négatifs ou de retour de courant, alors que les autres cages, à savoir les cages désignées par les références numériques 240 et 242, sont destinées à recevoir des balais d'alimentation en courant électrique. Ces balais d'alimentation sont reliés électriquement, dans le cas d'un démarreur, à l'une des bornes d'alimentation d'un contacteur électromagnétique du démarreur.

Ainsi, des câbles électriquement conducteur, telles que des tresses en cuivre 248 permettent d'une part, l'alimentation électrique des deux balais 244 d'alimentation en courant, par l'intermédiaire d'un passe fil 249 destiné à traverser la culasse de la machine électrique pour assurer la connexion de ces balais à une borne d'alimentation électrique positive et, d'autre part, le raccordement à la masse des balais 244 de retour de courant par raccordement des câbles correspondant, par exemple par soudage, au capot 226 ou en variante à la culasse. Pour plus de précisions on se reportera par exemple aux figures 13 et 15 du document WO 02/50981 précité. Bien entendu en variante les balais de retour de courant à la masse appartiennent à des cages montées 10 directement sur le capot. Les cages 236, 238, 240,242 présentent donc chacune un fond 260 et sont fermées du côté opposé au fond 260 par une plaque constituée soit par la plaque 246, soit par le capot 226. 15 Par ailleurs, comme il est également visible sur la figure 1, les cages de retour de courant 236, 238, implantées ici à 120 l'une par rapport à l'autre, et les cages d'alimentation en courant 240, 242, également implantées ici à 120 l'une par rapport à l'autre, sont 20 généralement disposées de part et d'autre d'un axe de symétrie D-D d'orientation axiale. Le capot 226 est d'orientation transversale par rapport à cet axe D-D. Les cages 242 et 238 sont diamétralement opposées. Il en est de même des cages 236 et 240, un décalage angulaire 25 de 60 existant entre les cages 238,240 ainsi qu'entre les cages 236 et 242. Les axes des cages de guidage sont donc disposés en forme de X pour laisser une grande distance circonférentielle entre les deux cages respectivement d'alimentation en courant et de retour de 30 courant. Bien entendu, selon les applications, on peut modifier les angles entre les cages tout en ayant une disposition en forme de X des axes des cages disposés, d'une part, symétriquement par rapport à un diamètre du capot 226, globalement en forme de disque, et d'autre 35 part, circonférentiellement de manière non régulière.

Pour introduire les différents modes de réalisation de l'invention définis plus haut dans la présente description, cette dernière se poursuit en référence à un seul ensemble cage de guidage et balai.

