WO2018167398A1 - Porte-balai pour machine electrique tournante - Google Patents

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WO2018167398A1
WO2018167398A1 PCT/FR2018/050530 FR2018050530W WO2018167398A1 WO 2018167398 A1 WO2018167398 A1 WO 2018167398A1 FR 2018050530 W FR2018050530 W FR 2018050530W WO 2018167398 A1 WO2018167398 A1 WO 2018167398A1
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WO
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brush holder
housing
machine according
bearing
electronic assembly
Prior art date
Application number
PCT/FR2018/050530
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English (en)
Inventor
Ryadh Ben Omrane
Renaud MOTTIER
Christophe Monteil
Dominique Mouillard
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/14—Means for supporting or protecting brushes or brush holders
    • H02K5/141—Means for supporting or protecting brushes or brush holders for cooperation with slip-rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/38—Brush holders
    • H01R39/385—Means for mechanical fixation of the brush holder
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
    • H02K13/003—Structural associations of slip-rings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/38—Brush holders
    • H01R39/383—Brush holders characterised by the electrical connection to the brush holder
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/36—Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches
    • H02K19/365—Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches with a voltage regulator

Definitions

  • the invention particularly relates to a brush holder for a rotating electrical machine.
  • a reversible machine is a rotating electrical machine able to work in a reversible manner, on the one hand, as an electric generator in alternator function and, on the other hand, as an electric motor for example to start the engine of the motor vehicle .
  • a rotating electrical machine comprises:
  • a rotor mounted on the shaft, the assembly formed by the rotor and the shaft being able to rotate about the axis of the shaft,
  • alternator mode when the rotor is rotating, it induces a magnetic field to the stator which transforms it into electric current to power the vehicle's electrical consumers and recharge the battery.
  • motor mode the stator is electrically powered and induces a magnetic field driving the rotor in rotation.
  • the rotor comprises a coil wound on a rotor body.
  • This coil is electrically powered via a collector mounted on a portion of the shaft.
  • the manifold comprises two feed traces, each having a ring shape overmolded in an insulating material, and two son of connections, each son extending from a respective ring to feed the rotor coil.
  • the rotating electrical machine also comprises a brush holder comprising two brushes which are arranged to come into contact with the feed traces of the collector, respectively, and a means for powering the brushes, said means coming in particular from the electronic assembly.
  • the electrical contact between each broom and the trace of the associated collector is guaranteed by a spring that presses against the face of the brush opposite to that which is in contact with the trace.
  • the assembly of the rotating electrical machine is carried out so that:
  • the brush holder is positioned on one of the bearings
  • the electronic assembly is positioned on the same bearing as the brush holder so as to create an electrical connection between the brushes and the electronic assembly, and
  • the brush holder and the electronic assembly are fixed on the bearing, in particular by means of a screw passing through respective openings formed in the electronic assembly, the brush holder and the bearing, this last step of screwing to ensure a good power supply of the brushes.
  • the brush holder comprises a holding device for compressing the springs sufficiently to return the brushes in their housing to position the brush holder in front of the collector. Once the brush holder attached to the bearing, the holding device is pressed to its final position, so as not to block the brushes. Thus, the springs are released and the brushes come into contact with the rings of the collector.
  • This mechanism adds two steps to the assembly process: a step of blocking the brushes before the positioning of the brush holder on the bearing and a step of unblocking the brushes after the attachment of the brush holder with the electronic assembly.
  • new features are added to the electronic assembly, which causes a sharp increase in the size of the electronic assembly.
  • the brush holder is no longer accessible so that it is no longer possible to unlock the brushes. There is then no power supply of the rotor coil since the contact between the brushes and the slip rings is not assured.
  • the present invention aims to avoid the disadvantages of the prior art.
  • the subject of the present invention is therefore a rotary electrical machine, in particular for a motor vehicle.
  • the rotating electrical machine comprises:
  • active parts including in particular a rotor and a stator
  • a broom holder comprising:
  • a housing formed of an electrically insulating material, the housing comprising a housing housing at least partly the broom and an attachment portion for attaching said brush holder to a portion of the rotating electrical machine.
  • an electronic assembly mounted on the casing so as to at least partially cover the brush holder, and
  • a fixing device arranged so that the electronic assembly, the attachment portion of the brush holder and the bearing each comprise an opening allowing the passage of said fixing device to mechanically connect them together.
  • the brush holder comprises an anti-tilt device separate from the fixing device and the bearing comprises a retaining device.
  • the anti-tilt device and the retaining device are arranged to cooperate with each other.
  • the present invention makes it possible to avoid that, during the release of the brushes, the force exerted by the latter does not cause the brush holder to be shifted. It thus makes it possible to guarantee the correct positioning of the brush holder even when the release of the brushes takes place before the fixing of said brush holder and therefore a good electrical supply of the active part.
  • the anti-tilt device and the retaining device extend projecting towards each other so as to come into contact with each other when the blade exerts a force on one of the active parts of the machine, the contact being made in a direction perpendicular to the directions in which said devices extend.
  • the anti-tilt device and the retaining device project respectively protruding so that the overlap surface between the two devices is sufficient to maintain the brush holder in place when the broom exerts a force on a commutator of the rotating electrical machine.
  • the anti-tilt device protrudes towards the bearing over an axial length greater than 4 mm and in particular of the order of 6 mm.
  • the anti-tilt device is formed of at least one wall projecting from the housing, the wall is arranged to surround the retaining device, at least in a direction in which the wiper exerts a force, so as to be positioned radially between the axis of the machine and said retaining device.
  • the anti-tilt device surrounds the retaining device at least on an angular sector arranged to allow to counter the force exerted by the blade.
  • the wall extends in a circular arc.
  • the anti-tilt device is formed of a wall having a section, in a U-shaped radial plane, said device extending in axial projection from an axial end wall of the housing and the two free ends of the U-shape being positioned adjacent to a side wall of the housing.
  • the side wall of the housing and the anti-tilt device completely surround the retainer.
  • the anti-tilt device is formed of two walls, each extending in a radial plane from the side wall of the housing and extending in axial projection from the end wall. axial axis of the housing so as to surround the retainer in the direction in which the blade exerts a force.
  • the retaining device is formed of a stud.
  • the rotating electrical machine comprises a collector mounted on one of the active parts and in that the brush is in contact with a collector trace of the collector for the power supply of said active part.
  • the anti-tilt device extends from the fixing portion.
  • the anti-tilt device extends axially from the fixing portion of the housing.
  • the anti-tilt device is integral with the housing.
  • the anti-tilt device is made of material with the housing.
  • the brush holder is completely covered by the electronic assembly.
  • the brush holder further comprises at least one power supply trace having a first connection portion with the electronic assembly and a second connection portion with the brush.
  • the first connection portion is disposed in a first end wall of the fixing device.
  • the anti-tilt device extends from a second end wall of said attachment device opposite to said first end wall.
  • the first and second end walls are axial end walls of the fastener.
  • the first connection portion extends opposite the electronic assembly.
  • the first connection portion is in contact with an associated trace of the electronic assembly, in particular an associated trace of the control module. This contact is, in particular a direct electrical and mechanical contact.
  • the fixing device makes it possible to mechanically connect said parts and to electrically connect the trace of the electronic module and the supply trace of the brush holder. This reduces the size of the machine.
  • the fixing device is a screw or a tie rod.
  • the respective openings of the electronic assembly, the brush holder and the bearing are positioned vis-à-vis each other.
  • the opening of the bearing is positioned in the retaining device.
  • the fixing device has a thread cooperating with a tapping present in the opening of the bearing.
  • the electronic assembly comprises a clamping piece made of electrically insulating material and positioned so as to exert pressure on the supply track of the brush holder and a trace of the electronic assembly.
  • the housing comprises a cylinder portion projecting so as to surround at least partially the first connection portion.
  • the housing comprises a sleeve projecting towards the electronic assembly and being positioned radially between the fixing device and the first connection portion of the brush holder.
