WO2024115314A1 - Balai pour moteur électrique et moteur électrique associé - Google Patents

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WO2024115314A1
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brush
electric motor
rotor
contact surface
brushes
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Louis CRASKE
Mehdi Belhaj
Yannick Guibert
Jose-Luis Herrada
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Valeo Systèmes d'Essuyage
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    • 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
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H01R39/26—Solid sliding contacts, e.g. carbon brush
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K5/143—Means for supporting or protecting brushes or brush holders for cooperation with commutators
    • H02K5/148—Slidably supported brushes
    • H—ELECTRICITY
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    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/38—Brush holders
    • H01R39/381—Brush holders characterised by the application of pressure to brush

Definitions

  • the present invention is part of the field of direct current electric motors and in particular brushed electric motors in which the rotor is powered by means of brushes configured to come into contact with the rotor.
  • the present invention relates to a brush for a direct current electric motor comprising a rotor, the brush comprising a contact surface intended to come into contact with a commutator of said rotor of the electric motor in which the brush has a shape general rectangular parallelepiped and includes a single chamfer at the leading edge of the contact surface.
  • the chamfer reduces the contact surface by a value of between 20% and 60%, in particular between 40% and 50% compared to a contact surface of a brush of rectangular parallelepiped shape.
  • the contact surface has a height of between 1mm and 2mm, in particular l.5mm+/-10% and the total height of the brush is between 2.5mm and 3.5mm, notably 2.89mm +/-10%.
  • the ratio between the total height and the height of the contact surface is less than 1.8 or more than 2.0.
  • the brush comprises a combination of resin and conductive material.
  • the conductive material comprises graphite, and preferably includes graphite and copper
  • the combination of resin and conductive material comprises a percentage of conductive material of between 50% and 70%.
  • the present invention also relates to a direct current electric motor comprising a stator, a brush-carrying element, a rotor and at least one brush according to one of the preceding claims.
  • the direct current electric motor comprises three brushes, a first brush associated with the mass, a second brush associated with a first speed of rotation of the rotor and a third brush associated with a second rotor rotation speed.
  • the brush-holder element comprises elastic means configured to force the brushes against the rotor commutator.
  • FIG. 1 represents a schematic perspective view of a portion of a stator of an electric motor
  • FIG.2 represents a schematic perspective view of a broom according to the present invention
  • FIG.3 represents a schematic side view of a broom according to the present invention
  • Figure 1 represents a schematic perspective view of a brush holder element 1 of a direct current electric motor 2 as well as a portion of a rotor 3 of the electric motor arranged in the center of the holder element -brushes 1. More specifically, the rotor 3 comprises a switch 7, here shown schematically by a central ring representing a portion of the rotor 3, positioned opposite the brush-holder element 1.
  • stator and the rest of the rotor are not illustrated for reasons of clarity; it can be assumed for the purposes of this document that they are configured in a conventional manner, according to the practice known to those skilled in the art in the field of DC motors with brushes.
  • the direct current motor envisaged by the present application is for example used in a motor vehicle wiping device.
  • the brush-holder element 1 has a generally annular or tubular shape, having a central opening configured to receive the rotor 3, in particular its switch 7.