Ainsi, par exemple, l'ensemble cage de guidage et balai 230 comporte une cage de guidage 238 dans laquelle est logé un balai 244. La cage de guidage 238 est réalisée par exemple en une tôle cuivrée, donc métallique, et est conformée et par ailleurs positionnée sur le capot 226 de manière que le balai 244 puisse venir en contact avec des lames électriquement conductrices d'un collecteur ou commutateur axial que présente la machine électrique. Un moyen élastique d'appui 245, ici un ressort à boudin, placé dans la cage de guidage 238, sollicite le balai radialement en appui contre les lames du collecteur formant des pistes collectrices de courant. Les lames du collecteur sont d'orientation axiales et le balai 244, ainsi que le fond 260 de la cage, sont d'orientation radiale par rapport à l'axe D-D pour réduire l'encombrement axial de la machine électrique. Plus précisément les lames comportent une partie d'orientation axiale par rapport à l'axe D-D. La cage de guidage métallique 238 a une forme générale en U avec un fond 260 servant au guidage du balai 244. Ce fond est d'orientation radiale par rapport à l'axe D-D de manière précitée. Les deux branches du U sont centralement dotées chacune d'une zone cylindrique pour définition d'un logement cylindrique pour le montage du ressort à boudin 245 constituant le moyen élastique d'appui et sollicitant le balai 244 vers le centre pour assurer un appui suffisant du balai sur le collecteur. En même temps, l'une au moins des deux branches de la cage de guidage 238 présente, dans la zone cylindrique, une fente borgne (non référencée sur la figure 1) pour le passage du conducteur 248 solidaire du balai 244, qui se déplace par rapport à sa cage en fonction de son usure. Le balai 244 présente un téton (non référencé) pour le centrage de l'extrémité inférieur du ressort 245 dont l'extrémité supérieure prend appui sur des pattes de maintien 361 issues des branches de la cage 238. Habituellement, deux pattes de maintien 361 du ressort 245 concerné sont prévues par branche. Les pattes 361 sont dirigées l'une vers l'autre et sont réalisées par des découpes à la faveur d'une fente. La configuration de quatre pattes 361 est également visible sur la figure 1 en référence à la cage 236. Plus précisément, on monte dans chacune des cages le ressort 245 et le balai 244 puis on referme les pattes 361 pour verrouiller le ressort 245 et mettre celui-ci sous précontrainte afin qu'il sollicite radialement en permanence le balai 244 en contact de frottement avec le collecteur, plus précisément avec les lames électriquement conductrices de celui-ci. Les extrémités libres des branches de la cage sont prolongées chacune par une aile (non référencée sur la figure 1) s'étendant parallèlement au fond de la cage. Ces ailes sont destinées à venir en contact avec la plaque électriquement isolante 246 ici peut épaisse en sorte qu'elle est en forme de plaquette. Les ailes sont trouées pour le passage des rivets 250 de fixation de la cage et de la plaque 246 au capot 226. On appréciera que la plaque isolante 246 offre un appui au balai et supporte les cages de guidage 236, 238, 240, 242. En variante, de manière précitée, la plaquette 246 est modifiée et supporte les cages 240, 242 en offrant un appui aux deux balais d'alimentation en courant, tandis que le capot 226 constitue une plaque qui supporte les cages 236, 238 et offre un appui aux deux balais de retour de courant. Pour plus de précisions sur le collecteur et les cages on se reportera au document WO 02/50958 sachant qu'a la figure 1 il est prévu une rondelle, non référencée, pour retenir les balais avant montage du capot 226 sur la culasse de la machine électrique tournante. Pour mémoire on rappellera qu'un collecteur comporte une partie électriquement isolante formant un support pour des lames électriquement conductrices sur lesquelles frottent les balais. La partie électriquement isolante est solidaire d'un arbre de rotor monté rotatif dans le capot 226 portant à cet effet un palier comme visible à la figure 20 du document WO 02/50981. L'axe de symétrie axiale du collecteur est confondu avec l'axe de symétrie axiale de l'arbre du rotor. Cet axe est confondu avec l'axe D-D du porte-balais. L'arbre de rotor porte à solidarisation le rotor de la machine électrique tournante. Ce rotor, solidaire de l'arbre de rotor, consiste le plus souvent, comme visible partiellement à la figure 2, en un paquet de tôles 100 pourvu de rainures 101 pour le montage d'un bobinage 102 traversant les rainures et s'étendant de part et d'autre du paquet de tôles pour former des chignons dont l'un est configuré pour raccorder les extrémités du bobinage 102 aux lames du collecteur. Ce bobinage 102 comporte plusieurs bobines dont les extrémités sont raccordées aux lames du collecteur.

Dans cette figure 2 on voit en 104 une frette entourant les extrémités des bobines du bobinage 102 pour éviter que celles-ci soient déformées sous l'action de la force centrifuge et que l'assemblage des extrémités du bobinage 102 avec les lames du collecteur soit rompu.

