FR2974679A1

FR2974679A1 - Machine electrique a commutateur

Info

Publication number: FR2974679A1
Application number: FR1253797A
Authority: FR
Inventors: Siegfried Schustek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2012-11-02
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: DE102011017532A1; HU229981B1; FR2974679B1; CN102761205A; CN102761205B; HUP1200261A2

Abstract

Commutateur de machine électrique, notamment de démarreur de moteur à combustion interne comportant un collecteur (5) côté induit avec des lamelles (7) réparties en périphérie et sur lesquelles s'appliquent des balais (6) de transmission de courant par contact de frottement . La protection de surcharge thermique, du collecteur (5) est un élément de court-circuit (10) déformable thermiquement, ayant un pont de contact électroconducteur (13) qui, en cas de dépassement d'une température limite, prend une position de court-circuit court-circuitant au moins deux lamelles (7) du collecteur (5).

Description

i Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une machine électrique à commutateur, notamment un démarreur de moteur à combustion interne comportant un collecteur côté induit avec des lamelles réparties en périphérie et sur lesquelles s'appliquent des balais de transmission de courant par contact de frottement. Etat de la technique On connaît des commutateurs pour la conversion de courant et la transmission aux enroulements d'induit de machines électriques ; ces enroulements tournent avec le rotor. Le commutateur comporte un collecteur cylindrique côté induit avec des lamelles réparties en périphérie et sur lesquelles s'appliquent par un contact de frottement, des balais en carbone pour le passage du courant. Comme protection de surcharge on peut avoir des ther- 15 mocommutateurs ou des cordons de balai dimensionnés d'une manière relativement faible et qui assurent l'alimentation en courant à partir des balais en carbone. En cas de fort dégagement de chaleur, le cordon fond si bien que du fait de la réduction de la section résiduelle dans les cor-dons de balai de même polarité, après un temps très court, cette section 20 s'interrompt également et coupe ainsi le passage du courant. Mais, on a toutefois le risque que présentent des cordons à température très élevée à l'extérieur du boîtier de machines électriques. But de l'invention La présente invention a pour but de développer des 25 moyens simples pour une protection efficace contre la surcharge de ma-chines électriques en assurant en même temps une meilleure protection contre les parties qui seraient à température élevée à l'extérieur du boitier du moteur. Exposé et avantages de l'invention 30 A cet effet, l'invention a pour objet un moteur électrique à commutateur du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le collecteur comporte comme protection de surcharge thermique, un élément de court-circuit déformable thermiquement, ayant un pont de contact électroconducteur qui, en cas de dépassement d'une température limite,

2 prend une position de court-circuit court-circuitant au moins deux lamelles du collecteur. En d'autres termes, l'invention se rapporte à un moteur électrique à commutateur pour le passage et l'inversion du courant vers les enroulements d'induit tournant avec le rotor. Les machines électriques sont notamment le démarreur (moteur) servant à démarrer un moteur à combustion interne. Le commutateur comporte un collecteur côté induit avec des lamelles réparties en périphérie et auxquelles sont reliées les extré- io mités des enroulements de l'induit. Les lamelles en forme de segments, voisines du collecteur, sont séparées électriquement les unes des autres. Des balais s'appliquent contre la surface enveloppe du collecteur ; il s'agit habituellement de balais en carbone en contact de frotte-ment avec le collecteur et assurant le passage du courant. Le collecteur 15 côté induit et les balais constituent en commun le commutateur de la machine électrique. La protection thermique est un élément de court-circuit isolé électriquement en fonctionnement normal et qui peut se déformer sous l'action de la température sur le collecteur ; cet élément de court- 20 circuit a un pont de contact électroconducteur. En cas de dépassement d'une température limite, le pont de contact de l'élément de court-circuit prend une position de court-circuit qui court-circuite au moins deux lamelles du collecteur. Cette caractéristique de l'invention a l'avantage que le dé- 25 clenchement du court-circuit dépend de la température de l'induit et non d'une quelconque source de chaleur ou capacité telle que les balais ou les cordons d'alimentation électrique des balais. Un autre avantage réside dans la position de l'élément de court-circuit directement à côté du collecteur de façon à éviter que des 30 parties soient à incandescence à l'extérieur du boîtier du moteur. Le court-circuit se produit par le pont de contact de l'élément de court-circuit, en général directement entre les lamelles voisines du collecteur et ensuite les cordons reliés aux balais se détruisent avec certitude très rapidement sous l'effet du courant de court-circuit qui les traverse ce 35 qui coupe le courant du démarreur. Le déclenchement de la coupure de

3 courant par le court-circuit de plusieurs lamelles de commutateur et de l'augmentation significative de l'intensité qui en résulte, se traduit par une fusion très rapide des cordons électriques des balais par l'élément complémentaire sur le collecteur.