  • the brush holder comprises two brushes respectively arranged in two housings of the housing and respectively connected to two traces of power supply.
  • one of the brushes is at a positive electrical potential and the other brush is at a negative electric potential or mass.
  • the housing and the electronic assembly each comprise an electrical insulation device, the electrical isolation devices co-operating with each other so as to isolate the first two connection portions of the two traces of insulation. feeding of the brush holder.
  • the electrical isolation device of the electronic assembly is present on the clamping piece.
  • the brush holder comprises at least one spring element extending at least partly in a housing of the housing so as to exert a force on the blade in a radial direction.
  • the brush holder comprises at least one indexing pad for indexing the brush holder on the bearing in at least one direction.
  • the brush holder comprises a first indexing stud for indexing the brush holder on the bearing in a first direction and a second indexing stud for indexing the brush holder on the bearing in a second direction perpendicular to the first direction.
  • the electronic assembly comprises a control module.
  • the electronic assembly comprises, in addition, at least one power module and a heat sink on which are mounted the power module and / or the control module.
  • the rotating electrical machine can advantageously form an alternator, an alternator-starter or a reversible machine.
  • the present invention may be better understood on reading the following detailed description of examples of non-limiting implementation of the invention and of examining the appended drawings, in which:
  • FIG. 1 represents, schematically and partially, a cross-sectional view of a rotating electrical machine according to an exemplary implementation of the invention
  • FIG. 2 represents, schematically and partially, a part-view of part of the machine of FIG. 1,
  • FIG. 3 represents, schematically and partially, a perspective view of an example of the brush holder of FIG. 1,
  • FIG. 4 represents, schematically and partially, a perspective view in transparency of the brush holder of FIG. 3;
  • FIG. 5 represents, schematically and partially, a sectional view of the zone of attachment of the electronic assembly and of the brush holder of FIG. 3 on the bearing,
  • FIG. 6 represents, schematically and partially, a perspective view of another example of a brush holder according to the invention.
  • FIG. 7 represents, schematically and partially, a perspective view in transparency of the brush holder of FIG. 6.
  • FIG. 1 represents a rotating electrical machine 10 which is compact and polyphase, in particular for a motor vehicle.
  • This Rotating electrical machine 10 transforms mechanical energy into electrical energy, into alternator mode, and can operate in motor mode to transform electrical energy into mechanical energy.
  • This rotary electrical machine 10 is, for example, an alternator, an alternator-starter or a reversible machine.
  • the rotary electrical machine 10 comprises a housing 1 1. Inside this housing 1 1, it further comprises a shaft 13, a rotor 12 integral in rotation with the shaft 13 and a stator 15 surrounding the rotor 12. The rotational movement of the rotor 12 is around an X axis.
  • the axial, radial, external and internal denominations refer to the axis X crossing at its center the shaft 13.
  • the axial direction corresponds to the X axis while the radial orientations correspond to the planes concurrent, and in particular perpendicular, to the X axis.
  • the outer or inner denominations are evaluated with respect to the same axis X, the inner denomination corresponding to an element oriented towards the axis, or closer to the axis.
  • axis relative to a second element the outer denomination designating a distance from the axis.
  • the housing 1 1 comprises a front bearing 16 and a rear bearing 17 which are assembled together.
  • These bearings 16, 17 are hollow in shape and each carries a respective ball bearing 18, 19 for the rotational mounting of the shaft 13.
  • a pulley 20 is fixed on a front end of the shaft 13, at the front bearing 16, for example by means of a nut bearing against the bottom of the cavity of this pulley. This pulley 20 transmits the rotational movement to the shaft 13 or to the shaft 13 to transmit its rotational movement to the belt.
  • the rear end of the shaft 13 carries a manifold 22.
  • This manifold comprises a body made of electrically insulating material and slip rings 21 overmolded in said body.
  • the slip rings 21 have an annular shape and are rotated with the rotor 12.
  • Brushes 23 belonging to a brush holder 24 are arranged so as to rub on the slip rings 21.
  • the brush holder 24 is connected electrically to an electronic assembly 36 controlling the voltage applied to the brushes.
  • the front bearing 16 and the rear bearing 17 may further comprise substantially lateral openings for the passage of air in order to allow the cooling of the rotary electric machine by air circulation generated by the rotation of a fan. before 25 on the front axial face of the rotor 12, that is to say at the level of the front bearing 16 and a rear fan 26 on the rear axial face of the rotor, that is to say at the level of the bearing rear 17.
  • the bearings may include conduits for the passage of a coolant.
  • the rotor 12 is a claw rotor. It has two pole wheels 31. Each pole wheel 31 is formed of a flange 32 and a plurality of claws 33 forming magnetic poles.
  • the flange 32 is of transverse orientation and has, for example, a substantially annular shape.
  • This rotor 12 further comprises a cylindrical core 34 which is interposed axially between the pole wheels 31.
  • this core 34 is formed of two half-cores each belonging to one of the pole wheels.
  • the rotor 12 comprises, between the core 34 and the claws 33, a coil 35 comprising, here, a winding hub and an electric winding on this hub.
  • the slip rings 21 belonging to the collector 22 are connected by wire bonds to said coil 35.
  • the rotor 12 may also comprise magnetic elements interposed between two adjacent claws 33.
  • the stator 15 comprises a body 27 in the form of a pack of sheets with notches, for example of the semi-closed or open type, equipped with slot insulator for mounting an electric winding. 28.
  • This coil 28 passes through the notches of the body 27 and form a front bun 29 and a rear bun 30 on either side of the stator body.
  • the coil 28 is connected, for example, in a star or in a triangle.
  • the winding 28 is formed of one or more phases. Each phase comprises at least one driver passing through the notches of the stator body 27 and forms, with all phases, the buns.
  • the coil 28 is electrically connected to an electronic assembly 36.
  • the electronic assembly 36 comprises at least one electronic power module for controlling a winding phase 28 and a control module for driving an excitation circuit of the machine 10.
  • the power module forms a current rectifying bridge for transforming an alternating current generated by the machine 10 into a direct current to supply, in particular, the battery and the on-board network of the vehicle.
  • the electronic assembly 36 comprises a heat sink that can accommodate the power module and / or the control module.
  • the heat sink has fins projecting and channeling a cooling air flow of the various modules.
  • the heat sink may include circulation ducts of a cooling liquid for cooling the various modules.
  • the heat sink may include both fins and cooling ducts.
  • the rotor When the electric winding 28 is electrically powered from the brushes 23, the rotor is magnetized and becomes an inductor rotor with formation of magnetic north-south poles at the claws. This inductor rotor creates an alternating induced current in the stator induced when the shaft is rotating. The rectifier bridge then transforms this AC induced current into a direct current, in particular to supply the loads and the consumers of the onboard network of the motor vehicle as well as to recharge its battery.
  • the brush holder 24 is mounted on the rear bearing 17 around the manifold 22 which is mounted at a rear end of the shaft 13.
  • the electronic assembly 36 is also mounted on the rear bearing 17 and comprises a housing in which the collector 22 and the brush holder 24 are inserted at least partially.
  • the brush holder 24 comprises a housing 37 made of an electrically insulating material and two brushes 23. Each brush 23 is at one different electrical potential to supply the rotor coil 35 via the collector 22.
  • the housing 37 has two separate housings 39 in which are inserted at least partially the brushes 23. Each housing 39 is opening on an inner radial wall of the housing so as to the associated brush comes into contact with the corresponding slip ring 21.
  • Each brush 23 extends in a radial direction relative to the axis X and has an inner face and an outer face radially opposite, the inner face being in contact with the associated slip ring 21.
  • the brush holder 24 comprises springs 40 disposed in the housing 39, each spring being associated with a brush 23 and exerting a force on the outer face of the associated brush.
  • the force exerted is of radial direction.
  • each spring 40 is in a compressed state.
  • the force exerted by the spring on the broom ensures electrical contact between said brush and the slip ring while compensating for the wear of the brush due to the rotational movement of the ring.
