FR2799904A3

FR2799904A3 - Commutator brush holder for electrical DC motors has brushes located on circuit plate

Info

Publication number: FR2799904A3
Application number: FR0013280A
Authority: FR
Inventors: Aulo Luigi Origlia
Original assignee: Gate SRL
Current assignee: Gate SRL
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2001-04-20
Anticipated expiration: 2006-10-17
Also published as: GB2356979A; FR2799904B3; ITTO990186V0; ITTO990186U1; DE20017779U1; ES1047250Y; GB0025033D0; ES1047250U; GB2356979B

Abstract

The commutator brushes (6,7) of an electrical motor are mounted on a plate (2) within radial guides (4,5). Surface connections are made within the plate to the electrical power switch (Q) and the associated components (Z,R,C).

Description

GROUPE PORTE-BALAIS La présente invention concerne un groupe porte- balais destinéà un moteur électriqueà courant continu équipé d'un collecteur, utilisable par exemple pour l'actionnement d'un ventilateur associé au radiateur d'un système de refroidissement du moteur a combustion interne d'un véhicule automobile. The present invention relates to a brush-holder unit intended for a DC electric motor equipped with a collector, which can be used by example for the actuation of a fan associated with the radiator of a cooling system of the internal combustion engine of a motor vehicle.

La commande de la vitesse de rotation d'un moteur électrique ainsi constitué s'effectue en général au moyen d'un circuit de puissance comprenant des commutateurs électromécaniques (relais) typiquement situésà l'extérieur de la carcasse ou enveloppe moteur électrique. Ces solutions, largement utilisées dans la pratique, ont pour inconvénient qu'elles obligentà prévoir età monter une enveloppe ou boîtier spécial pour ces interrupteurs électromécaniques de puissance, ainsi qu'à prévoir et a relier des câbles électriques entre ces interrupteurs et le moteur proprement dit. The control of the rotational speed of an electric motor thus constituted is generally effected by means of a power circuit comprising electromechanical switches (relays) typically located at outside the carcass or electric motor casing. These solutions, widely used in practice, have the disadvantage that they require to predict and to mount a special casing or housing for these electromechanical power switches, as well as to provide and connect electrical cables between these switches and the engine itself.

La présente invention a pour objet de réaliser un groupe porte-balais qui permette de surmonter les inconvénients des solutions traditionnelles du susmentionné. Cet objet ainsi que d'autres sont atteints selon l'invention par un groupe porte-balais destinéà moteur électriqueà courant continu équipé d'un collecteur, comprenant une plaquette de support annulaire, faite dans un matériau électriquement isolant, sur une face de laquelle, dans des positions diamétralement opposées, sont fixées au moins une première et une deuxième gaines de guidage dans lesquelles sont montés des balais conducteurs coulissants respectifs destinésà agir sur le collecteur du moteur et/ou, sur la plaquette support, étant prévues des pistes, faites en matériau électriquement conducteur, auxquelles sont fixés raccordés électriquement des composants électriques et électroniques d'un circuit de commande du moteur comprenant au moins un interrupteur électroniqueà ,état solide relié aux balais et présentant une borne d'entrée destinéeà un signal de commande, et composants passifs de polarisation de l'interrupteur électronique. Avantageusement, auxdites pis conductrices de la plaquette de support sont en outre fixés et reliés électriquement des dispositifsà semi- conducteurs de protection contre les surtensions. The present invention aims to achieve a brush holder group that overcomes the disadvantages of traditional solutions of the aforementioned. This object as well as others are achieved according to the invention by a brush holder for to electric motor to direct current equipped with a collector, comprising a plate of annular support, made of an electrically insulating material, on one side of which, in diametrically opposite positions, are fixed at least a first and a second guide sleeves in which respective sliding conductive brushes are mounted for to act on the collector of the motor and / or, on the support plate, being provided tracks, made of electrically conductive material, to which are fixed electrically connected electrical and electronic components of an engine control circuit comprising at least one electronic switch to , solid state connected to the brushes and having an input terminal for to a control signal, and passive pol components arisation of the electronic switch. Advantageously, said conductive udders of the support plate are also electrically fixed and connected semiconductor to semiconductors protection against overvoltages.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairementà la lecture de la description détaillée qui suit, effectuéeà siirple titre dlexenple limitatif en référence aux dessins joints, sur lesquels: la figure1 est une vue en perspective d'un groupe porte balais selon l'invention; la figure 2 est un schéma électrique qui représente les liaisons entre les divers ccnposants électriques et électroniques du groupe porte-balais de la figure1 ; la figure3 est une vue en perspective, en partie éclatée, qui représente un autre groupe porte-balais selon l'invention, et la figure 4 est un schéma électrique qui représente un mode de raccordement possible des conposants électriques et électroniques du groupe porte-balais selon la figure3. Other features and advantages of the invention will appear more clearly when reading the following detailed description, made to siirple titre dlexenple restrictive with reference to the accompanying drawings, on which : Figure 1 is a perspective view of a brush holder group according to the invention ; Figure 2 is an electrical diagram that represents the connections between the various electrical and electronic components of the brush holder group of Figure 1; Figure 3 is a perspective view, partly broken away, which represents a Another brush-holder group according to the invention, and FIG. 4 is an electric diagram which represents a possible method of connecting the electrical and electronic components of the brush-holder unit according to FIG. 3.