Comme les cordons des balais n'ont en eux-mêmes aucune fonction de déclenchement pour la protection de surcharge, on peut les réaliser avec une forte section ce qui augmente la puissance que peut fournir la machine électrique et les balais chauffent moins fortement sous l'effet des pertes dans les cordons. io Dans des conditions normales, l'élément de court-circuit est en position neutralisée et il ne se déforme thermiquement qu'en cas de surcharge de sorte qu'ensuite le pont électroconducteur de l'élément de court-circuit passe en position de court-circuit dans laquelle il court-circuite au moins deux lamelles du collecteur. Le court-circuit se pro- 15 duit habituellement par le contact direct entre le pont de contact et les lamelles voisines. Mais il est également possible d'avoir un contact indirect entre les lamelles et le pont de contact, par exemple en ce que le pont de contact s'applique contre l'extrémité de l'enroulement de l'induit associé à différentes lamelles. 20 Selon un développement préférentiel, l'élément de court-circuit est un bilame ou comporte un bilame. Lors du dépassement de la température limite, le bilame se déforme et met le pont de contact en position de court-circuit. Cela est lié à un effet de déclic (passage par une position métastable) selon lequel le bilame en cas de dépassement 25 de la température limite, passe brusquement de sa position de repos à sa position de court-circuit. On peut également envisager des modes de réalisation dans lesquels l'ensemble de l'élément de court-circuit est un bilame et aussi des modes de réalisation dans lesquels uniquement une partie de 30 l'élément de court-circuit est un bilame. Dans ce dernier cas, le pont de contact est par exemple un bilame. Mais il est également possible de ne pas réaliser le pont de contact comme bilame mais de le relier à un bilame, par exemple aux extrémités du pont de contact de sorte que sous l'effet de la déformation d'origine thermique du bilame, le pont de con- 35 tact se met en position de court-circuit.

4 En principe on peut également envisager d'autres matières à déformation thermique dans la mesure où elles permettent de solliciter le pont de contact pour le mettre en position de court-circuit lorsqu'on dépasse la température limite. Il est par exemple possible de réaliser le pont de contact en métal avec précontrainte dans un élément de court-circuit en matière plastique ; lorsqu'on dépasse la température limite, la matière plastique se ramollit ou fond, de sorte que le pont de contact passe en position de court-circuit sous l'effet de sa précontrainte. io Selon un développement avantageux, le pont de contact est en forme de segment d'anneau de cercle qui relie au moins deux lamelles voisines et le cas échéant également un plus grand nombre de lamelles du collecteur pour passer en position de court-circuit. On peut également envisager une réalisation du pont de contact comme anneau 15 tournant électroconducteur. De manière avantageuse le collecteur a une collerette élargie radialement, recevant les extrémités de branchement de l'enroulement d'induit. Pour cela, la collerette a, par exemple deux rainures de réception, radiales, dans lesquelles sont logées les extrémités de bran- 20 chement de l'enroulement. L'élément de court-circuit est installé pour qu'en position de court-circuit, le pont de contact s'applique contre la face frontale de la collerette du collecteur. La segmentation du collecteur se poursuit également dans la collerette de sorte que le pont de contact appliqué contre la face frontale en position de court-circuit, relie 25 deux segments ou deux lamelles et les courts-circuits. Notamment, dans la réalisation du collecteur avec une collerette élargie radialement, l'élément de court-circuit est avantageusement directement voisin des extrémités de branchement de l'enroule-ment d'induit, notamment de façon que l'élément de court-circuit soit 30 sous la forme d'un anneau emmanché sur la collerette cylindrique de commutateur du collecteur jusqu'à la face frontale de la collerette. L'élément de court-circuit constitue un capuchon et chevauche radialement les extrémités de l'enroulement, de sorte qu'en plus de sa fonction de surcharge, l'élément de court-circuit assure également une fonction fixant les extrémités de branchement pour éviter qu'elles ne soient éjectées radialement. Pour éviter un court-circuit en position de neutralisation, le côté intérieur de l'élément de court-circuit est avantageusement élec- 5 troisolant, par exemple par un revêtement approprié. Uniquement le pont de contact est électroconducteur mais celui-ci est neutralisé à dis-tance des lamelles du collecteur et n'arrive au contact des lamelles qu'en position de court-circuit. Selon un autre développement avantageux, l'élément de io court-circuit comporte un segment d'appui qui s'appuie contre le collecteur. Dans le mode de réalisation du collecteur avec une collerette élargie radialement, le segment d'appui se trouve avantageusement sur l'arête frontale radiale extérieure, périphérique de la collerette et permet ainsi la mise hors fonction, à distance du pont de contact par rapport 15 aux lamelles ou aux segments sur la face frontale de la collerette. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'une machine électrique à commutateur selon l'invention représentée dans les dessins 20 annexés dans lesquels on utilisera les mêmes références pour désigner les mêmes composants dans les figures. Ainsi : - la figure 1 est une vue de côté partiellement coupée d'une machine électrique avec un commutateur ayant un collecteur côté induit et des balais de passage de courant ainsi qu'un élément de court- 25 circuit déformable thermiquement sous la forme d'un capuchon emmanché sur le collecteur, - la figure 2 est une représentation correspondant à celle de la figure 1 d'une machine électrique pour une variante de réalisation de l'élément de court-circuit. 30 Description de modes de réalisation Selon la figure 1, la machine électrique qui est un moteur de démarreur 1 de moteur à combustion interne comporte un induit et un boîtier de moteur non détaillé recevant à rotation l'arbre d'induit 3 sur lequel on a emmanché un paquet d'induit 2 avec des conducteurs 35 d'induit 9. Les conducteurs des bobinages ou enroulements d'induit

