FR2814868A1 - Electric motor with reduced electromagnetic interference, uses segmented current collector ring with winding ends connected to diametrically opposite segments and has parallel resistor-capacitor circuit between adjacent segments - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne un moteur électrique comportant une carcasse statorique formant boîtier, dans laquelle sont logés des aimants, un rotor bobiné monté rotatif dans la carcasse, ledit rotor comprenant un arbre de rotor solidaire d'enroulements et d'une bague de collecteur présentant une série de lames conductrices périphériques, chaque enroulement étant relié électriquement à deux lames - de collecteur diamétralement-opposées, ledit moteur électrique comportant en outre une paire de balais d'alimentation solidaires du stator, diamétralement opposés par rapport au collecteur, destinés à faire contact consécutivement avec les lames du collecteur au cours de la rotation de la l'arbre de rotor, de sorte que lesdits balais sont à chaque instant en contact respectivement avec les deux lames de collecteur correspondant à un même enroulement. The present invention relates to an electric motor comprising a stator carcass forming a housing, in which magnets are housed, a wound rotor rotatably mounted in the carcass, said rotor comprising a rotor shaft integral with windings and a collector ring having a series of peripheral conductive blades, each winding being electrically connected to two diametrically-opposed collector blades, said electric motor further comprising a pair of supply brushes integral with the stator, diametrically opposite with respect to the collector, intended to make contact consecutively with the collector blades during the rotation of the rotor shaft, so that said brushes are at each instant in contact respectively with the two collector blades corresponding to the same winding.
En particulier, l'invention s'applique à un moteur électrique destiné à entraîner un équipement de véhicule automobile, tel qu'un moteur de système électrique de lèvevitre, de toit ouvrant, ou d'actionnement de siège. In particular, the invention applies to an electric motor intended to drive motor vehicle equipment, such as an electric window motor, sunroof or seat actuation motor.
Les normes édictées en matière de compatibilité électromagnétique (CEM) des équipements de véhicule automobile sont de plus en plus sévères et visent notamment à limiter au maximum la propagation de signaux parasites haute fréquence d'un équipement à un autre. The standards laid down in terms of electromagnetic compatibility (EMC) of motor vehicle equipment are becoming more and more stringent and aim in particular to limit as much as possible the propagation of high frequency spurious signals from one equipment to another.
Dans le cas d'un moteur universel ou à courant continu tel que décrit ci-dessus, une des causes importantes d'émission de signaux parasites provient de la génération, lors de la rotation de l'arbre de rotor, d'un arc électrique entre un balai d'alimentation et la lame de collecteur précédant celle qui se trouve en contact avec le balai. In the case of a universal or direct current motor as described above, one of the major causes of emission of spurious signals comes from the generation, during the rotation of the rotor shaft, of an electric arc between a supply brush and the collector blade preceding that which is in contact with the brush.
De façon classique, on cherche à compenser ce phénomène en reliant les deux balais d'alimentation par un Conventionally, it is sought to compensate for this phenomenon by connecting the two supply brushes with a
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circuit de type LC (inductif et capacitif), constituant un filtre d'antiparasitage. LC type circuit (inductive and capacitive), constituting a suppressor filter.
Ce type de filtre ne permet pas de limiter suffisamment les phénomènes parasites, de sorte que les moteurs actuels qui sont équipés de tels dispositifs ne répondent pas aux normes les plus sévères. This type of filter does not make it possible to limit parasitic phenomena sufficiently, so that current engines which are equipped with such devices do not meet the most stringent standards.
De surcroît, l'implantation des filtres dans le boîtier de commutation supportant les balais d'alimentation se fait manuellement et nécessite des aménagements spécifiques sur le boîtier de commutation. Il en résulte un surcoût relativement important de fabrication du moteur. In addition, the installation of filters in the switch box supporting the power brushes is done manually and requires specific arrangements on the switch box. This results in a relatively large additional cost of manufacturing the engine.
L'invention a pour but principal de remédier à ces inconvénients, et de proposer un dispositif qui réduise de façon sensible les phénomènes d'arc électrique entre les balais d'alimentation et les lames de collecteur, et qui améliore sensiblement les performances du moteur en terme de CEM. The main object of the invention is to remedy these drawbacks, and to propose a device which appreciably reduces the phenomena of electric arc between the supply brushes and the collector blades, and which appreciably improves the performance of the motor in EMC term.
