FR2723481A1 - Dual rotation brush holder for DC electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne une platine portebalais et une machine électrique tournante telle qu'un moteur électrique à collecteur équipée d'une telle platine. The present invention relates to a plate holder and a rotary electric machine such as an electric motor with collector equipped with such a plate.
Dans l'état de la technique, on connaît des moteurs électriques qui, dans leur durée de vie ne tournent que dans un seul sens de rotation. On dit qu'il s'agit d'une rotation dans le sens horaire (S.H.) ou dans le sens anti horaire (S.A.H.). In the state of the art, electric motors are known which, in their lifetime only rotate in one direction of rotation. It is said to be clockwise (S.H.) or counterclockwise (S.A.H.) rotation.
Dans les machines électriques tournantes à deux pôles inducteurs et à collecteur il existe un axe géométrique particulier, dit ligne neutre, qui traverse l'axe central des pôles inducteurs, en partique des ferrites, se faisant face. In rotary electrical machines with two inductor poles and with a collector there is a particular geometric axis, called neutral line, which crosses the central axis of the inductor poles, opposite the ferrites, facing each other.
Une telle machine électrique doit comporter au moins deux balais frotteurs qui doivent être calés sur ladite ligne neutre pour un fonctionnement optimal de ladite machine. Or, on sait que la tension de réactance de la machine électrique tournante produit des surtensions responsables d'arcs de rupture entre le balai et la lame du collecteur lors de son passage sur les bords du balai. Such an electric machine must include at least two friction brushes which must be wedged on said neutral line for optimal operation of said machine. However, it is known that the reactance voltage of the rotating electric machine produces overvoltages responsible for breaking arcs between the brush and the collector blade during its passage over the edges of the brush.
Dans l'état de la technique, une solution existe qui consiste à prévoir un décalage du point de contact de l'un des balais par rapport à la ligne neutre : en avant dans le sens de rotation pour une machine génératrice, en arrière dans le sens de rotation pour une machine réceptrice comme un moteur. In the state of the art, a solution exists which consists in providing an offset of the contact point of one of the brushes with respect to the neutral line: forward in the direction of rotation for a generator machine, backward in the direction of rotation for a receiving machine such as a motor.
De ce fait, dans une ligne de fabrication de machines électriques tournantes, il faut prévoir des platines portebalais adaptées à recevoir ou bien des balais formant un angle inférieur à 1800 dans le cas d'une rotation dans le sens horaire S.H ou à plus de 1800, en comptant les angles dans le sens trigonométrique, si la rotation est anti horaire S.A.H.. Therefore, in a manufacturing line of rotating electrical machines, it is necessary to provide brush plates adapted to receive or brushes forming an angle less than 1800 in the case of a clockwise rotation SH or more than 1800 , counting the angles in a counterclockwise direction, if the rotation is counterclockwise SAH.
Il faut donc prévoir des platines porte- balais différentes selon que la machine est prévue pour tourner dans le sens horaire S.H. ou dans le sens anti horaire S.A.H., ce qui exige de gérer deux références différentes avec des risques de confusion puisque les deux pièces sont symétriques, et donc d'aspects très semblables. It is therefore necessary to provide different brush-holding plates depending on whether the machine is designed to rotate clockwise SH or counterclockwise SAH, which requires managing two different references with the risk of confusion since the two parts are symmetrical , and therefore very similar aspects.
On a déjà proposé de placer un détrompeur, mais le détrompeur ne permet que d'empêcher l'erreur de placement, pas le doublage des références. It has already been proposed to place a keying device, but the polarizing device only makes it possible to prevent the placement error, not the doubling of the references.
La présente invention apporte remède à cet inconvénient de l'état de la technique. En effet, elle concerne une platine porte- balais pour machine électrique tournante à collecteur comportant deux pôles inducteurs déterminant une ligne neutre, passant par l'axe central desdits pôles inducteurs, en pratique des ferrites, se faisant face, ladite platine comprenant en outre un premier ensemble de logements de balais correspondant à une rotation dans un premier sens de rotation, tel que l'angle formé par lesdits logements de balais soit différent de 1800. Ladite platine se caractérise en ce qu'elle comprend un deuxième ensemble de logements de balais correspondant à une rotation dans un second sens de rotation, dont l'angle formé par lesdits logements est différent de 1800, et en ce que, dans chacun des ensembles de logements un des logements est disposé de façon telle que la zone de contact entre le balai et le collecteur soit sensiblement centrée sur la ligne neutre. The present invention remedies this drawback of the state of the art. Indeed, it relates to a brush-holding plate for a rotary electrical machine with a collector comprising two inducting poles determining a neutral line, passing through the central axis of said inducing poles, in practice of ferrites, facing each other, said plate further comprising a first set of brush housings corresponding to a rotation in a first direction of rotation, such that the angle formed by said brush housings is different from 1800. Said plate is characterized in that it comprises a second set of brush housings corresponding to a rotation in a second direction of rotation, the angle formed by said housings is different from 1800, and in that, in each of the housing assemblies one of the housings is arranged in such a way that the contact zone between the brush and the collector is substantially centered on the neutral line.