Le numéro de référence1 sur lesf igures 1 et 2 igne globalement un groupe porte-balais selon l'invention. Ce groupe comprend une plaquette de support 2, de forme essentiellement annulaire, faiteà partir d'un matériau électriquement isolant, tel que, par exemple, la Vetronite. La plaquette 2, d'une manière connue en soi, présente une ouverture centrale3 susceptible de permettre le passage du collecteur (non représenté) d'un moteur électriqueà courant continu. The reference number 1 on the f igures 1 and 2 globally represents a brush holder group according to the invention. This group comprises a support plate 2, essentially annular in shape, made from an electrically insulating material, such as, for example, Vetronite. The plate 2, in a manner known per se, has a central opening 3 capable of allowing the passage of the collector (not shown) of an electric motor to direct current .

Sur une face de la plaquette 2, dans des positions diamétralement opposées, sont fixées deux gaines de guidage 4 et5 dans lesquelles sont montés des balais conducteurs respectifs coulissant axialement et7. D'une manière connue en soi, ces balais sont poussés par des moyens élastiques associés l'un en direction de l'autre et sont destinésà agir sur le collecteur du moteur. On one side of the plate 2, in diametrically opposite positions, are fixed two guide sleeves 4 and 5 in which are mounted respectively axial sliding sliding brushes and 7. In a manner known per se, these brushes are pushed by elastic means associated one towards the other and are intended to act on the engine manifold.

Sur et/ou dans cette plaquette de support 2 sont prévues des pistes en matériau électriquement conducteur auxquelles sont fixés et raccordés électriquement des composants électriques et électroniques d'un circuit de commande du moteur, dont on parlera plus en détail ci-après, ainsi les extrémités de câbles électriques isolés8 (figure1) pour l'alimentation en tension et l'application d'un signal de commandeà ce circuit. On and / or in this support plate 2 are provided tracks of electrically conductive material to which are fixed and electrically connected the electrical and electronic components of a motor control circuit, which will be discussed in more detail below, so the insulated electrical cable ends 8 (figure 1) for supplying voltage and applying a control signal to this circuit .

En référence aux figures1 et 2, ce circuit de commande comprend un interrupteur électronique a l'état solideQ, de manière avantageuse un transistor de type MOSFET dont le drain est reliéà un des balais et la source est destinéeà être reliée au pôle négatif d'une source de tension continue d'alimentation (batterie) B. La grille de l'interrupteurQ est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance Rl (figure 2),à un câble de raccordement8 destinéà permettre l'application d'un signal électrique de commandeà interrupteur. Referring to Figures 1 and 2, this control circuit comprises a solid state electronic switch Q, advantageously a MOSFET type transistor whose drain is connected to one of the brushes and the source is intended to be connected to the negative pole of a source of DC voltage supply (battery) B. The switch grid Q is connected, via a resistor Rl (Figure 2), to a connecting cable 8 intended to allow the application of an electrical control signal to switch.

Une autre résistance R2 est reliée entre la grille et le drain du transistorQ. Une diode Zener Zl reliée de la même façon entre la grille et la source du transistorQ. Une autre diode Zener Z2 a son anode reliéeà la grille du transistorQ et sa cathode reliée à la cathode d'une diodeD dont l'anode est reliée drain du transistorQ. Another resistor R2 is connected between the gate and the drain of the transistor Q. A Zener diode Z1 connected in the same way between the gate and the source of the transistor Q. another Zener diode Z2 has its connected anode at the gate of transistor Q and its cathode connected to the cathode of a diode D whose anode is connected transistor drain Q.

