FR2912847A1 - Flat commutator for combustion engine starter of motor vehicle, has reinforcing ring provided with T-shaped with longitudinal branch, where longitudinal branch has axial dimension higher than axial dimension of transverse branch - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un collecteur pour machine électriqueThe present invention relates to a collector for an electric machine
tournante, notamment un démarreur de véhicule automobile. On connaît par le brevet US 6 157 108 un collecteur plat comportant une pluralité de segments conducteurs en cuivre sensiblement en forme de L définissant des surfaces de contact planes sur lesquelles viennent s'appliquer axialement des balais de contact de la machine électrique. Ce collecteur connu est pourvu, autour des segments conducteurs, de deux bagues de renforcement, l'une intérieure en matériau isolant à base de fibres de verre et l'autre extérieure en métal. La bague intérieure à base de fibres de verre comprend une saillie annulaire s'engageant dans une gorge annulaire de la bague extérieure. Le déposant a constaté que, dans certaines conditions sévères de température et de vitesses de rotation du collecteur, la présence de bagues de renforcement classiques ne permet pas d'éviter un soulèvement et/ou des déformations des segments conducteurs pouvant affecter la durée de vie du collecteur. La présente invention vise notamment à pallier cet inconvénient. Elle a ainsi pour objet un collecteur pour machine électrique tournante, notamment un démarreur de véhicule automobile, le collecteur présentant un axe 20 longitudinal et comportant : une pluralité de segments électriquement conducteurs, notamment métalliques, disposés autour de l'axe longitudinal du collecteur, une première bague de renforcement isolante disposée autour des segments conducteurs, 25 une deuxième bague de renforcement réalisée en un matériau différent de celui de la première bague, la deuxième bague étant notamment réalisée à base d'acier, cette deuxième bague étant disposée contre la première bague et présentant, en section suivant un plan passant par l'axe longitudinal du collecteur, une forme sensiblement en T avec une branche longitudinale 30 s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du collecteur et une branche transversale s'étendant sensiblement perpendiculairement à la branche î 2912847 2 longitudinale, cette branche longitudinale présentant notamment une dimension axiale, mesurée suivant l'axe longitudinal du collecteur, supérieure à la dimension axiale de la branche transversale. Le déposant a constaté, de manière inattendue, que cette forme en T pour la 5 deuxième bague permet de limiter de manière substantielle des soulèvements et/ou déformations des segments conducteurs, assurant une tenue satisfaisante du collecteur à la centrifugation, notamment dans des plages de températures élevées. L'invention permet en outre de simplifier la fabrication du collecteur, du fait 10 notamment d'un placement plus facile à réaliser en ce qui concerne les bagues de renforcement. En particulier, la première bague isolante permet un centrage correct de la deuxième bague. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la première bague de renforcement présente, en section suivant un plan passant par l'axe longitudinal 15 du collecteur, une forme sensiblement en L, avec une branche longitudinale radialement intérieure et une branche transversale sensiblement perpendiculaire à la branche longitudinale. La deuxième bague est avantageusement disposée contre le coin formé par les branches du L de la première bague. rotating, including a motor vehicle starter. US Pat. No. 6,157,108 discloses a flat collector comprising a plurality of substantially L-shaped copper conductor segments defining planar contact surfaces on which the contact brushes of the electric machine are axially applied. This known collector is provided around the conductive segments, two reinforcing rings, one inner insulating material based on glass fibers and the other outer metal. The fiberglass inner ring includes an annular projection engaging an annular groove of the outer