Selon un autre aspect de l'invention, le décalage angulaire entre le logement n'étant pas calé sur la ligne neutre et ladite ligne neutre, est le même pour chacun des deux ensembles de logements de balais. According to another aspect of the invention, the angular offset between the housing not being wedged on the neutral line and said neutral line, is the same for each of the two sets of brush housings.
Selon un autre aspect de l'invention, les logements sont portés par une pluralité de secteurs raccordés à un cylindre central destiné à recevoir le collecteur d'une machine électrique tournant dans un sens prédéterminé de rotation. According to another aspect of the invention, the housings are carried by a plurality of sectors connected to a central cylinder intended to receive the collector of an electric machine rotating in a predetermined direction of rotation.
Selon un autre aspect de l'invention, les logements de balais présentent une inclinaison angulaire prédéterminée par rapport au plan tangent de contact entre le balai et le collecteur. According to another aspect of the invention, the brush housings have a predetermined angular inclination relative to the tangent plane of contact between the brush and the collector.
Selon un autre aspect de l'invention, les logements comportent des rails longitudinaux destinés à coopérer avec des glissières des balais, de façon à écarter les parois du balai de celles du logement. According to another aspect of the invention, the housings comprise longitudinal rails intended to cooperate with slideways of the brushes, so as to separate the walls of the brush from those of the housing.
Selon un autre aspect de l'invention, la platine portebalais comporte des bras souples destinés à, une fois la platine mise en place sur le côté ouvert de la carcasse d'une machine électrique tournante équipé d'un inducteur à pôles magnétiques, produire un maintien et/ ou un calage radial des ferrites magnétiques en forme de tuiles cylindriques disposées sur la face intérieure de ladite carcasse, les bras souples étant pratiqués en saillie sur des pièces d'avancée notamment de façon à fournir un repérage géométrique de la position angulaire de la ligne neutre par rapport à l'inducteur. According to another aspect of the invention, the plate holder includes flexible arms intended, once the plate placed on the open side of the carcass of a rotating electric machine equipped with an inductor with magnetic poles, to produce a holding and / or radial wedging of the magnetic ferrites in the form of cylindrical tiles arranged on the inner face of the said carcass, the flexible arms being formed projecting from the advanced parts in particular so as to provide a geometrical location of the angular position of the neutral line with respect to the inductor.
Selon un autre aspect de l'invention, la platine portebalais comporte des lames élastiques d'appui montées sur les pièces d'avancée de façon à venir en appui sur le côté des ferrites magnétiques en forme de tuiles cylindriques disposées sur la face intérieure de ladite carcasse, de façon à produire un maintien et/ ou un calage axial des ferrites. According to another aspect of the invention, the plate holder includes elastic support blades mounted on the advancement parts so as to come to bear on the side of the magnetic ferrites in the form of cylindrical tiles arranged on the inner face of said carcass, so as to produce a maintenance and / or an axial setting of the ferrites.
Selon un autre aspect de l'invention, le cylindre central est prolongé à l'extérieur de la platine par une saillie cylindrique destinée à produire une coupelle d'appui pour le rotulage extérieur de l'arbre de rotation de la machine électrique tournante, une fois la platine installée. According to another aspect of the invention, the central cylinder is extended outside the plate by a cylindrical projection intended to produce a support cup for the external swiveling of the rotation shaft of the rotary electric machine, a once the board is installed.
Selon un autre aspect de l'invention, au moins un des secteurs porte un bras souple dont l'extrémité libre porte un cliquet destiné à venir s'engager dans un logement convenable de la machine électrique pour la solidarisation de la platine sur la machine. According to another aspect of the invention, at least one of the sectors carries a flexible arm whose free end carries a pawl intended to come to engage in a suitable housing of the electric machine for the fixing of the plate on the machine.