A cet effet, suivant l'invention, les lames de collecteur sont reliées électriquement par paires, par l'intermédiaire d'un circuit de décharge respectif, chaque paire étant constituée de deux lames correspondant à deux enroulements différents. To this end, according to the invention, the collector blades are electrically connected in pairs, by means of a respective discharge circuit, each pair consisting of two blades corresponding to two different windings.
Suivant d'autres caractéristiques de l'invention : chaque paire est constituée de deux lames consécutives suivant la périphérie de la bague de collecteur ; - chaque circuit de décharge comporte un élément essentiellement résistif et un élément essentiellement capacitif placés en parallèle ; - les circuits de décharge sont réalisés sur une plaque de circuit imprimé de forme annulaire, emmanchée sur l'arbre de rotor ; - la plaque de circuit imprimé présente des plots de connexion correspondant à chaque lame de collecteur, lesdits According to other characteristics of the invention: each pair consists of two consecutive blades along the periphery of the collector ring; each discharge circuit comprises an essentially resistive element and an essentially capacitive element placed in parallel; - the discharge circuits are made on a printed circuit board of annular shape, fitted on the rotor shaft; - the printed circuit board has connection pads corresponding to each collector blade, said
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plots étant maintenus en contact avec la lame respective par un assemblage serré de la plaque de circuit imprimé sur le collecteur ; et - la plaque de circuit imprimé est interposée entre le collecteur et un organe presseur exerçant un effort axial sur la plaque de circuit imprimé tendant à presser celle-ci contre le collecteur. studs being kept in contact with the respective blade by a tight assembly of the printed circuit board on the collector; and the printed circuit plate is interposed between the collector and a pressing member exerting an axial force on the printed circuit plate tending to press the latter against the collector.
Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est une vue en coupe suivant un plan longitudinal d'un moteur suivant l'invention ; - la Figure 2 est une vue de la face opposée au collecteur d'une plaque de circuit imprimé d'antiparasitage du moteur représenté à la Figure 1, ladite plaque de circuit imprimé étant représentée seule suivant la direction F ; et - la Figure 3 est une représentation schématique, en vue de côté suivant la direction F, de la bague de collecteur seule et d'un schéma électrique équivalent correspondant au circuit réalisé sur la plaque de circuit imprimée. Examples of embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a sectional view along a longitudinal plane of an engine according to the invention; - Figure 2 is a view of the face opposite to the collector of a motor interference suppression printed circuit board shown in Figure 1, said printed circuit board being shown alone in the direction F; and - Figure 3 is a schematic representation, in side view in direction F, of the collector ring alone and of an equivalent electrical diagram corresponding to the circuit produced on the printed circuit board.
A la Figure 1, on a représenté en coupe longitudinale un moteur 1 de type universel comportant de façon classique une carcasse statorique 3 formant boîtier, dans laquelle sont ménagés des aimants permanents 5, ladite carcasse statorique étant solidaires à chacune de ses extrémités d'un flasque 7. Un arbre de rotor 9 supportant solidairement des enroulements 11 bobinés sur des tôles empilées 13, est monté rotatif dans la carcasse statorique 3. Pour cela, chaque flasque d'extrémité 7 présente un palier de roulement respectif 15 qui reçoit l'arbre de rotor 9 à rotation. Les enroulements 11 sont alimentés par l'intermédiaire d'une bague de collecteur 17 à lames conductrices périphériques 19. Un boîtier de collecteur 21 In Figure 1, there is shown in longitudinal section a motor 1 of universal type conventionally comprising a stator carcass 3 forming a housing, in which are formed permanent magnets 5, said stator carcass being integral at each of its ends with a flange 7. A rotor shaft 9 integrally supporting windings 11 wound on stacked sheets 13, is rotatably mounted in the stator housing 3. For this, each end flange 7 has a respective rolling bearing 15 which receives the shaft rotor 9 rotating. The windings 11 are supplied via a collector ring 17 with peripheral conductive strips 19. A collector housing 21
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sous forme de manchon cylindrique est ménagé dans la carcasse statorique 3, fixe par rapport à celle-ci, coaxialement par rapport à l'arbre de rotor 9 de façon à entourer partiellement la bague de collecteur 17. Le boîtier de collecteur 21 porte deux balais 23 diamétralement opposés par rapport à l'axe de l'arbre de rotor 9, lesdits balais étant électriquement reliés aux deux bornes d'une source de courant (non représentée). in the form of a cylindrical sleeve is formed in the stator casing 3, fixed relative thereto, coaxially with respect to the rotor shaft 9 so as to partially surround the collector ring 17. The collector housing 21 carries two brushes 23 diametrically opposite with respect to the axis of the rotor shaft 9, said brushes being electrically connected to the two terminals of a current source (not shown).