Dans cette figure 2 on voit également en 105 des aimant permanents portés par la culasse (non visible) de la machine. Les aimants 105 et la culasse constituent ici l'inducteur de la machine électrique tournante, tandis que le rotor et le bobinage 102 à bobines appartiennent à l'induit de la machine configurée pour constituer ici un moteur électrique. En variante la culasse porte un bobinage inducteur dont les extrémités sont reliées respectivement à la culasse et aux balais de retour de courant. En pratique les lames du collecteur sont toujours plus longues que les balais, notamment pour des raisons de chaîne de cotes.

Il peut être souhaitable d'utiliser au mieux la longueur axiale des lames du collecteur de forme annulaire, notamment lorsque ce collecteur comporte un talon, comme cela est représenté sur les figures 2 et 3, dans lesquelles on a représenté l'une des cages sans son balai et sans le ressort ; les rivets de fixation des cages n'étant également pas montrés. Il en est de même dans les autres figures 4 à 6. D'une manière générale, la configuration classique de l'ensemble cage de guidage et balai empêche de pouvoir utiliser les lames entièrement. En effet, un collecteur par exemple à talon tel que représenté sur les figures 2 et 3, comporte une partie cylindrique droite 1 d'orientation axiale ayant un premier diamètre et un talon 2 également de forme cylindrique de révolution, mais ayant un second diamètre supérieur au premier. Le talon 2 est plus court axialement que la parie 1 pourvue de lames électriquement conductrices (non référencées) sur laquelle frottent les balais.

C'est au niveau du talon 2 que se fait l'assemblage des extrémités des bobines du bobinage 102 avec les lames du collecteur Il en résulte que chacune des lames du collecteur présente une lame collectrice de courant en forme de L avec deux branches de longueur différente, une branche longue s'étendant axialement sur la partie 1 du collecteur pour contact avec les balais et une partie courte d'assemblage avec les bobines du bobinage 102 s'étendant sur le talon formant un épaulement. Pour éviter qu'une cage de guidage traditionnelle du porte balais vienne par son fond 260 en contact mécanique avec le talon 2 et risque alors d'être détruit par frottement, une distance de l'ordre de 1 mm, mesurée dans le sens axial du collecteur, est alors nécessaire entre le talon et le fond 260 de la cage de guidage. Si l'on y ajoute une épaisseur moyenne de 1 mm pour le matériau de la cage de guidage, il en résulte que la partie longue de la lame collectrice ne peut pas être utilisée sur environ 2 mm. Dans tous les cas, collecteur avec ou sans talon, l'épaisseur de la cage ne permet pas d'utiliser entièrement la longueur axiale des lames du collecteur. Pour remédier à cela, l'invention propose donc d'utiliser un ensemble 3 de cage de guidage et balai avec une cage de guidage 4, un balai 5 et un moyen élastique d'appui 6, ici un ressort à boudin, destiné à assurer, en état monté de la machine électrique, un appui suffisant du balai 5 sur la partie longue des lames collectrices de courant du collecteur. Cet ensemble 3 de cage de guidage 4 et balai 5, qui est d'ailleurs montée sur un capot 7 de manière comparable à la configuration traditionnelle des porte-balais dans une machine électrique, diffère en un point essentiel des ensembles cage de guidage et balai traditionnels.

Dans ces figures la cage 4 comporte des ailes trouées comme à la figure 1 pour le montage de rivets de fixation 44, ainsi que des pattes de maintien du ressort à boudin 6 comme à la figure 1. Par simplicité les ailes et les pattes non pas été référencées. Néanmoins cette cage, globalement en forme de U, est modifiée selon une caractéristique au niveau de son fond 260 d'orientation radiale. En effet comme cela ressort aussi bien de la figure 2 que de la figure 3, la cage de guidage 4 est débouchante, du côté opposé au capot 7, c'est-à-dire du côté destiné à être en regard du talon 2 du collecteur, sur toute la longueur transversale ou hauteur du balai 5. En d'autres termes, le fond 260 de la cage de guidage 4, qui a conservé la forme générale en U des cages de guidage traditionnelles, comporte une échancrure, décrite ci-après en plus de détails, de laquelle dépasse extérieurement le balai 5, ici en direction du talon 2, c'est-à-dire en direction opposée au capot 7.

