WO2008113935A1 - Collecteur pour machine electrique tournante, notamment un demarreur de vehicule automobile - Google Patents

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collector
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longitudinal
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Dominique Nicolle
Anne Lemaitre
Marion Chabrol
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Valeo Equipements Electriques Moteur
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/04—Commutators
    • H01R39/06—Commutators other than with external cylindrical contact surface, e.g. flat commutators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/06—Manufacture of commutators

Definitions

  • the present invention relates to a commutator for a rotating electrical machine, especially a starter motor vehicle.
  • 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 present invention aims to overcome this disadvantage. It thus relates to a collector for a rotating electrical machine, in particular a starter motor vehicle, the collector having a longitudinal axis and comprising:
  • 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 disposed 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 extending parallel to the longitudinal axis of the collector and a transverse branch extending substantially perpendicularly to the longitudinal branch, this longitudinal branch having in particular an axial dimension, measured along the longitudinal axis of the collector, greater than the axial dimension of the transverse branch.
  • this T-shaped 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 temperature ranges. high.
  • the invention also makes it possible to simplify the manufacture of the collector, in particular because of an easier placement to carry out with regard to the reinforcing rings.
  • the first insulating ring allows correct centering of the second ring.
  • the first reinforcing ring has, in section along a plane passing through the longitudinal axis of the collector, a substantially L-shaped shape, with a radially inner longitudinal branch and a substantially transverse branch. 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.
  • 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.
  • 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 part defined between two concentric circular edges, bearing on the first ring, and a cylindrical part connecting to the flat part so as to form, in section, the T-shape.
  • the flat portion defines in section the transverse branch of the T and the cylindrical portion defines the longitudinal branch of the T.
  • the longitudinal branch of the second ring is applied against the first ring.
  • 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.
  • the cylindrical portion 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 machining.
  • 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.
  • 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.
  • 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. .
  • 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.
  • the invention also relates to a rotary electrical machine, including a motor vehicle starter, having a collector as defined above.
  • FIG. 1 represents, schematically and partially, in longitudinal section, a collector according to an exemplary implementation of the invention
  • FIGS. 2 and 3 illustrate, schematically and partially, in longitudinal section, two examples of first ring of reinforcement
  • Figures 4 shows, schematically and partially, an arrangement of the reinforcing rings according to an exemplary implementation of the invention.
  • a manifold 1 according to an exemplary implementation of the invention for equipping a rotary 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, and 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 support 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.
  • first and second reinforcement rings 10 and 11 are provided around the conductive segments 3.
  • the first reinforcing ring 10 is applied directly to 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.
  • the first ring 10 is made of glass fibers and the second ring 11 of steel.
  • first ring 10 is made of an electrically insulating material without glass fibers.
  • second ring 11 may be made of a material other than steel, for example titanium or any suitable alloy.
  • the reinforcing ring 10 has, in section along a plane P passing through the longitudinal axis X, a shape substantially in L, with a longitudinal branch 12 bearing against a cylindrical face 13 of the segments 3, and a transverse branch 14 in support against a flat face 15 of these segments 3.
  • the transverse branch 14 of the L has a length D greater than the length d of the longitudinal branch 12.
  • the longitudinal branch 12 is formed by a cylindrical portion of axis X and the transverse branch 14 by a portion plane defined between two concentric circular edges.
  • the reinforcing ring 10 is made in one piece.
  • the ring 10 can be made by assembling two annular portions 18 and 19.
  • the plane portion 19 extends between two circular edges of the ring 10.
  • the flat portion 19 has a shorter length, the inner circular edge of the ring 10 being defined by the annular parti ⁇ .
  • 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.
  • 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.
  • 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 can be chosen greater than the maximum axial dimension d of the ring 10.
  • the radial dimension L of the branch 21 of the second ring 11 is chosen to be greater than the radial dimension D of the branch 14 of the first ring 10.
  • the second ring 11 thus comprises a flat part 23 defined between two concentric circular edges, resting on the branch 14 of the first ring 10, and a cylindrical part 24 connecting to the flat part 23 so as to form, in cross-section, the T-shape.
  • the invention is not limited to the implementation examples which have just been described.
  • the second reinforcing ring 11 may comprise a transverse branch 27 not applicable to the first reinforcing ring 10, as illustrated in FIG. 4.
  • the T-shape of the second ring 11 is asymmetrical , the transverse branch 27 connecting 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.
  • One end of the branch 28 of the ring 11 fits into the corner formed on the ring 10, without exceeding radially thereof.
  • the first reinforcing ring 10 is made by assembling two annular parts 18 and 19.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un collecteur pour machine électrique tournante, notamment un démarreur de véhicule automobile, le collecteur présentant un axe 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, 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 s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du collecteur et une branche transversale s'étendant sensiblement perpendiculairement à la branche 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.