L'invention concerne aussi une machine électrique tournante, comme un moteur électrique à collecteur, caractérisée en ce qu'elle comporte une platine porte- balais définie selon ce qui précède. The invention also relates to a rotary electric machine, such as an electric motor with a collector, characterized in that it comprises a brush-holding plate defined according to the above.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins qui sont
- la figure 1 : une vue de dessus en coupe d'un mode de réalisation préféré d'une platine porte- balais destinée à un moteur électrique à courant continu
- la figure 2 : une vue en perspective d'une partie unitaire d'un moteur électrique mettant en oeuvre l'invention. Other characteristics and advantages of the present invention will be better understood from the description and the drawings which are
- Figure 1: a top view in section of a preferred embodiment of a brush holder plate for a direct current electric motor
- Figure 2: a perspective view of a unitary part of an electric motor implementing the invention.
A la figure 1, la platine 20 porte- balais comporte un premier ensemble de logements 31 et 32 destinés à recevoir des balais non représentés qui sont ultérieurement insérés dans les logements. Elle comporte aussi un second ensemble de logements 33 et 34 destinés à recevoir des balais non représentés. In FIG. 1, the brush holder plate 20 comprises a first set of housings 31 and 32 intended to receive brushes, not shown, which are subsequently inserted into the housings. It also includes a second set of housings 33 and 34 intended to receive brushes, not shown.
Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, les deux ensembles de logements de la platine sont disposés symétriquement par rapport à l'axe de rotation de la machine tournante, qui passe par le centre de symétrie de la figure 1. In a preferred embodiment of the invention, the two sets of housings of the plate are arranged symmetrically with respect to the axis of rotation of the rotary machine, which passes through the center of symmetry in FIG. 1.
Le premier ensemble de logements 31, 32 est équipé de balais si la machine électrique est un moteur tournant dans le sens horaire S.H.. The first set of housings 31, 32 is equipped with brushes if the electric machine is a clockwise motor S.H ..
Le second ensemble de logement 33, 34 est équipé de balais si la machine électrique est un moteur tournant dans le sens anti horaire S.A.H.. The second housing assembly 33, 34 is equipped with brushes if the electric machine is a motor rotating anti-clockwise S.A.H ..
La solution est inversée si la machine électrique est une génératrice de courant. The solution is reversed if the electric machine is a current generator.
Les logements sont réalisés dans un matériau plastique moulé qui présente deux secteurs cylindriques 20 et 21 qui se raccordent sur un cylindre central 39. Le cylindre central 39 est percé d'un alésage 38 de passage ultérieur de l'arbre de rotation du moteur électrique, et on a représenté en trait mixte la place de la périphérie du collecteur 37. The housings are made of a molded plastic material which has two cylindrical sectors 20 and 21 which are connected to a central cylinder 39. The central cylinder 39 is pierced with a bore 38 for the subsequent passage of the rotation shaft of the electric motor, and the square of the periphery of the collector 37 has been shown in dashed lines.
La platine porte- balais comporte un premier axe 22 qui passe par le point de contact du collecteur 37 avec le balai installé dans le logement 32 du premier ensemble de logements, ou avec le balai installé dans le logement 34 du second ensemble de logements. L'axe 22 représente la ligne neutre par rapport au collecteur 37. The brush holder plate has a first axis 22 which passes through the point of contact of the collector 37 with the brush installed in the housing 32 of the first set of housings, or with the brush installed in the housing 34 of the second set of housings. The axis 22 represents the neutral line with respect to the collector 37.
On a ensuite représenté l'axe 28 qui passe par le centre de rotation (sur l'axe de rotation du moteur électrique) et par le point de contact N du collecteur avec l'axe 30 du second logement 31 du premier ensemble de logements ou par le point de contact M du collecteur avec l'axe 35 du second logement 33 du second ensemble de logements. There is then shown the axis 28 which passes through the center of rotation (on the axis of rotation of the electric motor) and by the point of contact N of the manifold with the axis 30 of the second housing 31 of the first set of housings or by the point of contact M of the manifold with the axis 35 of the second housing 33 of the second set of housings.
Les logements 31 - 34 présentent chacun une inclinaison d'un angle prédéterminé a (ici choisi égal à 200) par rapport à la droite perpendiculaire au plan tangent de contact entre le balai et le collecteur de façon à permettre un contact biais du balai avec le collecteur, augmentant, ainsi qu'il est connu, la surface de contact entre le balai et le collecteur. The housings 31 - 34 each have an inclination of a predetermined angle a (here chosen equal to 200) relative to the straight line perpendicular to the tangent plane of contact between the brush and the collector so as to allow bias contact of the brush with the collector, increasing, as is known, the contact surface between the brush and the collector.