ring. The applicant has found that, under certain severe conditions of temperature and rotational speeds of the collector, the presence of conventional reinforcement rings does not make it possible to avoid lifting and / or deformations of the conductive segments that may affect the service life of the collector. manifold. The present invention aims to overcome this disadvantage. It thus relates to a collector for a rotating electrical machine, in particular a motor vehicle starter, the collector having a longitudinal axis and comprising: a plurality of electrically conductive segments, in particular metallic segments, arranged around the longitudinal axis of the collector, a first insulating reinforcement ring disposed around the conductive segments, a second reinforcing ring made of a material different from that of the first ring, the second ring being in particular made of steel, this second ring being arranged against the first ring and having, in section along a plane passing through the longitudinal axis of the collector, a substantially T-shaped shape with a longitudinal branch 30 extending parallel to the longitudinal axis of the collector and a transverse branch extending substantially perpendicular to the branch 2912847 2 longitudinal, this longitudinal branch nale having in particular an axial dimension, measured along the longitudinal axis of the collector, greater than the axial dimension of the transverse branch. The Applicant has unexpectedly found that this T-shape for the second ring makes it possible to substantially limit uprisings and / or deformations of the conductive segments, ensuring satisfactory resistance of the collector to centrifugation, especially in high temperatures. The invention also makes it possible to simplify the manufacture of the collector, particularly because of an easier placement with regard to the reinforcement rings. In particular, the first insulating ring allows correct centering of the second ring. In an exemplary implementation of the invention, the first reinforcing ring has, in section along a plane passing through the longitudinal axis 15 of the collector, a substantially L-shaped shape, with a radially inner longitudinal branch and a transverse branch. substantially perpendicular to the longitudinal branch. The second ring is advantageously arranged against the corner formed by the branches of the L of the first ring.
Cette première bague peut être réalisée d'un seul tenant ou, en variante, comporter au moins deux parties annulaires assemblées permettant de faciliter la fabrication de cette bague. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la branche transversale de la deuxième bague s'applique contre la première bague, la branche longitudinale de cette deuxième bague étant notamment distante de la première bague. La deuxième bague peut alors comporter une partie plane définie entre deux bords circulaires concentriques, en appui sur la première bague, et une partie cylindrique se raccordant sur la partie plane de manière à former, en section, la forme en T. Dans cet exemple de mise en oeuvre, la partie plane définit en section la branche transversale du T et la partie cylindrique définit la branche longitudinale du T. En variante, la branche longitudinale de la deuxième bague s'applique contre la première bague. This first ring can be made in one piece or, alternatively, comprise at least two assembled annular parts to facilitate the manufacture of this ring. In an exemplary implementation of the invention, the transverse branch of the second ring is applied against the first ring, the longitudinal branch of the second ring being in particular distant from the first ring. The second ring may then comprise a plane portion defined between two concentric circular edges, bearing on the first ring, and a cylindrical portion connecting to the flat portion so as to form, in section, the T-shape. implementation, the flat portion defines in section the transverse branch of the T and the cylindrical portion defines the longitudinal branch T. As a variant, the longitudinal branch of the second ring is applied against the first ring.