L'échancrure débouche à la périphérie interne du fond de la cage en sorte que le balai peut sortir des deux côtés à savoir radialement vers le centre et vers le collecteur et axialement à l'extérieur de la cage du côté du fond de la cage. Il en est de même dans les figures 4 à 6. Lebalai des figures 2 à 6 traverse l'échancrure. Grâce à cette disposition on gagne l'épaisseur de la cage quelque soit la configuration du collecteur avec ou sans talon. La longueur de frottement du balai sur le collecteur est donc augmentée d'au moins l'épaisseur de la cage. Dans ces figures 2, 3 le dépassement externe du balai 5 vers le talon 2 est déterminé de manière que le balai ne viennent pas en contact avec le talon 2 .

Le balai vient au plus près du talon 2 en sorte que le frottement du balai sur le collecteur est augmenté axialement encore d'un longueur inférieure au jeu axial entre le fond de la cage 4 et le talon.

En variante on peut usiner le talon 2, et donc la partie transversale des lames et les extrémités du bobinage 102, pour que les balais puissent éventuellement venir en contact avec le talon. Ainsi dans une forme de réalisation le dépassement externe de chacun des balais 5 de la cage de guidage 4 correspondante est tel que le balai 5 puisse entrer en contact électrique avec le talon 2 du collecteur 1. En variante le collecteur 1 présente une forme légèrement conique pour assurer que les balais 5 prennent appui sur les cages de guidage 4 et non pas sur le talon 2 du collecteur 1. Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 2 et 3 et en d'avantages de détails sur la figure 4, la cage de guidage 4 est pourvue d'une échancrure 45 du côté destiné à être en regard du talon 2 du collecteur 1, c'est-à-dire au niveau de son fond 260. La hauteur L de l'échancrure 45, mesurée dans le sens axial du ressort 6 (voir figure 3) ou transversalement par rapport à l'axe de symétrie axiale du collecteur, est égale ou supérieure à la hauteur LB du balai 5 et la largeur M de l'échancrure 45 est inférieure à la largeur intérieure N de la cage de guidage 4. Grâce à cette disposition de l'invention, la cage de guidage 4 présente deux bords parallèles 46, 46 de l'échancrure 45 pouvant être utilisés de deux manières selon la forme que l'on donne au balai 5. Dans ce mode de réalisation la hauteur LB du balai est inférieure à la longueur axiale L1 du balai, c'est-à-dire à la longueur L1 du balai destinée à venir en contact avec la partie 1 du collecteur.

Plus précisément selon le mode de réalisation représenté sur la figure 4, le balai 5 présente une section transversale, par rapport à sa hauteur LB c'est à dire dans le sens de l'axe de symétrie du rotor et du collecteur, en deux parties 51, 52 et de largeur MB2. La première partie 51 correspond à la section transversale de l'intérieur de la cage de guidage 4 et est déterminée de manière que le balai 5 puisse coulisser librement à l'intérieur de la cage de guidage 4, abstraction faite de l'action du ressort 6. La seconde partie 52, destinée à être en dehors de la cage de guidage 4, est séparée de la première partie 51 par deux rainures 53 pratiquées sur chacune des deux faces opposées destinées à être en regard des deux branches de la cage de guidage 4. La profondeur des rainures 53 est déterminée de manière que la section restante du balai 5 ait une largeur MB1 inférieure à la hauteur L de l'échancrure 45 afin que le balai 5 puisse coulisser librement à l'intérieur de l'échancrure 45. Ainsi, les deux bords opposés 46 de l'échancrure 45 forment avec les rainures 53 du balai 5 des moyens de guidage conformés pour empêcher tout mouvement du balai 5 vers l'extérieur de la cage, c'est à dire vers le talon 2 du collecteur, et notamment tout basculement du balai entraînant un frottement de celui- ci sur le talon 2 du collecteur. Bien entendu la largeur des rainures 53 est fonction de l'épaisseur de la cage 4, ici du fond de la cage, afin que les bords 46 puissent pénétrer dans les rainures 53.