Le décalage angulaire 6 entre l'axe 28, contenant les points de contact M, N des seconds balais avec le collecteur, par rapport à la ligne neutre 22, est prédéterminé en fonction de la charge mécanique et a été choisi égal à 400 dans le mode de réalisation représenté. The angular offset 6 between the axis 28, containing the contact points M, N of the second brushes with the collector, relative to the neutral line 22, is predetermined as a function of the mechanical load and has been chosen equal to 400 in the illustrated embodiment.
On remarque que par cette disposition, selon l'ensemble de logements sélectionnés en fonction du sens de rotation de la machine, les paires de logements conservent la même relation angulaire, ce qui résout les problèmes de l'état de la technique avec une seule pièce. Note that by this arrangement, according to the set of housings selected according to the direction of rotation of the machine, the pairs of housings retain the same angular relationship, which solves the problems of the state of the art with a single piece .
A la figure 1, la platine a été représentée complétée par deux pièces d'avancée 24 et 26, disposées sur l'axe 27 perpendiculaire à la ligne neutre 22, et rattachées en une pièce moulée unique sur le cylindre central 39. Ces pièces d'avancée sont mieux visibles à la figure 2 et seront décrites ci-après. In FIG. 1, the plate has been shown supplemented by two advancing parts 24 and 26, arranged on the axis 27 perpendicular to the neutral line 22, and attached in a single molded part to the central cylinder 39. These parts d 'advanced are best seen in Figure 2 and will be described below.
A la figure 2, on a représenté un mode de réalisation d'une partie d'une machine électrique tournante selon l'invention. In Figure 2, there is shown an embodiment of a part of a rotary electrical machine according to the invention.
Dans la fabrication de masse de machines électriques, la multiplication des pièces séparées est une source de coûts et de risques de brisure à chaque connexion. Selon l'invention, la platine porte- balais est réalisée en une pièce intégrale 40 qui sert de couvercle de fermeture à la carcasse statorique du moteur électrique (non représenté). In mass manufacturing of electrical machines, the multiplication of separate parts is a source of costs and risks of breakage at each connection. According to the invention, the brush holder plate is made in an integral part 40 which serves as a closing cover for the stator frame of the electric motor (not shown).
Le couvercle 40 est le couvercle du côté du collecteur du moteur électrique. Sur la figure 2, sont représentés le premier logement 34 du second ensemble de logements et le second logement 31 du premier ensemble de logements. The cover 40 is the cover on the manifold side of the electric motor. In FIG. 2, the first housing 34 of the second set of housings and the second housing 31 of the first set of housings are shown.
Le cylindre central 39 se poursuit à l'extérieur (vers l'arrière du dessin) par une coupelle 41 en saillie qui permet de réaliser un rotulage extérieur de l'arbre de rotation du moteur, une fois le couvercle 40 placé sur la carcasse (non représentée). The central cylinder 39 continues outside (towards the rear of the drawing) by a projecting cup 41 which makes it possible to carry out an external swiveling of the motor rotation shaft, once the cover 40 is placed on the carcass ( not shown).
Ledit cylindre central est doté de pièces d'avancée 24, 26 munies de bras souples 48, 49 et 55, 56 en saillie qui repartent vers l'intérieur de la carcasse de façon à venir se placer entre des ferrites disposées sur la face intérieure de la carcasse. Chaque bras souple 48, 49 et 55, 56, est doté de parties parallèles dont les extrémités sont en forme de coins de façon à faciliter leur insertion entre les ferrites qu'elles contribuent à caler et à maintenir radialement. Said central cylinder is provided with advancing parts 24, 26 provided with flexible arms 48, 49 and 55, 56 which project outwards towards the inside of the carcass so as to be placed between ferrites arranged on the inner face of the carcass. Each flexible arm 48, 49 and 55, 56, is provided with parallel parts whose ends are wedge-shaped so as to facilitate their insertion between the ferrites which they help to wedge and to maintain radially.
De plus les saillies portent des lames élastiques d'appui 50 et 51 sur le bras souple 48, 49 et 52, 54 sur le bras souple 55, 56. Ces lames élastiques d'appui sont destinées à réaliser un calage et/ ou un maintien axial de chaque ferrite installée sur la face intérieure de la carcasse une fois le couvercle 40 installé sur le coté ouvert de la carcasse cylindrique (non représentée) qui porte les ferrites en forme de tuiles cylindriques. In addition, the projections carry elastic support blades 50 and 51 on the flexible arm 48, 49 and 52, 54 on the flexible arm 55, 56. These elastic support blades are intended to wedge and / or hold axial of each ferrite installed on the inner face of the carcass once the cover 40 installed on the open side of the cylindrical carcass (not shown) which carries the ferrites in the form of cylindrical tiles.