La deuxième bague peut alors comporter une partie cylindrique en appui contre la première bague, et une partie plane définie entre deux bords circulaires concentriques se raccordant sur la partie cylindrique de manière à former, en section, une forme en T. Dans cet exemple de mise en oeuvre de l'invention, la partie cylindrique définit en section la branche longitudinale du T et la partie plane définit la branche transversale du T. Cette forme de la deuxième bague permet de faciliter sa fabrication car cette bague peut être réalisée par décolletage d'un tube depuis un même côté, à savoir depuis un côté extérieur de la partie cylindrique de la bague. La section en T de la deuxième bague peut, si on le souhaite, être 15 symétrique, l'une des branches du T se raccordant à l'autre branche en son milieu. En variante, la section en T de la deuxième bague peut être dissymétrique, l'une des branches du T se raccordant à l'autre branche en un emplacement distant du milieu de cette branche. 20 La deuxième bague est avantageusement réalisée d'un seul tenant. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, les première et deuxième bagues sont disposées l'une contre l'autre sans former de butée dans une direction radiale extérieure, contrairement par exemple au collecteur plat décrit dans le brevet US 6 157 108. 25 Le cas échéant, la première bague peut être réalisée en matériau composite isolant, notamment à base de fibres minérales ou organiques, par exemple à base de fibres de verre. Le collecteur peut, si on le souhaite, être un collecteur plat. Les segments conducteurs sont par exemple réalisés en cuivre. The second ring may then comprise a cylindrical portion bearing against the first ring, and a planar portion defined between two concentric circular edges connecting to the cylindrical portion so as to form, in section, a T shape. In this example of placing According to the invention, the cylindrical part defines in section the longitudinal branch of the T and the flat part defines the transverse branch of the T. This form of the second ring makes it easier to manufacture because this ring can be made by bar turning. a tube from the same side, namely from an outer side of the cylindrical portion of the ring. The T-section of the second ring may, if desired, be symmetrical, one of the branches of the T connecting to the other branch in the middle. Alternatively, the T-section of the second ring may be asymmetrical, one of the branches of the T connecting to the other branch at a location remote from the middle of this branch. The second ring is advantageously made in one piece. In an exemplary implementation of the invention, the first and second rings are arranged against each other without forming a stop in an outer radial direction, unlike for example the flat collector described in US Pat. No. 6,157,108. Where appropriate, the first ring may be made of insulating composite material, in particular based on mineral or organic fibers, for example based on glass fibers. The collector may, if desired, be a flat collector. The conductive segments are for example made of copper.
L'invention a encore pour objet une machine électrique tournante, notamment un démarreur de véhicule automobile, comportant un collecteur tel défini ci-dessus. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, en coupe longitudinale, un collecteur selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, les figures 2 et 3 illustrent, schématiquement et partiellement, en coupe longitudinale, deux exemples de première bague de renforcement, et les figures 4 représente, schématiquement et partiellement, une disposition des bagues de renforcement selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention. The invention also relates to a rotating electrical machine, including a motor vehicle starter, having a collector as defined above. The invention will be better understood on reading the following detailed description of examples of non-limiting embodiments of the invention, and on examining the appended drawing, in which: FIG. 1 represents, schematically and partially, in longitudinal section, a manifold according to an exemplary implementation of the invention, FIGS. 2 and 3 illustrate, schematically and partially, in longitudinal section, two examples of first reinforcing ring, and FIG. schematically and partially, an arrangement of reinforcing rings according to an exemplary implementation of the invention.
On a représenté sur la figure 1 un collecteur 1 conforme à un exemple de mise en oeuvre de l'invention, destiné à équiper une machine électrique tournante, notamment un démarreur de moteur à combustion d'un véhicule automobile. Ce collecteur 1 présente un axe longitudinal X autour duquel il peut être mis en rotation. Le collecteur 1 comporte un manchon cylindrique central 2 s'étendant suivant l'axe X, ainsi qu'une pluralité de segments conducteurs 3, réalisés en cuivre dans l'exemple décrit, disposés régulièrement autour de l'axe longitudinal X. Chaque segment conducteur 3 présente une forme sensiblement en L avec des reliefs d'ancrage 4 permettant un meilleur maintien des segments 3 au sein d'un matériau d'encastrement 5, par exemple un matériau plastique moulé. Les segments conducteurs 3 définissent des surfaces de contact 7 sensiblement planes, perpendiculaires à l'axe X, sur lesquelles peuvent venir s'appliquer des balais de contact, non représentés. There is shown in Figure 1 a manifold 1 according to an exemplary implementation of the invention, for equipping a rotating electrical machine, including a combustion engine starter of a motor vehicle. This collector 1 has a longitudinal axis X around which it can be rotated. The collector 1 comprises a central cylindrical sleeve 2 extending along the X axis, as well as a plurality of conductive segments 3, made of copper in the example described, arranged regularly around the longitudinal axis X. Each conductive segment 3 has a substantially L-shaped with anchoring reliefs 4 for better retention of the segments 3 in a embedding material 5, for example a molded plastic material. The conductive segments 3 define contact surfaces 7 substantially flat, perpendicular to the axis X, on which can be applied contact brushes, not shown.