Un condensateurC est relié en parallèle entre balais6 et7, dont le premier est destinéà être relié en fonctionnement au pôle positif de la source de tension d'alimentation B. A capacitor C is connected in parallel between brushes 6 and 7, whose first one is intended to be connected in operation at the positive pole of the supply voltage source B.

Dans le groupe porte-balais décrit ci-dessus, le circuit de commande de puissance du moteur est, de façon avantageuse, "embarqué" sur la même plaquette de support que celle qui porte les balais6 et7. In the brush holder group described above, the motor power control circuit is advantageously "on board" on the same carrier board as that carrying the brushes 6 and 7.

Cette solution évite d'avoirà prévoir età monter séparément ce circuit de commande,' et fait en outre les câblages habituels, qu'il fallait prévoir pour relier le circuit de commande au moteur électrique dans les solutions de l'art antérieur, ne sontplus nécessaires. This solution avoids having to predict and to separately mount this control circuit, 'and also makes the usual wiring, which had to be provided to connect the circuit of control of the electric motor in the solutions of the prior art, are no longer necessary .

On obtient en définitive une simplification notable au point de vue structurel, avec une réduction du nombre de piècesà préassembler, à monter et interconnecter. In the end, there is a significant simplification from the structural point of view, with a reduction in the number of pieces to pre-assemble, to mount and interconnect.

En référenceà la figure1, l'enveloppe ou boîtier du transistor MOSFET Q, qui est reliée drain, est soudée, de manière commode, sur une piste, d'alimentation9 ménagée sur la plaquette de support et sert en même temps de dissipateur thermique et de contact électrique, optimisant ainsi l'exploitation de la surface du circuit imprimé réalisé sur plaquette de support. With reference to the figure 1, the envelope or housing of the MOSFET Q, which is connected drain, is welded, conveniently, on a track, power supply 9 arranged on the support plate and serves at the same time heat sink and electrical contact, thus optimizing the exploitation of the surface of the printed circuit board on support plate .

Sur la figure3 est représentée une variante de mode de réalisation d'un groupe porte-balais selon l'invention. Sur cette figure, on alà encore attribué aux pièces et élémentsdéjà décrits les memes numéros de référence. In Figure 3 is shown an alternative embodiment of a brush holder group according to the invention. In this figure, we have there still attributed to the parts and elements already described the same reference numbers.

Dans le groupe porte-balais1 de laf igure 3, sur la plaquette de support 2, sont fixées quatre gaines de guidage 4,5, 14,15, angulairement équidistantes, dans lesquelles sont montés des balais conducteurs respectifs coulissants6, 7, 16, 17 destinésà agir sur le collecteur du moteur électrique. In the brush unit 1 of the f igure 3, on the support plate 2, four guide sleeves 4, 5, 14, 15, angularly equidistant, in which respective sliding brushes 6, 7, 16, 17 are mounted for to act on the collector of the electric motor.

Sur et/ou dans la plaquette de support 2 sont ménagées des pistes conductrices auxquelles sont fixés et électriquement reliés des composants électriques et électroniques d'un circuit de commande de puissance qui présente, par exemple, le schéma représenté sur la figure 4. Selon ce schéma, les balais6 et7 sont interconnectés les uns avec les autres, et, par l'intermédiaire d'un inducteur Ll, sont destinésà être reliés au pôle positif de la source de tension d'alimentation B.A chacun des balais16 et17 sont reliés des circuits de commande respectifs ayant une même topographie et comprenant chacun essentiellement les mêmes composants que ceuxdéjà décrits en référence au circuit de la figure 2. Ces circuits comprennent en particulier des interrupteurs électroniques respectifs à l'état solide, en particulier un transistor MOSFET, désignés par Ql etQ2. Les sources de ces transistors sont interconnectées les unes avec les autres et, par l'intermédiaire d'un inducteur L2, sont destinéesà être reliées au PÔle négatif de la source de tension d'alimentation B. On and / or in the support plate 2 are formed conductive tracks to which are fixed and electrically connected electrical and electronic components of a power control circuit which has, for example, the diagram shown in Figure 4. According to diagram, the brushes 6 and 7 are interconnected with each other, and, via an inductor L1, are intended to be connected to the positive pole of the supply voltage source B. A each of the brushes 16 and 17 are connected control circuits respective circuits having the same topography and each comprising essentially the same components as those already described with reference to the circuit of Figure 2. These circuits include in particular respective electronic switches to l solid state, in particular a MOSFET transistor, designated Q1 and Q2. The sources of these transistors are interconnected with each other and, via an inductor L2, are intended to be connected to the negative pole of the supply voltage source B.