On évite ainsi d'avoir à coller ou agrafer les ferrites et ce, avec une seule pièce intégrale constituée par le couvercle 40 en matière plastique moulée qui sert
- de rotulage pour la sortie de l'arbre de rotation
- de protection du collecteur (par le cylindre central 39)
- de platine porte balais à décalage sur la ligne neutre fonction du sens de rotation de la machine, la ligne neutre 22 étant repérée géométriquement par l'insertion des bras souples entre les ferrites grâce au fait que la ligne 27 (en se référant à la figure 1) traversant les deux bras souples 48, 49 et 55, 56 est perpendiculaire à ladite ligne neutre 22;
- de maintien et de calage radial des ferrites, par les bras souples
- de maintien et de calage axial des ferrites par les lames élastiques d'appui.This avoids having to glue or staple the ferrites and this, with a single integral part constituted by the cover 40 of molded plastic which serves
- swiveling for the output of the rotation shaft
- protection of the collector (by the central cylinder 39)
- of the brush holder plate offset on the neutral line depending on the direction of rotation of the machine, the neutral line 22 being identified geometrically by the insertion of the flexible arms between the ferrites thanks to the fact that the line 27 (with reference to the Figure 1) passing through the two flexible arms 48, 49 and 55, 56 is perpendicular to said neutral line 22;
- maintenance and radial wedging of the ferrites, by the flexible arms
- holding and axial wedging of the ferrites by the elastic support blades.
On remarque par ailleurs, que les logements de balais sont dotés de rails longitudinaux comme le rail 42 dans le logement 34. Ces rails sont destinés à venir recevoir des glissières adaptées sur l'étui du balai qui est introduit à la fin du procédé de fabrication du moteur. Note also that the brush housings are provided with longitudinal rails like the rail 42 in the housing 34. These rails are intended to receive adapted slides on the case of the brush which is introduced at the end of the manufacturing process. of the motor.
Les rails permettent d'écarter les parois du logement de balai de celles du balai de façon à
- réduire la conduction thermique
- réduire le couplage des vibrations mécaniques.The rails allow the walls of the brush housing to be separated from those of the brush so as to
- reduce thermal conduction
- reduce the coupling of mechanical vibrations.
Enfin les secteurs cylindriques 20 et 21 de la platine porte- balais de l'invention, qui sert de couvercle 40 du côté du collecteur du moteur électrique ainsi équipé, portent des bras souples 47 sur lesquels des cliquets 46 sont pratiqués par moulage ou autrement. Les cliquets 46 sont destinés à venir se loger sur des rainures ou logement convenables de la carcasse, à proximité de son côté ouvert, qui sera finalement clos par le couvercle 40. Un sertissage ou soudage ou collage est possible pour rendre permanent et étanche la liaison entre le couvercle 40 du côté du collecteur et la carcasse. Finally, the cylindrical sectors 20 and 21 of the brush-holding plate of the invention, which serves as a cover 40 on the side of the manifold of the electric motor thus equipped, carry flexible arms 47 on which pawls 46 are formed by molding or otherwise. The pawls 46 are intended to be housed on suitable grooves or housing of the carcass, near its open side, which will finally be closed by the cover 40. Crimping or welding or bonding is possible to make the connection permanent and waterproof between the cover 40 on the collector side and the carcass.
La description a été donnée pour une machine à deux pôles et deux balais. Mais, l'invention s'adapte notamment à des machines à trois balais, par exemple pour les moteurs électriques à courant continu à commutation de vitesses, pour passer d'une petite vitesse de rotation à une grande vitesse de rotation à l'aide d'un second balai spécialisé pour une petite vitesse et d'un troisième balai spécialisé pour une grande vitesse. The description has been given for a machine with two poles and two brushes. However, the invention is particularly suitable for machines with three brushes, for example for direct current electric motors with speed switching, to go from a low rotational speed to a high rotational speed using '' a second specialized broom for low speed and a third specialized broom for high speed.
L'invention s'adapte aussi à des machines présentant plusieurs balais, ou des balais multiples à plusieurs lames ou groupes de lames. The invention also adapts to machines having several brushes, or multiple brushes with several blades or groups of blades.
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