Ainsi suivant une caractéristique le fond 260 de chaque cage est débouchant sur toute la hauteur du balais 5, le balai dépassant de la cage de guidage à l'extérieur du fond 260 et l'ensemble cage de guidage et balai comporte des moyens conformés pour éviter tout mouvement du balai à l'extérieur de la cage.

Il en est de même dans les figures 5 et 6 ainsi que dans la variante décrite ci-dessous.

Dans cette variante non représentée dans les dessins, la partie 52 du balai 5 peut avoir la largeur MB1 sur toute la hauteur de cette partie dépassant du fond de la cage de guidage 4. Dans ce cas, le guidage et notamment l'empêchement de tout mouvement du balai 5 vers le talon 2 du collecteur 1, est assuré par la seule cage de guidage de manière analogue au guidage des balais dans des cages de guidage traditionnelles. Le balai traverse l'échancrure dans ces deux modes de réalisation précités. Comme la figure 4 le montre, la cage de guidage 4, globalement en forme de U. comprend par ailleurs, sur au moins une des deux branches de la cage, une fente borgne 43 pour le passage d'un conducteur solidaire du balai 5, ainsi que des pattes 42 pour le bocage de l'extrémité supérieure du ressort 6 comme à la figure 1.

Les branches sont reliées entre elles à leur périphérie externe par le fond.

Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 5, l'ensemble cage de guidage et balai de l'invention comporte une cage de guidage 204 avec une forme sensiblement parallélépipédique, c'est-à-dire sans zone cylindrique connue du porte-balais de l'état de la technique et du premier mode de réalisation de l'invention. La cage de guidage 204 a une forme générale en U avec un fond 141 et deux branches adjacentes 142, dont au moins une est pourvue d'une fente borgne 143 pour le passage d'un conducteur 54 du balai 5. De manière analogue au mode de réalisation selon la figure 4, la cage de guidage 204 comporte une échancrure 145 par laquelle le balai 5 dépasse de la cage de guidage 204 vers le talon 2 du collecteur. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 5, les dimensions de l'échancrure 145 sont adaptées à la forme et aux dimensions du balai 5 pourvues de rainures 53 comme à la figure 4. La cage de guidage 204 est conformée en son intérieur de manière à pouvoir recevoir le moyen élastique, tel qu'un ressort à boudin, destiné à assurer l'appui du balai 5 sur la partie 1 du collecteur de la figure 2. Le moyen élastique est logé dans la partie arrière de la cage de guidage 204 vu dans le sens de la poussée de ce moyen vers la partie 1 du collecteur. Un bouchon (non visible) peut être rapporté à fixation sur la cage entre les branches 142 pour appui de l'extrémité supérieure du moyen élastique s'appuyant au niveau de son extrémité inférieure sur le balai 5. La présence des pattes 42 de la figure 4 n'est donc pas obligatoire. En variante les branches 142 sont pourvues des pattes dirigées en direction opposée au balai et replié ensuite vers l'intérieur de la cage pour former un appui pour l'extrémité supérieure du moyen élastique d'appui. La cage de guidage 204 est par ailleurs pourvue de deux ailettes 148 pourvues de trous 144 pour la fixation de la cage de guidage 204 sur un capot 7 d'une machine électrique à l'aide par exemple de rivets ou autres organes de fixation , tels que des boulons. Il peut en être de même dans les autres figures, les organes de fixation n'étant pas forcément des rivets, qui dans un mode de réalisation sont obtenus par extrusion à partir du capot 7. Cette cage 204 est métallique, comme celles des figures précédentes pour une bonne évacuation de la chaleur. En variante la cage est en matière plastique, telle qu'une matière plastique thermodurcissable, et peut donc avoir une épaisseur supérieure à 1 mm. Dans ce cas le bouchon peut venir de moulage avec la cage 204.

