Etudes des variations de la résistance électrique du contact Balai-Bague de l'alternateur

Study on variations in electrical resistance of contact between the carbon brush and the ring of the alternator

• Auteur / Autrice : Philippe Chazalon
• Direction : François Robbe-Valloire
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance le 12/02/2013
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Châtenay-Malabry, Hauts de Seine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Mécaniques et des Matériaux (Toulon)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Dufrénoy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Robbe-Valloire, Hamid Zaïdi, Rochdi El Abdi, Gregory Godefroy, Muriel Le Moigne-Quillien, Jean-Claude Mipo
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hamid Zaïdi, Rochdi El Abdi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Câblage électrique

Automobiles -- Alternateurs

Mots clés libres

Contacts Électriques Glissants

Balais

Bague de cuivre

Sliding Electrical Contacts

Carbon Brushes

Copper Ring

Résumé

Dans une automobile, les composants électriques sont alimentés par un type de générateur électrique particulier : l’Alternateur. Entraîné par le moteur du véhicule, il lui prélève donc de la puissance mécanique. Dans les périodes de chasse au gramme de CO2 que nous connaissons, la puissance prélevée au moteur doit être minimisée pour ne pas pénaliser sa consommation. Or les besoins électriques du réseau de bord et des systèmes (éclairage, ventilation, servitudes, contrôle moteur, etc.) sont imposés par l’équipement du véhicule. Il est apparu que dans les cas où l’alternateur est fortement sollicité, des pertes de performances peuvent être imputées au circuit d’excitation de la machine. Il comporte deux contacts électriques glissants balai-bague qui ont été incriminés. Du point de vue théorique aucun élément ne permettait d’expliquer les augmentations brutales de résistance de ces contacts, nous avons donc développé une méthode de mesure originale destinée à rechercher des paramètres influents sur leurs variations. Il nous a été impossible de faire une mesure de l’épaisseur film de transfert et d’identifier les quantités de graphite, nature et quantité des oxydes en présence dans le film. Cependant, nous avons estimé la pertinence de l’hypothèse du rôle de l’oxydation et avons surtout pu isoler le rôle du film de transfert dans l’expression des résistances de contact. Nous avons, de plus, mis en évidence la corrélation existant entre les résistances de contact et le coefficient de frottement pour les deux contacts.

The Alternator is an electrical generator especially designed to supply current to the vehicle electrical components. It is powered by the engine and takes off a part of its power. Currently, car makers are more than willing to minimize the power losses of this device in order to save fuel and reduce CO2 emissions, but the electrical need depend only on the vehicle equipment and use. Sometimes when the alternator runs at full load, the performance could be diminished by unpredictable resistance changes in the electrical sliding contacts of the excitation circuit. There was no theory capable of explaining these phenomena. The analysis limits were the impossibility to measure transfer film thickness and to determine the amount of graphite and the nature and volume of oxides into the film. We developed an experimental method adapted to contact resistance and friction measurements with the aim to find influencing parameters. A dedicated software has been created to extract data from these measurements. We appreciated the relevancy of oxidation hypothesis and we added a study on transfer film, gauging its contribution to contact resistance. Moreover we found a significant correlation between contact resistance and friction, meaning that there are some influent hidden parameters between brush and disc/ring.