On notera qu'une région d'extrémité 24 de l'arbre de rotor 9, située à l'extérieur de la carcasse statorique 3, est configurée en vis sans fin de façon à entraîner un organe complémentaire de transmission (non représenté), telle qu'une roue dentée. It will be noted that an end region 24 of the rotor shaft 9, located outside of the stator casing 3, is configured as a worm so as to drive an additional transmission member (not shown), such than a gear.
De façon connue en soi, lors du fonctionnement du moteur, c'est-à-dire au cours de la rotation de l'arbre de rotor 9, les balais 23 sont pressés sur les lames 19 de la bague de collecteur 17, de façon successive. Deux lames 19 diamétralement opposées sur la bague de collecteur 17 étant connectées aux deux extrémités d'un même enroulement, il s'ensuit qu'on alimente successivement, au cours de la rotation de l'arbre de rotor 9, les différents enroulements 11 correspondant aux différentes paires de lames 19 diamétralement opposées sur la bague de collecteur 17. In a manner known per se, during the operation of the motor, that is to say during the rotation of the rotor shaft 9, the brushes 23 are pressed on the blades 19 of the collector ring 17, so successive. Two diametrically opposite blades 19 on the collector ring 17 being connected to the two ends of the same winding, it follows that successively, during the rotation of the rotor shaft 9, the various windings 11 corresponding to the different pairs of diametrically opposed blades 19 on the collector ring 17.
Une plaque de circuit imprimé 25 de forme annulaire est emmanchée sur l'arbre de rotor 9 en extrémité de la bague de collecteur 17, et maintenue en pression sur celuici sous l'effet d'un organe presseur 27. L'organe presseur 27 est fixé rigidement sur l'arbre de rotor 9 et comporte au moins un ressort à action axiale, en appui sur la face de la plaque de circuit imprimé 25 opposée à la bague de collecteur 17, de telle sorte que la plaque de circuit imprimé 25 est pressée sur la bague de collecteur 17. A printed circuit board 25 of annular shape is fitted on the rotor shaft 9 at the end of the manifold ring 17, and maintained under pressure thereon under the effect of a pressing member 27. The pressing member 27 is rigidly fixed on the rotor shaft 9 and comprises at least one axially acting spring, bearing on the face of the printed circuit board 25 opposite the collector ring 17, so that the printed circuit board 25 is pressed on the collector ring 17.
La plaque de circuit imprimé 25 porte une série de circuits de décharge correspondant à chaque paire de lames The printed circuit board 25 carries a series of discharge circuits corresponding to each pair of blades
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19 de la bague de collecteur 17 ; ces circuits de décharge ont été représentés à la Figure 2. 19 of the manifold ring 17; these discharge circuits have been shown in Figure 2.
Sur cette Figure 2, on voit que la face de la plaque de circuit imprimé 25 en contact avec l'organe presseur 27 supporte une pluralité de circuits de décharge élémentaires 30. Un circuit de décharge 30 est associé à une paire de lames de collecteur 19, c'est-à-dire qu'il relie - électriquement deux lames 19 consécutives sur la périphérie de la bague de collecteur 17. In this FIG. 2, it can be seen that the face of the printed circuit board 25 in contact with the pressing member 27 supports a plurality of elementary discharge circuits 30. A discharge circuit 30 is associated with a pair of collector blades 19 , that is to say it electrically connects two consecutive blades 19 on the periphery of the collector ring 17.
Chaque circuit de décharge 30 est constitué de deux branches parallèles portant respectivement une résistance R, et un condensateur Ci, des plots de connexion 32 étant formés sur la face opposée de la plaque de circuit imprimé 25 et reliés aux composants Ri, Ci par des pistes conductrices 34. Les plots 32 sont disposés en périphérie de la plaque de circuit imprimé 25 suivant un pas permettant de connecter, comme cela a déjà été indiqué, deux lames 19 voisines. Each discharge circuit 30 consists of two parallel branches carrying respectively a resistor R and a capacitor Ci, connection pads 32 being formed on the opposite face of the printed circuit board 25 and connected to the components Ri, Ci by tracks conductive 34. The studs 32 are arranged at the periphery of the printed circuit board 25 in a pitch making it possible to connect, as has already been indicated, two neighboring blades 19.