  • the brush-holder element 1 comprises three brushes 5, here numbered respectively 5a, 5b and 5c configured to come into contact with the switch 7 of the rotor 3, in the manner illustrated in Figure 1.
  • the three brushes 5a, 5b, 5c are distributed over a 180° portion of the brush holder element 1 but other arrangements are also possible.
  • the second 5b and the third 5b brushes can be connected respectively to a first 9a and a second 9b power supply circuits.
  • the brush holder element in other possible embodiments, could be integrated partially or entirely in the stator, the housing/cylinder head of the motor, or other structural element of the motor, without starting from the scope of the invention.
  • the brush-carrying element 1 also comprises elastic means such as springs (not visible in Figure 1) configured to force the brushes 5 against the switch 7 of the rotor 3 during the life of the brush 5, in particular during operation of the electric motor 2.
  • elastic means such as springs (not visible in Figure 1) configured to force the brushes 5 against the switch 7 of the rotor 3 during the life of the brush 5, in particular during operation of the electric motor 2.
  • the brushes 5 have a general rectangular parallelepiped shape.
  • the face of the parallelepiped configured to come into contact with the switch 7 of the rotor 3 is called contact surface and denoted SC.
  • At least one of the brushes 5, all the brushes 5a, 5b and 5c in the present example, comprise a single chamfer denoted CF arranged at the level of the leading edge of the brush 5, that is to say say the edge of the contact surface SC that a portion of the switch 7 of the rotor 3 reaches first during rotation of the rotor.
  • the size of the chamfer CF is chosen to reduce the contact surface SC by a value between 20% and 60%, in particular between 40% and 50% (compared to a brush having a rectangular parallelepiped shape (without chamfer )).
  • the brush 5 has for example a total height H of between 2.5mm and 3.5mm, in particular 2.89mm+/-10% and the height h of the contact surface SC is for example between 1mm and 2mm, notably l.5mm+/-10%.
  • the ratio H/h between the total height H and the height of the contact surface h is less than 1.8 or more than 2.0.
  • the chamfer forms for example an angle of between 50° and 70° with the contact surface SC.
  • the total length L of the broom is for example included between 7mm and 9mm, in particular 8mm+/-10% and the length 1 of the chamfer is for example between 2.5mm and 3.5mm, in particular 2.8mm+/-10%.
  • a chamfer CF provided on a reduced portion of the length L of the brush 5 makes it possible to hold the brush 5 effectively in its support and not to reduce the life of the brush 5 too much.
  • the brush 5 comprises, for example, a combination of resin and conductive material.
  • the conductive material is normally a composition of carbon and/or graphite, the latter being particularly interesting for its lubricating properties.
  • the conductive material may also include other electrically conductive substances, in particular powdered metals. Copper and silver are particularly interesting, because of their high conductivity.
  • the use of brushes 5 comprising a single chamfer CF at the level of the leading edge of the contact surface of the brush 5 makes it possible to reduce the noise produced by the friction of the brush 5 on the switch 7 at the start of life of the brush due to the reduced SC contact surface.
  • This noise decreases after a period of use of the brush corresponding to a running-in period of the brush 5.
  • the contact surface SC is therefore increasingly larger as the brush 5 wears, which makes it possible to limit the wear rate of the brush 5 and thus ensure a long lifespan while minimizing the noise produced at the start of the life of the brush 5.
  • the fact that the brushes 5 are asymmetrical makes them easier to manufacture, and more stable during operation because they are less likely to oscillate or vibrate in the brush-carrying element after a certain degree of wear, than symmetrical chamfered brushes.