Bien entendu, en variante la partie 52 a une forme tronconique comme visible en pointillés à la figure 5. La figure 6 représente, en tant que troisième mode de réalisation de l'invention, un porte-balais avec quatre cages de guidage 304 sensiblement parallélépipédiques ayant chacune une partie cylindrique pour loger des moyens d'appui élastiques, tels que des ressorts à boudin, comme déjà décrit en référence au premier mode de réalisation de l'invention des figures 2 et 3.

Pour plus de clarté on n'a pas représenté ici ces moyens élastiques ainsi que deux des balais pour mieux voir les cages 304. Les cages de guidage 304, qui présentent par ailleurs une structure proche de celle des cages de guidage 204 du deuxième mode de réalisation, mais sont destinées à recevoir des balais 305 différents des balais 5, sont montées sur un capot 7. Chacune des cages de guidage 304 est pourvue, sur chacune de ses deux branches, d'une fente borgne 343 qui ne sert pas seulement au passage d'un conducteur solidaire du balai 305. En effet, le balai 305, ayant par ailleurs une forme parallélépipédique en un seul bloc, présente une nervure 306 dont la largeur est légèrement inférieure à celle de la fente borgne 343 de la cage de guidage 304.

Ainsi, la fente borgne 343 prend aussi la fonction d'une fente de guidage de la nervure 306 destinée à éviter, ensemble avec cette nervure 306 du balai 305, tout mouvement du balai 305 à l'extérieur du fond et donc vers le talon 2 du collecteur 1. Les bords de la fente 343 coopèrent avec la nervure 306 engagée dans la fente borgne. On notera que l'on tire partie de la forme arrondie centralement des branches, la fente borgne 343 étant délimitée par des lèvres 350 provenant de cette forme arrondie. Ce sont ces lèvres 350, qui forment les bords de la fente 343, qui retiennent le balai et servent au guidage de la nervure 306 en coopérant avec celle-ci.

Dans cette figure, comme dans les figures 2 et 3, on voit que le capot 7 comporte à sa périphérie externe deux pattes 400 trouées chacune pour le passage de la tige d'un tirant servant à assembler le capot 7 au palier avant du démarreur avec serrage de la culasse entre ce palier avant et le capot formant un palier arrière. Bien entendu l'échancrure 345 du fond 260 des cages est simplifiée, cette échancrure 345, de laquelle dépasse le balai 305, étant de forme rectangulaire.

Dans cette figure 6 on voit au centre un manchon (non référencé) solidaire du capot 7. Ce manchon sert au montage d'un palier interposé radialement entre la périphérie interne du manchon et la périphérie externe de l'extrémité de l'arbre de rotor comme dans le document WO 02/50981. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits. Ainsi en variante il prévu que deux cages et deux balais.

Les ailes des cages peuvent être reliées entre elles pour formation d'un ensemble solidaire de la plaque isolante. Pour ce faire les cages peuvent être en matière plastique reliées entre elles intérieurement par des bandes de matière en forme de secteur annulaire pour formation d'un anneau à cages débouchantes radialement vers l'intérieur. Dans ce cas la plaque forme avec l'anneau à cages un ensemble.