  • the brush holder 24 further comprises a protective cover 38 extending from the end of the housing 37 in which the housings 39 are opening.
  • the protective cover 38 surrounds the collector 22 and the end of the shaft 13. The protective cover then isolates the respective electrical contacts between the brushes and the slip rings of the external environment.
  • the brushes 23 To mount the brush holder 24 around the manifold 22, the brushes 23 must be held almost entirely within the housings 39. In other words, the springs 40 must be sufficiently compressed. To do this, a device (not shown) for blocking the brushes 23 inside the respective housings 39 is used. This device is, for example, included in the protective cover 38. It can be formed of a slidable plate so as to close the housing 39. Once the brush holder 24 is in place, the brushes 23 must be released. to come into contact with the slip rings 21.
  • the brush holder 24 comprises an anti-tilt device 41 which locks with a retaining device 42 formed on the rear bearing 17.
  • the anti-tilt device 41 prevents the brush holder 24 from tilting relative to the bearing 17 in a direction opposite to the direction in which the springs 40 exert forces on the brushes 23 respectively.
  • the anti-tilt device 41 protrudes towards the retaining device 42 which also extends in projection so as to come into contact with said anti-tilt device.
  • the contact between the devices is made in a direction perpendicular to the directions in which said devices extend.
  • the two devices 41, 42 extend in opposite axial directions with respect to each other and are in contact with each other by contact with their outer or outer radial end.
  • the two devices extend coaxially along an axis substantially parallel to the axis X.
  • the contact between the two devices is performed when the brushes 23 exert a force on the manifold 22.
  • the two devices can be sized so that the contact is permanent.
  • the anti-tilt device 41 is positioned on a lateral side of the housing 37, that is to say on a portion of the brush holder extending between the two inner and outer radial ends of the In an alternative embodiment, the anti-tilt device 41 could be positioned on an outer radial end of the casing 37.
  • the anti-tilt device 41 is formed of a wall.
  • This wall preferably extends in a circular arc and at least partially surrounds the retaining device 42.
  • the retaining device 42 is formed of a substantially cylindrical stud.
  • the wall extends approximately 180 ° around the retaining device 42.
  • the wall has a U-shaped shape along a radial plane of the machine 10, the free ends of the U-shape are derived from a side wall of the housing 37.
  • the brush holder 24 When positioning the brush holder 24 on the rear bearing 17, the brush holder is positioned in such a way that the wall comes into contact with the pad or very close to each other so that, when the springs 40 are unlocked, the contact between the two devices blocks the brush holder 24 and prevents it from moving relative to its initial position.
  • the anti-tilt device 41 may be formed of two or more walls in an arc disposed opposite one another relative to the retaining device 42.
  • a first inner wall extends radially between the retaining device 42 and the collecting traces 21 and a second outer wall extends between the retaining device 42 and a cover 43 of the rotating electrical machine 10 to protect the electronic assembly 36.
  • the brush holder 24 has two power supply traces 44, each of them being at a different electrical potential and can feed a brush 23.
  • one of the brushes is at a positive electrical potential and the other broom is at a negative electric potential or mass.
  • the supply traces 44 are electrically insulated from each other thanks to the housing 37.
  • each trace 44 has a first connection portion 45 with the electronic assembly 36, a second connection portion 46 with the associated brush 23 and a connecting portion 47 for connecting the first and the second connection portion together.
  • the connecting portion 47 is fully housed in the housing 37 of the brush holder as is illustrated in Figures 4 and 7.
  • the second connection portion 46 is electrically connected to a braid (not shown) which is itself connected to the brush 23 associated.
  • This second connection portion is housed in an end wall of the housing 37 in an apparent manner to simplify the connection with the braid.
  • said second portion is positioned in the outer radial end wall of the casing 37.
  • the braid is disposed inside the corresponding housing 39 and is connected to the connecting portion, for example by crimping and / or welding.
  • the second connection portion could be positioned in a housing of the housing and not on its surface.
  • the first connection portion 45 is housed in an end wall of the housing 37 in an apparent manner. Said wall is opposite the electronic assembly 36, preferably it is an axial end wall of the housing 37.
  • each first connection portion 45 is in contact, preferably direct, with an associated trace 48 of the electronic assembly 36, in particular a trace of the control module.
  • a fixing device 49 makes it possible to guarantee the contact between the trace 48 and the first connection portion 45.
  • the housing 37 and the electronic assembly 36 each comprise an opening disposed opposite one another. on the other to allow the passage of the fixing device 49.
  • the fixing device 49 is for example a screw or a tie rod.
  • the connecting portion 45 has a circular arc shape and is positioned around the opening formed in the housing 37.
  • the two connecting portions 45 of the feed traces 44 are positioned symmetrically with respect to each other. at said opening.
  • the traces 48 of the electronic assembly 36 each have a shape adapted to that of the connecting portion 45 with which it is in contact.
  • the traces 48 of the electronic assembly 36 may protrude from the control module or be overmolded in an electrically insulating material while keeping an apparent part for the connection with the supply traces 44 of the brush holder 24. .
  • the electronic assembly 36 comprises a clamping piece 50 made of electrically insulating material and positioned so as to exert pressure on the assembly formed by the first connection portion 45 of the supply trace 44 of the brush holder and the trace 48 to ensure good electrical contact.
  • This clamping piece is positioned between a part of the fixing device 49, such as a screw head, and the traces 48. It also makes it possible to electrically isolate the fixing device 49 from the traces 48.
  • the electronic assembly 36 may also comprise a washer 60 positioned between a portion of the fixing device 49 and the clamping piece 50.
  • the fixing device 49 allowing electrical contact between the feed traces 44 and the traces 48 also makes it possible to fix the brush holder 24 on the rear bearing 17.
  • the rear bearing 17 has an opening disposed opposite the respective openings of the electronic assembly 36 and the brush holder 24 to allow the passage of the fixing device 49.
  • the opening of the rear bearing 17 has a cooperating threaded portion with a threaded portion of the fastener 49.
  • the housing 37 of the brush holder 24 comprises a fixing portion carrying the first connection portions 45 and the opening through which the fixing device 49 passes.
  • the anti-tip device 41 extends from of the fixing portion.
  • said device extends from an axial end wall of the fixing portion opposite the axial end wall facing the electronic assembly.
  • the opening of the rear bearing 17 is formed in the retaining device 42.
  • the opening of the electronic assembly 36 is formed in the clamping piece 50.
  • the brush holder comprises, here, a first indexing pad 58 for indexing said brush holder on said bearing in a first direction and a second pin of indexing 59 for indexing said brush holder on said bearing in a second direction perpendicular to the first direction.
  • the rotating electrical machine 10 operates with a positive excitation and a negative excitation which have a variable potential difference typically ranging from 10V to 60V depending on the applications.
  • the power supply traces 44 of the brush holder 24 are, respectively, connected to the positive and negative excitation potentials.
  • the different electrically conductive parts of the machine which are at different potentials can be insulated from each other in order to avoid the formation of salt bridges.
  • the anti-tilt device 41 makes it possible to electrically isolate, avoiding the formation of a salt bridge, the retaining device 42 formed in the rear bearing 17 of the first connection portions 45.
  • the anti-tilt device 41 extends projecting towards the bearing over at least 4 mm and in particular 6 mm.
  • the housing 37 comprises a cylinder portion 51 extending in axial projection towards the electronic assembly 36 and forming an arc of a circle surrounding at least partially the assembly formed by the first connection portions 45 and the traces 48.
  • the cylinder portion 51 electrically isolates said assembly from the outside environment.
  • the housing 37 comprises a sleeve 52 extending in axial projection towards the electronic assembly 36.
  • the sleeve 52 is positioned between the fixing device 49 and the assembly formed by the first portions connection 45 of the brush holder 24 and the traces 48 of the electronic assembly 36 so as to surround said fixing device 49.
  • Said sleeve 52 electrically isolates the fixing device 49 which is in contact with the rear bearing 17 said set.
  • the housing 37 comprises a wall 53 extending in axial projection towards the electronic assembly 36.