Landscapes

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

Abstract

Balai pour moteur électrique et moteur électrique associé La présente invention concerne un balai (5, 5a, 5b, 5c) pour moteur électrique à courant continu (2) comprenant un rotor (3), le balai (5, 5a, 5b, 5c) comprenant une surface de contact (SC) destinée à venir en contact avec un commutateur (7) dudit rotor (1) du moteur électrique (2), dans lequel le balai (5, 5a, 5b, 5c) a une forme générale parallélépipédique rectangle et comprend un unique chanfrein (CF) au niveau du bord d'attaque de la surface de contact (SC).

Description

Description
Titre de l’invention : Balai pour moteur électrique et moteur électrique associé
[0001] La présente invention fait partie du domaine des moteurs électriques à courant continu et en particulier les moteurs électriques à balais dans lesquels l’alimentation du rotor est réalisée par l’intermédiaire de balais configurés pour venir en contact avec le rotor.
[0002] Ces moteurs électriques sont par exemple utilisés dans les équipements des véhicules automobiles.
[0003] Dans ces moteur électriques, la rotation du rotor provoque des frottements entre le rotor et les balais ce qui tend à produire du bruit, notamment en début de vie du balai. Or, dans le cas d’équipements d’un véhicule automobile, un tel bruit peut être nuisible au confort des passagers.
[0004] Il convient donc de trouver une solution permettant de réduire le bruit produit par le frottement des balais sur le rotor sans altérer les caractéristiques du moteur électrique.
[0005] A cet effet, la présente invention concerne un balai pour moteur électrique à courant continu comprenant un rotor, le balai comprenant une surface de contact destinée à venir en contact avec un commutateur dudit rotor du moteur électrique dans lequel le balai a une forme générale parallélépipédique rectangle et comprend un unique chanfrein au niveau du bord d’attaque de la surface de contact.
[0006] La présence d’un chanfrein au niveau du bord d’attaque du balai permet de réduire le bruit généré par le frottement du balai sur le rotor en début de vie du balai tout en réduisant la durée de vie du balai au minimum. De plus, la présence d’un unique chanfrein permet de réduire les coûts de fabrication par rapport à des balais présentant plusieurs chanfreins.
[0007] Selon un autre aspect de la présente invention, le chanfrein réduit la surface de contact d’une valeur comprise entre 20% et 60%, notamment entre 40% et 50% par rapport à une surface de contact d’un balai de forme parallélépipédique rectangle.
[0008] Selon un autre aspect de la présente invention, la surface de contact a une hauteur comprise entre 1mm et 2mm, notamment l,5mm+/-10% et la hauteur totale du balai est comprise entre 2,5mm et 3,5mm, notamment 2,89mm +/-10%.
[0009] Selon un autre aspect de la présente invention, le ratio entre la hauteur totale et la hauteur de la surface de contact est moins de 1,8 ou plus que 2,0.
[0010] Selon un autre aspect de la présente invention, le balai comprend une combinaison de résine et de matière conductrice.
[0011] De préférence, la matière conductrice comprend du graphite, et de préférence comprend du graphite et du cuivre
[0012] Selon un autre aspect de la présente invention, la combinaison de résine et de matière conductrice comprend un pourcentage de matière conductrice compris entre 50% et 70%.
[0013] La présente invention concerne également un moteur électrique à courant continu comprenant un stator, un élément porte-balais, un rotor et au moins un balai selon l’une des revendications précédentes.
[0014] Selon un autre aspect de la présente invention, le moteur électrique à courant continu comprend trois balais, un premier balai associé à la masse, un deuxième balai associé à une première vitesse de rotation du rotor et un troisième balai associé à une deuxième vitesse de rotation du rotor.
[0015] Selon un autre aspect de la présente invention, l’élément porte-balais comprend des moyens élastiques configurés pour contraindre les balais contre le commutateur du rotor.
[0016] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
[0017] [Fig 1] représente une vue schématique en perspective d’une portion d’un stator d’un moteur électrique,
[0018] [Fig.2] représente une vue schématique en perspective d’un balai selon la présente invention,
[0019] [Fig.3] représente une vue schématique de côté d’un balai selon la présente invention ;