Dans un autre mode de réalisation comme décrit dans le document FR 2 726 701 la plaque en matière électriquement isolante est en forme de rondelle élastiquement déformable, qui prend appui sur des bossages du capot, tandis que l'anneau comporte des pattes qui prennent appui sur l'extrémité du stator de la machine en sorte que l'ensemble anneau à cages de balais et plaque est monté serré entre le capot et le stator. Cette plaque peut être dotée d'échancrures pour augmenter son élasticité comme visible dans le document US 4 673 838. Bien entendu l'anneau à cages peut avoir la forme de celui de ce document US 4 673 838 ; les cages étant du type de celles de la variante de la figure 5 avec un bouchon venu de moulage avec la cage. Dans ce cas la plaque en forme de rondelle obture axialement les logements de guidage des balais et comporte des moyens d'accrochage sur l'anneau à cages à fond ouvert en direction opposée au capot et à la rondelle comme décrit dans les figures 3 à 6. Le porte-balais n'est donc pas forcément solidaire 25 du capot, sa plaque pouvant être en contact avec le capot. Ce porte balais comporte dans ce cas une plaque électriquement isolante destinée à coopérer avec le capot, plus précisément avec les bossages du capot.

30 En variante les cages de retour de courant sont directement en contact avec le capot. En variante le capot est en matière électriquement isolante, par exemple en matière plastique, telle que de la matière plastique thermodurcissable en sorte que le capot constitue la plaque fermant le porte-balais du côté opposé aux fonds des cages. En variante le fond de la cage est débouchant sur une partie de la hauteur du balai associé en sorte que le balai est étagé, la partie saillante du balai étant à l'extérieur de la cage moins haute que la partie du balai logée à l'intérieur de la cage. Dans les modes de réalisations décrits la plaque est en contact avec le capot ou est confondu avec le 10 capot. En variante un moyen élastique est intercalé entre la plaque du porte-balais et le capot, les cages appartenants par exemple de manière précitée à un anneau à cages en appui sur le stator de la machine.

15 En variante la machine électrique tournante consiste en un moteur électrique ou en une dynamo.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Ensemble cage de guidage et balai (3) pour un porte-balais pour une machine électrique comportant un collecteur (1), le porte-balais comportant, pour chacun des balais, une cage de guidage (4, 204, 304) dotée d'un fond (260, 141) et conformée pour recevoir un balai (5, 305) et des moyens d'appui (6) destinés à assurer, en état monté de la machine électrique, un appui suffisant du balai (5, 305) sur le collecteur (1), caractérisé en ce que le fond (141, 260) de la cage de guidage (4, 204, 304) est débouchant à la faveur d'une échancrure (45, 145, 345), en ce que le balai (5,305) dépasse extérieurement de l'échancrure (45,145, 345) de la cage de guidage et en ce que l'ensemble cage de guidage et balai (3) comporte des moyens (46, 53) conformés pour empêcher tout mouvement du balai (5, 305) à l'extérieur de la cage de guidage (4, 204, 304).

2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur (2) est un collecteur à talon, en ce que le fond (260, 141) de la cage de guidage (4, 204, 304) est débouchant à la faveur d'une échancrure (45, 145, 345) du côté destiné à être en regard du talon (2) du collecteur (1), en ce que le balai (5, 305) dépasse extérieurement de l'échancrure (45, 145, 345) de la cage de guidage (4, 204,304) du côté destiné à être en regard du talon (2) du collecteur (1) et en ce que l'ensemble cage de guidage et balai (3) comporte des moyens (46, 53) conformés pour empêcher tout mouvement du balai (5) vers l'extérieur de la cage de guidage (45, 145, 345).

3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le fond de la cage de guidage est débouchant sur au moins une partie de la hauteur du balai associé.

4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fond (260, 141) de la cage de guidage (4, 204, 304) est débouchant sur toute la hauteur du balai (5, 305) associé.

5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur (L) de l'échancrure (45) est égale ou supérieure à la hauteur (LB) du balai (5) et en ce que la largeur (M) de l'échancrure (45) est inférieure à la largeur intérieure (N) de la cage de guidage (4).

6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le balai (5) présente une section transversale en deux parties (51, 52), la première partie (51) correspondant à la section transversale de l'intérieur de la cage de guidage (4) et la seconde partie (52) ayant au moins partiellement une largeur (MB1) inférieure à celle (M) de l'échancrure (45).