  • the wall 53 is positioned between the two first connection portions 45 of the two feed traces 44 to electrically isolate them from each other and avoid the formation of salt bridge.
  • the housing 37 comprises two walls 53 positioned opposite each other between each ends of the connecting portions 45.
  • the clamping piece 50 has grooves or cavities for receiving the cylinder portion 51, the sleeve 52 and the wall 53 respectively.
  • FIGS. 6 and 7 illustrates an alternative embodiment in which the cylinder portion 51, the sleeve 52 and the wall 53 are formed on the clamping piece 50.
  • first groove 54 for receiving the cylinder portion 51
  • second groove 55 for receiving the sleeve 52
  • a cavity 56 for receiving the wall 53.
  • the present invention finds applications in particular in the field of brush holders for alternator or reversible machine but it could also apply to any type of rotating machine.

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Abstract

La présente invention propose une machine électrique tournante (10) comportant: - des parties actives (12, 15) comprenant, - un carter(11) entourant les parties actives et comprenant au moins un palier (16, 17), et - un porte-balai (24) comportant: - au moins un balai (23) permettant l'alimentation électrique d'une des parties actives; - un boitier (37) formé d'un matériau électriquement isolant, le boitier comportant un logement (39) logeant au moins en partie le balai et une portion de fixation permettant la fixation dudit porte-balai sur une partie de la machine électrique tournante, la machine électrique tournante étant caractérisée en ce que le porte-balai comporte un dispositif d'anti-basculement (41), en ce que le palier comporte un dispositif de retenue (42) et en ce que ledit dispositif d'anti-basculement et ledit dispositif de retenue sont agencés pour coopérer l'un avec l'autre.

Description

PORTE-BALAI POUR MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE
L'invention concerne notamment un porte-balai pour une machine électrique tournante.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des machines électriques tournantes telles que les alternateurs, les alterno-démarreurs ou encore les machines réversibles. On rappelle qu'une machine réversible est une machine électrique tournante apte à travailler de manière réversible, d'une part, comme générateur électrique en fonction alternateur et, d'autre part, comme moteur électrique par exemple pour démarrer le moteur thermique du véhicule automobile.
Classiquement, une machine électrique tournante comprend :
- un arbre s'étendant suivant un axe,
- un rotor monté sur l'arbre, l'ensemble formé par le rotor et l'arbre étant mobile en rotation autour de l'axe de l'arbre,
- un stator fixe entourant le rotor,
- deux paliers dans lesquels sont agencés le rotor, le stator et une partie de l'arbre ; et
- un ensemble électronique monté sur un des paliers et venant piloter ladite machine électrique tournante.
En mode alternateur, lorsque le rotor est en rotation, il induit un champ magnétique au stator qui le transforme en courant électrique afin d'alimenter les consommateurs électriques du véhicule et de recharger la batterie. En mode moteur, le stator est alimenté électriquement et induit un champ magnétique entraînant le rotor en rotation.
Pour induire un champ magnétique, le rotor comporte une bobine enroulée sur un corps de rotor. Cette bobine est alimentée électriquement via un collecteur monté sur une portion de l'arbre. Le collecteur comprend deux traces d'alimentation, chacune présentant une forme de bague surmoulée dans un matériau isolant, et deux fils de connexions, chacun des fils s'étendant à partir d'une bague respective pour alimenter la bobine rotorique. La machine électrique tournante comporte également un porte-balai comprenant deux balais qui sont agencés pour venir en contact des traces d'alimentation du collecteur, respectivement, et un moyen d'alimentation électrique des balais, ledit moyen venant notamment de l'ensemble électronique. Le contact électrique entre chaque balai et la trace du collecteur associée est garanti par un ressort qui vient appuyer sur la face du balai opposée à celle qui est en contact avec la trace. Ces ressorts exercent des efforts importants sur les balais, il est donc important que le porte-balai soit bien maintenu en position,
Le montage de la machine électrique tournante est réalisé de sorte que :
- dans une première étape le rotor, le stator et l'arbre sont montés dans les paliers,
- dans une deuxième étape, le porte-balai est positionné sur l'un des paliers,
- dans une troisième étape, l'ensemble électronique est positionné sur le même palier que le porte-balai de manière à créer une connexion électrique entre les balais et l'ensemble électronique, et
- dans une quatrième étape, le porte-balai et l'ensemble électronique sont fixés sur le palier, notamment au moyen d'une vis traversant des ouvertures respectives formées dans l'ensemble électronique, le porte- balai et le palier, cette dernière étape de vissage permettant de garantir une bonne alimentation électrique des balais.
En outre, le porte-balai comporte un dispositif de maintien permettant de comprimer suffisamment les ressorts afin de faire rentrer les balais dans leur logement pour positionner le porte-balai en face du collecteur. Une fois le porte-balai fixé sur le palier, le dispositif de maintien est enfoncé jusqu'à sa position finale, de manière à ne plus bloquer les balais. Ainsi, les ressorts sont relâchés et les balais rentrent en contact avec les bagues du collecteur. Ce mécanisme rajoute deux étapes au procédé de montage : une étape de blocage des balais avant le positionnement du porte-balai sur le palier et une étape de déblocage des balais après la fixation du porte-balai avec l'ensemble électronique. Dans les nouvelles configurations de machine électrique tournante, des nouvelles fonctionnalités sont ajoutées à l'ensemble électronique, ce qui entraine une forte augmentation de la taille de l'ensemble électronique. Ainsi lors du montage de la machine électrique tournante, une fois l'ensemble électronique monté, le porte-balai n'est plus accessible de sorte qu'il n'est plus possible de débloquer les balais. Il n'y a alors pas d'alimentation électrique de la bobine rotorique puisque le contact entre les balais et les bagues collectrices n'est pas assuré.
Une solution à ce problème consiste à débloquer les balais avant de positionner l'ensemble électronique. Cependant, le porte-balai n'est pas encore fixé sur le palier car la liaison mécanique du porte-balai sur le palier se fait en même temps que la liaison électrique entre le porte-balai et l'ensemble électronique. Cette fixation se fait donc au moyen d'une vis fixant à la fois le porte-balai et l'ensemble électronique. La force exercée par les ressorts sur les balais qui viennent en contact des bagues collectrices entraine alors un mouvement de décalage du porte-balai. Ce dernier n'est donc plus correctement positionné. Ainsi, le montage de l'ensemble électronique ne peut pas être fait et le contact entre les balais et les bagues collectrices n'est plus garanti.
La présente invention vise à permettre d'éviter les inconvénients de l'art antérieur.
A cet effet, la présente invention a donc pour objet une machine électrique tournante notamment pour véhicule automobile. Selon la présente invention, la machine électrique tournante comporte :
- des parties actives comprenant notamment un rotor et un stator ;
- un carter entourant les parties actives et comprenant au moins un palier, et
- un porte-balai comportant :
- au moins un balai permettant l'alimentation électrique d'une des parties actives ;
- un boîtier formé d'un matériau électriquement isolant, le boîtier comportant un logement logeant au moins en partie le balai et une portion de fixation permettant la fixation dudit porte-balai sur une partie de la machine électrique tournante. - un ensemble électronique monté sur le carter de manière à recouvrir au moins partiellement le porte-balai, et
- un dispositif de fixation agencé de sorte que l'ensemble électronique, la portion de fixation du porte-balai et le palier comportent, chacun, une ouverture permettant le passage dudit dispositif de fixation pour les relier mécaniquement ensemble
De plus selon la présente invention, le porte-balai comporte un dispositif d'anti-basculement distinct du dispositif de fixation et le palier comporte un dispositif de retenue. En outre, le dispositif d'anti- basculement et le dispositif de retenue sont agencés pour coopérer l'un avec l'autre.
La présente invention permet d'éviter que, lors du déblocage des balais, la force exercée par ces derniers n'entraîne un décalage du porte- balai. Elle permet donc de garantir le bon positionnement du porte-balai même lorsque le déblocage des balais a lieu avant la fixation dudit porte- balai et donc une bonne alimentation électrique de la partie active.