[0020] Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.
[0021] Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.
[0022] La figure 1 représente une vue schématique en perspective d’un élément porte- balais 1 d’un moteur électrique à courant continu 2 ainsi qu’une portion d’un rotor 3 du moteur électrique disposé au centre de l’élément porte-balais 1. Plus spécifiquement, le rotor 3 comprend un commutateur 7, ici schématisé par un anneau central représentant une portion du rotor 3, positionné vis-à-vis l’élément porte-balais 1.
[0023] Le stator ainsi que la reste du rotor ne sont pas illustrés pour des raisons de clarté ; il pourra être présumé pour les besoins de ce document qu’ils sont configurées de manière conventionnelle, selon la pratique connue par l’homme du métier dans le domaine des moteurs à courant continu avec balais. Le moteur à courant continu envisagé par la présente demande est par exemple utilisé dans un dispositif d’essuyage de véhicule automobile.
[0024] L’élément porte-balais 1 présente un forme générale annulaire ou tubulaire, présentant une ouverture centrale configurée pour recevoir le rotor 3, en particulier son commutateur 7. L’élément porte-balais 1 comprend trois balais 5, ici numérotés respectivement 5a, 5b et 5c configurés pour venir en contact avec le commutateur 7 du rotor 3, dans la manière illustrée dans la figure 1, Dans le cas présent, les trois balais 5a, 5b, 5c sont répartis sur une portion de 180° de l’élément porte-balais 1 mais d’autres dispositions sont également possibles. Un premier balai 5a associé à la masse, un deuxième balai 5b associé à une première vitesse de rotation du rotor 3 et un troisième balai 5b associé à une deuxième vitesse de rotation du rotor 3. Ainsi, le deuxième 5b et le troisième 5b balais peuvent être reliés respectivement à un premier 9a et un deuxième 9b circuits d’alimentation.
[0025] Cependant, il sera bien entendu que l’élément porte-balai, dans d’autres éventuelles modes de réalisation, pourrait être intégré partiellement ou entièrement dans le stator, la boîtier/culasse du moteur, ou autre élément structurelle du moteur, sans partir de la portée de l’invention.
[0026] L’élément porte-balais 1 comprend également des moyens élastiques tels que des ressorts (non visibles sur la figure 1) configurés pour contraindre les balais 5 contre le commutateur 7 du rotor 3 durant la durée de vie du balai 5, notamment pendant l’opération du moteur électrique 2.
[0027] Comme représenté sur les figures 2 et 3, les balais 5 ont une forme générale parallélépipédique rectangle. La face du parallélépipède configuré pour venir en contact avec le commutateur 7 du rotor 3 est appelée surface de contact et notée SC.
[0028] De plus, au moins un des balais 5, tous les balais 5a, 5b et 5c dans le présent exemple, comprennent un unique chanfrein noté CF disposé au niveau du bord d’attaque du balai 5, c’est-à-dire le bord de la surface de contact SC qu’une portion du commutateur 7 du rotor 3 atteint en premier lors de la rotation du rotor.
[0029] La taille du chanfrein CF est choisie pour réduire la surface de contact SC d’une valeur comprise entre 20% et 60%, notamment entre 40% et 50% (par rapport à un balai ayant une forme parallélépipédique rectangle (sans chanfrein)).
[0030] Le balai 5 a par exemple une hauteur totale H comprise entre 2,5mm et 3,5mm, notamment 2,89mm+/-10% et la hauteur h de la surface de contact SC est par exemple comprise entre 1mm et 2mm, notamment l,5mm+/-10%. De préférence, le ratio H/h entre la hauteur totale H et la hauteur de la surface de contact h est moins de 1,8 ou plus que 2,0.
[0031] La chanfrein forme par exemple un angle compris entre 50° et 70° avec la surface de contact SC. La longueur totale L du balai est par exemple comprise entre 7mm et 9mm, notamment 8mm+/-10% et la longueur 1 du chanfrein est par exemple comprise entre 2,5mm et 3,5mm, notamment 2,8mm+/-10%.
[0032] Un chanfrein CF ménagé sur une portion réduite de la longueur L du balai 5 permet de pouvoir maintenir le balai 5 efficacement dans son support et de ne pas trop réduire la durée de vie du balai 5.
[0033] Le balai 5 comprend par exemple réalisé une combinaison de résine et de matière conductrice. La matière conductrice est normalement une composition de charbon et ou de graphite, ce dernier étant particulièrement intéressante pour ses propriétés lubrifiantes. Cependant, la matière conductrice peut comprendre en outre d’autres substances conductrices d’électricité, en particulier des métaux en poudre, Le cuivre et l’argent sont particulièrement intéressants, à cause de leur conductivité élevée.