7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cage de guidage (4) à globalement la forme d'un U comportant un fond (260) et deux branches, en ce que le balai (5) présente une section transversale avec une largeur (MB2) inférieure à celle (N) de la cage de guidage (4) et en ce que le balais (5) est pourvu, sur chacune des deux faces opposées destinées à être en regard des deux branches de la cage de guidage (4), d'une rainure (53) destinée à recevoir un bord correspondant (46) de l'échancrure (45), les deux bords (46, 46) de l'échancrure (45) formant avec les rainures (53, 53) des moyens conformés pour empêcher tout mouvement du balai (5) vers l'extérieur de la cage.

8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lacage de guidage (204) a une forme sensiblement parallélépipédique et est pourvue, sur au moins une des deux faces opposées adjacentes à celle pourvue de l'échancrure (145) par laquelle dépasse le balai (5), d'une fente borgne (143) destinée au passage d'un conducteur (54) solidaire du balai (5).

9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le balai (305) présente une nervure (306), en ce que la cage de guidage (304) présente un fond (260) et deux branches, et en ce que l'une des branches comporte une fente borgne (343) de guidage de la nervure (306) engagée dans la fente (343) borgne.

10. Ensemble selon la revendication 9, caractérisé 15 en ce que la fente borgne (343) est délimitée par deux lèvres (350) de guidage de la nervure (306).

11. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cage de guidage (4, 204, 304) comporte des moyens (361) 20 destinés à être orientés en opposition par rapport au collecteur (1) et conformés pour retenir des moyens d'appui (6) destinés à assurer, en état monté de la machine électrique, un appui suffisant du balai (5) sur le collecteur (1). 25

12. Machine électrique comprenant un collecteur (1) solidaire d'un arbre de rotor, un porte-balais avec au moins deux ensembles cage de guidage et balai (3), ainsi qu'un capot (7) portant un palier pour l'arbre de rotor, le capot (7) étant monté sur une culasse de la 30 machine électrique, le porte-balais comportant, pour chacun des balais, une cage de guidage (4, 204, 304) dotée d'un fond (141,260) et conformée pour recevoir le balai (5, 305) et des moyens d'appui (6) destinés à assurer un appui suffisant du balai (5, 305) sur le 35 collecteur (1), caractérisée en ce que le fond de lacage de guidage (4) est débouchant à la faveur d'une échancrure (45, 145, 345), en ce que le balai (5) dépasse extérieurement de l'échancrure (45, 145, 345) de la cage de guidage (4, 204, 304), et en ce que l'ensemble cage de guidage et balai (3) comporte des moyens conformés pour empêcher tout mouvement du balai (5) à l'extérieur de la cage de guidage (4, 204, 304).

13. Machine électrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que le collecteur (2) est un collecteur à talon, en ce que le fond de la cage de guidage (4) est débouchant à la faveur d'une échancrure (45, 145, 345) du côté destiné à être en regard du talon (2) du collecteur (1), en ce que le balai (5) dépasse extérieurement de l'échancrure (45, 145, 345) de la cage de guidage (4, 204, 304) du côté destiné à être en regard du talon (2) du collecteur (1) et en ce que l'ensemble cage de guidage et balai (3) comporte des moyens (46, 53) conformés pour empêcher tout mouvement du balai (5) à l'extérieur de la cage de guidage (4, 204, 304).

14. Machine électrique selon la revendication 13, caractérisée en ce que le dépassement de chacun des balais (5, 305) de la cage de guidage (4) correspondante est tel que le balai (5) puisse entrer en contact électrique avec le talon (2) du collecteur (1) sans venir en appui sur le talon (2).

15. Machine électrique selon la revendications 13 ou 14, caractérisée en ce que le collecteur (1) présente une forme légèrement conique pour assurer que les balais (5,305) prennent appui sur les cages de guidage (4, 204, 304) et non pas sur le talon (2) du collecteur (1).