Selon un exemple de réalisation, le dispositif d'anti-basculement et le dispositif de retenue s'étendent en saillie l'un vers l'autre de manière à venir en contact l'un avec l'autre lorsque le balai exerce une force sur une des parties actives de la machine, le contact étant réalisé dans une direction perpendiculaire aux directions dans lesquelles s'étendent lesdits dispositifs.
De préférence, le dispositif d'anti-basculement et le dispositif de retenue s'étendent respectivement en saillie de manière à ce que la surface de chevauchement entre les deux dispositifs soit suffisante pour permettre de maintenir le porte-balai en place lorsque le balai exerce une force sur un collecteur de la machine électrique tournante. Par exemple, le dispositif d'anti-basculement s'étend en saillie vers le palier sur une longueur axiale supérieure à 4 mm et notamment de l'ordre de 6 mm.
Selon un exemple de réalisation, le dispositif d'anti-basculement est formé d'au moins une paroi s'étendant en saillie à partir du boîtier, la paroi est disposée de manière à entourer le dispositif de retenue, au moins dans une direction dans laquelle le balai exerce une force, de sorte à être positionnée radialement entre l'axe de la machine et ledit dispositif de retenu. En d'autres termes, le dispositif d'anti-basculement entoure le dispositif de retenu au moins sur un secteur angulaire disposé de manière à permettre de contrer la force exercée par le balai.
De préférence, la paroi s'étend suivant un arc de cercle.
De préférence, le dispositif d'anti-basculement est formé d'une paroi présentant une section, dans un plan radial, en forme de U, ledit dispositif s'étendant en saillie axiale à partir d'une paroi d'extrémité axiale du boîtier et les deux extrémités libres de la forme en U étant positionnées de manière adjacente à une paroi latérale du boîtier. Ainsi, la paroi latérale du boîtier et le dispositif d'anti-basculement entourent totalement le dispositif de retenue.
Dans une variante de réalisation, le dispositif d'anti-basculement est formé de deux parois, chacune s'étendant dans un plan radial à partir de la paroi latérale du boîtier et s'étendant en saillie axiale à partir de la paroi d'extrémité axiale du boîtier de manière à entourer le dispositif de retenue dans la direction dans laquelle le balai exerce une force.
Selon un exemple de réalisation, le dispositif de retenue est formé d'un plot.
Selon un exemple de réalisation, la machine électrique tournante comporte un collecteur monté sur une des parties actives et en ce que le balai est en contact avec une trace collectrice du collecteur pour l'alimentation électrique de ladite partie active.
Selon un exemple de réalisation, le dispositif d'anti-basculement s'étend à partir de la portion de fixation. De préférence, le dispositif d'anti- basculement s'étend axialement à partir de la portion de fixation du boîtier.
Selon une réalisation, le dispositif d'anti-basculement est monobloc avec le boîtier. En d'autres termes, le dispositif d'anti-basculement est issu de matière avec le boîtier.
De préférence, le porte-balai est totalement recouvert par l'ensemble électronique. Selon un exemple de réalisation, le porte-balai comprend, en outre, au moins une trace d'alimentation électrique présentant une première portion de connexion avec l'ensemble électronique et une deuxième portion de connexion avec le balai. Dans cette réalisation, la première portion de connexion est disposée dans une première paroi d'extrémité du dispositif de fixation. Toujours dans cette réalisation, le dispositif d'anti- basculement s'étend à partir d'une deuxième paroi d'extrémité dudit dispositif de fixation opposée à ladite première paroi d'extrémité. De préférence, les première et deuxième parois d'extrémité sont des parois d'extrémité axiale du dispositif de fixation. Toujours de préférence, la première portion de connexion s'étend en regard de l'ensemble électronique. De préférence, la première portion de connexion est en contact avec une trace associée de l'ensemble électronique, notamment une trace associée du module de commande. Ce contact est, notamment un contact électrique et mécanique direct.
De préférence, le dispositif de fixation permet de relier mécaniquement lesdites pièces et de relier électriquement la trace du module électronique et la trace d'alimentation du porte-balai. Cela permet de réduire l'encombrement de la machine.
De préférence, le dispositif de fixation est une vis ou un tirant. De préférence, les ouvertures respectives de l'ensemble électronique, du porte-balai et du palier sont positionnées en vis-à-vis les unes des autres. De préférence, l'ouverture du palier est positionnée dans le dispositif de retenue. Toujours de préférence, le dispositif de fixation présente un filetage coopérant avec un taraudage présent dans l'ouverture du palier.
Selon un exemple de réalisation, l'ensemble électronique comporte une pièce de serrage réalisée en matériau électriquement isolant et positionnée de manière à exercer une pression sur la trace d'alimentation du porte-balai et une trace de l'ensemble électronique.
Selon un exemple de réalisation, le boîtier comporte une portion de cylindre s'étendant en saillie de manière à entourer au moins partiellement la première portion de connexion. Selon un exemple de réalisation, le boîtier comporte un manchon s'étendant en saillie vers l'ensemble électronique et étant positionné radialement entre le dispositif de fixation et la première portion de connexion du porte-balai.
Selon un exemple de réalisation, le porte-balai comprend deux balais agencés respectivement dans deux logements du boîtier et reliés respectivement à deux traces d'alimentation électrique. Par exemple un des balais est à un potentiel électrique positif et l'autre balai est à un potentiel électrique négatif ou de masse. De préférence, le boîtier et l'ensemble électronique comportent, chacun, un dispositif d'isolation électrique, les dispositifs d'isolation électrique coopérant l'un avec l'autre de manière à isoler les deux premières portions de connexion des deux traces d'alimentation du porte-balai. De préférence, le dispositif d'isolation électrique de l'ensemble électronique est présent sur la pièce de serrage.
Selon une réalisation, le porte-balai comporte au moins un élément ressort s'étendant au moins en partie dans un logement du boîtier de manière à exercer une force sur le balai suivant une direction radiale.
Selon un exemple de réalisation, le porte-balai comporte au moins un plot d'indexage permettant d'indexer le porte-balai sur le palier dans au moins une direction. De préférence, le porte-balai comporte un premier plot d'indexage permettant d'indexer le porte-balai sur le palier dans une première direction et un second plot d'indexage permettant d'indexer le porte-balai sur le palier dans une seconde direction perpendiculaire à la première direction.
Selon un exemple de réalisation, l'ensemble électronique comporte un module de commande. De préférence, l'ensemble électronique comporte, en outre, au moins un module de puissance et un dissipateur thermique sur lequel sont montés le module de puissance et/ou le module de commande.
La machine électrique tournante peut, avantageusement, former un alternateur, un alterno-démarreur ou une machine réversible. La présente invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de l'invention et de l'examen des dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe d'une machine électrique tournante selon un exemple de mise en œuvre de l'invention,
- la figure 2 représente, schématiquement et partiellement, une vue en pièce détachée d'une partie de la machine de la figure 1 ,
- la figure 3 représente, schématiquement et partiellement, une vue en perspective d'un exemple du porte-balai de la figure 1 ,
- la figure 4 représente, schématiquement et partiellement, une vue en perspective en transparence du porte-balai de la figure 3,
- la figure 5 représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe de la zone de fixation de l'ensemble électronique et du porte-balai de la figure 3 sur le palier,
- la figure 6 représente, schématiquement et partiellement, une vue en perspective d'un autre exemple de porte-balai selon l'invention, et
- la figure 7 représente, schématiquement et partiellement, une vue en perspective en transparence du porte-balai de la figure 6.
Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d'une figure à l'autre.
Les modes de réalisation qui sont décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs ; on pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique. Dans un tel cas, mention serait faite dans la présente description.
La figure 1 représente une machine électrique tournante 10 compacte et polyphasée, notamment pour véhicule automobile. Cette machine électrique tournante 10 transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique, en mode alternateur, et peut fonctionner en mode moteur pour transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine électrique tournante 10 est, par exemple, un alternateur, un alterno-démarreur ou une machine réversible.