Les valeurs de résistance et de capacité correspondant respectivement aux résistances Ri et aux condensateurs Ci, peuvent être, d'un circuit 30 à l'autre, identiques ou différentes. The resistance and capacitance values corresponding respectively to the resistors Ri and to the capacitors Ci, can be, from one circuit 30 to another, identical or different.
Pour plus de clarté, on a représenté sur la Figure 3 la bague de collecteur 17 dans un plan orthogonal à son axe longitudinal, et schématisé les circuits de décharge 30 associés aux lames 19 de la bague de collecteur 17. For greater clarity, FIG. 3 shows the collector ring 17 in a plane orthogonal to its longitudinal axis, and diagrammatically shows the discharge circuits 30 associated with the blades 19 of the collector ring 17.
Comme on le voit, la bague de collecteur 17 présente un substrat isolant central 36, de forme générale tubulaire dont la périphérie présente une pluralité de secteurs séparés par des encoches 38. Chaque secteur est recouvert par une lame 19, de sorte que deux lames consécutives sont séparées par une encoche 38 et ainsi isolées l'une de l'autre. As can be seen, the collector ring 17 has a central insulating substrate 36, of generally tubular shape, the periphery of which has a plurality of sectors separated by notches 38. Each sector is covered by a blade 19, so that two consecutive blades are separated by a notch 38 and thus isolated from one another.
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Les circuits de décharge 30 placés sur la plaque annulaire de circuit imprimé 25 permettent d'éviter pour l'essentiel les phénomènes d'arc électrique dus à l'effet d'inductance d'un enroulement 11. A un instant donné du cycle de rotation de la bague de collecteur 17, une paire de lames 19 est en contact avec les balais 23, tandis qu'une autre paire de lames 19 dites antécédentes a quitté à set instant le contact des balais 23. L'enroulement 11 correspondant aux lames 19 antécédentes a accumulé durant la période précédente de contact avec les balais 23 une énergie électrique qui transite, grâce au circuit de décharge 30, depuis les lames 19 antécédentes vers les lames consécutives à présent au contact des balais 23. Pour un fonctionnement correct du dispositif d'antiparasitage constitué par la plaque de circuit imprimé 25 et les circuits de décharge 30, il faut maintenir en permanence les plots 32 en contact avec les lames 19 respectives, ce qui est réalisé par l'organe presseur 27, mais qui peut également être obtenu de façon satisfaisante par tout autre type d'assemblage serré entre la plaque de circuit imprimé 25 et le collecteur 17. The discharge circuits 30 placed on the annular printed circuit plate 25 make it possible to essentially avoid the phenomena of electric arc due to the inductance effect of a winding 11. At a given instant in the rotation cycle of the collector ring 17, a pair of blades 19 is in contact with the brushes 23, while another pair of blades 19 said to be antecedent has immediately left the contact of the brushes 23. The winding 11 corresponding to the blades 19 antecedent has accumulated during the previous period of contact with the brushes 23 an electrical energy which transits, thanks to the discharge circuit 30, from the blades 19 antecedent towards the consecutive blades now in contact with the brushes 23. For correct operation of the device interference suppressor constituted by the printed circuit board 25 and the discharge circuits 30, the pads 32 must be kept permanently in contact with the respective blades 19, which i is produced by the pressing member 27, but which can also be obtained satisfactorily by any other type of tight connection between the printed circuit board 25 and the collector 17.
Dans un moteur électrique conforme à l'invention, le dispositif d'antiparasitage qui vient d'être décrit permet de s'affranchir des dispositifs classiques de filtre LC tels qu'ils sont généralement prévus dans les boîtiers de collecteur. L'invention permet donc non seulement d'augmenter les performances en terme de CEM du moteur électrique, mais également de générer une réduction sensible du coût de fabrication du moteur. In an electric motor according to the invention, the interference suppression device which has just been described makes it possible to dispense with conventional LC filter devices as they are generally provided in the manifold housings. The invention therefore makes it possible not only to increase the EMC performance of the electric motor, but also to generate a significant reduction in the manufacturing cost of the motor.
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