Afin d'améliorer la tenue des segments conducteurs 3 à la centrifugation, notamment à des températures relativement élevées, il est prévu des première et deuxième bagues de renforcement 10 et 11 autour des segments conducteurs 3. La première bague de renforcement 10 s'applique directement sur les segments conducteurs 3 et la deuxième bague 11 s'applique contre la première bague 10, ces bagues 10 et 11 étant noyées dans le matériau d'encastrement 5. Dans l'exemple considéré, la première bague 10 est réalisée à base de fibres de verre et la deuxième bague 11 en acier. On ne sort pas du cadre de la présente invention lorsque la première bague 10 est réalisée en un matériau électriquement isolant sans fibres de verre. De même, la deuxième bague 11 peut être réalisée en un matériau autre que l'acier, par exemple le titane ou tout alliage approprié. On va maintenant décrire plus en détail les bagues de renforcement 10 et 11. La bague de renforcement 10 présente, en coupe suivant un plan P passant par l'axe longitudinal X, une forme sensiblement en L, avec une branche longitudinale 12 en appui contre une face cylindrique 13 des segments 3, et une branche transversale 14 en appui contre une face plane 15 de ces segments 3. Dans l'exemple considéré, la branche transversale 14 du L présente une longueur D plus importante que la longueur d de la branche longitudinale 12. In order to improve the resistance of the conductive segments 3 to centrifugation, in particular at relatively high temperatures, first and second reinforcing rings 10 and 11 are provided around the conductive segments 3. The first reinforcing ring 10 is applied directly on the conductive segments 3 and the second ring 11 is applied against the first ring 10, these rings 10 and 11 being embedded in the embedding material 5. In the example under consideration, the first ring 10 is made of fibers of glass and the second ring 11 of steel. It is not beyond the scope of the present invention when the first ring 10 is made of an electrically insulating material without glass fibers. Similarly, the second ring 11 may be made of a material other than steel, for example titanium or any suitable alloy. The reinforcement rings 10 and 11 will now be described in greater detail. The reinforcing ring 10 has, in section along a plane P passing through the longitudinal axis X, a substantially L-shaped shape, with a longitudinal branch 12 bearing against a cylindrical face 13 of the segments 3, and a transverse branch 14 bearing against a planar face 15 of these segments 3. In the example considered, the transverse branch 14 of the L has a length D greater than the length d of the branch longitudinal 12.
La branche longitudinale 12 est formée par une partie cylindrique d'axe X et la branche transversale 14 par une partie plane définie entre deux bords circulaires concentriques. Dans l'exemple illustré à la figure 1, la bague de renforcement 10 est réalisée d'un seul tenant. The longitudinal branch 12 is formed by a cylindrical portion of X axis and the transverse branch 14 by a flat portion defined between two concentric circular edges. In the example illustrated in Figure 1, the reinforcing ring 10 is made in one piece.
En variante, comme représenté sur les figures 2 et 3, la bague 10 peut être réalisée par l'assemblage de deux parties annulaires 18 et 19. Dans l'exemple de la figure 2, la partie plane 19 s'étend entre deux bords circulaires de la bague 10. Dans l'exemple de la figure 3, la partie plane 19 présente une longueur plus 30 faible, le bord circulaire intérieur de la bague 10 étant défini par la partie annulairel8. Alternatively, as shown in Figures 2 and 3, the ring 10 can be made by assembling two annular portions 18 and 19. In the example of Figure 2, the flat portion 19 extends between two circular edges of the ring 10. In the example of FIG. 3, the flat portion 19 has a shorter length, the inner circular edge of the ring 10 being defined by the annular portion 8.