La lettreC sur la figure 4 désigne un condensateur relié de manièreà se trouver, fonctionnement, en parallèle avec la source de tension. The letter C in Fig. 4 denotes a capacitor connected in a manner to be operating in parallel with the voltage source.

Le circuit de commande selon les figures3 et présente deux entrées de commande, reliées aux grilles des transistors Ql etQ2. Ce circuit de commande permet de piloter le moteur électrique de la façon dite"à balais commutés", pour déclencher un fonctionnement dans lequel deux, trois ou quatre balais sont actifs. The control circuit according to FIGS. 3 and has two control inputs, connected to the gates of transistors Q1 and Q2. This control circuit makes it possible to drive the electric motor of the so-called "to switched brushes", to trigger an operation in which two, three or four brushes are active.

Sur la figure3, tous les composants du circuit de commande ne sont pas explicités graphiquement. D'autre part, les deux transistors MOSFET Ql etQ2 sont représentés. Dans le mode de réalisation illustré' titre d'exemple, ces transistors sont physiquement disposés sur la face de la plaquette de support 2 est opposéeà celleà laquelle sont fixées les gaines de guidage pour les balais. Les bornes de ces transistors sont soudéesà des pistes conductrices reliées ménagées sur la face inférieure de la plaquette de support 2. Auxdits transistors est associé de manière commode un dissipateur thermique massif, que celui indiqué en 20 sur la figure3. Ce dissipateur présente une forme globale annulaire, avec deux appendices 21 et 22 qui font saillie radialement vers l'extérieur, qui sont placés et bloqués en contact avec les dissipateurs des transistors Ql etQ2 l'intermédiaire de pinces30. # Le dissipateur 20 peut être fixéà la plaquette de support 2à l'aide de tétons23 de ce dissipateur qui, lors du montage, sont insérés dans des ouvertures ou trous correspondants 24 de la plaquette 2. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure3, sur la face inférieure de la plaquette de support est fixé un connecteur multipolaire 25, relié aux bornes d'alimentation et d'entrée des signaux de commande circuit de commande porté par cette plaquette. In figure 3, all the components of the control circuit are not explained graphically. On the other hand, the two MOSFET transistors Q1 and Q2 are represented. In the illustrated embodiment ' as an example, these transistors are physically arranged on the face of the support wafer 2 is opposite to that to which are fixed guide sleeves for the brushes. The terminals of these transistors are soldered to connected conductive tracks formed on the underside of the support plate 2. To said transistors is conveniently associated a solid heat sink, that indicated in 20 on the Figure 3. This dissipator has an annular overall shape, with two radially outwardly projecting appendages 21 and 22, which are placed and locked in contact with the dissipators of transistors Q1 and Q2 through clamps 30. # Heatsink 20 can be attached to support plate 2 to using of nipples 23 of this dissipator which, during assembly, are inserted into corresponding openings or holes 24 of the wafer 2. In the embodiment shown in the figure 3, </ B on the underside of the support plate is fixed a multipolar connector 25, connected to the power supply and input terminals Control circuit control signals carried by this wafer.

Le groupe porte-balais décrit ci-dessus en référence figures3 et 4 présente également les mêmes avantages que ceux mis en évidence ci-dessus en rapport avec groupe porte-balais représenté sur les figures1 et 2. The brush holder group described above with reference to Figures 3 and 4 also has the same advantages as those highlighted above in connection with the brush holder group shown in Figures 1 and 2.

Bien entendu, tout en conservant le principe de l'invention, les formes de mise en #uvre et les détails de réalisation pourront être largement modifiés par rapport éléments décrits et illustrésà simple titre d'exemple non limitatif, sans pour autant sortir de la portee de l'invention.Of course, while retaining the principle of the invention, the forms of implementation and the details of implementation can be greatly modified with respect to elements described and illustrated to simple title of non-limiting example without departing from the scope of the invention.