La machine électrique tournante 10 comporte un carter 1 1 . A l'intérieur de ce carter 1 1 , elle comporte, en outre, un arbre 13, un rotor 12 solidaire en rotation de l'arbre 13 et un stator 15 entourant le rotor 12. Le mouvement de rotation du rotor 12 se fait autour d'un axe X.
Dans la suite de la description, les dénominations axiales, radiales, extérieures et intérieures se réfèrent à l'axe X traversant en son centre l'arbre 13. La direction axiale correspond à l'axe X alors que les orientations radiales correspondent à des plans concourants, et notamment perpendiculaires, à l'axe X. Pour les directions radiales, les dénominations extérieure ou intérieure s'apprécient par rapport au même axe X, la dénomination intérieure correspondant à un élément orienté vers l'axe, ou plus proche de l'axe par rapport à un second élément, la dénomination extérieure désignant un éloignement de l'axe.
Dans cet exemple, le carter 1 1 comporte un palier avant 16 et un palier arrière 17 qui sont assemblés ensemble. Ces paliers 16, 17 sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un roulement à billes 18, 19 respectif pour le montage à rotation de l'arbre 13.
Une poulie 20 est fixée sur une extrémité avant de l'arbre 13, au niveau du palier avant 16, par exemple à l'aide d'un écrou en appui sur le fond de la cavité de cette poulie. Cette poulie 20 permet de transmettre le mouvement de rotation à l'arbre 13 ou à l'arbre 13 de transmettre son mouvement de rotation à la courroie.
L'extrémité arrière de l'arbre 13 porte un collecteur 22. Ce collecteur comporte un corps réalisé en matériau électriquement isolant et des bagues collectrices 21 surmoulées dans ledit corps. Les bagues collectrices 21 ont une forme annulaire et sont entraînées en rotation avec le rotor 12. Des balais 23 appartenant à un porte-balai 24 sont disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices 21 . Le porte-balai 24 est relié électriquement à un ensemble électronique 36 pilotant la tension appliquée aux balais.
Le palier avant 16 et le palier arrière 17 peuvent comporter, en outre, des ouvertures sensiblement latérales pour le passage de l'air en vue de permettre le refroidissement de la machine électrique tournante par circulation d'air engendrée par la rotation d'un ventilateur avant 25 sur la face axiale avant du rotor 12, c'est-à-dire au niveau du palier avant 16 et d'un ventilateur arrière 26 sur la face axiale arrière du rotor, c'est-à-dire au niveau du palier arrière 17. Alternativement, les paliers pourront comporter des conduits permettant le passage d'un liquide de refroidissement.
Dans cet exemple, le rotor 12 est un rotor à griffe. Il comporte deux roues polaires 31 . Chaque roue polaire 31 est formée d'un flasque 32 et d'une pluralité de griffes 33 formants des pôles magnétiques. Le flasque 32 est d'orientation transversale et présente, par exemple, une forme sensiblement annulaire. Ce rotor 12 comporte, en outre, un noyau 34 cylindrique qui est intercalé axialement entre les roues polaires 31 . Ici, ce noyau 34 est formé de deux demi noyaux appartenant chacun à l'une des roues polaires. Le rotor 12 comporte, entre le noyau 34 et les griffes 33, une bobine 35 comportant, ici, un moyeu de bobinage et un bobinage électrique sur ce moyeu. Par exemple, les bagues collectrices 21 appartenant au collecteur 22 sont reliées par des liaisons filaires à ladite bobine 35. Le rotor 12 peut également comporter des éléments magnétiques interposés entre deux griffes 33 adjacentes.
Dans cet exemple de réalisation, le stator 15 comporte un corps 27 en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches, par exemple du type semi fermée ou ouverte, équipées d'isolant d'encoches pour le montage d'un bobinage électrique 28. Ce bobinage 28 traverse les encoches du corps 27 et forment un chignon avant 29 et un chignon arrière 30 de part et d'autre du corps du stator. Le bobinage 28 est connecté, par exemple, en étoile ou encore en triangle.
Par ailleurs, le bobinage 28 est formé d'une ou plusieurs phases. Chaque phase comporte au moins un conducteur traversant les encoches du corps de stator 27 et forme, avec toutes les phases, les chignons. Le bobinage 28 est relié électriquement à un ensemble électronique 36.
L'ensemble électronique 36 comporte au moins un module électronique de puissance permettant de piloter une phase du bobinage 28 et un module de commande permettant de piloter un circuit d'excitation de la machine 10. Le module de puissance forme un pont redresseur de courant pour transformer un courant alternatif généré par la machine 10 en un courant continu pour alimenter notamment la batterie et le réseau de bord du véhicule. De plus, l'ensemble électronique 36 comporte un dissipateur thermique pouvant accueillir le module de puissance et/ou le module de commande. Le dissipateur thermique comporte des ailettes s'étendant en saillie et canalisant un flux d'air de refroidissement des différents modules. Dans une variante de réalisation, le dissipateur thermique pourra comporter des conduits de circulation d'un liquide de refroidissement permettant le refroidissement des différents modules. Alternativement, le dissipateur thermique pourra comporter à la fois des ailettes et des conduits de refroidissement.
Lorsque le bobinage électrique 28 est alimenté électriquement à partir des balais 23, le rotor est magnétisé et devient un rotor inducteur avec formation de pôles magnétiques Nord-Sud au niveau des griffes. Ce rotor inducteur crée un courant induit alternatif dans le stator induit lorsque l'arbre est en rotation. Le pont redresseur transforme alors ce courant induit alternatif en un courant continu, notamment pour alimenter les charges et les consommateurs du réseau de bord du véhicule automobile ainsi que pour recharger sa batterie.
Comme on peut le voir sur l'exemple de la figure 2, le porte-balai 24 est monté, sur le palier arrière 17, autour du collecteur 22 qui est monté à une extrémité arrière de l'arbre 13. L'ensemble électronique 36 est également monté sur le palier arrière 17 et comporte un logement dans lequel le collecteur 22 et le porte-balai 24 viennent s'insérer au moins partiellement.
Le porte-balai 24 comporte un boîtier 37 réalisé dans un matériau électriquement isolant et deux balais 23. Chaque balai 23 est à un potentiel électrique différent afin d'alimenter la bobine rotorique 35 via le collecteur 22. Le boîtier 37 comporte deux logements 39 distincts dans lesquels sont insérés au moins partiellement les balais 23. Chaque logement 39 est débouchant sur une paroi radiale interne du boîtier de manière à ce que le balai associé vienne en contact de la bague collectrice 21 correspondante. Chaque balai 23 s'étend dans une direction radiale par rapport à l'axe X et présente une face interne et une face externe opposées radialement, la face interne étant en contact avec la bague collectrice 21 associée. En outre, le porte-balai 24 comporte des ressorts 40 disposés dans les logements 39, chaque ressort étant associé à un balai 23 et exerçant une force sur la face externe du balai associé. De préférence, la force exercée est de direction radiale. Lorsque le porte- balai 24 est monté autour du collecteur 22, chaque ressort 40 est dans un état compressé. La force exercée par le ressort sur le balai permet de garantir le contact électrique entre ledit balai et la bague collectrice tout en compensant l'usure du balai dû au mouvement de rotation de la bague.
Le porte-balai 24 comporte, en outre, un capot de protection 38 s'étendant à partir de l'extrémité du boîtier 37 dans laquelle les logements 39 sont débouchant. Le capot de protection 38 vient entourer le collecteur 22 et l'extrémité de l'arbre 13. Le capot de protection permet alors d'isoler les contacts électriques respectifs entre les balais et les bagues collectrices de l'environnement extérieur.