Comme on peut le voir sur la figure 1, la bague de renforcement 11 peut présenter, en section suivant le plan P contenant l'axe longitudinal X, une forme en T avec une branche longitudinale 20 s'étendant parallèlement à l'axe X et une branche transversale 21 perpendiculaire à la branche 20. As can be seen in FIG. 1, the reinforcing ring 11 may have, in section along the plane P containing the longitudinal axis X, a T-shape with a longitudinal branch 20 extending parallel to the axis X and a transverse branch 21 perpendicular to the branch 20.
La forme en T est symétrique dans l'exemple considéré, à savoir la branche longitudinale 20 se raccorde à la branche transversale 21, au milieu de celle-ci. Afin d'assurer une bonne rigidité de la bague 11, la dimension axiale h, mesurée suivant l'axe X, de la branche 20 est choisie relativement importante, notamment par rapport à la dimension axiale I de la branche transversale 21. La dimension h est par exemple au moins deux fois plus grande que la dimension I. La dimension h peut être choisie supérieure à la dimension axiale maximale d de la bague 10. Dans l'exemple considéré, la dimension radiale L de la branche 21 de la deuxième bague 11 est choisie supérieure à la dimension radiale D de la branche 14 de la première bague 10. La deuxième bague 11 comporte ainsi une partie plane 23 définie entre deux bords circulaires concentriques, en appui sur la branche 14 de la première bague 10, et une partie cylindrique 24 se raccordant sur la partie plane 23 de manière à former, en section transversale, la forme en T. The T shape is symmetrical in the example considered, namely the longitudinal branch 20 is connected to the transverse branch 21, in the middle thereof. In order to ensure good rigidity of the ring 11, the axial dimension h, measured along the X axis, of the branch 20 is chosen to be relatively large, particularly with respect to the axial dimension I of the transverse branch 21. The dimension h is for example at least twice larger than the dimension I. The dimension h may be chosen greater than the maximum axial dimension d of the ring 10. In the example considered, the radial dimension L of the branch 21 of the second ring 11 is chosen greater than the radial dimension D of the branch 14 of the first ring 10. The second ring 11 thus comprises a flat portion 23 defined between two concentric circular edges, bearing on the branch 14 of the first ring 10, and a cylindrical portion 24 connecting to the flat portion 23 so as to form, in cross section, the T-shape.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits. Par exemple, la deuxième bague de renforcement 11 peut comporter une branche transversale 27 ne s'appliquant pas sur la première bague de renforcement 10, comme illustré sur la figure 4. Of course, the invention is not limited to the implementation examples which have just been described. For example, the second reinforcing ring 11 may comprise a transverse branch 27 not applying to the first reinforcing ring 10, as illustrated in FIG. 4.
Dans cet exemple, la forme en T de la deuxième bague 11 est dissymétrique, la branche transversale 27 se raccordant à la branche longitudinale 28 en un emplacement distant du milieu de la branche 28, radialement plus proche des segments conducteurs 3. Cette position de la branche 27 permet notamment de compenser le gradient de force centrifuge qui présente un maximum proche des segments conducteurs 3. In this example, the T-shape of the second ring 11 is asymmetrical, the transverse branch 27 being connected to the longitudinal branch 28 at a location remote from the middle of the branch 28, radially closer to the conductive segments 3. This position of the branch 27 makes it possible in particular to compensate for the centrifugal force gradient which has a maximum close to the conductive segments 3.
Une extrémité de la branche 28 de la bague 11 s'encastre dans le coin formé sur la bague 10, sans dépasser radialement de celle-ci. Dans cet exemple, la première bague de renforcement 10 est réalisée par assemblage de deux parties annulaires 18 et 19.5 One end of the branch 28 of the ring 11 fits into the corner formed on the ring 10, without exceeding radially thereof. In this example, the first reinforcing ring 10 is made by assembling two annular parts 18 and 19.5.
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Legal Events
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