Claims

REVENDICATIONS 1. Groupe porte-balais(1) destinéà un moteur électriqueà courant continu équipé d'un collecteur comprenant une plaquette de support annulaire (2), faite dans un matériau électriquement isolant, sur une face laquelle, dans des positions diamétralement opposées sont fixées au moins une première et une deuxième gaines de guidage (4,5 ; 14,15) dans lesquelles sont montés des balais conducteurs coulissants respectifs ( , 7 16, 17) destinésà agir sur le collecteur du moteur et/ou, sur ladite plaquette de support (2) étant prévues des pistes, faites en matériau électriquement conducteur, auxquelles sont fixés et raccordés électriquement des composants électriques électroniques(Q ; Q1, Q2 ; Rl, R2; Zl, Z2,... d'un circuit de commande du moteur comprenant au moins un interrupteur électroniqueà l'état solide(Q ; Q1, Q2) relié auxdits balais(6, 7 ; 16, ) et présentant une borne d'entrée destinéeà un signal de commande, et des composants passifs (Rl, R2) de polarisation dudit interrupteur électronique(Q ; Q1, Q2). 2. Groupe porte-balais selon la revendication1, caractérisé en ce qu'auxdites pistes faites en matériau electriquement conducteur de la plaquette de support (2) sont en outre reliés des câbles électriques isolés (8) pour l'alimentation en tension et l'application d'un signal électrique de commande audit circuit de commande. 3. Groupe porte-balais selon la revendication1 ou 2, caractérisé en ce que auxdites pistes conductrices de la plaquette de support (2) sont en outref ixés et reliés électriquement des dispositifsà semi- conducteurs (z2,D3) de protection contre les surtensions. 4. Groupe porte-balais selon une des revendications précédentes, caractérisé ce que les composants dudit circuit de commande sont disposés sur la mêmef ace de la plaquette de support) que celle sur laquelle sont fixées lesdites gaines de guidage (4, 5 ; 14,15) pour les balais(6, 7 ; 16, 17). 5. Groupe porte-balais selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un interrupteur électronique est un transistor MOSFET (Q ; QI, Q2) équipé d'un dissipateur thermique qui est soudé sur une piste d'alimentation en tension (9) portée sur ladite plaquette de support (2). 6. Groupe porte-balais selon une des revendications1 à 3, caractérisé en ce que ledit au moins un interrupteur électronique est un transistor MOSFET (QI, Q2) disposé sur la face de la plaquette de support (2) qui est opposéeà celle sur laquelle sont fixées lesdites gaines porte-balais (4,5 ; 14,15) et ayant un dissipateur thermique placé relation d'échange thermique avec une structure dissipatrice (20) fixéeà ladite plaquette de support (2. CLAIMS 1. Brush Holder (1) for to an Electric Motor to direct current provided with a collector comprising an annular support plate (2), made of an electrically insulating material, on a face which, in diametrically opposed positions, are fixed at least first and second guide sleeves (4, 5; 14, 15) in which respective sliding conductor brushes (, 7 16, 17) are mounted for to act on the collector of the motor and / or, on said support plate (2) are provided tracks, made of electrically conductive material to which are attached and electrically connected electronic components (Q; Q1, Q2 ; R1, R2 ; Z1, Z2, ... of an engine control circuit comprising at least one electronic switch to solid state (Q; Q1, Q2) connected to said bala is (6, 7; 16, ) and having an input terminal for to a control signal, and passive components (R1 , R2) for biasing said electronic switch (Q; Q1, Q2). 2. A brush holder as claimed in claim 1, wherein said tracks made of electrically conductive material of the support plate (2) are further connected insulated electric cables (8) for supplying voltage and applying an electrical control signal to said control circuit. 3. Brush holder unit according to claim 1, wherein said conductive tracks of the support plate (2) are furthermore f < Electrically connected to semiconductors (z2, D3) overvoltage protection devices. 4. Brush holder group according to one of the preceding claims, characterized in that the components of said control circuit are arranged on the same f ace of the support plate ) as that on which said guide sleeves (4, 5; 14, 15) are fixed for the brushes (6, 7; 16, 17). 5. Brush holder group according to one of the preceding claims, characterized in that at least one electronic switch is a MOSFET transistor (Q; QI, Q2) equipped with a heat sink which is welded to a power supply track (9) carried on said support board (2). 6. Brush holder unit according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the said at least one electronic switch is a MOSFET transistor (QI, Q2). disposed on the face of the support plate (2) which is opposite to that on which are fixed said brush-holder ducts (4, 5; 14 , 15) and having a heat sink placed in heat exchange relation with a dissipative structure (20) attached to said support board (2 . >