Pour monter le porte-balai 24 autour du collecteur 22, les balais 23 doivent être maintenus presque entièrement à l'intérieur des logements 39. En d'autres termes, les ressorts 40 doivent être suffisamment comprimés. Pour ce faire, un dispositif (non représenté) de blocage des balais 23 à l'intérieur des logements 39 respectifs est utilisé. Ce dispositif est, par exemple, compris dans le capot de protection 38. Il peut être formé d'une plaque venant coulisser de manière à fermer les logements 39. Une fois le porte-balai 24 mis en place, les balais 23 doivent être libérés pour venir en contact avec les bagues collectrices 21 .
Afin d'éviter un basculement du porte-balai 24 dû à la force exercée par les ressorts 40 lors du déblocage des balais 23, le porte-balai 24 comporte un dispositif d'anti-basculement 41 venant se bloquer avec un dispositif de retenue 42 formé sur le palier arrière 17. Ainsi, le dispositif d'anti-basculement 41 empêche le porte-balai 24 de basculer par rapport au palier 17 dans une direction opposée à la direction dans laquelle les ressorts 40 exercent des forces sur les balais 23 respectivement.
Le dispositif d'anti-basculement 41 s'étend en saillie vers le dispositif de retenue 42 qui s'étend également en saillie de manière à venir en contact dudit dispositif d'anti-basculement. Le contact entre les dispositifs est fait dans une direction perpendiculaire aux directions dans lesquelles s'étendent lesdits dispositifs. En particulier, les deux dispositifs 41 , 42 s'étendent dans des directions axiales opposées l'une par rapport à l'autre et sont en contact l'un avec l'autre par contact de leur extrémité radiale respectivement externe ou interne. Les deux dispositifs s'étendent de manière coaxiale suivant un axe sensiblement parallèle à l'axe X. Le contact entre les deux dispositifs est réalisé lorsque les balais 23 exercent une force sur le collecteur 22. En variante, les deux dispositifs peuvent être dimensionnés de manière à ce que le contact soit permanent.
Dans cet exemple de réalisation, le dispositif d'anti-basculement 41 est positionné sur un côté latéral du boîtier 37, c'est-à-dire sur une portion du porte-balai s'étendant entre les deux extrémités radiales interne et externe du boîtier 37. Dans une variante de réalisation, le dispositif d'anti- basculement 41 pourrait être positionné sur une extrémité radiale externe du boîtier 37.
Dans un mode de réalisation représenté sur les figures 3 à 7, le dispositif d'anti-basculement 41 est formé d'une paroi. Cette paroi s'étend de préférence suivant un arc de cercle et vient entourer au moins partiellement le dispositif de retenue 42. Toujours dans ce mode de réalisation, le dispositif de retenue 42 est formé d'un plot de forme sensiblement cylindrique. De préférence, la paroi s'étend sur approximativement 180° autour du dispositif de retenue 42. De plus, la paroi présente une forme en U suivant un plan radial de la machine 10 dont les extrémités libres de la forme en U sont issues d'une paroi latérale du boîtier 37. Lors du positionnement du porte-balai 24 sur le palier arrière 17, le porte-balai est positionné de manière à ce que la paroi rentre en contact du plot ou de manière très proche l'un de l'autre afin que, lors du déblocage des ressorts 40, le contact entre les deux dispositifs bloque le porte-balai 24 et l'empêche de bouger par rapport à sa position initiale.
Dans une variante de réalisation, le dispositif d'anti-basculement 41 peut être formé de deux parois, ou plus, en arc de cercle disposées de manière opposée l'une par rapport à l'autre autour du dispositif de retenue 42. Dans ce mode de réalisation, une première paroi interne s'étend radialement entre le dispositif de retenue 42 et les traces collectrices 21 et une deuxième paroi externe s'étend entre le dispositif de retenue 42 et un capot 43 de la machine électrique tournante 10 venant protéger l'ensemble électronique 36.
Quel que soit le mode de réalisation, le porte-balai 24 comporte deux traces d'alimentation électrique 44, chacune d'elle étant à un potentiel électrique différent et permet d'alimenter un balai 23. Par exemple, un des balais est à un potentiel électrique positif et l'autre balai est à un potentiel électrique négatif ou de masse. Les traces d'alimentation 44 sont isolées électriquement l'une de l'autre grâce au boîtier 37.
Les traces d'alimentation 44 sont formées de la même manière. Ainsi, chaque trace 44 présente une première portion de connexion 45 avec l'ensemble électronique 36, une deuxième portion de connexion 46 avec le balai 23 associé et une portion de liaison 47 permettant de relier la première et la deuxième portion de connexion entre elles.
De préférence, la portion de liaison 47 est entièrement logée dans le boîtier 37 du porte-balai comme cela est illustré sur les figures 4 et 7.
La deuxième portion de connexion 46 est reliée électriquement à une tresse (non représentée) qui est elle même reliée au balai 23 associé. Cette deuxième portion de connexion est logée dans une paroi d'extrémité du boîtier 37 de manière apparente pour permettre de simplifier la connexion avec la tresse. Notamment, ladite deuxième portion est positionnée dans la paroi d'extrémité radiale externe du boîtier 37. La tresse est disposée à l'intérieur du logement 39 correspondant et est reliée à la portion de connexion par exemple par sertissage et/ou par soudure. Alternativement, la deuxième portion de connexion pourrait être positionnée dans un logement du boîtier et non sur sa surface.
La première portion de connexion 45 est logée dans une paroi d'extrémité du boîtier 37 de manière apparente. Ladite paroi est en regard de l'ensemble électronique 36, de préférence il s'agit d'une paroi d'extrémité axiale du boîtier 37.
Comme bien visible sur la figure 5, chaque première portion de connexion 45 est en contact, de préférence direct, avec une trace 48 associée de l'ensemble électronique 36, notamment une trace du module de commande. Un dispositif de fixation 49 permet de garantir le contact entre la trace 48 et la première portion de connexion 45. Par exemple, le boîtier 37 et l'ensemble électronique 36 comportent, chacun, une ouverture disposée en vis-à-vis l'une de l'autre pour permettre le passage du dispositif de fixation 49. Le dispositif de fixation 49 est par exemple une vis ou un tirant. Dans cet exemple, la portion de connexion 45 présente une forme d'arc de cercle et est positionnée autour de l'ouverture formée dans le boîtier 37. Les deux portions de connexion 45 des traces d'alimentation 44 sont positionnées de manière symétrique par rapport à ladite ouverture. Les traces 48 de l'ensemble électronique 36 présentent chacune une forme adaptée à celle de la portion de connexion 45 avec laquelle elle est en contact. Les traces 48 de l'ensemble électronique 36 peuvent s'étendre en saillie à partir du module de commande ou être surmoulée dans un matériau électriquement isolant tout en gardant une partie apparente pour la connexion avec les traces d'alimentation 44 du porte-balai 24.
L'ensemble électronique 36 comporte une pièce de serrage 50 réalisée en matériau électriquement isolant et positionnée de manière à exercer une pression sur l'ensemble formé par la première portion de connexion 45 de la trace d'alimentation 44 du porte-balai et la trace 48 afin de garantir un bon contact électrique. Cette pièce de serrage est positionnée entre une partie du dispositif de fixation 49, telle qu'une tête de vis, et les traces 48. Elle permet en outre d'isoler électriquement le dispositif de fixation 49 des traces 48. De préférence, l'ensemble électronique 36 pourra également comporter une rondelle 60 positionnée entre une partie du dispositif de fixation 49 et la pièce de serrage 50.
Dans l'exemple représenté sur les figures 3 à 7, le dispositif de fixation 49 permettant le contact électrique entre les traces d'alimentation 44 et les traces 48 permet également de fixer le porte-balai 24 sur le palier arrière 17. Pour cela, le palier arrière 17 comporte une ouverture disposée en regard des ouvertures respectives de l'ensemble électronique 36 et du porte-balai 24 pour permettre le passage du dispositif de fixation 49. De préférence, l'ouverture du palier arrière 17 présente une portion taraudée coopérant avec une portion filetée du dispositif de fixation 49.