6 sont alimentés en courant par une installation de commutation 4 ayant un collecteur 5 côté induit et des balais 6 appliqués par un contact de frottement sur la surface enveloppe du collecteur cylindrique 5. Sur sa périphérie, le collecteur 5 comporte un grand nombre de lamelles 7 ; les lamelles voisines 7 sont isolées électriquement les unes des autres. Le collecteur 5 comporte en outre sur le côté induit, une collerette 8 dé-passant radialement, ayant la même segmentation que les lamelles 7 et dont le côté radial extérieur est muni de rainures axiales pour recevoir les extrémités de branchement 9 de l'induit en contact électrique avec io les lamelles. Un élément de court-circuit 10 en forme de capuchon annulaire s'emmanche sur le collecteur 5 ; l'élément de court-circuit 10 chevauche avec un segment cylindrique 11, le côté extérieur radial de la collerette 8 du collecteur et protège ainsi les extrémités de branchement 15 9 de l'induit en les fixant dans les rainures de la collerette pour éviter qu'elles ne soient éjectées. La partie de l'élément de court-circuit 10 s'étendant dans la direction radiale et qui est réalisée comme disque annulaire, comporte un bilame 12 relié à un pont de contact 13 sous la forme d'un segment d'anneau de cercle ; le pont de contact 13 est en un 20 matériau électroconducteur et en mode de fonctionnement normal, il se situe à distance de la face frontale de la collerette 8. Cette position correspond à la position hors service ou de neutralisation de l'élément de court-circuit 10 dans laquelle il n'y a pas de court-circuit entre les lamelles voisines. Le bilame 12 et le pont de contact 13 sont réalisés sous 25 la forme d'une pièce en une seule partie. Lorsque le bilame 12 chauffe sous l'effet de la chaleur dé-gagée par l'induit, il se déforme et sollicite le pont de contact 13 pour venir en contact avec la face frontale de la collerette 8 en position de court-circuit dans laquelle au moins deux lamelles en forme de seg- 30 ments, voisines, sont reliées électriquement et sont de ce fait court-circuitées. Le passage entre le segment cylindrique 11 situé radialement à l'extérieur et le segment en forme d'anneau de cercle s'étendant dans la direction radiale de l'élément de court-circuit comportant 35 le bilame 12 et le pont de contact 13, est constitué par un segment

