Étude des Variations de la Résistance Électrique du
THÈSE
Présentée par Philippe CHAZALON
pour l’obtention du
GRADE DE DOCTEUR
École Doctorale : École Centrale Paris (ED287)
Spécialité : Sciences Pour l’Ingénieur
Laboratoire d’accueil : LISMMA (EA2336)
Étude des Variations de la Résistance Électrique du
Contact Balai - Bague de l’Alternateur
Soutenue le : 12/02/2013
Devant un jury composé de :
M.FrançoisROBBE-VALLOIRE ProfesseurdesUniversités SUPMECA Directeurdethèse
M.HamidZAIDI ProfesseurdesUniversités Univ.Poitiers Rapporteur
M.RochdiELABDI ProfesseurdesUniversités Univ.Rennes1 Rapporteur
MmeMurielQUILLIEN MaîtredeConférences SUPMECA Co-encadrante
M.PhilippeDUFRENOY ProfesseurdesUniversités Polytech’Lille Examinateur
M.GrégoryGODEFROY ChefdeProjet VALEO Examinateur
M.Jean-ClaudeMIPO Docteur VALEO Invité
2012-N°ordre
EtudedesVariationsdelaRésistanceElectrique
du
ContactBalai-Baguedel’Alternateur
PhilippeCHAZALON
20décembre2012
«Ilyatoujoursdeuxraisonspourfairequelquechose:unebonneraisonetlavraieraison»
Dale Carnegie, 1888-1955.
«Ilnefautpasjugerunhommeparcequ’ilignore,maisparcequ’ilsait»
Luc de Clapiers, Marquis de Vauvenargues, 1715-1747.
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Résumé
Dansuneautomobile,lescomposantsélectriquessontalimentésparuntypedegénéra-
teurélectriqueparticulier:l’Alternateur. Entraînéparlemoteurduvéhicule,illuiprélève
doncdelapuissancemécanique.DanslespériodesdechasseaugrammedeCO2quenous
connaissons,lapuissanceprélevéeaumoteurdoitêtreminimiséepournepaspénalisersa
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!
Ilestapparuquedanslescasoùl’alternateurestfortementsollicité,despertesdeperfor-
mancespeuventêtreimputéesaucircuitd’excitationdelamachine.Ilcomportedeuxcontacts
électriquesglissantsbalai-baguequi ontété incriminés. Dupoint de vuethéorique aucun
élémentnepermettaitd’expliquerlesaugmentationsbrutalesderésistancedecescontacts,
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’épaisseurfilmdetransfertetd’identifierlesquantitésdegraphite,natureetquantitédes
oxydesenprésencedanslefilm.Cependant,nousavonsestimélapertinencedel’hypothèse
durôledel’oxydationetavonssurtoutpuisolerlerôledufilmdetransfertdansl’expression
desrésistancesdecontact.Nousavons,deplus,misenévidencelacorrélationexistantentre
lesrésistancesdecontactetlecoefficientdefrottementpourlesdeuxcontacts.
Mots-Clefs :
Tribologie, Tribo-Électricité, Contacts Électriques Glissants, Balais, Graphite, Cuivre, Alter-
nateur, Générateur de Courant, Résistance de Contact, Frottement,
Abstract
The Alternator is an electrical generator especially designed to supply current to the
vehicleelectricalcomponents.Itispoweredbytheengineandtakesoffapartofitspower.
Currently,carmakersaremorethanwillingtominimizethepowerlossesofthis devicein
order to save fuel and reduce CO2emissions, but the electrical need depend only on the
vehicleequipmentanduse.Sometimeswhenthealternatorrunsatfullload,theperformance
couldbe diminished byunpredictable resistance changesin the electricalsliding contacts
oftheexcitationcircuit.Therewas no theory capable of explainingthesephenomena.The
analysis limits were the impossibility to measure transfer film thickness and to determine
theamountofgraphiteandthenatureandvolumeofoxidesintothefilm.Wedeveloppedan
experimentalmethodadaptedtocontactresistanceandfrictionmeasurementswiththeaim
tofindinfluencingparameters.Adedicatedsoftwarehasbeencreatedtoextractdatafrom
thesemeasurements.Weappreciatedtherelevancyofoxidationhypothesisandweaddeda
studyontransferfilm,gaugingitscontributiontocontactresistance.Moreoverwefounda
significantcorrelationbetweencontactresistanceandfriction,meaningthattherearesome
influenthiddenparametersbetweenbrushanddisc/ring.
Key words :
Tribology, Electricity, Sliding Electrical Contacts, Carbon Brushes, Copper Ring, Alternator,
Current Generator, Contact Resistance, Friction,
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Remerciements
Jetiensàremercierchaleureusementlespersonnesquim’ontsoutenuefficacementdans
lecadredecetteétude.
J’adressemesmeilleurssentimentsàceuxquej’aicotoyépendantcesannées,auLISMMA
ouchez VALEOetqui,compagnonsd’infortune,ontvécuavantouaprèsmoi l’aventurede
lathèse.JepenseentoutpremierlieuàS.CautainetA.Vauquelin,maisaussiàJ.Foune,
U.Guette, V.Vé,L-A.Tchoune,O.Lute,J.Rardin,A.Bdel,LiLi,R-I. Meno,etmes autres
camaradesetcollèguesprésentsdurantcettepériode.
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