En outre, le boîtier 37 du porte-balai 24 comporte une portion de fixation portant les premières portions de connexion 45 et l'ouverture à travers laquelle passe le dispositif de fixation 49. Le dispositif d'anti- basculement 41 s'étend à partir de la portion de fixation. En particulier, ledit dispositif s'étend à partir d'une paroi d'extrémité axiale de la portion de fixation opposée à la paroi d'extrémité axiale en regard de l'ensemble électronique. De plus, l'ouverture du palier arrière 17 est formée dans le dispositif de retenue 42. De préférence, l'ouverture de l'ensemble électronique 36 est formée dans la pièce de serrage 50.
Pour faciliter le positionnement du porte-balai 24 sur le palier arrière 17, le porte-balai comporte, ici, un premier plot d'indexage 58 permettant d'indexer ledit porte-balai sur ledit palier dans une première direction et un second plot d'indexage 59 permettant d'indexer ledit porte-balai sur ledit palier dans une seconde direction perpendiculaire à la première direction.
La machine électrique tournante 10 fonctionne avec une excitation positive et une excitation négative qui ont une différence de potentiels variable allant typiquement de 10V à 60V selon les applications. Les traces d'alimentation électrique 44 du porte-balai 24 sont, respectivement, reliées aux potentiels d'excitation positif et négatif. De préférence, les différentes parties électriquement conductrices de la machine qui sont à des potentiels différents peuvent être isolées les unes par rapport aux autres afin d'éviter la formation de ponts salins. Le dispositif d'anti-basculement 41 permet d'isoler électriquement, en évitant la formation de pont salin, le dispositif de retenue 42 formé dans le palier arrière 17 des premières portions de connexion 45. De préférence, le dispositif d'anti-basculement 41 s'étend en saillie vers le palier sur au moins 4 mm et notamment sur 6 mm.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 3 à 5, le boîtier 37 comporte une portion de cylindre 51 s'étendant en saillie axiale vers l'ensemble électronique 36 et formant un arc de cercle entourant au moins partiellement l'ensemble formé par les premières portions de connexion 45 et les traces 48. La portion de cylindre 51 permet d'isoler électriquement ledit ensemble de l'environnement extérieur.
Toujours dans l'exemple représenté sur ces figures, le boîtier 37 comporte un manchon 52 s'étendant en saillie axiale vers l'ensemble électronique 36. Le manchon 52 est positionné entre le dispositif de fixation 49 et l'ensemble formé par les premières portions de connexion 45 du porte-balai 24 et les traces 48 de l'ensemble électronique 36 de manière à entourer ledit dispositif de fixation 49. Ledit manchon 52 permet d'isoler électriquement le dispositif de fixation 49 qui est en contact avec le palier arrière 17 dudit ensemble.
Toujours dans l'exemple représenté sur ces figures, le boîtier 37 comporte un muret 53 s'étendant en saillie axiale vers l'ensemble électronique 36. Le muret 53 est positionné entre les deux premières portions de connexion 45 des deux traces d'alimentation 44 afin de les isoler électriquement l'une par rapport à l'autre et d'éviter la formation de pont salin. De préférence, le boîtier 37 comporte deux murets 53 positionnés de manière opposée l'un par rapport à l'autre entre chaque extrémités des portions de connexion 45.
Dans tous ces exemples, la pièce de serrage 50 comporte des rainures ou des cavités permettant de recevoir la portion de cylindre 51 , le manchon 52 et le muret 53 respectivement.
L'exemple des figures 6 et 7 illustre une variante de réalisation dans laquelle la portion de cylindre 51 , le manchon 52 et le muret 53 sont formés sur la pièce de serrage 50. Le boîtier 37 comporte alors une première rainure 54 permettant de recevoir la portion de cylindre 51 , une deuxième rainure 55 permettant de recevoir le manchon 52 et une cavité 56 permettant de recevoir le muret 53.
La présente invention trouve des applications en particulier dans le domaine des porte-balais pour alternateur ou machine réversible mais elle pourrait également s'appliquer à tout type de machine tournante.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de la présente invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. Par exemple, on ne sortira pas du cadre de l'invention en mettant le dispositif d'anti-basculement sur le palier et le dispositif de retenue sur le porte-balai.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Machine électrique tournante notamment pour véhicule automobile, ladite machine (10) d'axe (X) comportant :
- des parties actives comprenant notamment un rotor (12) et un stator (15),
- un carter (1 1 ) entourant les parties actives et comprenant au moins un palier (16, 17),
- un porte-balai (24) comportant :
- au moins un balai (23) permettant l'alimentation électrique d'une des parties actives ;
- un boîtier (37) formé d'un matériau électriquement isolant, le boîtier comportant un logement (39) logeant au moins en partie le balai (23) et une portion de fixation permettant la fixation dudit porte-balai (24) sur une partie de la machine électrique tournante (10),
- un ensemble électronique (36) monté sur le carter (1 1 ) de manière à recouvrir au moins partiellement le porte-balai (24), et
- un dispositif de fixation (49) agencé de sorte que l'ensemble électronique (36), la portion de fixation du porte-balai (24) et le palier (16, 17) comportent, chacun, une ouverture permettant le passage dudit dispositif de fixation pour les relier mécaniquement ensemble,
la machine électrique tournante étant caractérisée en ce que le porte-balai (24) comporte un dispositif d'anti-basculement (41 ) distinct du dispositif de fixation (49), en ce que le palier (16, 17) comporte un dispositif de retenue (42) et en ce que ledit dispositif d'anti-basculement et ledit dispositif de retenue sont agencés pour coopérer l'un avec l'autre.
2. Machine selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le dispositif d'anti-basculement (41 ) et le dispositif de retenue (42) s'étendent en saillie l'un vers l'autre de manière à venir en contact l'un avec l'autre lorsque le balai (23) exerce une force sur une des parties actives de la machine (10), le contact étant réalisé dans une direction perpendiculaire aux directions dans lesquelles s'étendent lesdits dispositifs.
3. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le dispositif d'anti-basculement (41 ) est formé d'au moins une paroi s'étendant en saillie à partir du boîtier (37), la paroi est disposée de manière à entourer le dispositif de retenue (42), au moins dans une direction dans laquelle le balai (23) exerce une force, de sorte à être positionnée radialement entre l'axe (X) de la machine (10) et ledit dispositif de retenu (42).
4. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif d'anti-basculement (41 ) est formé d'une paroi présentant une section, dans un plan radial, en forme de U, ladite paroi s'étendant en saillie axiale à partir d'une paroi d'extrémité axiale du boîtier (37) et les deux extrémités libres de la forme en U étant positionnées de manière adjacente à une paroi latérale du boîtier (37).
5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le dispositif de retenue (42) est formé d'un plot.
6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le dispositif d'anti-basculement (41 ) s'étend à partir de la portion de fixation.
7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le porte-balai (24) comprend, en outre, au moins une trace d'alimentation électrique (44) présentant une première portion de connexion (45) avec l'ensemble électronique (36) et une deuxième portion de connexion (46) avec le balai (23), la première portion de connexion étant disposée dans une première paroi d'extrémité de la portion de fixation, et en ce que le dispositif d'anti-basculement (41 ) s'étend à partir d'une deuxième paroi d'extrémité de ladite portion de fixation opposée à ladite première paroi d'extrémité.
8. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que le boîtier (37) comporte une portion de cylindre (51 ) s'étendant en saillie de manière à entourer au moins partiellement la première portion de connexion (45).
9. Machine selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que le boîtier (37) comporte un manchon (52) s'étendant en saillie vers l'ensemble électronique (36) et étant positionnée radialement entre le dispositif de fixation (49) et la première portion de connexion (45) du porte- balai (24).
10. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le porte-balai (24) comporte au moins un plot d'indexage (58, 59) permettant d'indexer le porte-balai sur le palier (16, 17) dans au moins une direction.
1 1 . Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le dispositif d'anti-basculement (41 ) s'étend en saillie vers le palier (16, 17) sur une longueur axiale supérieure à 4 mm et notamment de l'ordre de 6 mm.
12. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , formant un alternateur ou un alterno-démarreur ou une machine réversible.
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