7 d'appui 14 qui s'appuie directement contre la collerette 8. Le segment d'appui 14 est voisin du côté radial extérieur de l'arête frontale de la collerette 8 et garantit en position hors service, une distance suffisamment grande entre le pont de contact 13 et la face frontale voisine de la collerette 8. Le segment en forme d'anneau de cercle de l'élément de court-circuit 10 peut comporter plusieurs fentes radiales réparties en périphérie et subdivisant le segment en forme d'anneau ou partie d'anneau ayant chacun un bilame 12 ainsi qu'un pont de contact 13 sous la io forme d'un anneau ou d'un segment d'anneau. Sous l'effet de la chaleur, le bilame 12 se déforme et pousse le pont de contact 13 contre la face frontale de la collerette de commutateur 8. On peut avoir une couche isolante dans la zone d'appui de la collerette de commutateur 8 et des segments 11, 14 de l'élément de court-circuit 10. 15 La figure 2 montre un autre exemple de réalisation dans lequel l'élément de court-circuit 10 comporte dans la région de son disque annulaire s'étendant dans la direction radiale, également un bilame 12 et un pont de contact 13 qui sont déplacés en position de court-circuit par le bilame 12 en cas de dépassement de la température 20 limite ; dans la position de court-circuit le pont de contact 13 est appliqué en contact contre la face frontale de la collerette de commutateur 8 élargie radialement. Le bilame 12 présente dans la direction radiale, une membrane barométrique de forme annulaire avec une structure ondulée concentrique qui, en cas de dépassement de la température li- 25 mite, déplace le pont de contact 13 vers la collerette de commutateur 8. Les structures annulaires tournées vers la face frontale de la collerette de commutateur 8 constituent le pont de contact situé en position hors service ou neutralisée à distance de la face frontale de la collerette de commutateur 8 alors qu'en position de court-circuit, le pont de contact 30 touche la face frontale de la collerette de commutateur 8. Dans les deux exemples de réalisation des figures 1 et 2, le pont de contact 13 peut être réalisé en une seule pièce avec le bilame 12. Mais il est également possible de réaliser ces deux pièces séparé-ment du bilame et d'être sollicitées par celui-ci dans le sens de la posi- 35 tion de court-circuit.

NOMENCLATURE

1 moteur de démarreur 2 paquet de l'induit 3 arbre d'induit 4 installation de commutation 5 collecteur 6 balai 7 lamelle io 8 collerette en saillie 9 extrémité de branchement de l'induit élément de court-circuit 11 segment cylindrique 12 bilame 13 pont de contact 14 segment d'appui20

Claims

REVENDICATIONS1 °) Commutateur de machine électrique, notamment de démarreur de moteur à combustion interne comportant un collecteur (5) côté induit avec des lamelles (7) réparties en périphérie et sur lesquelles s'appli- quent des balais (6) de transmission de courant par un contact de frottement, commutateur caractérisé en ce que le collecteur (5) comporte comme protection de surcharge thermique, un élément de court-circuit (10) déformable thermiquement, ayant un pont de contact électroconducteur (13) qui, en cas de dépassement d'une température limite, prend une position de court-circuit pour court-circuiter au moins deux lamelles (7) du collecteur (5). 2°) Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de court-circuit (10) est un bilame (12) ou il comporte un bilame. 3°) Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pont de contact (13) est un segment d'anneau de cercle qui s'applique contre au moins deux lamelles (7) du collecteur (5) en position de court-circuit. 4°) Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pont de contact (13) est un anneau tournant électroconducteur appliqué contre le collecteur (5) en position de court-circuit. 5°) Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur (5) comporte une collerette (8) élargie radialement et recevant les extrémités de connexion (9) de l'enroulement de l'induit.35d 6°) Commutateur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' en position de court-circuit, le pont de contact (13) s'applique contre la face frontale de la collerette (8). 7°) Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de court-circuit (10) est situé directement au voisinage des extrémités de branchement (9) de l'enroulement d'induit. 8°) Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de court-circuit (10) constitue un capuchon et chevauche radialement les extrémités de connexion de l'enroulement (9) de l'induit. 9°) Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de court-circuit (10) comporte un segment d'appui (14) appuyé contre le collecteur (5). 20 10°) Commutateur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' un segment cylindrique (11) de l'élément de court-circuit (10) en forme de capuchon annulaire chevauche le côté extérieur radial de la colle-25 rette (8) du collecteur (5). 11 °) Machine électrique, notamment démarreur de moteur à combustion interne comportant un commutateur (4) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, ayant un collecteur (5) côté induit avec des la- 30 melles (7) réparties en périphérie et sur lesquelles s'appliquent des balais (6) de transmission de courant par contact de frottement, et comme protection de surcharge thermique, le collecteur (5) comporte un élément de court-circuit (10) déformable thermiquement, ayant un pont de contact électroconducteur (13) qui, en cas de dépassement d'une tem- 10 15 2974679 Il pérature limite, prend une position de court-circuit pour court-circuiter au moins deux lamelles (7) du collecteur (5).