[0034] Ainsi, l’utilisation de balais 5 comprenant un unique chanfrein CF au niveau du bord d’attaque de la surface de contact du balai 5 permet de réduire le bruit produit par le frottement du balai 5 sur le commutateur 7 en début de vie du balai du fait de la surface de contact SC réduite. Ce bruit diminuant après une période d’utilisation du balai correspondant à une période de rodage du balai 5. La surface de contact SC est donc de plus en plus grande au fur et à mesure de l’usure du balai 5 ce qui permet de limiter la vitesse d’usure du balai 5 et ainsi assurer une durée de vie importante tout en minimisant le bruit produit en début de vie du balai 5.
[0035] De plus, le fait que les balais 5 sont asymétriques les rend plus facile à fabriquer, et plus stables pendant l’opération car moins aptes à osciller ou vibrer dans l’élément porte-balai après un certain degré d’usure, que des balais chan- freinés symétriques.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Balai (5, 5a, 5b, 5c) pour moteur électrique à courant continu (2) comprenant un rotor (3) , le balai (5, 5a, 5b, 5c) comprenant une surface de contact (SC) destinée à venir en contact avec un commutateur (7) dudit rotor (3) du moteur électrique (2), caractérisé en ce que le balai (5, 5a, 5b, 5c) a une forme générale parallélépipédique rectangle et comprend un unique chanfrein (CF) au niveau du bord d’attaque de la surface de contact (SC).
[Revendication 2] Balai (5, 5a, 5b, 5c) pour moteur électrique (2) selon la revendication 1 dans lequel le chanfrein (CF) réduit la surface de contact (SC) d’une valeur comprise entre 20% et 60%, notamment entre 40% et 50% par rapport à la surface de contact obtenue avec un balai de forme parallélépipédique rectangle.
[Revendication 3] Balai (5, 5a, 5b, 5c) pour moteur électrique (2) selon la revendication précédente dans lequel la surface de contact (SC) a une hauteur (h) comprise entre 1mm et 2mm, notamment l,5mm+/-10% et la hauteur totale (H) du balai (5) est comprise entre 2,5mm et 3,5mm, notamment 2,89mm +/-10%.
[Revendication 4] Balai (5, 5a, 5b, 5c) pour moteur électrique (2) selon la revendication précédente, dans laquelle le ratio (H/h) entre la hauteur totale (H) et la hauteur de la surface de contact (h) est moins de 1,8 ou plus que 2,0.
[Revendication 5] Balai (5, 5a, 5b, 5c) pour moteur électrique (2) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le balai (5, 5a, 5b, 5c) comprend une combinaison de résine et de matière conductrice.
[Revendication 6] Balai (5, 5a, 5b, 5c) selon la revendication précédente, dans lequel la matière conductrice comprend du graphite, et de préférence comprend du graphite et du cuivre.
[Revendication 7] Balai (5, 5a, 5b, 5c) pour moteur électrique (2) selon l’une des revendications 5 et 6, dans lequel la combinaison de résine et de matière conductrice comprend un pourcentage de matière conductrice compris entre 50% et 70%.
[Revendication 8] Moteur électrique à courant continu (2) comprenant un stator, un élément porte-balais (1), un rotor (3) et au moins un balai (5, 5a, 5b, 5c) selon l’une des revendications précédentes.
[Revendication 9] Moteur électrique à courant continu (2) selon la revendication précédente comprenant trois balais (5, 5a, 5b, 5c), un premier balai (5a) associé à la masse, un deuxième balai (5b) associé à une première vitesse de rotation du rotor (3) et un troisième balai (5c) associé à une deuxième vitesse de rotation du rotor (3).
[Revendication 10] Moteur électrique à courant continu (2) selon l’une des revendications 8 ou 9 dans lequel l’élément porte-balais (1) comprend des moyens élastiques configurés pour contraindre les balais (5, 5a, 5b, 5c) contre le commutateur (7) du rotor (3).
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FR2212448A FR3142617A1 (fr) 2022-11-28 2022-11-28 Balai pour moteur électrique et moteur électrique associé
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Citations (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040260004A1 (en) * 2001-11-19 2004-12-23 Bettina Hubner Resin-bonded graphite material, method for the production of a resin bonded graphite material and use thereof
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CN209183910U (zh) * 2018-12-24 2019-07-30 贵阳万江航空机电有限公司 雨刮电机电刷

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