Description

Collecteur pour machine électrique tournante, notamment un démarreur de véhicule automobile
La présente invention concerne un collecteur pour machine électrique 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 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,
- 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 s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du collecteur et une branche transversale s'étendant sensiblement perpendiculairement à la branche 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 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 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 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.
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 œuvre, 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.
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 œuvre 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 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.
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.
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. 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 œuvre 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 œuvre 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 œuvre de l'invention. On a représenté sur la figure 1 un collecteur 1 conforme à un exemple de mise en œuvre 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. 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. 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. 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 faible, le bord circulaire intérieur de la bague 10 étant défini par la partie annulairei δ. 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. 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. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de mise en œuvre 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. 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. 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.

Claims

Revendications
1. Collecteur (1 ) pour machine électrique tournante, notamment un démarreur de véhicule automobile, le collecteur présentant un axe longitudinal (X) et comportant :
- une pluralité de segments électriquement conducteurs (3), notamment métalliques, disposés autour de l'axe longitudinal (X) du collecteur,
- une première bague de renforcement isolante (10) disposée autour des segments conducteurs,
- une deuxième bague de renforcement (11 ) réalisée en un matériau différent de celui de la première bague, la deuxième bague étant notamment réalisée à base d'acier, cette deuxième bague (11 ) étant disposée contre la première bague (10) et présentant, en section suivant un plan (P) passant par l'axe longitudinal (X) du collecteur, une forme sensiblement en T avec une branche longitudinale (20) s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du collecteur et une branche transversale (21 ) s'étendant sensiblement perpendiculairement à la branche longitudinale, cette branche longitudinale présentant une dimension axiale (h), mesurée suivant l'axe longitudinal du collecteur, supérieure à la dimension axiale (I) de la branche transversale( 21 ).
2. Collecteur selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que la première bague de renforcement (10) présente, en section suivant le plan (P) passant par l'axe longitudinal du collecteur, une forme sensiblement en L, avec une branche longitudinale (12) radialement intérieure et une branche transversale (14) sensiblement perpendiculaire à la branche longitudinale.
3. Collecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la première bague (10) est réalisée d'un seul tenant.
4. Collecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la première bague (10) comporte au moins deux parties annulaires assemblées
(18, 19).
5. Collecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la branche transversale (21 ) de la deuxième bague (11 ) s'applique contre la première bague.
6. Collecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la branche longitudinale (28) de la deuxième bague s'applique contre la première bague (10).
7. Collecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la section en T de la deuxième bague (11 ) est symétrique.
8. Collecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la section en T de la deuxième bague (11 ) est dissymétrique.
9. Collecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les première et deuxième bagues (10, 11 ) sont disposées l'une contre l'autre sans former de butée dans une direction radiale extérieure.
10. Collecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la première bague (10) est réalisée en matériau isolant composite, notamment à base de fibres de verre.
11. Collecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est du type collecteur plat.
12. Machine électrique tournante, notamment démarreur de véhicule automobile, comportant un collecteur tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes.
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